В этой статье мы рассмотрим более 15 способов как сделать бумажный кораблик (оригами) своими руками. Ниже вы найдете сложные и простые схемы складывания, подробные поэтапные инструкции и пошаговые фото: корабликов, лодок, яхт, подводных лодок и сапсанов из бумаги. На этой странице представлен огроный выбор моделей: от самых простых (для начинающих), до самых сложных, но интересных (в основном это очень необычные модели).
3 простых оригами корабликов
Парусник с 1-м парусом (с пошаговыми фото)
Парусник с 2-мя парусами (+4 варианта)
Простой кораблик (плавающий)
6 Необычных оригами корабликов
Яхта
(с парусом)
Пароход
(с пошаговыми фото)
Пароход
(простой)
Катамаран +4 модели из бумаги
Сапсан с крышей
(инструкция по созданию)
Лодка открытая
+без крыши
Это самый простой кораблик оригами, который можно сложить из бумаги. Чтобы сделать модель бумажного кораблика, вам нужно проделать всего шесть простых шагов. Но это поначалу, когда набьете руку, вам понадобится всего два шага. Ступени имеет один сгиб долиной и одну наружную обратную складку. Это хороший пример, чтобы изучить технику фальцовки на внешней стороне. Если хотите, можете испытать лодку на воде, она действительно плавает, правда, недолго. Можете использовать любой вид бумаги, но намного проще, если лицевая и оборотная стороны бумаги будут, немного отличаются, как это показано на первых двух фото в галерее, будь то текстура или цвет.
Источник фото: www.origami-make.org/howto-origami-boat.php
Посмотрите еще несколько примеров простых корабликов из бумаги с парусом, выполненных в технике оригами.
Это очень простая модель парусника оригами из бумаги. Выглядит потрясающе, но не очень стабильная (быстро переворачивается и тонет). Пошаговую схему смотрите ниже.
Если что-то не понятно, на сайте можно прочитать пошаговую инструкцию.
Источник фото: www.origami-make.org/howto-origami-boat.php
Схема парусника из бумаги:
Материалы, которые вам понадобятся:
Как сделать бумажный парусник
Вот и все, можно начинать большую парусную регату.
Источник фото: www.stemlittleexplorers.com/en/how-to-make-an-origami-boat/
Посмотрите несколько фото парусника оригами.
Вот еще веселый, быстрый и легкий способ сделать бумажный кораблик за 5 минут.
Просто возьмите один листок бумаги. Это может быть обычная бумага для принтера. Дайте детям, пусть раскрасят бумагу, как им нравится. А дальше смотрите мастер класс на пошаговых фото.
Источник фото: www.instructables.com/id/Paper-Boat-Instructions/
И еще пример. В принципе, все то же самое, но для наглядности можно просмотреть.
Источник фото: www.instructables.com/id/Paper-Boat-2/
Сделайте бумажный кораблик из бумаги формата А4. Это красиво и дешево, но можно подойти к делу творчески. Не только раскрасить кораблик, но и сделать его долго плавающим.
Источник фото: www.instructables.com/id/floating-boat-with-origami/
Или еще пример, где показано, как сделать бумажный кораблик который плавает. Изготовить бумажный кораблик несложно, но для детей это не просто интересная поделка из бумаги, но и плавсредство. Поэтому они часто разочаровываются, когда вы погружаете лодку в воду, а она быстро промокает и тонет. Чтобы не огорчать детей, посмотрите эту инструкцию из 14 шагов, которая поможет сделать более прочный бумажный кораблик. По крайней мере, он лучше плавать и прослужит дольше. И это займет всего 10 минут! Отлично подходит для ванн, раковин, фонтанов и прочих водоемов.
Источник фото: www.instructables.com/id/How-to-Make-Paper-Boat-That-Floats/
Вам нравится делать кораблики из бумаги, но все они тонут? Тогда взгляните на пример, как сделать бумажную лодку, которая не тонет. А как сделать кораблик водонепроницаемым читайте в инструкции на сайте. Хотя идея простая, сложите обычный бумажный кораблик, можно из газеты, как в этом случае. Затем зажгите свечу и пусть жидкий воск капает на кораблик, а вы пальцем распределяйте его по поверхности корпуса. Смажьте все участки вашей бумажной лодочки. Не кладите много воска, потому что кораблик из бумаги будет слишком тяжелым. Вот и весь секрет «непотопляемости», впрочем, мастер класс посмотрите на пошаговых фото.
Источник фото: www.instructables.com/id/How-to-do-an-waterproof-paper-boat/
Здесь представлена инструкция, как сделать бумажный кораблик своими руками. Хотя эта простая поделка из бумаги знакома многим, но вы можете не только научить ваших детей этой простой оригами, но и немного пофантазировать.
Автор: Адитья Чакрабарти
Источник фото: feltmagnet.com/crafts/How-to-Make-a-Paper-Boat-that-Floats-Easy-Step-by-Step-Tutorial
Представленный бумажный кораблик, это классический вариант, который наверно умеют складывать все. Самая важная техника, которую вы должны знать, это «карманная складка», которая будет использоваться дважды. Самая замечательная особенность этого кораблика из бумаги заключается в том, что если используете «карманную складку» три раза (то есть еще один раз), то сможете сделать лодку меньшего размера (около 2/3) с идентичной формой оригинальной лодки. Карманная складка, это по умному, то есть загибаем углы и подгибаем низ, это и есть «карман». В общем, если кто забыл, как делать простой бумажный кораблик, смотрите ниже пошаговые фото.
Источник фото: www.origami-make.org/paper-boat-traditional
Техника оригами этой яхты из бумаги очень похоже на традиционный катамаран оригами в начальной последовательности складывания. Здесь основной способ сгиб ворота. То есть две складки долины квадратной бумаги. Название «Ворота» используется для этой техники складывания, поскольку ее действие аналогично закрытию ворот. Есть два разных способа сгиба ворот, горизонтальный и вертикальный. На самом деле это один и тот же метод, поскольку разница между ними составляет всего 90 °. Вам не обязательно иметь какие-то специальные знания об оригами, чтобы сложить эту модель бумажного кораблика с парусом из бумаги своими руками.
Все очень доступно показано ниже на пошаговых фото.
Источник фото: www.origami-make.org/howto-origami-boat.php
Вот еще пример такой же модели бумажной яхты. Она похожа на предыдущую волшебную лодку, но немного тоньше и выглядит изящней.
Источник фото: www.origami-make.org/origami-boat-magic
Здесь показано, как сложить кораблик из бумаги на практическом примере. Возьмите лист бумаги любимого цвета. Сложите и затем раскройте. Развернув, сложите центр, чтобы получить 4 прямоугольника или 3 складки. Затем то же самое, но перпендикулярно. Сложите пополам -> разверните -> сложите к центру. Вы получите 16 коробок. Сложите пополам, но на этот раз, чтобы получился треугольник. Разверните и сделайте то же самое по-другому, перпендикулярно тому, что вы только что сложили. Разверните. Теперь неокрашенной стороной вверх сложите углы в центр. Затем согните в центр, чтобы сделать прямоугольник.
Возьмите верхние угловые клапаны и загните в стороны. Надавите на нижнюю часть за клапанами (часть, касающаяся стола) и придайте форму трапеции. Сделайте так же с другой стороны. Не разворачивайся. Возьмите одну сторону трапеции и загните в сторону. Сделайте то же самое с клапаном рядом с ним. Переверните бумагу. Возьмите за верхний угол и сложите по диагонали, чтобы отразить нижнюю часть. Готово.
Источник фото: www.instructables.com/id/How-to-Make-a-Magic-Boat-Origami-Tutorial/
Простой и легкий способ сделать яхту кораблик оригами из листа бумаги
Сложите бумагу пополам. Это трудно, но не волнуйтесь:)
Разверните. Затем сложите бумагу пополам с другой стороны. Вы должны увидеть знак «+» и бумагу, разделенную на 4 части.
После этого сложите верх и низ складки в центр. Это должно выглядеть как дверь. Теперь поверните бумагу и сделайте еще одну дверь из оставшихся сторон.
Лист должен быть разделен на 16 частей. Как маленькая шахматная доска!
Наслаждайтесь своей яхтой оригами, только не опускайте на воду….
Источник фото: www.instructables.com/id/Majic-Boat-Origami-Instructions/
Объемный куб складывается из квадратного листа бумаги. Ножницы и клей не нужны. Сгибайте лист по этой схеме, и у вас получится отличный бумажный пароход.
Источник фото: handmadebase.com/uk/how-do-cubic-of-paper-in-engineering-ori/
Пошаговые фото, как сделать простой пароход оригами из бумаги. Или катер, назовите, как вам больше нравится.
В завершении нарисуйте окна.
Источник фото: www.instructables.com/id/Origami-How-to-Make-a-Book-Out-of-Paper-video-Less/
15 фото пароходов из бумаги своими руками
Пример как сделать кораблик из бумаги оригами своими руками. Здесь применяются две внутренние обратные складки. Вид сверху и сбоку.
Ниже смотрите технику складывания на пошаговых фото.
Источник фото: www.
origami-make.org/howto-origami-boat.php
Этот простой катамаран оригами отличается от традиционного в последовательности складывания, хотя форма очень похожа. Особенность заключается в обратном сгибе.
Последовательность показана на схемах в галерее.
Источник фото: www.origami-make.org/origami-boat-catamaran-simple
Эта модель немного сложнее, так как передняя сторона сложена иначе, чем задняя.
Как сложить бумажный катамаран своими руками на пошаговых фото ниже.
Источник фото: www.origami-make.org/origami-boat-catamaran2
Ниже представлено еще три похожих примера, как сделать катамаран из бумаги оригами.
На этих схемах показано, как сложить простую лодку из бумаги в виде катамарана своими руками.
Готовый катамаран
Источник фото: origami.me/catamaran/
Способ, как сделать простую лодку катамаран из листа бумаги формата А4. Возьмите один угол листа и сложите, чтобы получился квадрат. Затем сложите другую сторону бумаги и затем разверните обе части. После этого отрежьте ножницами и удалите прямоугольную часть. У вас должен остаться просто квадратный лист. Сложите четыре угла к центру листа. Затем заверните верх и низ к центру, чтобы получился лист прямоугольной формы. Сложите его пополам, по бокам сделайте треугольники.
Затем аккуратно разверните, и у вас получится маленькая лодка катамаран.
Источник фото: www.instructables.com/id/How-to-Make-a-Paper-Double-Boat-for-Kids/
Вам нравятся бумажные кораблики? Следуйте этой простой инструкции на пошаговых фото, чтобы сделать катамаран оригами своими руками!
Ваш катамаран из бумаги готов!
Источник фото: www.useful-tips-japan.com/origami/make-your-very-own-origami-catamaran/
Вот еще несколько фото катамаранов из бумаги оригами
Эта модель бумажного кораблика сампан оригами будет плавать, если опустить на воду, но, вероятно, не очень долго, пока бумага намокнет. Хотя можете сделать лодку практически из любой бумаги, из такой, которая быстро не промокнет. Лучше всего подходит цветная бумага, хотя бы с одной стороны. Здесь выбрана коричневая бумага, чтобы создать впечатление деревянной лодки. Сампан — это классическая модель оригами, которую хорошо делать с детьми, потому что это очень просто и быстро, при определенном опыте пять минут, не больше. Попробуйте.
Источник фото: origamiexpressions.com/traditional-origami-sampan
Сложить такую лодку из бумаги своими руками не сложно, просто делайте все, как показано на пошаговых фото. Самая сложная часть, это вывернуть клапан наизнанку. Перед этим вы должны увидеть четыре маленьких треугольника, по два с каждой стороны.
Сложите все четыре. Затем проведите гипотенузу прямоугольного треугольника к ее основанию. Сделай это на всех четырех сторонах. Обе стороны будут пересекаться, и будет ощущаться, что это неправильно, но это правильно. Лист бумаги должен выглядеть, как на втором фото в галерее. Теперь сложите чуть-чуть место, где оно перекрывается, так что вместо него образуется плоская линия. Чтобы вывернуть, оставьте средний клапан в покое. Держите каждую сторону снаружи одной рукой, и сделайте все возможное, чтобы вытолкнуть его наизнанку. Затем можете просто поднять крышу, лодка из бумаги готова!
Источник фото: www.instructables.com/id/Paper-Boat-4/
Сампан — это плоскодонная лодка, обычно сделанная из дерева. Но этот сампан оригами сделан из бумаги и намного меньше (хотя вы могли бы сделать его из большего листа бумаги). Как сложить лодку, смотрите на пошаговых фото, все довольно просто. А для сложной части …
Откройте слои … сложите обратно … нажмите на нижнюю часть модели, чтобы она развернулась (будьте осторожны, чтобы не порвать бумагу!) Повторите это с правой стороны.
Оригами сампан закончен! Лодка может плавать, но не очень долго, только если не сделаете из более плотной бумаги.
Источник фото: epicorigami.blogspot.com/2013/12/the-sampan.html
Похожий пример, точнее, это такая же модель, но сделана из простой бумаги. Просто лучше показать несколько вариантов, чтобы было наглядней. Даже показано, как лодка из бумаги оригами плавает в наполненной водой раковине. В общем, посмотрите, как сделать крутой бумажный кораблик, который может плыть, если бумага достаточно водостойкая или достаточно плотная (но не слишком толстая, иначе вы не сможете ее сложить). Как сложить бумажный кораблик своими руками, описано в предыдущих примерах.
Источник фото: www.instructables.com/id/Paper_Boat/
Или посмотрите еще такую пошаговую инструкцию.
Источник фото: www.instructables.com/id/Origami-Boat-Model-2/
Конспект мероприятия для 1 класса:
Рогалёвой Екатерины Валерьевны,
воспитатель ГПД
Коломна, 2010.
Тема внеклассного мероприятия:
«КОНСТРУИРОВАНИЕ ИЗ БУМАГИ или ИСКУССТВО ОРИГАМИ».
