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中国科学院海洋研究所提出3D打印技术在海洋防污领域的应用新策略

近日,国际增材制造领域期刊Additive Manufacturing(中科院JCR期刊分区工程技术1区TOP期刊,IF=11.0)刊发了中国科学院海洋研究所王毅研究员团队的最新研究成果3D printing technology meets marine biofouling:a study on antifouling resin for protecting marine sensors。 通常,海水水质评估都是通过pH值、溶解氧、全盐量、温度、电导率等参数来测定。在实际的海洋环境中,用于这些参数测定的传感器将会遭受生物污损的严重影响。海洋中的生物污损过程是快速且连续的,包括条件膜、生物膜、微型生物污损和大型生物污损等生长阶段。因此,传感器在水下服役时,其感测表面、外壳和支撑结构都将遭受污损,大大降低传感器的灵敏度及使用寿命,导致信号漂移和数据错误,同时会增加传感器的维护成本。当前,已经提出了各种防污策略来保护传感器的感测表面,例如机械防污、防污涂层、电解防污、紫外线照射等,但这些传统的防污策略针对于海洋传感器而言适用性并不强。随着当今海洋环境监测网络的发展,海洋传感器变得更小、更智能、更多样,未来理想的保护策略应该是低成本、低功耗、便于安装和不干扰监测的。因此,根据不同传感器结构上的差异,开发设计多种新型水下防污策略以确保传感器长期稳定的现场监测是十分必要的。 3D打印也被称为增材制造(AM),是一种快速制造的技术。这种新兴技术能够从根本上颠覆传统技术,将材料以定制、高效和灵活的方式转化为复杂的设备。随着3D打印技术在海洋环境中的应用愈加广泛,人们发现常用的3D打印聚合物材料同样容易遭受海洋生物污损。近年来,随着光固化3D打印设备的进步及工艺的成熟,对打印耗材光敏树脂也提出了愈加严格的要求:更快的固化速率、更低的收缩率、更多样化的功能以适用于不同场景。同时,含有水解树脂、防污剂和其他添加剂的自抛光防污涂料是现代防污技术的首选。因此,有必要开发一种3D打印防污功能墨水的制备方法,通过优化树脂配方、改造分子结构,以及添加改性填料等方法,改善光敏树脂的性能,为开发适用于海洋传感器感测表面的防污策略提供新方法。 本工作首次研发了一种防污型3D打印光敏树脂,该树脂具有优良的分散性能,固化后的树脂表面较为稳定,线性收缩率较小,允许其打印结构复杂且精度较高的实物构件,同时具有良好的综合力学性能。随后,利用所制备的树脂,根据一般传感器结构设计了几种防污器件,分别适用于室内、实海防污评价,测试结果均表现出了优异的防污能力。本工作通过多次试验获得科学配比,其工艺简单,易于控制,成本低廉,拓展了应用场景,能够有效防治海洋微生物的污损。这项工作为开发适用于海洋传感器感测表面的防污提供新方法,同时开辟了3D打印在防污领域的新应用。 论文第一作者为中科院海洋所博士研究生邓濯,通讯作者为王毅研究员。本工作得到了国家自然科学基金(42176047)的支持。 论文链接:https://doi.org/10.1016/j.addma.2023.103697

2023-11-20  (点击量:4)

