[發明專利]噬菌體侵染細菌3D智能模擬方法

有效

• 申請號: 202010680777.2
• 申請日: 2020-07-15
• 公開（公告）號: CN111798712B
• 公開（公告）日: 2021-10-29
• 發明（設計）人: 周曉慶;龔南貴
• 申請（專利權）人: 周曉慶
• 主分類號: G09B9/00
• 分類號: G09B9/00;G09B23/00;G05B19/042;H05B45/00
• 代理公司: 重慶信航知識產權代理有限公司 50218
• 代理人: 穆祥維

1.噬菌體侵染細菌3D智能模擬方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

1)制作噬菌體侵染模型

1.1)制作噬菌體模型：通過3D打印制作噬菌體蛋白質外殼(1)，在噬菌體蛋白質外殼(1)的頂部安裝紅色LED燈(2)，在噬菌體蛋白質外殼(1)的頂部內安裝模擬噬菌體DNA的黃色LED燈(3)；所述噬菌體模型包括親代噬菌體模型(4)和子代噬菌體模型(5)；

1.2)制作噬菌體侵染模型：該噬菌體侵染模型包括支撐平臺(6)、模擬細菌細胞壁的透明塑料球外罩(7)、底座(8)、圓環形燈架(9)、支撐板(10)和至少一套噬菌體脫離機構；所述透明塑料球外罩(7)設置在支撐平臺(6)上，所述親代噬菌體模型(4)設置在透明塑料球外罩(7)的頂上，所述底座(8)固定設置在支撐平臺(6)上并位于透明塑料球外罩(7)的底部中部，所述圓環形燈架(9)水平設置在透明塑料球外罩(7)中，所述支撐板(10)豎直穿過圓環形燈架(9)的中部并固定在底座(8)的上方，且所述支撐板(10)位于透明塑料球外罩(7)中，所述圓環形燈架(9)上均布設置模擬細菌的質粒DNA的紫色LED燈(11)，所述支撐板(10)上且位于圓環形燈架(9)的上方沿豎直方向均布設置黃色LED燈(3)；所述噬菌體脫離機構包括電機(12)、滑塊(13)和螺桿(14)，所述電機(12)固定在支撐平臺(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)上靠近支撐平臺(6)設置一可供滑塊(13)和滑塊(13)上設置的一個子代噬菌體模型(5)移進或移出的洞口(15)，所述滑塊(13)套在螺桿(14)上并與螺桿(14)螺紋配合，所述滑塊(13)的底面與支撐平臺(6)接觸并與支撐平臺(6)滑動配合，所述螺桿(14)穿過洞口(15)，所述螺桿(14)的一端與電機(12)的動力輸出軸連接，螺桿(14)的另一端與底座(8)連接并與底座(8)轉動配合；

2)設計噬菌體侵染模型的控制電路

該控制電路包括AT89C51單片機、第一74LS245芯片、第二74LS245芯片和第三74LS245芯片；

所述AT89C51單片機的引腳1與按鈕S1的一端連接，AT89C51單片機的引腳2與按鈕S2的一端連接，AT89C51單片機的引腳3與按鈕S3的一端連接，AT89C51單片機的引腳4與按鈕S4的一端連接，AT89C51單片機的引腳5與按鈕S5的一端連接，所述按鈕S1、按鈕S2、按鈕S3、按鈕S4和按鈕S5的另一端均接地；所述AT89C51單片機的引腳9與單片機復位按鍵S的一端連接，且單片機復位按鍵S的一端還與電阻R17的一端和電容C3的一端連接，所述電阻R17的另一端接地，所述電容C3的另一端和單片機復位按鍵S的另一端均與電源連接；所述AT89C51單片機的引腳18分別與晶振的一端和電容C2的一端連接，所述AT89C51單片機的引腳19分別與晶振的另一端和電容C1的一端連接，所述電容C1的另一端和電容C2的另一端均接地；所述AT89C51單片機的引腳32、引腳33、引腳34、引腳35、引腳36、引腳37、引腳38、引腳39與第一74LS245芯片的引腳9、引腳8、引腳7、引腳6、引腳5、引腳4、引腳3和引腳2一一對應連接；所述AT89C51單片機的引腳21、引腳22、引腳23、引腳24、引腳25、引腳26、引腳27和引腳28與第二74LS245芯片的引腳9、引腳8、引腳7、引腳6、引腳5、引腳4、引腳3和引腳2一一對應連接；所述AT89C51單片機的引腳10、引腳11、引腳12、引腳13和引腳14與第三74LS245芯片的引腳2、引腳3、引腳4、引腳5和引腳6一一對應連接；所述AT89C51單片機的引腳15、引腳16和引腳17中的一個或多個與至少一套噬菌體脫離機構中的電機對應連接；

