מבודד אופטי ראשון מסוגו פותח על ידי פרופ' טל כרמון מהפקולטה להנדסת מכונות בטכניון. המבודד בולע אור שנכנס אליו מכיוון אחר ופולט את האור הנכנס מהכיוון המנוגד. הפיתוח פורסם בכתב העת היוקרתי Nature

פרופ' טל כרמון

חוקרים בטכניון בנו מבודד אופטי ראשון מסוגו, המבוסס על הדהוד של גלי אור בכדור זכוכית המסתובב במהירות. זהו ההתקן הפוטוני הראשון שבו אור המתקדם בכיוונים מנוגדים נע במהירויות שונות. הפיתוח פורסם בכתב העת היוקרתי Nature.

לדברי פרופ' טל כרמון, שהוביל את המחקר, "פיתחנו כאן מבודד פוטוני יעיל מאוד המצליח לבודד 99.6% מהאור. המשמעות היא שאם נשלח 1,000 חלקיקי אור, ההתקן יבודד כהלכה 996 פוטונים ויפספס רק 4. יעילות בידוד כזו נדרשת בהתקני תקשורת אופטית קוונטית. המבודד שפיתחנו כאן ממלא כמה דרישות חיוניות נוספות: הוא פועל היטב גם כשהאור מגיע בו זמנית משני הכוונים, הוא תואם לסיבים אופטיים סטנדרטיים, הוא ניתן למזעור והוא אינו משנה את צבעו של האור."

קצת רקע:

שחייה במורד הנהר מהירה יותר משחייה במעלה הנהר. רכיבה על אופניים כשהרוח בגבנו מהירה יותר מרכיבה נגד הרוח.

מתברר שגם האור משנה את מהירותו כתוצאה מ"רוח גבית" או מ"שחייה נגד הזרם", כלומר כתוצאה מתנועת התווך שבו הוא נע. מהירות האור מושפעת ממהירות התווך.

ד"ר שי מעייני

כבר בבית הספר התיכון אנו לומדים שמהירות האור מושפעת מסוג התווך – החומר שבתוכו נע האור. מהירות האור בזכוכית, למשל, איטית ממהירותו באוויר. עוד לומדים בתיכון ששתי אלומות אור המתקדמות בכיוונים מנוגדים בזכוכית, או בכל חומר אחר, יתקדמו באותה מהירות. "בלימודים בטכניון למדתי גם שמהירות האור תלויה במהירות התווך שבו הוא נע," אומר פרופ' כרמון. "ממש כמו השחיין בנהר, מהירות האור נגד תנועת התווך איטית ממהירותו עם תנועת התווך."

על תופעה זו הצביע כבר ב-1849 המדען הצרפתי ארמנד פׅיזוֹ (Fizeau). הוא הראה שבדומה למהירות השחיין בנחל, מהירות האור במורד הזרם גבוהה ממהירות האור במעלה הזרם. הגילוי של פיזו השפיע מאוד על פיתוחה של תורת היחסות הפרטית על ידי אלברט איינשטיין.

הגרר שמפעיל החומר הנא על האור, שנקרא גם גרר-פיזו, עשוי להוביל ליישומים משמעותיים באופטיקה ובמחשוב. זאת משום שהאטה והאצה של האור באמצעות תנועת התווך יכולות לייצר מבודד אופטי – התקן שבו האור הנכנס מצד אחד נבלע והאור הנכנס מצד שני עובר. למרות  שמהירות האור בתווך היא התכונה הבסיסית ביותר שנובעת מתגובת הגומלין בין אור לחומר, עד כה לא נבנה התקן פוטוני שבו אלומות מנוגדות של אור מתקדמות במהירויות שונות.

כעת, לראשונה, הצליחו חוקרי הטכניון לבנות מבודד המבוסס על מהירויות אור שונות לאלומות המתקדמות בכוונים מנוגדים. מדובר בהתקן אופטי כדורי המסתובב במהירות גבוהה. לתוך ההתקן משוגרות אלומות אור משני כיוונים מנוגדים. האור שמגיע מימין מסתובב בהיקף הכדור עם כיוון סיבוב הכדור; האור שמגיע משמאל מסתובב נגד כיוון הסיבוב ולכן נע במהירות נמוכה יותר. אפשר לומר שהאור נגרר עם ההתקן.

רפי דהן

ההתקן החדשני מהווה מבודד אופטי – הוא מעביר אור המגיע מצד שמאל ומכבה אור המגיע מצד ימין. לדברי פרופ' כרמון, "הבסיס הפיזיקלי של ההתקן, בנוסף לגרר המופעל על האור, הוא מהוד – מקום שגלי האור מהדהדים בו. האור המהדהד מסתובב בתוך הכדור אלפי פעמים עד שהוא נבלע. לעומת זאת, אור שאינו מהדהד חולף דרך ההתקן כמעט ללא הפרעה. במילים אחרות, האור הנע עם ההתקן מהדהד וכבה, והאור הנע כנגד ההתקן ממשיך הלאה ללא הפרעה."

ההתקן נבנה בבית המלאכה לניפוח זכוכית בטכניון ממוט זכוכית שקצהו הותך לכדור ברדיוס של מילימטר. מקור האור הוא סיב אופטי דקיק, בקוטר מאית מעובי שערה, הנמצא במרחק של ננומטרים ספורים מהכדור. הכדור, שהוא המהוד, מסתובב במהירות עצומה – שפת הכדור נעה במהירות של כ-300 קמ"ש – והאור המגיע מהסיב מסתובב בתוכו אלפי פעמים.

אחד האתגרים ההנדסיים שניצבו בפני קבוצת המחקר היה שימור מרחק מזערי קבוע בין הסיב (מקור האור) למהוד הכדורי. "שמירה על מרחק מדויק היא אתגר מסובך גם אם ההתקן אינו נע, והיא אתגר הרבה יותר מסובך כשמדובר בכדור שמסתובב במהירות עצומה. לכן חיפשנו דרך שתכריח את הסיב לנוע יחד עם הכדור למרות העובדה שהסיב והכדור אינם מחוברים. בסופו של דבר מצאנו דרך לעשות זאת: הסיב מרחף על הרוח שיוצר סיבוב הכדור. כך, אם ההתקן רועד – ובגלל הסיבוב המהיר הוא רועד בהכרח – הסיב ירעד יחד עם הכדור המסתובב והמרחק ביניהם יישמר."

לדברי פרופ' כרמון, "אנחנו מקווים שסללנו כאן דרך לסוג חדש של התקנים אופטו-מכניים המבוססים על כוחות אופייניים למרחקים ננומטרים. הכוחות הפועלים במרחקים אלה הם כוחות קזימיר וכוחות ואן דר ואלס – כוחות חזקים מאוד, שמקורם באפקטים קוונטים, שעד כה כמעט שלא נעשה בהם שימוש בהתקנים מכניים בכלל ובמהודים בפרט. לאחרונה הדגמנו לראשונה סוג חדש של לייזר שבו גלי מים גורמים לפליטת האור; עוד הדגמנו, בפעם הראשונה, מיקרו לייזר שבו גל אקוסטי גורם לפליטת האור. יתכן בעתיד נוכל ליצור במהודים החדשים לייזרים המבוססים על כוחות קזימיר וכוחות ואן דר ואלס."

את המחקר הוביל פרופ' כרמון עם קבוצת המחקר שלו ועם שותפיהם בקולג' לאופטיקה ופוטוניקה (CREOL). את הניסוי ערכו רפי דהן, שהיה אז סטודנט לתואר שני, וד"ר שי מעייני. ד"ר מעייני נמצא כיום בפוסט-דוקטורט ב-MIT, שם הוא מפתח סיבים אופטיים חדשניים בהנחייתו של בוגר הטכניון פרופ' יואל פינק. ד"ר מעייני בחר בתחום מחקר זה, שהוגדר כצורך אסטרטגי של ישראל, מתוך רצון לחזור לישראל כחבר סגל בתום הפוסט-דוקטורט. פרופ' כרמון מדגיש כי חמשת המחברים הראשונים של המאמר הם אנשי הפקולטה להנדסת מכונות בטכניון, בכללם יורי קליגרמן ואדוארד מוזס, שביצעו את החישובים.

במחקר תמכו מרכז המצוינות I-CORE,  "מעגל האור" ומשרד המדע, הטכנולוגיה והחלל.

מערכת הניסוי: הכדור שבקצה המוט מסתובב במהירות בקרבת מקור האור – הסיב האופקי שנראה ברקע. אור המגיע מצד ימין של הסיב מועבר, בעוד האור המגיע משמאל נחסם. למטה: המנוע המסובב את הכדור.

בתמונה אפשר לראות את הסיב (מעגל ריק), את שפת הכדור המסתובב (למטה באפור), וביניהם את זרימת הרוח שעליה מרחף הסיב. הסיב מרחף מעל הכדור תוך שמירת מרחק של עשרות ננומטרים בודדים.

חוקרים בטכניון ובאוניברסיטת תל אביב פיתחו פלטפורמה חדשה להטענת תרופות ולהסעתן לאתר היעד בגוף

פרופ’ גלעד יוסיפון

חוקרים בטכניון ובאוניברסיטת תל אביב פיתחו שיטה חדשנית לטעינה ופריקה יעילה של חלקיקים ננומטריים על גבי פלטפורמה ניידת זעירה. לפלטפורמה המיקרונית החדשה המתפקדת כמעין רובוט זעיר (microbot) יש יישומים פוטנציאליים רבים ובהם העברת תרופות בתוך הגוף, ניקוי חללים אנטומיים שאי אפשר להגיע אליהם בדרך אחרת, אנליזה מיידית של דגימות ביולוגיות, בנייה של מבנים בגישה של bottom-up ויצירת רכיבים של רובוטיקה רכה.