南海冷水珊瑚共生微生物多样性及其功能研究取得新进展

近日,中国科学院南海海洋研究所助理研究员巩三强与其合作者,成功揭示了冷水珊瑚共生微生物多样性及其功能之谜。相关研究成果发表在美国微生物学会的《Microbiology Spectrum》/《微生物光谱》期刊上。巩三强为第一作者,南海海洋所研究员赵美霞和广西南海珊瑚礁研究重点实验室教授余克服为共同通讯作者。 珊瑚礁生态系统被誉为“海洋中的热带雨林”,由于其生物多样性高,为地球系统及人类提供了重大的生态服务和应用价值。在长期的进化过程中,珊瑚和其共生微生物共同形成了珊瑚微生态系统,该系统的成员包括珊瑚宿主、共生虫黄藻、细菌等。 冷水珊瑚通常生活在光照弱、水温低的海洋深水区,因此对于他们的研究,长期以来受到潜水设备和成本的限制。但随着我国“深海勇士”号等深海科考器的投入使用,原本神秘的冷水珊瑚群落及其微生物多样性和功能的研究得以实施。 研究团队利用“深海勇士”号载人潜水器,在我国南海北部260-370米不同站位采集了3种不同类型的冷水珊瑚样本。通过高通量基因测序及组织切片观察等技术,首次在冷水珊瑚中确证了具有细胞活性的虫黄藻类群(Cladocopium和Durusdinium)的存在,并在基因转录水平重构了完整的冷水珊瑚虫黄藻的关键代谢途径,包括光合碳固定等。同时,研究还初步界定了几个丰度较高的细菌新类群,包括新命名的珊瑚三(Coralsanbacteria)菌门和珊瑚强(Coralqiangbacteria)菌门。研究认为Coralsanbacteria可能是光合细菌蓝藻的祖先类群,并在基因转录水平重构了完整的冷水珊瑚细菌的关键代谢途径。 本项研究拓展了我们对共生虫黄藻分布范围的认识,发现了珊瑚中细菌通过非光合固碳途径提供有机碳给冷水珊瑚,帮助其适应弱光低温的环境,同时揭示了冷水珊瑚微生态系统可能是海洋中微生物多样性比较高的热点区域。这一发现为深入研究冷水珊瑚共生体的共生机制和环境适应机理提供了坚实的基础。 该研究得到了国家重点研发计划、广东省自然科学基金、广西南海珊瑚礁研究重点实验室开放基金、中央公益性研究基金等项目的资助。 相关论文信息:Sanqiang,G.,jiayuan,L.,Xuejie,J.,Lijia,Xu.,Meixia,Z.,Kefu,Y.(2023).Unfolding the secrets of microbiome(Symbiodiniaceae and bacteria)in cold-water coral.Microbiology Spectrum.doi/10.1128/spectrum.01315-23. 文章链接:https://journals.asm.org/doi/10.1128/spectrum.01315-23

2023-10-30  (点击量:164)

研究人员发现蓝光有助于增强珊瑚的热白化耐受性

近日,中国科学院南海海洋研究所助理研究员巩三强与国内科研人员合作,首次分析了蓝光在珊瑚热白化中的潜在作用,发现蓝光能够增强珊瑚共生体的热白化耐受性。这项重要发现开启了一种新的在全球气候变化背景下通过光调控进行珊瑚保护和拯救珊瑚礁生态系统的思路。相关研究成果发表在国际知名生态学期刊《Ecological Indicators》(生态指标)上。 珊瑚礁以其丰富的生物多样性和高初级生产力,被誉为“海洋中的热带雨林”。它们是海洋生物的栖息地,也为沿海居民提供了食物来源。然而,由于全球变暖、海洋酸化和人类活动等诸多因素的影响,全球近三分之一的珊瑚正面临濒临灭绝的危险,30-70%的珊瑚礁生态系统已严重退化。 研究人员结合珊瑚组织学、珊瑚代谢特征分析及宏转录组测序等技术,发现蓝光能够通过改善珊瑚和其共生虫黄藻之间的共生互作关系,增强珊瑚对热白化的耐受性。此外,研究还揭示了热胁迫下,除共生虫黄藻光合作用产生的活性氧外,珊瑚宿主释放的活性氧也与珊瑚白化有关,并从分子水平检测到宿主D型氨基酸氧化可能是热胁迫下宿主活性氧的释放途径之一。 该研究不仅为保护珊瑚及拯救珊瑚礁生态系统提供了新方法,还为理解和阐释珊瑚白化现象提供了新的理论依据。 巩三强为该论文第一作者,广西南海珊瑚礁研究重点实验室教授余克服、中国科学院南海海洋研究所研究员张跃环为论文共同通讯作者。 该研究得到了广东省自然科学基金、广西南海珊瑚礁研究重点实验室开放基金、海南省重点研发计划项目和中央公益性研究基金等项目的资助。 相关论文信息:Sanqiang,G.,Jiayuan,L.,Lijia,Xu.,Yongzhi,W.,Xuejie,J.,Kefu,Y.,Yuehuan,Zhang(2023).Blue light increases thermal bleaching tolerance of coral via remodeling host-Symbiodiniaceae symbiosis.Ecological Indicators 155(2023)111020. 文章链接:https://journals.asm.org/doi/10.1128/spectrum.01315-23

2023-10-30  (点击量:156)

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