【创科广场】3D列印仿生珊瑚 种植藻类生质燃料
最近美国有团队应用3D生物列印在人造珊瑚上，模仿自然界高效的能源转化，发展生物反应技术，种植藻类生质燃料（Algae fuel），以替代石化燃料，也为拯救垂死的海洋生态。
藻类生质燃料经提炼后，可转化成航空油、汽油或柴油等燃料。珊瑚具商业潜力，皆因自然界各「共生」（Symbiosis）系统，珊瑚礁被公认为最具效率，造礁珊瑚与虫黄藻的「共生」关系，以少量输入转化能源，过程神奇。
珊瑚为无脊椎动物珊瑚虫，具中空底部密封的柱型身体，肠腔与四周珊瑚虫连接，位于身体中央口部；长满触手捕食浮游生物。虫黄藻寄生于珊瑚虫上，以极具效率光合作用，稀缺资源的极端环境，仍产出有机物，供宿主珊瑚虫营养。宿主的氧化代谢过程，又提供共生虫黄藻的营养材料，彼此相辅相成，合作无间。
造礁珊瑚以虫黄藻所制造有机物，光合作用促进珊瑚钙化达2-3倍，以形成礁石。碳酸钙骨骼的生长速度，足以抵销海浪及生物侵蚀，形成美丽壮观的珊瑚礁，为浩瀚海洋生态提供了栖息地。珊瑚的生长形态，原来亦大有学问。
全球暖化，珊瑚礁大规模「漂白」死亡。科学家估计全球珊瑚礁，20年内消失殆尽；人造珊瑚的研究，可助扭转海洋生态恶化。
具商业应用潜力
美国科学家试图以3D生物列印，模仿珊瑚的「共生」系统，研究结果发表在同业评论的《自然通讯》（Nature Communications）网站，引起关注，有机会是3D生物列印最具商业潜力的应用场景之一。
英国剑桥大学海洋科学家DanielWangpraseurt，美国加州大学圣地牙哥分校纳米工程系陈绍琛教授团队，合作开发3D列印的仿生珊瑚。陈绍琛实验室专注于开发3D生物列印，打印模仿活体组织结构和功能，包括人体肝脏、血管、脊髓神经等。
美国加州大学圣地牙哥分校生物工程之誉满天下，该核总校教授钱煦奠下的基础，功不可没，早年建立加州生物工程研究院（BIC），成研究生物工程重镇；陈绍琛实验室开发的高速3D生物打印，短时间可打印「微米级」（Micrometer）结构，以高通量设计，避免打印时细胞大量死亡。
陈绍琛表示：3D生物列印的过程，犹如鱼从水中取出，细胞脱离培养基（Culture media）愈久，就愈难以存活，传统挤压或喷墨式3D打印，难以应用于3D生物列印。加大圣地牙哥分校3D生物列印，可快速成形，故可打印人类和动物的细胞，甚至藻类细胞打印。
以活细胞或干细胞复制结构，也是近年再生医疗移植器官的研究项目。较早前，陈绍琛实验室曾以干细胞，打印脊髓的植入物，试图医治脊髓的永久损伤。3D生物列印的人工珊瑚礁，其结构还须促进光合作用的效率。
自然界鬼斧神工
多年来，Wangpraseurt一直在剑桥大学，研究珊瑚优化光合作用原理；原来珊瑚的演化，发展出特殊的功能；包括独特形态和材料特征，Wangpraseurt研究开发仿自然珊瑚人工材料，作为微藻的宿主，以大规模培植。珊瑚礁为自然界中，产力最高的共生系统，珊瑚礁排出二氧化碳，虫黄藻以光合作用，转化为有机物和氧气，回馈给珊瑚虫。除了以阳光转化能量，仍需氮和磷等配合；上述物质在珊瑚礁生存的热带海洋，存量稀少，珊瑚礁克服环境限制，循环利用，此共生系统巧妙之处，一直是科学家研究的课题。
珊瑚演化出不同的几何体，以增加藻类份吸收的阳光，这些动物组织特征，针对作为微藻宿主而演化，碳酸钙底层建筑的支撑，透过散发形态透光；避免了藻类生长时自我遮蔽，导致吸收光线不足够。
藻类生长时自我的遮蔽，导致吸收光线大减，一直是限制了藻类大规模人工培殖。Wangpraseurt试图模仿珊瑚形态，克服光线遮蔽的障碍，为实现藻类大规模养殖，迈出重要一步；仿生珊瑚能以高达109细胞mL-1高空间细胞密度培养虫黄藻。
破解珊瑚漂白
但珊瑚具备生物细胞及藻类细胞，迄今只能模仿生物的部分，以复合光合物以3D生物列印部分，仿照活珊瑚形态特征，物理和化学的微生态环境，以配合藻类细胞活动。
Wangpraseurt表示，下一步是通过模仿共生的生化途径，调节细胞的相互作用。研究目标不仅要优化光合作用，促进细胞的生长率，亦在了解共生的自然规律，理解珊瑚遭漂白的原因。
Wangpraseurt与加大的合作，克服了人工珊瑚最大技术难题。Wangpraseurt在剑桥大学研究，已留意到以细菌创造纤维素（Cellulose）作为生物打印材料，能具备光学反应特性，适合用于打印仿生的珊瑚。起初Wangpraseurt集中开发具珊瑚特性的生物材料，并模仿天然珊瑚的光学反应；从表面上或内部培养藻类，当时才发觉传统的3D打印，重塑珊瑚的空间的解析度，并不容易。加大圣地牙哥分校陈绍琛实验室，则以3D生物打印而闻名于世。Wangpraseurt联络该校纳米工程研究所，双方一拍即合。加大圣地牙哥分校采用医疗用途3D生物打印，开发了专为珊瑚打印的生物墨水（Bioink），确保藻类细胞存活率。最近Wangpraseurt亦成立了初创Mantaz，专门发展珊瑚保育技术。