Цель:
Задачи
Обучающие:
Развивающие:
Воспитательные:
Оборудование рабочего места учителя: образцы изделий, схемы, инструменты (ножницы, бумага, карандаш, ластик, линейка).
Оборудование рабочего места детей: цветная бумага, ножницы, карандаш, ластик, линейка.
Литература:
Поделки и модели”. М.: Первое сентября, 2002План занятия:
Организационный момент: Здравствуйте, ребята! Сегодня на занятии нам с вами понадобится: цветная бумага, ножницы, карандаш, ластик, линейка. Посмотрите, все ли у вас готово к уроку.
Сообщение темы, постановка цели: Сегодня на уроке мы будем заниматься оригами. И для начала выясним, что же такое «оригами»? В этой технике изготавливаются открытки, игрушки, подарки, упаковки.
Оригами – производное от японских слов «ори», что означает «складывание», и «ками», что означает «бумага». Никогда не являлось каким-либо секретом для всех народов, однако именно японцы придали бумажным фигуркам статус традиции. Передаваясь из поколения в поколение, оно получило широкое распространение и является неотъемлемой частью японской культуры. А в последнее время и мировой культуры.
Давайте также узнаем что такое «модуль», это нам пригодится на нашем занятии? Модуль — законченная фигурка, которая вставляется в подобную фигурку. Вы уже знаете несколько способов изготовления игрушек. Сегодня мы с вами продолжим знакомство еще с одним. Будем складывать звезду, состоящую из 12 лучей.
Предварительная подготовка к работе:
Анализ конструкций образца:
-Давайте посмотрим, из скольких модулей состоит игрушка? Из двенадцати! Сравните их.
Они одинаковые по размеру. Как соединены? Подвижно вставлены друг в друга!
Анализ технологии выполнения изделия:
-С чего мы начнем выполнение изделия? Возьмем лист цветной бумаги. Для выполнения детали нам понадобится квадратный элемент. Что потом? Отрежем от листа лишнюю бумагу. Дальше? Сложим по схеме, соберем в звезду.
Практическая работа:
-Сейчас мы будем размечать квадраты для нашей звезды. Размечаем полоски с помощью карандаша и линейки на изнаночной стороне. Отмерять начнем от левого верхнего угла на листе; от «нуля» на линейке (приложить «ноль» на линейке к левому верхнему углу листа бумаги). Вниз от угла отложим столько сантиметров, сколько составляет ширина листа и поставим точку. От правого верхнего угла также отмерим такое же расстояние и поставим точку, соединим. (Остальные квадраты размечают по аналогии.)
Что будем делать дальше по нашему плану, который мы с вами составили? Вырежем. И когда режете, следите за линией, по которой режете. Молодцы! Что мы будем делать дальше? Складывать. Посмотрите на доску (на доске представлена схема фигуры). Для начала сложим наш квадрат пополам, получилась «крыша домика». Возьмите сложенный листок бумаги таким образом, чтобы вершина крыши оказалась внизу. Далее правый нижний угол заготовки мА соединяем с левым верхним её углом. У всех получилось так же как на схеме? Далее действуем по схеме: сложить два противоположных угла и отогнуть часть оставшейся фигуры назад. Сверьтесь со схемой. Раскройте получившиеся карманы как показано на схеме. Теперь отогните свободные уголки в противоположную сторону. У нас получился два треугольника. Проверьте правильность выполнения со схемой. По этой же схеме сделайте еще 11 модулей.
Проверка и оценка работ: Все сделали поделку? Поднимите свои звездочки и покажите остальным. Посмотрите, какими у нас яркими и красивыми получились наши звезды. Их мы можем повесить на нашу доску и использовать в виде рамок наших портретов. И тогда на доске мы увидим наш замечательный звездный и дружный класс!!!
Итог занятия: Чем мы сегодня с вами занимались? Делали игрушки из модулей.
Что нового узнали? Молодцы! Вы сегодня все очень хорошо поработали.
Уборка рабочего места: Уберите все свои принадлежности в папку, Если есть обрезки — на перемене выкинете в урну.
К концу занятия дети должны
знать:
уметь:
Конспект урока по трудовому обучению во 2 классе
Тема: Моделирование в технике оригами. Лисичка.
Цель урока: научить изготавливать фигурку лисички.
Задачи урока:
познакомить с базовой формой «треугольник»;
дать новую информацию об истории оригами, об условных обозначениях на схемах оригами;
совершенствовать умения сгибания и складывания бумаги;
развивать глазомер, мелкую моторику рук, умения действовать по инструкции, умение выполнять работу по схеме;
воспитывать бережное отношение к животным.
Оборудование: учебное пособие «Трудовое обучение» для II класса; цветная бумага (у всех учащихся квадрат размером 20х20), схемы оригами (на каждой парте и у учителя на доске), простые карандаши, линейки.
Ход урока
Организационный момент
Мы сюда пришли учиться,
Не лениться, а трудиться.
Работаем старательно,
Слушаем внимательно!
–Ребята, посмотрели на меня, стали ровненько. Молодцы, присаживайтесь, начнем урок. Давайте проверим, все ли из вас подготовились к уроку. Покажите мне цветную бумагу, положите на край парты. Покажите карандаш и линейку, положите перед собой.
Вступительная беседа
–Сегодня урок из раздела «Изготовление изделий из бумаги и картона. Моделирование в технике оригами». Что такое оригами? (Оригами – это искусство складывания любых фигурок из бумаги без помощи ножниц и клея).
–Искусство складывания бумаги зародилось в Японии много веков назад. В переводе с японского «оригами» означает «сложенная бумага»: «ори» — «сложенный», а «ками» — «бумага» и «бог» одновременно. Сначала японцы складывали фигурки из бумаги и использовали их в ритуалах и жертвоприношениях, позже их начали использовать и в повседневной жизни, и в школах, но изучать это искусство могли только богатые люди, так как бумага в то время была дефицитом. Давайте подумаем, а где сейчас используют оригами? (В школе, изготавливают изделия дома, создают театры, в которых герои сделаны из бумаги). Вы, наверное, знаете, что для изготовления оригами существуют специальные схемы. В них есть условные обозначения – это знаки, которые подсказывают нам действия. И сегодня мы тоже поработаем по схеме, но сначала вспомним, какие бывают условные обозначения. (На доске рисунки с подписями: согнуть и разогнуть, сгиб горой, сгиб долиной, повернуть, перевернуть).
Сообщение темы и целей урока.
– Сегодня и мы научимся складывать фигурку лисички в технике оригами.
Тема сегодняшнего урока – «Моделирование в технике оригами. Лисичка». Задачи урока: узнать новое об искусстве оригами; познакомиться с базовой формой «треугольник»; совершенствовать умения работать по схеме.
Демонстрация и анализ образца изделия
– Давайте рассмотрим лисичку. Из каких частей она состоит? (Самое большое – туловище, голова, на ней ушки и хвост). Также на мордочке у нее нарисованы носик и глазки. Бумагу какого цвета лучше взять для изготовления лисички? (Оранжевого, желтого, красного, коричневого).
– Теперь посмотрите на схему. Назовите условные обозначения, которые на ней есть. (согнуть и разогнуть, сгиб горой, повернуть).
Составление плана работы
– Давайте составим план предстоящей работы. Что в первую очередь нам понадобится для работы? (Лист бумаги). Это будет наша основа. Что мы будем делать с ним? (Складывать). И что сделаем, когда лисичка будет готова? (Нарисуем глаза и нос). Молодцы, вы правильно назвали все этапы работы, а чтобы вы не забыли, я записала их на доске. (Учитель открывает заранее записанный план: 1. Взять основу. 2. Сложить фигурку. 3. Нарисовать глаза и нос.).
Сообщение критериев оценивания
–Прежде, чем приступить к работе, давайте вспомним основные правила оригами. Их соблюдение поможет нам сделать фигурку лисички красивой качественной, также по этим критериям я буду вас оценивать:
а. точное совмещение углов и сторон при сгибании;
б. выполнение четкой линии сгиба;
в. соблюдение чистоты рук и рабочего места.
Физкультминутка
Я гулял вчера в лесу
И увидел там лису.
Рыжебокая лисица
Шла к ручью воды напиться.
Вдруг лиса остановилась,
Увидав вблизи меня.
Не успел шаг сделать я,
Как она в кустах уж скрылась.
Объяснения учителя и практическая деятельность учащихся
– Напоминаю вам, что мы работаем по плану, а также опираемся на схему. Возьмите лист бумаги и положите его перед собой лицевой стороной вниз так, чтобы углы смотрели в стороны, вверх и вниз (т.е. ромбиком). Возьмитесь за верхний угол и соедините его с нижним. Прогладьте линию сгиба ребром ладони. Теперь разогните заготовку так, чтобы снова получился ромб. Возьмитесь за левый угол и соедините его с правым. Прогладьте линию сгиба ребром ладони. У вас получилась базовая форма «треугольник». Мы ее получили, когда соединили два противоположных угла квадрата. Вы видите, что линия сгиба делит наш большой треугольник на два маленьких. Сейчас возьмитесь за верхний угол и совместите левую сторону верхнего треугольника с линией сгиба. Прогладьте линию сгиба ребром ладони. То же самое сделаем и с нижним треугольником: возьмитесь за нижний угол и совместите левую сторону нижнего треугольника с линией сгиба. Прогладьте линию сгиба ребром ладони. Теперь нам нужно выполнить движение, которое называется «сгиб горой». Возьмитесь за верхний угол заготовки и отогните его назад по линии сгиба. Теперь возьмите линейку и совместите с верхним правым углом отметку 3см. Именно столько нам нужно отложить в левую сторону для того, чтобы у нас получилась голова. Возьмите карандаш и поставьте засечку там, где 0. С помощью линейки соедините засечку и нижний угол треугольника. Приложите к этой линии линейку, возьмитесь за верхний правый угол: у нас там целых три слоя бумаги, будьте внимательны, нам нужно отогнуть только первый. Отогнули по намеченной линии, прогладили линию сгиба ребром ладони, проверили, чтобы все уголки совпали друг с другом. Во втором слое бумаги вы видите небольшое углубление.
Вам нужно просунуть туда пальчик, прижать к первому слою и затем пригладить пальцем сверху получившийся ромб – это лицо лисички, а вверху получились два ушка. Нам осталось сделать хвостик. Для этого снова возьмите линейку и приложите ее к нижней стороне так, чтобы 0 совпал с нижним левым углом. Отложите 4 см и сделайте засечку. Возьмитесь за нижний левый угол и согните так, чтобы линия сгиба проходила через вашу засечку. Прогладьте линию сгиба ребром ладони. Наша лисичка готова. Вам остается только нарисовать глазки и носик.
Подведение итогов работы. Оценивание работ.
– Что нового вы узнали на уроке об искусстве оригами? Чему вы сегодня научились?
– Внимательно рассмотрите свои работы. Удалось ли вам соблюсти правила оригами, чтобы сделать качественное изделие?
– Сейчас я буду вызывать вас к доске, и оценивать ваши работы по тем критериям, которые уже записаны.
Рефлексия
– Если вы довольны своей работой на уроке, широко улыбнитесь и подарите свою улыбку другим. Вы молодцы! Урок окончен, всем спасибо за работу. Уберите свои рабочие места и приготовьтесь к следующему уроку.
Личностные:
– осознание ответственности человека за общее благополучие,
– осознание своей этнической принадлежности,
– гуманистическое сознание,
– начальные навыки адаптации в динамично изменяющемся мире,
– внутренняя позиция школьника на основе положительного отношения к школе,
– ценностное отношение к природному миру,
– готовность следовать нормамздоровьесберегающего поведения.
Метапредметными результатами обучающихся являются:
Познавательные:
– использовать общие приёмы решения задач;
– контролировать и оценивать процесс и результат деятельности;
– самостоятельно создавать алгоритмы деятельности при решении проблем различного характера;
– узнавать, называть и определять объекты и явления окружающей действительности в соответствии с содержанием программы;
– использовать знаково-символические средства, в том числе модели и схемы для решения задач;
– моделировать;
– обрабатывать и оценивать информацию;
– устанавливать причинно-следственные связи;
– обобщать;
– рассуждать;
— ориентироваться в своей системе знаний: отличать новое от уже известного с помощью учителя;
— добывать новые знания: находить ответы на вопросы, используя учебник, свой жизненный опыт и информацию, полученную на уроке; пользоваться памятками, схемами;
— перерабатывать и оценивать полученную информацию: делать выводы в результате совместной работы всего класса.
Регулятивные:
Должны знать что такое оригами;
– правила безопасности труда и личной гигиены;
– различать материалы и инструменты, знать их назначения;
– понятия: оригами, базовые формы, условные обозначения.
— основные геометрические понятия;
— условные обозначения к схемам;
— названия и назначение ручных инструментов и приспособления шаблонов, правила работы ими;
— технологическую последовательность изготовления некоторых изделий: разметка, резание, сборка, отделка;
— способы разметки: сгибанием;
— способы соединения с помощью клейстера, клея ПВА;
— определять и формулировать цель деятельности на уроке с помощью учителя;
— проговаривать последовательность действий на уроке;
— с помощью учителя объяснять выбор наиболее подходящих для выполнения задания материалов и инструментов;
— учиться готовить рабочее место и выполнять практическую работу по предложенному учителем плану с опорой на образцы, рисунки, схемы,, правильно работать ручными инструментами;
— выполнять контроль точности разметки деталей с помощью шаблона.
Средством для формирования этих действий служит технология продуктивной художественно-творческой деятельности – учиться совместно с учителем и другими учениками давать эмоциональную оценку деятельности класса на уроке.
— реализовывать творческий замысел в контексте (связи) художественно-творческой и трудовой деятельности.
Коммуникативные:
– определять цели, функции участников, способы взаимодействия;
– договариваться о распределении функций и ролей в совместной деятельности;
– задавать вопросы, необходимые для организации собственной деятельности и сотрудничества с партнёром;
– формулировать собственное мнение и позицию;
– определять общую цель и пути ее достижения;
– осуществлять взаимный контроль;
– формулировать собственное мнение и позицию;
– задавать вопросы;
– строить понятные для партнёра высказывания;
– адекватно оценивать собственное поведение и поведение окружающих,
– разрешать конфликты на основе учёта интересов и позиций всех участников;
– координировать и принимать различные позиции во взаимодействии;
– аргументировать свою позицию и координировать её с позициями партнёров в сотрудничестве при выработке общего решения в совместной деятельности;
– оказывать в сотрудничестве взаимопомощь.
