噬菌体侵染细菌3D智能模拟方法技术

本发明专利技术公开了一种噬菌体侵染细菌3D智能模拟方法，步骤如下：1)制作噬菌体侵染模型；2)设计噬菌体侵染模型的控制电路；3)噬菌体侵染细菌分为烈性噬菌体侵染过程和温和噬菌体侵染过程；烈性噬菌体侵染过程包括：a)按下S2，亲代噬菌体模型上的黄色LED灯点亮，点亮1秒后熄灭，支撑板上黄色LED灯依次点亮，1秒后熄灭，模拟DNA注入细菌内部；b)按下S2，子代噬菌体模型上的黄色LED灯和紫色LED灯以1秒为周期闪烁，5秒后熄灭；c)按下S2，组装状态；d)按下S2，滑块和子代噬菌体模型从细菌中出来，释放状态。该方法将两部分内容有效融合，通过AT89C51单片机控制电机和LED灯实现动态过程循环和任意状态的暂留，让噬菌体侵染细菌这以教学内容更加完整。

【技术实现步骤摘要】
噬菌体侵染细菌3D智能模拟方法
本专利技术涉及噬菌体侵染细菌实验，具体涉及一种噬菌体侵染细菌3D智能模拟方法。
技术介绍
“噬菌体侵染细菌实验”是人教版《生物.必修2.遗传与进化》第3章第1节“DNA是主要的遗传物质”中的内容。实验采用同位素标记法让学生理解病毒在细菌中繁殖的整个过程，以此得出DNA是主要的遗传物质这一结论。实验相对比较抽象，学生理解起来有一定难度。教材重点讲解烈性噬菌体侵染细菌的五个过程，而对于温和噬菌体侵染细菌形成溶源菌的过程则安排在《生物.必修3.现代生物科技专题》专题1基因工程进行学习。烈性噬菌体侵染和温和噬菌体侵染两部分不能有效融合，不便于学生理解。
技术实现思路
针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种噬菌体侵染细菌3D智能模拟方法。该方法将烈性噬菌体侵染和温和噬菌体侵染两部分内容有效融合，利用3D打印技术制作噬菌体，通过单片机控制电机和LED灯实现动态过程循环和任意状态的暂留，让噬菌体侵染细菌这以教学内容更加完整。为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下技术方案：噬菌体侵染细菌3D智能模拟方法，该方法包括如下步骤：1)制作噬菌体侵染模型1.1)制作噬菌体模型：通过3D打印制作噬菌体蛋白质外壳，在噬菌体蛋白质外壳的顶部安装红色LED灯，在噬菌体蛋白质外壳的顶部内安装模拟噬菌体DNA的黄色LED灯；所述噬菌体模型包括亲代噬菌体模型和子代噬菌体模型；1.2)制作噬菌体侵染模型：该噬菌体侵染模型包括支撑平台、模拟细菌细胞壁的透明塑料球外罩、底座、圆环形灯架、支撑板和至少一套噬菌体脱离机构；所述透明塑料球外罩设置在支撑平台上，所述亲代噬菌体模型设置在透明塑料球外罩的顶上，所述底座固定设置在支撑平台上并位于透明塑料球外罩的底部中部，所述圆环形灯架水平设置在透明塑料球外罩中，所述支撑板竖直穿过圆环形灯架的中部并固定在底座的上方，且所述支撑板位于透明塑料球外罩中，所述圆环形灯架上均布设置模拟细菌的质粒DNA的紫色LED灯，所述支撑板上且位于圆环形灯架的上方沿竖直方向均布设置黄色LED灯；所述噬菌体脱离机构包括电机、滑块和螺杆，所述电机固定在支撑平台上并位于透明塑料球外罩的外部，所述透明塑料球外罩上靠近支撑平台设置一可供滑块和滑块上设置的一个子代噬菌体模型移进或移出的洞口，所述滑块套在螺杆上并与螺杆螺纹配合，所述滑块的底面与支撑平台接触并与支撑平台滑动配合，所述螺杆穿过洞口，所述螺杆的一端与电机的动力输出轴连接，螺杆的另一端与底座连接并与底座转动配合；2)设计噬菌体侵染模型的控制电路该控制电路包括AT89C51单片机、第一74LS245芯片、第二74LS245芯片和第三74LS245芯片；所述AT89C51单片机的引脚