دانشمندان با موفقیت تتو روی بدن خرس آبی ها انجام دادند ، جهشی تازه در نانوفناوری - وبلاگ علیپور رحمتی

فرایند تتو کردن بعلاوه اطلاعاتی به ما در خصوص میزان مقاومت خارق العاده خرس آبی ها داد. بخشی از این جانداران توانستند این فرآیند را تاب بیاورند و پس از آن، با خالکوبی های نانویی خود در جهانی میکروسکوپی قدم بردارند.

دینگ ژائو (Ding Zhao)، مهندس نوری از دانشگاه فنی دانمارک (Technical University of Denmark)، شرح می دهد: ما تنها الگوهایی بر بدن خرس آبی ها ایجاد ننموده ایم، بلکه این فناوری را برای موجودات زنده دیگر، از جمله باکتری ها (Bacteria)، نیز توسعه داده ایم.

فناوری لایه یخ؛ کلید ثبت نقوش زنده

حکاکی الگوهای ظریف بر روی اجسام بسیار کوچک، یکی از پایه های نانوفناوری (Nanotechnology) به شمار می رود. تا به امروز پیشرفت های زیادی در انتقال فناوری های موجود به ابعاد نانویی اجرا شده بود، اما پیاده سازی نقش های بسیار دقیق بر روی موجودات زنده، همچنان چالشی سخت محسوب می شد.

ژائو و همکارانش با بهره گیری از تکنیکی به نام لیتوگرافی یخی (Ice Lithography)، این مانع را پشت سر گذاشتند. در لیتوگرافی الکترونی (Electron-Beam Lithography)، پرتوی الکترون به هدف شلیک می گردد تا نقش هایی در ابعاد نانومتری حک گردد. اما این روش می تواند آلودگی یا آسیب هایی در سطح ایجاد کند.

استفاده از لایه ای نازک از یخ میان پرتوی الکترون و سطح هدف، این مسائل را رفع نموده و امکان حکاکی با وضوحی کمتر از 20 نانومتر را فراهم آورده است. برای درک بهتر این مقیاس، کافی است بدانیم قطر میانه یک تار موی انسان بین 80٬000 تا 100٬000 نانومتر است و میزان خرس آبی ها حدود 500٬000 نانومتر برآورد می گردد.

ایجاد نقش های میکروسکوپی بر بدن جان سختان کوچک

دانشمندان برای آماده سازی خرس آبی ها، ابتدا آن ها را به حالت تون (Tun) وارد کردند؛ حالتی که طی آن، خرس آبی آب بدن خود را از دست داده و متابولیسم (Metabolism) را به حال تعلیق در می آورد. این شرایط که کریپتوبیوزیس (Cryptobiosis) نام دارد، به خرس آبی ها امکان می دهد در برابر شرایطی چون یخ زدگی یا جوشیدن مقاومت نمایند.

هر بار، تنها یک خرس آبی وارد مرحله حکاکی می شد تا آسیب های ناشی از آزمایش به حداقل برسد. نمونه ها روی صفحه ای از کاغذ کربن-کامپوزیت قرار داده شده و در محفظه ای خلأ تا دمای منفی 143 درجه سانتیگراد سرد شدند.

سپس لایه ای از آنیسول (Anisole)، یک ترکیب مایع بی رنگ با بوی شبیه به انیسون (Anise)، بر روی بدن خرس آبی یخ زده پاشیده شد. پرتوی الکترون با تابش به این پوشش، ترکیبی شیمیایی تازه ایجاد کرد که به پوست جانور چسبید.

با گرم شدن تدریجی، نقش های ظریف، با جزئیاتی به کوچکی 72 نانومتر، بر بدن خرس آبی ها پایدار ماند. در نهایت، خرس آبی ها از خلأ خارج، دوباره آبرسانی (Rehydration) شده و فرآیند احیا شروع شد.

