3D打印的仿生珊瑚能够使藻类更高效地进行光合作用

时间：2022-04-05 11:25:06 来源：

剩下：由珊瑚骨骼（白色）和珊瑚组织（橙黄色）组成的珊瑚礁微结构特写镜头。对：3D打印的珊瑚骨骼的SEM图像。

加州大学圣地亚哥分校和剑桥大学的研究人员拥有3D打印的珊瑚启发性结构，能够生长出密集的微观藻类种群。这项工作于2020年4月9日在自然通讯上发表，可能会导致开发紧凑，更高效的生物反应器来生产藻类生物燃料。它还可以帮助研究人员开发修复和恢复珊瑚礁的新技术。

在测试中，印刷的珊瑚结构生长出一种商业化的微藻菌株 Marinichlorella kaistiae，其密度高达天然珊瑚的100倍。

“珊瑚是利用，捕获和转换光以产生能量的最有效的有机体之一。而且它们是在光线剧烈波动且生长空间有限的极端环境中使用的。我们的目标是利用珊瑚作为灵感，开发出更多的生产技术，以种植微藻作为可持续能源。”剑桥大学海洋科学家丹尼尔·旺普拉瑟特（Daniel Wangpraseurt）说。

微藻类生长在3D打印的珊瑚结构上。

为了建造珊瑚结构，Wangpraseurt与加州大学圣地亚哥分校纳米工程教授Shaochen Chen合作，他的实验室专门研究一种快速的3D生物打印技术，该技术能够复制模仿复杂组织和功能的详细结构。Chen的方法可以在短短几分钟内打印出具有微米级分辨率的结构。

Chen说，这对于用活细胞复制结构至关重要。

“如果我们使用传统的基于挤压或喷墨的3D打印工艺，这些单元中的大多数将死亡，因为这些方法需要数小时。这就像将鱼挡在水中；如果在培养基中放置的时间过长，我们与之合作的细胞将无法生存。我们的工艺具有很高的生产率，并提供了非常快的打印速度，因此在这种情况下，它可以与人类细胞，动物细胞甚至藻类细胞兼容。”

3D打印的珊瑚比天然珊瑚更有效地捕获和散射光。它们由支撑珊瑚状组织的杯状人造骨骼组成。骨架由嵌入纤维素纳米晶体的生物相容性聚合物凝胶PEGDA组成。珊瑚组织由基于明胶的聚合物水凝胶（称为GelMA）与活藻细胞和纤维素纳米晶体混合而成。

表面上是微小的圆柱形结构，可充当珊瑚的触角，从而增加了吸收光的表面积。嵌入在骨骼和珊瑚组织中的纳米晶体以及珊瑚的杯状形状，还可以提高光吸收率，并使更多的光聚焦到藻类细胞上，从而使它们更有效地光合作用。

在以后的研究中，Chen和Wangpraseurt将以这项工作为基础，以更好地了解藻类与珊瑚之间的共生关系。他们的最终目标是将他们的发现应用到珊瑚礁修复项目中。

阅读此仿生3D打印的珊瑚可以优化生物能并帮助珊瑚礁的更多信息。

参考：“仿生3D打印珊瑚”，Daniel Wangpraseurt，Shangting You，Farooq Azam，Gianni Jacucci，Olga Gaidarenko，Mark Hildebrand，MichaelKühl，Alison G. Smith，Matthew P. Davey，Alyssa Smith，Dimitri D. Deheyn，Shaochen Chen和Silvia Vignolini ，2020年4月9日，自然通讯。DOI：
10.1038 / s41467-020-15486-4

这项研究由欧盟的Horizon 2020研究与创新计划（702911-BioMIC-FUEL），欧洲研究委员会（ERC-2014-STG H20202 639088），戴维·菲利普斯奖学金，美国国立卫生研究院（R21HD090662和R01EB021857）资助），国家科学基金会（1907434），嘉士伯基金会和维拉姆基金会（00023073）。

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