NOAA使用Formlabs 3D打印機創(chuàng)造新的彈性珊瑚物種,，以保護海洋環(huán)境

2022年9月1日，南極熊獲悉，美國國家海洋和大氣協(xié)會（NOAA）的科學家們正在使用Formlabs 3D打印機創(chuàng)造一種有彈性的新珊瑚物種，可以更好地承受海洋的變化條件。

作為其正在進行的珊瑚研究的一部分,，NOAA團隊依靠創(chuàng)新的方法對野生珊瑚展開研究，在受控的實驗室環(huán)境下再現(xiàn)珊瑚的某些生存條件,，并培育新的珊瑚物種,。

3D打印堅固的海洋生物

海洋生物學家Nate Formel和他在NOAA的大西洋海洋學和氣象學實驗室（AOML）的同事依靠四臺立體光刻（SLA）打印機——Formlabs的Form2和Form 3，以及該品牌的Fuse 1選擇性激光燒結（SLS）機器打印重型采樣器外殼,、實驗傳感器和設備的夾具,，以及為他們的內(nèi)部水族館結構定制的部件，這些水族館是為了研究珊瑚的適應性以及在水溫上升和氣候變化的極端條件下增強珊瑚復原力的方法,。

為了制造用于珊瑚礁研究和監(jiān)測的可重復定制部件,，NOAA的研究人員選擇了3D打印而不是傳統(tǒng)的制造方法，以加快進程并降低成本,。他們工作的關鍵是開發(fā)能夠耐受惡劣海洋條件的防水部件,。然而，這可能是昂貴的,，例如用于持續(xù)監(jiān)測海水條件以確保水溫,、酸度、光照和流速在實驗室中相同的地下自動采樣器（SAS）的制造成本可能超過1000美元,。相反,，3D打印可以將生產(chǎn)成本降低到220美元，使NOAA能夠以一小部分的成本保持他們研究的理想復雜性,。此外，像自動進料器和攪拌板這樣的實驗室設備也是3D打印出來的,，可以抵御水的飛濺和腐蝕性的鹽空氣,。

有了更低成本的方法和更少的努力，NOAA可以在其實驗室內(nèi)更多地重復他們的測試,。通過開放他們的3D打印設計,，全世界的研究人員可以使用同樣的技術。由于更多的實驗室在復制這項研究,，NOAA收集了更多有力的數(shù)據(jù)來更有效地開發(fā)新的珊瑚物種,。

△電子DNA的次表層自動采樣器（SASe）,，帶有SLA端蓋、樣品盒和內(nèi)部銜鐵,。圖片由NOAA/AOML提供,。

恢復海洋棲息地

就像重新造林對幫助保護野生動物至關重要一樣，珊瑚恢復是魚類和其他海洋物種的珍貴棲息地,，并有助于保護沿�,；�礎設施，尤其是自1950年以來,，地球已經(jīng)失去了一半的珊瑚礁,。如果氣候變化以目前的速度繼續(xù)下去，即使沒有重大干預,，熱帶珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)也可能在本世紀末面臨全球滅絕,。

為了對抗氣候變化的影響，世界各地的研究人員正在采用新的技術,，以幫助重建珊瑚礁的生態(tài)系統(tǒng),。加州大學圣地亞哥分校（UCSD）納米工程系的海洋生物學家Daniel Wangpraseurt正在進行的工作就是這樣一個案例。通過轉向生物打印,，Wangpraseurt開發(fā)了仿生的3D打印珊瑚,。另外，在加州,，設計技術專家Alex Schofield利用3D打印技術幫助拯救海洋生態(tài)系統(tǒng),，恢復受到過度捕撈、污染和氣候變化負面影響的珊瑚礁,。今天,，許多科學家正在探索如何利用3D打印技術為新的珊瑚創(chuàng)造生長空間。

作為寄居生物,，珊瑚通常由數(shù)千或數(shù)十萬個單獨的珊瑚蟲組成,，每個珊瑚蟲都有一個復雜的微生物群，有助于他們的健康和營養(yǎng),。此外,，造礁的珊瑚會分泌碳酸鈣，這是一種堅硬的巖石狀物質,，構成了通常被稱為珊瑚礁框架或棲息地的結構,。這種棲息地和它所支持的珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)非常珍貴，是海洋領域中生物多樣性最集中的一個地方,。珊瑚不僅是水下生命的要素,，而且對美國的經(jīng)濟也是非常有價值的，它幫助支持漁業(yè)和旅游業(yè),，并保護海岸線免受波浪能量和風暴的影響,。

△在實驗性珊瑚礁實驗室,，每個水箱都有特定的控制，并需要一個定制的電子外殼,。圖片來源：NOAA/AOML,。

NOAA的先進制造和設計實驗室

了解珊瑚和珊瑚礁生物群對全球變化的反應對NOAA的AOML的工作至關重要，而領導這一工作的是珊瑚計劃的首席調(diào)查員Ian Enochs,�,？偛吭O在佛羅里達州邁阿密的這位海洋生物學家正在帶頭領導NOAA的先進制造和設計實驗室，該實驗室為研究人員提供了大量工具,，包括Formlabs打印機套件,。通過3D打印，AOML的研究人員可以快速制作原型和測試新的應用,，以協(xié)助他們實現(xiàn)研究目標,。事實上，操作Formlabs打印機已經(jīng)幫助規(guī)范和提高了他們實驗的準確性和可比性,，并促進了新技術的發(fā)展,。

為了確定將在新的、更極端的海洋環(huán)境中茁壯成長的珊瑚的特征,，F(xiàn)ormel,、Enochs和他們的同事尋找目前在更酸化的海洋中預期的條件下茁壯成長的珊瑚，比如火山口附近的珊瑚,。為了完成這項任務,，該團隊創(chuàng)建了一個SAS來收集珊瑚礁上的水樣，以幫助了解這些珊瑚生活條件的強度和變化性,。他們甚至將這些采樣器的設計開源,，以便世界各地的其他團體可以使用這個工具，并使用3D打印技術來降低采樣器的成本,，在沒有大量資金預算的情況下,，可以建造和部署許多采樣器。此外,，自動化允許同步采樣,，讓研究人員準確了解不同時間或地點的水的情況。

△DryTortugas 的地下水自動采樣器 (SAS) 部署,。圖片由NOAA/AOML提供

根據(jù)Formel的說法："采樣的自動化是一個吸引人的想法,，以改進我們的科學研究，并提升開展科學研究的便利性,。你可以有一個同步的采樣時間,，準確地顯示不同地點的水化學成分的情況,。"

這只是NOAA的AOML先進制造和設計實驗室的眾多項目之一,。Formel和Enochs還將3D打印用于環(huán)境DNA采樣器,，用于水體中的DNA采樣，用于呼吸和鈣化分析的潛水培養(yǎng)室,，等等,。