Microfabricage wordt – eenvoudigweg gezet – de constructie van kleine dingen, inclusief microscopische en nanoscopische objecten en patronen. Microfabricage heeft een groot potentieel in de geneeskunde en biomedische engineering, naast velden zoals elektronica en fotonica – maar eerst moeten onderzoekers technieken ontwikkelen die biologisch compatibel zijn. Eén team van onderzoekers denkt dat een cruciale stap in de richting van dat doel het tatoeëren van tardigrades inhoudt.
Om de technieken te testen die nodig zijn om microscopische biocompatibele apparaten te bouwen, hebben onderzoekers in China een manier gevonden om tardigrades tatoeages te geven. Als je denkt dat dat gek is, wacht dan gewoon. Hun aanpak, gedetailleerd in een studie gepubliceerd eind maart in het tijdschrift Nano Letters, zou belangrijke implicaties kunnen hebben voor de ontwikkeling van levende microrobotica, zoals microbiële cyborgs.
In werkelijkheid zijn tardigrades, ook bekend als waterberen, niet alleen ‘winterharde’ wezens. Het zijn achtbenige dieren van ongeveer 0,02 inch (0,5 millimeter) lang en zijn vrijwel onverwoestbaar. Hun verbazingwekkende weerstand tegen honger, vriestemperaturen, straling, druk en het vacuüm van de ruimte hebben, niet verwonderlijk, geïnspireerde wetenschappers om te onderzoeken of mensen een paar dingen van hen kunnen leren.
In de recente studie hebben onderzoekers tardigrades uitgedroogd om een cryptobiotische toestand te induceren-een soort halfdode winterslaap. Ze zetten de tardigrades op oppervlakken die zijn gekoeld tot onder -226 graden Fahrenheit (-143 graden Celsius), en bedekten de kleine wezens in anisole, een anijs-geurende organische verbinding.
Met behulp van een gerichte elektronenstraal trokken de onderzoekers micropatronen op de tardigrades zoals vierkanten, lijnen, stippen en zelfs een universitair logo. De bevroren anisollaag die rechtstreeks aan de balk werd blootgesteld, vormde een nieuwe chemische verbinding die zich aan de tardigrade hield. Het team verwarmde vervolgens de tardigrade naar kamertemperatuur onder een vacuüm, en de bevroren anisol die niet had gereageerd met de elektronenstraal gesublimeerd (veranderd in een gas), waardoor alleen het patroon werd achtergelaten gecreëerd door de nieuwe chemische stof – de tatoeage. Daarna rehydreerden ze de tardigrades.
Het goede nieuws is dat de tatoeages geen invloed leken op de nieuw leven ingeblazen tardigrades. Het slechte nieuws is dat slechts ongeveer 40% van de tardigrades overleefde, maar de onderzoekers zeggen dat dit zou kunnen verbeteren met verdere verfijning. Desalniettemin suggereert de studie dat onderzoekers deze methode kunnen gebruiken om micro -elektronica of sensoren op levend weefsel af te drukken.
“Deze aanpak biedt nieuwe inzichten in de veerkracht van Tardigrades en heeft potentiële toepassingen in cryopreservatie, biomedicine en astrobiologie,” schreven de onderzoekers in de studie. Cryopreservatie is de praktijk van het behoud van biologische materie bij zeer lage temperaturen. “Bovendien zou het integreren van micro/nanofabricatietechnieken met levende organismen de vooruitgang in biosensing, biomimetica en levende microrobotica kunnen katalyseren.” Biomimetica omvat het imiteren van de processen van de natuur bij menselijke creaties.
Microrobots zijn kleine robots die taken in het lichaam van een organisme kunnen uitvoeren, zoals medicijnen leveren en ziekten bewaken en behandelen. Als zodanig kunnen we veronderstellen dat levende microrobots, zoals microbiële cyborgs, hybride robots zijn die samen met synthetische technologie en levende cellen zich bij meer nuttige kenmerken bereiken.
“Via deze technologie maken we niet alleen micro-tattoos over tardigrades-we breiden dit vermogen uit naar verschillende levende organismen, waaronder bacteriën,” zei Ding Zhao, co-auteur van de krant en een onderzoeker bij het Westlake Institute for Optoelectronics, zei in een Amerikaanse chemische samenlevingverklaring.
“Het is een uitdaging voor het leven van een patroon,” zei Gavin King, een onderzoeker aan de afdeling natuurkunde en astronomie van de Universiteit van Missouri die niet bij de studie betrokken was. De verklaring crediteert King met het uitvinden van de techniek die in de studie wordt gebruikt, Ice Lithography genaamd. “Deze vooruitgang porteert een nieuwe generatie biomateriaalapparaten en biofysische sensoren die voorheen alleen aanwezig waren in science fiction,” concludeerde hij.
