هدف این کار، جذابتر کردن این موجودات میکروسکوپی ــ که همین حالا هم شگفتانگیز هستند ــ نبوده؛ بلکه این پیشرفت میتواند به ساخت دستگاههای زیستسازگار بسیار کوچک مانند حسگرها، مدارهای مجتمع و حتی رباتهای زنده در مقیاس نانو کمک کند.
علاوه بر این، این فرایند نوری تازه بر مقاومت خارقالعاده تاردیگریدها انداخته است: برخی از این موجودات کوچک توانستند این تجربه را تاب بیاورند و در حالی که خالکوبیهای ظریفی بر بدنشان داشتند، به حرکت ادامه دهند.
دینگ ژائو، مهندس اپتیک از دانشگاه فنی دانمارک، توضیح میدهد:
«از طریق این فناوری، ما تنها خالکوبیهای میکروسکوپی روی تاردیگریدها ایجاد نمیکنیم، بلکه این توانایی را به موجودات زنده دیگری مانند باکتریها نیز گسترش میدهیم.»
(ژائو و همکاران، نشریه Nano Letters، ۲۰۲۵)
توانایی حکاکی الگوهای بسیار ظریف روی اجسام و سطوح کوچک، بخشی کلیدی در توسعه فناوری نانو است. در حالی که پیشرفتهای زیادی در کوچکسازی فناوریهای موجود برای مهندسی مواد صورت گرفته، اعمال الگوهای با وضوح بالا روی موجودات زنده ریزجثه همچنان چالشبرانگیز باقی مانده است.
برای خالکوبی تاردیگریدها، ژائو و همکارانش تکنیک نانوساختی به نام “لیتوگرافی یخی” را اقتباس کردند. این روش نوعی لیتوگرافی با پرتو الکترونی است که در آن پرتوی الکترونی به یک هدف تابیده میشود تا الگویی در مقیاس نانو روی سطحی حک شود.
در سطحهایی با الگوهای بسیار ظریف، استفاده مستقیم از پرتوی الکترونی میتواند موجب آلودگی یا آسیب شود. دانشمندان دریافتند که قرار دادن لایهای بسیار نازک از یخ بین پرتو و سطح، از این آسیب جلوگیری میکند و امکان حکاکی در مقیاسهای کوچکتر از ۲۰ نانومتر را فراهم میآورد.
برای درک بهتر، ضخامت یک تار موی انسان حدود ۸۰,۰۰۰ تا ۱۰۰,۰۰۰ نانومتر است، در حالی که طول بدن تاردیگریدها تا حدود ۵۰۰,۰۰۰ نانومتر میرسد.
تاردیگریدها به دلیل مقاومت شگفتانگیزشان در برابر شرایط سخت شناخته شدهاند؛ بخشی از این مقاومت به توانایی آنها در ورود به “حالت تون” بازمیگردد. در این حالت، تاردیگرید با خشک کردن بدن خود، متابولیسمش را به حالت تعلیق درمیآورد و زمانی که شرایط محیطی بهبود یابد، دوباره فعال میشود. تاردیگرید در حالت تون میتواند شرایط بسیار سخت ازجمله انجماد و جوشیدن را تحمل کند.
(ژائو و همکاران، نشریه Nano Letters، ۲۰۲۵)
تیم ژائو ابتدا تاردیگریدها را به حالت کریپتوبیوز (حالت تعلیق متابولیسمی) درآورد و سپس آنها را برای مرحله تابش پرتو ذخیره کرد.
در هر زمان تنها یک تاردیگرید پردازش میشد تا میزان آسیب به حداقل برسد. هر تاردیگرید روی برگهای از کربن کامپوزیت در یک محفظه خلأ قرار داده میشد و دمای محیط تا ۱۴۳- درجه سلسیوس (۲۲۶- درجه فارنهایت) کاهش مییافت.
سپس لایهای از آنیسول (یک مایع بیرنگ با بویی شبیه انیسون) روی بدن سرد شدهی تاردیگرید اعمال میشد تا به عنوان یخ محافظ در برابر پرتو عمل کند.
در محل برخورد پرتو، آنیسول واکنش میداد و ترکیبی جدید روی پوست تاردیگرید تشکیل میداد.
پس از گرم شدن تاردیگرید در محفظه خلأ، الگوی حک شده با جزییاتی تا حد ۷۲ نانومتر باقی میماند. سپس دانشمندان تاردیگریدها را خارج کرده، دوباره آبرسانی میکردند و تلاش میکردند آنها را احیا کنند.
در نهایت، ۴۰ درصد از تاردیگریدها این فرایند را زنده پشت سر گذاشته و به حرکت طبیعی خود ادامه دادند، در حالی که خالکوبیهای ظریفی بر بدنشان باقی مانده بود.
این نشانهها حتی پس از کشش، خیساندن، شستشو و خشک شدن نیز همچنان پایدار ماندند.
پژوهشگران در مقاله خود نوشتند:
«این مطالعه، ساخت موفقیتآمیز الگوهای میکرو/نانومقیاس روی موجودات زنده با استفاده از لیتوگرافی یخی را نشان میدهد.»
البته تاردیگریدها به طور طبیعی بسیار مقاومتر از بسیاری از موجودات زنده دیگر هستند؛ بنابراین ممکن است سایر موجودات چنین فرایندی را تاب نیاورند. با این حال، این پژوهش تنها یک گام ابتدایی است. اکنون که دانشمندان امکان انجام این کار را ثابت کردهاند، میتوانند تکنیک خود را بهبود دهند تا نرخ بقای موجودات را افزایش دهند.
تیم پژوهشی در پایان نتیجهگیری کرد:
«علاوه بر تاردیگریدها، روش ما ممکن است برای سایر موجوداتی که مقاومت بالایی در برابر استرس دارند یا مناسب برای نگهداری در سرمای شدید هستند نیز کاربردی باشد.
ما پیشبینی میکنیم که ادغام تکنیکهای میکرو/نانوساختی با سامانههای زیستی در مقیاس میکرو/نانویی، زمینههایی چون حسگرهای میکروبی، دستگاههای بیومیمتیک و رباتهای زنده میکرومقیاس را بیش از پیش پیشرفت دهد.»
این پژوهش در نشریه Nano Letters منتشر شده است.