— донести свою позицию до других: оформлять свою мысль в поделках;
— слушать и понимать речь других.
Опубликовано 02 Апрель 2020 в 14:54
Блог Дети в городе > Разное > Оригами для детей: 10 простых схем для малышей
Оригами для детей — это быстрый и бюджетный способ занять ребенка в свободное время. Дети приходят в восторг от бумажных журавликов, цветов и прыгающих лягушек и хотят научиться делать такие же фигуры.
Педагоги и психологи заметили, что составление бумажных фигурок помогает детям:
Все зависит от желания и возможностей ребенка. В 3 — 4 года стоит попробовать ровно сгибать квадрат бумаги пополам, с 5 — 6 лет — делать простые фигуры с помощью взрослого. Если ребенок проявляет интерес, постепенно занятия можно усложнять. В любом случае, занятия оригами положительно сказываются на развитии мелкой моторики у детей, а значит изделия будут получаться все лучше и лучше.
Оригами для детей: 10 полезных мастер-классовДля занятий оригами с ребенком вам понадобятся: бумага (белый и цветной), ножницы, карандаш, линейка, клей. Самое важное для первых уроков — это подобрать доступные схемы. Чтобы упростить вам задачу, мы сделали полезную подборку мастер-классов оригами из бумаги для детей.
Детки очень любят котиков. Смастерить себе с квадратного листа оригами котика очень легко. Смотрите на схемку и составляйте. Затем эту поделку легко наклеить на картон.
СобачкаПрактически так же можно сделать и собачку.
РыбкаЦветная бумага, ножницы, несколько минут работы — и у вас есть чудесные разноцветные рыбки.
КорабликКораблики из бумаги должен уметь делать каждый ребенок. Смотрите видео и мастерите с ребенком бумажные корабли.
БабочкиДля того, чтобы получить такие яркие бабочки, придется приложить чуть больше усилий, но результат вас удовлетворит.
СердечкоНаучиться делать такие бумажные сердечки достаточно просто. И приятно их подарить маме, или украсить ими поздравительную открытку.
ЧерепашкаСмотрите видео и учитесь вместе с ребенком мастерить таких замечательных черепах.
ЗайчикПросмотрев это видео вы научитесь делать такого милого зайчика, или пасхальных кроликов, и сможете украсить ими пасхальный стол.
ЛягушкаКто не хочет поиграть с оригами лягушкой, которая может прыгать? Эта схема очень простая и дети с легкостью смогут сделать маленьких зеленых лягушат и устроить соревнования.
Классика искусства оригами — журавлики. Научитесь делать их вместе с ребенком. Сделанными фигурками можно украсить комнату.
ТюльпаныДарить маме цветы теперь можно хоть каждый день, главное — научиться делать их из бумаги.
Video: YouTube
Предлагаем оригами для детей со схемами. О том, как складываются поделки, можно посмотреть видео-сборку. Все это простые модели и можно заняться с детьми производством красивых поделок из бумаги. Это полезно для моторики пальцев, да и малышам всегда нравится делать что-то собственноручно, создавать и потом с гордостью заявлять, что сделали сами. Это отличные подарки к любому тождеству — Новому году. Всегда лучше, когда сделаны своими руками оригинальные вещички.
Предлагаем много разных схем. Но, конечно, малышам выполнить с первого раза поделки не под силу. Нужна сноровка. Это как пазлы — требуется усидчивость и бережное отношение к используемому материалу. Сложить можно из обычной бумаги множество разных оригами для детей 3-4 лет, мелочей полезных, валентинок, зайцев, животных, птичек, тем самым создав уют в доме. Восхищенные взгляды гостей обязательно по достоинству оценят такой кропотливый труд.
Валентинки — тоже своего рода индивидуальные поделки. Это не простые сердечки из бумаги, а довольно сложные модели, аккуратно сложенные в модули.
Все самые лучшие схемы оригами можно посмотреть по ссылкам ниже для детей 5-6 лет. Дети в силах выполнить тюленя, лису, верблюда, зайца, птичку, осенний листопад, кота, цветок.
Оригами — это настоящее искусство и нужно для работы всего лишь цветная бумага и ножницы. Обязательно стоит сначала изучить схемы, чтобы складывать модельные элементы в нужном порядке.
Это хорошо расслабляет, концентрирует внимание, развивает моторику пальчиков.
Модульная техника сегодня — новое явление для детей. Создавать можно поистине завораживающие, поражающие своей красотой и разнообразием поделки. Примеры уже готовых работ для детей 7-8 лет смотрите на фото и видео.
Чем отличается модульное оригами от классического? А тем, что потребуется не менее 6 одинаковых модулей в каждом ряду, также довольно много листов цветной бумаги. Но результат того стоит. Немного усидчивости терпения и можно смастерить самые настоящие шедевры на зависть окружающим.
Метод оригами заключается в соединении всех модулей друг с другом, соединение конструкции, придание ей разнообразных форм.
В работе можно использовать клей ПВХ и создавать тем самым любые фигурки разных цветов и размеров. Чем больше используется в работе листов бумаги, тем сложнее можно придумать структуру конструкции из треугольных элементов, что подойдет для детей более старшего возраста: 11-12 лет и 13-14 лет.
Схемы оригами:
Подобным образом можно собрать фигуры и в других национальных традициях;Сегодня в интернете вы можете найти различные схемы оригами из модулей на русском языке для детей 9-10 лет. Многие из них содержат видео-уроки. Уровень владения этим искусством можно повысить путем обыкновенной практики. Возможно, в дальнейшем вы уже сами сможете создавать схемы своих авторских фигурок зверей или цветов, а может и что-то посложнее.
Подборка лучших видео на просторах Интернета.
С нетерпением ожидаете Пасху, собирая новые идеи для праздничных украшений? Возможно, все, что нужно, уже лежит в вашем столе. Да-да, мы о бумаге.
Сегодня мы приготовили для вас 7 оригинальных идей, как создать пасхальный декор с помощью техники оригами. Цветочки, бабочки, кролики и подставки для яиц — это и другое вы увидите в нашей подборке. К каждой идее прилагается подробная схема — как это сделать своими руками.
Здесь есть идеи разной степени сложности, но большинство из них доступны даже начинающим.
Поэтому зовите детей и позвольте им помочь в украшении дома. Не переживайте, если нет специальной бумаги для оригами — подойдет и обычная, даже оберточная, если она легко складывается.
Вдохновляйтесь нашими идеями и, пользуясь схемами, обязательно попробуйте что-нибудь сделать для пасхального украшения дома и стола.
Итак, что можно сделать с помощью техники оригами?
__________________________
Кролик — главный пасхальный символ в США и некоторых странах Европы. Секрет его популярности прост: кролики отличаются плодовитостью, а Пасха, как известно, праздник возрождения, торжества жизни и пробуждения природы. Если вы воспринимаете этот день именно так, самое время поселить на праздничном столе пару (десятков) бумажных кроликов. Они станут отличной заменой корзинкам для сладостей или мелких яиц — впрочем, наполнение не обязательно, эти милые зверушки прекрасны и сами по себе.
Для создания кролика оригами достаточно одного квадратного листа бумаги. Не обязательно специальной — подойдет и обычная, а также оберточная или даже страницы из журналов. Главное, чтобы она не была слишком плотной и легко складывалась.
Как сложить кролика, смотрите на схеме ниже. Вы также можете дорисовать ему мордочку, хвост, или даже праздничный наряд — например, галстук.
__________________________
Если же вы не желаете довольствоваться малыми формами, при этом уже имеете опыт в оригами, попробуйте сделать большого кролика.
Эти очаровательные зверьки непременно понравятся детям и не слишком серьезным взрослым. Подробную схему смотрите на фото.
__________________________
Вам понравилось делать кроликов из предыдущего пункта, но не хотите ограничиваться столом? Сообщите всем, что праздник наступил, сделав мобиль с бумажными кроликами. Он станет отличным украшением для окон, а также детской — например, над кроваткой малыша, еще не знающего, что такое Пасха.
Чтобы сделать такой декор, вам понадобятся пяльцы, нитки и иголка. Пришейте нитку, а затем закрепите ее на пяльцах, и мобиль готов. Для большего эффекта используйте нити разной длины, а кроликов — разных цветов.
__________________________
Есть замечательная традиция красить яйца на Пасху. А если хочется чем-то их дополнить? Попробуйте сделать такие симпатичные подставки для яиц. Они не только украсят праздничный стол, но и решат проблему, куда и как их положить, чтобы получилось красиво.
Для создания одной подставки понадобится квадратный лист бумаги со стороной 15 см. Если хотите двухцветные, как на фото, поищите специальную цветную бумагу для оригами. Или же возьмите белую и раскрасьте сами.
Как делается этот декор, смотрите на схеме ниже.
__________________________
Еще одно животное, которое тоже по праву может считаться символом Пасхи — курочка. Ведь именно она несет яйца, которые мы едим за праздничным столом.
Если тема пасхальных кроликов вам не близка, или вы не хотите ограничиваться только ими, посадите на блюдо с яйцами милую курочку оригами. Ее также можно сложить из упаковочной бумаги.
Как сделать из бумаги курочку, смотрите на схеме.
__________________________
Цветущие деревья — пожалуй, самое прекрасное из проявлений весны. Если за окном нет еще и намека на цветение, самое время сделать цветочки самим. Только полюбуйтесь: они выглядят, как настоящие!
Вариантов украшений с бумажными цветами очень много. Например, прикрепите их к сухим ветвям и поставьте в вазу — получится отличный весенний букет. Или сделайте гирлянду, соберите мобиль, как в пункте 3.
Подробная схема поможет вам сделать такие цветы.
__________________________
Бабочки оригамиБабочки — редкий гость в середине весны, но от этого их появление кажется настоящим чудом. Это насекомое означает новую жизнь, перерождение, что делает их идеальным пасхальным символом. Вдобавок, они очень красивы.
Итак, если вам нужен праздничный и в то же время ненавязчивый декор, сделайте из бумаги бабочек. Позвольте им сидеть на праздничном столе, порхать по стенам или дверям. Сделайте гирлянду или мобиль. Добавьте бабочек к букету из предыдущего пункта. В общем, вариантов — миллион.
Схема создания бабочки оригами перед вами.
Вот лишь несколько идей оригинального декора, который можно сделать в технике оригами. Вдохновляйтесь, запасайтесь бумагой, и придумывайте новые!
Фелтон, С., Толли, М., Демейн, Э., Рус, Д. и Вуд, Р. Метод построения самосгибающихся машин. Наука 345 , 644–646 (2014).
ADS Статья Google Scholar
Miskin, M. Z. et al. Биморфы на основе графена для автономных машин оригами микронного размера. Proc. Natl Acad. Sci. США 115 , 466–470 (2018).
ADS Статья Google Scholar
Миура К. Способ упаковки и развертывания больших мембран Отчет № 618 (Институт космоса и астронавтики, 1985).
Kuribayashi, K. et al. Саморазвертывающиеся стент-графты оригами в качестве биомедицинского применения фольги из сплава TiNi с памятью формы, богатого никелем. Мат. Sci. Англ. А 419 , 131–137 (2006).
Артикул Google Scholar
Уилсон, Л., Пеллегрино, С., и Даннер, Р. Оригами вдохновили концепции космических телескопов. В 54-й конференции AIAA / ASME / ASCE / AHS / ASC Structural Dynamics and Materials Conference (2013).
Евгени Т. П., Тачи Т. и Паулино Г. Х. Трубки оригами, собранные в жесткие, но реконфигурируемые структуры и метаматериалы. Proc. Natl Acad. Sci. США 112 , 12321–12326 (2015).
ADS Статья Google Scholar
Шенк, М. и Гест, С. Д. Геометрия метаматериалов, складчатых Миура. Proc. Natl Acad. Sci. США 110 , 3276–3281 (2013).
ADS Статья Google Scholar
Сильверберг, Дж. Л., Эванс, А. А., МакЛеод, Л. и Хейворд, Р. С. Использование принципов дизайна оригами для складывания перепрограммируемых механических метаматериалов. Наука 345 , 647–650 (2014).
ADS Статья Google Scholar
Вайтукайтис, С., Мено, Р., Чен, Б.Г. и ван Хекке, М. Мультистабильность оригами: от одиночных вершин к меташитам. Phys. Rev. Lett. 114 , 055503 (2015).
ADS Статья Google Scholar
Silverberg, J. L. et al. Конструкции оригами с критическим переходом к бистабильности за счет скрытых степеней свободы. Nat. Матер. 14 , 389–393 (2015).
ADS Статья Google Scholar
Chen, B.G. et al. Топологическая механика оригами и киригами. Phys. Rev. Lett. 116 , 113501 (2016).
Google Scholar
Дудте, Л. Х., Вуга, Э., Тачи, Т. и Махадеван, Л. Программирование кривизны с использованием мозаики оригами. Nat. Матер. 15 , 583–588 (2016).
ADS Статья Google Scholar
Овервельде, Дж. Т. Б., Уивер, Дж. К., Хоберман, К. и Бертольди, К. Рациональное проектирование реконфигурируемых призматических архитектурных материалов.
Природа 541 , 347–352 (2017).
ADS Статья Google Scholar
Бертольди К., Вителли В., Кристенсен Дж. И ван Хекке М. Гибкие механические метаматериалы. Nat. Преподобный Мат. 2 , 17066 (2017).
Артикул Google Scholar
Лэнг, Р. Дж. Секреты дизайна оригами: математические методы для древнего искусства 2-е изд (Тейлор и Фрэнсис, 2011).
Джинепро, Дж. И Халл, Т. К. Подсчет складок Миура-ори. J. Int. Seq. 17 , 14108 (2014).
