ชีววิทยา

ปะการังพิมพ์ 3 มิติอาจเป็นอนาคตของพลังงานชีวภาพ

ปะการังพิมพ์ 3 มิติอาจเป็นอนาคตของพลังงานชีวภาพ

ด้วยภาวะโลกร้อนทำให้น้ำทะเลมีอุณหภูมิสูงขึ้นทำให้แนวปะการังทั่วโลกกำลังจะตาย แนวปะการังที่บอบบางมีความอ่อนไหวต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและความเค็มโดยเฉลี่ยเพียงเล็กน้อยและเมื่อพวกมันตายลงสิ่งนี้ยังสามารถสะกดหายนะให้กับสิ่งมีชีวิตในทะเลจำนวนมากที่เรียกแนวปะการังว่าบ้าน สิ่งนี้ทำให้นักวิจัยคิดหาวิธีแก้ปัญหาต่างๆและหนึ่งในสิ่งที่มีแนวโน้มมากที่สุดคือการพิมพ์แนวปะการังทดแทน 3 มิติ

แม้ว่าปะการังที่พิมพ์ 3 มิติจะไม่สามารถดึงปะการังที่มีชีวิตกลับคืนมาได้ แต่ก็สามารถช่วยฟื้นฟูระบบนิเวศบางส่วนที่ใช้แนวปะการังได้ แต่การใช้งานหลักอาจเป็นการเติบโตของเชื้อเพลิงชีวภาพทางทะเล

ความสำคัญของปะการัง

ปะการังเป็นองค์ประกอบหลักของระบบนิเวศทางทะเลในเขตร้อน ห่วงโซ่อาหารในระบบเหล่านี้ก็พังทลาย ตัวอย่างเช่นสาหร่ายขนาดเล็กบางประเภทอาศัยอยู่ในความสัมพันธ์ทางชีวภาพกับปะการัง ปะการังเป็นพื้นผิวสำหรับสาหร่ายขนาดเล็กที่จะเติบโตและในทางกลับกันสาหร่ายจะผลิตอาหารให้กับปะการัง

ที่เกี่ยวข้อง: SEVEN COOL BIOFUEL CROPS ที่เราใช้สำหรับการผลิตเชื้อเพลิง

สาหร่ายขนาดเล็กนี้ยังเป็นเชื้อเพลิงชีวภาพที่อุดมด้วยพลังงานอีกด้วย

สิ่งนี้เป็นแรงบันดาลใจให้ดร. แดเนียลวังประเสริฐแห่งมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ในการพัฒนาโครงสร้างปะการังเทียมเพื่อให้สาหร่ายเติบโตดังนั้นจึงสามารถเก็บเกี่ยวเพื่อสร้างเชื้อเพลิงชีวภาพได้

"ปะการังมีประสิทธิภาพสูงในการรวบรวมและใช้แสงในห้องปฏิบัติการของเราเรากำลังมองหาวิธีการคัดลอกและเลียนแบบกลยุทธ์เหล่านี้จากธรรมชาติเพื่อใช้ในเชิงพาณิชย์

ดร. ซิลเวียวิญโญลินีนักวิจัยร่วมของดร. หวังประเสิร์ทกล่าวถึงโครงการนี้ว่า

"เราพัฒนาเนื้อเยื่อและโครงกระดูกปะการังเทียมด้วยการผสมผสานระหว่างเจลโพลีเมอร์และไฮโดรเจลที่เจือด้วยวัสดุนาโนเซลลูโลสเพื่อเลียนแบบคุณสมบัติทางแสงของปะการังที่มีชีวิตเซลลูโลสเป็นไบโอโพลิเมอร์ที่อุดมสมบูรณ์มันยอดเยี่ยมในการกระเจิงของแสงและเราใช้มันเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการจัดส่ง ของแสงให้กลายเป็นสาหร่ายสังเคราะห์แสง "

นักวิจัยทั้งสองพยายามเพิ่มศักยภาพการเติบโตของสาหร่ายขนาดเล็กที่เรียกว่าMarinichlorella kaistiae.สาหร่ายชนิดนี้ผลิตกรดไขมันที่มีพลังงานสูงอย่างไม่น่าเชื่อ สาหร่ายเติบโตขึ้นPocilloporidae ดังนั้นทีมงานจึงสแกนปะการังเหล่านี้แบบ 3 มิติเพื่อพัฒนาพิมพ์เขียวสำหรับรูปแบบปะการังที่พิมพ์ 3 มิติ

