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El archivo de las expediciones realizadas por PharmaMar reúne más de  115.000 muestras marinas de las zonas de más alta biodiversidad del mundo.
 
Esta librería de muestras la componen macroorganismos, fundamentalmente invertebrados, algas y urocordados (tunicados); y microorganismos como bacterias, actinomicetos y hongos marinos.
 
Las campañas de recolección son realizadas por el Departamento de Expediciones, formado por biólogos marinos y buceadores profesionales. La recolección se realiza de forma manual y selectiva usando sistemas de escafandra autónoma y respetando aquellos organismos protegidos en cada una de las zonas. Esta actividad de investigación está en consonancia con el principio básico de conservación y sostenibilidad en el uso de la biodiversidad, tal y como se expresa en el artículo 1º de la Convención de Río de Janeiro.
 
PharmaMar ha creado una red de colaboración para acelerar la investigación sobre su colección de agentes potencialmente activos. Esta red incluye centros de bioquímica y biología marina, que han facilitado el acceso a las muestras marinas (microorganismos y macroorganismos), así como investigadores de ciencias básicas y clínicas de clase mundial.