MathSciNet МАТЕМАТИКА Google Scholar
Аркин Э. М. и др. Когда можно сложить карту? Сост. Геом. 29 , 23–46 (2004).
MathSciNet Статья Google Scholar
Вайтукайтис, С. и ван Хекке, М. Строительные блоки оригами: общие и особые четырехвершинники. Phys. Ред. E 93 , 023003 (2016).
ADS MathSciNet Статья Google Scholar
Чен Б.Г. и Сантанджело К.Д. Ветви треугольного оригами в развернутом состоянии. Phys. Ред. X 8 , 011034 (2018).
Google Scholar
Эванс, А. А., Сильверберг, Дж. Л., Сантанджело, К. Д. Решеточная механика мозаики оригами. Phys. Ред. E 92 , 013205 (2015).
ADS MathSciNet Статья Google Scholar
Баррето, П. Т. Линии, встречающиеся на поверхности: свёртка «Марса».В Proc. 2-е Международное совещание по науке оригами и научному оригами (изд. Миура, К.) 323–331 (Токийский университет искусства и дизайна Сэйан, 1997 г.).
Хаффман Д. А. Кривизна и складки: грунтовка по бумаге.
IEEE Trans. Комп. С 25 , 1010–1019 (1976).
Артикул Google Scholar
Тачи Т. Обобщение жесткой складной четырехугольной сетки оригами. J. Int. Доц. Shell Spat. Struct. 50 , 173–179 (2009).
Google Scholar
Kokotsakis, A. Uber bewegliche Polyeder. Math. Аня. 107 , 627–647 (1933).
MathSciNet Статья Google Scholar
Стерн М., Пинсон М. Б. и Муруган А. Сложность складывания самосгибания оригами. Phys.Ред. X 7 , 041070 (2017).
Google Scholar
белкастро, С.-М. И Халл, Т. С. Моделирование складывания бумаги в трех измерениях с помощью аффинных преобразований. Лин. Alg. Прил. 348 , 273–282 (2002).
Артикул Google Scholar
Изместьев, И. Классификация изгибаемых многогранников Кокоцакиса с четырехугольным основанием. Внутр. Математика. Res. Нет. 3 , 715–808 (2017).
MathSciNet МАТЕМАТИКА Google Scholar
Stachel, H. Гибкие многогранные поверхности с двумя плоскими положениями. Симметрия 7 , 774–787 (2015).
MathSciNet Статья Google Scholar
Demaine, E. & Orourke, J. Геометрические алгоритмы складывания: связи, оригами, многогранники (Cambridge Univ.Press, 2007).
He, Z. & Guest, S. D. Аппроксимация целевой поверхности с помощью жесткого оригами с 1 степенью резкости. В Оригами 7: Седьмое Международное совещание по науке, математике и образованию оригами (изд. Ланг, Р.) 505–520 (Tarquin Publications, 2018).
Раскройте и опубликуйте свой контролируемый словарь во многих схемах метаданных
TemaTres — это сервер словаря с открытым исходным кодом, веб-приложение для управления словарями, тезаурусами, таксономиями и формальными представлениями знаний и их использования. Требуется веб-сервер PHP, MySql и HTTP. .
© ТемаТрес — Диего Феррейра 2021
Активная бумага на основе графена, вдохновленная оригами, с запрограммированными градиентами в вертикальном и боковом направлениях, разработана для устранения многих ограничений полимерных активных материалов в том числе медленная реакция и насильственные методы работы.В частности, мы использовали функционально разработанный оксид графена в качестве наноразмерных строительных блоков для изготовления самосгибающейся полностью графеновой бумаги с однокомпонентной градиентной структурой.
Функциональное устройство, состоящее из этой графеновой бумаги, может (i) принимать заранее заданные формы, (ii) ходить и (iii) поворачивать за угол. Этими процессами можно дистанционно управлять с помощью мягкого света или обогрева. Мы считаем, что этот самосгибающийся материал имеет потенциал для широкого спектра применений, таких как зондирование, искусственные мышцы и робототехника.
Оригами, древнее искусство складывания бумаги, вдохновило на создание различных самосворачивающихся структур и устройств для современных приложений, в том числе удаленных. управляющая робототехника ( 1 , 2 ), микрофлюидный химический анализ ( 3 ), тканевая инженерия ( 4 ) и искусственные мышцы ( 5 ).Самосворачивающиеся конструкции быстро появляются на переднем крае научных и технологических инноваций из-за их способности выполнять запрограммированные движения складывания / раскладывания без кинематического манипулирования внешними силами или моментами ( 6 ).
Активные материалы, которые преобразуют другие формы энергии в механическую работу для выполнения операций складывания и раскладывания, необходимы для создания самосгибающейся конструкции ( 7 , 8 ). Предыдущие исследования активных материалов в основном были сосредоточены на полимерах, включая гели ( 9 ), жидкокристаллические полимеры ( 10 ), полимеры с памятью формы (SMP) ( 11 ) и сопряженные полимеры ( 12 ).Свойства этих материалов реагируют на раздражители окружающей среды (pH, температура, растворитель, влажность, электричество и свет), что приводит к изменению их формы ( 13 ). На сегодняшний день для самосгибания полимеров используются три основных механизма: (i) релаксация SMP, (ii) складывание гибридных полимерных бислоев с вертикальной неоднородностью или узорчатых пленок с латеральной неоднородностью, вызванной различной деформационной способностью каждого компонента, и (iii) сворачивание однокомпонентных плоских полимеров путем применения градиентов поля к однородным структурам или нерадиационных стимулов к градиентным структурам.
Хотя это могут быть эффективные подходы, они все же сталкиваются с рядом практических проблем. Что касается подхода (i), SMP ограничены количеством временных форм, которые могут быть запомнены в каждом цикле памяти формы, и возможностью настраивать температуру (температуры) перехода с памятью формы для целевых приложений ( 14 ). С учетом подхода (ii) недостатком полимерных мультислоев является их низкая стабильность. Несколько компонентов не расширяются / сжимаются равномерно, что вызывает проблемы с интерфейсом.Этот подход также обычно требует подключения проводов и цепей ( 15 , 16 ), которые не подходят для удаленных приложений. Между тем, для подхода (iii) как изготовление градиентных полимерных пленок, так и генерация полей градиентных стимулов являются сложными, даже несмотря на то, что это общая стратегия для получения самосгибающихся однокомпонентных полимеров. Также трудно использовать этот вид самосгибающегося полимера для создания движущихся или поворачивающихся структур. Кроме того, такие структуры обычно работают в нефизиологических условиях [например, температура> 100 ° C ( 17 ), органический пар, опасное напряжение ( 15 ), химическая реакция ( 18 ) и кислотно-щелочной раствор ( 19 )], а в других случаях их срабатывание происходит медленно, от нескольких десятков секунд ( 20 ) до нескольких минут ( 21 ) или даже необратимо ( 22 ).
Хотя они имеют ценность в определенном контексте, существующие дизайны, вдохновленные оригами, еще не соответствуют требованиям для практического использования. Поэтому фундаментальное и практическое значение имеет изучение альтернативных подходов к реализации самоскладывающихся структур. Совсем недавно были предсказаны графеновые наноклетки, вдохновленные оригами ( 23 ), открывшие перспективу использования графена как материала для создания самосворачивающихся машин или роботов. Графен можно рассматривать как двумерный (2D) активный полимер ( 24 ), но он намного прочнее и универсальнее, чем традиционные полимеры ( 25 ).
Чтобы соответствовать условиям эксплуатации самосвертывающихся устройств и другим требованиям приложения, необходимо перевести активные свойства отдельных графеновых листов в макромасштаб. Обнадеживает то, что графеновые нанолисты использовались в качестве наноразмерных строительных блоков для создания различных видов трехмерных сборок ( 26 , 27 ). Чувствительные к стимулу гидрогелевые, бумажные и волокноподобные макроскопические графеновые материалы (MGM) легко доступны ( 28 , 29 ). MGM очень сильно поглощают свет в широком диапазоне от ультрафиолетового до инфракрасного (ИК) длин волн, что должно способствовать использованию световой энергии для выполнения фотомеханического преобразования работы.Из-за сильных π-π взаимодействий между слоями графена MGM не содержат нестабильных границ раздела; следовательно, они могут быть сверхэластичными и гибкими, а также механически прочными ( 26 ). Однако на сегодняшний день запрограммированное самосвертывание и движения графена на макроуровне все еще сложно реализовать. Другими словами, макромасштабное графеновое оригами, хотя и рассматривалось, в значительной степени не исследовано.
Здесь разработана самосгибающаяся графеновая бумага мгновенного действия с запрограммированной двойной градиентной (вертикальной и поперечной) структурой для решения многих проблем, с которыми сталкиваются само складывающиеся структуры, описанные выше.То есть мы используем наноразмерные строительные блоки из оксида графена (GO) с функциональной конструкцией для изготовления самосгибающейся цельнографеновой бумаги, которая представляет собой однокомпонентную градиентную структуру и функциональное устройство, демонстрирующее три возможности: (i) создание заранее заданных форм. , (ii) ходьба и (iii) поворот. Работоспособность этой бумаги можно дистанционно контролировать при воздействии слабого света или тепла.
МГМ в виде бумаги с вертикальным и поперечным двойным градиентом (рис.
S1) получали фильтрованием растворов ГО и ГО – полидофамин (КПК). Чистый раствор ГО синтезировали по модифицированной методике Хаммерса ( 30 ). Раствор GO-PDA был получен путем самополимеризации смеси GO-допамина (DA) (см. Рис. 1A и материалы и методы). Изображения, полученные с помощью атомно-силового микроскопа (АСМ), показали, что после полимеризации DA, PDA агрегировался на поверхности GO. Толщина монослоя GO-PDA увеличилась с 1,5 до примерно 5 нм. DA обычно используется для восстановления GO с образованием восстановленного GO (rGO) ( 31 ).Однако здесь мы обнаружили, что определенное количество DA, полимеризованного на нанолисте GO, может защитить GO от химического восстановления. После процесса фильтрации с использованием маски (см. Фиг. 1B и материалы и методы) полученную бумагу с двойным градиентом GO восстанавливали с помощью водоводородной кислоты (HI) и тщательно промывали в лабораторных условиях окружающей среды ( 32 ). Благодаря защите, обеспечиваемой КПК, область GO, покрытая поликарбонатной (ПК) маской, оставалась гидрофильной с краевым углом (CA) около 43.1 °, тогда как другие области стали гидрофобными (CA = 93,4 °) и изменили цвет с черного на блестящий металлический блеск. Рентгеновские фотоэлектронные спектры (XPS) области маски показали сильный пик при 285,2 эВ, который был отнесен к связи C – N, что указывает на прививку PDA на листы GO (рис. S2). Отношение C / O составляло всего 3,62, что указывает на то, что содержание GO в области GO-PDA не снижалось. Напротив, без защиты PDA, GO в других регионах эффективно восстанавливается с образованием rGO, а отношение C / O увеличивается до 7.81. Картины дифракции рентгеновских лучей (XRD) и спектры комбинационного рассеяния согласуются с приведенными выше результатами (см. Фиг. S3 и S4, соответственно).
( A ) Схематическое изображение синтеза GO-PDA. АСМ-изображение и профиль высоты GO (слева) и GO-PDA (справа), нанесенных методом центрифугирования на кремниевую пластину (масштабная линейка, 1 мкм).
( B ) (I) Схематическое изображение процесса фильтрации с помощью маски (масштабная линейка, 2 см).(II) СЭМ-изображения поперечных сечений областей GO-PDA / rGO и rGO после восстановления с помощью HI (масштабная линейка, 1 мкм). (III) Измерение СА поверхности GO-PDA / rGO (43,1 °) и поверхности rGO (93,4 °) двухградиентного MGM.
КПК, привитый на нанолисте GO, не только защищал его от восстановления, но также образовывал перекрестные связи между нанолистами GO как в областях GO-PDA, так и на границе между областями rGO и GO-PDA ( 31 ). В результате GO-PDA находился в тесном контакте с нижележащим rGO, как показано на изображениях сканирующей электронной микроскопии (SEM) на рис.1B и рис. S5. Эффект сшивки PDA увеличивает гравиметрическую прочность на разрыв интегрированной бумаги GO-PDA / rGO по сравнению с бумагой rGO (рис. S6). Эти результаты показывают, что произведенная здесь графеновая бумага была механически прочной и стабильной.
В MGM с двойным градиентом область GO-PDA могла легко адсорбировать / десорбировать молекулы воды в ответ на влажность, температуру или свет окружающей среды, что приводило к набуханию / усадка листов ГО ( 33 ).Напротив, rGO был инертен по отношению к молекулам воды. Учитывая такое поведение вместе с превосходными фототермическими свойствами rGO и GO ( 34 ), а также его высокую гибкость и механическую прочность, эта графеновая бумага имеет большой потенциал для применения в светочувствительных актуаторах. На рис. 2А показан приводной механизм графеновой бумаги, что хорошо согласуется с экспериментальными наблюдениями. Изгиб / разгибание MGM было вызвано различными способностями к абсорбции / десорбции воды GO-PDA и rGO.Области GO-PDA, состоящие из гидрофильных листов PDA и GO, обладали большой способностью поглощать / десорбировать воду при повышении / понижении температуры. Напротив, гидрофобные области RGO были инертны к изменениям температуры.
