פרופסור גדי שוסטר מונה כמשנה לנשיא הטכניון לעניינים אקדמיים. הוא מחליף בתפקיד את פרופסור משה סידי, שסיים כהונה בת שש שנים.

פרופסור שוסטר, יליד קיבוץ גבעת ברנר, קיבל דוקטורט בביו-כימיה מהאוניברסיטה העברית בירושלים, בשנת 1987. את הבתר דוקטורט עשה באוניברסיטת ברקלי, קליפורניה, בשנים 1988-1991.

משנת 1992 פרופסור שוסטר הוא חבר סגל בפקולטה לביולוגיה בטכניון ונבחר פעמיים כמרצה מצטיין. הוא כיהן כסגן הדיקן ללימודי מוסמכים וכדיקן הפקולטה לביולוגיה ומשמש בכמה ועדות, ביניהן ריכוז הוועדה הבוחרת את זוכי פרס “הארוי” היוקרתי של הטכניון. פרופסור שוסטר פירסם עשרות מאמרים מדעיים וזכה במלגות ופרסים חשובים, ביניהם פרס וולף לסטודנטים לתואר שני, מלגת חיים ויצמן ללימודי בתר דוקטורט ומלגת פולברייט.

בתמונה: פרופסור גדי שוסטר

הטכניון פתח קורס מקוון ראשון מסוגו בארץ באתיקה של המחקר כמקצוע חובה לכל הסטודנטים הלומדים לתארים גבוהים והעוסקים במחקר.

בעשור האחרון הולך וגובר הצורך לעסוק באתיקה של המחקר בעולם האקדמי. הצורך הזה נובע, בין היתר, מהמפגש שחל במחקר המדעי בין גורמים בעלי ענינים מנוגדים כמו גורמי מימון, גורמים מסחריים, מדיניות מוסדות המחקר והדרישה לפרסומים לצורך קידום מקצועי. עדות לנחיצות העיסוק באתיקה במחקר באה לידי ביטוי בפרסום הרב לו זוכים מקרים של התנהגות בלתי הולמת אצל חלק מהחוקרים. אוניברסיטאות רבות בעולם עוסקות בכתיבת תקנונים המגדירים כללי התנהגות מחמירים ומחייבים עבור כל העוסקים במדע ובמחקר. במקביל, מתחזקת המודעות, שלא די בכתיבת תקנונים אתיים, אלא חובה גם לפעול להכשרתם ולחינוכם של חוקרים צעירים.

לאור כל זאת, פרופ’ הלל פרת, דיקן בית הספר ללימודי מוסמכים בטכניון, קידם לאחרונה יוזמה בה כל הסטודנטים הלומדים לתארים גבוהים בטכניון ישתתפו בקורס מקוון בנושא אתיקה של המחקר. התכנים שבאתר הקורס נערכו ועובדו על ידי ד”ר אסתר בן-זקן ופרופסור משנה מירי ברק מהמחלקה להוראת הטכנולוגיה והמדעים. זהו הקורס הראשון והיחיד בארץ הניתן במסגרת דרישות החובה לסטודנטים הלומדים לתארים גבוהים.

מטרות הקורס:

* הבחנה בין המושגים אתיקה, מוסר ויושרה והבנת הצורך בהתנהגות הולמת במחקר.

* הכרות עם תקנון הטכניון להתנהגות ראויה במחקר ולניגוד עניינים במחקר.

* הכרות עם כללי אתיקה בתחומי מחקר שונים (כגון רפואה, חינוך ומתמטיקה).

* הכרות עם החוקים והתקנות לגבי ביצוע מחקרים בבני אדם ובעלי חיים בישראל.

* הבנת הצורך בשמירה על זכויות יוצרים וקניין רוחני של מחברים.

הקורס המקוון נפתח באוקטובר 2012 במערכת Moodle של הטכניון. הוא נלמד באופן עצמאי – בכל זמן, מכל מקום ובהתאם לקצב הלמידה של כל סטודנט. הקורס כולל שבע יחידות, כאשר כל אחת מציגה שאלה הקשורה לסוגיה מסוימת באתיקה של המחקר. התשובות לכל השאלות מתבהרות לאחר קריאה מעמיקה של התכנים המוצגים בכל יחידה. היחידות כוללות קטעי טקסט המסכמים את עיקרי הדברים וקישורים לאתרים רלוונטיים. הקישורים כוללים מאמרים עדכניים, מסמכים מאוניברסיטאות אחרות, סרטוני וידאו וכתבות עיתונאיות.

בדומה לשיטת הלימוד, גם שיטת ההערכה בקורס נעשית באופן מקוון. המבחן נפתח במועדים קבועים באופן אוטומטי וכל הסטודנטים הרשומים לקורס יוכלו לבצע אותו בלחיצה על קישור מתאים (מתוך אתר הקורס). המבחן כולל 21 שאלות רב ברירה המוצגות לכל נבחן באופן אקראי מתוך מאגר שאלות. כדי לקבל ציון עובר, הסטודנטים צריכים לענות נכונה לכל הפחות על 20 שאלות. סטודנטים שיכשלו בניסיון הראשון, יוכלו לבצע את המבחן במועדים עוקבים שיפורסמו בתחילת כל סמסטר.

כיום רשומים לקורס יותר מ-400 סטודנטים, אך חובת המבחן תחל רק על סטודנטים הנרשמים החל מסמסטר אביב תשע”ג.