את המחקר שהתפרסם ב-Nature Communications הוביל ראש המעבדה להתקני מיקרו וננו-זרימה בפקולטה להנדסת מכונות בטכניון, פרופ’ גלעד יוסיפון, בשיתוף עם פרופ’ טוביה מילוא מאוניברסיטת תל אביב במסגרת עבודת הדוקטורט של ד”ר אליסיה בוימלגרין.

השיטה המוצגת במחקר הנוכחי היא label-free, כלומר היא אינה מצריכה סימון מראש של המטענים. ההעמסה והפריקה מבוצעות באמצעות שדה חשמלי חיצוני לגוף (dielectrophoresis). יתר על כן, השליטה בתדירות השדה החשמלי מאפשרת לבצע את ההעמסה והפריקה באופן סלקטיבי ודינמי, כלומר להעמיס ולפרוק בעת ובעונה אחת חלקיקים שונים על פי ההרכב הרצוי באותו שלב.

העברת תרופות אל היעד המדויק בגוף מעסיקה קבוצות מחקר רבות ברחבי העולם. זאת משום שניווט מדויק של התרופה ליעד ושחרורה בתוכו חיוניים לשיפור יעילות הטיפול, להפחתת מינון התרופה ולצמצום תופעות הלוואי שלה. עם זאת, השיטות הקיימות להעברת תרופות מוגבלות בהיבטים רבים הפוגמים ביעילותן. לכן פותחו שיטות המייתרות את השימוש בדלק ושואבות אנרגיה ממקור חיצוני, כגון שדות חשמליים ומגנטיים החודרים מבחוץ דרך רקמות הגוף. אולם גם לשיטות אלה חסרונות שונים הקשורים בצורך לסמן את המטען באופן מגנטי או ביולוגי בשלב ההטענה ובקושי לבצע פריקה שלו בנקודת היעד.

ד”ר אליסיה בוימלגרין

השיטה שפותחה בטכניון גוברת על בעיות אלה באמצעות  שימוש בחלקיקים אקטיביים מסוג כדורי יאנוס (Janus spheres). כדור יאנוס מורכב משני חלקים שאינם זהים בתכונותיהם החשמליות. שוני זה בין שני צידי החלקיק הופך אותו למעין אלקטרודה צפה הנשלטת על ידי המפעיל. כך, באמצעות שינוי תדירות השדה החשמלי, יכול המפעיל להעמיס את החלקיק בחומר הרצוי ולהניע אותו אל היעד.

לדברי פרופ’ יוסיפון, “בהעברת מטען כרוכים שני היבטים, האחד הוא מערכת ההובלה (הנעה וניווט) והשני הוא מערכת המטען (הטענת התרופה ושחרורה ביעד). כאשר כל שלב נעשה בטכנולוגיה אחרת נוצרות בעיות רבות. אנחנו ביטלנו את השוני הזה, ובאמצעות טכנולוגיה אחת אנחנו שולטים בהטענת הפלטפורמה, בהובלתה המבוקרת ובפריקתה.”

החוקרים הדגימו בהצלחה את יכולתם לשלוט בהעמסה סלקטיבית של ננו-חלקיקים ובפריקתם הסלקטיבית בנקודת היעד. לדברי פרופ’ יוסיפון, “פיתוח זה אינו מוגבל לחלקיק יאנוס, ואנו עובדים על פיתוח חלקיקים מהונדסים בעלי צורות שונות, לא רק כדוריות, שישפרו את ביצועי המערכת.”

המחקר נתמך על ידי הקרן הבינלאומית למדע ארה”ב-ישראל (BSF), הקרן הלאומית למדע ומלגות RBNI (מכון ראסל ברי לננוטכנולוגיה) וגוטווירט.

חלקיק יאנוס (ירוק-צהוב) המשמש להובלת מטענים (ורוד) באופן סלקטיבי ודינמי לנקודת היעד באמצעות שדה חשמלי חיצוני

תמונות מיקרוסקופ המתארות את תהליכי ההעמסה, ההובלה לנקודת היעד והפריקה של המטען באמצעות שינוי תדירות השדה החשמלי

חוקרים בפקולטה להנדסה כימית ע”ש וולפסון גילו קשר בין המבנה של סלילים הליקליים בחלבונים ובין היווצרות סיבים עמילואידים – סיבים רעילים בתא החי

פרופ’ שמחה סרבניק

חוקרים בפקולטה להנדסה כימית ע”ש וולפסון גילו קשר בין המבנה של סלילים הליקליים בחלבונים ובין היווצרות עמילואידים – סיבים המעורבים במחלות ניווניות של המוח. לטענת החוקרים, סלילים הליקליים בעלי מבנה מסוים אינם מיוצבים על ידי הסביבה, ועובדה זו מגדילה את הסבירות להיווצרות עמילואידים.

חלבונים הם פולימרים ביולוגיים המורכבים משרשרות של חומצות אמינו המקופלות למבנים תלת-ממדיים המאפשרים להם לתפקד. קיפול לקוי של החלבון עלול לפגוע בתפקודו ולהוביל לשיבושים שונים ובהם היווצרות עמילואידים – מבנים יציבים מאוד הנוצרים משיירי חלבונים משובשים. סיבים אלה נוטים להצטבר במוח כמשקעים וכגושים הגורמים לשורה של מחלות ובהן אלצהיימר, פרקינסון, סוכרת סוג 2, הנטינגטון וקרויצפלד-יעקב (“הפרה המשוגעת”). יציבותם החריגה מאפשרת להם לשרוד בתנאים ביולוגיים קשים במיוחד.

בשל רעילותם של העמילואידים ונזקם הפוטנציאלי, חוקרים רבים ברחבי העולם פועלים לפענוח שאלת העמילואידוגניות – התנאים הגורמים להיווצרות מסיבית של עמילואידים.

את המחקר שהתפרסם ב-Biophysical Journal הובילו פרופ’ שמחה סרבניק והדוקטורנט בוריס חיימוב. השניים בחנו את המבנה של הסלילים ההליקליים בחלבון המעורבים ביצירת סיבים אלה. בשלב הראשון הם פיתחו משוואות חדשניות המספקות מידע רב ושימושי על מבנים הליקליים בחלבונים.

בשנת 2016 פורסמו המשוואות ככלי אנליטי חדשני בכתב העת המדעי Scientific Reports.

בשלב השני נסרקו מקטעים הליקליים קיימים, ומידע על מבנים הליקליים אלה חולץ בעזרת המשוואות שפותחו.

בוריס חיימוב

המידע הוצלב עם המידע הקיים על מקטעים עמילואידוגניים ונמצאה קורלציה ברורה בין המבנה ההליקלי ובין עמילואידוגניות. הממצאים פורסמו בכתב העת Biophysical Journal.

כדי להסביר את הקשר בין המבנה ההליקלי ובין עמילואידוגניות פיתחו החוקרים מודל פיזיקלי המניח כי השינויים במבנה מושפעים מכוחות מייצבים סביבם. על פי מודל זה, האזור ההליקלי יוצר קשרי מימן מפוצלים עם המולקולות הסובבות (לרוב מולקולות מים), וכך נוצרת מעין מעטפת מיגון סביב האזור ההליקלי. המודל שפותח מאפשר להעריך אם האזור ההליקלי מוגן או לא וכך לנבא את רמת העמילואידוגניות שלו; כאשר האזור אינו מוגן צפויה היווצרות של עמילואידים, וכאשר הוא מוגן לא צפויה התפתחות כזאת.

המחקר מומן בחלקו על ידי הקרן הלאומית למדע בישראל. בוריס חיימוב ערך את המחקר במסגרת המכון לננוטכנולוגיה ע”ש ראסל ברי ובתמיכת המלגות ע”ש אירווין וג’ואן ג’ייקובס וע”ש מרים ואהרון גוטווירט.

החוקרים מעריכים כי ממצאי המחקר הנוכחי, המבהירים את ההשפעה הסביבתית על מבנים הלקליים בעלי נטייה להיווצרות עמילואידים, יובילו לפיתוח דרכים למניעת היווצרותם של סיבים אלה.

מימין: חלבון המקושר
לדי-אן-איי. האיור ממחיש את המבנה ההליקלי כמבנה השכיח והנפוץ ביותר בחלבונים. למבנים ההליקליים תפקיד חשוב בהגדרת המבנה הגלובלי של החלבון ותפקידו. משמאל: סיב עמילואידי.
מרבית סיבי העמילואיד
מורכבים ממשטחי בטא המוצגים כאן בצהוב. למעלה: החלבון האנטי-מיקרוביאלי מוריצין המורכב בעיקרו מאלפא-הליקס. המולקולות הסובבות נקשרות לשלד של האזור ההליקלי באמצעות קשרי מימן מפוצלים, יוצרות מעטפת מיגון סביב האזור ההליקלי ומפחיתות את הסבירות להיווצרות סיבי עמילואיד.

בקרוב יודפס במכון שתל עבור אדם שעצם הלסת שלו נפגעה. לאחרונה התקיים בטכניון כנס TIME 2018 – העידן הבא בהדפסת תלת-ממד – בהשתתפות כ-250 מומחים מהארץ ומחו"ל

מנהל מכון המתכות בטכניון חיים רוזנזון. קרדיט צילום: עדי הפקות יקנעם

שלושה שתלי טיטניום שהודפסו בטכניון הושתלו בכלבים שאיבדו חלקים מרגליהם עקב גידול סרטני. השתלים יוצרו במכון המתכות בטכניון והושתלו בשלושה כלבים ברוסיה – שניים במוסקבה ואחד בסן פטרסבורג. בקרוב יודפס במכון גם שתל עבור אדם שעצם הלסת שלו נפגעה מסרטן.

את ייצור השתלים בטכניון מובילים ראש היישומים הרפואיים בתלת-ממד ד”ר ז’אן רמון, ראש התחום לבנייה בתלת-ממד במרכז המתכות ד”ר ולדימיר פופוב, המהנדס החוקר גרי מולר והמהנדס יבגני סטרוקין.