Различие в абсорбционной / десорбционной способности привело к несоответствию в расширении / сжатии областей GO-PDA и rGO при изменении температуры окружающей среды. В результате объем области GO-PDA изменился (рис. S7, A и B), и возникло межфазное напряжение, вызывающее изгиб / разгибание MGM (рис.2А). Зависящие от времени изменения веса MGM при включенном / выключенном облучении и спектры ослабленного полного отражения (НПВО) –IR (рис. S7, C и D) могут быть дополнительными проверками этого механизма. Рисунок 2B показывает, что бумага также была очень светочувствительной. Плоский, отдельно стоящий MGM начал изгибаться сразу после облучения светом ближнего ИК-диапазона (NIR), изгибаясь почти до 60 ° в течение 2 с. После выключения света пленка восстанавливала свою первоначальную форму в течение 3 с при относительной влажности 40%.Также было обнаружено, что скорость восстановления увеличивается с увеличением относительной влажности (как показано на рис. S8). Регистрировали углы изгиба (θ) и изменения температуры бумаги во время этого процесса. Две кривые очень хорошо совпадают, что подтверждает, что изгиб инициируется фотоиндуцированным теплом. Некоторые свойства (микроструктура и макропроизводительность) графеновой бумаги могут претерпевать изменения, но, в отличие от большинства полимеров, здесь нет критических условий перехода, что значительно упрощает работу с ними.На рис. 2С и рис. S9 показывает θ графеновой бумаги как функцию интенсивности света. Облучение бумаги в течение 2 с с использованием света ближнего ИК-диапазона с интенсивностями 50, 100, 150, 200 и 250 мВт / см -2 дало θ 169 °, 141 °, 89 °, 40 ° и 0 °, соответственно.
( A ) Схематические изображения структур и механизмов графеновой бумаги. Если нет ближнего инфракрасного излучения, область GO-PDA / rGO сглаживается.Плоская, отдельно стоящая область GO-PDA / rGO начинает изгибаться сразу после воздействия излучения ближнего инфракрасного диапазона.
Этот механизм изгиба / разгибания полностью обратим в течение многих циклов. ( B ) Серия оптических изображений, показывающих процесс активации света MGM (100 мВт см −2 ) (масштабная линейка, 3 мм). Угол изгиба как функция времени при включении (период, 8 с) и выключении (период, 12 с). ( C ) Зависимость угла изгиба от интенсивности освещения (масштабная линейка, 5 мм).
Поведение графеновой бумаги при срабатывании программируется. Самосворачивающаяся коробка была сделана из графеновой бумаги (как показано на рис. S10). Как показано на рис. 3A и видеоролике S1, крестообразный кусок графеновой бумаги сложился в коробку за 200 мс под ближним инфракрасным светом. Затем, когда ближний инфракрасный свет был выключен, коробка развернулась обратно в свою первоначальную крестообразную форму. Чтобы выяснить лежащий в основе фототермический механизм самосгибания, мы использовали инфракрасную камеру для измерения изменений температуры бумаги в реальном времени при облучении светом.На рис. 3В показан температурный профиль самосвертывающейся коробки при включении и выключении света, что подтверждает, что самосвертывание инициируется фотоиндуцированным теплом.
Рис. 3 Быстро складывающийся ящик, управляемый светом.( A ) Временные профили самосгибания крестообразного листа бумаги при облучении ближним инфракрасным светом и без него. Образец помещали на платформу и освещали БИК-светом (100 мВт · см −2 ) перпендикулярно его поверхности (свет падает сверху).( B ) ИК-изображения самосвертывающейся коробки со световым освещением и без него (100 мВт · см −2 , свет в ближней инфракрасной области).
Мы исследовали взаимосвязь между θ и конечным выходным напряжением ( F 0 ) двухслойной структуры в зависимости от ширины слоев GO-PDA. Серию линий GO-PDA разной ширины ( L ) были нанесены на пленки rGO с использованием нашего подхода (рис.
4A). Создаваемое напряжение этих MGM измерялось с помощью универсальной испытательной машины ( 35 ).Образцы нарезали одинакового размера (8 × 10 мм), зажимали и предварительно нагружали напряжением 0,01 МПа, чтобы они оставались плотными и прямыми. БИК-свет (250 мВт / см -2 ) использовался для облучения MGM. На рисунке 4B показано, что напряжение, создаваемое MGM (с 6-миллиметровыми линиями GO-PDA), превышает 44 МПа после определения предварительного напряжения (рис. S11 и S12). Это почти на два порядка больше, чем у скелетных мышц млекопитающих (0,35 МПа) ( 36 ). При лазерном облучении (200 мВт · см −2 ) MGM с 3-миллиметровой линией GO-PDA (1 мг) может деформироваться и поднять груз массой 120 мг (титановая фольга) на 7 мм в пределах 3.2 с (рис. S13). Максимальная эффективность преобразования энергии во время сжатия составила 1,8% (см. Примечание S1). Эта эффективность привода сравнима с эффективностью полимерных мускулов и коммерческих металлов с памятью формы ( 17 ). Плотность мощности была рассчитана и составила 2,6 Вт кг -1 (см. Примечание S1), что сопоставимо с удельной мощностью заявленного полимерного исполнительного механизма, срабатываемого влагой (2,5 Вт кг -1 ) ( 36 ). Надежность и стабильность его работы были дополнительно проверены путем включения / выключения света ближнего ИК-диапазона.После 500 циклов образец сохранил 90% своей выходной нагрузки (рис. S14).
( A ) Схема изготовления шагающего устройства. ( B ) Максимальное выходное напряжение (черные точки), угол изгиба (синие точки) и теоретический угол изгиба (пунктирная красная линия) как функция ширины GO-PDA. ( C ) Иллюстрации движений устройства при ходьбе и механическая модель, используемая для описания поведения при ходьбе ( L ‘, L ″ и L ‴ — это ширина трех разных линий GO-PDA ; F ‘, F ″ и F ‴ — напряжение, создаваемое тремя разными линиями GO-PDA; M ′, M ″ и M ‴ обозначают изгибающий момент относительно центрального ось.
β 1 и β 2 — углы между MGM и горизонтальной плоскостью). ( D ) Модель, описывающая поведение при повороте, управляемое светом.
Напряжения, создаваемые линиями GO-PDA, увеличились с L , демонстрируя приблизительно линейную зависимость (рис. 4B, рис. S11 и таблица S1). Оба L и F 0 могут быть оснащены экспоненциальным откликом, используя уравнение. 1 (1) где k — масштабный коэффициент. Теория пучка была использована для дальнейшего объяснения процесса изгиба / складывания и определения определяющих параметров.Области rGO и GO-PDA можно рассматривать как два отдельных слоя с одинаковой толщиной h 1 и h 2 , соответственно (рис. 2A). Для простоты мы предположили, что привод MGM не был предварительно изогнут; то есть перед облучением в актуаторе не было напряжения. Воздействие ближнего инфракрасного света приводило к выпуклому изгибу бумаги вверх. Кривизна 1 / ρ бумаги может быть подогнана под экспоненциальный отклик согласно формуле. 2 ( 13 ) (2) где E 1 и E 2 — модули Юнга областей GO-PDA и rGO, соответственно.Комбинируя уравнения. 1 и 2 дает
(3)Кроме того, мы вывели следующее уравнение в соответствии с определением радиуса кривизны (ρ) (4) Комбинируя уравнения. 3 и 4 дает
(5)Уравнение 5 показывает, что углом изгиба MGM можно управлять, изменяя ширину линий GO-PDA. В этом случае светочувствительное изгибание / разгибание актуаторов GO-PDA / rGO позволило нам производить материалы, которые способны самосгибаться в желаемые трехмерные структуры. Мы также сконструировали устройство для ходьбы со световым приводом, построив серию линий GO-PDA разного размера на пленке rGO (рис.4А).
На фиг. 4С показано движение устройства по подложке. Ходьба происходит в пять последовательных шагов (1 → 2 → 3 → 2 • → 1 •), которые контролируются ближним инфракрасным светом.
Первоначально все устройство изгибалось вверх в виде арки, потому что слой GO-PDA набухал при низкой температуре. Затем слой GO-PDA сжимался под воздействием лазерного излучения, что заставляло устройство для ходьбы вытягиваться вперед в направлении более узкой линии GO-PDA (1 → 2 → 3). Когда лазер был выключен, слой GO-PDA снова стал раздутым, и устройство изогнулось в виде дуги (3 → 2 • → 1 •) (рис.S15). Включая и выключая лазер, устройство пошагово пошагово двигалось в одном направлении, управляемое межфазным напряжением между слоями GO-PDA и rGO (видеоролики S2 и S3). Удивительно, но один цикл ходьбы (пять шагов) устройства занял всего 2 секунды из-за сильной способности GO-PDA к адсорбции / десорбции воды и высокой эффективности фототермического преобразования rGO. На рис. 4D показано, что устройства для ходьбы не только могут двигаться вперед, но также могут поворачиваться под воздействием ИК-лазера.Теоретический анализ механизма поворота представлен на рис. S15. Облучение одной стороны пленки ИК-лазером приводило к асимметричному изгибу. Такой асимметричный изгиб двухслойного актуатора в шагающем устройстве был вызван неравномерным распределением температуры на его поверхности (рис. S16). Мы можем видеть, что распределение активной области настолько гибкое, что изгиб происходил только на облучаемой стороне, тогда как другая сторона оставалась плоской (см. Фиг. 4D, фиг. S16 и фильм S4).Когда лазерный свет был выключен, слой GO-PDA поглощал воду из окружающей среды и снова набухал. Таким образом устройство поворачивается на определенный угол (α). При периодическом воздействии лазерного света были достигнуты различные значения α (рис. S17). В отличие от ранее описанных устройств для ходьбы Ma et al. ( 13 ), наши устройства для ходьбы могут поворачиваться и демонстрировать движение вперед и назад, управляемое инфракрасным лазером. Демонстрация самосворачивающегося устройства, совершающего различные ходовые и поворотные действия, показана на рис.
S18. Кроме того, мы также показали, что он имеет многообещающий потенциал для использования в качестве искусственной руки (хватание и удержание предметов в пять раз тяжелее, чем он сам, как показано на рис. 5A и видеоролик S5) или микроробота (удаленно работающего в закрытом и миниатюрном пространстве). едва достигаются механической силой и электричеством, как показано на фиг. 5B и видеоролике S6). Весь этот процесс был завершен под контролем ИК-лазера без использования какого-либо внешнего воздействия.
( A ) Оптические изображения, показывающие искусственную руку робота, держащую объект, управляемый световым излучением. ( B ) Оптические изображения, показывающие, как «микроробот» ползет по трубопроводу под действием светового излучения.
Мы изготовили полностью углеродное устройство для ходьбы на световом приводе, которое может изменять направление, и другие виды интеллектуальных устройств, способных выполнять хорошо продуманные движения путем создания рисунка слоя действий из линий GO-PDA на поддерживающем слое из rGO с помощью простой и недорогой процесс при комнатной температуре.Слой GO-PDA может поглощать воду из окружающей среды, вызывая набухание и потерю воды при облучении ближним инфракрасным / лазерным светом и, таким образом, вызывая усадку. В качестве поддерживающего слоя высокая эффективность фототермического преобразования и пушистая структура пленки rGO сыграли важную роль в передаче чувствительного к влажности GO-PDA в световые приводы с быстрым откликом, отличной светочувствительностью, большим углом отклонения и обратимостью. Мы считаем, что эти устройства могут быть адаптированы к широкому спектру приложений, таких как зондирование, искусственные мышцы и робототехника.Настоящее исследование также предоставило практический метод для будущей крупномасштабной подготовки самосгибающихся устройств с использованием подхода, аналогичного печати.
Все реагенты были аналитической чистоты и использовались без дополнительной очистки. ГО синтезирован модифицированным методом Хаммерса ( 27 ). Графеновые нанолисты, функционализированные PDA (нанокомпозиты GO-PDA), были приготовлены с использованием следующей процедуры с использованием DA в качестве агента функционализации поверхности.Водный раствор GO (15 мл, 1 мг мл -1 ) и гидрохлорид DA (0,013 мг мл -1 ) смешивали с образованием однородного раствора после обработки ультразвуком в течение 100 мин. Значение pH смешанного раствора было доведено до уровня, близкого к 8,5, с использованием раствора трис-Cl (C 4 H 11 NO 3 ). Реакционную смесь перемешивали при 45 ° C в течение 12 часов. Затем нанокомпозиты GO-PDA были получены после очистки центрифугированием и промывкой.
Водный раствор GO (50 мл, 1 мг мл -1 ) был сформирован после обработки ультразвуком в течение 100 мин.Вакуумную фильтрацию проводили на стандартной установке с ПК-мембраной (Daojin, размер пор 0,22 мкм, диаметр 25 мм). После фильтрации влажная пленка GO закрывалась маской из ПК (диаметром 50 см). Раствор GO-PDA (15 мл) добавляли поверх маски ПК и затем подвергали вакуумной фильтрации. Затем композитные пленки снимали с ПК-мембраны и погружали в 55% раствор HI при комнатной температуре на 1 час. Полученную пленку rGO / GO-PDA несколько раз промывали деионизированной водой.
Морфология полученных образцов была определена с помощью SEM (JSM-6700F, JEOL), и образцы были залиты эпоксидной смолой перед визуализацией. Фотографии были сделаны с помощью однообъективной зеркальной камеры (D7000, Nikon). Измерения XPS проводились с использованием многофункционального рентгеновского фотоэлектронного спектроскопа Kratos AXIS ULTRA, типичная глубина обнаружения составляет ~ 5 нм.
Все XPS-спектры корректировались по линии C 1s при 284,6 эВ. CA-измерения проводились с помощью CA-метра (OCA40, Dataphysics) при температуре окружающей среды.Деионизированная вода (5 мкл) капала на каждый образец с использованием автоматического дозатора, и СА каждой капли автоматически определялась с использованием алгоритма подбора Лапласа-Юнга. Электропроводность образцов бумаги измеряли с использованием метода четырехточечного зонда (MCP-360, Mitsubishi Chemical Analytech Co. Ltd.). Изображения АСМ регистрировали с помощью АСМ (Nanoscope IV SPM, Digital Instruments). Лабораторные весы (AL204, Mettler Toledo) использовались для сбора массовых данных. Температуру и ИК-тепловизионные изображения регистрировали с помощью ИК-термометра (FLIR A40M, ThermoVision).Угол изгиба измерялся с помощью лазерного датчика перемещения (см. Рис. S19). ИК-спектры НПВО записаны на спектрометре Nicolet NEXUS 670. Напряжение, создаваемое графеновым актуатором, и его прочность измерялись на универсальной испытательной машине (Instron Model 5969, Instron). Источник ИК-излучения (макс. 250 Вт, Philips BR125) использовался на рис. 2-5 и фиг. S7, S8, S9, S11, S13, S14 и S19. Другой источник света Vis-NIR (от 400 до 1100 нм, 20 Вт макс., SFOLT Co. Ltd.) использовался для облучения исполнительного механизма, показанного на фиг.S12, S15, S16, S17 и S18.
