פיתוח חדש עשוי להאיץ את השימוש בגרפן בתעשיית הננו-אלקטרוניקה ולשמש ביישומים טכנולוגיים רבים
חדשות
NEWS
מה מעניין אותך?
מחקר
15.04.2024
המהפכה בתעשיית הננו-אלקטרוניקה כבר כאן
- מדעים מדויקים
מחקר בינלאומי חדש בהשתתפות חוקרים מאוניברסיטת תל אביב פיתח שיטה חדשה לגידול רצועות אולטא-ארוכות וצרות של גרפן (חומר הנגזר מגרפיט), המשמשות כחצי מוליך לטובת תעשיית הננו-אלקטרוניקה. החוקרים סבורים שהפיתוח עשוי לשמש בעבור יישומים טכנולוגיים רבים בהם התקני מיתוג מתקדמים, התקנים ספינטרוניים, ובעתיד אף לטובת מחשוב קוונטי.
המחקר נערך בהובלת צוות חוקרים בינלאומי, בהם פרופ' מיכאל אורבך ופרופ' עודד הוד מבית הספר לכימיה בפקולטה למדעים מדויקים ע"ש סאקלר, וכן מדענים מסין, דרום קוריאה ויפן. המחקר פורסם בכתב העת Nature.
פרופ' אורבך ופרופ' הוד מסבירים שגרפן הוא למעשה שכבה בודדת של גרפיט הבנויה ככוורת של אטומי פחמן. הגרפן מתאים מאוד לשימושים טכנולוגיים, שכן מלבד החוזק המכאני יוצא הדופן שלו, בשנים האחרונות התגלו תכונות מרתקות נוספות של מבנים העשויים ממספר קטן של שכבות גרפן מפותלות ובניהן הולכת-על, פולריזציה חשמלית ספונטאנית, הולכת חום נשלטת, ועל-סיכה מבנית - מצב שבו חומר מציג חיכוך ושחיקה זניחים.
אחת המגבלות של שימוש בגרפן לצרכים של תעשיית האלקטרוניקה היא העובדה שהוא חצי-מתכתי, כלומר מחד נשאי המטען יכולים לנוע בו בחופשיות אך מאידך כמות נשאי המטען הזמינים להולכה בו היא נמוכה מאוד. מכאן שלא ניתן להשתמש בגרפן לא כמתכת מוליכה וגם לא כחצי מוליך המשמש את תעשיית השבבים האלקטרוניים.
עם זאת, אם גוזרים מתוך יריעת גרפן רחבה רצועה דקה וארוכה של גרפן, נשאי המטען הקוונטיים מתוחמים במימד הצר של היריעה, דבר שהופך אותם לחצי מוליכים ומאפשר שימוש בהם בהתקני מיתוג קוונטיים. נכון להיום קיימים מספר חסמים העומדים בפני שימוש ברצועות גרפן להתקנים ובניהם היכולת לגדל יריעות צרות, ארוכות ובעלות מבנה הדיר המבודדות מן הסביבה.
במחקר החדש החוקרים הצליחו לפתח שיטה לגידול קטליטי של רצועות גרפן צרות, ארוכות והדירות היישר בין שכבות החומר המבודד בורון-ניטריד הקסגונאלי וכן להדגים התקני מיתוג קוונטיים בעלי ביצועי שיא המבוססים על הרצועות שגודלו. מנגנון הגידול הייחודי נחשף באמצעות חשבונות דינמיקה מולקולארית מתקדמים המפותחים בקבוצות החוקרים מישראל. חשבונות אלו הראו כי חיכוך אולטרא-נמוך בכיווני גדילה מסויימים בתוך גביש הבורון-ניטריד מכתיב את הדירות מבנה הרצועה, מאפשר את גידולה לאורכים גדולים ומהווה סביבה נקייה ומבודדת לרצועה שגדלה.
החוקרים סבורים שהפיתוח מהווה פריצת דרך מדעית וטכנולוגית בתחום גידול רצועות גרפן ארוכות ישירות במטריצות מבודדות, שצפויה לפתוח את הדלת בפני מחקר ענף שיוביל לשימוש ברצועות אלו בתעשיית הננו-אלקטרוניקה.
פרופ' אורבך ופרופ' הוד מסכמים: "החשיבות של הפיתוח החדש היא בכך שלראשונה ניתן יהיה לגדל ולייצר התקני מיתוג ננו-אלקטרוניים מבוססי פחמן ישירות בתוך מטריצה מבודדת. התקנים מסוג זה עתידים לשמש יישומים טכנולוגיים רבים בהם מערכות אלקטרוניות, ספינטרוניות ואף התקני מחשוב קוונטי".