לדברי ד”ר פופוב, "למנתחים זאת הצלחה בקנה מידה עולמי, כיוון שהשתלות כאלה לא הצליחו בעבר. בימים אלה אנחנו עובדים על הדפסת שתל נוסף המיועד לפורטוגל, וד”ר רמון עוסק בייצור חצי לסת להשתלה באדם הסובל מסרטן בעצם הלסת."

השתלים נבנו באמצעות מערכת של חברת ARCAM השוודית. המערכת מפיקה קרן אלקטרונים המתיכה חלקיקי אבקת טיטניום בשכבות דקות עד לקבלת המוצר הסופי. זאת בתצורות גאומטריות מורכבות המותאמות לסריקות ה- CT של המטופל. את מידול השתלים ביצעה חברה חיצונית לפי הנחיות מהרופא ומהחוקרים בטכניון.

עד הקמתו של המרכז להדפסת תלת-ממד במכון המתכון והסמכתו לפי תקן ISO 13485 לייצור ציוד רפואי לא הייתה אפשרות לייצר שתלים בישראל. לכן, לדברי ד”ר פופוב, מדובר במהפכה של ממש.

כנס בינלאומי

מימין לשמאל: יבגני סטרוקין, גרי מולר, ד”ר ז’אן רמון וד”ר ולדימיר פופוב

הטכניון ואוניברסיטת יאנגסטאון סטייט אוהיו (YSU) קיימו לאחרונה בחיפה את הכנס הבינלאומי TIME 2018. בכנס השתתפו כ-250 איש, 80 מהם מומחים מובילים מחו"ל בנושא תיעוש טכנולוגיות מתכת חדשות. יו"ר הכנס, פרופ'-מחקר דן שכטמן מהפקולטה למדע והנדסה של חומרים בטכניון, הציג את תגלית הגבישים הקוואזי-מחזוריים שזיכתה אותו בפרס נובל בכימיה לשנת 2011.

הכנס אורגן על ידי פרופ' ברט קונר, מנהל תעשיות מתקדמות ושיתופי פעולה ב- YSU, והמהנדס שי אסל ממכון ממתכות הישראלי בטכניון. לדברי מנהל מכון המתכות בטכניון חיים רוזנזון, "הכנס הוא אבן דרך בשיתוף הפעולה בין הטכניון ל-YSU ובחיבור בין אקדמיה ותעשייה בארץ ובעולם. מכון המתכות הישראלי בטכניון פועל להבאתה של חדשנות טכנולוגית לרצפת הייצור, אבל חינוך והטמעה של טכנולוגיות חדשניות בתעשייה הם אתגר מסובך. הדפסת תלת-ממד היא תחום הולך ומתפתח וחשוב להתייחס אליו כבר בבתי הספר ובוודאי באקדמיה, תוך הטמעה של היכולות החדשות שהתחום הזה מביא איתו."

נשיא הטכניון פרופ' פרץ לביא סיפר בכנס על מנחם אוסישקין, ממנהיגי הציונות, שאמר עם פתיחת הלימודים בטכניון ב-1924: "מחקר יישומי ומדע בסיסי הם שני הצדדים של אותו מטבע." נשיא הטכניון אמר כי "התפיסה הזאת הפכה לחלק מהדי-אן איי של הטכניון. הישגיו של הטכניון, ובהם שלושה חתני פרס נובל, מוכיחים כי אנחנו יודעים לעשות מדע בסיסי מצוין."

מנכ"ל רשות החדשנות אהרון אהרון אמר כי כבר הרצל הבין כי הטכנולוגיה היא שתעצב את החברה והוסיף כי "עלינו להבין שעתידה של ישראל תלוי במדע, במחקר ובטכנולוגיה. 2017 הייתה שנת שיא להייטק הישראלי, עם 600 חברות הזנק חדשות ואקזיטים ב-24 מיליארד דולר – כולל עסקת הענק של מובילאיי. הבעיה שלנו היא שהחדשנות והפריון בהייטק אינם מחלחלים לתעשייה היצרנית כולה. לכן עלינו לקחת יותר סיכונים מחושבים ולהשקיע יותר במו"פ ובהידוק הקשר בין תעשייה, הון פרטי, ממשלה ואקדמיה."

בפאנל שנערך במסגרת הכנס השתתפו רוב גורהם (America Makes), מנהל מכון המתכות בטכניון חיים רוזנזון, בוגר הטכניון פרופ' גדעון לוי (TTA), פרופ' ברט קונור (YSU) והמנחה פרופ' הנינג זיידלר (גרמניה).

מימין לשמאל: צילום רנטגן של אזור הגידול, יצירת מודל תלת-ממדי, ייצור העצם המלאכותית, השתלתה וצילום רנטגן נוסף. קרדיט צילום: עדי הפקות יקנעם

מגזין TheMarker פרסם השבוע את נבחרת הסטארט-אפים הישראליים החמים של 2018 – 20 חברות חדשניות הצפויות לעצב את העתיד. בוגרי הטכניון ממלאים תפקידים בכירים ב-50% מהחברות בנבחרת.

תום ליבנה, בוגר תוכנית ה-MBA הבינלאומית בטכניון, הוא מנכ"ל ומייסד Verbit AI, חברה שפיתחה שירותי תמלול אוטומטיים זולים ומהירים. הפלטפורמה של Verbit משלבת בין אלגוריתמים מקוריים, מנוע לזיהוי דיבור ואלפי מתמללים אנושיים המשפרים את ביצועי האלגוריתם.

אסף יגאל, בוגר הפקולטה להנדסת חשמל ע"ש ויטרבי בטכניון, הוא ממייסדי Logz.io, שפיתחה טכנולוגיה המאפשרת לאסוף כמויות מידע גדולות, לבצע עליהן ניתוחים מורכבים ולהציג את הממצאים בדרך גרפית וידידותית.

אלרם גורן, בוגר הפקולטות לפיזיקה ולהנדסת חשמל בטכניון, הוא מנכ"ל ומייסד CommonSense Robotics. החברה מפתחת תוכנות ורובוטים זעירים לניהול מחסנים חכמים. טכנולוגיה זו מאפשרת לקמעונאים להציע משלוח מהיר ויעיל ללקוח ללא צורך בכוח אדם רב.

אילון רשף, בוגר הפקולטה למדעי המחשב בטכניון במסגרת תוכנית רוטשילד טכניון למצוינים, הוא אחד משני מייסדי Gong.io ומנהל הטכנולוגיות בחברה. גונג פיתחה טכנולוגיה לשיפור עבודתם של אנשי המכירות בארגונים. טכנולוגיה זו מנתחת באופן ממוחשב שיחות מכירה ומספקת לארגון מידע חיוני על שיחות אלה – האם המוצר הוצג באופן נכון, ממה חושש הלקוח וכו'.

אלי כהן, בוגר הפקולטה להנדסת תעשייה וניהול ע"ש וולפסון, הוא מייסד-שותף וסמנכ"ל מוצר ב-Donde Search. החברה מפתחת טכנולוגיית חיפוש שתאפשר לחברות אופנה לזהות טרנדים, להבין את רצון הלקוחות ולספק להם פרסונליזציה והמלצות ממוקדות.

עידו פריאל, שהשלים תואר שני בהנדסת מערכות בטכניון, הוא מייסד-שותף ומנהל-מוצר ראשי בחברת Space Pharma. החברה פיתחה פלטפורמה לעריכת ניסויים בחלל. מדובר במעבדה זעירה המשוגרת לחלל ומאפשרת לנהל ניסויים מרחוק. עד כה שיגרה החברה לחלל שתי מעבדות כאלה.

ד"ר יניב אלטשולר, שהשלים את כל תאריו בפקולטה למדעי המחשב בטכניון, הוא מייסד-שותף ומנכ"ל Endor. הפלטפורמה שפיתחה החברה מאפשרת למקבלי החלטות לנבא התנהגות צרכנית על ידי מנוע ניבוי אוטומטי.

בהנהלת Jacada המופיעה ברשימה מככבים כמה בוגרי טכניון: חבר ההנהלה חיים שני, בוגר הפקולטה להנדסת תעשייה וניהול ע"ש דוידסון; מנהל המוצר יואל גולדנברג, בוגר הפקולטה להנדסת תעשייה וניהול; וסגן הנשיא למכירות ז'ק טניו, שהשלים תואר שני בפקולטה למתמטיקה.

יוסי ברט ז"ל, בוגר הפקולטה להנדסת חשמל ע"ש ויטרבי, הוא מייסד Silentium. החברה, המנוהלת כיום על ידי יואל נאור, פיתחה טכנולוגיה חדשנית לשיכוך רעשים במשרדים, בחדרי שינה ועוד. כיום היא פועלת בעיקר בהקשר של שיכוך רעשים בכלי רכב.

רמי פייג ז"ל, בוגר הפקולטה להנדסת חשמל ע"ש ויטרבי בטכניון, הוא מייסד Hailo, המפתחת שבבים ייעודיים ליישומי בינה מלאכותית וביג-דאטה. המעבד שמפתחת החברה יריץ יישומי בינה מלאכותית במכוניות מקושרות, ברחפנים, בבתים חכמים ועוד. פייג, אל"מ (מיל') וחתן פרס ביטחון ישראל לשנת 2005, טבע בים כשניסה (והצליח) להציל את בנו מטביעה. יו"ר החברה הוא בוגר הטכניון והיזם הסדרתי זהר זיסאפל.

ד"ר רבקה בקנשטיין

ד"ר רבקה בקנשטיין, שהשלימה את עבודת הדוקטורט שלה בטכניון בינואר 2017, זכתה בפרס דֶבְּרה ג'ין (Deborah Jin) על עבודת דוקטורט יוצאת דופן בפיזיקה אטומית, מולקולרית או אופטית. היא הישראלית הראשונה שלמדה בישראל וזכתה בפרס היוקרתי הזה, שהוענק לה על ידי האגודה האמריקאית לפיזיקה (APS) בכנס DAMOP שהתקיים לאחרונה בפלורידה.

