3D打印的“仿生珊瑚”模仿珊瑚礁的光合作用能力 

2020-04-14 09:41 发布

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珊瑚礁的大规模死亡是全球范围的灾难,但是作为生物体,珊瑚礁的成功规模之大为科学提供了教训。恰当的例子:来自剑桥研究人员的这些3D打印的“仿生珊瑚”,不仅仅是脆弱的微生物的支架,而是由它们构成的。

如果3D打印的珊瑚听起来很熟悉,那是因为几年前,其他一些研究人员建议使用打印的结构类似于礁石的复杂形状,作为新的珊瑚和其他动物可以生长的坚实基础。这是一个好主意,但礁石比坚固的基础还重要。

实际上,珊瑚是珊瑚生物自身与生活在其中的藻类之间高度共生的生物。藻类通过光合作用为其宿主提供糖分,而珊瑚提供了安全的生存环境-并且有趣的是,在收集和重定向光线方面也非常高效。尽管海洋温度和酸度的上升破坏了成功所必需的微妙平衡,但这种伙伴关系已经取得了数百万年的硕果。

剑桥的团队意识到,要成功模仿珊瑚微生态系统,他们需要复制捕获阳光并将其扩散到内部的特殊品质,以供常驻藻类使用。为此,他们仔细研究了珊瑚的结构,并在微观层面上对其进行了改造。但是他们没有使用普通的耐用基材,而是创造了一种活性凝胶。
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“我们开发一种人造珊瑚组织和骨骼与聚合物凝胶并掺杂有纤维素纳米材料以模仿活珊瑚的光学性质的水凝胶的组合,”剑桥解释化学家丹尼尔Wangpraseurt,的主要作者,其中所述技术被描述的纸张。藻类也被注入混合物中,因此研究人员实质上是在打印生物。

那种技术已经被测试并用于医疗目的,例如打印器官或组织的一部分以进行植入。在这种情况下,它不必以特定的大尺寸形状打印,而应以极其复杂的内部几何形状进行打印,以最大程度地照射到达表面的光。这必须非常快地完成,否则藻类会因暴露而死亡。

最终的生物打印结构是藻类的理想之家,其生长速度是普通培养基的许多倍。这并不意味着下一步就是要超快地生长珊瑚-实际上,没有理由认为这实际上会导致珊瑚的恢复。另一方面,这种类型的模拟可以更好地理解珊瑚藻伙伴关系赖以生存的生态系统,以及如何培育这种生态系统。

同时,如今,增加藻类生长速度的希望已在商业上引起了人们的兴趣,并且成立了一家名为Mantaz的初创公司来追求该技术的更多近期使用。
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