מימין: פרופ' הוד ופרופ' אורבך
מחקר
10.04.2024
לראשונה: "נוזלים חכמים" ישמשו כחיישנים ביולוגיים רגישים
פיתוח חדש של אוניברסיטת תל אביב יאפשר יצירת "נוזלים חכמים" אשר ישמשו כחיישנים ביולוגיים רגישים
- רפואה ומדעי החיים
במסגרת מחקר חדש שהתקיים באוניברסיטת תל אביב ופורסם בכתב העת PNAS, בהובלת המאסטרנטית עמית נצר מהמעבדה של ד"ר אילה למפל מבית הספר שמוניס למחקר ביו-רפואי וחקר הסרטן בפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג ס' וייז, הוצגה לראשונה האפשרות לייצר נוזל חכם שישמש כחיישן בפני עצמו.
הייחודיות של המחקר, בו השתתתפו גם חוקרים נוספים מהמעבדה, בהם איתי קציר וד"ר אביגיל ברוך לשם, וכן ד"ר מיכל ויטמן מאוניברסיטת בר אילן, נובעת מכך שמצב הצבירה הנוזלי פותח פתח לשימוש בחומרים החכמים במגוון שימושים, שלא היו אפשריים עד היום בחומרים חכמים בעלי אופי מוצק.
צוות החוקרים הסביר כי הייחודיות של הנוזלים החכמים היא שכתוצאה מהתכונות הכימיות שלהם, הנוזלים שומרים על הפרדה אחד מהשני, וכך יוצרים טיפות מובחנות, ששמן קונדנסנטים - טיפות זעירות של חומץ בלסמי צפות בשמן זית. בעזרת עיצוב מדויק של המבנה וההרכב של המולקולות בתוך אותם קונדנסנטים, יכולים החוקרים לקבוע למה להגיב וכיצד להשתנות בהתאם לסביבה.
במחקרים קודמים, ד"ר למפל הדגימה כיצד ליצור את הקונדנסנטים כך שישחררו את המטען שהם מכילים בתגובה לאור - פיתוח שעשוי לשמש בעתיד לשם שחרור מבוקר של תרופות בגוף, כמו גם לשימושים אחרים. במחקר החדש, ד"ר למפל ביקשה לבחון גישה אחרת לשימוש בנוזלים החכמים, כך שישמשו כ"חיישנים אופטיים" – אשר ישנו את הצבע ועוצמת הפלורוצנטיות שלהם בנוכחות ובתגובה לאנזים ספציפי.
לדברי ד"ר למפל, המחקר נערך בהשראת תהליכים שמתרחשים בטבע. "בתוך התאים בגופנו יש מספר רב של אברונים שמשמשים למטרות שונות, למשל כמיני-מפעלים לייצור מולקולות שנדרשות לקיום ותפקוד התא. חלק מאותם אברונים מוקפים בממברנה, אולם אחרים נבדלים מסביבת התא הכללי בתהליך שנקרא הפרדת-פאזות בין נוזלים - שנובע ממספר רב של אינטראקציות חלשות שמתרחשות בין המולקולות שמרכיבות את האברון, וביחד יוצרות את ההפרדה משאר הסביבה ואת היצירה של קונדנסנט עם מיקרו-סביבה ייחודית".
ד"ר למפל הוסיפה: "בתאים, הקונדנסנטים הללו מורכבים בדרך כלל מתערובת של חלבונים וחומצות גרעין - החומר הגנטי של התא. חלבונים שלמים, שבנויים ממאות חומצות אמינו, הם מאתגרים לעבודה במעבדה. לכן אנחנו משתמשים ב'מיני-חלבונים' שבנויים משרשראות קצרות של חומצות אמינו במקום בחלבונים ארוכים. בשל אורכם הקצר, המיני-חלבונים לא מתקפלים ונותרים חסרי מבנה יציב, והגמישות הזו היא שמאפשרת להם לייצר את האינטראקציות עם חומצות הגרעין שיוצרות את הפרדת הפאזות ואת הקונדנסנטים".
