חומרים זעירים, שינויים עצומים

חוקרי הננוטכנולוגיה לא יסכימו כי קיצוץ כזה משנה את תכונות החומר, אך זהו המצב בסקאלה הננומטרית - ננו הוא עשר בחזקת מינוס 9 של מטר. בגודל כזה, התכונות משתנות.

כנס "ננו ישראל 2014" יתקיים בשבוע הבא בתל אביב, ובו יוצגו ההתפתחויות המבטיחות בתחום. זו הזדמנות טובה להציג כמה טכנולוגיות זעירות שעשויות להשפיע על חיינו.

פולכרום

בדים מעץ הצפצפה

חברת פולכרום עוסקת בתחום של חומרים מרוכבים. מדובר בחומרים חזקים, גמישים ועמידים, שיכולים למשל לשמש לחיזוק מטוסים וכלי רכב בלי להוסיף למשקלם, כחומרים לתעשיית הרכב, כתחליפי בד חזקים המהווים שריון לחיילים ואפילו כלהבים לטחנות רוח.

נמרוד ליטבק, מנכ"ל החברה: "חומרים מרוכבים כוללים בדרך כלל שכבות של בד בציפוי שרף, כשהשרף הוא בעל התכונות שנותנות את העוצמה. כך מכינים למשל פיברגלס".

בתחילת הדרך, פולכרום ומתחרותיה ניסו לייצר שרף מחוזק באמצעות ננו-צינוריות פחמן, חומר ננומטרי שחזק כמו יהלום. ואולם, הסתבר כי לא משיגים את התועלת רק משיפור השרף, כל עוד לא מוצאים דרך לחבר אותו לבד. "כל העולם מפתח בדים חדשים ושרפים חדשים, אבל נקודת הכשל היא הקשר ביניהם", אומר ליטבק.

פולכרום פרצה דרך בזכות חומר שמופק מעץ הצפצפה. מי שאיתרו את החומר היו פרופ' אריה אלטמן ופרופ' עודד שוסייוב מהפקולטה לחקלאות באוניברסיטה העברית. פולכרום הוקמה בתוך חממת מעיין, והטכנולוגיה מוסחרה על ידי "יישום".

החלבון שהפיקה החברה מן הצפצפה, מחבר בין סיב הבד לבין צינוריות הפחמן, אשר בעקבות זאת בולטות כמו זיז מתוך הבד. אותו חומר קושר את הצינוריות גם לשרף. כעת, מדובר בקשר חזק בין שלושה רכיבים - השרף, שכבות הבד וצינוריות הפחמן.

תעשיית הבדים המרוכבים מגלגלת מ-106 מיליארד דולר, רק על בסיס החומרים הגנריים שלה, עוד לפני שמכניסים לה טכנולוגיות ננו. פולכרום מתקדמת בתחום היטב. "אנחנו נמצאים בשת"פ עם חברת החוטים הגדולה בעולם, COATS", מספר ליטבק. כמו כן חתמה החברה על הסכם שת"פ עם תאגיד אמריקני מוביל בתחום הכימיה, לפיתוח מוצר חדש. ההכנסות השנתיות הצפויות לפוכרום רק מהתחום הצר של המוצר הזה, אם יגיע לשוק, הן כ-15 מיליון דולר. החברה מעריכה על בסיס הזמנות שכבר התקבלו מלקוחותיה, כי רק מעבודה בתחום הבדים, היא תוכל לרשום הכנסות של כ-52 מיליון דולר תוך ארבע שנים.

עד היום גייסה החברה 5 מיליון דולר, מהם 3.25 מיליון דולר מקרנות זרות. בימים אלה עורכת החברה גיוס אסטרטגי עם שותפים אסטרטגיים, במטרה לגייס 7 מיליון דולר.

פרופ' יעקב שויער

מלחמה בזיופים

למעלה ממיליון איש בעולם מתים בשנה מנטילת תרופות מזויפות. בהודו, כ-20% מתאונות הדרכים נגרמות בגלל שימוש בחלקי חילוף מזויפים ברכב.

פרופ' יעקב שויער מאוניברסיטת תל אביב נתקל במספרים הללו והבין כי הטכנולוגיה שלו יכולה לעזור. "עסקתי בפיתוח של התקנים לתקשורת אופטית, בטכנולוגיה של ליטוגרפיה באמצעות קרן אלקטרונים. זו טכנולוגיה ישימה למגוון תחומים, ואנחנו יישמנו אותה לסימון תרופות וחלקי חילוף, לשם מניעת זיופים".

שויער זיהה היטב את המודל העסקי שחייב להיות למוצר כזה. המחיר השולי של כל תג שמוטבע על תרופה, צריך להיות נמוך מאוד שכן אנחנו רוצים להטביע כל חלף וחלף וכל חפיסת תרופות. לעומת זאת, המכשיר שאיתו מבצעים את ההטבעה צריך להיות מסובך ויקר וקשה לשחזור, כדי שלמזייפים לא יהיה כדאי לבנות או לרכוש כזה.

איך זה עובד? בשלב הראשון יוצרים גלופה מחומר גמיש באמצעות טכנולוגיה של ליטוגרפיית אלקטרונים: מדפיסים את הצורה שרוצים לראות, ואז חושפים אותה לקרן האלקטרונים. הקרן יודעת לזהות את התמונה, שצבעה שונה מן הרקע, ולהתמקד רק בה ולעשות עליה מניפולציה כלשהי. כעת, שוטפים את הגלופה בממס, שמסלק הצידה את הרקע ומשאיר רק את התמונה - ברמת דיוק גבוהה. התמונה כוללת פרטים בגודל ננומטרי, וזו אחת הסיבות לכך שקשה לחקות אותה.

