הכי קטן שיש: ננוטכנולוגיה נגד גרביים מסריחים

ננוטכנולוגיה הוא תחום המחקר החם ביותר בשנים האחרונות. ברחבי העולם - ובכל האוניברסיטאות בארץ - משקיעים בתחום כסף רב, וקוצרים תשואה: המצאות ופיתוחים, שעומדים לשנות את חיינו.  

מדובר בגבול האחרון של המיזעור, בסדר גודל של אטומים בודדים. ננומטר פירושו מיליונית המילימטר, וננומטר הוא התחום שמנסה להבין את התהליכים המתרחשים במידות הקטנות הללו. ננוטכנולוגיה היא הטכנולוגיה שבאמצעותה מנסים לשנות מיקום של אטומים כדי ליצור חומרים חדשים מאטומים וממולקולות, אבני היסוד של הטבע - למשל, לחבר בין רקמות חיות לבין חומרים לא אורגניים. 

תולדות הננוטכנולוגיה החלו בסיפורי פנטזיה, ויש שמוצאים את שורשיה עוד באלכימיה של ימי הביניים, אז ניסו מדענים וגם שרלטנים לייצר זהב מנחושת, או מכל חומר זמין וזול אחר. 

מאז הצליח המדען ג'ון דלטון לשכנע את העולם בקיומו של האטום, בשנת 1803, ביקשו המדענים למצוא דרכים ליישם את התגלית. בשנת 1959, בהרצאה שנשא הפיזיקאי היהודי ריצ'רד פיינמן, שלימים זכה בפרס נובל לפיזיקה, הוא טען כי אין חוק פיזיקלי השולל את האפשרות לשחק באטומים בודדים, ולארגן אותם כרצוננו.

בחזונו, כלים זעירים מאוד בונים כלים זעירים מהם, אשר בונים כלים זערערים עוד יותר, וכן הלאה - עד רמת האטומים. פיינמן הזכיר שימושים רפואיים לננוטכנולוגיה, ואפילו רמז על רובוט ננסי זעיר, שיטייל בגוף שלנו ויתקן אותו. 

בשל גודלם המזערי, החומרים האלה מגיבים ומתנהגים בצורה שונה, המתבטאת בתכונות אופטיות, חשמליות ומגנטיות ייחודיות. התוצאה מרשימה: בתחום המחשבים, למשל, ככל שהטרנזיסטורים קטנים יותר - כך גדלה עוצמת המיחשוב. תיאורטית, אם יחידת מיחשוב תהיה מולקולה או אטום אחד - ניתן יהיה לייצר מחשבים בעוצמות גדולות בהרבה מאשר אלה הקיימים כיום.

קבוצות מחקר מכל העולם עוסקות כיום בחקר ההתנהגויות השונות של החומרים הקטנים האלה, ושוקדות על פיתוחים חדשים, שיביאו לשינויים דרמטיים בחיינו. הננוטכנולוגיה עתידה לשנות את הביצועים של חומרים - צבעים, סוללות, חיישנים, תאי דלק, תאי שמש, מחשבים וצגים. בעוד חמש שנים נצחק כולנו על אורך החיים הקצרצר של הסוללות של היום, והבדיקות הרפואיות של היום ייחשבו מגוחכות.

משקיעים מיליונים במחקר

באוניברסיטת דרום קליפורניה מפתחים כיום דור חדש של טלפונים סלולריים ושל מכשירי טלוויזיה, שיציגו תמונות חדות בהרבה בזכות אנטנות זעירות, שיהיו קטנות מעוביה של שערת אדם ויהיו עשויות ממולקולות פחמן. הצינוריות הדקיקות הללו יוכלו לסייע גם בהגדלת המהירות של העברת המידע בצומתי האינטרנט, ואולי גם בבנייה של תאי עצב מלאכותיים.  

בשנת 2002 השקיעה ארה"ב שני מיליארד דולר בענף המדע הצעיר והמסעיר הזה, ולא פחות מ-283 פטנטים הוגשו באותה שנה לרשם הפטנטים האמריקני. בשנת 2003 זינק מספר הפטנטים בננוטכנולוגיה ל-530. 

