یک تکنیک جدید به پژوهشگران اجازه داده است تا الگوهایی را روی بدن کوچک و زنده خرس‌های آبی یا تاردیگرادها خالکوبی کنند. البته هدف از این کار جذاب‌تر کردن این موجودات میکروسکوپی نبوده، بلکه این کار به دانشمندان اجازه میدهد تا ابزارهای زیستی بسیار کوچکی مانند حسگرها، مدارها و یا حتی ربات‌های زنده در مقیاس نانو بسازند.
افزون بر این، این فرایند، تاب‌آوری مثال‌زدنی خرس‌های آبی را به نمایش می‌گذارد؛ بااین‌حال تنها بخشی از این موجودات کوچک این تجربه را با موفقیت پشت سر گذاشتند و پس از آن با خال‌کوبی‌هایشان، مثل کوچولوهای گردن‌کلفت، این‌ور و آن‌ور راه رفتند!
«دینگ ژائو»، مهندس اپتیک از دانشگاه فنی دانمارک، توضیح میدهد:
«به واسطه این فناوری، ما فقط خال‌کوبی‌های ریز روی تاردیگرادها ایجاد نمی‌کنیم، بلکه این توانایی را به موجودات زنده دیگر، از جمله باکتری‌ها، هم گسترش می‌دهیم.»
توانایی حک‌کردن الگوها روی اجسام و سطوح ریز، بخش مهمی از پیشرفت فناوری نانو به‌حساب می‌آید. گام‌های بلندی در تبدیل فناوری‌های موجود به مقیاس نانو برای مهندسی مواد برداشته شده است، اما قراردادن الگوهای با وضوح‌بالا روی موجودات زنده بسیار کوچک همچنان چالش‌برانگیز است.
ژائو و همکارانش برای خالکوبی تاردیگراد، از یک تکنیک نانو به نام «لیتوگرافی یخ» استفاده کردند. این نوعی لیتوگرافی پرتو الکترونی است که در آن پرتوهایی از الکترون به سمت یک هدف شلیک می‌شود تا الگویی در مقیاس نانو روی سطح حک شود.
در سطوحی که الگوهای بسیار ظریفی دارند، استفاده مستقیم از لیتوگرافی با پرتو الکترونی می‌تواند باعث آلودگی یا آسیب شود.
دانشمندان دریافتند که با قراردادن یک لایه‌ی بسیار نازک یخ بین پرتو و سطح مورد نظر، می‌توان از این مشکل جلوگیری و امکان حکاکی تا مقیاس‌های کوچک‌تر از ۲۰ نانومتر را نیز فراهم می‌کند.
برای درک بهتر مقیاس، کافی‌ست بدانید که ضخامت متوسط موی انسان حدود هشتاد هزار تا صد هزار نانومتر است و اندازه‌ی خرس‌های آبی به حدود پانصد هزار نانومتر می‌رسد.
خرس‌های آبی به مقاومت تقریباً شکست‌ناپذیرشان شهرت دارند، و بخشی از این توانایی به حالت خاصی به نام «تون» برمی‌گردد. زمانی که شرایط محیطی نامساعد می‌شود، خرس آبی بدن خود را خشک می‌کند و وارد وضعیتی از متابولیسم تعلیق شده به نام «نهان‌زیستی» می‌شود؛ حالتی که در آن، فعالیت‌های زیستی تقریباً متوقف می‌شوند تا زمانی که شرایط دوباره عادی شود.
تاردیگرادی که در حالت تون قرار دارد، می‌تواند شرایطی فوق‌العاده سخت مثل انجماد یا جوشیدن را نیز تحمل کند.
تیم ژائو ابتدا تاردیگرادها را وارد حالت نهان‌زیستی کردند و سپس آن‌ها را تا هنگام آماده‌سازی برای قرارگرفتن زیر پرتو الکترونی در یک مجموعه نگهداری کردند.
برای کاهش میزان مواجهه با شرایط آزمایشی، هر بار تنها یک تاردیگراد پردازش می‌شد. هر تاردیگراد روی ورقه‌ای از کاغذ «کربن - کامپوزیت» قرار می‌گرفت و درون محفظه‌ی خلأ گذاشته می‌شد؛ سپس محفظه تا دمای منفی ۱۴۳ درجه‌ی سلسیوس سرد می‌شد.
لایه‌ای از آنیزول (یک ترکیب مایع بی‌رنگ با بویی شبیه بادیان رومی) روی تاردیگرادِ سرد شده پاشیده شد تا به‌عنوان لایه‌ی یخ محافظ در برابر پرتو الکترونی عمل کند. در نقاطی که پرتو به سطح برخورد می‌کرد، آنیزول واکنش می‌داد و ترکیبی جدید تشکیل می‌شد که به پوست تاردیگراد می‌چسبید.
زمانی که تاردیگراد درون محفظه‌ی خلأ گرم شد، الگوی ظریفی که روی بدنش حک شده بود، با جزئیاتی تا حد ۷۲ نانومتر باقی ماند. سپس دانشمندان هر تاردیگراد را از محفظه خارج و دوباره آب‌رسانی کردند و کوشیدند تا آن را به زندگی بازگردانند.
چهل درصد از خرس‌های آبی از این عمل جان سالم به در بردند و توانستند به طور عادی حرکت کنند و خال‌کوبی‌های جدید خود را به نمایش بگذارند. این نشانه‌ها حتی پس از قرارگرفتن در معرض شرایطی مانند کشش، خیساندن، شستشو و خشک‌شدن در جای خود باقی ماندند.
پژوهشگران در مقاله خود می‌نویسند:
«این مطالعه با موفقیت ساخت میکرو/ نانوالگوها را روی موجودات زنده با استفاده از لیتوگرافی یخی به طور درجا نشان میدهد.»
خرس‌های آبی بهتر از بیشتر موجودات زنده می‌توانند از هر سختی که برایشان پیش می‌آید، جان سالم به در ببرند؛ سایر اشکال حیات ممکن است نتوانند در برابر این فرایند مقاومت کنند.
بااین‌حال، این پژوهش تنها گام اول است. اکنون که دانشمندان می‌دانند این امر امکان‌پذیر است، می‌توانند تکنیک خود را تغییر داده و تلاش کنند تا نرخ بقا را افزایش دهند.
این تیم نتیجه می‌گیرد که:
«افزون بر خرس‌های آبی، رویکرد ما ممکن است برای سایر موجودات زنده با مقاومت بالا در برابر استرس یا موجوداتی که برای انجماد مناسب هستند نیز قابل‌استفاده باشد.»
«ما پیش‌بینی می‌کنیم که ادغام بیشتر تکنیک‌های میکرو/ نانوساخت با سیستم‌های زیستی در مقیاس میکرو/ نانومتر، به پیشرفت بیشتر زمینه‌هایی مانند حسگرهای میکروبی، دستگاه‌های زیست الهام و ربات‌های میکروسکوپی زنده کمک خواهد کرد.»
این پژوهش در مجله‌ی Nano Letters منتشر شده است.
