化學與材料科學 - 加州大學聖地亞哥分校陳紹琛教授課題組《Adv. Funct. Mater.》: 生物3D打印水凝膠模擬珊瑚微環境－鑽石舞台

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熱帶珊瑚礁對地球生態多樣性有重要意義。珊瑚礁在共生藻類的作用下能夠在營養匱乏的環境中進行高效光合作用。然而，光合共生極易受環境影響。在全球環境變化下，由於共生瓦解造成的珊瑚漂白現象日益加劇。人為干預共生可幫助減緩珊瑚漂白，但由於珊瑚物種多樣性，目前人們對共生的機制了解十分有限。能夠精準控制細胞空間分布的3D打印技術可用於研究珊瑚共生機理。

近日，加州大學聖地亞哥分校陳紹琛教授課題組在《Advanced Functional Materials》期刊上發表了題為「Bioprinted Living Coral Microenvironments Mimicking Coral-Algal Symbiosis「的文章。

該課題組利用光固化多材料打印，模擬了以下三種珊瑚特徵結構並探究了其在珊瑚共生中的作用：

一、腦珊瑚（Platygyra lamellina）表面幾何結構。利用甲基丙烯酰基化海藻酸（AlgiMA）與聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）打印的仿生珊瑚結構表面形成了與真實珊瑚接近的氧氣擴散邊界層。

二、珊瑚組織內消化腔結構。有空腔的實驗組相比PEGDA填充空腔的對照組有利於內層組織生長。

三、珊瑚多孔內骨骼結構。多孔骨骼結構相比實心骨骼顯著降低活性氧類含量。

Figure 1腦珊瑚結構和3D打印的仿生珊瑚支架

Figure 2腦珊瑚仿生支架表面的氧氣濃度模擬（A, B, C）與實際測量的擴散邊界層厚度（D）與氧氣濃度（E,F）

Figure 33D打印的珊瑚消化腔支架，空腔組與實心對照組海藻生長情況對比

Figure 4實際珊瑚骨骼與3D打印骨骼的µCT圖像接近，實心骨骼過氧化氫濃度顯著高於多孔骨骼

該研究實現了仿生珊瑚生物支架的構造，模擬了真實珊瑚中擴散相關的現象，對研究珊瑚礁中物質交換有重要意義。3D打印的方式可被用於更大尺寸的仿生珊瑚製造，助力於珊瑚漂白現象的研究和人造珊瑚的早日實現。

原文鏈接

https://doi.org/10.1002/adfm.202202273

課題組簡介

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加州大學聖地亞哥分校（UCSD）陳紹琛（Shaochen Chen）教授：UCSD納米工程系教授，系主任，UCSD生物工程系教授，美國國家發明科學院（NAI）院士，美國科學促進會（AAAS）會士，歐洲科學與藝術學院（EASA）院士。陳紹琛課題組致力於3D打印、生物打印、組織工程、生物材料、器官芯片等方面的研究。

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