בישראל עוסקים 900 חוקרים בכל האוניברסיטאות בארץ במחקר הננוטכנולוגיה, וממקמים בכך את ישראל במקום לא רע אחרי ארה"ב, האיחוד האירופי ויפן. השנה ובשנה הבאה ישקיעו מדינת ישראל והאוניברסיטאות 11.3 מיליון דולר, שרובם יופנה לרכישת מתקני ציוד מחקרי.

רק באחרונה הוציאה לישכת המדען הראשי 70 מיליון שקל למחקר ופיתוח של תקשורת לוויינים מבוססת ננו. אילן פלד, מנהל מגנט, תוכנית ממשלתית למימון מחקרים, מסר באחרונה, כי כיום פועלים 13 מיזמים משותפים במחקר ובפיתוח של טכנולוגיות ננוטק שונות, וכבר אושרה פעילותם של שלושה מיזמים כאלה לפיתוח טכנולוגיות לתקשורת הניידת, לפיתוח טכנולוגיות אלחוטיות רחבות פס, ולפיתוח אמצעים לזיהוי מרחוק של אובייקטים חשודים.

ננו נגד הריח

כל האוניברסיטאות בארץ פתחו בשנים האחרונות מכונים לננוטכנולוגיה, או לפחות מחלקות. המרכז הגדול בארץ העוסק בנושא הוא המרכז לחקר חומרים מתקדמים וננוטכנולוגיה באוניברסיטת בר אילן, בראשות פרופסור חיים סוקניק.

המרכז פועל זה שבע שנים, ומפעיל 17 קבוצות מחקר בראשות אנשי מחקר בכירים מהמחלקות לפיזיקה וכימיה. הם עובדים יחד עם 150 דוקטורנטים וסטודנטים. המרכז הוכר כאתר הדרכה לפיתוח שיטות ייצור של חומרים ננומטריים במסגרת התוכנית האירופית מרכזי מארי קירי, מה שמאפשר לבר אילן להכשיר סטודנטים מכל רחבי אירופה ביצירת חומרים ננומטריים.

חוקרי המרכז מפתחים אמצעים ליישום חומרי הננו בחיי היומיום. דוגמאות: פיתוח חלקיקים ננומטריים אנטי בקטריאליים, שיאפשרו לחבוש פצעים תוך מניעת זיהומים. זוהי בשורה חשובה ביותר לכל תחום הטיפול בכוויות, המאופיין בזמן החלמה ארוך במיוחד ובזיהומים תכופים. פיתוח אחר הוא של חלקיקים אנטי בקטריאליים בבגדים. כך נוכל, למשל, להיפטר מבעיית הריח שמפיצים הגרביים שלנו. 

בנוסף עובדים במכון על ציפוי מיוחד למכשירים המיועדים להשתלות בגוף האדם. הציפוי, העשוי מחומרים ננומטריים, יוכל לדמות את פני השטח של האיבר הטבעי, שאותו מחליף השתל, מבלי לפגוע בפעילותו ובתכונותיו, וכך יקל על קליטת השתל בגוף ועל הסתגלות החולה אליו. הציפויים הללו, אגב, נדרשים גם בתחומים אחרים, כמו בניית מטוסים, בידוד חשמלי, בידוד תרמי, האטת פירוקם של חומרים ועוד.  

קבוצת מחקר אחרת בבר אילן בוחנת פיתוח חלקיקים ננומטריים חלולים, שיוכלו לשאת על גבם תרופה, ולמקד אותה ישירות בתא סרטני או בתא חולה, מבלי לפגוע בתאים בריאים בסביבתו. טכנולוגיה דומה של חלקיקים נשאים תאפשר גם נשיאת גן והחדרתו לתא ביולוגי. אפשרות זו, לשלוט בהרכבו הגנטי של התא, תחולל מהפכה בתחום הרפואה והגנטיקה.  

