3-D-printede koraller kunne forbedre bioenergien og hjælpe koralrevene

Forskere fra Cambridge University og University of California San Diego har 3-D trykte koralinspirerede strukturer, der er i stand til at vokse tætte populationer af mikroskopiske alger. Deres resultater, rapporteret i journalen Naturkommunikation , åbne døren for nye bioinspirerede materialer og deres anvendelser til bevarelse af koraller.

I havet, koraller og alger har et indviklet symbiotisk forhold. Korallen er vært for algerne, mens algerne producerer sukker til korallen gennem fotosyntese. Dette forhold er ansvarlig for et af de mest forskelligartede og produktive økosystemer på Jorden, koralrevet.

"Koraller er yderst effektive til at indsamle og bruge lys, " sagde førsteforfatter Dr. Daniel Wangpraseurt, en Marie Curie -stipendiat fra Cambridge's Department of Chemistry. "I vores laboratorium, vi leder efter metoder til at kopiere og efterligne disse strategier fra naturen til kommercielle applikationer."

Wangpraseurt og hans kolleger 3-D printede koralstrukturer og brugte dem som inkubatorer til algevækst. De testede forskellige typer mikroalger og fandt vækstrater var 100 gange højere end i standard flydende vækstmedier.

For at skabe de indviklede strukturer af naturlige koraller, forskerne brugte en hurtig 3D-bioprintningsteknik, der oprindeligt blev udviklet til bioprintning af kunstige leverceller.

De koral-inspirerede strukturer var yderst effektive til at omfordele lys, ligesom naturlige koraller. Kun biokompatible materialer blev brugt til at fremstille de 3D-trykte bioniske koraller.

"Vi udviklede et kunstigt koralvæv og skelet med en kombination af polymergeler og hydrogeler dopet med cellulosananomaterialer for at efterligne de optiske egenskaber ved levende koraller, " sagde Dr. Silvia Vignolini, der ledede forskningen. "Cellulose er en rigelig biopolymer; den er fremragende til at sprede lys, og vi brugte den til at optimere leveringen af ​​lys til fotosyntetiske alger."

Holdet brugte en optisk analog til ultralyd, kaldet optisk kohærens tomografi, at scanne levende koraller og bruge modellerne til deres 3D-trykte designs. Den specialfremstillede 3-D bioprinter bruger lys til at udskrive koralstrukturer i mikroskala på få sekunder. Den trykte koral kopierer naturlige koralstrukturer og lys-høstende egenskaber, skabe et kunstigt værts-mikromiljø for de levende mikroalger.

"Ved at kopiere værtens mikrohabitat, vi kan også bruge vores 3-D bioprintede koraller som et modelsystem til koral-alg-symbiosen, som er presserende nødvendig for at forstå nedbrydningen af ​​symbiosen under korallrevnedgang, " sagde Wangpraseurt. "Der er mange forskellige applikationer til vores nye teknologi. Vi har for nylig oprettet en virksomhed, kaldet mantaz, der bruger koral-inspirerede lys-høstmetoder til at dyrke alger til bioprodukter i udviklingslande. Vi håber, at vores teknik vil være skalerbar, så den kan have en reel indvirkning på algens biosektor og i sidste ende reducere drivhusgasemissioner, der er ansvarlige for koralrevdød. "