ננו טכנולוגיה: ”שמים חיידק בתוך שבב אלקטרוני ושואלים אותו: אתה מרגיש טוב?” ולפי תשובתו יודעים אם המים מורעלים

yosi-shacham

"זה נשמע כמו מדע בידיוני" פרופסור יוסי שחם (צילום: זאב גלילי)

פרופסור יוסי שחם מאוניברסיטת תל-אביב מפתח מכשיר שנועד לאתר במהירות פיגוע לא קובנציונאלי במאגרי מים * המכשיר מבוסס על שילוב בין חיידקים הרגישים לרעלים לבין מערכת ננואלקטרוניות * בשלבי פיתוח של מדעני הננו: תרופה שתפעל כטיל מונחה להשמדת תאים סרטניים * " אבל שמיכת התקציב למחקר מלאה חורים"

" תאר לך" , אומר לי פרופסור יוסי שחם, " שאתה קם בבוקר, מצחצח שיניים ומפעיל את מד הסרטן שלך. המכשיר מגלה שיש לך אירוע סרטני. אתה הולך לסופרמרקט, קונה תרופה ובולע. התרופה הזו היא בעצם טיל מונחה המשוטט בגופך, מאתר את התא הסרטני ומשמיד אותו" .

" זה נשמע כמו מדע בדיוני" , אומר פרופסור שחם, " אבל יש מחקר בנושא הזה במציאות וכבר רואים אור בקצה המנהרה. הרעיון של תרופה כטיל מונחה מבוסס על חיקוי המכניזמים הטבעיים הפועלים בגופנו. לגוף יש מכניזמים מאד מתוחכמים, לזהות את התאים המתפרעים ולרסן אותם.

" כיום, התרופות יורות לכל עבר, מחסלות המון תאים בריאים, תוך כדי פגיעה בתאים הסרטניים. השאלה היא מי ימות קודם, החולה או המחלה. בעתיד, שאולי איננו רחוק , יישלח אותו " טיל" אל עבר המוקד ויחסל את המחלה עוד בטרם התפתחה.

" הרעיון פשוט. אבל יש בעיה קטנה: איך בונים את ה"געשעפט". זה מזכיר את הבדיחה על אותה אישה שיעצה לאדמירליות הבריטית במלחמת העולם לפתור את בעיית הצוללות על ידי ייבוש הים. את הבעיה הטכנית השאירה לצי" .

בניגוד לבדיחה הזו כל הטכנולוגיות הדרושות למימוש הרעיון הזה קיימות כבר היום. אלה הן הטכנולוגיות של מדע המתפתח בצעדי ענק: ננו טכנולוגיה.

מהי ננוטכנולוגיה

" ננו זה מושג המבטא גודל. בחיי היומיום אנחנו מדברים על מטרים וסנטימטרים. המיקרואלקטרוניקה ציצמה את המערכות שאנו בונים למיליונית המטר. ננו יורד לממדים של אלפית המיליונית של המטר. או בלשון המדענים 10 בחזקת מינוס 9.

הננו טכנולוגיה הוא המדע היחיד ששמו נגזר מיחידת מידה. אין קילוטכנולוגיה או מילי טכנולוגיה אבל יש מדע ננו. הדבר נובע אולי מן האופי המהפכני של המדע הזה. בננו הגודל כן קובע.

פרופסור שחם החל דרכו המדעית במיקרו אלקטרוניקה, שהוא מדע המקשר בין מדע החמרים למדע המזעור. " בשביל לדעת איך לעשות את המזעור אתה צריך לשלוט גם בהנדסה וגם בכימיה וגם פיסיקה. זה מדע בינתחומי, שדורש מאנשים להיות טובים בתחומים רבים.

המעבר לננו הוא כאילו טבעי אך למעשה מהפכני.

" המיקרואלקטרוניקה עוסקת בפיסיקה. אל הננו התנקזו מדעים שפעם היו נפרדים: פיסיקה, כימיה, ביולוגיה, רפואה, מדעי המחשב ועוד. פעם היו על המגרש המדעי שחקנים שלכל אחד מהם צבע נפרד. היום כולם עובדים יחד.

אני אתה והלטאה

" מה זה ננו? תסתכל על עצמך. אני ואתה זה מערכות ננו שעובדות. אנחנו מורכבים מתאים. הכל עובד יחד בתזמון. כליה או לב אינם ננו מטריים. אבל המכניזמים הגורמים לכך שהעורק לא ייסתם הוא ננו מטרי. יש כל מיני מולקולות שמנקות את הצנרת, מסלקות את השומנים.