להקמתו ולהפעלתו של הקורס שותפים ארבעה גופים בטכניון: בית הספר ללימודי מוסמכים, המחלקה להוראת הטכנולוגיה והמדעים, המרכז לקידום ההוראה ומרכז המחשבים.

מדובר בפריצת דרך משמעותית המציגה פתרון יעיל לבעיה סינתטית שלא נפתרה עד כה; דרך זו עשויה לקצר באורח ניכר תהליכים בתעשיית התרופות

חוקרי הטכניון מצאו דרך חדשנית ליצירת מולקולות. הם הצליחו להגיע למולקולה עם המרכז הכיראלי בשלב אחד בלבד מחומר המוצא. עד כה הגיעו לכך חוקרים בכמה שלבים, וגם זאת – רק בשני מקרים בהסטוריה. על פריצת הדרך שלהם מדווח כתב העת המדעי היוקרתי “נייצ’ר”. מדובר בפתרון בעיה סינתטית שטרם נפתרה עד כה ועשויה לקצר באורח ניכר תהליכים בתעשיית התרופות.

“כימיה אורגנית סינתטית היא מדע העוסק בבניית פרגמנטים מולקולאריים משוכללים מיחידות אורגניות פשוטות ביותר”, מסביר פרופסור אילן מרק מהפקולטה לכימיה ע”ש שוליך בטכניון. “אחת האפליקציות האפשריות הרבות בתחום זה הינה סינתזה של חומרי טבע  מורכבים. בעשורים האחרונים הכימאים האורגניים הכיו  מערכות מורכבות אלו באמצעות סינתזה רב שלבית. אולם, השאלה האמיתית של המאה ה-21 אינה עוד ‘האם אנו יכולים לסנתז מולקולה זו?’ אלא –  ‘כיצד נוכל לסנתז אותה בצורה יעילה ביותר, תוך שימוש במספר שלבים סינתטיים מינימאלי’?

בשנים האחרונות פיתחה קבוצת המחקר של פרופסור מרק אסטרטגיות אלטרנטיביות אשר לא רק ענו על הדרישות הללו אלא גם נתנו פתרון לבעיות סינתטיות מאתגרות. אחת הבעיות הקריטיות הנותרות בתחום זה הינה יצירה של מרכזים כיראליים רבעוניים במערכות א-ציקליות בתגובת אלדול. מולקולה כּיראלית (Chiral molecule) היא מולקולה שלא ניתן ליצור חפיפה בינה ובין תמונת המראה שלה באמצעות סיבוב במרחב. לתכונה זו של מולקולות מסוימות, הנובעת מהיעדר סימטריית שיקוף פנימית, קוראים כּיראליות (Chirality), ושתי המולקולות השונות, המהוות תמונת מראה האחת של השנייה, מכונות אננטיומרים.  אלדולים (באנגלית ביחיד: Aldol) הם קבוצה של תרכובות אורגניות. המילה אלדול היא חיבור של המילים אלדהיד ואלכוהול (כוהל); ואכן, כל האלדולים מכילים שתי קבוצות פונקציונליות – זאת של האלדהידים (CHO) וזאת של הכוהלים (OH, קבוצת הידרוקסיל).

אלדולים נוצרים כשקטון מגיב עם קטון אחר או עם אלדהיד, או כשאלדהיד מגיב עם אלדהיד. התגובה נקראת תגובת אלדול, וחשיבותה בכימיה האורגנית גדולה, שכן היא אחת הדרכים המעטות בה ניתן ליצור קשרי פחמן-פחמן, כלומר – לחבר שתי מולקולות קטנות למולקולה אחת גדולה. התגובה מכונה תגובת אלדול מוצלבת כששני המגיבים אינם זהים (למשל, תגובה בין האלדהיד מתנל (פורמלין) והקטון פרופנון (אצטון).

מרבית המולקולות הביולוגיות הן כיראליות, ומכאן חשיבות המושג במחקר הביוכימי. במקרים לא מעטים, שני האננטיומרים של חומר מסוים משפיעים באופן שונה על גוף האדם, ועל כן להבנת תכונת הכיראליות של מולקולות אלו יש חשיבות רבה בתעשיית התרופות ובתעשיית המזון. בתהליכים ביולוגיים שבהם מעורבות מוקולות כיראליות, כמו חומצות אמינו וסוכרים, פעיל בדרך כלל רק אחד האננטיומרים. הבנת המקור להבדל בשכיחות שני האננטיומרים של אותן מולקולות יכול לשפוך אור על מוצא החיים. בדיווח האחרון שפורסם ב Nature על ידי פרופסור מרק ועמיתיו, הם פתרו בעיה זו על ידי תגובה בכלי יחיד תוך שימוש בחמרי מוצא מגוונים בעלי זמינות גבוהה.  פרצת דרך משמעותית זו  מציגה פתרון אלגנטי ויעיל לבעיה סינתטית אמיתית, שכן הכנה של מרכזים רבעוניים אלו המותמרים כולם בפחמימנים במערכות א-ציקליות מהווה את אחד האתגרים העכשוויים הקשים ביותר בסינתזה האורגנית המודרנית.

האתגר גדול במיוחד ביצירה של מרכזים אלו בתוצרים אלדוליים. קושי זה הוא בעייתי שכן התגובה האלדולית מהווה את אחת הטרנספורמציות הכימיות החשובות ביותר בסינתזה האורגנית. הבעיה העיקרית המגבילה את היצירה של מרכזים מסוג זה היא היעדרה של שיטה יעילה  להכנתם של אנולטים כיראליים תלת מותמרי במערכות א-ציקליות המוגדרים מרחבית.

