《3D打印珊瑚生物材料可用于生物燃料生产和珊瑚礁修复》

  • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
  • 编译者: liguiju
  • 发布时间:2020-04-23
  • 斯克里普斯海洋研究所(Scripps)、加州大学圣地亚哥分校斯雅各布斯工程学院和英国剑桥大学的研究人员采用3D打印的珊瑚启发性结构促进了密集微藻类种群的生长。该成果已于4月9日在《自然通讯》(Nature Communications)期刊上发表,可能会有助于开发简洁的、更高效的生物反应器来生产藻类生物燃料,并帮助研究人员更好地了解珊瑚与藻类关系的复杂生物学,开发出修复和恢复珊瑚礁的新技术。
    在实验室测试环境中,将3D打印出的珊瑚结构作为平台,分别种植两种不同类型微藻,这两种珊瑚礁分别为:具有商业利用潜力的Marinichlorella kaistiae和野生珊瑚礁中繁殖的藻类Symbiodinium sp.。实验结果发现:两种微藻迅速生长,密度达到液态培养的100倍。
    该研究作者Daniel Wangpraseurt表示:“珊瑚是利用、捕获和转换光以产生能量的最有效的有机体之一,而且它们在极端环境中也是这样做的。极端环境中的光线波动很大,并且增长空间有限。该团队的目标是以珊瑚为灵感,开发出更多的生产技术,让种植微藻成为可持续能源的来源之一。”
    (李亚清  编译)

  • 原文来源:https://scripps.ucsd.edu/news/coral-inspired-biomaterials-could-lead-highly-efficient-biofuel-production
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    • 编译者:liguiju
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    • 全球研究人员都在寻找方法帮助濒临灭绝的珊瑚礁以及依靠珊瑚礁生活的动物抵御气候事件或从气候事件中恢复过来,包括白化和风暴在内的会随着水温升高而发生的事件。 研究人员提出了使用3D打印的珊瑚模型来代替或补充已经受到影响的珊瑚礁系统的想法。特拉华大学的研究人员发表在期刊《公共科学图书馆·综合》(PLOS ONE)上的最新研究表明,3D打印的物体不会影响珊瑚相关的小热带鱼的行为,也不会影响定居的石质珊瑚的生存。 此外,这项研究还表明,鱼对3D打印的人工珊瑚材料并无偏好,这为使用如用可降解的玉米淀粉代替塑料等环境友好材料打开了大门。随着人们对海洋环境中塑料污染的担忧日益加剧,这是一个及时的证据,支持着将塑料放到海洋是具有环保意识的决策。 使用该方案的重要顾虑是确认使用的3D打印材料不会伤害珊瑚鱼类或者对鱼类产生负面影响。特拉华大学地球、海洋与环境学院副教授、该研究作者迪克森表示,如果珊瑚礁上的鱼不把3D打印的珊瑚模型用作野外栖息地,它们可能会面临被其他更大物种捕食的更大风险。如果珊瑚幼虫不在3D打印材料上定居,它们也无法帮助重建珊瑚礁。 在实验室实验中,研究人员研究了小热带鱼和珊瑚幼虫在一具真正珊瑚骨架和四具由不同材料制成的3D打印珊瑚模型下的行为。 研究人员使用的四种3D打印人造珊瑚模型材料均来自低成本、广泛使用的材料,包括聚酯和两种生物可降解材料(一种由玉米淀粉制成,另一种由玉米淀粉与不锈钢粉混合制成)。 研究人员将小热带鱼放入装有珊瑚骨骼和四种人工栖息地的鱼缸中,让其自行选择栖息地。行为分析表明,在天然珊瑚骨骼和3D打印的珊瑚材料之间,小热带鱼没有表现出偏好。并且不论何种栖息地下,鱼的活动水平,如鱼在鱼缸中移动的频率和距离,也保持不变。表明有天然的珊瑚骨骼存在,这些鱼在人工珊瑚附近的表现也是一样的。 研究人员的实验还显示,珊瑚幼虫在3D打印模型表面上定居的几率比完全没有定居表面的情况要高得多。 (李桂菊 编译)
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    • 编译者:liguiju
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    • 每年的11月至12月,随着南半球海水逐渐变暖,大堡礁珊瑚成熟期数以十亿计的珊瑚受精发育形成珊瑚虫的幼体,在几天到数周之后回到珊瑚礁定居并生长,形成新的珊瑚群。但是,由于只有小部分珊瑚能够长到一岁,科学家们正在探索新的方法,以提高在珊瑚幼虫的存活率,从而提高珊瑚礁的恢复速度。其中一种方法是“珊瑚播种”。珊瑚播种是一种修复技术,可以帮助恢复更多的珊瑚种群。科学家从大堡礁收集珊瑚礁精子和卵子,并在实验室完成受精和发育成幼小的珊瑚虫过程。在产卵后的5-10天内,幼虫会变成单个微小的小珊瑚。当珊瑚成熟后,再被送回礁石上。 珊瑚播种的关键组成部分是珊瑚播种装置,在设计中需要考虑许多因素,选择正确的装置材料和形状,将装置留在珊瑚礁上,保护幼年珊瑚免受食草动物和捕食者的伤害。此外,成本、尺寸、部署的方便性和自动化的适用性也很重要。研究人员正在调查用于制造播种装置的不同材料的性能,材料的选择都以环境可接受性、成本和制造的方便性为关键要求。 利用珊瑚播种作为干预措施的另一个关键因素是确定实施地点,同时,研究人员还需要找出珊瑚礁没有恢复的原因。对于那些珊瑚礁缺乏足够的天然的幼虫供应,或是由于幼虫附着在珊瑚礁的地区,采取珊瑚播种是一种很好的干预方式。确定好地点后,还需要确定播种设备设计以及最合适的珊瑚种类。 2021年初,研究人员在Keppel Islands岛上受白化影响的珊瑚礁上部署了大约300个设备,10个月后,惊讶地发现,超过90%的设备至少有一个活珊瑚虫,首次部署的存活率超过了预期。但要大规模地应用,还需要解决很多问题。像许多野生珊瑚后代一样,人工养殖珊瑚在第一年将面临许多困难和危险,包括鱼类、生活在珊瑚礁上的其他竞争性动植物以及过度生长的大型藻类等。通过更好地理解这些影响因素,科学家可以设计出不同类型的珊瑚播种装置,为幼虫生长提供保护。(张灿影 编译)