Ученые сделали «татуировки» тихоходкам с помощью ледяной литографии, продемонстрировав метод, который может привести к созданию биосовместимой микроэлектроники и футуристических биомедицинских технологий
Если вы раньше не слышали о тихоходках, приготовьтесь удивиться. Эти неуклюжие восьминогие существа, прозванные водяными медведями, имеют длину около половины миллиметра и способны пережить практически что угодно: экстремальные морозы, почти полное голодание, высокое давление, радиационное воздействие, космическое пространство и многое другое.
В новом исследовании, опубликованном в журнале Nano Letters, ученые использовали практически неуязвимость тихоходок для тестирования новой технологии микропроизводства. Они успешно нанесли крошечные биосовместимые «татуировки» на животных, продемонстрировав потенциал метода для создания микроскопических устройств, взаимодействующих с живыми организмами.
«С помощью этой технологии мы не просто создаем микро-татуировки на тихоходках — мы расширяем эту возможность на различные живые организмы, включая бактерии», — объясняет Дин Чжао, соавтор статьи.
Микропроизводство произвело революцию в электронике и фотонике, создав микро- и наноразмерные устройства — от микропроцессоров и солнечных элементов до биосенсоров, обнаруживающих загрязнение продуктов питания или раковые клетки. Но эта технология также может продвинуть медицину и биомедицинскую инженерию, если исследователи смогут адаптировать методы микропроизводства для работы с биологическим миром.
Чжао, Мин Цю и их коллеги использовали процесс, при котором электронный луч вырезает узор в тонком слое льда, покрывающего живые ткани (ледяная литография), оставляя после сублимации льда определенный рисунок. И какое существо лучше подходит для замораживания, покрытия льдом и последующего воздействия электронным лучом, чем практически неуязвимая тихоходка?
Создание крошечных татуировок на тихоходках
Команда перевела тихоходок в криптобиотическое состояние (своего рода полумертвую, приостановленную анимацию) путем медленного обезвоживания микроскопических животных. Затем исследователи поместили отдельную тихоходку на углеродный композит, охладили лист до температуры ниже -143 градусов Цельсия и покрыли водяного медведя защитным слоем анизола — органического соединения с запахом аниса. Замороженный анизол защищал поверхность тихоходки от сфокусированного электронного луча во время создания узора.
При воздействии луча анизол вступал в реакцию и образовывал новое биосовместимое химическое соединение, которое прилипало к поверхности тихоходки при более высоких температурах. Когда тихоходка нагревалась до комнатной температуры в вакууме, любой непрореагировавший замороженный анизол сублимировался, оставляя узор из прореагировавшего анизола. Наконец, исследователи регидрировали и оживили тихоходку, которая затем демонстрировала новую «татуировку».
Точность этой техники позволила команде создать различные микроузоры: квадраты, точки и линии шириной всего 72 нанометра, а также логотип университета. Около 40% тихоходок пережили процедуру, и исследователи утверждают, что этот показатель можно улучшить при дальнейшей настройке. Самое главное, что тихоходки, похоже, не возражали против своих новых «татуировок»: после регидратации они не показали никаких изменений в поведении. Эти результаты указывают на то, что данная техника может быть пригодна для печати микроэлектроники или датчиков на живых тканях.
Гэвин Кинг, исследователь, которому приписывают изобретение техники ледяной литографии, не участвовавший в этом исследовании, заключает: «Это сложная задача — создавать узоры на живых тканях, и это достижение предвещает появление нового поколения биоматериалов и биофизических датчиков, которые ранее существовали только в научной фантастике». После этого первого шага Чжао и Цю надеются, что их работа позволит добиться успехов в создании микробных киборгов и других биомедицинских приложений в будущем.
Об авторе