Дополнительные материалы к этой статье доступны по адресу http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/1/10/e1500533/DC1
Рис. S1. Схематическое изображение MGM, имеющего структуру двойного градиента с вертикальным и поперечным градиентами.
Рис. S2. Обзорные XPS-спектры GO-PDA / HI и rGO.
Рис. S3. Порошковые рентгенограммы GO, GO-PDA, GO-PDA / HI, rGO и графита.
Рис. S4.Рамановские спектры GO, GO-PDA, GO-PDA / HI и rGO.
Рис. S5. На оптических изображениях показан метод отслаивания липкой ленты (вверху).
Рис. S6. Гравиметрическая прочность на разрыв областей GO-PDA / rGO и rGO.
Рис. S7. Толщина профилей линейки GO-PDA с включенным и выключенным светом.
Рис. S8. Цифровая фотография устройства контроля влажности и характеристики восстановления, проверенные в различных средах относительной влажности.
Рис. S9. Схематическое изображение θ, γ, L , F и ρ ( L — ширина линии GO-PDA; F — напряжение, создаваемое линией GO-PDA; ρ — радиус кривизна; θ — угол изгиба МГМ; γ — дополнительные углы θ).
Рис. S10. Схематическое изображение изготовления самосворачивающегося ящика.
Рис. S11. Напряжение, создаваемое MGM ( средний и правый ), измеряли на универсальной испытательной машине (Instron, модель 5969) с включенным / выключенным световым излучением в ближней ИК-области ( слева, ).
Рис. S12. Автоэмиссионные СЭМ-изображения поперечного сечения, показывающие области GO-PDA / rGO для различных линий GO-PDA: ( A ) 1 мм, ( B ) 3 мм и ( C ) 5 мм.
Рис. S13. Кривые изменения температуры и эффективность преобразования энергии MGM.
Рис. S14. Цикл выходного испытания MGM при включении / выключении облучения.
Рис. S15. Оптическое изображение ходьбы пешеходного устройства, приводимого в движение ближним инфракрасным светом.
Рис. S16. Поворот прогулочного устройства.
Рис. S17. Угол поворота ходунков в зависимости от времени, когда свет включается и выключается для различных областей освещения.
Фиг.S18. Оптические изображения показывают, как устройство для ходьбы перемещается по виртуальной карте, управляемой световым излучением (масштабная линейка, 3 см).
Рис. S19. На схематической иллюстрации и оптическом изображении показано измерение угла изгиба с помощью лазерного датчика перемещения.
Таблица S1. Максимальное выходное напряжение, угол изгиба и теоретический угол изгиба как функция ширины GO-PDA (среднее значение данных).
Примечание S1. Расчеты максимальной эффективности преобразования энергии нашего актуатора.
Методы
Фильм S1. Поведение самосворачивающегося ящика при фотоактивации.
Фильм S2. Ходьба червеобразного устройства для ходьбы, включаемого и выключаемого ближним инфракрасным светом (100 мВт · см −2 ).
Фильм S3. Червячное поведение червеобразного шагающего устройства, управляемого включением и выключением ближнего инфракрасного излучения (100 мВт · см −2 ).
Фильм S4. Поведение червеобразного шагающего устройства, управляемого инфракрасным лазером.
Фильм S5. Захватывающее поведение «искусственной / роботизированной руки», управляемой световым излучением.
Фильм S6. Ползание «микроробота» внутри мини-трубы, управляемой включением и выключением ближнего инфракрасного излучения (100 мВт · см −2 ).
Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями некоммерческой лицензии Creative Commons Attribution, которая разрешает использование, распространение и воспроизведение на любом носителе, при условии, что в результате будет использовано , а не для коммерческих целей и при условии, что оригинальная работа правильно цитируется.
Благодарности: Мы в долгу перед Ю.Руи и Г. Ванга за выполнение анализа образцов с помощью SEM и XPS. Финансирование: Мы с благодарностью отмечаем финансовую поддержку со стороны Национального научного фонда Китая (№ 51172042), Министерства образования Китая (IRT1221, № 111-2-04), Комиссии по науке и технологиям Шанхая (13JC1400200 и 15ZR1401200). ), Специализированный исследовательский фонд для докторской программы высшего образования (20110075130001), Китайский постдокторский научный фонд, восточный ученый и Фонды фундаментальных исследований для центральных университетов (2232014A3-06). Вклад авторов: J.M. and C.H. проводил эксперименты. J.M., C.
H. и H.W. задумал и разработал эксперименты. M.Z., Q.Z. и Y.L. проанализировали данные. J.M. и H.W. написал рукопись. Все авторы прочитали и одобрили окончательную рукопись. Конкурирующие интересы: Авторы заявляют об отсутствии конкурирующих интересов. Доступность данных и материалов: Все данные, необходимые для оценки выводов в статье, представлены в документе и / или дополнительных материалах.Дополнительные данные, относящиеся к этой статье, могут быть запрошены у H.W. (wanghz {at} dhu.edu.cn) или Q.Z. (zhangqh {at} dhu.edu.cn).
Кусудама — это бумажная модель, которую я обычно создавал, соединяя вместе несколько единиц. Отдельные части могут быть склеены, сшиты или соединены между собой.Вся кусудама может быть украшена кисточками, бусинами, перьями и всем, что вы можете себе представить.
Кусудамы происходят из древней японской культуры, где их использовали для благовоний, как талисманов от зла. Возможно, изначально это были букеты цветов и трав. Само слово кусудама представляет собой сочетание двух японских слов кусури, медицина, и тама — мяч.
В наши дни кусудама превратилась в красивый подарок и интересное хобби. Для меня кусудама — это форма, в которой я черпаю вдохновение. Обожаю орнаментальные вещи, и они становятся еще более выразительными в сферических формах и многогранниках, потому что у сферы нет ни начала, ни конца. Какой-то вечный орнамент оригами. Модульные конструкции оригами открывают новые возможности для украшения, которые были бы невозможны в традиционном однолистном оригами.
Кусудамы легко складываются и очень впечатляют. Добро пожаловать в мой мир кусудамы!
Все модели достаточно простые, если следовать схеме. В оригами есть несколько международных символов, которые используются в схемах.
http: // kusudama.мне / imgs_tutorial / HowTo / Instruction.png
Щипцы для завивки рыбок — это модульная конструкция оригами, состоящая из скрученных основ оригами рыб. Это очень простая и захватывающая дух конструкция. У него плотная середина и отходящие от нее колючие завитки. Вы можете приготовить 30 рыбных основ, скрутить их и собрать, как показано на картинке.Это все! Энгой это легкая кусудама!
/imgs_tutorial/Curler/Curler.jpg
/imgs_tutorial/Curler/Diagram.png
Чтобы получить эту экзотическую, но очень простую кусудаму, вам понадобится 30 листов бумаги в пропорции 1: 2.Вы также можете взять бумагу другой пропорции, но в первый раз я бы рекомендовал взять 1: 2. Такая бумага может быть получена путем вырезания квадратной бумаги для заметок. Также вам понадобится длинная палка для открытия модулей.
/imgs_tutorial/Merengue/Merengue.jpg
Сложить этот несложный модуль сможет даже новичок в оригами: это очень просто.Единственная задача — взорвать его. Попробуйте это действие на отдельном отряде, чтобы обучить его. Для этого вставьте палку в модуль и начните его открывать. Затем нажмите пальцем в центр модуля. Деформируется и дует! Когда вы хорошо освоите этот навык, вы сможете собрать 30 единиц в кусудаму. Соберите невыдутые модули. Только после постройки икосаэдра (на этом этапе это может выглядеть довольно неприятно) раздуйте модули. После взрыва он станет красивым и легким.Наслаждаться!
/imgs_tutorial/Merengue/Diagram.png
Вам понадобятся нитки, лист бумаги, крючок и ножницы
./ imgs_tutorial / Tassel / Tassel_01.jpg
Возьмите лист бумаги или картон и начните наматывать нить
/imgs_tutorial/Tassel/Tassel_02.jpg
Можно использовать свои пальцы вместо картона
/ imgs_tutorial / Tassel / Tassel_03.
jpg
Как только вы намотали достаточно, чтобы кисточка стала толстой, обрежьте нить
/imgs_tutorial/Tassel/Tassel_04.jpg
У вас много ниток в буфере
/ imgs_tutorial / Tassel / Tassel_05.jpg
Зафиксируйте моток двумя или более узлами
/imgs_tutorial/Tassel/Tassel_06.jpg
/imgs_tutorial/Tassel/Tassel_07.jpg
Можно завязать дополнительные узлы
/ imgs_tutorial / Tassel / Tassel_08.jpg
Сделайте моток более похожим на кисточку
/imgs_tutorial/Tassel/Tassel_09.jpg
Возьмите вторую нить и завяжите узел
/ imgs_tutorial / Tassel / Tassel_10.
jpg
Можно завязать несколько узлов
/imgs_tutorial/Tassel/Tassel_11.jpg
Намотать нить на моток
/ imgs_tutorial / Tassel / Tassel_12.jpg
Вы можете изменить направление и продолжить намотку
/imgs_tutorial/Tassel/Tassel_13.jpg
Как только вы закончите намотку, возьмите крючок и спрячьте конец нити под ним
/ imgs_tutorial / Tassel / Tassel_14.jpg
При необходимости повторить
/imgs_tutorial/Tassel/Tassel_15.jpg
/imgs_tutorial/Tassel/Tassel_16.jpg
Срезать проигрыш
/ imgs_tutorial / Tassel / Tassel_17.
jpg
Обрежьте нижние петли и сделайте кисточку правильной
/imgs_tutorial/Tassel/Tassel_18.jpg
Кисточка в комплекте!
/ imgs_tutorial / Tassel / Tassel_19.jpg
Возьмите длинную иглу
/imgs_tutorial/Tassel/Tassel_20.jpg
/imgs_tutorial/Tassel/Tassel_21.jpg
Украсьте нить бусинами и узелками и проденьте ее через кусудаму
/ imgs_tutorial / Tassel / Tassel_22.jpg
Украсить верхнюю часть нитки и сформировать петлю для подвешивания
/imgs_tutorial/Tassel/Tassel_23.jpg
Обрезать неиспользованную нить
/ imgs_tutorial / Tassel / Tassel_24.
jpg
Кусудама, украшенная кисточками, готова!
/imgs_tutorial/Tassel/Tassel_25.jpg
НАСТРОЙКИ МОДЕЛИРОВАНИЯ
Это приложение использует совместимый метод динамического моделирования для определения геометрии рисунка оригами. под заданным углом сгиба.Моделирование устанавливает несколько типов ограничений: ограничения расстояния предотвращают лист от растяжения или сжатия, лицевые ограничения предотвращают срезание листа, а угловые ограничения сгибают или сплющивают лист. Каждое из этих ограничений взвешено по жесткости — чем жестче ограничение, тем лучше оно выполняется. в моделировании.
Осевая жесткость — жесткость ограничений расстояния. Увеличение осевого жесткость уменьшит растяжение / сжатие (деформацию) при моделировании, но также замедлит работу решателя. Лицевая жесткость — это жесткость лицевых ограничений, которые помогают осевым ограничениям предотвращать деформацию поверхности листа между складками.
Жесткости сгиба и фасетки соответствуют двум типам угловых ограничений. Fold Stiffness — жесткость горы. и складки впадины в образце оригами. Facet Stiffness — жесткость треугольных граней между складки в выкройке.Повышение жесткости граней приводит к тому, что грани между складками остаются очень плоскими при складывании оригами. Поскольку жесткость граней становится очень высокой, это моделирование приближается к моделирование жесткого оригами и моделирование поведения жесткого материала (например, металла) в сложенном состоянии.
Внутри ограничения жесткости масштабируются по длине кромки, связанной с этим ограничением, чтобы определить его геометрическую жесткость . Для осевых элементов жесткость равна делится на длину, а для угловых ограничений жесткость умножается на длину.
Так как это динамическое моделирование, вершины оригами перемещаются с некоторыми понятиями ускорения и скорости. Чтобы сохранить стабильность системы и помочь ей прийти к статическому решению, демпфирование применяется для замедления движения вершин. Ползунок Damping позволяет контролировать величину демпфирования. присутствует в моделировании. Уменьшение демпфирования делает симуляцию более «упругой». Может быть полезно временно уменьшить демпфирование, чтобы помочь моделированию быстрее сходиться к статическому решению, особенно для узоров, которые долго скручиваются.
A Численное интегрирование Метод используется для интегрирования ускорения в скорость и положение для каждого временного шага моделирования. Различные методы интеграции имеют разные связанные вычислительные затраты, ошибки и стабильность. Это приложение позволяет вам выбирать между двумя различными методами интеграции: Интеграция Эйлера является простейшим типом численного интегрирования (первого порядка) с большой связанной ошибкой, и Интеграция Верле — метод интеграции второго порядка с меньшей ошибкой и лучшей стабильностью, чем у Эйлера.
В этом руководстве я научу вас, как сложить классное простое оригами F-16 ! Эту модель не так сложно складывать, как кажется, поэтому не пугайтесь ее сложного внешнего вида. Несмотря на печальный факт, что этот конкретный самолет летает не слишком хорошо, он всегда впечатляет. Если вы хотите посмотреть мое видео на YouTube о том, как сделать эту же модель, просто нажмите «Как сложить оригами F-16», чтобы просмотреть учебное пособие, которому немного легче следовать.Итак, приступим!
Добавить TipAsk QuestionDownload
У меня стандартная бумага для принтера 8,5×11 дюймов. Сложите его пополам вдоль или в стиле хот-дога, как некоторые называют его, а затем разверните.