" הננוטכנולוגיה מעלה שאלות ומחפשת פתרונות לדברים שהיו פעם דמיוניים. למשל: איך אני יכול לתקן לב. תינוק נולד והלב שלו גדל. נוצרים תאים. וכך גם נוצרת היד של התינוק. בשלב מסויים התהליך הזה נעצר.

" אם תקצץ זנב ללטאה, הזנב גדל מחדש. אבל ככל שבעלי החיים יותר מורכבים התכונה הזו של הלטאה נעלמת. איך אני יכול לגרום למבנים הננו מטריים שעבדו כשהיינו תינוקות להתחיל מחדש לעבוד? או להפך. אם יש מחלות שבהם התאים מתפרעים אני רוצה להגיד להם: מספיק עד כאן.

" נקח את המוח שלנו. מה זה זיכרון? למה אתה זוכר דברים. למה אתה שוכח דברים? למה אם אתה משנן אתה זוכר? מה הם התהליכים שמתחוללים בתהליך המייצר זיכרון?

איך התפתח הננו

" התפתחות הננו טכנולוגיה היא תוצאה של שילוב בין כמה תהליכים. מחד, כוח מניע מאד חזק למזער דברים. מאידך, סקרנות אינסופית להבין דברים יותר קטנים. פיתוח הטרנזיסטור איפשר להכניס יותר שכל לממדים יותר קטנים. ואז יכולת לבנות מיקרוסקופים יותר מתוחכמים ומערכות טובות יותר לעיבוד מידע, ומחשבים חזקים יותר. מן הצד השני הביולוגים והביוכימאים הצליחו להבין יותר טוב איך לעשות מולקולות ואיך מולקולות עובדות.

" במקביל התפתח הידע הטכנולוגי שהצטבר בחמישים השנים האחרונות. היום אתה קונה פנטיום באינטל שמייצרים בקרית גת. יש שם ארבעים חמישים מיליון טרנזיסטורים. המחשב עולה לך אלף דולר. תבדוק ויתברר לך כי כל מסמר ברזל פשוט עולה לך פי אלף יותר מטרנזיסטור. קח פלאפון. יש פה מערכות שידור, מערכות אלקטרוניקה וכוח חישוב גדולים יותר ממה שהיה לחללית שנחתה על הירח" .

לגלות רעל במים

חלום הבלהות של שרותי הביטחון בכל העולם הוא פיגוע לא קונבנציונאלי במאגרי מים. קיימים בעולם כ-2500 רעלים ידועים. וכל כימאי טוב יכול לסנתז רעל חדש.

צוות המדענים, שבראשו עומד פרופסור שחם (בשיתוף עם האוניברסיטה העברית, צה"ל ומשרד הבריאות), נטל על עצמו לפתח מערכת שתאתר במהירות קיומם של רעלים במים. המהירות בה מדובר היא בסדר גודל של דקות ורמת המהימנות חייבת להיות מוחלטת. הנזק שעלול להיגרם מפאניקה ציבורית כתוצאה מאזהרת שווא עלול להיות חמור.

ללמוד מן החיידקים

איך פותרים בעיה כזו?

סיפר פרופסור שחם, בכנס על מדע טכנולוגיה ובטחון שנערך באוניברסיטת תל-אביב: " אני בא מן הדיסציפלינה של הנדסת חשמל, פיסיקה של המצב המוצק מיקרואלקטרוניקה. אבל הפתרון נמצא בעולם החיידקים ולכן נדרש שיתוף פעולה בינינו לבין פרופסור שמשון בלקין, ביולוג מן האוניברסיטה העברית בירושלים" .

מדוע חיידקים?

" כי החיידקים חיים במעבדה הגדולה ביותר בעולם – הטבע. המעבדה הזו כבר עובדת מאות מיליוני שנים. והאבולוציה של החיידקים גרמה לכך שאלה ששרדו עד ימינו יכולים לזהות כל רעל שנמצא במים ולהתגונן מפניו.

" מה שאנחנו צריכים לעשות הוא לתת לחיידק לטעום מן המים החשודים ולשאול אותו: "האם אתה מרגיש רע?" ואם התשובה חיובית אנחנו יודעים שהמים רעילים" .

אך החיידק המצוי איננו דובר עברית כידוע, וגם קשה להעלות על הדעת שכל חייל ישא בתרמילו דג או כמה חיידקים. אבל הננוטכנולוגיה יכולה להידבר עם החיידק ולהבין את שפתו. במילים אחרות: לבנות מכשיר שיזהיר אותנו מפני הרעילות במים. מכשיר כזה כבר נמצא בתהליכי פיתוח מתקדמים ונרשמים עליו כעשרים פטנטים. מדינת ישראל היא המדינה היחידה בעולם שפיתחה מכשיר כזה. גודלו אינו עולה על מחשב כף יד והוא מסוגל לאתר רעילות במים, בלי לדעת את סוג הרעל.

