NOAA使用Formlabs 3D打印机创造新的弹性珊瑚物种，以保护海洋环境

2022年9月1日，南极熊获悉，美国国家海洋和大气协会（NOAA）的科学家们正在使用Formlabs 3D打印机创造一种有弹性的新珊瑚物种，可以更好地承受海洋的变化条件。

作为其正在进行的珊瑚研究的一部分，NOAA团队依靠创新的方法对野生珊瑚展开研究，在受控的实验室环境下再现珊瑚的某些生存条件，并培育新的珊瑚物种。

3D打印坚固的海洋生物

海洋生物学家Nate Formel和他在NOAA的大西洋海洋学和气象学实验室（AOML）的同事依靠四台立体光刻（SLA）打印机——Formlabs的Form2和Form 3，以及该品牌的Fuse 1选择性激光烧结（SLS）机器打印重型采样器外壳、实验传感器和设备的夹具，以及为他们的内部水族馆结构定制的部件，这些水族馆是为了研究珊瑚的适应性以及在水温上升和气候变化的极端条件下增强珊瑚复原力的方法。

为了制造用于珊瑚礁研究和监测的可重复定制部件，NOAA的研究人员选择了3D打印而不是传统的制造方法，以加快进程并降低成本。他们工作的关键是开发能够耐受恶劣海洋条件的防水部件。然而，这可能是昂贵的，例如用于持续监测海水条件以确保水温、酸度、光照和流速在实验室中相同的地下自动采样器（SAS）的制造成本可能超过1000美元。相反，3D打印可以将生产成本降低到220美元，使NOAA能够以一小部分的成本保持他们研究的理想复杂性。此外，像自动进料器和搅拌板这样的实验室设备也是3D打印出来的，可以抵御水的飞溅和腐蚀性的盐空气。

有了更低成本的方法和更少的努力，NOAA可以在其实验室内更多地重复他们的测试。通过开放他们的3D打印设计，全世界的研究人员可以使用同样的技术。由于更多的实验室在复制这项研究，NOAA收集了更多有力的数据来更有效地开发新的珊瑚物种。

△电子DNA的次表层自动采样器（SASe），带有SLA端盖、样品盒和内部衔铁。图片由NOAA/AOML提供。

恢复海洋栖息地

就像重新造林对帮助保护野生动物至关重要一样，珊瑚恢复是鱼类和其他海洋物种的珍贵栖息地，并有助于保护沿海基础设施，尤其是自1950年以来，地球已经失去了一半的珊瑚礁。如果气候变化以目前的速度继续下去，即使没有重大干预，热带珊瑚礁生态系统也可能在本世纪末面临全球灭绝。

为了对抗气候变化的影响，世界各地的研究人员正在采用新的技术，以帮助重建珊瑚礁的生态系统。加州大学圣地亚哥分校（UCSD）纳米工程系的海洋生物学家Daniel Wangpraseurt正在进行的工作就是这样一个案例。通过转向生物打印，Wangpraseurt开发了仿生的3D打印珊瑚。另外，在加州，设计技术专家Alex Schofield利用3D打印技术帮助拯救海洋生态系统，恢复受到过度捕捞、污染和气候变化负面影响的珊瑚礁。今天，许多科学家正在探索如何利用3D打印技术为新的珊瑚创造生长空间。

作为寄居生物，珊瑚通常由数千或数十万个单独的珊瑚虫组成，每个珊瑚虫都有一个复杂的微生物群，有助于他们的健康和营养。此外，造礁的珊瑚会分泌碳酸钙，这是一种坚硬的岩石状物质，构成了通常被称为珊瑚礁框架或栖息地的结构。这种栖息地和它所支持的珊瑚礁生态系统非常珍贵，是海洋领域中生物多样性最集中的一个地方。珊瑚不仅是水下生命的要素，而且对美国的经济也是非常有价值的，它帮助支持渔业和旅游业，并保护海岸线免受波浪能量和风暴的影响。

△在实验性珊瑚礁实验室，每个水箱都有特定的控制，并需要一个定制的电子外壳。图片来源：NOAA/AOML。

NOAA的先进制造和设计实验室

了解珊瑚和珊瑚礁生物群对全球变化的反应对NOAA的AOML的工作至关重要，而领导这一工作的是珊瑚计划的首席调查员Ian Enochs。总部设在佛罗里达州迈阿密的这位海洋生物学家正在带头领导NOAA的先进制造和设计实验室，该实验室为研究人员提供了大量工具，包括Formlabs打印机套件。通过3D打印，AOML的研究人员可以快速制作原型和测试新的应用，以协助他们实现研究目标。事实上，操作Formlabs打印机已经帮助规范和提高了他们实验的准确性和可比性，并促进了新技术的发展。

为了确定将在新的、更极端的海洋环境中茁壮成长的珊瑚的特征，Formel、Enochs和他们的同事寻找目前在更酸化的海洋中预期的条件下茁壮成长的珊瑚，比如火山口附近的珊瑚。为了完成这项任务，该团队创建了一个SAS来收集珊瑚礁上的水样，以帮助了解这些珊瑚生活条件的强度和变化性。他们甚至将这些采样器的设计开源，以便世界各地的其他团体可以使用这个工具，并使用3D打印技术来降低采样器的成本，在没有大量资金预算的情况下，可以建造和部署许多采样器。此外，自动化允许同步采样，让研究人员准确了解不同时间或地点的水的情况。

△DryTortugas 的地下水自动采样器 (SAS) 部署。图片由NOAA/AOML提供

根据Formel的说法："采样的自动化是一个吸引人的想法，以改进我们的科学研究，并提升开展科学研究的便利性。你可以有一个同步的采样时间，准确地显示不同地点的水化学成分的情况。"

这只是NOAA的AOML先进制造和设计实验室的众多项目之一。Formel和Enochs还将3D打印用于环境DNA采样器，用于水体中的DNA采样，用于呼吸和钙化分析的潜水培养室，等等。