1与按钮S1的一端连接，AT89C51单片机的引脚2与按钮S2的一端连接，AT89C51单片机的引脚3与按钮S3的一端连接，AT89C51单片机的引脚4与按钮S4的一端连接，AT89C51单片机的引脚5与按钮S5的一端连接，所述按钮S1、按钮S2、按钮S3、按钮S4和按钮S5的另一端均接地；所述AT89C51单片机的引脚9与单片机复位按键S的一端连接，且单片机复位按键S的一端还与电阻R17的一端和电容C3的一端连接，所述电阻R17的另一端接地，所述电容C3的另一端和单片机复位按键S的另一端均与电源连接；所述AT89C51单片机的引脚18分别与晶振的一端和电容C2的一端连接，所述AT89C51单片机的引脚19分别与晶振的另一端和电容C1的一端连接，所述电容C1的另一端和电容C2的另一端均接地；所述AT89C51单片机的引脚32、引脚33、引脚34、引脚35、引脚36、引脚37、引脚38、引脚39与第一74LS245芯片的引脚9、引脚8、引脚7、引脚6、引脚5、引脚4、引脚3和引脚2一一对应连接；所述AT89C51单片机的引脚21、引脚22、引脚23、引脚24、引脚25、引脚26、引脚27和引脚28与第二74LS245芯片的引脚9、引脚8、引脚7、引脚6、引脚5、引脚4、引脚3和引脚2一一对应连接；所述AT89C51单片机的引脚10、引脚11、引脚12、引脚13和引脚14与第三74LS245芯片的引脚2、引脚3、引脚4、引脚5和引脚6一一对应连接；所述AT89C51单片机的引脚15、引脚16和引脚17中的一个或多个与至少一套噬菌体脱离机构中的电机对应连接；所述第一74LS245芯片的引脚11和引脚12分别通过电阻与子代噬菌体模型的红色LED灯连接；所述第一74LS245芯片的引脚13、引脚14、引脚15、引脚16、引脚17和引脚18中的一个或多个分别通过电阻与子代噬菌体模型上的黄色LED灯连接；所述第二74LS245芯片的引脚11通过电阻与子代噬菌体模型的红色LED灯连接；所述第二74LS245芯片的引脚12、引脚13、引脚14、引脚15、引脚16和引脚17中的一个或多个分别通过电阻与支撑板上的黄色LED灯连接；所述第二74LS245芯片的引脚18通过电阻与亲代噬菌体模型上的黄色LED灯连接；所述第三74LS245芯片的引脚14、引脚15、引脚16、引脚17和引脚18中的一个或多个分别通过电阻与圆环形灯架上的紫色LED灯连接；3)模拟噬菌体侵染细菌过程，噬菌体侵染细菌分为烈性噬菌体侵染过程和温和噬菌体侵染过程：3.1)烈性噬菌体侵染过程包括如下分步控制：a)第一次按下按钮S2，亲代噬菌体模型上的黄色LED灯点亮，点亮1秒后，亲代噬菌体模型上黄色LED灯熄灭，支撑板上黄色LED灯依次点亮，点亮1秒后熄灭，模拟注入状态，模拟亲代噬菌体模型的DNA注入细菌内部；b)第二次按下按钮S2，子代噬菌体模型上的黄色LED灯和圆环形灯架上的紫色LED灯以1秒为周期闪烁，5秒后，子代噬菌体模型上的黄色LED灯和圆环形灯架上的紫色LED灯熄灭，模拟合成状态，模拟子代噬菌体模型利用细菌内部的蛋白质产生子代噬菌体模型的外壳；c)第三次按下按钮S2，子代噬菌体模型上的红色LED灯和黄色LED灯点亮；模拟组装状态，模拟子代噬菌体模型的DNA和产生的外壳结合，以及DNA的半保留复制；d)第四次按下按钮S2，噬菌体脱离机构的电机动作，带动滑块和其上的子代噬菌体模型从细菌中出来；模拟释放状态，模拟子代噬菌体由于细菌的解体而被释放出来；3.2)温和噬菌体侵染过程包括如下分步控制:a)按下按键S1，自动运行温和噬菌体侵染流程；b)亲代噬菌体模型上的黄色LED灯点亮，1秒后亲代噬菌体模型上的黄色LED灯熄灭，支撑板上黄色LED灯依次点亮，1秒后熄灭；模拟注入状态，模拟亲代噬菌体模型通过其尾轴把DNA全部注入细菌体内，模拟亲代噬菌体模型的红色LED灯常亮，模拟亲代噬菌体的蛋白质外壳留在细菌体外的过程；c)子代噬菌体模型上的黄色LED灯点亮，与圆环形灯架上的紫色LED灯点亮融合，模拟噬菌体的DNA整合到细菌DNA上形成溶源菌。