שויער: "ברגע שיש את הגלופה, אני שופך עליה חומר. כעת יש הטבעה הפוכה ששומרת על התמונה המקורית ואז מייצרים את התג בעצמו - מטפטפים על פיסת הגלולות חומר פלסטי שמסוגל להתקשות, שמים את החותמת, מאירים באור אולטרה סגול, והחותמת מעבירה את הטיפוגרפיה שלה לפולימר".

פרופ' יוסף קוסט

פעילות בתוך התא

שוק התרופות רועש בשל ההצלחה בשנים האחרונות בפיתוח תרופות שמצליחות להתמקד בתא מסוים בגוף, אך האם אפשר להתמקד עוד יותר מכך? כל תא אנושי מורכב מאיברונים שונים - למשל גרעין התא, ממברנה וכו'. ישנם חומרים שפועלים באופן מיטבי על איברון אחד, אך מזיקם לאחר.

לדברי פרופ' יוסף קוסט, דיקאן הפקולטה למדעי ההנדסה באוניברסיטת בן גוריון: "אנחנו מכוונים לחבר מולקולות מסוגים שונים - למשל DNA, RNA, כל אחד לאיבר המתאים לו. אם אנחנו רוצים לבסס תרופה על DNA, היא חייבת להיכנס לגרעין התא, ואז היא יכולה לטפל למשל בסרטן, על ידי הרג ספציפי בגרעיני התאים הסרטניים. קיימת תרופה לסרטן שכבר נמצאת בשוק, שיש לנו חשד כי אם נמקד אותה במיטוכונדריה היא תהיה יעילה יותר מאשר אם היא מגיעה לתא ללא הכוונה".

איך מבוצע הדבר בפועל? בונים נשא וטוענים אותו נניח במטען חיובי. כיוון ש-DNA ו-RNA טעונים שלילית, הם ימשכו לנשא ויתיישבו עליו. באמצעות קשר כימי קושרים לנשא ליגנד - חומר שיודע לזהות את התא, ואת האיברון בתוך התא. הליגנד מביא את החומר לתוך התא, שם הוא משתחרר במקום המתאים לו.

פרופ' אהוד גזית

איך המולקולות נפגשות?

"אנחנו עוסקים בכימיה סופר-מולקולרית שזה שם 'מפוצץ' לכך שאנחנו לומדים את האופן שבו מולקולות מכירות אחת את השנייה ויוצרות את הארכיטקטורות השונות", אומר פרופ' אהוד גזית מאוניברסיטת תל אביב, "אנחנו נוקטים בגישה מינימליסטית ומנסים למצוא את האלמנטים הכי פשוטים שעל פיהם מולקולות יוצרות מבנים.

"ברמה הננומטרית הגענו למצב שבו אנחנו יכולים לשלוט בכל מיני ארכיטקטורות, כלומר לגרום להן לייצר כדורים, צינורות וכו'. באריזה כזו ובגודל כזה החומרים מקבלים תכונות מיוחדות - למשל חוזק מכאני.

בנוסף ליצירת מבני הננו, גזית וצוותו יודעים למנוע היווצרות של מבני ננו. החזון הוא שבתחום הזה, ניתן יהיה להפריע למנגנונים של מחלות שונות ברמה המולקולרית.

פרופ' שלמה מגדסי

טבעת בלתי נראית

טכנולוגיית "טבעות הקפה", שפיתח צוות בראשות פרופ' שלמה מגדסי מהאוניברסיטה העברית, היא שיטה ליצירת חומרים מוליכים בעלי מאפיינים ייחודיים. למשל, ניתן להתיך את החומר בטמפרטורות יחסית נמוכות. השינוי הזה מוזיל את הטכנולוגיה, וגם מאפשר את היצירה של מוליכים על גבי חומרים שאינם עמידים בטכנולוגיות האלה.

השיטה נקראת "טבעות קפה", משום שהיא מסתמכת על הנטייה של מולקולות שונות להסתדר ביחד בצורה אופיינית, בדיוק כפי שקורה לטיפת קפה שנשפכה, שנוטה להסתדר תמיד בטבעות.

מגדסי מסביר: "פיתחנו תהליך במסגרתו מדפיסים ננו חלקיקים של החומר כסף ומדפיסים אותם על גבי תא סולארי, והם מתגבשים על גבי התא, להיות חומר מוליך.

"במקום להילחם בנטייה של חלקיקי הכסף לזוז הצידה ולהסתדר במבנה משלהם, השתמשנו בזה. כשאנחנו מטפטפים את חלקיק הכסף שלנו על פני משטח כלשהו, הוא מתפשט ויוצר טבעת דקה ביותר, בלתי נראית. ניתן לחבר אלפי טבעות כאלה לרשת דקה שינה מוליך שקוף".

המוצר הזה מוסחר על ידי חברת יישום, חברת מסחור הטכנולוגיות של האוניברסיטה העברית, לחברת הסטארט-אפ xjet solar. יש לטכנולוגיה יישומים גם כמוליכים שקופים, למשל לתעשיית המסכים לסלולר.