Des chercheurs de l'Université de Cambridge et de l'Université de Californie à San Diego ont imprimé en 3D des structures inspirées du corail qui sont capables de faire croître des populations denses d'algues microscopiques. leurs résultats, rapporté dans le journal Communication Nature , ouvrir la porte à de nouveaux matériaux bio-inspirés et à leurs applications pour la conservation des coraux.

Dans l'océan, les coraux et les algues ont une relation symbiotique complexe. Le corail est un hôte pour les algues, tandis que les algues produisent des sucres pour le corail par photosynthèse. Cette relation est responsable de l'un des écosystèmes les plus divers et les plus productifs de la Terre, le récif de corail.

"Les coraux sont très efficaces pour collecter et utiliser la lumière, " a déclaré le premier auteur, le Dr Daniel Wangpraseurt, une boursière Marie Curie du département de chimie de Cambridge. « Dans notre laboratoire, nous recherchons des méthodes pour copier et imiter ces stratégies de la nature pour des applications commerciales."

Wangpraseurt et ses collègues ont imprimé en 3D des structures de corail et les ont utilisées comme incubateurs pour la croissance des algues. Ils ont testé divers types de microalgues et ont découvert que les taux de croissance étaient 100 fois plus élevés que dans les milieux de croissance liquides standard.

Pour créer les structures complexes des coraux naturels, les chercheurs ont utilisé une technique de bioimpression 3D rapide développée à l'origine pour la bioimpression de cellules hépatiques artificielles.

Les structures inspirées du corail étaient très efficaces pour redistribuer la lumière, tout comme les coraux naturels. Seuls des matériaux biocompatibles ont été utilisés pour fabriquer les coraux bioniques imprimés en 3D.

"Nous avons développé un tissu et un squelette de corail artificiel avec une combinaison de gels polymères et d'hydrogels dopés avec des nanomatériaux cellulosiques pour imiter les propriétés optiques des coraux vivants, " a déclaré le Dr Silvia Vignolini, qui a dirigé la recherche. « La cellulose est un biopolymère abondant; elle est excellente pour diffuser la lumière et nous l'avons utilisée pour optimiser l'apport de lumière dans les algues photosynthétiques.

L'équipe a utilisé un analogue optique aux ultrasons, appelée tomographie par cohérence optique, pour numériser des coraux vivants et utiliser les modèles pour leurs conceptions imprimées en 3D. La bio-imprimante 3D sur mesure utilise la lumière pour imprimer des structures à micro-échelle de corail en quelques secondes. Le corail imprimé copie les structures naturelles du corail et les propriétés de récolte de lumière, créer un hôte-microenvironnement artificiel pour les microalgues vivantes.

"En copiant le microhabitat hôte, nous pouvons également utiliser nos coraux bio-imprimés en 3D comme système modèle pour la symbiose corail-algue, qui est nécessaire de toute urgence pour comprendre la rupture de la symbiose lors du déclin des récifs coralliens, " a déclaré Wangpraseurt. " Il existe de nombreuses applications différentes pour notre nouvelle technologie. Nous avons récemment créé une société, appelé mantaze, qui utilise des approches de récolte de lumière inspirées du corail pour cultiver des algues pour les bioproduits dans les pays en développement. Nous espérons que notre technique sera évolutive afin qu'elle puisse avoir un réel impact sur le biosecteur des algues et, à terme, réduire les émissions de gaz à effet de serre responsables de la mort des récifs coralliens. »