ניתן לפתור בעיות אלו באמצעות שילוב של תגובת קרבמטאלציה וחמצון של אורגאנו קופרט, אשר מאפשרת קבלה של אנולט תלת-מותמר המוגדר מרחבית. שיטה זו שימשה ליצירת סידרה של תוצרי אלדול וMannich מאינאמידים, ביחסים דיאסטראומריים ואננטיומריים מצויינים וניצולות טובות.

על עשית סינתיזה בדרך שונה לחלוטין מהמקובל, קיבל פרופסור אילן מרק את פרס היצירתיות Janssen Pharmaceutica לשנת 2012.

פרופסור ארנון בנטור, חבר סגל בטכניון מאז 1978, בפקולטה להנדסה אזרחית וסביבתית, מונה כמשנה לנשיא ומנכ”ל הטכניון. הוא מחליף את ד”ר אביטל שטיין, שמונתה כמכ”לית המועצה להשכלה גבוהה.

במהלך פעילותו בטכניון ייסד את בית הספר הבינלאומי להנדסה של הטכניון אשר בראשו הוא ממשיך לעמוד וכיהן בתפקידים בכירים בטכניון, וביניהם משנה לנשיא למחקר, דיקן הפקולטה להנדסה אזרחית וסביבתית, מנהל מוסד שמואל נאמן למחקרי מדיניות לאומית וראש המכון הלאומי לחקר הבנייה.

פרופ’ בנטור הוא מומחה בעל שם בינלאומי בטכנולוגיה של בנייה ותשתיות. במסגרת פעילותו המדעית פרסם שמונה ספרים ומספר מאמרים רב, וזכה למעמד מוביל בעולם. הוא נבחר על ידי עמיתיו לתחום לתפקיד של נשיא האיגוד הבינלאומי למחקר בחומרים ומבנים שמקום מושבו בפאריס. הוא משמש כיושב ראש של ועדות מקצועיות בינלאומיות, וכעורך וחבר במערכות של עיתונים מדעיים מובילים בעולם. על פעילויותיו אלה הוא זכה לאותות הוקרה מארגונים בינלאומיים יוקרתיים בארה”ב ובאירופה.

פרופ’ בנטור הקפיד במשך כל השנים לקיים קשר הדוק עם התעשייה ופעל בתחומים המקצועיים-ציבוריים. במסגרת זו הוא כיהן כיו”ר וחבר בועדות מקצועיות לאומיות ופעיל בתקינה הישראלית, היה חבר בועדת החקירה הממלכתית לעניין בטיחות מבנים בראשות השופט זילר אשר הוקמה בעקבות אסון ורסאי, כיהן כיו”ר צוות להכנת דו”ח לכנס קיסריה 2009 בנושא “עתיד מנוע הצמיחה הישראלי: חזרה למובילות בתעשיות עתירות-ידע וחדשנות מדעית-טכנולוגית”, פעל כחבר בצוותי עבודה של הועדה הציבורית הממלכתית “ישראל 2028: חזון ואסטרטגיה כלכלית חברתית בעולם גלובלי”, 2008, והיה כח מניע ליצירת שותפיות אסטרטגיות בין התעשייה לאקדמיה לקידום טכנולוגי של ענפי התשתיות במדינת ישראל, במיוחד בכל הקשור לחברות התשתית הלאומיות, ובהן מקורות – חברת המים הלאומית, החברה הלאומית לדרכים בישראל (מע”ץ לשעבר) וחברת נמלי ישראל.

מתוך ראייה של הצורך בגלובליזציה של החינוך ההנדסי-מדעי יזם פרופ’ בנטור הקמת תוכניות לימוד בינלאומיות בטכניון, שבהן משתתפים סטודנטים מצטיינים ממדינות מפותחות ומדינות מתפתחות דוגמת סין והודו, אשר בוגריהן יוכלו לשמש שגרירי רצון טוב של מדינת ישראל והתעשייה שלה במדינות מוצאם.

בתמונה: פרופסור ארנון בנטור

מחקר מקיף ראשון מסוגו במרכז הרפואי “העמק” ובפקולטה לרפואה בטכניון יסייע בבחירת התרופה למניעת לידה מוקדמת

המחקר נותן תשובה ברורה לשיטת הטיפול הנכונה בעצירת לידה

מחקר מקיף ראשון מסוגו שנערך במרכז הרפואי “העמק” ובפקולטה לרפואה ע”ש רפפורט בטכניון, יסייע במניעת לידה מוקדמת ויקל על הרופאים את הבחירה בתרופה היעילה יותר. המחקר הקיף 145 נשים ופורסם בעיתון האגודה האמריקאית למיילדות וגינקולוגיה.

“לידה מוקדמת מהווה את הגורם המוביל לתחלואה ותמותה סב-לידתית”, מסביר מוביל המחקר, ד”ר ראיד סלים. “ככלל, המטרה הינה להאריך את גיל ההריון ככל האפשר בכדי למנוע לידת פגים. אולם, במקרים מסויימים יש צורך לעצור את הלידה ל-48 שעות וזאת בכדי לאפשר טיפול בתרופות להבשלת ראות העובר או לשם העברת היולדת למרכז רפואי אחר. עד היום לא היה ברור לרופאים מהי תרופת הבחירה לשתי מטרות אלה”.

