Кембриджский университет: созданы 3D-печатные кораллы, производящие энергию и спасающие коралловые рифы

Интересно

Статья о результатах исследования, опубликована в журнале Nature Communications. 

В океане кораллы и водоросли имеют сложные симбиотические отношения. Коралл является хозяином (домом) для водорослей, в то время как водоросли производят сахар для коралла посредством фотосинтеза. Эти взаимоотношения  несут ответственность за одну из самых разнообразных и продуктивных экосистем на Земле — коралловый риф.

«Кораллы очень эффективны при сборе и использовании света», — сказал ведущий автор исследования, доктор Дэниел Вангпразерт (Daniel Wangpraseurt), сотрудник Marie Curie Fellow Химического факультета Кембриджского университета. «В нашей лаборатории мы ищем методы для копирования и имитации этих стратегий с натуры для коммерческих приложений».

Д. Вангпразерт и его коллеги напечатали 3D-коралловые структуры и использовали их в качестве инкубаторов для выращивания водорослей. Они проверили различные типы микроводорослей и обнаружили, что скорости их роста были в 100 раз выше, чем в стандартных жидких питательных средах.

Чтобы создать сложные структуры природных кораллов, исследователи использовали метод быстрой трехмерной биопечати, способный воспроизводить детализированные структуры, которые имитируют сложные конструкции и функции живых тканей. С помощью этого метода  можно печатать структуры с разрешением в микрометровом масштабе всего за несколько минут.

Это очень важно для репликации структур с живыми клетками, сказал соавтор исследования профессор Шаочен Чен (Shaochen Chen) из Калифорнийского университета в Сан-Диего. «Большинство этих клеток погибнет, если мы будем использовать традиционные процессы на основе экструзии или струйной печати, потому что эти методы занимают часы. Это все равно, что держать рыбу вне воды. Клетки, с которыми мы работаем, не выживут, если их будут хранить слишком. Мы долго не используем их питательные среды. Наш процесс отличается высокой пропускной способностью и предлагает очень высокую скорость печати, поэтому в данном случае он совместим с клетками человека, клетками животных и даже водорослями», — сказал он.

Подобные коралловые структуры были очень эффективны при перераспределении света, как и натуральные кораллы. Для изготовления трехмерных печатных бионических кораллов использовались только биосовместимые материалы.

«Мы разработали искусственную ткань и скелет коралла с комбинацией полимерных гелей и гидрогелей, легированных целлюлозными наноматериалами, чтобы имитировать оптические свойства живых кораллов», — говорит соавтор исследования доктор Сильвия Виньолини (Silvia Vignolini), также из Кембриджского Химического факультета. «Целлюлоза — это богатый биополимер. Он отлично рассеивает свет, и мы использовали его для оптимизации доставки света в фотосинтетические водоросли».

Команда использовала оптический аналог ультразвука, называемый оптической когерентной томографией, чтобы сканировать живые кораллы и использовать модели для своих 3D-печатных проектов. Изготовленный на заказ трехмерный биопринтер использует свет для печати коралловых микромасштабных структур за считанные секунды. Печатный коралл копирует природные коралловые структуры и светоотдающие свойства, создавая искусственную среду-хозяина для живых микроводорослей.

«Копируя основной микробитат, мы также можем использовать наши 3D биопечатаемые кораллы в качестве модельной системы для симбиоза кораллов и водорослей, который срочно необходим для понимания нарушения симбиоза во время спада кораллового рифа», — сказал Вангпразерт. «Существует множество различных применений нашей новой технологии. Недавно мы создали компанию под названием Mantaz, которая использует вдохновленные кораллами подходы по сбору света для выращивания водорослей для производства биопродуктов в развивающихся странах. Мы надеемся, что наша техника будет масштабируемой, чтобы она могла оказать реальное влияние на биосектор водорослей и в конечном итоге сократить выбросы парниковых газов, которые ответственны за гибель коралловых рифов».

Источник: cam.ac.uk

Рекомендуем интересный канал об образовании: https://zen.yandex.ru/studystudent

Источник

Оцените статью
Саморазвитие IQ
Добавить комментарий