ננוטכנולוגיה: המהפכה התעשייתית הבאה
הפוטנציאל העצום של הננוטק להביא לשינויים מהותיים באורחות החיים שלנו – נמצא מרחק נגיעה, כפי שמתברר כשצוללים לכמה מהפיתוחים החדשים ביותר בתחום ומה הקשר למדוזות?
התחום של ננוטכנולוגיה, שנחשב לצעיר יחסית למטרייה הענפה של מדע וטכנולוגיה, כולל בתוכו מגוון של נקודות השקה שרלוונטיות לחיים של כולנו: החל מהנדסת חשמל או מערכות טכנולוגיות וכלה בתחומים כמו כימיה וביולוגיה - ה"ננוטק" הוא אינטרדיסציפלינרי בהגדרה. בישראל פועלות עשרות מעבדות ומרכזי חקר בתחום הננוטכנולוגיה, ועוד עשרות חברות סטארטאפ שעומלות על פיתוחים בתחומים שונים, המרכזיים שבהם מקודמים על ידי מרכז הננו-מדע וננוטכנולוגיה באוניברסיטת תל-אביב שפועל בשיתוף פעולה עם אוניברסיטת צ'ינגחואה הסינית ויחד הקימו את XIN (שין) הנחשב למוקד בינלאומי לחדשנות מדעית וטכנולוגית.
התחום נבחר השנה לאחד משלושת התחומים שבהם יוענקו פרסי דן דוד. הפרס ניתן לאנשים על תרומתם לחברה ולקהילה, שהוכיחו הצטיינות ותרמו תרומה יוצאת דופן לאנושות. מדי שנה מחולקים שלושה פרסים בסך שלושה מיליון דולר בשלושת ממדי הזמן: עבר, הווה, ועתיד. פרט לננו-מדע, יינתנו בשנה זו פרסים גם בתחומי ההיסטוריה החברתית והמאבק בעוני. הפרס, הניתן זו השנה ה-15, מוענק על שמו של איש העסקים היהודי דן דוד, שהלך לעולמו בשנת 2011. בנוסף, בכל שנה מחולקות מלגות לסטודנטים המצויים בשלבי הדוקטורט ופוסט-דוקטורט מהארץ והעולם. "בחירת הננו-מדע לאחד משלושת תחומי הפרס לשנה זו משקפת את חשיבותו לקידום שינויים מרחיקי לכת למען האנושות", אמרו בהנהלת הפרס.
את הננוטכנולוגיה כבר הגדירו כ"מהפכה התעשייתית הבאה", ובכל זאת נדמה שאנחנו עדיין מסוגלים לראות רק את קצה הקרחון. הפוטנציאל העצום של הננוטק להביא לשינויים מהותיים באורחות החיים שלנו - נמצא מרחק נגיעה, כפי שמתברר כשצוללים לכמה מהפיתוחים החדשים ביותר בתחום.
"אנחנו למעשה נותנים פתרון לבעיה שהיא אולי הבעיה הכי גדולה שיש כיום עם המכשירים המודרניים - התחממות", אומר ד"ר זיו חרמון, מנכ"ל חברת ננואייר, "מה שקורה זה שמצד אחד אנחנו רוצים יותר ויותר ביצועים, יותר אפשרויות, יותר יכולות, יותר אפליקציות. כל טלפון שאנחנו מחזיקים היום הוא פי כמה וכמה יותר חזק מהמחשבים שהיו פעם. אבל מצד שני, אנחנו רוצים מכשיר יותר קטן או יותר דק. שני אלה יחד גורמים לבעיה של חום, משום שאין אפשרות להכניס מאווררים לתוך מכשירים בגודל הזה. אנשים לא תמיד מודעים לזה, אבל היצרנים מפתחים ומתכננים בכוונה כך שהביצועים יהיו פחותים – כדי למנוע מצבים שהמכשיר עובד מאוד לאט או אפילו כבה".