במחקר שבוצע ב”העמק” חולקו נשים הרות שהתקבלו לאשפוז עם אבחנה של לידה מוקדמת בצורה אקראית ל-2 קבוצות של טיפול ראשוני בתרופות “אוטוסיבן” (ATOSIBAN)  או “ניפדיפין” (NIFEDIPINE). היה והלידה לא נעצרה אחרי שעה מתחילת הטיפול, הוא הוחלף לתרופת המחקר המקבילה. 75 נשים בקבוצת ה”ניפדיפין” ו-70 נשים בקבוצת ה”אוטוסיבן” השלימו את הטיפול ונכנסו לעיבוד הנתונים.

“אוטוסיבן” נמצאה יעילה יותר בעצירה בטווח הקצר ואילו יותר נשים שטופלו ב”ניפדיפין”  לא ילדו שבוע מתחילת הטיפול. גיל ההיריון הממוצע בלידה היה גבוה יותר משמעותית בקבוצת הנשים שטופלו ב”ניפדיפין” לעומת “אוטוסיבן”.

פרופסור אליעזר שלו, דיקן הפקולטה לרפואה בטכניון וממחברי המחקר, אומר כי בעקבות המחקר ניתן לראשונה לקבוע, ועל בסיס עובדתי מוצק, שבמקרים בהם קיימת חשיבות בעצירה של הלידה ל- 48 שעות עדיף להשתמש ב”אוטוסיבן”. לעומת זאת, בכל המקרים האחרים עדיף להשתמש ב”ניפדיפין”, שהיא תרופה זולה ופשוטה לשימוש. “עבודה זו נותנת תשובה ברורה לשיטת הטיפול הנכונה בעצירת לידה”, הדגיש.

במחקר השתתפו גם ד”ר גלי גרמי, ד”ר זוהר נחום, ד”ר נועה זפרן וד”ר שירה ברעם, כולם מהמרכז הרפואי “העמק”.

באמצעות אנליזה תיאורטית וסימולציות ממוחשבות הראו מדענים מהטכניון ומאוניברסיטת בולדר, קולורדו, כי התפתחותם של כוכבים ופלנטות במערכות ובהן שלושה גופים עשויה להוביל לתוצאות מפתיעות;  כוכבים  ופלנטות הסובבים סביב כוכב אחד עשויים לשנות את מסלולם ו”לקפוץ” אל כוכב אחר, בחלק גדול מן המקרים הם עלולים להתנגש עם הכוכב המארח או עם הכוכב אליו קיפצו, ובמקרים אחרים הם עשויים לברוח מן המערכת לחלוטין. למעשה, יתכן שתהליך זה מתאר את ההיסטוריה הפראית של הכוכב הזוהר ביותר בשמים, הלא הוא סיריוס. ממצאים אלה מעלים את האפשרות שהתנגשויות בין כוכבים הן נפוצות הרבה יותר (לפחות פי 30) מכפי שהיה נהוג לחשוב.

החוקרים  גילו כי המסה הנגרעת מאחד משלושת הרכיבים בשלישיה עם הזדקנותם עשויה להוביל לשינוי משמעותי במסלוליהם של שלושת הרכיבים זה סביב זה. מערכות רבות כאלה הופכות לבלתי יציבות, ושלושת הכוכבים עשויים להיקלע למחול דינמי פראי, שבו הכוכבים עשויים להחליף שותפים עד שאחד מהם נפלט מהמערכת. עם זאת, מאחר שהכוכב המאבד מסה מתנפח בדרך כלל בשלב זה, וגודלו מוכפל מאות מונים, הוא הופך למטרה גדולה, מה שמגביר משמעותית את סיכוייו להתנגש בכוכב אחר תוך כדי  ה”מחול” הפראי. “בדרך כלל, כוכבים מתנגשים רק בסביבה צפופה של צבירי-כוכבים (מערכות ובהן מליוני כוכבים ממלאים נפח של כמה שנות אור בלבד; לשם השוואה, באותו נפח חלל בסביבת מערכת השמש שלנו יש רק כוכב אחד –  השמש) שבה שני כוכבים שאינם קשורים זה לזה עשויים להתנגש במקרה. אפילו באיזורים צפופים כל-כך הסבירות להתנגשות כזו נמוכה מאוד, וברוב הגלקסיה שבה הצפיפות קטנה הרבה יותר, ניתן לומר כי התנגשויות מקריות כאלו לא קורות כלל.”

“גילינו כי כאשר מדובר במערכות משולשות, התמונה שונה לגמרי. התנגשויות בין כוכבים מחוץ לצבירי כוכבים  צפופים עשויה להתרחש בקצב גבוה פי 30 מההתנגשויות האקראיות הקרות בתוך צבירים.”