חיידק בתוך שבב

לבו של המכשיר הוא שבב חכם מאד, בגודל סנטימטר מרובע. לבו של השבב הוא חיידק מהונדס גנטית כך שייתן תגובה דומה לתגובת אדם ברגע שהוא חש רעל. מגע עם רעל יוצר בגוף ביאולוגי תהליכים גנטיים. יש גנים ש"מרגישים רע" ויש גנים שזוהרים.

זהו הצ'יפ שבתוכו החיידק המגלה את  הרעל במים. (צילום: זאב גלילי)

זהו הצ'יפ שבתוכו החיידק המגלה את הרעל במים. (צילום: זאב גלילי)

" הכנסנו את הגנים הללו לחיידקים ואת אלה שמנו בתוך השבב.

על מנת שנדע מתי החיידק "חש ברע" יש לחבר אותו למערכת

ננואלקטרונית. המערכת הזו כוללת משאבות ממוזרעות; אינסטלציה המעבירה את המים החשודים כרעילים; מערכת לבדיקת טמפרטורה; מעגלים לוגיים; מעגלי החלטה; מיליוני טרנזיסטורים. ובסך הכל : מערכות חישוביות שלוקחות את כל הפרמטרים מן החיידקים למערכות החלטה וגם למערכת תקשורת לוויינית וסלולרית.

" כיום" , אומר פרופסור שחם, " אנחנו יכולים לגלות רעל תוך שלושים דקות. אנחנו מאמינים שנוכל להגיע לעשר דקות" .

ומה שלום החיידקים שבתוך השבבים? כיצד הם מתקיימים בתוך העולם המהונדס של בני האדם? שחם וציוותו כבר הגיעו לפיתוחים המאפשרים לשמור על חיידקים כאלה שבתוך השבב משך שנה שלמה בפריזר בייתי רגיל. בתנאי שדה מתקיימים החיידקים כשלושה חדשים ואחר כך כל מה שיש לעשות הוא להחליף את השבב.

נקודה ארכימדית

המוח הישראלי כבר קנה לעצמו מוניטין בעולם בתחום ההיי טק.

האם יוכל המדע החדש לשמש נקודת תנופה ארכימדית למדינת ישראל הקטנה? כן, אבל.

פרופסור שחם: " לצערי אנחנו נמצאים בפיגור הולך וגדל ביחס לעולם בנושאים של ננו מדע וננו טכנולוגיה. וזאת בגלל הקיצוץ במימון.

" פרופסור זיו, ראש האקדמיה למדעים, הצליח להשיג במאמצים מרובים מימון של חמישה מיליון דולר בשנה לננו בארץ. אני השגתי ממקורות שונים בעולם יותר כספים רק לעצמי. והוא צריך לטפל במאתיים חוקרים בארץ.

" כולם מדברים על היי טק ושוכחים שאת ההייטק מייצרת האוניברסיטה. ישראל לא הייתה היי טק לולא היו אנשים שלמדו באוניברסיטאות.

" אני עושה שמיניות באוויר כדי לקבל דוקטורנטים שיישארו כאן. שלא יסעו מכאן לסטנפורד ולכל מיני מקומות. אבל אני מרגיש כמו אחד שמחזיק שמיכה מלאה חורים.

" דוקטורט מייצר ידע והידע נשאר בסביבה שבה הוא גדל. לא לחינם סטנפורד וברקלי יצרו את עמק הסיליקון. ו-MIT זה ליד בוסטון. יש סינרגטיות בין מוסדות אקדמיים והצלחה כלכלית. ובמקומות כאלה גם מדעי הרוח מתפתחים יותר. המון זמן לוקח לבנות אקדמיה, תעשיה וחברה שמתפקדים בצורה טובה. אפשר להרוס אותם בשנה שנתיים. ברגע שפוליטיקאים פוגעים בעצמאות של האוניברסיטה זה תחילת הסוף. באוסטרליה נהרסו אוניברסיטאות לפני עשר שנים בגלל פעילותם של פוליטיקאים. ועכשיו יש שם ועדת חקירה.