לצורך כך, מפתחים בננואייר פתרון דק במיוחד. " אפשר לחשוב על כנפונים דקים מאוד שנעים למעלה ולמטה וגורמים לזרם אויר, שבעתם מפנה את החום מהמקומות החמים במכשיר – הסוללה והמעבד". מערכת הקירור הננומטרית הזו, צפויה להתאים למכשירים נוספים – טכנולוגיה לבישה כדוגמת שעונים וצמידים, טאבלטים ולפטופים, נורות לד וכל אותם הגאדג'טים הקטנים שפועלים במסגרות טכנולוגיות מורכבות יותר כמו בבית החכם. "טווח המוצרים הוא עצום. יתרה מזאת, כיוון שהטכנולוגיה מאוד דקה אנחנו מתכוונים לשלב אותה גם בתחום של שבבים. אנחנו נוכל לקרר כבר ברמת הצ'יפ, ולכן הוא יגיע לביצועים הרבה יותר טובים ויגדיל את היכולות של המכשיר".
באיזה שלב של הפיתוח אתם נמצאים?
"אנחנו קיימים פחות משנה וכבר ייצרנו מספר מדגימים בתכנונים שונים. יש כבר דגם מתקדם יותר ואנחנו כרגע בודקים את הפעילות שלו אבל התוצאות הראשוניות מאוד מבטיחות. מלבד זאת התחלנו פרויקט של שיתוף פעולה עם חברה בינלאומית גדולה, שביקשה מאיתנו למצוא פתרון לאחד המכשירים שלה שנוטה להתחמם. אנחנו כרגע בסבב גיוס נוסף, יש כבר כמה משקיעים מאוד מוכרים וידועים אבל בהחלט יש עדיין מקום להצטרפות".
פיתוח עדשות, אמצעים אופטים ואיתור גז באוויר
והנה עוד דבר שהמכשירים הניידים שלכם צפויים ללמוד לעשות: לאתר גז - באויר, במרחב הביתי ואפילו בריאות שלכם. "מה שאנחנו מפתחים בעצם זה חיישן לחומרים כימיים", מסביר פרופ' יוסי רוזנווקס שעומל על חיישן גזים למכשירים ניידים. "אם הפיתוח יהיה מוצלח, בעוד שנתיים-שלוש נוכל להכניס אותו לכל מיני מכשירים כולל לטכנולוגיה הלבישה. מדובר בפיסת סיליקון, טרנזיסטור סיליקון שברגע שנוחתת עליו מולקולה של גז, היא בעצם משנה את הזרם בטרנזיסטור וזה מנגנון החישה".
למה אנחנו צריכים טכנולוגיה כזו?
לחיישן הזה יש כל מיני שימושים: בתחום של איכות סביבה, הסלולרי שלנו למשל יוכל לתת התראה בזמן אמת על עלייה של גזים מסוכנים כמו אמוניה. בתחום הרפואי, יש מחלות מסוימות שהאינדיקציה שלהן היא פליטה של מולקולות בנשימה. לדוגמה, אחת האינדיקציות לאסטמה היא פליטה של מולקלות MO. חיישן בטלפון הנייד או בצמיד שאפשר לנשוף עליו, יוכל לחזות התקפי אסטמה. גם כל הנושא של טריות מזון שזה שוק מאוד מתפתח, או התחום של איכות אוויר בתוך הבית שמתעסקים בו מאוד בארה"ב, בסין וביפן. זיהום חדר יכול להיות בגלל מפגע חיצוני, מעובש בקירות או מרהיטים שפולטים גזים. אם החיישן הזה יעבוד בצורה טובה, הוא יוכל לתת אינדיקציה על איכות האויר בתוך מבנים".
עוד פיתוח משמעותי, נוגע לתחום של עדשות ואמצעים אופטיים. פרופ' קובי שויער מבית הספר להנדסת חשמל והמרכז לננוטכנולוגיה של אוניברסיטת תל אביב, עובד ביחד עם שותפו פרופ' אמיר בוג, על פיתוח עדשות שטוחות שמבוססות על מבנים ננומטרים. "מה שאנחנו הולכים לעשות זה ליצור עדשה בעלת משטח מאוד דק, ועליה למקם מבנים מאוד קטנים שיולכו לתת את אותו האפקט שבעצם נותן עובי העדשות כיום. הרי בעדשה עבה האור עושה יותר דרך ובעדשה דקה פחות, זה מה שגורם לאור להתמקד או להתפזר ובעצם לעשות מה שהעדשה רוצה. אנחנו ניצור את אותו האפקט באמצעות המבנים הננומטרים: הארגון והתכנון שלהם על משטח העדשה הוא זה שידמה את הפרשי העובי וככה כל העדשות יוכלו להיות דקות בצורה אחידה".