进一步，所述噬菌体脱离机构为三套，三套噬菌体脱离机构分布本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.噬菌体侵染细菌3D智能模拟方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：/n1)制作噬菌体侵染模型/n1.1)制作噬菌体模型：通过3D打印制作噬菌体蛋白质外壳(1)，在噬菌体蛋白质外壳(1)的顶部安装红色LED灯(2)，在噬菌体蛋白质外壳(1)的顶部内安装模拟噬菌体DNA的黄色LED灯(3)；所述噬菌体模型包括亲代噬菌体模型(4)和子代噬菌体模型(5)；/n1.2)制作噬菌体侵染模型：该噬菌体侵染模型包括支撑平台(6)、模拟细菌细胞壁的透明塑料球外罩(7)、底座(8)、圆环形灯架(9)、支撑板(10)和至少一套噬菌体脱离机构；所述透明塑料球外罩(7)设置在支撑平台(6)上，所述亲代噬菌体模型(4)设置在透明塑料球外罩(7)的顶上，所述底座(8)固定设置在支撑平台(6)上并位于透明塑料球外罩(7)的底部中部，所述圆环形灯架(9)水平设置在透明塑料球外罩(7)中，所述支撑板(10)竖直穿过圆环形灯架(9)的中部并固定在底座(8)的上方，且所述支撑板(10)位于透明塑料球外罩(7)中，所述圆环形灯架(9)上均布设置模拟细菌的质粒DNA的紫色LED灯(11)，所述支撑板(10)上且位于圆环形灯架(9)的上方沿竖直方向均布设置黄色LED灯(3)；所述噬菌体脱离机构包括电机(12)、滑块(13)和螺杆(14)，所述电机(12)固定在支撑平台(6)上并位于透明塑料球外罩(7)的外部，所述透明塑料球外罩(7)上靠近支撑平台(6)设置一可供滑块(13)和滑块(13)上设置的一个子代噬菌体模型(5)移进或移出的洞口(15)，所述滑块(13)套在螺杆(14)上并与螺杆(14)螺纹配合，所述滑块(13)的底面与支撑平台(6)接触并与支撑平台(6)滑动配合，所述螺杆(14)穿过洞口(15)，所述螺杆(14)的一端与电机(12)的动力输出轴连接，螺杆(14)的另一端与底座(8)连接并与底座(8)转动配合；/n2)设计噬菌体侵染模型的控制电路/n该控制电路包括AT89C51单片机、第一74LS245芯片、第二74LS245芯片和第三74LS245芯片；/n所述AT89C51单片机的引脚1与按钮S1的一端连接，AT89C51单片机的引脚2与按钮S2的一端连接，AT89C51单片机的引脚3与按钮S3的一端连接，AT89C51单片机的引脚4与按钮S4的一端连接，AT89C51单片机的引脚5与按钮S5的一端连接，所述按钮S1、按钮S2、按钮S3、按钮S4和按钮S5的另一端均接地；所述AT89C51单片机的引脚9与单片机复位按键S的一端连接，且单片机复位按键S的一端还与电阻R17的一端和电容C3的一端连接，所述电阻R17的另一端接地，所述电容C3的另一端和单片机复位按键S的另一端均与电源连接；所述AT89C51单片机的引脚18分别与晶振的一端和电容C2的一端连接，所述AT89C51单片机的引脚19分别与晶振的另一端和电容C1的一端连接，所述电容C1的另一端和电容C2的另一端均接地；所述AT89C51单片机的引脚32、引脚33、引脚34、引脚35、引脚36、引脚37、引脚38、引脚