3D印刷的仿生珊瑚使微观藻类更有效地向光合藻类化

珊瑚3 d印刷

左: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。右:3D印刷珊瑚骨架的SEM图像。来源:自然通讯

加州大学圣地亚哥分校和剑桥大学的研究人员用3D打印技术打印出了以珊瑚为灵感的结构,这种结构能够生长密集的微型藻类种群。该研究于2020年4月9日发表自然通讯,可能导致开发紧凑,更高效的生物反应器,用于生产基于藻类的生物燃料。它还可以帮助研究人员开发用于修复和恢复珊瑚礁的新技术。

在测试中,打印出来的珊瑚结构培育了一种商业化的微藻,Marinichlorella kaistiae,比天然珊瑚多100倍。

“珊瑚是使用,捕获和转换光以产生能量的最有效的生物之一。他们在极端环境中这样做,光线高度波动,并且存在有限的空间来增长。我们的目标是将珊瑚用作灵感,以开发更加富有成效的技术,以发展微藻作为可持续能源的形式,“剑桥大学海洋科学家丹尼尔·王普拉斯州第一作者丹尼尔·王普拉斯州第一次。

3D印刷珊瑚

在3D打印的珊瑚结构上生长的微藻。来源:自然通讯

为了建立珊瑚结构,王普拉斯州与UC San Diego Nanoengineering教授陈文陈教授,其实验室专注于一种快速的3D生物化技术,能够再现模仿活组织的复杂设计和功能的详细结构。陈的方法可以在几分钟内打印带千分尺度分辨率的结构。

陈说,这对于用活细胞复制结构是至关重要的。

“如果我们使用传统的挤出或喷墨3D打印工艺,这些细胞大多数会死亡,因为这些方法需要数小时。这就像让鱼离开水一样;我们研究的细胞如果脱离培养基太久就无法存活。我们的过程是高通量的,提供了非常快的打印速度,所以它兼容人类细胞,动物细胞,甚至藻类细胞在这种情况下,”他说。

3D印刷珊瑚建造以比天然珊瑚更有效地捕获和散射光线。它们由杯形的人工骨架组成,这些骨骼支持珊瑚样组织。骨架由一种名为PEGDA的生物相容性聚合物凝胶组成,嵌入纤维素纳米晶体。珊瑚组织由含明胶基的聚合物水凝胶组成,称为凝胶,与生物藻类细胞和纤维素纳米晶体混合。

表面是微小的圆柱形结构,就像珊瑚的触须,增加了吸收光线的表面积。嵌在骨骼和珊瑚组织中的纳米晶体,以及珊瑚的杯状结构,也提高了光的吸收,使更多的光聚焦到藻类细胞上,从而使它们更有效地进行光合作用。

在未来的研究中,Chen和Wangpraseurt将在这项工作的基础上,更好地了解藻类和珊瑚之间的共生关系。他们的最终目标是应用他们的发现来帮助珊瑚礁恢复项目。

仿生3d打印珊瑚可以优化生物能源,帮助珊瑚礁有关这项研究的更多信息。

参考:“仿生3D打印珊瑚”Daniel Wangpraseurt, Shangting You, Farooq Azam, Gianni Jacucci, Olga Gaidarenko, Mark Hildebrand, Michael Kühl, Alison G. Smith, Matthew P. Davey, Alyssa Smith, Dimitri D. Deheyn, Shaochen Chen and Silvia Vignolini, 2020年4月9日,Nature Communications。
DOI:10.1038 / S41467-020-15486-4

本研究由欧盟“地平线2020”研究和创新计划(702911- biomics - fuel)、欧洲研究理事会(ERC-2014-STG H20202 639088)、大卫·菲利普斯奖学金、美国国立卫生研究院(R21HD090662和R01EB021857)、美国国家科学基金会(1907434)、嘉士伯基金会和维伦基金会(00023073)。

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