הפרס ניתן לזכרה של דברה ג'ין (2016-1968), פיזיקאית אמריקאית פורצת דרך, בוגרת אוניברסיטת פרינסטון וחברה במכון המחקר המאוחד לאסטרופיזיקה מעבדתית (JILA) באוניברסיטת קולורדו. הוא מוקיר חוקרים מצטיינים על עבודות דוקטורט יוצאות דופן באיכותן בפיזיקה אטומית, מולקולרית ואופטית.

ד"ר בקנשטיין השלימה את התואר השלישי, שעליו היא קיבלה את הפרס, בהנחייתו של חתן פרס ישראל לשנת 2014 פרופ'-מחקר מוטי שגב מהפקולטה לפיזיקה בטכניון. בעבודת הדוקטורט שלה היא חקרה מודלים של כבידה באמצעות מערכות ניסוי אופטיות, הן בכדי לשפר ולהעמיק את ההבנה של אותם מודלים והן לטובת יישומים פוטוניים. כותרת עבודתה בדוקטורט: "סימולציות כבידה באמצעות מערכות ניסוי אופטיות לינאריות ולא לינאריות".

בשנת 2015 זכתה ד"ר בקנשטיין בפרס הסטודנט המצטיין בתחום התיאורטי מטעם האגודה הישראלית לפיזיקה ובשנת 2016 במלגת אדמס מטעם האקדמיה הלאומית הישראלית למדעים. כיום היא משתלמת לפוסט-דוקטורט בהרווארד בתחום האינפורמציה הקוונטית בהנחיית פרופ' מיכאל לוקין. במסגרת זאת היא חוקרת את הקשר בין פיזיקה קוונטית לבין כבידה הן בתיאוריה והן בניסוי.

להודעה באנגלית: https://www.aps.org/programs/honors/dissertation/amo.cfm

תרומה גדולה של קרן אדליס תאפשר את הקמתו של מרכז אנדרה דלורו, שיתמקד בחיבור בין הנדסה, מדעי החיים וביו-רפואה

המשתתפים בטקס

בקמפוס הטכניון הונחה לאחרונה אבן הפינה למרכז אנדרה דלורו למדעי החיים, הרפואה וההנדסה – מרכז מעבדות חדש שיוקדש כולו למחקר בין-תחומי. המרכז, שיוקם הודות לתרומה נדיבה של קרן אדליס, יפגיש חוקרים ממגוון דיסציפלינות ובכך יגשר בין תחומים שנחקרו בעבר בנפרד.

בטקס השתתפו נשיא קרן אדליס אלבר דלורו (אחיו של אנדרה כהן דלורו), נאמנת קרן אדליס גב' רבקה בוכריס, נשיאת אגודת ידידי הטכניון בצרפת מיוריאל טואטי, נשיא הטכניון פרופ' פרץ לביא וסגן הנשיא לקשרי חוץ ופיתוח משאבים פרופ' בועז גולני. את הטקס הנחה פרופ' אריק אקרמן מהפקולטה לפיזיקה.

נשיא הטכניון פרופ' פרץ לביא אמר כי "דלורו היה מהנדס בניין שהבין היטב את משמעותם של גשרים בין תחומי מחקר, בין מוסדות, בין אנשים ובין מדינות. אותה הבנה היא שהובילה להקמת הפקולטה לרפואה ע"ש רפפורט, שהוקמה בסוף שנות ה-60 בהחלטה אמיצה ונבואית של הנהלת הטכניון. הקמת הפקולטה, כמו ייסוד הבניין שיוקם כאן, מושתתים על ההבנה שרפואה והנדסה חייבות ללכת יד ביד."

"עתיד המחקר טמון בשבירה של דוֹגמות ובהפלת החומות המסורתיות בין דיסציפלינות," אמרה נאמנת קרן אדליס רבקה בוכריס, "למרכז דלורו יהיה גם תפקיד חברתי חשוב: הנגשתה של הרפואה באופן שוויוני לכלל האוכלוסייה. אנחנו משקיעים כאן לא רק כסף אלא גם תקווה גדולה, ואין לנו ספק שהטכניון יעשה שימוש מיטבי בהשקעה זאת."

נשיא הטכניון פרופ' פרץ לביא נואם בטקס

הטכניון, קרן אדליס ומשפחת דלורו מקיימים קשר רב שנים שהבשיל כעת להקמתו של המרכז הבין-תחומי החדש.  המרכז החדש יכלול מעבדות מודרניות ומתקנים המיועדים לחוקרים מהפקולטות לביולוגיה, להנדסה ביו-רפואית, להנדסה כימית ולכימיה, שיפעלו יחד לקידום מחקר בין-תחומי ופיתוחים פורצי דרך במדע וברפואה. פיתוחים אלה צפויים להשפיע על חייהם של מיליונים ברחבי העולם, כפי שאמר בטקס אלבר דלורו: "הבניין יוקיר את זיכרו של אנדרה דלורו באופן היפה ביותר – כקורת גג לחוקרים מפקולטות שונות שיפעלו מתוך מטרה משותפת: לסייע לאנושות לגבור על מחלות. הבניין יקדם את הגשמת חזונו של אנדרה – ישראל חזקה, פתוחה לעולם – ויבטא הערכה על מצוינותם של חוקרי הטכניון ועל תבונתם."

קרן אדליס הוקמה ב-2009 על ידי אנדרה כהן דלורו ז"ל, וזאת כדי לתמוך במצוינות אקדמית בישראל בכלל ובתחום המחקר המדעי והרפואי בפרט. לאחר מותו של אנדרה כהן דלורו החליטה הנהלת הקרן, בהתאם למורשתו הרוחנית ולחזונו, לייסד את פרס אדליס לחקר המוח. הפרס נועד לעודד מצוינות בחקר המוח בישראל ולתרגם את המחקרים להשפעה עולמית על רווחת האנושות. הפרס פתוח לחוקרים ישראלים צעירים העוסקים בחקר המוח, וכל זוכה מקבל מענק מחקר של 100,000 דולר.

מימין לשמאל: פרופ' פרץ לביא, אלבר דלורו ורבקה בוכריס חותמים על מגילת אבן הפינה

נאמנת קרן אדליס גב' רבקה בוכריס

נשיא קרן אדליס אלבר דלורו

מימין לשמאל: פרופ' פרץ לביא, אלבר דלורו, רבקה בוכריס וסגן נשיא הטכניון לקשרי חוץ ופיתוח משאבים פרופ' בועז גולני

נשיא המדינה רובי ריבלין ושר הכלכלה והתעשייה אלי כהן (יושבים) עם 12 הזוכים באות. התמונות באדיבות משרד הכלכלה

אותות "מנהיגי התעשייה" הוענקו ביום ראשון בטקס חגיגי בבית הנשיא, במעמד נשיא המדינה ראובן (רובי) ריבלין. את הפרסים העניקו שר הכלכלה והתעשייה אלי כהן, נשיא התאחדות התעשיינים שרגא ברוש ומנכ"ל משרד הכלכלה והתעשייה שי רינסקי.

7 מתוך 12 הזוכים הם בוגרי הטכניון: יוסי ורדי, יזם סדרתי שהתפרסם עם מכירת מירביליס בשנות ה-90 – אחד האקזיטים הגדולים הראשונים בישראל – ונמנה עם מנהיגי תעשיית הסטארט-אפ הישראלית; האחים היזמים זהר ויהודה זיסאפל השומרים על קשר הדוק עם הטכניון, קשר שגולת הכותרת שלו הייתה הקמתו של מרכז זיסאפל לננואלקטרוניקה בטכניון; בני הזוג רים ועימאד יונס, מייסדי חברת אלפא אומגה המפתחת ומייצרת ציוד רפואי בתחומים של ניתוחי מוח וטיפול במחלות נוירולוגיות; ד"ר שמעון אקהויז, יזם סדרתי שהוביל את פיתוח תעשיית הציוד הרפואי בישראל וכיום מטפח סטארט-אפים צעירים בחממת אלון מדטק ונצ'רס; ומנכ"ל ויו"ר אסם דן פרופר, שתרם רבות לתעשייה הישראלית בתפקידו כנשיא התאחדות התעשיינים. חמשת המנהיגים הנוספים הם מייסד חברת ישקר סטף ורטהיימר, מייסד אקרשטיין תעשיות גיורא אקרשטיין, מנכ"לית אינטל ישראל לשעבר מקסין פסברג, מייסד אמדוקס מוריס קאהן ומייסד כתר פלסטיק סמי סגול.

הנשיא ריבלין אמר לזוכים כי "בזכות התעוזה שלכם, ה'חוצפה הישראלית' המבורכת, ישראל הקטנה נחשבת היום למעצמה תעשייתית של טכנולוגיה ושל חדשנות. חוט עבה של אחריות קושר ביניכם – האחריות שלקחתם על עצמכם ליצירת מקומות עבודה, לשילוב כלל הקבוצות בישראל, האחריות שבחרתם לשאת כלפי הדור הבא. תעשיה בונה מדינה לא רק באמצעות חברות רווחיות והמצאות חדשניות, אלא קודם כל באמצעות אנשים."

סגן נשיא הטכניון לקשרי חוץ ופיתוח משאבים פרופ' בועז גולני יחד עם פרופ' משה שהם מהפקולטה להנדסת מכונות, המופיע בספר "חדשנות ישראלית". התמונות באדיבות משרד הכלכלה

עוד השתתפו בטקס סגן נשיא הטכניון לקשרי חוץ ופיתוח משאבים פרופ' בועז גולני, מנכ"ל התאחדות התעשיינים רובי גינל, המדען הראשי ויו"ר הרשות לחדשנות עמי אפלבאום, מנכ"ל הרשות לחדשנות אהרון אהרון, מנהל הרשות להשקעות נחום איצקוביץ', מנהל מינהל סחר חוץ אוהד כהן ובכירים במשרד הכלכלה, תעשיינים ויזמים.