המקרה המוזר של הכלב בשעת לילה, ופתרון חידתו של הכוכב הזוהר בשמיים

החוקרים  גילו גם כי ייתכן שהתפתחות משולשת כזו רלוונטית לאחד הכוכבים הידועים ביותר, סיריוס – הכוכב הזוהר ביותר בשמים, והידוע גם בכינויו כוכב הכלב. סיריוס מלוּוה על ידי ננס לבן במערכת בינארית, אבל במסלול אליפטי מאוד. זוהי קונפיגורציה חריגה כשמדובר במערכת בינארית שאחד מרכיביה הוא ננס לבן קרוב; במערכות כאלה אנו מצפים למסלול מעגלי הרבה יותר,  כתוצאה מהעברה של מסה מכוכב אחד לשותפו במהלך הזדקנות המערכת. המחקר האחרון מראה כי ניתן להסביר קונפיגורציה מוזרה זו, אם המערכת הבינארית של סיריוס היתה בעבר מערכת משולשת אשר התפתחה, נהייתה בלתי יציבה, ואחד משלושת רכיביה נזרק מן המערכת; מהלך שהפך אותה למערכת בינארית עם מסלול חריג. “ההבנה המפתיעה שתרחיש האבולוציה המשולשת שחקרנו עשוי גם  לפתור חידה בת עשרות שנים, הרלבנטית אפילו לכוכב הזוהר בשמי הלילה שלנו, סיריוס, היא מאוד מלהיבה; נראה כי לסיריוס הייתה היסטוריה פראית הרבה יותר משאי פעם דמיינו”, אומר פרופסור פרץ.

כוכבי לכת מקפצים בין כוכבים

מה הייתם עושים אם השכונה בה גרתם הייתה מתחילה להידרדר ? האם הייתם שוקלים לעזוב לשכונה טובה יותר ? מסתבר שדבר דומה עשוי לקרות במערכות של כוכבי לכת.  ד”ר קראטר ופרופסור פרץ בחנו גם מערכות שבהן אחד משלושת הרכיבים אינו כוכב אלא כוכב-לכת – פלנטה. “כאשר לכוכב המתפתח יש שותף כוכב-לכת  קרוב ושותף כוכב רחוק, התוצאות יכולות להיות מפתיעות מאוד,” אומרת ד”ר קראטר. “פלנטה יכולה לנתר מן המסלול המקורי שלה סביב הכוכב המארח, ולהתחיל לחוג סביב הכוכב השני. ‘קפצנית-כוכבים’ כזו (star-hopper) עשויה לדלג פעמים רבות בין המארח המקורי לשותף השני, ולבסוף להתייצב על מסלול יציב סביב השותף. היא יכולה להישאר בסביבה החדשה  עד סוף חייה, או לפחות עד שהכוכב-השותף יתחיל לאבד גם הוא חומר. בהשאלה אפשר לומר כי כשהשכונה הקרובה נעשית לא נוחה, הפלנטה קופצת לשכונה אחרת…” עם זאת, לסיפור הזה יש לעתים סוף גרוע יותר מבחינת הפלנטה, שכן היא עשויה להתנגש עם הכוכב הרחוק או עם המארח המקורי במהלך חילופי הזוגות הללו, וכך להיחרב ולאו דווקא למצוא סביבה “אוהדת”.

בתמונה: התנגשות בין כוכב מזדקן וכוכב צעיר במערכת כוכבים משולשת. איור: פרופסור חגי פרץ

ישרת חוקרים מכל האוניברסיטאות, כמו גם עובדי התעשייה עתירת הידע

הטכניון רכש מיקרוסקופ אלקטרונים סורק המשוכלל בארץ, בעלות של 1.3 מיליון דולר. דיקן הפקולטה למדע ולהנדסה של חומרים, פרופסור וויין קפלן, אמר כי מדובר בתרומה גדולה לתהליך הלמידה בכל הרמות, וכי המיקרוסקופ ישרת את כל החוקרים בארץ, כמו גם את עובדי התעשיה עתירת הידע.

המיקרוסקופ הוא בעל גלאים משוכללים המאפשרים לא רק הפרדה טובה ביותר, אלא גם קבלת מידע ישיר על הרכב החומר והפגמים בו. יש לו תנור שהטמפרטורות בו מגיעות עד 1100 מעלות צלזיוס, דבר המאפשר לחוקר לעשות בתוכו תהליך ייצור ולאפיין אותו בוודאות, בלי צורך בניחוש. כך, למשל, הוא יכול לראות את תהליך ההתמצקות בתוך המיקרוסקופ, או לעקוב אחר שכבות של חומרים שאינן יציבות ובמשך הזמן מתפרקות. “בעזרת המיקרוסקופ החדיש אנו יכולים לעקוב אחר התהליך ולדעת כיצד למנוע את הפירוק או כיצד לנצל אותו”, מדגיש פרופסור קפלן. “כך פיתחנו, ביחד עם פרופסור גדי אייזנשטיין  מהפקולטה להנדסת חשמל, זכרונות חדשים עם יציבות ותחום עבודה שלא קיימים כיום, והם מבוססים על חלקיקי פלטינום זעירים בגודל של 4-5 ננומטר. אנו מייצרים את החלקיקים הללו בגודל ובצורה הרצויים לנו, על ידי כך שאנו עוקבים אחרי תהליך ההתפרקות של שכבה רציפה בתוך המיקרוסקופ. זה נותן לנו קריטריונים להנדסה שלא היו בידינו עד כה”.

ד”ר אלכס ברנר ומיכאל קלינה אחראים על התיפעול וההדרכה של המיקרוסקופ המשוכלל, המהווה חלק מהמרכז המשוכלל למיקרוסקופית אלקטרונים של הטכניון.