39与第一74LS245芯片的引脚9、引脚8、引脚7、引脚6、引脚5、引脚4、引脚3和引脚2一一对应连接；所述AT89C51单片机的引脚21、引脚22、引脚23、引脚24、引脚25、引脚26、引脚27和引脚28与第二74LS245芯片的引脚9、引脚8、引脚7、引脚6、引脚5、引脚4、引脚3和引脚2一一对应连接；所述AT89C51单片机的引脚10、引脚11、引脚12、引脚13和引脚14与第三74LS245芯片的引脚2、引脚3、引脚4、引脚5和引脚6一一对应连接；所述AT89C51单片机的引脚15、引脚16和引脚17中的一个或多个与至少一套噬菌体脱离机构中的电机对应连接；/n所述第一74LS245芯片的引脚11和引脚12分别通过电阻与子代噬菌体模型(5)的红色LED灯连接；所述第一74LS245芯片的引脚13、引脚14、引脚15、引脚16、引脚17和引脚18中的一个或多个分别通过电阻与子代噬菌体模型(5)上的黄色LED灯连接；/n所述第二74LS245芯片的引脚11通过电阻与子代噬菌体模型(5)的红色LED灯连接；所述第二74LS245芯片的引脚12、引脚13、引脚14、引脚15、引脚16和引脚17中的一个或多个分别通过电阻与支撑板(10)上的黄色LED灯连接；所述第二74LS245芯片的引脚18通过电阻与亲代噬菌体模型(4)上的黄色LED灯连接；/n所述第三74LS245芯片的引脚14、引脚15、引脚16、引脚17和引脚18中的一个或多个分别通过电阻与圆环形灯架(9)上的紫色LED灯(11)连接；/n3)模拟噬菌体侵染细菌过程，噬菌体侵染细菌分为烈性噬菌体侵染过程和温和噬菌体侵染过程：/n3.1)...

【技术特征摘要】
1.噬菌体侵染细菌3D智能模拟方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
1)制作噬菌体侵染模型
1.1)制作噬菌体模型：通过3D打印制作噬菌体蛋白质外壳(1)，在噬菌体蛋白质外壳(1)的顶部安装红色LED灯(2)，在噬菌体蛋白质外壳(1)的顶部内安装模拟噬菌体DNA的黄色LED灯(3)；所述噬菌体模型包括亲代噬菌体模型(4)和子代噬菌体模型(5)；
1.2)制作噬菌体侵染模型：该噬菌体侵染模型包括支撑平台(6)、模拟细菌细胞壁的透明塑料球外罩(7)、底座(8)、圆环形灯架(9)、支撑板(10)和至少一套噬菌体脱离机构；所述透明塑料球外罩(7)设置在支撑平台(6)上，所述亲代噬菌体模型(4)设置在透明塑料球外罩(7)的顶上，所述底座(8)固定设置在支撑平台(6)上并位于透明塑料球外罩(7)的底部中部，所述圆环形灯架(9)水平设置在透明塑料球外罩(7)中，所述支撑板(10)竖直穿过圆环形灯架(9)的中部并固定在底座(8)的上方，且所述支撑板(10)位于透明塑料球外罩(7)中，所述圆环形灯架(9)上均布设置模拟细菌的质粒DNA的紫色LED灯(11)，所述支撑板(10)上且位于圆环形灯架(9)的上方沿竖直方向均布设置黄色LED灯(3)；所述噬菌体脱离机构包括电机(12)、滑块(13)和螺杆(14)，所述电机(12)固定在支撑平台(6)上并位于透明塑料球外罩(7)的外部，所述透明塑料球外罩(7)上靠近支撑平台(6)设置一可供滑块(13)和滑块(13)上设置的一个子代噬菌体模型(5)移进或移出的洞口(15)，所述滑块(13)套在螺杆(14)上并与螺杆(14)螺纹配合，所述滑块(13)的底面与支撑平台(6)接触并与支撑平台(6)滑动配合，所述螺杆(14)穿过洞口(15)，所述螺杆(14)的一端与电机(12)的动力输出轴连接，螺杆(14)的另一端与底座(8)连接并与底座(8)转动配合；
2)设计噬菌体侵染模型的控制电路
