3D打印仿生珊瑚可以改善生物能和珊瑚礁

用活体细胞复制结构具备造就造就自然环境来研究过程和体细胞生长发育的发展潜力,这将会对生物学家和地球上较大的生态体系之一珊瑚礁十分有利。这种构造针对科学研究工作人员来讲是繁杂且趣味的,大部分造礁珊瑚丛与他们机构中的藻类植物具备内在联系。珊瑚丛为藻类植物出示了受维护的自然环境和植物光合作用需要的化学物质,做为收益,藻类植物造成co2,并为珊瑚丛出示果糖,凡士林和碳水化合物,它是植物光合作用的物质。珊瑚丛运用这种商品生产制造蛋白,人体脂肪和糖分,并造成碳酸氢钙。

起源于1.1亿年以前的珊瑚丛与藻类植物中间的这类繁杂关联能够启迪这些寻找出示生物质能源和微生物商品造成来源于的科学研究工作人员。本月月初,来源于牛津大学和北卡州立大学圣迭戈校区的一组科学研究工作人员开发设计了仿生技术3D打印珊瑚丛,将其做为一种受珊瑚丛启迪的生物技术的新专用工具,能够在藻类植物生物科技,珊瑚礁维护和珊瑚丛藻类植物中寻找运用相互依存科学研究。

珊瑚丛启迪的光合作用生物技术构造是应用可以效仿珊瑚丛藻相互依存的作用和特点的迅速三d微生物复印技术性生产制造的,其結果已在《自然通讯》杂志期刊上报导,这为微生物启迪的原材料以及运用打开了新的大门口珊瑚丛维护。

前不久,3D资源巴掌握到,牛津大学化学系的玛丽莱·居里研究者丹尼尔·王普拉瑟尔特(Daniel Wangpraseurt)表达:“珊瑚丛在搜集和光折射层面十分高效率,在大家的试验室中,大家已经找寻方式 来拷贝和效仿这种对策,具备商业行为。”Wangpraseurt和他的朋友们找到一种3D打印珊瑚丛构造并将其作为塑造藻类植物的创业孵化器的方式 。她们宣称早已检测了多种类型的微藻,发觉其生长发育速率是规范液體生长发育培养液中的一百倍。

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以便造就纯天然珊瑚丛的繁杂构造,科学研究工作人员开发设计了一个微生物复印服务平台,可以拷贝效仿生物组织繁杂设计方案和作用的详尽构造,比如效仿珊瑚丛机构和人体骨骼源几何图形样子的光合作用化学物质。这类方式 能够在短短的十多分钟内复印出具备μm级像素的构造。以便扫描仪活珊瑚丛并将实体模型用以其3D打印设计方案,该团体应用了一种显像技术性,该技术性应用低相干光来捕捉μm级像素,称之为电子光学相关断层扫描(OCT),一般用以医药学显像和工业生产无损检测技术检测。将OCT数据信息导到MATLAB中并开展变换,便于能够将图象切割成3D图象编码序列以开展微生物复印。

可以塑造高藻体细胞相对密度的混种活微生物仿生技术珊瑚丛搭建体的微生物黑墨水由翠绿色微藻的最后浓度值构成。聚乙二醇二丙烯酸树脂(PEGDA)与甲基丙烯酸胶状物(GelMA)的组成,以生产制造机械设备牢固且可调式的水凝胶;光引发剂苯基-三羟基-苯甲酰基次膦酸锂(LAP);服用染剂;甲基纤维素衍化的纳米技术结晶(CNC)和人工合成海面。牛津大学化学系的相互杰出文学家西尔维亚·维尼好意头尼(Silvia Vignolini)说:“大家开发设计了一种人工合成珊瑚丛机构和框架,融合了高聚物疑胶和掺入甲基纤维素高分子材料的水凝胶,以效仿活珊瑚丛的电子光学特点。甲基纤维素是一种丰富多彩的微生物高聚物;它在漫射光层面十分优异,大家用它来提升向光合作用藻类植物中的光传送。”

最后的仿生技术珊瑚丛是在CAD手机软件中设计方案的,随后应用自定撰写的MATLAB程序流程切割成数以百计大数字图案设计。将大数字图案设计按序上传入大数字微镜机器设备(DMD),并用以可选择性地曝露预聚物水溶液以开展持续复印。

订制的三d微生物打印机使用光在几秒内复印出珊瑚丛的小型构造。那样,历经包装印刷的珊瑚丛就可以拷贝纯天然的珊瑚丛构造和光照特点,进而为活的微藻造就了人工合成的寄主微自然环境。

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仿生技术触须的叶绿素荧光(来源于:Daniel Wangpraseurt)

牛津大学(Cambridge University)觉得,受珊瑚丛启迪的构造与当然珊瑚丛一样,在分配光源层面十分合理,由于仅应用相溶性原材料来制做3D打印的仿生技术珊瑚丛。如果我们应用传统式的根据挤压成型或喷墨打印机的加工工艺,这种充电电池中的大部分将身亡,由于这种方式 必须花销数钟头。这如同将鱼挡在水中;假如在培养液中置放的時间太长,我们与之协作的体细胞将没法存活。大家的加工工艺具备很高的生产效率,并出示了十分快的复印速率,因而,在这类状况下,它能够与人们体细胞,动物细胞乃至藻类植物体细胞适配。

该技术性容许拷贝一切珊瑚丛工程建筑,进而出示各种各样设计方案解决方法来提高光散播。这组科学研究工作人员宣称,她们的工作中“界定了一类可以与活植物体相互影响的仿生技术原材料,能够被用以运用珊瑚礁科学研究跟光MBR膜生物反应器设计方案。”Wangpraseurt表述说:“根据拷贝寄主微环境要素,大家还能够将三d微生物复印的珊瑚丛作为珊瑚丛-藻类植物相互依存的实体模型系统软件,它是了解珊瑚礁衰落期内相互依存的奔溃所急需解决的系统软件。”

不容置疑,珊瑚礁的降低早已有充足的参考文献记述,它是保护主义者的巨大关心,应当变成全部社会发展的急迫难题。科教文(UNESCO)在17年开展的一项科学研究宣称,从加拿大大堡礁到东非塞舌尔群岛,全球的珊瑚礁都遭遇着比较严重的风险,除非是二氧化碳排放降低到得以缓解深海转暖的速率,不然他们将在本世纪中叶彻底衰落。

以便协助发展趋势这一敏感的水中生态体系,大家日渐关心这一难题,Wangpraseurt与别的朋友一起建立了一家名叫mantaz的企业,该企业应用珊瑚丛创造性的光照方式 在发达国家为微生物商品栽种藻类植物并修复珊瑚丛。当地渔夫的协助下的珊瑚礁。

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印尼东苏拉威西省Watakobi Reef上生长发育的珊瑚丛Stylophora pistilla菌体(来源于:牛津大学)

“大家期待大家的技术性能够拓展,便于对藻类植物微生物单位造成真实的危害,并最后降低导致珊瑚礁身亡的污染物排污。”此项科学研究由欧洲共同体的Horizon 2020科学研究与自主创新方案及其欧州科学研究联合会,杰弗里·菲利普斯学业奖学金,英国国立大学环境卫生研究所,國家科学研究慈善基金会,嘉士伯慈善基金会和维勒姆慈善基金会支助 。根据效仿珊瑚丛的光管理模式,并设计方案出一种由可持续性高聚物做成的仿生技术珊瑚丛,以提高微藻类植物光的消化吸收和生长发育,她们可以界定一类可以与活植物体相互影响的仿生技术原材料,而且能够被用以珊瑚礁,科学研究和电力能源生产制造。

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