בתמונה: חונכים את המיקרוסקופ החדיש. מימין לשמאל: חתן פרס נובל בכימיה, פרופסור דן שכטמן, המשנה לנשיא הטכניון למחקר, פרופסור עודד שמואלי ופרופסור וויין קפלן. צילם: יואב בכר, דוברות הטכניון

הגילוי התפרסם בכתב העת המדעי היוקרתי Nature Materials

חוקרי הטכניון גילו כי כליאת אור בשכבות דקות של תחמוצת ברזל (“חלודה”) יכולה להביא לפירוק מים ויצירת דלקים סולריים. הגילוי שלהם התפרסם בכתב העת המדעי היוקרתי  Nature Materials.

“הטמעת טכנולוגיות אנרגיה ממקורות מתחדשים וברי-קיימא (“אנרגיה ירוקה”) כמרכיב משמעותי במשק האנרגיה דורשת מציאת דרכים זולות ויעילות לאגירת אנרגיה ואספקתה בזמן ובמקום הדרושים” מסביר פרופסור אבנר רוטשילד מהפקולטה למדע והנדסה של חומרים. “אחת הדרכים לאגירת אנרגיית השמש היא פירוק מים, באמצעות פוטו-אלקטרוליזה, ויצירת מימן וחמצן. המימן הנוצר בתהליך זה יכול לשמש כדלק אותו ניתן להמיר לחשמל באמצעות תאי דלק בתהליך נקי ו”ידידותי” לסביבה. לחילופין, ניתן להשתמש בו כחומר גלם ליצירת דלקים נוזליים באמצעות שילובו עם פחמן דו-חמצני או שאריות צמחים (ביו-מסה). הדלקים המופקים בשיטה זו מכונים דלקים סולריים והם עשויים להוות תחליף לנפט ודלקים אחרים הנכרים מבטן האדמה (דלקים פוסיליים). בניגוד לדלקים הפוסיליים, הדלקים הסולריים מופקים ממקורות מתחדשים והם אינם גורמים לעליה בריכוז הפחמן הדו-חמצני באטמוספירה. האתגר הגדול העומד בפני המעבר המתבקש מדלקים פוסיליים ההולכים ומתדלדלים ומשפיעים לרעה על הסביבה לדלקים סולריים נקיים וברי-קיימא כרוך בפיתוח טכנולוגיות חדשות לייצור זול ויעיל שלהם”.

חוקרי הטכניון פיתחו דרך חדשנית לביצוע פוטו-אלקטרוליזה של מים באמצעות שכבות דקות, בעובי של כ- 20 עד 30 ננומטר (ננומטר: אחד חלקי מיליארד של מטר), של תחמוצת ברזל (Fe₂O₃). תחמוצת ברזל היא חומר מוליך למחצה המהווה מרכיב עיקרי בחלודה. ניתן להפיקה מעפרות ברזל נפוצות באופן פשוט וזול. בניגוד לרוב המכריע של החומרים המוליכים למחצה מהם מייצרים תאים סולריים, תחמוצת ברזל יציבה במים והיא אף מסוגלת לפרק את המים לחמצן ומימן מבלי לשנות את הרכבה ותכונותיה. לכן, היא המועמדת המרכזית לפיתוח תאים פוטו-אלקטרוכימיים לפירוק מים באמצעות אנרגיית השמש. אולם, בשל הפער הגדול בין מרחק הבליעה הגדול של האור בתחמוצת ברזל ומרחק התנועה הקטן של נושאי המטען הנוצרים עקב בליעת האור בחומר, קשה לפתח פוטו-אלקטרודות מתחמוצת ברזל בעלות יעילות אנרגטית גבוהה.

חן דותן, משתלם לתואר דוקטור בהנחייתו של פרופסור רוטשילד, מצא כי ניתן להתגבר על בעיה זו על ידי כליאת האור בשכבות דקות של תחמוצת ברזל באופן המגביר משמעותית את יעילות הבליעה בהן. הגברת הבליעה מתאפשרת בשל התאבכות בונה של גלי האור הפוגעים בשכבה ומתקדמים בה קדימה וגלי האור המוחזרים אחורה בהגיעם לקצה הנגדי (האחורי) של השכבה שם הם פוגשים מראה המחזירה את האור לאחור, בחזרה לשכבה. בעזרת עופר כפיר, משתלם לתואר דוקטור בקבוצת המחקר של פרופסור אורן כהן מהפקולטה לפיסיקה בטכניון, ומשתלמים אחרים בקבוצת המחקר של פרופסור רוטשילד, חן פיתח ושכלל את השיטה ויצר פוטו-אלקטרודות משכבות דקות של תחמוצת ברזל על גבי מצע זכוכית מצופה בחומר מחזיר אור העשוי מסגסוגת כסף-זהב. סגסוגת זו, אשר פותחה על ידי המשתלמים אלעד שרלין ואושרי בלנק מקבוצת המחקר של פרופסור רוטשילד, ייחודית בכך שהיא משלבת החזרה כמעט מלאה של האור (באורכי גל בתחום הנראה) ושמירה על יציבות לאורך זמן. האלקטרודות הללו השיגו יעילות גבוהה המתבטאת בקצב פירוק מים ויצירת חמצן ומימן גבוה מכל הדיווחים הקודמים על אלקטרודות מתחמוצת ברזל.