במסגרת האירוע הושק הספר "חדשנות ישראלית" שהפיקו משרד הכלכלה והתעשייה ורשות החדשנות לרגל 70 שנות עצמאות למדינת ישראל. הספר (https://bit.ly/2ubb4jH) מאגד 100 סיפורי הצלחה העומדים מאחורי  מוצרים מצליחים שנולדו מיוזמה טכנולוגית ישראלית. בספר מצוינים רבים מבוגרי הטכניון וחוקריו: הפרופסורים יעקב זיו ואברהם למפל, שעל שמם נקרא אלגוריתם למפל-זיו ששינה את פניו של עולם המידע; פרופ' משה שהם מהפקולטה להנדסת מכונות, שהקים את חברת "מזור" לרובוטיקה רפואית; ממציא הטפטפות בוגר הטכניון רפי מהודר; ממציא הדיסק-און קי בוגר הטכניון דב מורן; מייסד ReWalk בוגר הטכניון ד"ר עמית גופר, ועוד.

פרופ' בועז גולני עם בני הזוג יונס

פרופ' בועז גולני עם יוסי ורדי

ד"ר עופר יזהר

פרס אדליס לחקר המוח 2018 הוענק בטכניון לד"ר עופר יזהר ממכון ויצמן למדע. הקריטריונים העיקריים לזכייה בפרס אדליס הם מצוינות, חדשנות והישגים מדעיים מוכחים. בהנהלת קרן אדליס ציינו כי הקרן גאה על כך שהשנה, שהיא השנה הרביעית לפעילות הפרס, הוגשו הצעות רבות ברמה גבוהה, המייצגות את  הפוטנציאל הרחב של חקר המוח בישראל.

קרן אדליס הוקמה על ידי מר אנדרה כהן דלורו ז"ל כדי לתמוך במצוינות אקדמית בישראל בכלל ובתחום המחקר המדעי והרפואי בפרט. בשנת 2015 יסדה הקרן, בעקבות המורשת הרוחנית של מייסד הקרן ומתוך נאמנות לחזונו, את פרס אדליס לחקר המוח. במסגרת זאת מקצה הקרן מדי שנה 100,000 דולר כמענק מחקר לחוקר ישראלי צעיר פורץ דרך בתחום חקר המוח. הפרס נועד לעודד מצוינות בקרב חוקרים ישראלים צעירים בתחום חקר המוח, לקדם את הידע על פעולת המוח ועל מחלות הקשורות בו ולתרגם ידע זה להשפעה בינלאומית.

בוועדת השיפוט היו חברים השנה ד"ר גל איפרגן, פרופ' משה בר, פרופ' אילנה גוזס, פרופ' אילון ועדיה, פרופ' ג'קי שילר, פרופ' נועם זיו, פרופ' רפי מלאך ופרופ' מיכל שוורץ – כולם חוקרי מוח מהבכירים בישראל. לאחר דיונים ממושכים הוחלט על מתן המענק לשנת 2018 לד"ר עופר יזהר ממכון ויצמן למדע. הישגיו המדעיים ותרומתו לקהילת חקר המוח משמעותיים ביותר, ולכן הוא נמצא ראוי לזכות בפרס.

תעודת ההוקרה הוענקה לד"ר יזהר על ידי נשיא קרן אדליס מר אלברט דלורו (אחיו של מר אנדרה כהן דלורו), נשיא הטכניון פרופ' פרץ לביא ונאמני קרן אדליס. הטקס התקיים ב-11 ליוני  במסגרת מפגש חבר הנאמנים (הקורטוריון) של הטכניון.

נשיא הטכניון פרופ' פרץ לביא

פרופ' ג'קי שילר מהפקולטה לרפואה ע"ש רפפורט בטכניון הציגה באירוע את נימוקי חבר השופטים: "ד"ר עופר יזהר הוא חוקר צעיר ומוכשר שהיה לאחד החוקרים המובילים בחקר המוח בישראל. ד"ר יזהר מפתח שיטות אופטוגנטיות חדשניות לצורך חקירה ולימוד של אחת השאלות המרתקות בחקר המוח: מהם המנגנונים במוח האחראים על האפקטים הרגשיים והקוגניטיביים של הבדידות? מחקר זה הוא חלק מחזונו של ד"ר יזהר: להבין את אזורי המוח האחראים על שליטה בהתנהגות חברתית, אזורים שפגיעה בהם עלולה להוביל לבעיות פסיכיאטריות שונות. ד"ר יזהר כבר מיצב את עצמו כמדען מבריק ברמה העולמית, עם כמה תרומות משמעותיות בתחום האופטוגנטיקה ובחקר פגמים בהתנהגות חברתית באוטיזם."

ד"ר עופר יזהר

תמונה קבוצתית

ד"ר עופר יזהר הוא חוקר בכיר במחלקה לנוירוביולוגיה במכון ויצמן למדע. הוא קיבל תואר ראשון בביולוגיה בהצטיינות מהאוניברסיטה העברית ותואר דוקטור בנוירוביולוגיה בהצטיינות מאוניברסיטת תל אביב. את הפוסט-דוקטורט ערך באוניברסיטת סטנפורד בארצות הברית, ולאחר מכן הצטרף בשנת 2011 כחוקר בכיר במכון ויצמן למדע.

המחקר במעבדתו עוסק במנגנונים העצביים שבאמצעותם שולטת קליפת המוח הקדמית על התנהגות, על בקרה רגשית ועל תקשורת חברתית. כדי לחקור לעומק את המעגלים העצביים המורכבים של קליפת המוח הקדמית מפתח ד"ר יזהר ומיישם שיטה הנקראת אופטוגנטיקה. השיטה מאפשרת לחוקרים לשלוט בפעילותם של נוירונים (תאי מוח) באמצעות שילוב של הנדסה גנטית וכלים אופטיים. האופטוגנטיקה מאפשרת לחוקרים להבין את תרומתם של נוירונים לתהליכים מוחיים ולפענח את רשת הקשרים הסבוכה שבאמצעותה מתבצעים במוח חישובים עצביים. קבוצתו של ד"ר יזהר משתמשת בשיטות אלה כדי לפענח את הקשרים בין הנוירונים בקליפת המוח הקדמית בעכברים. שינויים גנטיים המעורבים במחלות נפש כגון סכיזופרניה ואוטיזם, כמו גם בידוד חברתי ולחץ נפשי ממושך, גורמים לשינויים בקישוריות ברשת עצבית זאת. המחקר של ד"ר יזהר עוסק באפיון השינויים האלה כדי להבין טוב יותר את המנגנונים בקליפת המוח ואת השינויים המתרחשים בה במחלות פסיכיאטריות.

תמונה קבוצתית

נציגי הטכניון, GTIIT והמכון הקוריאני KAIST דנו בדרכים לקדם מדע בסיסי שיש בו פוטנציאל יישומי בתחום החומרים

פרופ' אבנר רוטשילד

בתחילת יולי התקיים בפקולטה למדע והנדסה של חומרים בטכניון כנס משותף לטכניון, ל-GTIIT )מכון גואנגדונג-טכניון-ישראל לטכנולוגיה) ול-KAIST (המכון הקוריאני למדע וטכנולוגיה מתקדמים). הכנס נערך תחת הכותרת "חומרים מתקדמים למאה ה-21", ומטעם הטכניון הוביל אותו פרופ' אבנר רוטשילד.

שיתוף הפעולה עם KAIST התמסד בדצמבר 2017, עם יסודו של "מאגד HTK לחקר תחבורת העתיד". המאגד נוסד על סמך הסכם משולש בין הטכניון, KAIST ויצרנית כלי הרכב יונדאי. ייעודו: לספק פתרונות יעילים לאתגרים הנובעים מהשינוי המהיר המתחולל בתעשיית הרכב. בשנים הקרובות יתמקד המאגד בנהיגה אוטונומית, באבטחת סייבר ובבינה מלאכותית. נציגי הטכניון בקונסורציום הם המשנה לנשיא הטכניון למחקר פרופ' וויין קפלן ופרופ'-מחקר דניאל ויס מהפקולטה להנדסת אווירונוטיקה וחלל.

בכנס שהתקיים בטכניון בתחילת יולי אמר פרופ' קפלן כי "הקשר בין הטכניון, KAIST ו-GTIIT חשוב לנו מאוד, ומטרתו העיקרית היא קידום מדע בסיסי שיש בו פוטנציאל יישומי." דיקן הפקולטה למדע והנדסה של חומרים פרופ' יאיר עין-אלי אמר כי התרשם מאוד מרמת המחקר במכון KAIST, המשפר בהתמדה את מעמדו בדירוגים בינלאומיים וחותר להגיע לעשירייה הפותחת בדירוגים אלה."

את מכון KAIST ייצג פרופ' יוֹק מוּ לי, ראש המחלקה למדע והנדסה של חומרים ב KAIST, שסיפר על ההיסטוריה של KAIST וסיפק נתונים עדכניים. "אנחנו דומים לטכניון מבחינת מספר הסטודנטים וחברי הסגל וגם בשאיפה להיות בין 10 האוניברסיטאות המובילות בעולם. בהקשר של מדע והנדסה של חומרים דורגנו השנה במקום ה-13, וזאת לעומת מקום 42 בשנת 2011. האתגר שלנו הוא להשתפר בכל התחומים – במחקר, בהוראה, בפרסומים ובחשיפה הבינלאומית."

פרופ' משה איזנברג מהטכניון, המכהן כיום כדיקן לימודי מוסמכים וראש התוכנית למדע והנדסה של חומרים ב- GTIIT, אמר כי 75 סטודנטים למדו השנה בתוכנית זו. "כעת אנחנו ממשיכים בקידום תשתיות המחקר וההוראה ובגיוס חברי סגל, סטודנטים לתארים מתקדמים ופוסט-דוקטורנטים. אני שמח לבשר שהכנס הבא של הטכניון, KAIST ו-GTIIT יתקיים אצלנו בגואנגדונג."

פרופ'-מחקר דניאל ויס, ראש "מאגד HTK לחקר תחבורת העתיד", אמר כי הוא מברך על שיתוף הפעולה המתגבש ואיחל למשתתפים סדנה פורה.

