劍橋大學(xué)和加州大學(xué)圣地亞哥分校的研究人員擁有3D打印的珊瑚啟發(fā)的結(jié)構(gòu)，可以生長密集的微型藻類種群。他們的研究成果發(fā)表在《自然通訊》雜志上，為新的生物靈感材料及其在珊瑚保護(hù)中的應(yīng)用打開了大門。
在海洋中，珊瑚和藻類有著復(fù)雜的共生關(guān)系。珊瑚為藻類提供宿主，藻類通過光合作用為珊瑚生產(chǎn)糖。這種關(guān)系是地球上最多樣和最具生產(chǎn)力的生態(tài)系統(tǒng)之一，即珊瑚礁。
劍橋大學(xué)化學(xué)系瑪麗居里研究員的第一作者丹尼爾旺普拉索爾特博士說：“珊瑚在收集和利用光方面非常有效?！薄霸谖覀兊膶?shí)驗(yàn)室中，我們正在尋找從自然界復(fù)制和模仿這些策略的方法，以用于商業(yè)應(yīng)用?！?
Wangpraseurt和他的同事3D打印了珊瑚結(jié)構(gòu)，并將其用作藻類生長的孵化器。他們測試了各種類型的微藻，發(fā)現(xiàn)它們的生長速度比標(biāo)準(zhǔn)液體生長培養(yǎng)基高100倍。
為了創(chuàng)造天然珊瑚的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，研究人員使用了最初為人工肝細(xì)胞生物打印而開發(fā)的快速3D生物打印技術(shù)。
像天然珊瑚一樣，這種受珊瑚啟發(fā)的結(jié)構(gòu)在重新分配光線方面非常有效。只有生物相容的材料被用來制作3D打印的仿生珊瑚。
“我們開發(fā)了一種人造珊瑚組織和骨骼，它將聚合物凝膠和水凝膠與纖維素納米材料混合在一起，模仿活珊瑚的光學(xué)特性，”領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的西爾維亞維格諾里尼博士說?！袄w維素是一種豐富的生物聚合物；它在散射光方面非常出色，我們利用它來優(yōu)化向光合藻類的光傳輸?！?
該團(tuán)隊(duì)使用類似于超聲波的光學(xué)模擬技術(shù)(稱為光學(xué)相干斷層掃描)掃描活珊瑚，并將該模型用于其3D打印設(shè)計(jì)。定制的3D生物打印機(jī)使用光在幾秒鐘內(nèi)打印出珊瑚的微觀結(jié)構(gòu)。印花珊瑚復(fù)制了天然珊瑚的結(jié)構(gòu)和光照特性，為生活微藻創(chuàng)造了人工宿主微環(huán)境。
Wangpraseurt說：“通過復(fù)制宿主微生境，我們還可以使用3D生物打印珊瑚作為珊瑚-藻類共生的模型系統(tǒng)，這是理解珊瑚礁衰退期間共生崩潰所迫切需要的?！薄拔覀兊男录夹g(shù)有許多不同的應(yīng)用。我們最近成立了一家名為mantaz的公司，該公司利用珊瑚激發(fā)的光捕獲方法在發(fā)展中國家種植藻類用于生物產(chǎn)品。我們希望我們的技術(shù)能夠得到擴(kuò)展，從而對藻類生物領(lǐng)域產(chǎn)生真正的影響，并最終減少導(dǎo)致珊瑚礁死亡的溫室氣體排放?！?
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