زنده ماندن 40 درصد؛ امید به آینده نانوزیست شناسی

نتایج نشان داد که حدود 40 درصد از خرس آبی ها توانستند این فرآیند را پشت سر بگذارند و پس از بازگشت به حالت فعال، با خالکوبی های تازه خود حرکت نمایند. نکته شگفت انگیز این است که این نشانه ها حتی پس از کشیده شدن، خیس شدن، شستشو یا خشک شدن همچنان پابرجا ماندند.

محققان در مقاله خود نوشتند: این پژوهش با موفقیت نشان می دهد که ایجاد نقش های میکرو و نانو بر موجودات زنده به یاری لیتوگرافی یخی امکان پذیر است.

البته باید توجه داشت که مقاومت خرس آبی ها به مراتب بیشتر از بسیاری موجودات دیگر است و دیگر جانداران ممکن است توان تحمل چنین فرآیندی را نداشته باشند. این تحقیق گام نخست محسوب می گردد و هدف بعدی دانشمندان، بهبود تکنیک ها برای افزایش نرخ بقاء خواهد بود.

ژائو و تیمش امیدوارند که با توسعه این روش، بتوانند آن را بر دیگر موجودات مقاوم به تنش یا قابل کرایوپزشکی (Cryopreservation) نیز پیاده نمایند. این فناوری می تواند راهگشای ساخت حسگرهای میکروبی، ابزارهای زیست الهام گرفته (Biomimetic Devices) و ربات های زنده میکروسکوپی باشد.

خرس آبی ها: جاندارانی سرسخت و شکست ناپذیر در جهان

خرس آبی ها (Tardigrades)، موجودات میکروسکوپی با بدنی کوتاه و فربه، یکی از مقاوم ترین شکل های حیات روی زمین به شمار می روند. این جانوران در حدود نیم میلیمتر طول دارند و در اکوسیستم های گوناگون از کوه های بلند تا کف اقیانوس ها یافت می شوند. شگفتی اصلی این جانداران، توانایی بی نظیرشان در زنده ماندن در شرایطی است که دیگر موجودات نابود می شوند. آن ها می توانند سرمای منفی 272 درجه سانتیگراد، گرمای 150 درجه، فشار بالا تر از عمیق ترین نقاط اقیانوس و حتی تابش های کشنده فضایی را تحمل نمایند. علت این مقاومت، ورود به حالت کریپتوبیوزیس (Cryptobiosis) است که در آن، همه فعالیت های متابولیکی بدنشان تقریباً متوقف می گردد. در این شرایط، خرس آبی ها به صورت توده ای خشک و کوچک در می آیند که می توانند سال ها بدون آب یا غذا زنده بمانند. این ویژگی ها، خرس آبی ها را به جواهری گرانبها در تحقیقات علمی، زیست شناسی فضایی و فناوری های نوین تبدیل نموده است.

چرا خرس آبی ها برای آینده علم اهمیت دارند؟

خرس آبی ها فقط به علت مقاومتشان مجذوب کننده نیستند؛ بلکه به عنوان مدلی زنده برای پژوهش در زمینه حیات پایدار، نانوفناوری و سفرهای فضایی نیز اهمیت دارند. دانشمندان با آنالیز این موجودات می توانند مکانیسم های زنده ماندن در محیط های فرابحرانی را بهتر درک نمایند. کشف ساختارهای ژنتیکی و پروتئین های حفاظتی در بدن خرس آبی ها، راه را برای درمان بیماری ها یا افزایش بقای سلولی در پزشکی باز می نماید. بعلاوه، شبیه سازی رفتارهای حفاظتی خرس آبی ها می تواند به توسعه فناوری های مقاوم در برابر تابش های کیهانی یاری کند. پروژه هایی مانند ارسال حیات به مریخ یا ساخت میکروربات های زیستی برای کاربردهای پزشکی، از نتایج مستقیم پژوهش بر این جانداران خواهد بود. بنابراین، خرس آبی ها نه تنها نماد استقامت، بلکه کلید گگرددن دروازه های تازه در علم و فناوری محسوب می شوند.

منبع: Nano Letters