אחרי מיקרו-טכנולוגיה מגיעה הננו-טכנולוגיה

בשנתיים האחרונות שמענו המון על ננו-טכנולוגיה, אבל לא ראינו מוצרים של ממש. התמונות של מבנים מולקולריים הם מרשימים, אבל משקיעים חסרי סבלנות כבר התחילו לדבר על כך שמדובר בעוד בועה טכנולוגית. כמובן שהדיבורים הדפיטיסטיים הם שטויות, משום שאף טכנולוגיה מהפכנית לא הבשילה מוצרים מסחריים בפרק זמן של פחות מ-10 שנים והלו"ז הרגיל יותר הוא 20-30 שנה. מסיבה זו המוצרים הראשונים של ננו-טכנולוגיה יגיעו מהתחום בו המבנה המולקולרי הוא היעד המרכזי - רפואה וביולוגיה. המהפכה הביולוגית, שסלילי ה-DNA הפכו לסמל המסחרי שלה, דורשת אמצעים מעבדתיים חדשים, שיאפשר לזהות פיסות DNA במהירות ובמחירים נמוכים. הטכניקה בה "פוצח" הגנום האנושי אינה מעשית במיוחד כאשר מדברים בפרוצדורות אנליזה רפואית יומיומית, כמו דיאגנוזה מהירה של מחלות קטלניות או זיהוי פגמים גנטיים. הפתרון המסתמן בתחום הזה הוא שילוב מרתק של ביו-כימיה מולקולרית עם ננו-טכנולוגיה סיליקונית.
קבוצת המוצרים שהגיעה עד כה קרוב יותר ליצור מסחרי מכל אחת אחרת היא "שבבי DNA". השבבים האלה אמורים לאפשר זיהוי מהיר של פיסות DNA ספציפיות, גם אם מדובר במולקולות בודדות שאת קיומן צריך לזהות בתוך תערובות המכילות אלפי פיסות שונות. עיקרון הזיהוי מבוסס על התכונה הידועה של DNA - ההתאמה אחד-לאחד בין שני חצאי הסליל הכפול. אם אתם מפרידים את שני החלקים, כל חלק "יחפש" בן-זוג תואם ב-100 אחוז כדי להתחבר מחדש ולחזור לתצורת הסליל הכפול (שהיא הכי יציבה מבחינה אנרגטית). שני סלילים לא תואמים לא ייצמדו זה לזה ולכן אפשר להשתמש בסליל אחד כדי לזהות את הנוכחות של בן זוגו - אם רק נדע לשים את האצבע על החיבורים המוצלחים ולדעת מי משתתף בהם. על שבב DNA מקובל מודבקים כמה מאות או אלפי קטעים של DNA, המשמשים כגששים לבני זוגם בתמיסה הנבדקת. הגששים מסודרים במטריצה מיקרוסקופית וכל תא במטריצה מחזיק רק גשש ספציפי אחד. כאשר מטפטפים את התמיסה על השבב, הקטעים החופשים נצמדים לקטעים התואמים על השבב, כמעט ללא טעות בזיהוי.

מסננת-ננו לכדורי זהב

עכשיו נשאר רק לזהות באיזה תאי מטריצה התחוללה הצמדה כזאת, שמעידה על נוכחות קטעי ה-DNA התואמים. לשם כך נעזרים בננו-טכנולוגיה. הטריק הוא להשתמש בסלילים הכפולים כ"מסננות זעירות" לכדוריות זהב בקוטר ננומטרים ספורים. הכדוריות נלכדות רק בסלילים הכפולים ולכן הן תמצאנה רק בתאי המטריצה בהם הגשש מצא את בן-זוגו בתמיסה. בתהליך שדומה לפיתוח פוטוגרפי משתמשים בכדוריות הזהב כדי "לזרוע" התגבשות של גבישי כסף בתאים האלה. בגמר הפיתוח שוטפים את כל תמיסות התהליך ומודדים את ההתנגדות החשמלית של התאים. אלה שספגו את כדוריות הזהב והכסף הופכים למוליכים בעוד השאר לא מעבירים זרם חשמלי. זה הבסיס הטכני למכשיר אנליזה בגודל מחשב כף-יד, המפותח באוניברסיטת Northwestern על ידי צוות בראשות פרופסור מירקין. לדבריו, כבר בשלב האב-טיפוס הטכנולוגיה מספקת רגישות טובה פי 10 והפרדה טובה פי 100,000 מהטכניקה הכימית המקובלת PCR (Polymerase Chain Reaction, תגובת השרשרת שמשכפלת פולימרים).
במונחים פשוטים להדיוטות, המכשיר מסוגל לזהות נוכחות של קטע DNA ספציפי בריכוז נמוך פי 10 מהסף של טכנולוגית PCR ומספר הטעויות בזיהוי נמוך פי 100,000! "המטרה שלנו היא לתת בידי הרופא מכשיר פשוט, שעושה את העבודה של אלף מדענים באלפית הזמן שיידרש להם להשלים את הניתוח המולקולרי בשיטות המקובלות היום", אומר מירקין. אלפי מדענים במאות חברות ומוסדות מחקר סביב העולם עובדים עכשיו על רעיונות דומים. מרבית המאמץ המחקרי מושקע בפיתוח שבבי DNA עם יכולת אבחון רחבה יותר. בעתיד הקרוב ישמשו שבבים כאלה גם לניתוח מהיר של סיכונים ביולוגיים-טרוריסטיים, למשל זיהוי חיידקי אנטרקס, אבעבועות וטיפוס, נגיפי אבולה וזנים קטלניים של שפעת, ועוד מאות מיקרו-אורגניזמים בעלי פוטנציאל צבאי-טרוריסטי. בטווח ארוך יותר, כך מאמין פרופסור מירקין, כל רופא יוכל לבצע בעצמו, תוך דקות ספורות, את כל בדיקות המעבדה השגרתיות, על מכשיר שלא יעלה יותר מ-Palm.