剑桥大学3D打印仿生珊瑚结构培养藻类

2020年4月17日，南极熊获悉，来自剑桥大学和加州大学圣地亚哥分校的联合研究小组，制造了3D生物打印的模仿珊瑚结构，能够生长微观藻类群落。 这项发表在《 Nature Communication》杂志上的研究，旨在提供一种最终减少温室气体排放并改善发展中国家用于生物制品的藻类种植的方法。

3D生物打印的藻类珊瑚结构，图片来自剑桥大学。

藻类与珊瑚的共生关系

在海床上，珊瑚和藻类相互依存，蓬勃发展。珊瑚是藻类的栖息地，藻类通过光合作用为珊瑚产生葡萄糖。通过这种关系，珊瑚礁得以维持-在全世界各种热带水域中发现的广阔而多样的生态系统。

该研究的作者Daniel Wangpraseurt博士解释说：“珊瑚在收集和利用光方面非常高效。在我们的实验室中，我们正在寻找从自然界复制和模仿这些策略以用于商业应用的方法。”

3D打印仿生珊瑚

研究人员的目标是模仿珊瑚的结构，这种结构在收集和重新分配光到藻类中非常有效。为了创建在珊瑚内部发现的复杂几何图形，该团队首先使用光学相干断层扫描技术扫描真实的珊瑚，然后将扫描数据转换为3D模型。

珊瑚的3D渲染和微观结构的SEM成像，图片来自剑桥大学

然后使用自定义设置对复杂模型进行3D生物打印，分辨率高达微米。该生物打印机使用光一次制造一层珊瑚微结构，每层仅需几秒钟。事实证明，人造珊瑚在采光和为藻类提供宿主环境方面与原始珊瑚一样有效。进一步测试打印珊瑚的藻类生长速度是标准液体生长培养基的100倍。

加州大学圣地亚哥分校的合著者Shaochen Chen教授解释说：“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方法，这些单元中的大多数将死亡，因为这些方法需要花费数小时。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。”

博士剑桥大学的合著者西尔维娅·维尼奥尼（Silvia Vignolini）继续解释说，该团队利用聚合物凝胶和水凝胶的组合开发了人造珊瑚组织和骨骼。凝胶中掺有纤维素纳米材料（一种丰富的生物聚合物），以模仿真实珊瑚的光学特性。

仿生多孔珊瑚组织，图片来自剑桥大学

研究小组希望其3D生物打印的珊瑚可以用作珊瑚-藻共生的模型，这将有助于他们了解大堡礁的恶化。他们还成立了一家名为mantaz的公司，该公司专注于向发展中国家培养和提供藻类生物产品。

这项研究的更多细节和发现可以在题为“Bionic 3D printed corals”的论文中找到。它由Daniel Wangpraseurt，Shangting You，Farooq 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结构。 ISS上的3D生物制造设备于去年启动，用于在微重力空间中3D打印软组织，这些组织不会因自身重量而塌陷。俄罗斯生物技术研究实验室3D Bioprinting Solutions也在国际空间站上运行，具有3D生物打印的骨组织。该团队正在努力为长期的行星际探险创造用于宇航员移植的骨植入物。



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