Μια καινοτόμα τεχνική νανολιθογραφίας επιτρέπει πλέον σε επιστήμονες να δημιουργούν μικροσκοπικά «τατουάζ» στην επιφάνεια ζωντανών tardigrades, αποκαλύπτοντας νέες δυνατότητες για την ανάπτυξη βιοσυμβατών συσκευών σε νανοκλίμακα. Αν και η εικόνα ενός διακοσμημένου μικροοργανισμού μπορεί να φαντάζει εκκεντρική, το πείραμα σηματοδοτεί ένα σημαντικό βήμα στην ενοποίηση βιολογίας και τεχνολογίας, με εφαρμογές σε αισθητήρες, βιολογικά ρομπότ και «έξυπνα» εμφυτεύματα.
Η επιστημονική ομάδα του καθηγητή Zhao ανέπτυξε μια παραλλαγή της τεχνικής λιθογραφίας με δέσμη ηλεκτρονίων, γνωστή ως ice lithography. Σε αυτήν, το αντικείμενο προς χάραξη καλύπτεται με ένα λεπτό στρώμα πάγου που λειτουργεί ως προστατευτικό, επιτρέποντας την χάραξη σχεδίων με ακρίβεια μικρότερη των 20 νανομέτρων (σχεδόν 4.000 φορές πιο λεπτό από την ανθρώπινη τρίχα).
Ενώ η χρήση τέτοιων τεχνικών σε ανόργανα υλικά είναι πλέον κοινή, η εφαρμογή τους σε ζωντανούς οργανισμούς παραμένει πρόκληση. Η ευαισθησία των κυττάρων στην ακτινοβολία και οι απαιτήσεις διατήρησης της ζωής δυσχεραίνουν τέτοιου είδους πειράματα. Όμως τα tardigrades – μικροσκοπικά, υδρόβια ασπόνδυλα γνωστά για την αντοχή τους – αποδείχθηκαν ιδανικοί «καμβάδες».
Το κλειδί για την επιτυχία ήταν η αξιοποίηση της κρυπτοβίωσης, μιας κατάστασης όπου τα tardigrades αφυδατώνονται πλήρως και σταματούν κάθε βιολογική δραστηριότητα, παραμένοντας όμως δυνητικά ζωντανά για χρόνια. Σε αυτή τη μορφή, μπορούν να αντέξουν ακραίες θερμοκρασίες, ακτινοβολία και έλλειψη οξυγόνου.
Η ομάδα ξεκίνησε θέτοντας τα tardigrades σε κρυπτοβίωση και στη συνέχεια τα τοποθέτησε σε θάλαμο κενού, ψύχοντάς τα στους -143°C. Στην επιφάνειά τους εφαρμόστηκε ανισόλη, ένα άχρωμο οργανικό υγρό, το οποίο μετατρέπεται σε προστατευτικό στρώμα πάγου. Η δέσμη ηλεκτρονίων χάραξε σχέδια διαμέτρου έως και 72 νανομέτρων, τα οποία παρέμειναν στην επιδερμίδα ακόμη και μετά την επαναφορά των οργανισμών στη ζωή.
Μετά τη χάραξη, οι επιστήμονες επανέφεραν σταδιακά τα tardigrades μέσω ενυδάτωσης. Εντυπωσιακά, το 40% των μικροοργανισμών επανήλθε πλήρως στη ζωή, κινούμενο φυσιολογικά και διατηρώντας τις μικροσκοπικές τους διακοσμήσεις.
Τα «τατουάζ» αποδείχθηκαν ανθεκτικά στο νερό, την πίεση και την ξήρανση, αφήνοντας ανοικτό το ενδεχόμενο τα σχέδια να λειτουργούν ως διαγνωστικοί δείκτες, αισθητήρες ή ακόμα και διασυνδέσεις με νανοκυκλώματα.
Οι ερευνητές επισημαίνουν ότι η συγκεκριμένη μέθοδος μπορεί να εφαρμοστεί και σε άλλους μικροοργανισμούς ανθεκτικούς στο στρες ή κατάλληλους για κρυοσυντήρηση, ανοίγοντας τον δρόμο για βιομιμητικά συστήματα, μικρορομπότ και νανοβιοαισθητήρες.
Ο συνδυασμός της λιθογραφίας με βιολογικά υλικά ενδέχεται να φέρει επανάσταση στην ανίχνευση μικροβίων, στην αλληλεπίδραση συσκευών-οργανισμών και στην ιατρική ακριβείας, επιτρέποντας την ανάπτυξη συσκευών που λειτουργούν μέσα σε ζωντανούς οργανισμούς χωρίς να διαταράσσουν τις λειτουργίες τους.
Η έρευνα του Zhao δεν αφορά απλώς ένα ακόμα παράδειγμα της ευρηματικότητας των επιστημόνων, αλλά μια θεμελιώδη πρόοδο στη διασύνδεση της τεχνολογίας με τη ζωή. Αν και βρισκόμαστε στο ξεκίνημα αυτής της πορείας, η δυνατότητα χάραξης νανοδομών σε ζωντανούς οργανισμούς υπόσχεται επαναστατικές εφαρμογές στην ιατρική, τη ρομποτική και τη βιοτεχνολογία.
Όπως αναφέρει χαρακτηριστικά η ερευνητική ομάδα:
Πιστεύουμε ότι η ενσωμάτωση προηγμένων τεχνικών νανοκατασκευής σε βιολογικά συμβατά συστήματα θα δώσει νέα ώθηση σε τομείς όπως η μικροβιακή ανίχνευση, τα βιομιμητικά συστήματα και τα ζωντανά μικρορομπότ
[via]