该控制电路包括AT89C51单片机、第一74LS245芯片、第二74LS245芯片和第三74LS245芯片；
所述AT89C51单片机的引脚1与按钮S1的一端连接，AT89C51单片机的引脚2与按钮S2的一端连接，AT89C51单片机的引脚3与按钮S3的一端连接，AT89C51单片机的引脚4与按钮S4的一端连接，AT89C51单片机的引脚5与按钮S5的一端连接，所述按钮S1、按钮S2、按钮S3、按钮S4和按钮S5的另一端均接地；所述AT89C51单片机的引脚9与单片机复位按键S的一端连接，且单片机复位按键S的一端还与电阻R17的一端和电容C3的一端连接，所述电阻R17的另一端接地，所述电容C3的另一端和单片机复位按键S的另一端均与电源连接；所述AT89C51单片机的引脚18分别与晶振的一端和电容C2的一端连接，所述AT89C51单片机的引脚19分别与晶振的另一端和电容C1的一端连接，所述电容C1的另一端和电容C2的另一端均接地；所述AT89C51单片机的引脚32、引脚33、引脚34、引脚35、引脚36、引脚37、引脚38、引脚39与第一74LS245芯片的引脚9、引脚8、引脚7、引脚6、引脚5、引脚4、引脚3和引脚2一一对应连接；所述AT89C51单片机的引脚21、引脚22、引脚23、引脚24、引脚25、引脚26、引脚27和引脚28与第二74LS245芯片的引脚9、引脚8、引脚7、引脚6、引脚5、引脚4、引脚3和引脚2一一对应连接；所述AT89C51单片机的引脚10、引脚11、引脚12、引脚13和引脚14与第三74LS245芯片的引脚2、引脚3、引脚4、引脚5和引脚6一一对应连接；所述AT89C51单片机的引脚15、引脚16和引脚17中的一个或多个与至少一套噬菌体脱离机构中的电机对应连接；
所述第一74LS245芯片的引脚11和引脚12分别通过电阻与子代噬菌体模型(5)的红色LED灯连接；所述第一74LS245芯片的引脚13、引脚14、引脚15、引脚16、引脚17和引脚18中的一个或多个分别通过电阻与子代噬菌体模型(5)上的黄色LED灯连接；
所述第二74LS245芯片的引脚11通过电阻与子代噬菌体模型(5)的红色LED灯连接；所述第二74LS245芯片的引脚12、引脚13、引脚14、引脚15、引脚16和引脚17中的一个或多个分别通过电阻与支撑板(10)上的黄色LED灯连接；所述第二74LS245芯片的引脚18通过电阻与亲代噬菌体模型(4)上的黄色LED灯连接；
所述第三74LS245芯片的引脚14、引脚15、引脚16、引脚17和引脚18中的一个或多个分别通过电阻与圆环形灯架(9)上的紫色LED灯(11)连接；
3)模拟噬菌体侵染细菌过程，噬菌体侵染细菌分为烈性噬菌体侵染过程和温和噬菌体侵染过程：
3.1)烈性噬菌体侵染过程包括如下分步控制：
a)第一次按下按钮S2，亲代噬菌体模型(4)上的黄色LED灯点亮，点亮1秒后，亲代噬菌体模型(4)上黄色LED灯熄灭，支撑板(10)上黄色LED灯依次点亮，点亮1秒后熄灭，模拟注入状态，模拟亲代噬菌体模型(4)的DNA注入细菌内部；
b)第二次按下按钮S2，子代噬菌体模型(5)上的黄色LED灯和圆环形灯架(9)上的紫色LED灯以1秒为周期闪烁，5秒后，子代噬菌体模型(5)上的黄色LED灯和圆环形灯架(9)上的紫色LED灯熄灭，模拟合成状态，模拟子代噬菌体模型(5)利用细菌内部的蛋白质产生子代噬菌体模型(5)的外壳；
c)第三次按下按钮S2，子代噬菌体模型(5)上的红色LED灯和黄色LED灯点亮；模拟...

【专利技术属性】
技术研发人员：周晓庆，龚南贵，
申请(专利权)人：周晓庆，
类型：发明
国别省市：重庆;50