การพัฒนาปะการังเทียม

ในแง่ที่แม่นยำยิ่งขึ้นรูปร่างของปะการังจะรวบรวมและเน้นแสงในบริเวณที่สาหร่ายเติบโต โดยเฉพาะอย่างยิ่งปะการังมีประสิทธิภาพในการโฟกัสแสงที่มีความยาวคลื่นสีน้ำเงินและสีส้มซึ่งสาหร่ายจำเป็นสำหรับการสังเคราะห์แสง

"ด้วยการคัดลอก microhabitat ของโฮสต์เรายังสามารถใช้ปะการัง 3D bioprinted ของเราเป็นระบบแบบจำลองสำหรับ symbiosis ของ Coral-algal ซึ่งจำเป็นเร่งด่วนในการทำความเข้าใจการแยกย่อยของ symbiosis ในช่วงที่แนวปะการังลดลง" วังประเสริฐกล่าว “ มีแอพพลิเคชั่นต่างๆมากมายสำหรับเทคโนโลยีใหม่ของเรา

เมื่อเร็ว ๆ นี้เราได้สร้าง บริษัท ชื่อ mantaz ซึ่งใช้วิธีการเก็บเกี่ยวแสงที่ได้รับแรงบันดาลใจจากปะการังในการเพาะเลี้ยงสาหร่ายสำหรับผลิตภัณฑ์ชีวภาพในประเทศกำลังพัฒนา เราหวังว่าเทคนิคของเราจะสามารถปรับขนาดได้เพื่อให้สามารถส่งผลกระทบอย่างแท้จริงต่อเครื่องตรวจจับชีวภาพของสาหร่ายและลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกซึ่งเป็นสาเหตุของการตายของแนวปะการังในที่สุด "

ดังที่กล่าวโดยดร. หวังประเสิร์ตการเติบโตของสาหร่ายไม่ได้ดีแค่เพียงการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพเท่านั้น แต่ยังเป็นผู้บริโภคก๊าซเรือนกระจกรายใหญ่อีกด้วย การหาวิธีปรับขนาดการผลิตสาหร่ายสามารถสร้างตัวกรองคาร์บอนขนาดใหญ่สำหรับพื้นที่โดยรอบ

ปัญหาใหญ่ที่สุดอย่างหนึ่งที่นักวิจัยต้องเผชิญก็คือ มารินิคลอเรลล่าสาหร่ายขนาดเล็กตายในกระบวนการถ่ายโอนจากการเพาะเลี้ยงของพวกมันไปยังปะการังเทียม อย่างไรก็ตามด้วยเทคนิคการพิมพ์ทางชีวภาพที่ไม่เหมือนใครนักวิจัยสามารถปลูกสาหร่ายบนพื้นผิวของปะการังปลอมในระหว่างกระบวนการผลิตได้

ประโยชน์ของปะการังเทียมอีกประการหนึ่งคือทำให้สาหร่ายมีพื้นผิวที่เติบโตได้ดีกว่าปะการังจริง นักวิจัยสามารถออกแบบรูปทรงปะการังเทียมให้มีประสิทธิภาพมากขึ้นในการจับแสงโดยให้สภาพแวดล้อมที่อุดมด้วยโฟตอนมากขึ้นสำหรับสาหร่ายที่จะเติบโต

ที่เกี่ยวข้อง: คำอธิบายของการบำบัดด้วยชีวมวลจากพืชสู่ไบโอฟูล

เมื่อเปรียบเทียบกับปะการังธรรมชาติโครงสร้างของปะการังใหม่ช่วยให้สาหร่ายขนาดเล็กเติบโตได้ 100 ครั้ง เร็วกว่าและในเสื่อทึบกว่าในพื้นที่อื่น ๆ ที่มีการเพาะปลูกทั้งในห้องทดลองและในทะเล

ปัญหาใหญ่ที่สุดสำหรับทีมตอนนี้คือความสามารถในการปรับขนาดได้ สำหรับใครก็ตามที่คุ้นเคยกับกระบวนการผลิตแบบเติมสารคุณคงทราบดีว่านี่ไม่ใช่ระบบที่ดีที่สุดสำหรับการผลิตจำนวนมาก อย่างไรก็ตามในกรณีนี้ทีมงานไม่มีทางเลือกอื่นในการผลิตปะการังเทียม พวกเขาหวังเป็นอย่างยิ่งว่านวัตกรรมใหม่ ๆ ในพื้นที่การผลิตเพิ่มเติมจะช่วยเร่งกระบวนการผลิตให้เร็วขึ้น

งานวิจัยของพวกเขาตีพิมพ์ใน Nature Communications


ดูวิดีโอ: นกวทยาศาสตรชป2020โลกรอนทสดและมนษยอาจสญพนธเพราะกาซคารบอนไดออกไซด (พฤศจิกายน 2021).