Добавьте TipAsk QuestionDownload
Согните верхний правый угол вниз, как показано на рисунке выше, затем разверните. Повторите то же самое в верхнем левом углу, затем разверните.
Добавить TipAsk QuestionDownload
Должна быть одна точка, где сходятся центральная складка и две диагонали. Сложите бумагу так, чтобы новая линия сгиба также пересекала эту точку. Затем развернитесь снова.
Добавить TipAsk QuestionDownload
Постарайтесь, чтобы сгиб оставался ровным. Это не обязательно должно быть ровно четверть дюйма, но это приблизительная оценка.
Добавить TipAsk QuestionDownload
Опять же, неточно. Просто держите его ровно и желательно больше, чем верхний край сгиба на последнем этапе.
Добавить TipAsk QuestionDownload
Этот шаг может показаться сложным, если вы никогда раньше его не делали, но на самом деле он довольно прост. Шаги показаны на изображениях выше. Если действительно не получается, посмотрите видео вверху страницы.Там будет намного легче.
Добавить TipAsk QuestionDownload
Для начала переместите оба подкрылка влево. Затем загните правый край вниз к центральной складке, как показано на втором изображении.
Добавить TipAsk QuestionDownload
Возьмите первый подкрылок с левой стороны и загните его край вниз по центральной складке, как и хвост на предыдущем шаге. Затем сложите оба подкрылка на правую сторону.
Добавить TipAsk QuestionDownload
Сформируйте левый хвост, как описано в шаге 7, затем сформируйте крыло так же, как описано в шаге 8. Когда вы закончите , сложите оба крыла на правую сторону.
Добавить TipAsk QuestionDownload
Возьмите верхнее крыло и вытяните его до упора, как на картинке. Угол под нижней частью крыла и боковой стороной самолета должен примерно образовывать прямой угол.Затем откиньте левый откидной борт, как показано.
Добавить TipAsk QuestionDownload
Согните край бумаги вниз, как показано на первом изображении. Затем опустите клапан на нижнем крае хвоста до упора. Когда вы закончите, сложите оба крылышка на левую сторону.
Добавить TipAsk QuestionDownload
Повторите шаги 10 и 11 с правой стороны плоскости.Убедитесь, что крылья складываются до такой же формы и размера. Когда вы закончите, откройте крылья так, чтобы с каждой стороны было по одному.
Добавить TipAsk QuestionDownload
Внутри в обратном направлении сложите весь основной корпус. Это может быть сложно визуализировать, поэтому, если изображения выше вам не подходят, я бы порекомендовал посмотреть видео. Когда вы закончите этот шаг, убедитесь, что ваша складка очень прочная.
Добавить TipAsk QuestionDownload
Внутри переверните тот же кусок бумаги, только в противоположном направлении.Это должно быть той же сложности, что и последний шаг.
Добавить TipAsk QuestionDownload
На первом изображении я нарисовал две отметки карандашом: одну чуть ниже кабины, а другую посередине задней части фюзеляжа. Взявшись за верхнее крыло и хвост, сложите их вверх по воображаемой линии между этими двумя точками. Это должна быть очень сильная складка. Переверните и повторите, убедившись, что обе стороны сложены почти одинаково. Симметрия — ключ к успеху при изготовлении бумажных самолетиков.
Добавить TipAsk QuestionDownload
Осторожно согните оба крыла вниз, пока они не окажутся под углом примерно 90 градусов к фюзеляжу. Для лучшего полета они должны немного загибаться вверх. Затем оттяните оба крыла друг от друга, чтобы самолет выглядел еще более реалистично. Когда вы закончите этот шаг, оно должно выглядеть как окончательное изображение.
Добавить TipAsk QuestionDownload
Сложите кончики крыльев в крылышки.Это очень помогает вашему самолету летать и заставляет его выглядеть просто потрясающе!
Добавить TipAsk QuestionDownload
Это всегда лучшая часть в создании бумажного самолетика. Очень сложно заставить этот самолет хорошо летать. Когда вы закончите, плоскость должна быть идеально симметричной на обеих половинах. Оба крыла и обе стороны хвоста должны быть полностью идентичными по размеру и форме. Также посмотрите на самолет в лоб. Если вы видите, что одно крыло или сторона хвоста слегка согнуты вверх или вниз по отношению к другой стороне, исправьте его положение.Хвостовой киль и крылышки должны быть абсолютно вертикальными по отношению к земле. Бросая этот самолет, проходите через него быстро и быстро, как дротик: он настолько компактный, что летит как один И снова получайте удовольствие!
Если вам понравилось это руководство, и вы хотите узнать больше об оригами, загляните на мой YouTube в How To Origami!
Добавить Подсказка Задать вопросЗагрузить
Вы сделали этот проект? Поделитесь с нами!
Я сделал это!Каркасные сборки ДНК-оригами теперь могут быть запрограммированы автоматически «сверху вниз» с использованием простых каркасных целевых геометрий или сеток в двухмерных и трехмерных геометриях. жесткий пучок с шестью спиралями (6HB) или более податливые края пучка с двумя спиралями (2HB или DX).Несмотря на то, что эти сборки имеют множество применений в производстве материалов наноразмерного масштаба из-за их пространственной адресации в нанометровом масштабе и высокой степени настройки, до сих пор не существует простого в использовании программного обеспечения с графическим пользовательским интерфейсом для развертывания этих алгоритмических подходов в рамках единого автономного интерфейса. Здесь мы представляем ATHENA, программный пакет с открытым исходным кодом с графическим пользовательским интерфейсом, который автоматически визуализирует маршрутизацию одноцепочечного каркаса ДНК и последовательности основных цепей для любых целевых каркасных ДНК-оригами в 2D или 3D с использованием краев 2HB или 6HB.ATHENA обеспечивает внешнее редактирование последовательностей с помощью популярного инструмента caDNAno, демонстрируемого здесь с использованием асимметричного наноразмерного позиционирования наночастиц золота, а также моделей атомарного уровня для молекулярной динамики, крупнозернистой динамики или других подходов компьютерно-химического моделирования. Мы ожидаем, что ATHENA значительно снизит барьер для неспециалистов при проектировании и изготовлении каркасных последовательностей ДНК-оригами для нестандартных приложений в материаловедении, нанотехнологиях, терапии и других областях.
Структурная нанотехнология ДНК была задумана в новаторской работе Неда Симана (1), в которой он постулировал, что синтетическая ДНК может быть использована для программирования синтетических материалов с заданными структурными особенностями нанометрового масштаба. Использование синтетических олигонуклеотидов Симаном привело к получению протяженных кристаллических материалов на основе самоорганизующейся ДНК из объектов конечной протяженности. Более двух десятилетий спустя Пол Ротемунд представил концепцию каркасного ДНК-оригами (2), основанную на оригинальных правилах проектирования Симана, но теперь примененную к длинному одноцепочечному геному ДНК M13mp18, который он использовал для создания матрицы от десятков до сотен более коротких дополнительных синтетических материалов. Нити ДНК, которые самоорганизуются (или «складываются», отсюда «оригами»), образуя единый дискретный продукт с высоким выходом.Хотя геном фага M13mp18 по-прежнему является наиболее распространенным каркасом, используемым для этой цели, подход Ротемунда обычно применим к каркасу любой длины и последовательности, которые могут быть получены ферментативно (3, 4) или бактериально (5, 6). Вскоре после этого Дуглас и др. Применили подход Ротемунда к самостоятельной сборке 3D-сборок (7) на основе аналогичных правил проектирования, а также выпустили широко используемый программный инструмент caDNAno (8), чтобы помочь в ручном проектировании этого класса каркасов ДНК. оригами, в котором дуплексы ДНК расположены на параллельных сотах или квадратных решетках, также называемое «кирпичоподобным» оригами.Хотя caDNAno оказалась чрезвычайно полезной для ручной разводки каркасов и полуавтоматического проектирования последовательности дополнительных скоб, используемых для самостоятельной сборки или складывания целевых форм, она имеет ограниченную полезность для изогнутых и изогнутых сборок, которые требуют ручной вставки и / или удаления, чтобы индуцировать изгиб или скручивание (9, 10), или новый класс каркасных каркасных сборок ДНК-оригами, которые визуализируют сложные двумерные и трехмерные геометрические объекты на основе простых каркасных «сеток» (3, 11–18).
Каркасный дизайн оригами ДНК с использованием ребер двойного пересечения (DX) или пучка двух спиралей (2HB) был впервые реализован Яном и др., (11) с самосборкой плиток, которая позже была обобщена на 2D и 3D каркасы ДНК-оригами Zhang et al., (13), и для включения одинарных дуплексных краев Benson et al., (12). В 2016 году Венециано и др. (3) продемонстрировали, что произвольная 3D-каркасная геометрия, основанная только на DX-краях, может быть спроектирована полностью автоматически на основе целевой геометрии с использованием DAEDALUS. В 2019 году Джун и др. продемонстрировал процедуру автоматического проектирования сложного 2D каркасного ДНК-оригами без каких-либо ограничений по длине кромки или геометрической симметрии на основе граней DX, названной PERDIX (15).Вскоре после этого аналогичный принцип конструкции был применен для создания трехмерных сборок из пучка шести спиралей (6HB) кромочных (TALOS) (16) и 2D сборок (METIS) (17) Джун и др. Двухмерные и трехмерные сборки на основе ребер 6HB продемонстрировали значительно повышенную механическую жесткость по сравнению с DX-ребрами, что подчеркивает потенциал использования каркасного ДНК-оригами для создания сложных наноразмерных материалов с помощью процедур автоматического проектирования (17).
В то время как PERDIX (15), METIS (17), DAEDALUS (3) и TALOS (16) универсальны для рендеринга произвольных 2D- и 3D-каркасных объектов с использованием каркасов ДНК-оригами и предлагаются как онлайн как бесплатные инструменты, так и загружаемые пакеты программного обеспечения с открытым исходным кодом, они по-прежнему ограничены отсутствием графического интерфейса пользователя (GUI), позволяющего легко применять их к каркасной целевой геометрии.И хотя caDNAno в принципе предлагает возможность создания каркасного дизайна ДНК-оригами на основе каркасов, на практике он ограничен экспертами с продвинутыми знаниями в области маршрутизации каркаса и правил проектирования основных последовательностей и может потребовать много часов для проектирования последовательности каждого целевого каркасного оригами.
Для обеспечения практического и широко доступного полностью автоматизированного проектирования последовательностей каркасных структур оригами на основе ДНК, здесь мы представляем ATHENA, графический интерфейс пользователя, который объединяет ввод двухмерных и трехмерных файлов целевой каркасной геометрии вместе с применением полностью автоматизированного проектирования и визуализации последовательности.Помимо проектирования последовательностей, ATHENA производит выходные файлы, включая полностью атомные структуры в формате банка данных белка (PDB) (19) для молекулярной визуализации с использованием таких инструментов, как Visual Molecular Dynamics (VMD) (20) или UCSF Chimera (21), все -атомное моделирование молекулярной динамики или крупнозернистое моделирование с использованием таких инструментов, как oxDNA (22, 23), а также файлы caDNAno для редактирования или модификации конструкций последовательностей для функционализации ДНК-оригами или других целей, а также полные файлы последовательностей для упорядочивания основных цепей олигонуклеотидов требуется для изготовления посредством самостоятельной сборки в одной емкости.
ATHENA — это программное обеспечение с графическим интерфейсом пользователя с открытым исходным кодом (https://github.com/lcbb/athena), которое выполняет полностью автоматизированное проектирование последовательностей 2D или 3D каркасных каркасных объектов ДНК-оригами на основе DX — или ребра на основе 6HB. ATHENA была реализована на Python с использованием библиотек Qt5, обеспечивающих встроенную поддержку операционных систем Windows и Mac. Пакеты внутреннего программного обеспечения, такие как PERDIX, DAEDALUS, METIS и TALOS, встроены как двоичные файлы для выполнения заданий.
Программное обеспечение генерации PDB в ATHENA использует узлы базового уровня нуклеиновых кислот, которые выводятся из процедуры маршрутизации, и эти узлы включают информацию о последовательности, маршрутизации и положении каждого основания нуклеиновой кислоты. Первым шагом в генерации PDB является маршрутизация информации об узлах базового уровня в последовательные цепи нуклеиновых кислот, подходящие для всеатомной модели, что выполняется с помощью алгоритма поиска, поскольку каждое основание сопоставляется с вышестоящим, нижележащим и парными основаниями. в модели.Затем строится модель, полностью состоящая из атомов, основание за основанием и цепочка за цепью путем преобразования координат базовой базовой структуры нуклеиновой кислоты эталонной В-формы в положения на уровне узла. Используемые полностью атомные структуры нуклеиновых кислот взяты из набора параметров 3DNA (24), где координаты основаны на средних структурах ДНК B-формы от Olson, et al. (25). Несколько функций преобразования координат ProDy используются во время генерации PDB (26). Области одноцепочечной нуклеиновой кислоты не включаются в маршрутизацию на уровне узла, поэтому непарные координаты интерполируются из ближайших восходящих и нисходящих пар оснований с использованием кубической функции Безье, обеспечивая плавный путь от произвольных координат пары оснований.
Стандартный формат файла PDB (19) имеет несколько давних ограничений для больших атомных структур, включая ограничения на количество отдельных цепей или цепей нуклеиновых кислот (62, буквенно-цифровые значения с учетом регистра), общее количество атомов (99,999), число остатков или оснований нуклеиновых кислот (9 999) и пространственные размеры {-999,999, 9999,999} в Ангстремах. Это программное обеспечение для генерации PDB использует обходные пути для некоторых из этих ограничений. Схема нумерации атомов над индексом 99,999 использует гибридную схему кодирования по основанию 36, где первый символ является алфавитным с учетом регистра, а следующие четыре символа являются буквенно-цифровыми с основанием 36, что теоретически допускает более 87 миллионов атомов.Первый алфавитный символ позволяет любому синтаксическому анализатору распознать переход от кодировки base-10 к гибридной кодировке base-36. Схема нумерации остатков над индексом 9999 аналогичным образом допускает> 2,4 миллиона общих остатков с использованием того же гибридного кодирования по основанию 36. Для более крупных атомных структур, в частности с пространственными размерами, превышающими стандартные ограничения PDB, можно использовать формат файла PDBx / mmCIF (27), но это оставлено для работы в будущем.
