劍橋大學(xué)3D打印仿生珊瑚結(jié)構(gòu)培養(yǎng)藻類

2020年4月17日,，南極熊獲悉,，來自劍橋大學(xué)和加州大學(xué)圣地亞哥分校的聯(lián)合研究小組,，制造了3D生物打印的模仿珊瑚結(jié)構(gòu)，能夠生長微觀藻類群落,。 這項發(fā)表在《 Nature Communication》雜志上的研究,，旨在提供一種最終減少溫室氣體排放并改善發(fā)展中國家用于生物制品的藻類種植的方法。

3D生物打印的藻類珊瑚結(jié)構(gòu),，圖片來自劍橋大學(xué),。

藻類與珊瑚的共生關(guān)系

在海床上，珊瑚和藻類相互依存,，蓬勃發(fā)展,。珊瑚是藻類的棲息地，藻類通過光合作用為珊瑚產(chǎn)生葡萄糖,。通過這種關(guān)系,，珊瑚礁得以維持-在全世界各種熱帶水域中發(fā)現(xiàn)的廣闊而多樣的生態(tài)系統(tǒng)。

該研究的作者Daniel Wangpraseurt博士解釋說：“珊瑚在收集和利用光方面非常高效,。在我們的實驗室中,，我們正在尋找從自然界復(fù)制和模仿這些策略以用于商業(yè)應(yīng)用的方法�,！�

3D打印仿生珊瑚

研究人員的目標(biāo)是模仿珊瑚的結(jié)構(gòu),，這種結(jié)構(gòu)在收集和重新分配光到藻類中非常有效。為了創(chuàng)建在珊瑚內(nèi)部發(fā)現(xiàn)的復(fù)雜幾何圖形,，該團隊首先使用光學(xué)相干斷層掃描技術(shù)掃描真實的珊瑚,，然后將掃描數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為3D模型。

珊瑚的3D渲染和微觀結(jié)構(gòu)的SEM成像,，圖片來自劍橋大學(xué)

然后使用自定義設(shè)置對復(fù)雜模型進(jìn)行3D生物打印,，分辨率高達(dá)微米。該生物打印機使用光一次制造一層珊瑚微結(jié)構(gòu),，每層僅需幾秒鐘,。事實證明，人造珊瑚在采光和為藻類提供宿主環(huán)境方面與原始珊瑚一樣有效,。進(jìn)一步測試打印珊瑚的藻類生長速度是標(biāo)準(zhǔn)液體生長培養(yǎng)基的100倍,。

加州大學(xué)圣地亞哥分校的合著者Shaochen Chen教授解釋說：“這對于用活細(xì)胞復(fù)制結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。如果我們使用傳統(tǒng)的基于擠壓或噴墨的方法,，這些單元中的大多數(shù)將死亡,，因為這些方法需要花費數(shù)小時。如果在培養(yǎng)基中放置的時間過長,，我們與之合作的細(xì)胞將無法生存,。我們的工藝具有很高的生產(chǎn)率,，并提供了非常快的打印速度,，因此在這種情況下,，它可以與人類細(xì)胞，動物細(xì)胞甚至藻類細(xì)胞兼容,�,！�

博士劍橋大學(xué)的合著者西爾維婭·維尼奧尼（Silvia Vignolini）繼續(xù)解釋說，該團隊利用聚合物凝膠和水凝膠的組合開發(fā)了人造珊瑚組織和骨骼,。凝膠中摻有纖維素納米材料（一種豐富的生物聚合物）,，以模仿真實珊瑚的光學(xué)特性。

仿生多孔珊瑚組織,，圖片來自劍橋大學(xué)

研究小組希望其3D生物打印的珊瑚可以用作珊瑚-藻共生的模型,，這將有助于他們了解大堡礁的惡化。他們還成立了一家名為mantaz的公司,，該公司專注于向發(fā)展中國家培養(yǎng)和提供藻類生物產(chǎn)品,。

這項研究的更多細(xì)節(jié)和發(fā)現(xiàn)可以在題為“Bionic 3D printed corals”的論文中找到。它由Daniel Wangpraseurt,，Shangting You,，F(xiàn)arooq Azam，Gianni Jacucci,，Olga Gaidarenko,，Mark Hildebrand，MichaelKühl,，Alison Smith,，Matthew Davey，Alyssa Smith,，Dimitri Deheyn,，Shaochen Chen和Silvia Vignolini合著,。

3D生物打印不限于海底結(jié)構(gòu),。 ISS上的3D生物制造設(shè)備于去年啟動，用于在微重力空間中3D打印軟組織,，這些組織不會因自身重量而塌陷,。俄羅斯生物技術(shù)研究實驗室3D Bioprinting Solutions也在國際空間站上運行，具有3D生物打印的骨組織,。該團隊正在努力為長期的行星際探險創(chuàng)造用于宇航員移植的骨植入物,。



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