Forskare från Cambridge University och University of California San Diego har 3-D-printade korallinspirerade strukturer som är kapabla att växa täta populationer av mikroskopiska alger. Deras resultat, redovisas i tidskriften Naturkommunikation , öppna dörren till nya bioinspirerade material och deras tillämpningar för korallkonservering.

I havet, koraller och alger har ett invecklat symbiotiskt förhållande. Korallen är en värd för algerna, medan algerna producerar socker till korallen genom fotosyntes. Detta förhållande är ansvarigt för ett av de mest mångfaldiga och produktiva ekosystemen på jorden, korallrevet.

"Koraller är mycket effektiva på att samla in och använda ljus, " sa första författaren Dr Daniel Wangpraseurt, en Marie Curie-stipendiat från Cambridges Department of Chemistry. "I vårt labb, Vi letar efter metoder för att kopiera och efterlikna dessa strategier från naturen för kommersiella applikationer. "

Wangpraseurt och hans kollegor 3D-printade korallstrukturer och använde dem som inkubatorer för algtillväxt. De testade olika typer av mikroalger och fann att tillväxthastigheten var 100 gånger högre än i vanliga flytande odlingsmedier.

För att skapa de invecklade strukturerna av naturliga koraller, forskarna använde en snabb 3D-bioprinting-teknik som ursprungligen utvecklades för bioprintning av artificiella leverceller.

De korallinspirerade strukturerna var mycket effektiva för att omfördela ljus, precis som naturliga koraller. Endast biokompatibla material användes för att tillverka de 3-D-tryckta bioniska korallerna.

"Vi utvecklade en konstgjord korallvävnad och ett skelett med en kombination av polymergeler och hydrogeler dopade med cellulosananomaterial för att efterlikna de optiska egenskaperna hos levande koraller, " sa Dr Silvia Vignolini, som ledde forskningen. "Cellulosa är en riklig biopolymer; den är utmärkt på att sprida ljus och vi använde den för att optimera leveransen av ljus till fotosyntetiska alger."

Teamet använde en optisk analog till ultraljud, kallas optisk koherens tomografi, att skanna levande koraller och använda modellerna för sina 3-D-tryckta mönster. Den skräddarsydda 3D-bioprintern använder ljus för att skriva ut korallstrukturer i mikroskala på några sekunder. Den tryckta korallen kopierar naturliga korallstrukturer och ljusskördande egenskaper, skapa en artificiell värd-mikromiljö för de levande mikroalgerna.

"Genom att kopiera värdmikrohabitatet, vi kan också använda våra 3-D bioprintade koraller som ett modellsystem för korall-algsymbios, vilket är brådskande för att förstå nedbrytningen av symbiosen under korallrevets nedgång, ", sa Wangpraseurt. "Det finns många olika tillämpningar för vår nya teknologi. Vi har nyligen skapat ett företag, kallas mantaz, som använder korallinspirerade metoder för lätt skörd för att odla alger för bioprodukter i utvecklingsländer. Vi hoppas att vår teknik kommer att vara skalbar så att den kan få en verklig inverkan på algbiosektorn och i slutändan minska utsläppen av växthusgaser som är ansvariga för korallrevdöd. "