основных цепей ДНК оригами были приобретены в формате 96-луночного планшета у Integrated DNA Technologies, Inc.при масштабе синтеза 25 нмоль. Нити скобок очищали стандартным обессоливанием и калибровали до 200 мкМ на основе полного выхода. Нити штапеля смешивали в равных объемах из соответствующих лунок и использовали непосредственно для укладки ДНК оригами без дополнительной очистки. Модифицированная 5 ’тиоловым модификатором (C6 S-S) цепь ДНК была приобретена у Integrated DNA Technologies, Inc. в масштабе синтеза 100 нмоль со стандартным обессоливанием. Вода, свободная от нуклеаз, была приобретена у Integrated DNA Technologies, Inc. ДНК-каркас длиной 7 249 нуклеотидов (M13mp18) был приобретен у Guild BioSciences в концентрации 100 нМ.Буфер 10x TAE был приобретен у Alfa Aesar. Тетрагидрат ацетата магния (степень чистоты для молекулярной биологии) был приобретен у MilliporeSigma. 1x TAE буфер с 12,5 мМ Mg (OAc) 2 был приготовлен с 10x TAE буфером и тетрагидратом ацетата магния. Набор для конъюгации наночастиц OligoREADY Gold 5 нм был приобретен у Cytodiagnostics Inc.
Все пятиугольные объекты оригами из ДНК были сложены по одному и тому же протоколу.5 нМ каркаса ДНК смешивали с 20 эквивалентами соответствующих цепей скоб в 1x буфере TAE с 12,5 мМ Mg (OAc) 2 , конечный объем раствора для самосборки составлял 100 мкл. Буферный раствор смеси отжигали в термоциклере для ПЦР: 95 ° C в течение 2 мин, от 70 ° C до 45 ° C со скоростью 0,5 ° C за 20 мин и от 45 ° C до 20 ° C со скоростью 0,5 ° C. C за 10 мин. Отожженный раствор проверяли с помощью 1,5% геля агарозы в 1x буфере TAE с 12,5 мМ Mg (OAc) 2 и 1x SybrSafe. Гели запускали при 60 В и затем отображали в синем свете.Отожженный раствор разбавляли до 500 мкл буфером 1x TAE с 12,5 мМ Mg (OAc) 2 , и лишние нити скобок удаляли на колонках для концентрирования на спин-фильтре с MWCO = 100 кДа. Раствор очищенной ДНК оригами доводили до желаемых концентраций (5 нМ) для визуализации AFM и TEM.
Модифицированная 5 ’тиоловым модификатором цепь ДНК (50 мкМ) была восстановлена с помощью DTT (0,1 M) в 0,15 M натрий-фосфатном буфере (pH 8.5) в течение 2 часов при комнатной температуре. Затем реакционный раствор очищали на колонке Nap-5 для удаления небольших молекул из 5’-тиоловой цепи ДНК. Очищенную 5’-цепь тиоловой ДНК доводили до 25 мкМ в воде, свободной от нуклеаз, на основании OD 260 нм . Один флакон с лиофилизированной 5-нм золотой наночастицей OligoREADY ™ ресуспендировали в 740 мкл свободной от нуклеаз H 2 О. Добавьте 160 мкл очищенной 5’-тиоловой цепи ДНК (25 мкМ) и 100 мкл 1М NaCl к суспензии золотых НЧ. Смесь инкубировали при комнатной температуре в течение 2 часов.Затем избыток цепи ДНК удаляли из колонок для концентрирования на спин-фильтре с MWCO = 100 кДа и тем временем концентрировали конъюгат ДНК-NP золота. Концентрацию конъюгата ДНК-NP золота определяли по OD 520 нм .
Конъюгат ДНК-NP золота добавляли к очищенному раствору ДНК оригами (20 нМ) в соотношении 5: 1 (NP золота: сайты модификации на оригами), и смеси инкубировали в буфере 1x TAE с 12,5 мМ Mg. (OAc) 2 при комнатной температуре в течение ночи.
АСМ-визуализация выполнялась в «режиме ScanAsyst в жидкости» (Dimension FastScan, Bruker Corporation) с наконечниками ScanAsyst-Fluid + или SNL-10 (Bruker Inc.). Два микролитра образца (5 нМ) наносили на свежесколотую слюду (Ted Pella Inc.) и к образцам добавляли от 0,5 до 1,0 мкл NiCl2 в концентрации 100 мМ для фиксации наноструктур оригами на поверхности слюды. После ожидания в течение примерно 30 с для адсорбции образца на слюде к образцам добавляли 80 мкл буфера 1x TAE / Mg2 + и дополнительно наносили 40 мкл того же буфера на наконечник AFM.Для ПЭМ-визуализации 5 мкл раствора ДНК оригами (5 нМ) наносили на свежую светящуюся углеродную пленку с медными сетками (CF200H-CU; Electron Microscopy Sciences Inc., Hatfeld, PA), а затем позволяли образцу впитаться в поверхность на 30сек. После того как раствор образца был удален с сетки с использованием фильтровальной бумаги Whatman 42, сетка была помещена на 5 мкл свежеприготовленного 2% уранилформиата с 25 мМ NaOH на 10 с. Оставшийся раствор красителя на сетке был смыт фильтровальной бумагой Whatman 42 и высушен под домашним вакуумом перед визуализацией.Образец был получен на Technai FEI с камерой Gatan.
ATHENA обеспечивает полностью автоматизированное проектирование последовательностей 2D или 3D каркасных объектов ДНК-оригами на основе жестких 6HB или более совместимых краев 2HB (рисунок 1 и дополнительное примечание 1). Двухмерная и трехмерная целевая геометрия должна быть указана с использованием многоугольной поверхностной сетки, а в трехмерной модели каждое ребро каждой многоугольной поверхности должно быть одним из ребер соседней поверхности. Они предоставляются вручную или в формате файла ASCII, который определяет полигональную сетку, например в формате файла многоугольника (PLY), STereoLithography (STL) или языка моделирования виртуальной реальности (WRL) с использованием любого количества стандартных программ САПР.Файл PLY используется в качестве входных данных для Athena из-за его простоты и широкого использования в проектировании на основе САПР. Преобразование из типов файлов STL в PLY может быть выполнено с использованием инструментов с открытым исходным кодом и онлайн-конвертеров. Поскольку маршрутизация каркаса и конструкция скоб основаны на файлах PLY, важно, чтобы каждая вершина, указанная в файле, относилась хотя бы к одной грани, поскольку в противном случае нет способа маршрутизировать каркас ssDNA через весь целевой объект (16). После ввода ATHENA предлагает возможность визуализировать целевой 2D или 3D каркасный объект с использованием штриховки поверхности и / или краев каркаса в цветах по умолчанию, которые можно изменить с помощью пользовательских параметров (рисунок 1 (a); i).Масштабирование, поворот и перемещение могут быть выбраны в качестве стандартных параметров мыши, а также в качестве видов «Перспектива» и «Ортография» (рис. 1 (а); i). ATHENA также предоставляет заранее заданные геометрические фигуры 37 для 2D и 55 для 3D (рис. 1 (a); ii и дополнительные примечания 1 и 2).
Рисунок 1.Интерфейс и выходы дизайна ATHENA. ( a ) Снимок экрана графического пользовательского интерфейса с двумя окнами для визуализации целевой геометрии (входное окно) и выходных данных (выходное окно), таких как цилиндрическая, трассирующая и псевдоатомная модель.Дополнительные четыре панели предназначены для управления опциями; цветовая схема визуализации, целевая геометрия, последовательность каркасов, длина кромки, тип кромки, управление камерой и выходы. ( b ) На основе целевой геометрии ATHENA направляет однонитевые каркасы по всей геометрии и генерирует несколько выходных данных; цилиндрическая модель, модель маршрутизации, псевдоатомная модель, текстовый файл для основных последовательностей, JSON для caDNAno и PDB для молекулярно-динамического моделирования.
ATHENA использует M13mp18 в качестве скаффолдной последовательности по умолчанию для требуемых длин, меньших или равных 7 249 нуклеотидов, фаговой последовательности лямбда, если они превышают 7250 нуклеотидов и меньше или равны 48 502 нуклеотида, и случайную последовательность, если они больше 48 503 нуклеотида. -нт.Определяемые пользователем последовательности каркасов также можно импортировать с помощью текстового файла (рис. 1 (а); ii). ATHENA может выбрать тип кромки; Двойной кроссовер ДНК (DX или 2HB) или пучок из шести спиралей (6HB), который состоит из каждого края 2D или 3D каркасных объектов (рис. 1 (a); ii). Затем можно выполнить полностью автоматизированный каркас и конструирование последовательностей скобок с использованием мотивов DX- (3, 15) или 6HB-edge (16, 17) либо со стандартным каркасом оцДНК M13, либо с настраиваемым каркасом длины и последовательности, определяемым пользователя (рис. 1 (а); iii).Кроме того, минимальная длина края назначается самому короткому краю, который затем используется для масштабирования всех других краев, определяя длину края от 42 бит (13,9 нм) до 210 бит (71,1 нм) в дизайне, что может диапазон от 20 до 200 нм для 2D и от 20 до 100 нм для 3D при использовании каркаса оцДНК M13mp18 (7 249 нт).
После завершения процедуры проектирования последовательности в ATHENA цилиндрическое представление отображается, перекрывая целевую геометрию (рис. 1 (b)). В цилиндрической модели каждый край каркасной структуры визуализируется с помощью цилиндра (диаметром 2 нм), который представляет собой двойную спираль ДНК.Маршрутизация цепи и спиральность ДНК могут быть отображены с использованием параметров маршрутизации и псевдоатомной модели (рис. 1 (а); iv). Для модели маршрутизации каждая нить, включая каркас и скобы, аппроксимируется вектором, представляющим направление нити ДНК (рис. 1 (b)). Более подробный результат с двойной спиралью ДНК может быть отображен в псевдоатомной модели, построенной из сфер и линий, представляющих нуклеотиды и основу ДНК, соответственно. Для упрощения идентификации каркаса и отдельных скоб для модели маршрутизации и псевдоатомной модели созданы две цветовые схемы с несколькими цветами.Результирующие выходные данные последовательности также могут быть экспортированы (рис. 1 (а); iii) с несколькими файлами; электронная таблица значений, разделенных запятыми (CSV), содержащая основные последовательности, полностью атомарную модель PDB и нотацию объектов JavaScript (JSON) для caDNAno (рисунок 1 (b)). Веб-сервер tacoxDNA (28) может использоваться для преобразования файла PDB в соответствующие входные данные для выполнения крупномасштабного моделирования с помощью oxDNA (22, 23). Файл JSON можно импортировать в caDNAno (8) для ручного редактирования основания и олиго для функционализации, например, редактирования последовательностей, удлинения цепей, удаления и добавления нуклеотидов, а также изменения положения кроссоверов и зарубок (рисунок S1).
Основываясь только на целевой геометрии, последовательности каркаса и типе края (DX или 6HB), ATHENA выполняет автоматическую маршрутизацию каркаса и конструирование последовательности скобок, а также генерирует требуемые пряди скобок, необходимые для экспериментального складывания структуры. PERDIX выполняет полностью автоматизированную разводку строительных лесов и проектирование последовательности скоб для любой 2D-геометрии произвольной формы, используя исключительно DX-кромки, тогда как METIS проектирует любую 2D-геометрию, используя механически более жесткие соты или кромки 6HB. DAEDALUS решает проблему трассировки каркасов и проектирования скоб полностью автоматически для любой трехмерной многогранной поверхности, используя только кромки на основе DX, тогда как TALOS визуализирует любую трехмерную многогранную поверхность, используя механически более жесткие сотовые кромки, тем самым также требуя большей длины каркаса для той же геометрии и размера частиц.TALOS дополнительно предлагает возможность использовать каждый возможный кроссовер между соседними краевыми дуплексами 6HB (16), что должно обеспечивать повышенную механическую и ферментативную целостность по сравнению с минимальным количеством одиночных кроссоверов, используемых между любыми двумя краями в исходных схемах последовательностей Tian et al. (29).
Мы проверили способность ATHENA создавать высококачественные каркасные структуры ДНК-оригами, которые также позволяют пользователям удобно расширять такие структуры с помощью других материалов.Здесь мы сгенерировали последовательности цепей скоб пяти пятиугольных объектов на основе 6HB (рисунок 2 и таблицы S1-S7) с различной длиной края от 42 п.о. (13,94 нм) до 210 п.о. (71,06 нм) с помощью ATHENA. Просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ) и атомно-силовая микроскопия (АСМ) подтвердили успешную сборку целевых структур, о чем свидетельствуют точные углы при вершине и высокий выход правильного формирования этих структур (рисунки S2-S11). Пользователи могут изменять эти структуры на основе модели маршрутизации и псевдоатомной модели, созданной ATHENA, что позволяет пользователю идентифицировать позицию конкретной модификации (ник или выступ).Каждая нить скобки была помечена одним и тем же цветом как в псевдоатомной модели, так и в файле caDNAno для удобства идентификации соответствующих цепей скобки в файле caDNAno для модификаций. Чтобы продемонстрировать адресность этого хорошо контролируемого материала каркаса и подход к редактированию, мы модифицировали одну из пятиугольных структур оригами (длина края 210 п.н.) для прикрепления наночастиц золота (рис. 3). Следуя процедуре, описанной на рисунке S12, мы модифицировали нити скоб вокруг вершины этой пятиугольной структуры для размещения наночастиц золота.Ручки для конъюгатов ДНК-НЧ золота были размещены либо в трех, либо во всех пяти вершинах пятиугольной структуры, а ручки с соседних краев были предназначены для фиксации одной наночастицы золота в вершине.