פרופ' וויין קפלן

משתתפי הכנס

חוקרים בטכניון הצליחו לכווץ גידולים סרטניים בעכברים באמצעות מניפולציה על אזור התגמול במוח

ההסבר: ההתערבות גרמה למערכת העצבים להמריץ את פעילותה של מערכת החיסון

בשורה העליונה נראים הגידולים שהתפתחו בעכברי קבוצת הביקורת, ובשורה התחתונה – גידולים מעכברים שעברו את המניפולציה המוחית.

הפעלה מלאכותית של מערכת התגמול במוח הובילה לצמצום דרמטי בגודלם של גידולים סרטניים בעכברים. זו תמציתו של מחקר שנערך בטכניון והתפרסם בכתב העת Nature Communications. את המחקר הובילו הדוקטורנטיות תמר בן שאנן ומאיה שילר בהנחיית פרופ'-חבר אסיה רולס מהפקולטה לרפואה ע"ש רפפורט בטכניון ופרופ'-משנה פהד חכים, מנהל בית החולים אי.מ.מ.ס הסקוטי בנצרת.

יכולתה של המערכת החיסונית הטבעית להשמיד תאים סרטניים מתבררת יותר ויותר בשנים האחרונות. זה הרקע לצמיחתה של האימונותרפיה – גישה רפואית חדשנית המבוססת על ההבנה שמערכת החיסון יכולה להיאבק בסרטן באופן יעיל אם רק תקבל את הכלים לכך. בשנת 2013 הוגדרה האימונותרפיה על ידי עורכי כתב העת Science כפריצת הדרך החשובה ביותר אותה שנה. "עם זאת," מסבירה פרופ"ח רולס, "מעורבותם של תאי החיסון בתהליכים סרטניים היא חרב פיפיות, שכן רכיבים מסוימים בתאים אלה תומכים בצמיחת הגידול הסרטני. זאת באמצעות חסימת התגובה החיסונית וביצירת סביבה המועילה לגידול."

פרופ"ח רולס חוקרת מזה שנים את השפעת המוח על פעילותה של מערכת החיסון. במחקר שפרסמה ב-2016 עם שותפיה בכתב העת Nature Medicine היא הראתה כיצד אפשר להמריץ את מערכת החיסון באמצעות מניפולציה על מערכת התגמול הדופמינית במוח – מערכת המופעלת במצבים רגשיים חיוביים ובעקבות ציפייה חיובית. לדבריה, "באמצעות הפעלה מלאכותית של האזור ביכולתנו להשפיע על מערכת העצבים שיוצאת מהמוח ובאמצעותה להשפיע בין השאר על מערכת החיסון." באותו מאמר הראתה פרופ"ח רולס שבעקבות ההתערבות המלאכותית שולחת מערכת התגמול שדרים למערכת העצבים הסימפתטית, וזו ממריצה את המערכת החיסונית. יתרה מזאת, כתוצאה מההתערבות יצרה מערכת החיסון זיכרון חיסוני חזק יותר כנגד החיידקים שנחשפה אליהם, ולכן היא תפעל ביעילות רבה יותר בפעם הבאה שתיחשף לאותו חיידק.

תמונה של מערכת התגמול (VTA). לעכברי הניסוי מוזרק וירוס מיוחד (DREADDs) המאפשר לחוקרים לבצע את המניפולציה המוחית ולגרום להפעלת מערכת התגמול. באדום – ביטוי הווירוס המוגבל למערכת התגמול; בירוק – הנוירונים הדופמינרגיים המופעלים באמצעות המניפולציה במערכת התגמול.

המקור לרוב התאים של מערכת החיסון הוא מח העצם – אותה רקמה ספוגית הנמצאת בעצם. המוח מקיים תקשורת ישירה עם מח העצם ויכול להשפיע על אופיו. פריצת הדרך המרכזית במחקר הנוכחי היא בהצלחתם של החוקרים לרתום את המוח כדי להשפיע על מערכת החיסון ודרכה להילחם בגידול הסרטני. התוצאה היא כיווץ דרמטי של הגידול הסרטני בתגובה להפעלת מערכת התגמול במוח.

לדברי פרופ"ח רולס, "הקשר בין מצב רגשי לסרטן הודגם בעבר, אבל בעיקר בהיבטים שליליים כגון לחץ ודיכאון ובלי מיפוי פיזיולוגי של מנגנון הפעולה. פרופ' דייוויד שפיגל מבית הספר לרפואה בסטנפורד הראה בעבר ששיפור במצבו הרגשי של החולה עשוי להשפיע על מהלך המחלה, אבל לא היה ברור כיצד זה קורה. כעת אנחנו מציגים מודל פיזיולוגי שיכול להסביר חלק מאותה השפעה."

לדברי פרופ'-משנה חכים, "מה שחשוב הוא שמתוך הבנת השפעתו של המוח על מערכת החיסון ועל יכולתה להילחם בסרטן נוכל להתחיל להשתמש במנגנון הזה בטיפול הרפואי. אנשים שונים מגיבים אחרת לדברים, ורק מתוך הבנה עמוקה של המנגנונים נוכל לפתח טיפולים ולהשתמש בפוטנציאל האדיר הזה לריפוי".

החוקרים מסייגים את הממצאים בכך שמדובר במחקר פרה-קליני ושהם בדקו רק שני סוגי סרטן (מלנומה וסרטן ריאות) ורק שני היבטים של התפתחותם – נפח הגידול ומשקל. עם זאת, מדובר בפריצת דרך המאפשרת לרופאים להבין את חשיבות מצבם הנפשי של המטופלים בהתפתחות מחלות ממאירות. בנוסף, אולי בעתיד יהיה אפשר להמריץ, דרך הפעלה מלאכותית של אזורי מוח שונים, את פעילות המערכת החיסונית כדי שתבלום ביעילות גדולה יותר את התפתחותם של גידולים סרטניים.

"ברור שיש כאן פוטנציאל יישומי ניכר," מדגישה פרופ"ח רולס, "אבל חשוב שאנשים לא יסיקו ש'חשיבה חיובית' תגביר בהכרח את המתקפה של המערכת החיסונית על הגידול הסרטני.  במחקר הנוכחי ביצענו מניפולציה מלאכותית חזקה מאוד, על סוגי סרטן ספציפיים, כדי לבחון את הפוטנציאל של המערכת שפיתחנו. במצבים יותר טבעיים סביר להניח שהמנגנון יעבוד אחרת מכמה סיבות: אנשים שונים זה מזה בתגובותיהם, סוגי סרטן שונים מגיבים אחרת, וגורמים רבים נוספים מעורבים בתהליך. כך לדוגמה יתכן שלחץ נפשי יחליש את אותה השפעה של מערכת התגמול. לכן, כאמור, אין כאן מקום להסיק מסקנות על הקשר בין 'חשיבה חיובית' לפעילות האנטי-סרטנית בגוף."

תמונה קבוצתית. מימין לשמאל: מאיה שילר, פרופ'-משנה פהד חכים, פרופ' אסיה רולס, ד"ר הלה אזולאי-דבי

המחקר התבצע בתמיכת קרן אדליס. בשנת 2017 זכתה פרופ"ח רולס בפרס אדליס לחקר המוח, המוענק לחוקר ישראלי צעיר פורץ דרך בחקר המוח.

קרן אדליס הוקמה על ידי מר אנדרה כהן דולורו ז"ל כדי לתמוך במצוינות אקדמית בישראל בכלל ובמחקר המדעי והרפואי בפרט. בהתאם למורשתו הרוחנית של מייסד הקרן ולחזונו הוחלט בשנת 2015 לייסד את פרס אדליס לחקר המוח ולהקצות מדי שנה סכום של 100,000 דולר כמענק מחקר.

הפרס נועד לעודד מצוינות בקרב חוקרים ישראלים צעירים בתחום חקר המוח בארץ, לקדם את הידע ואת ההבנה בנוגע למוח, לפעולתו ולמחלות הקשורות בו וליצור השפעה בינלאומית.

פרופ"ח אסיה רולס השלימה תואר ראשון ושני בפקולטה לביולוגיה בטכניון. לאחר דוקטורט במכון ויצמן למדע ופוסט-דוקטורט במחלקה לפסיכיאטריה באוניברסיטת סטנפורד בקליפורניה היא הצטרפה בשנת 2012 לסגל הפקולטה לרפואה ע"ש רפפורט בטכניון. היא נבחרה כחברה באקדמיה הצעירה למדעים, זכתה בפרס אדליס לחקר המוח, בפרס קריל מטעם קרן וולף ובמענק ERC ונבחרה כאחת מ40 החוקרים הבינלאומיים מטעם המכון הרפואי הווארד יוז (HHMI).

פרופ׳-משנה קליני פהד חכים מונה לאחרונה למנהל בית החולים אי.מ.מ.ס הסקוטי בנצרת וממשיך לכהן כרופא בכיר במכון ריאות ילדים בקריה הרפואית רמב"ם. פרופ'-משנה חכים הוא מומחה ברפואת ילדים, ריאות ילדים ומחלות שינה וחבר פעיל באיגודים בינלאומיים לחקר מחלות הריאה, השינה וחקר המוח. לאחר שהשלים פוסט דוקטורט במחלקה לחקר השינה באוניברסיטת שיקגו באילינוי בשנת 2013 הצטרף לסגל הפקולטה לרפואה ע"ש רפפורט בטכניון.

למאמר המלא ב- Nature Communications  לחצו כאן

פרופ' אסיה רולס

ד"ר הלה אזולאי-דבי

פרופ'-משנה פהד חכים

הדוקטורנטיות תמר בן שאנן (משמאל) ומאיה שילר

הדוקטורנטית ומאיה שילר

הטכניון הוא האוניברסיטה המובילה בישראל ברישום פטנטים בארצות הברית, עם 56 פטנטים שאושרו בשנת 2017. כך עולה מנתוני משרד הפטנטים האמריקאי. ברשימה הכוללת את מאה האוניברסיטאות המובילות בעולם ברישום פטנטים בארה"ב דורג הטכניון במקום ה-39 – זינוק של 14 מקומות בשנה, לאחר שבשנת 2016 דורג במקום ה-53.