אחת מקבוצות המחקר מתמקדת בתחום ההדמיה הרפואית, כמו MRI, רנטגן ואולטרסאונד, שלעתים דורשת הזרקה לגוף של חומרים רדיואקטיביים, העלולים להזיק. צוות החוקרים מפתח חלקיקים כדוריים קטנטנים, שאותם ניתן להזריק למערכת הדם לצורך צילומי הדמיה.

החומר החדש אינו רדיואקטיבי, הוא מתכלה ויוצא מהגוף ללא גרימת נזק. יתרון נוסף, ואולי העיקרי, של החומר, הוא השיפור באיכות ובחדות התמונה המתקבלת. תכונותיהם המגנטיות הייחודיות של הכדורים הקטנים, המתקבלות הודות לגודלם המזערי, מגדילות את הניגודיות בתמונה, ובכך משפרות את איכותה.  

פיתוח אחר הוא דבקים ביולוגיים יציבים ועמידים לאורך זמן, שיסייעו באיחוי, בחבישה ובריפוי פצעים. הדבקים הביולוגיים הם בשורת חיים ממש לחולי המופיליה ולבעלי בעיות קרישת דם אחרות, שכן הם מדמים את התהליך הטבעי של קרישת הדם ועצירת דימומים. בעתיד הם גם יוכלו להחליף את השימוש בתפרים, בעקבות פציעות או ניתוחים, ויחסכו את הצלקות המתלוות אליהם.  

הבעיה בדבקים אלה היא רגישותם. הם זקוקים לתנאי איחסון וטיפול מיוחדים, דבר הגורם לבזבוז ולקשיים רבים. החוקרים פיתחו שיטה ייחודית לקשירת אחד מחומרי הדבק, המרכיבים כל דבק ביולוגי, לחלקיקים ננומטריים המתכלים מעצמם ואינם רעילים. כך הם הפכו אותו לעמיד יותר, מבלי שיאבד מתכונותיו. על פיתוח זה הוגשה בקשה לפטנט עולמי.  

המרכז בבר אילן הוא גם בין המתקדמים בעולם בתחום פיתוח סוללות נטענות מתקדמות. מדובר בסוללות שקצותיהם, החיוביים והשליליים, עשויים מחומרים ננומטריים, המשפרים את איכות הסוללה ואת תיפקודה. במקביל, החוקרים פועלים למיזעור הנזק לסביבה על ידי מעבר לשימוש במגנזיום בסוללות. 

סיכה יבשה

מדעני מכון ויצמן למדע הצליחו, לראשונה בעולם, ליצור ננו-צינורות עשויים מחלקיקי זהב, כסף ומתכות אחרות. הננו-צינורות החדשים מתאפיינים בתכונות אופטיות וחשמליות ייחודיות. הודות לתכונות אלה, אפשר יהיה להשתמש בהם לפיתוח ננו-חיישנים ומערכות כימיות וביולוגיות על שבב.  

ננו-מטיריאלס, חברת סטארט-אפ ישראלית מרחובות, שהוקמה על ידי שני יזמים, אחד מהם מדען יוצא מכון ויצמן, קיבלה את הזכויות ממכון ויצמן להעביר לפסים מסחריים תגלית מדעית בתחום הננוטק. מדובר בחומר חדש, המכונה ננו-לוב, שהוא למעשה חומר הסיכה היבש הראשון בעולם. מדובר בחומר, המורכב מננו-חלקיקים, המתגלגלים כמו מיסבים בגודל ננו-מטרי - מעין קוגלאגר ברמת המולקולה.  

החומר נמצא כבר בניסויים בחברת פולקסוואן בגרמניה. בנוסף פנו אל החברה הישראלית גורמים נוספים, כולל סוכנויות חלל, המגלים עניין רב בחומר הסיכה הננו-טכנולוגי החדשני. יישומים נוספים של החומר יכולים להיות במכונות, בכלי שיט ובכלי טיס.  

חומר נוסף שהחברה תייצר הוא חלקיקים ננו-מטריים בצורה של צינורות דקים, שישמשו בין השאר לבניית צגים מתקדמים, מיקרוסקופים מיוחדים וגם ישמשו כשכבת-הגנה נגד עומסים ולחצים גבוהים.