המטרה: יצירת קונדנסנטים למגוון רחב של שימושים
ד"ר אילה למפל
במקביל, ובעזרת מחקר שנערך על של רצפי חומצות האמינו הנפוצים בקונדנסנטים קיימים בטבע, ד"ר למפל וחוקרים אחרים בתחום זיהו רצפים הממלאים תפקידי מפתח ביצירה של מגוון קונדנסנטים שונים בתאים בגוף. "הבנה זו מאפשרת לנו להשתמש ברצפים שונים כמו אבני לגו בעיצוב המיני-חלבונים שלנו כדי לשלוט בפונקציות הספציפיות שאנחנו רוצים שיהיו להם", היא מוסיפה.
"רצינו לראות אם נוכל לתכנן קונדנסנטים שישמשו כחיישנים. מלנין, הפיגמנט שקובע את צבע העור שלנו, נוצר בגוף כאשר אנזים מסוים מחמצן חומצת אמינו בשם טירוזין. רמות גבוהות של האנזים מאפיינות מחלות עור שונות, החל מהיפרפיגמנטציה וכלה במלנומה. לכן, החלטנו לתכנן את המיני-חלבון שלנו כך שיכיל טירוזין. כתוצאה מכך, כשהוספנו לנוזל את האנזים, הוא חימצן את המיני-חלבונים ושינה את התכונות האופטיות שלהם - הפך אותם פלורוסנטיים. בצורה זו, הראנו שניתן לייצר נוזל חכם שישמש כחיישן ביולוגי, במקרה זה לנוכחות האנזים".
כעת, ד"ר למפל ועמיתיה עובדים על תכנון קונסנסנטים עם מגוון תכונות אחרות. "אנחנו מנסים לגלות ולהרחיב את השימושים והיכולות של מה ניתן לעשות עם נוזלים חכמים". כך, למשל, מעבר לייצור של חיישנים ביולוגיים רגישים, בעזרת שליטה מדויקת בהפרדת הפאזות ניתן לתכנן נוזלים חכמים שישמשו לייצור יעיל ופשוט של תרופות שהיום, כדי לייצר אותן בקנה מידה תעשייתי, יש צורך בתנאים מורכבים ויקרים.
ד"ר למפל גם חוזה כי בעתיד הקונדנסנטים יוכלו לשמש ככלים להובלת תרופות לתוך הגוף, ואפילו ישמשו כמפעלים זעירים שמפיקים את התרופות בתוכנו.
"אפשר יהיה גם לתכנן אותם כדי שיגיבו לסביבות ספציפיות וכך לשלוט היכן בדיוק בגוף הייצור מתרחש"- ד"ר למפל.
ד"ר למפל מסכמת:
"זהו תחום מחקר חדש לחלוטין. הוא עדיין לא יודע מה הוא ולמה הוא טוב. אבל הוא מתרחב במהירות. אפשר לראות זאת במספר הרב של פטנטים ומאמרים בתחום שמתפרסמים מדי חודש בחודשו".
מחקר
01.04.2024
עכשיו זה רשמי: חיים ירוקים הם חיים ארוכים
מחקר ישראלי חדש קובע: סביבה ירוקה מסייעת להאריך את חייהם של חולי לב
- סביבה וטבע
- רפואה ומדעי החיים
תמיד תהיתם איך זה שטרזן נראה כל כך צעיר? כנראה שמסתתרת סיבה מדעית מאחורי הלוק הרענן.
במסגרת מחקר ארוך טווח וחסר תקדים מסוגו ובהיקפו, חוקרות מאוניברסיטת תל אביב בחנו לעומק את הקשר שבין סביבה ירוקה, דהיינו סביבה רוויה בצמחייה, לבין שיעור התמותה של חולי לב שעברו ניתוח מעקפים. לאחר הצלבת מידע שהתקבל מאלפי חולים המתגוררים ברחבי מדינת ישראל, לאורך שנים ארוכות, התגלה כי אחוז ההישרדות של חולי לב מנותחי מעקפים שגרים באזורים ירוקים, גבוה משמעותית ביחס לאלו המתגוררים באזורים עירוניים ללא ירוק בעיניים.
מחקר ייחודי בהשתתפות 3,128 חולי לב
המחקר הייחודי נערך על ידי הדוקטורנטית מאיה שדה, בהנחייתן של פרופ' רחלי דנקנר מהחוג לאפידמיולוגיה ורפואה מונעת בבית הספר לבריאות הציבור בפקולטה למדעי הרפואה והבריאות, ופרופ' אלכסנדרה צ'ודנובסקי מביה"ס לסביבה ולמדעי כדור הארץ ע"ש פורטר. כמו כן השתתפו במחקר ניר פולמן, נירית אגאי וארנונה זיו ממכון גרטנר לחקר האפידמיולוגיה במרכז הרפואי שיבא, אילן לוי מהמשרד להגנת הסביבה, ופרופ' מייקל בראואר מאוניברסיטת בריטיש קולומביה בקנדה. המחקר בוצע בתמיכת הקרן לבריאות וסביבה והקרן הישראלית למדע, ופורסם בכתב העת היוקרתי Epidemiology.
לדברי פרופ' דנקנר: "המחקר הנוכחי התבסס על מאגר נתונים שבנינו במכון גרטנר לפני כ-20 שנה עבור מחקר אחר: 3,128 חולי לב שעברו ניתוח מעקפים בשבעה מרכזיים רפואיים בישראל, מחיפה עד באר שבע, בין השנים 2007-2004. באמצעות נתונים ממשרד הפנים מצאנו ש-1,442 (46%) מהם נפטרו מסיבות מגוונות עד שנת 2021. כעת ביקשנו לבחון עד כמה (אם בכלל) קשורה תוחלת החיים של חולי הלב לאחר הניתוח לכמות הצמחייה הירוקה בסביבת מגוריהם."
מגורים בסביבה ירוקה מעלים במובהק את סיכויי ההישרדות של חולים
לצורך המחקר הצליבו החוקרות בין נתוני כתובת המגורים של חולי הלב לבין נתונים מלווייני לאנדסאט של נאס"א המצלמים את כדור הארץ ומסוגלים לאתר את הצבע הירוק ברזולוציה גבוהה מאוד ובטווח של עד 30X30 מטר מכתובת המגורים – מה שמאפשר זיהוי צמחייה גם בתוך אזורים עירוניים.
החוקרות מדדו את נוכחות הצבע הירוק ברדיוס עד 300 מטר סביב כתובתו של כל אחד מהחולים, והצליבו נתון זה אל מול מועדי הפטירה או השרידות של החולים, וזאת לאורך 14 שנה ממועד ביצוע ניתוח המעקפים. בהמשך ביצעו החוקרות ניתוח סטטיסטי מפורט של הנתונים, תוך התאמה למגוון רחב של משתנים: גיל, מין, מוצא אתני, מצב סוציואקונומי, הסיבה לאשפוז (ניתוח אלקטיבי, אלקטיבי למחצה, או חירום) מגורים בפריפריה/מרכז, זיהום אוויר ומרחק מגורים מהים התיכון. מהנתונים עולה שכ-90% ממשתתפי המחקר התגוררו באזורים עירוניים, 80% במישור החוף מהמרכז עד חיפה, 15% באזור ירושלים, ו-5% באזור באר שבע.
"ממצאי המחקר רלוונטיים במיוחד בתקופה הנוכחית בישראל: הם מרמזים כי חשיפה לסביבה ירוקה עשויה להוות גורם מסייע להחלמה מטראומה"
מספרת הדוקטורנטית מאיה שדה: "חילקנו את כתובות המגורים של החולים לשלוש קבוצות, על פי כמות הצמחייה בסביבתן, ומצאנו קשר סטטיסטי מובהק בין סביבה ירוקה לבין ההישרדות של החולים – כלומר כמה שנים הם חיו לאחר הניתוח. התוצאות העלו כי במהלך 12 השנים שלאחר הניתוח, הסיכון לתמותה של מי שחי בסביבה ירוקה מאוד היה נמוך בממוצע ב-7% לעומת מי שחי בסביבה נטולת ירוק. עוד מצאנו כי הקשר המיטיב מובהק יותר בקרב נשים, שהיוו 23% מהמדגם, והיו מבוגרות יותר בעת הניתוח (בנות 69.5 בממוצע) בהשוואה לגברים (63.8 שנים)."
החוקרות מסכמות: "במחקר זה בדקנו שרידות של חולי לב כליליים לאחר ניתוח מעקפים, ומצאנו שמגורים בסביבה ירוקה קשורים להישרדות טובה יותר. אנחנו משערים שיש לכך מגוון סיבות: בסביבה ירוקה אנשים נושמים אוויר נקי יותר ועוסקים יותר בפעילות גופנית, האווירה רגועה, ואיכות החיים טובה יותר. יתכן שממצאי המחקר רלוונטיים במיוחד בתקופה הנוכחית בישראל: הם מרמזים כי חשיפה לסביבה ירוקה עשויה להוות גורם מסייע להחלמה מטראומה."