וגם זולות יותר?
"לא יהיו עדשות יקרות ועדשות זולות – הכל יהיה אותו דבר. אנחנו יודעים שאנשים שצריכים מולטיפוקל משלמים הרבה מאוד כסף על העדשות", אומר זה גם רלוונטי לאמצעים אופטיים אחרים – רכיבים אופטיים, סמני לייזר, מיקרוסקופים למיניהם – במקום לסדר המון המון עדשות אנחנו ניצור את האפקט הדרוש על ידי המבנים שעל המשטח".
מסתבר שבאמצעות הננוטכנולוגיה, אפשר גם לרתום מפגעים כמו מדוזות לתועלת אנושית. "בעיית המדוזות היא בעיה עולמית שנגרמה בחלקה על ידי מעשה אדם ובחלקה מסיבות אחרות", מסביר פרופ' שחר ריכטר, ראש המעבדה לאלקטרוניקה ביו-מולקולרית וחומרים מתקדמים במחלקה למדע והנדסה של חומרים בפקולטה להנדסה באוניברסיטת תל אביב. יחד עם ד"ר קמילה גויחמדובה והסטודנטים רומן נודלמן ולירון רשף, הצוות פיתח שורה של מוצרים שמבוססים על המדוזה כחומר גלם. "התוצאה של בעיית המדוזות היא שהיום בכל מקווה מים יש אוכלוסייה עודפת של מדוזות, שגורמת לנזקים כלכליים אדירים: פגיעה בדגה, בתיירות חופים ואפילו סתימה של תחנות כוח. אנחנו לקחנו את העניין הזה צעד אחד קדימה ומה שאנחנו עושים זה למצוא פתרונות מתכלים וירוקים תוך שימוש בחומר גלם שהוא מקור מתחדש - המדוזה".
מה כבר נמצא בפיתוח?
"מה שמותר לי להגיד זה שפיתחנו סוגים שונים של פלסטיק מתכלה עבור התחום של אריזה, מוצרים לתעשייה הפרא רפואית שהם מוצרים סופחי דם ומים, וסוגים שונים של תחבושות מיוחדות. הכל מבוסס על המדוזה כחומר גלם, פלוס תוספים טבעיים. יש לנו כמה וכמה פטנטים שהגשנו ונמצאים בשלב של אישור מתקדם, ויש התעניינות מאוד גדולה של חברות בארץ ובחו"ל".
זה ייגמר בדם
ד"ר יובל אבנשטיין מבית הספר לכימיה והמרכז לננוטכנולוגיה באוניברסיטת תל אביב, עוסק בפיתוח שיטה שמאפשרת לראות שינויים כימיים בבסיסים של ה-DNA, באופן שיכול לזהות התפתחות של סרטן בגוף. "מסתבר שיש עוד מידע שהוא מעבר לרצף, והוא בא לידי ביטוי בשינויים האלה.
יש לנו יכולות הדמיה מתקדמות שמאפשרות לנו לראות מולקולות בודדות ושינויים בודדים על הבסיסים של ה-DNA. בהרבה סוגים של סרטנים יש שינויים כימיים מאוד משתנים. לקחנו דם של אנשים בריאים לעומת דם של חולים בסרטני דם וראינו שאנחנו יכולים לזהות בדם את הטרנספורמציה הסרטנית".
ד"ר אבנשטיין מסביר, שהיכולת הננומטרית היא שמאפשרת לראות ולכמת בצורה מדויקת את השינויים הכימיים הללו. "הפן הטיפולי של הפיתוח הזה הוא בעצם האפשרות שבאותה בדיקת דם נוכל גם לבדוק את התגובה של האדם ושל התאים שלו לטיפול המוצע. אחת הבעיות הגדולות היום היא שחלק מהחולים מגיבים לטיפול מסוים וחלק מהם לטיפול אחר. מדובר בתהליך ארוך שגם יכול להיות קטלני. כאן, יש אפשרות תיאורטית לבדוק את הטיפול על הדם ולא על החולה ולראות איך התאים מגיבים".