המחקר פותח אופקים חדשים לתכנון וייצור תאים פוטו-אלקטרוכימיים בעלי מבנה פשוט וחכם באמצעותו ניתן להתגבר על מגבלות החומר ולהשיג יעילות בליעה גבוהה בד בבד עם יעילות קוונטית גבוהה המאפשרת השגת הספקים גבוהים. כליאת האור בשכבות דקות כל כך, בעובי של כמה עשרות ננומטרים, מהווה פריצת דרך חשובה אשר עשויה לאפשר פיתוח תאים סולריים בעלי יעילות גבוהה מחומרים מוליכים למחצה זולים ונפוצים, כדוגמת תחמוצת ברזל. ניתן לשלב את התאים הפוטו-אלקטרוכימיים שפותחו ויוצרו בטכניון יחד עם תאים פוטו-וולטאיים, כמו למשל תאי סיליקון המותקנים בהיקפים הולכים וגדלים בארץ ובעולם, על מנת להפיק חשמל ומימן בשעות בהן השמש זורחת. את המימן ניתן לאגור לשימוש בשעות החשיכה או, לחילופין, להמירו לדלקים סינטטיים. בנוסף, כליאת אור בשכבות דקות כל כך מאפשרת הפחתה ניכרת של כמות החומר הדרוש לייצור תאים פוטו-וולטאיים מדור שני. תאים אלו בנויים מתרכובות מוליכות למחצה המכילות יסודות נדירים כגון טלוריום (ב- CdTe) או אינדיום (ב- CuIn_1-xGa_xSe₂ או בקיצור CIGS), דבר המגביל את יישומם בהיקפים גדולים. השיטה שפותחה בטכניון מאפשר להקטין את עובי השכבה, ואת כמות החומר הדרוש לבנייתה, בעשרות אחוזים (עד כדי 95%, לפי הערכת החוקרים) מבלי להפחית ביעילות בליעת האור בשכבה. כך ניתן להקטין את עלויות הייצור של תאים אלו, מבלי לאבד מיעילותם, ולהפכם לתחרותיים יותר.

המחקר מתבצע כולו בטכניון, במעבדה לחומרים והתקנים אלקטרו-קרמיים בפקולטה למדע והנדסה של חומרים בשיתוף עם המעבדה לייצור ואפיון תאים סולריים במרכז זיסאפל למיקרו- וננו-אלקטרוניקה. מעבדות אלו הוקמו בעזרת המכון לננוטכנולוגיה ע”ש ראסל ברי (RBNI) ותכנית אנרגיה ע”ש גרנד של הטכניון (GTEP). המחקר מומן בעבר על ידי תכנית המחקר של האיחוד האירופאי (FP7) וכיום הוא ממומן על ידי תכנית מרכזי המצוינות של הוועדה לתכנון ותקצוב והקרן הלאומית למדע, ותכנית קמין לקידום מחקר יישומי נבחר מטעם משרד התמ”ת.

בתמונה: תא פוטו-אלקטרוכימי בפעולה: כליאת אור בשכבות דקות של תחמוצת ברזל (חלודה) גורמת לפירוק מים ויצירת בועות של מימן וחמצן. צילמה: מורן גרוס, דוברות הטכניון

פרופסור מארק סייקי מקורנל, מומחה עולמי בתחום ה-GPS, הציג שיטות חדשות למניעת שיבושים במערכות הניווט הלווייניות * “המכשירים המשבשים את פעילותן של מערכות GNSS נמכרים כיום תמורת 50 דולר ופחות מכך”

“מערך הניווט הלוויני GNSS, הדור הבא של מערכות ה-GPS, נתון למתקפה הולכת וגוברת של גורמים המנסים לחבל בפעולתו. פעילותם של גורמים אלה מהווה איום ממשי בעולם התעופה.” כך אמר פרופסור מארק סייקי מאוניברסיטת קורנל בכנס שערכה הפקולטה להנדסת אוירונוטיקה וחלל בטכניון לזכרו של פרופסור יצחק בר-יצחק ז”ל, איש הפקולטה.

“המכשירים המשבשים את פעילותן של מערכות GNSS נמכרים כיום תמורת 50 דולר ופחות מזה,” אמר סייקי. “רבים מן המשתמשים במכשירים בלתי חוקיים אלה הם מבריחים וגנבי רכב, המבקשים למנוע את איתורם על ידי רשויות החוק. תוצר הלוואי המסוכן של פעילות עבריינית זו היא שיבוש פוטנציאלי של מערכות הניווט המשמשות פקחי טייס. בדיקה שנערכה בנמל התעופה ניוארק בניו ג’רסי מגלה כי מדי יום עוברים בקרבת הנמל עשרות מכשירי שיבוש כאלה, וכל אחד מהם עלול לגרום תאונה קטלנית.”

פרופסור סייקי הבחין בהרצאתו בין שני סוגים של מכשירי שיבוש כאלה – Jammers  ו-Spoofers. לדבריו, הסוג השני מסוכן יותר, שכן הוא משבש את פעילותן של מערכות הניווט בלי שהמשתמשים בהן יהיו מודעים לשיבוש. לדוגמה, באמצעות ‘ספופינג’ ניתן לגרום לטייס-מסוק שיאמין שהוא מתרומם בשעה שלמעשה הוא מאבד גובה. תגובה של טייס כזה – ניסיון לרדת – עשויה להסתיים בהתרסקות לקרקע. סייקי הדגיש כי מכשירי-השיבוש פועלים כיום לטווח של כשמונה קילומטרים, וכי החשש הגדול ביותר של רשויות התעופה בארה”ב הינו מחטיפה בסגנון אירועי  ה-11 בספטמבר. הוא גם הציג פתרונות אפשריים לבעיה, ביניהם רשת של מאתרי-משבשים, המבוססת על תוכנות שיותקנו במכשירי סלולר.  “אני משער שרובם של משבשי האותות הם עברייני הברחות, כך שהמאבק בהם יועיל לא רק לעולם התעופה אלא לפעילותן האפקטיבית של רשויות החוק.”

