Skip to main content

Bio-inspired photonics for enhanced microalgal photosynthesis in biofuels

Article Category

Article available in the folowing languages:

Koralowiec wydrukowany w 3D lepszy niż oryginał

Koralowce zapewniają glonom bezpieczne środowisko, a w zamian zyskują żywe kolory i cukry, którymi się żywią. Finansowani przez UE naukowcy wydrukowali w 3D imitacje koralowców, które odtwarzają tę symbiozę skuteczniej niż prawdziwe osobniki.

Żywność i zasoby naturalne
Energia

Korzystna dla obu stron relacja między glonami a koralowcami trwa od milionów lat i ma kluczowe znaczenie dla stanu raf koralowych, które zapewniają schronienie około 1/4 wszystkich organizmów morskich. Rywalizacja o przestrzeń i dostęp do światła, która toczy się między organizmami morskimi, sprawiła, że koralowce dostosowały swoją strukturę tak, by skutecznie gromadzić i rozpraszać światło wykorzystywane później przez zamieszkujące je mikroglony. Korzystając z unijnego wsparcia dla projektu BioMIC-FUEL, naukowcy z Uniwersytetu w Cambridge z powodzeniem stworzyli imitację mikroekosystemu koralowca, w której gęstość mikroglonów jest nawet stokrotnie większa niż w prawdziwych koralowcach. „Naszym celem było stworzenie wydajnej techniki hodowania mikroglonów zainspirowanej tym, jak działają koralowce. Inaczej niż dostępne dotąd techniki, które wykorzystują płynną pożywkę i zewnętrzne źródło światła padającego z góry, nasze czerpiące z natury rozwiązanie z powodzeniem naśladuje sposób, w jaki koralowce przechwytują światło i przekazują je mikroglonom za pomocą struktur wewnętrznych”, wyjaśnia Daniel Wangpraseurt, biolog morski z Uniwersytetu w Cambridge.

Druk 3D zapewnia podatny grunt pod rozwój i fotosyntezę glonów

Naukowcy opracowali zaawansowaną technologię biodruku 3D, która odtwarza szczegółowe struktury koralowca naśladujące złożoną konstrukcję i pracę żywych tkanek tego organizmu. Metoda ta pozwala w kilka minut wydrukować struktury o rozdzielczości liczonej w mikrometrach. „Większość z tych tkanek nie przetrwałaby drukowania przy użyciu tradycyjnych metod opartych na wtryskiwaniu lub użyciu tuszu, ponieważ wydruk zająłby wtedy kilka godzin. Można to porównać do trzymania ryby poza wodą; komórki, nad którymi pracujemy, nie pożyłyby długo bez pożywki hodowlanej. Nasz proces charakteryzuje się wysoką przepustowością i pozwala na naprawdę szybkie drukowanie. Może służyć do produkcji komórek glonów, ale też komórek ludzkich i zwierzęcych”, wyjaśnia Wangpraseurt. Naukowcy opracowali sztuczną tkankę i szkielet koralowca złożone z połączenia różnych biopolimerów i hydrożeli z domieszką nanomateriałów celulozowych w celu odtworzenia właściwości optycznych żywych koralowców. Do mieszaniny dodano też glony. Ta innowacyjna metoda biodruku jest nie lada wyczynem. „Praca z materiałami świetlnymi, która z zasady nie jest łatwa, była sporym wyzwaniem. Prawdziwy sukces naszej metody biodruku wynikał jednak z przyjrzenia się materiałom, które choć wchodzą ze światłem w słabe interakcje (by uzyskać struktury koralowe o wysokiej strukturze), mogą też rozpraszać światło tak, by docierało do glonów”, wyjaśnia Silvia Vignolini z Wydziału Chemii na Uniwersytecie w Cambridge.

Bioniczne koralowce mogą uratować rafy i wzbogacić naszą dietę

Nowo powstałe hybrydowe, bioniczne koralowce żyją i mogą posłużyć do hodowania komórek glonów o wysokim zagęszczeniu sięgającym 109 g/ml. Udoskonalona technologia biodruku mogłaby zostać wykorzystana w wydajnych bioreaktorach do hodowli bogatych w substancje odżywcze glonów do użytku w przemyśle spożywczym. Ponadto koralowce wydrukowane w 3D stanowią model do badania metod ochrony raf koralowych. Rosnąca temperatura i kwasowość oceanów mogą zaszkodzić delikatnej symbiozie i doprowadzić do „blaknięcia raf koralowych”, czyli procesu, w którym koralowce wydalają glony i stają się w efekcie białe. „W tej chwili skupiliśmy się na dostosowywaniu naszej technologii do zaawansowanych zastosowań, co potrwa aż do uzyskania wysokiej wydajności. W przyszłości nasza technika może być skalowalna i pozwalać na masową produkcję wysokiej jakości produktów”, podsumowuje Wangpraseurt. Wyniki projektu opublikowano w czasopiśmie „Nature Communications”. Oprócz tego naukowcy założyli niedawno start-up o nazwie „mantaz”, którego celem jest wykorzystanie tanich, zainspirowanych koralowcami technik gromadzenia światła do hodowania bioproduktów opartych na glonach w krajach rozwijających się.

Słowa kluczowe

BioMIC-FUEL, mikroglony, biodruk, koralowiec wydrukowany w 3D, symbioza, rafa koralowa, blaknięcie raf koralowych

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania