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珊瑚正在全球范围内消亡。面对气候变化和全球变暖，我们可以预料会有一些严重的后果，这些后果将直接影响海洋生物。在即将发生的大规模灭绝事件中，珊瑚礁多年来一直受到有毒物质和过量二氧化碳的危险威胁，导致这些种类繁多的海洋无脊椎动物5月份的死亡。一旦珊瑚死亡，珊瑚礁也将死亡并侵蚀，破坏重要的海洋生物。

考虑到科学家已经预言，20年后几乎所有的珊瑚礁都会消失，因此保护珊瑚并向他们学习是至关重要的。对于不断扩大的生物技术领域，未开发的资源（如珊瑚）具有巨大的潜力，可以作为癌症研究的生物活性化合物，也可以作为生物能源和生物产品生产的灵感来源。

来自加利福尼亚大学圣地亚哥分校（UCSD）纳米工程系的跨学科海洋生物学家（DanielWangpraseurt）解释了生物打印技术如何成为他将仿生3D打印珊瑚开发为新生物的关键点。用于珊瑚启发性生物材料的工具，可用于藻类生物技术，珊瑚礁保护和珊瑚-藻类共生研究。

多年来，研究人员一直在研究珊瑚如何优化光照管理，并发现了许多有趣的进化技巧，例如不同的生长形式和材料特性，因此对复制这些策略和开发可以容纳活微藻的人造材料感兴趣。就像珊瑚在大自然中一样。

DanielWangpraseurt

作为全球生产力最高的生态系统之一，珊瑚礁通过光合作用将二氧化碳转化为能量，进而将其用于食物。尽管光提供了提高珊瑚礁生产力的能量，但也需要关键营养素，例如氮和磷，但在通常发现珊瑚礁的温暖热带海洋中却发现了很少的养分，这使科学家们怀疑这些海洋动物如何设法用有限的资源创造一个竞争性的栖息地。

激光束被弹性珊瑚组织和文石骨架强烈散射。（图片来源：丹尼尔·王普拉瑟尔特）

Wangpraseurt描述，尽管不同的珊瑚已经开发出多种几何形状来实现这种功能，但它们的特征都在于具有动物组织的微藻，该藻构建在碳酸钙骨架上，用作机械支撑和散射介质，，以优化光向其他有阴影的藻类组织的传输。

根据对珊瑚和生物材料的了解，研究人员开始进行一个项目，以使用3D生物打印方法开发合成共生系统。珊瑚既有动物细胞又有藻类细胞，到目前为止，已经模仿了珊瑚的动物部分，也就是部分控制藻类细胞活动的物理和化学微生境。

在UCSD上，研究人员期望继续使用新的生物打印技术和定制的3D生物打印机重新创建以珊瑚为灵感的光合作用生物材料结构，该打印机能够模仿珊瑚藻共生的功能和结构特征。与来自UCSD、剑桥大学、哥本哈根大学和悉尼科技大学的研究人员一起，并感谢欧盟Horizon研究与创新计划以及美国国立卫生研究院（NIH）的资助报告了他们关于生物启发材料的工作结果，该结果已于今年早些时候发表在《自然通讯》杂志上。

“我们希望走得更远，不仅通过模仿共生的生物化学途径，而且发展出类似的物理微生境，而且还可以调节细胞相互作用。我们希望这不仅使我们能够优化光合作用和细胞生长，而且使我们对共生在自然界中如何工作有更深入的了解。通过这样做，我们可以增进对诸如珊瑚褪色等压力现象的理解，这是造成全球珊瑚死亡的主要原因。”

在3D生物打印的组织中可以看到共生体的活菌落（图片来源：DanielWangpraseurt）

那么，生物打印机如何成为该项目的首选技术？Wangpraseurt解释说，在剑桥大学化学系生物启发光子学实验室担任研究员期间，他注意到科学家正在使用纤维素作为具有有趣光学响应的生物材料。他想知道如何使用纤维素开发具有非常明确的建筑复杂性的材料。

“一开始，主要目的是开发一种受珊瑚启发的生物材料，其具有与天然珊瑚相似的光学响应，然后在其上或其中生长藻类。因此，我们从简单的技术开始，使用传统的3D打印机。但是，要重新创建珊瑚所需的空间分辨率并不是一件容易的事。”

受医学3D生物打印研究的启发，Wangpraseurt接触了UCSD纳米工程实实验室的科学家，他们正在开发人造肝脏模型，后来成为该项目的合作者。

激光束被弹性的珊瑚组织和文石骨架强烈散射（来源：DanielWangpraseurt）

该团队继续开发3D打印平台，以微米级分辨率模拟活珊瑚组织和下面骨骼的形态特征，包括其光学和机械特性。它使用基于两步连续光投射的方法进行多层3D生物打印，并使用新型的生物墨水解决方案制造人造珊瑚组织构造，其中将共生微藻与可光聚合的明胶-甲基丙烯酸酯（GelMA）水凝胶和纤维素-衍生的纳米晶体（CNC）。类似地，人造骨架用聚乙二醇二丙烯酸酯基聚合物（PEGDA）3D打印。

珊瑚虫和活体光合生物材料的特写。在3D生物打印的组织中可以看到共生体的活菌落（图片来源：DanielWangpraseurt）

Wangpraseurt总部位于圣地亚哥，花费了数月的时间来尝试通过独特的共生系统重现珊瑚的复杂结构，该共生系统随着建立地球上最大的生态系统之一而广为人知。

“我们使用了为医学目的而开发的3D生物打印机，我们对其进行了调制并进一步开发了用于珊瑚的特定生物墨水。许多工作与优化材料特性以确保细胞活力有关。对于我们的藻类而言，拥有合适的生物墨水至关重要，就好像我们要使用人类细胞培养中常用的混合物一样，细胞将不会生长得很好，并且会迅速死亡。”

新开发的3D打印仿生珊瑚能够生长微藻，其意义是多方面的。Wangpraseurt表示，他计划继续从事仿生珊瑚的研究，并有可能扩大创业公司以及商业地产的开发过程。或大规模开发以珊瑚为灵感的材料，从而对与珊瑚礁修复以及生物技术相关的工作产生更直接的影响。

珊瑚柱和珊瑚启发的3D打印材料骨架结构的扫描电镜图像（图片来源：DanielWangpraseurt）

研究人员希望扩大生物打印系统的规模，以便对藻类生物技术，生物能源和生物产品产生更直接的影响。可以“定制藻类的环境并微调某种生物产品的生产，以潜在地进入藻类生物产品市场并扩展生物能源生产系统。

研究人员打算进一步开发3D生物打印的合成珊瑚-藻类共生系统，该系统可以提供重要的见解，以了解导致珊瑚死亡的机制，但也可以促进未来珊瑚礁修复技术的发展。

研究人员怀着虔诚的热情谈论珊瑚礁，如今他的实验室工作超出了他的研究范围。当他不在南加州大学进行这项研究时，Wangpraseurt正与他在巴拿马的社会事业合作，他和他的团队正试图恢复珊瑚礁生态系统，以帮助热带地区的沿海社区，包括当地渔民，通过采集藻类生物量，这些生物量可以用于不同的目的，例如天然肥料，有助于形成有机和可持续的生产链。此外，Wangpraseurt的研究和创业公司的珊瑚启发方面正在真正地结合起来，使他和他的团队能够了解珊瑚是如何工作的，反过来，我们如何从中学习，以造福我们的星球。

在巴拿马受污染的礁石上进行的营养采样（图片来源：DanielWangpraseurt）

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