所述第一74LS245芯片的引腳11和引腳12分別通過電阻與子代噬菌體模型(5)的紅色LED燈連接；所述第一74LS245芯片的引腳13、引腳14、引腳15、引腳16、引腳17和引腳18中的一個或多個分別通過電阻與子代噬菌體模型(5)上的黃色LED燈連接；

所述第二74LS245芯片的引腳11通過電阻與子代噬菌體模型(5)的紅色LED燈連接；所述第二74LS245芯片的引腳12、引腳13、引腳14、引腳15、引腳16和引腳17中的一個或多個分別通過電阻與支撐板(10)上的黃色LED燈連接；所述第二74LS245芯片的引腳18通過電阻與親代噬菌體模型(4)上的黃色LED燈連接；

所述第三74LS245芯片的引腳14、引腳15、引腳16、引腳17和引腳18中的一個或多個分別通過電阻與圓環形燈架(9)上的紫色LED燈(11)連接；

3)模擬噬菌體侵染細菌過程，噬菌體侵染細菌分為烈性噬菌體侵染過程和溫和噬菌體侵染過程：

3.1)烈性噬菌體侵染過程包括如下分步控制：

a)第一次按下按鈕S2，親代噬菌體模型(4)上的黃色LED燈點亮，點亮1秒后，親代噬菌體模型(4)上黃色LED燈熄滅，支撐板(10)上黃色LED燈依次點亮，點亮1秒后熄滅，模擬注入狀態，模擬親代噬菌體模型(4)的DNA注入細菌內部；

b)第二次按下按鈕S2，子代噬菌體模型(5)上的黃色LED燈和圓環形燈架(9)上的紫色LED燈以1秒為周期閃爍，5秒后，子代噬菌體模型(5)上的黃色LED燈和圓環形燈架(9)上的紫色LED燈熄滅，模擬合成狀態，模擬子代噬菌體模型(5)利用細菌內部的蛋白質產生子代噬菌體模型(5)的外殼；

c)第三次按下按鈕S2，子代噬菌體模型(5)上的紅色LED燈和黃色LED燈點亮；模擬組裝狀態，模擬子代噬菌體模型(5)的DNA和產生的外殼結合，以及DNA的半保留復制；

d)第四次按下按鈕S2，噬菌體脫離機構的電機動作，帶動滑塊(13)和其上的子代噬菌體模型(5)從細菌中出來；模擬釋放狀態，模擬子代噬菌體由于細菌的解體而被釋放出來；

3.2)溫和噬菌體侵染過程包括如下分步控制:

a)按下按鍵S1，自動運行溫和噬菌體侵染流程；

b)親代噬菌體模型(4)上的黃色LED燈點亮，1秒后親代噬菌體模型(4)上的黃色LED燈熄滅，支撐板(10)上黃色LED燈依次點亮，1秒后熄滅；模擬注入狀態，模擬親代噬菌體模型(4)通過其尾軸把DNA全部注入細菌體內，親代噬菌體模型(4)的紅色LED燈常亮，模擬親代噬菌體的蛋白質外殼留在細菌體外的過程；

c)子代噬菌體模型(5)上的黃色LED燈點亮，與圓環形燈架(9)上的紫色LED燈點亮融合，模擬噬菌體的DNA整合到細菌DNA上形成溶源菌。