בדירוג הנוכחי מקדים הטכניון אוניברסיטאות מובילות בעולם ובהן ייל, אוניברסיטת טוקיו, קרנגי מלון, ג'ורג'יה טק ואקול פוליטכניק הצרפתי. האוניברסיטה המובילה בדירוג העולמי היא אוניברסיטת קליפורניה ואחריה MIT, אוניברסיטת טקסס ואוניברסיטת סטנפורד. אוניברסיטת תל אביב מדורגת במקום ה-64 והאוניברסיטה העברית במקום ה-82.

הדירוג לשנת 2017 פורסם בחודש שעבר על ידי NAI (האקדמיה הלאומית לממציאים) ו-IPO (אגודת בעלי ההון הרוחני) והוא מבוסס על נתוני משרד הפטנטים האמריקאי. נשיא NIA פול סנדברג אמר כי "המוסדות הנכללים ברשימה עושים עבודה מופלאה בקידום חדשנות אקדמית ובטיפוח טכנולוגיות פורצות דרך הממחישות את חיוניותו של המסחור להצלחתו של המוסד. רשימה זו מוקירה גם את תרומתן החיונית של האוניברסיטאות  לאנושות."

נשיא הטכניון פרופ' פרץ לביא אמר כי "ההישג המשמח הזה מבטא את ההתייחסות שלנו ליחסי הגומלין בין מדע בסיסי ומדע יישומי. כבר בפתיחת הכיתה הראשונה בטכניון בשנת 1924 אמר מנחם אוסישקין כי 'מדע פרקטי ומדע בסיסי הם שני הצדדים של אותה המטבע'. מאז ועד היום, התפיסה הזאת היא חלק מהדי-אן-איי של הטכניון – מחקר בסיסי איכותי אינו סותר מדע יישומי אלא תומך בו."

את תחום רישום הפטנטים מובילה בטכניון יחידת המסחור T3, הפועלת במסגרת מוסד הטכניון למחקר ופיתוח. היחידה אחראית לבחינת רעיונות חדשים וטכנולוגיות, על יישומם, על רישום ותחזוקה של פטנטים ועל מסחורו של הקניין הרוחני שמקורו בטכניון.

לדירוג המלא:

http://academyofinventors.org/wp-content/uploads/2018/06/TOP-2017.pdf

מבודד אופטי ראשון מסוגו פותח על ידי פרופ' טל כרמון מהפקולטה להנדסת מכונות בטכניון. המבודד מעביר אור שנכנס אליו מכיוון אחד וחוסם את האור הנכנס מהכיוון המנוגד. הפיתוח פורסם בכתב העת היוקרתי Nature

פרופ' טל כרמון

חוקרים בטכניון בנו מבודד אופטי ראשון מסוגו, המבוסס על הדהוד של גלי אור בכדור זכוכית המסתובב במהירות. זהו ההתקן הפוטוני הראשון שבו אור המתקדם בכיוונים מנוגדים נע במהירויות שונות. הפיתוח פורסם בכתב העת היוקרתי Nature.

את המחקר הוביל פרופ' טל כרמון מהפקולטה להנדסת מכונות וממכון ראסל ברי למחקר בננוטכנולוגיה בטכניון. לדבריו "פיתחנו כאן מבודד פוטוני יעיל מאוד המצליח לבודד 99.6% מהאור. המשמעות היא שאם נשלח 1,000 חלקיקי אור, ההתקן יבודד כהלכה 996 פוטונים ויפספס רק 4. יעילות בידוד כזו נדרשת בהתקני תקשורת אופטית קוונטית. המבודד שפיתחנו כאן ממלא כמה דרישות חיוניות נוספות: הוא פועל היטב גם כשהאור מגיע בו זמנית משני הכוונים, הוא תואם לסיבים אופטיים סטנדרטיים, הוא ניתן למזעור והוא אינו משנה את צבעו של האור."

קצת רקע למחקר:

שחייה במורד הנהר מהירה יותר משחייה במעלה הנהר. רכיבה על אופניים כשהרוח בגבנו מהירה יותר מרכיבה נגד הרוח. מתברר שגם האור משנה את מהירותו כתוצאה מ"רוח גבית" או מ"שחייה נגד הזרם", כלומר כתוצאה מתנועת התווך שבו הוא נע. מהירות האור מושפעת ממהירות התווך.

ד"ר שי מעייני

כבר בבית הספר התיכון אנו לומדים שמהירות האור מושפעת מסוג התווך – החומר שבתוכו נע האור. מהירות האור בזכוכית, למשל, איטית ממהירותו באוויר. עוד לומדים בתיכון ששתי אלומות אור המתקדמות בכיוונים מנוגדים בזכוכית, או בכל חומר אחר, יתקדמו באותה מהירות. "בלימודים בטכניון למדתי גם שמהירות האור תלויה במהירות התווך שבו הוא נע," אומר פרופ' כרמון. "ממש כמו השחיין בנהר, מהירות האור נגד תנועת התווך איטית ממהירותו עם תנועת התווך."

על תופעה זו הצביע כבר ב-1849 המדען הצרפתי ארמנד פׅיזוֹ (Fizeau). הוא הראה שבדומה למהירות השחיין בנחל, מהירות האור במורד הזרם גבוהה ממהירות האור במעלה הזרם. הגילוי של פיזו השפיע מאוד על פיתוחה של תורת היחסות הפרטית על ידי אלברט איינשטיין.

הגרר שמפעיל החומר הנע על האור, שנקרא גם גרר-פיזו, עשוי להוביל ליישומים משמעותיים באופטיקה ובמחשוב. זאת משום שהאטה והאצה של האור באמצעות תנועת התווך יכולות לייצר מבודד אופטי – התקן שבו האור הנכנס מצד אחד נבלע והאור הנכנס מצד שני עובר. למרות  שמהירות האור בתווך היא התכונה הבסיסית ביותר שנובעת מתגובת הגומלין בין אור לחומר, עד כה לא נבנה התקן פוטוני שבו אלומות מנוגדות של אור מתקדמות במהירויות שונות.

כעת, לראשונה, הצליחו חוקרי הטכניון לבנות מבודד המבוסס על מהירויות אור שונות לאלומות המתקדמות בכוונים מנוגדים. מדובר בהתקן אופטי כדורי המסתובב במהירות גבוהה. לתוך ההתקן משוגרות אלומות אור משני כיוונים מנוגדים. האור שמגיע מימין מסתובב בהיקף הכדור עם כיוון סיבוב הכדור; האור שמגיע משמאל מסתובב נגד כיוון הסיבוב ולכן נע במהירות נמוכה יותר. אפשר לומר שהאור נגרר עם ההתקן.

רפי דהן

ההתקן החדשני מהווה מבודד אופטי – הוא מעביר אור המגיע מצד שמאל ומכבה אור המגיע מצד ימין. לדברי פרופ' כרמון, "הבסיס הפיזיקלי של ההתקן, בנוסף לגרר המופעל על האור, הוא מהוד – מקום שגלי האור מהדהדים בו. האור המהדהד מסתובב בתוך הכדור אלפי פעמים עד שהוא נבלע. לעומת זאת, אור שאינו מהדהד חולף דרך ההתקן כמעט ללא הפרעה. במילים אחרות, האור הנע עם ההתקן מהדהד וכבה, והאור הנע כנגד ההתקן ממשיך הלאה ללא הפרעה."

ההתקן נבנה בבית המלאכה לניפוח זכוכית בטכניון ממוט זכוכית שקצהו הותך לכדור ברדיוס של מילימטר. מקור האור הוא סיב אופטי דקיק, בקוטר מאית מעובי שערה, הנמצא במרחק של ננומטרים ספורים מהכדור. הכדור, שהוא המהוד, מסתובב במהירות עצומה – שפת הכדור נעה במהירות של כ-300 קמ"ש – והאור המגיע מהסיב מסתובב בתוכו אלפי פעמים.

אחד האתגרים ההנדסיים שניצבו בפני קבוצת המחקר היה שימור מרחק מזערי קבוע בין הסיב (מקור האור) למהוד הכדורי. "שמירה על מרחק מדויק היא אתגר מסובך גם אם ההתקן אינו נע, והיא אתגר הרבה יותר מסובך כשמדובר בכדור שמסתובב במהירות עצומה. לכן חיפשנו דרך שתכריח את הסיב לנוע יחד עם הכדור למרות העובדה שהסיב והכדור אינם מחוברים. בסופו של דבר מצאנו דרך לעשות זאת: הסיב מרחף על הרוח שיוצר סיבוב הכדור. כך, אם ההתקן רועד – ובגלל הסיבוב המהיר הוא רועד בהכרח – הסיב ירעד יחד עם הכדור המסתובב והמרחק ביניהם יישמר."

לדברי פרופ' כרמון, "אנחנו מקווים שסללנו כאן דרך לסוג חדש של התקנים אופטו-מכניים המבוססים על כוחות אופייניים למרחקים ננומטרים. הכוחות הפועלים במרחקים אלה הם כוחות קזימיר וכוחות ואן דר ואלס – כוחות חזקים מאוד, שמקורם באפקטים קוונטים, שעד כה כמעט שלא נעשה בהם שימוש בהתקנים מכניים בכלל ובמהודים בפרט. לאחרונה הדגמנו לראשונה סוג חדש של לייזר שבו גלי מים גורמים לפליטת האור; עוד הדגמנו, בפעם הראשונה, מיקרו לייזר שבו גל אקוסטי גורם לפליטת האור. יתכן בעתיד נוכל ליצור במהודים החדשים לייזרים המבוססים על כוחות קזימיר וכוחות ואן דר ואלס."

