水熊虫以其极端生存能力而闻名,在最恶劣的环境中也能茁壮成长。这些动物(因其圆胖的体型而被称为“水熊”)几乎无处不在,并且能够承受从极低温度到宇宙辐射等各种考验。正是这种无与伦比的耐久性使它们成为进行微型纹身的理想候选者,正如一项发表在美国化学学会《纳米快报》上的新研究所示。
在这项研究中,研究人员展示了如何给水熊虫纹身,但这不仅仅是为了美观。这些微小的纹身是为了测试一种可以在活体物质上制造微纳尺度设备的程序,这是生物医学领域的一项重要进展。
研究人员依赖于水熊虫卓越的生存能力来观察活体生物对微观制造过程的反应,这一过程称为微制造。微制造技术已被用于构建微芯片、太阳能电池甚至可以检测癌细胞的生物传感器。它还可以在医疗技术中发挥关键作用,例如药物递送和组织工程。然而,使这项技术变得生物相容的努力仍在进行中——这就是水熊虫纹身的意义所在。
为了在水熊虫上进行微制造,研究人员使用了冰光刻技术,这是一种利用电子束在覆盖活体组织的薄冰层上雕刻图案的过程。当冰升华(直接变成气体)后,组织上就留下了刚刚雕刻的设计。
“通过这项技术,我们不仅在水熊虫上创造了微纹身,还将这种能力扩展到了各种生物体,包括细菌,”该研究的共同作者、中国西湖大学的研究员赵丁在新闻稿中表示。
研究人员首先将水熊虫脱水,使其进入隐生状态,在这种状态下所有代谢过程停止,生物体完全不活跃。然后,他们将单个水熊虫放在碳复合纸片上,并将其冷却至低于-226华氏度,再用一层茴香醚(一种带有茴香味的有机化合物)覆盖休眠的水熊虫。
当电子束击中茴香醚并绘制图案时,会产生另一种化学化合物,这种化合物在较高温度下会附着在水熊虫上。随后,水熊虫被加热至室温并重新水合,从而带着新的纹身复活。
结果表明,这些纹身呈现出了多种形状,如正方形、点和线条。冰光刻过程使大约40%的水熊虫存活下来,研究人员表示,随着更多测试,这一过程可能会得到改进。然而,幸存的水熊虫似乎并未受到纹身的影响,因为它们的行为没有发生变化。这项技术的成功为在活体组织上进行微制造带来了希望,即使超出水熊虫的范围也是如此。
“在活体物质上进行图案化非常具有挑战性,这项进步预示着新一代生物材料设备和生物物理传感器的到来,这些在过去只存在于科幻小说中,”发明了冰光刻技术的密苏里大学物理学家加文·金在新闻稿中表示。
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