בכנס הבינלאומי, שנערך בחסות הפקולטה להנדסת אווירונוטיקה וחלל בטכניון והאיגוד הישראלי לבקרה אוטומטית (איב”א), השתתפו עשרות מומחים מ-21 מדינות, שדנו בתחומים של שיערוך, ניווט ובקרת חלליות.

ד”ר שרית סיון מהפקולטה להנדסה ביו-רפואית בטכניון קיבלה את פרס מארי-קירי היוקרתי על עבודתה החדשנית בתחום של ביו-חומרים לשחזור פעילות של דיסקים בעמוד השדרה. הפרס הוענק לה במסגרת הכנס הבינלאומי People2012, והוא ניתן  ע”י האיחוד האירופאי במטרה לעודד מחקר וחדשנות בתחומים של בריאות וסביבה.

דיסקים בין-חולייתיים הם המפרקים של עמוד השדרה. הם נמצאים בין החוליות של עמוד השדרה ותפקידם העיקרי הוא ביומכני, שכן הם אחראיים על העברה וחלוקה של עומסים על עמוד השדרה ומאפשרים את התנועתיות שלו. הדיסק מורכב משני אזורים עיקריים, האנולוס –זוהי טבעת עבה של קולגן המקיפה ליבה המכונה נוקלאוס. מרכיבי הדיסק העיקריים כוללים חלבונים (הנקראים פרוטאוגליקנים), קולגן ומים. כאשר הדיסק מתחיל להתנוון, יש ירידה ברמת הפרוטאוגליקנים, המים והגובה של הדיסק – דבר הגורם לשינוי בחלוקת העומסים על הדיסק. ההתקרבות של החוליות וכן הכניסה של כלי דם ועצבים לתוך הדיסק מלווים בכאב, המחמיר עם התקדמות המחלה. הטיפולים המקובלים היום הם ניתוחיים, אך יעילותם לא מספקת במקרים רבים.

80% מהדיסקים המנוונים הם סימפטומטיים, כלומר – גורמים לכאב. כאבי גב הם בעיה קשה במדינות  מערביות מתועשות. 10% מהסובלים מן התופעה הופכים למוגבלים  באופן כרוני. ההנחה הרווחת שריפוי או שחזור פעילותם של דיסקים  ע”י השבת תפקודם הביומכני התקין תסייע במניעת כאבי גב והידדרות נוספת.

המאמצים הקיימים מתחלקים לריפוי ביולוגי וריפוי סינתטי. הריפוי הביולוגי מציע הזרקה של תאים ומעודדי גדילה לתוך הדיסק על מנת לעודד יצירה מחודשת של מרכיביו. גישה זו היא בעייתית שכן, עם התנוונות הדיסק, דרכי הגישה של מזון אל התאים ופסולת מהתאים נחסמת בשל תהליכי הסתיידות במבנה הדיסק ולכן תאים אלה יתקשו לשרוד. הגישה השנייה היא סינתטית, לא ביולוגית. המחשבה שעומדת בבסיסה הוא חיקוי תכונותיו הביומכניות של הדיסק ע”י חומרים סינתטיים הדומים לאלו הקיימים בדיסק. תחליפי הדיסק הקיימים היום כוללים תחליפים קשיחים המצריכים ניתוח לשם הכנסתם ויעילותם  מוטלת בספק. ישנם גם חומים רכים הנמצאים בפיתוח, אולם הכנסתם דורשת חתך באנולוס, דבר שגורם לפריצתם החוצה תחת עמיסה ממושכת.

במסגרת מילגת המחקר האירופאית על שם מארי קירי, פיתחה ד”ר סיון במהלך שהותה באוניברסיטת אוקספורד, חומרים פולימריים סינתטיים כתחליף לנוקלאוס של דיסקים בעמוד השדרה.

חומרים אלה דומים בתכונותיהם הכימיות לפרוטאוגליקנים שבדיסק ולכן רגישים לשינויים בעומסים בדומה לרקמת הדיסק. החומרים ניתנים להזרקה ולכן אינם מצריכים פעילות כירורגית ומשתלבים באופן טבעי לאחר מספר דקות בתוך הדיסק. חומרים אלה תואמים ביולוגית ומתוכננים כך שלא יעברו פירוק עם הזמן. המחר שבוצע מראה שחומרים אלה דומים בתכונותיהם לרקמה הטבעית של הדיסק מבחינת התגובה לעומסים שונים.

בשלב הבא מתכוונים החוקרים להשרות ניוון בדיסקים  של חיות מעבדה בעזרת מערכת מודל שפיתחו, לאתר את הדיסקים הכואבים באמצעים קיימים ולהזריק את החומרים החליפיים לדיסקים אלה. הצלחה תימדד ביכולתם של חומרים אלה לחקות את תפקודו הפיזיולוגי של הדיסק בתוך החיה תחת עומסים פיזיולוגיים שונים. כמו כן, תיבדק יכולתו של הדיסק החליפי במניעת ההידרדות, ולא פחות חשוב ביכולתו להפחית את כאבי הגב.

בתמונה: ד”ר שרית סיון