האב חרדי, האם רופאה שמאלנית

פרופסור יוסי שחם נולד לפני 52 שנים למשפחה יוצאת דופן. הוריו היו מראשוני קבוצת אושה שבעמק זבולון. האב היה יהודי חרדי, איש אגודת ישראל, שהגיע לארץ מטרנסילבניה בעזרת הרבי מגור. האם רופאה מוינה שהייתה " יותר שמאלנית משמאלנית" . ביום כיפור היה האב לובש לבן והולך לבית הכנסת והאם הייתה מבשלת ארוחות בבית. האם הייתה מתרוצצת בין הכפרים בגליל ומגישה סיוע לכפריים הערביים. האב היה טיפוס של " פייטר" שלחם בצבא הבריטי (וקיבל אות הצטיינות) ולחם במלחמת השחרור. נפצע פעמים רבות. נשלח לארצות הברית בגלל שחפת שלקה בה. בגיל מאוחר החל ללמוד רפואה " בלי שהייתה לו תעודת גמר אפילו של גן ילדים" .

בהיותו בן 3 עברו הוריו של פרופסור שחם לרעננה. כאן בילה את ילדותו ונעוריו. סיים תיכון ברעננה במחזור ממנו יצאו שלושה פרופסורים חברת כנסת ומנהל בכיר בבנק. סיים תיכון בגיל שש עשרה וחצי והחל ללמוד באוניברסיטת תל אביב – מתמטיקה פיסיקה וכימיה. התגייס לצבא במלחמת ההתשה שרת במלחמת יום הכיפורים בצו 8. יומיים לאחר שחרורו החל ללמוד בטכניון. עשה תואר שני ושלישי בהנדסת חשמל ואלקטרוניקה. עשה כמה שנים בארצות הברית חזר לארץ והקים באוניברסיטת תל-אביב את מרכז המחקר למיקרוטכנולוגיה שהפך למרכז לננו טכנולוגיה.

"תדיראן יכולה היתה להיות נוקיה"

" לפני עשרים שנה "תדיראן" פיתחה בארץ עבור הצבא טכנולוגיה חדשנית. הם עשו משהו שהיה אבי אבות הטלפון הסלולארי. הם מכרו לחוץ לארץ את הפיתוח הזה, בשביל כמה מאות אלפי דולרים, כי חשבו שלא ייצא מזה כלום.

" תאר לעצמך שמישהו היה אומר אז שהטכנולוגיה של הטלפון הסלולארי שייכת לישראל ומקים פה את "נוקיה"."

התרופות שבצנרת

פרופסור רימונה מרגלית מאוניברסיטת תל-אביב בנתה מכניזם ננומטרי שיודע לזהות סרטן שד ולהתביית עליו. הוא זורם בגוף ואם הוא מגלה תא סרטני הוא נצמד אליו. השלב הבא יהיה להצמיד אליו תרופה וניצרה.

 

טילי ננו תוקפים וירוס (באדיבות פרופסור יוסי שחם)

פרופסור אריה אורנשטיין מאוניברסיטת תל-אביב והמכון לרפואה מתקדמת בבית חולים שיבא מפתח תרופה שנכנסת לגוף, מזהה סרטן עור ומתלבשת עליו. לתרופה הזו מצמידים כמות קטנה של רעל וניצרה. בולעים את התרופה ואחרי כמה שעות מאירים את שטח העור במנורה כחולה שמשחררת את הניצרה והורגת את התא. המערכת הזו נמצאת בשלב של ניסויים קליניים.

"פעם" ,מספר פרופסור שחם, " הלכתי לשם לשעתיים וביליתי חצי יום. בגילי אני כבר מעוניין בזה אישית.אמרתי להם שימהרו" .

 


פורסם בקטגוריה מדע, ננו טכנולוגיה, עם התגים , , , , . אפשר להגיע לכאן עם קישור ישיר.

5 תגובות בנושא ננו טכנולוגיה: ”שמים חיידק בתוך שבב אלקטרוני ושואלים אותו: אתה מרגיש טוב?” ולפי תשובתו יודעים אם המים מורעלים

  1. פינגבאק: מדוע אין מקום לזקנים בארץ ישראל | היגיון בשיגעון

  2. פינגבאק: פרס נובל – יהודים מול העולם | היגיון בשיגעון

  3. מאת ירון שפיגל‏:

    תודה על הכתבה המעניינת המפשטת ומסבירה מהי ננוטכנולוגיה.
    אודה לך אם תשלח לי סרטונים /קישורים המציגים את הפיתוחים בצורה ויזואלית בתחום הרפואי.
    תודה ירון

  4. פינגבאק: הרובוט הנאנומטרי שיביס את הסרטן | היגיון בשיגעון

השאר תגובה