את המחקר הוביל פרופ' כרמון עם קבוצת המחקר שלו ועם שותפיהם בקולג' לאופטיקה ופוטוניקה (CREOL). את הניסוי ערכו רפי דהן, שהיה אז סטודנט לתואר שני, והדוקטורנט שי מעייני. ד"ר מעייני נמצא כיום בפוסט-דוקטורט ב-MIT, שם הוא מפתח סיבים אופטיים חדשניים בהנחייתו של בוגר הטכניון פרופ' יואל פינק. ד"ר מעייני בחר בתחום מחקר זה, שהוגדר כצורך אסטרטגי של ישראל, מתוך רצון לחזור לישראל כחבר סגל בתום הפוסט-דוקטורט. פרופ' כרמון מדגיש כי חמשת המחברים הראשונים של המאמר הם אנשי הפקולטה להנדסת מכונות בטכניון, בכללם יורי קליגרמן ואדוארד מוזס, שביצעו את החישובים.

במחקר תמכו מרכז המצוינות I-CORE,  "מעגל האור" ומשרד המדע, הטכנולוגיה והחלל.

למאמר המלא ב- Nature  לחצו כאן

מערכת הניסוי: הכדור שבקצה המוט מסתובב במהירות בקרבת מקור האור – הסיב האופקי שנראה ברקע. אור המגיע מצד ימין של הסיב מועבר, בעוד האור המגיע משמאל נחסם. למטה: המנוע המסובב את הכדור.

בתמונה אפשר לראות את הסיב (מעגל ריק), את שפת הכדור המסתובב (למטה באפור), וביניהם את זרימת הרוח שעליה מרחף הסיב. הסיב מרחף מעל הכדור תוך שמירת מרחק של עשרות ננומטרים בודדים.

חוקרים בטכניון יצרו מערכת אופטית חדשה: "קיפודי אור" ננומטריים הסוללים דרך ליישומים חדשים בעיבוד מידע, בהעברתו ובאחסונו. המערכת צפויה להוביל לגילוי מגוון תופעות אופטיות חדשות

משתתפי המחקר במעבדת ברטל בפקולטה להנדסת חשמל. מימין לשמאל: פרופ"ח נתנאל לינדנר, שי צסס, פרופ"ח גיא ברטל, קובי כהן, יבגני אוסטרובסקי וברגין ג'יונאי

חוקרים בטכניון הצליחו לייצר "קיפודי אור" זעירים הקרויים סקירמיונים אופטיים וטומנים בחובם פוטנציאל לפריצת דרך בעיבוד מידע, בהעברתו ובאחסונו. את המחקר, שהתפרסם בכתב העת היוקרתי Science, הובילו פרופ'-חבר גיא ברטל מהפקולטה להנדסת חשמל ע"ש ויטרבי ופרופ'-חבר נתנאל לינדנר מהפקולטה לפיזיקה בטכניון. במחקר השתתפו פרופ' ברגין ג'יונאי מהפקולטה לרפואה באוניברסיטה האלבנית בטיראנה והסטודנטים שי צסס, יבגני אוסטרובסקי וקובי כהן.

המונח "סקירמיון" (skyrmion) מבוסס על שמו של הפיזיקאי הבריטי ד"ר טוני סקירם (Skyrme), שהגה בשנת 1962 שיטה להגברת יציבות של מערכות פיזיקליות עתירות אנרגיה, וזאת באמצעות שדות זעירים בעלי תצורה מרחבית "קיפודית". במרוצת השנים מומש רעיון זה גם בחומרים מגנטיים ואחרים, וכיום נחשבים הסקירמיונים להבטחה גדולה – בין השאר בהגדלת נפח האחסון של זיכרונות מחשב.

כיום מאוחסן רוב המידע בעולם על כוננים קשיחים, שהקריאה מהם מבוצעת על ידי זרוע מכנית. ניהול מידע באמצעות סקירמיונים, לעומת זאת, מבוסס על הזזה לא מכנית של הסקירמיונים באמצעות זרמי חשמל חלשים. תכונה נוספת של הסקירמיונים היא ממדיהם הזעירים – הם קטנים פי 10,000 מקוטרה של שערה. מאפיינים אלה צפויים לייעל, להאיץ ולהוזיל באופן דרמטיים תהליכים של עיבוד מידע, העברתו ואחסונו.

מערך של סקירמיונים אופטיים. השדה החשמלי בכל תא במערך אינו אחיד בכיוונו אלא מצביע לכל כיוון אפשרי במרחב

חוקרי הטכניון הם הראשונים המרחיבים את הרעיון של ד"ר סקירם לתחום האופטיקה; הם הצליחו ליצור סקירמיונים באמצעות השדה החשמלי של גלים אלקטרומגנטיים המתקדמים בתוך חומרים ייעודיים. בניגוד לגלי אור "רגילים", שהשדה החשמלי שלהם מכוון בדרך כלל בכיוון ספציפי (עיקרון פיזיקלי שעליו מתבססים, לדוגמה, משקפי שמש מקטבים), חוקרי הטכניון הראו כי השדה החשמלי יכול לקבל את הצורה ה"סקירמיונית" ולפנות לכל העברים בעת ובעונה אחת כך שצורתו המרחבית מזכירה קוצים של קיפוד. יתר על כן, הם הראו שאותם "קיפודי אור" אינם מושפעים מפגמים בחומר שבו נוצרו.

להצלחה ביצירת סקירמיונים בגלים אלקטרומגנטיים עשויה להיות חשיבות מכרעת ביישומים פרקטיים. כיום חומרים בהם נוצרים סקירמיונים הם נדירים ביותר ודורשים קירור לטמפרטורות נמוכות מאוד, לרוב באמצעות חנקן או הליום נוזלי. התגלית החדשה עשויה ליצור בעתיד את התופעה הייחודית הזו במגוון מערכות וחומרים כגון נוזלים, מערכי ננו-חלקיקים וגזים של אטומים קרים. המחקר עשוי להוביל גם ליישומים חדשים של סקירמיונים בעיבוד מידע, בהעברתו ובאחסונו בדרכים אופטיות ולא מגנטיות.

המחקר נערך בשיתוף המרכז לננואלקטרוניקה ע"ש שרה ומשה זיסאפל ומכון ראסל ברי למחקר בננוטכנולוגיה ובתמיכת קרן ג'ייקובס, מרכז המצוינות I-CORE, קרן המדע הישראלית (ISF) והמועצה האירופית למחקר (ERC).

למאמר ב- Science: לחצו כאן

חוקרים בטכניון פיתחו שיטה חדשנית להגברת יעילותם של התקנים אלקטרואופטיים כגון פוטואלקטרודות לפירוק מים

חוקרים בטכניון פיתחו שיטה חדשנית להגברת יעילותם של התקנים אלקטרואופטיים, וזאת באמצעות הגברת האינטראקציה בין אור לחומר. כתב העת היוקרתי Advanced Materials מדווח כי השיטה יושמה בהצלחה בייצור תא סולארי פוטואלקטרוכימי המשמש להפקת מימן ממים בעזרת אנרגיית השמש.

את המחקר ערכו הדוקטורנט אסף קיי והפוסט-דוקטורנטית ד"ר ברברה שרר בהנחיית ראש קבוצת המחקר, פרופ' אבנר רוטשילד מהפקולטה למדע והנדסה של חומרים. החוקרים פיתחו שיטה חדשה לייצור מטא-חומרים המגבירים את האינטראקציה בין אור וחומר בשכבות דקות מאוד. חומרים אלה עשויים ממבני-על רב-שכבתיים המשלבים שכבות דקות של מתכות ותחמוצות מוליכות למחצה. כאמור, השיטה יושמה בהצלחה בהפקת מימן ממים.

חתך רוחב סכמתי של המבנה הרב-שכבתי בהתקן שפותח ע"י דר' חן דותן, ותמונה של התקנים בעלי שכבות בעוביים שונים.

מימן נחשב לדלק מבטיח כיוון שהשימוש בו אינו מזהם. הוא מיוצר על ידי פירוק מים באמצעות אנרגיית השמש בתהליך הנקרא פוטואלקטרוליזה. בתהליך זה נבלעים פוטונים מהשמש בחומר מוליך-למחצה ומעבירים את האנרגיה שלהם לאלקטרונים בחומר הבולע את הקרינה. אלקטרונים אלה משמשים לפירוק המים למימן וחמצן (H₂O à H₂ + ½O₂). זאת על ידי ניתוק הקשר הכימי בין אטומי המימן (H) והחמצן (O) במולקולת המים (H₂O).

הבעיה היא שבתהליכי פוטואלקטרוליזה עלולים האלקטרונים לאבד את האנרגיה שקיבלו מהפוטונים עוד לפני שהספיקו לפרק את המים. תופעה זו, הקרויה רקומבינציה, פוגעת ביעילות ההמרה של אנרגיית השמש למימן. לכן ברור הצורך להגביר את היחס בין קצב הריאקציה האלקטרוכימית המפרקת את המים לקצב הרקומבינציה.

פוטואלקטרוליזה מתבצעת על ידי פוטואלקטרודות הבולעות את האור ומפרקות את המים. אותן פוטואלקטרודות נדרשות לבלוע פוטונים בספקטרום רחב ככל האפשר ולעמוד בתנאי סביבה עוינים בתמיסות קורוזיביות. בנוסף חשוב שיופקו מחומרים זולים, נפוצים ולא רעילים. בשל מורכבותם של אתגרים אלה, במשך שנים רבות לא פותחו פוטואלקטרודות יעילות, יציבות וזולות.

בשנת 2012 הציגו פרופ' רוטשילד וד"ר חן דותן, בכתב העת Nature Materials, פיתוח של פוטואלקטרודות המבוססות על תחמוצת ברזל, המהווה מרכיב מרכזי בחלודה. פוטואלקטרודות אלה, שפעלו על כליאת אור בשכבות דקות, הפגינו יתרונות משמעותיים על אלה הקיימות.

תיאור סכמטי של שלבי התהליך בשיטת הייצור החדשה ותמונה של התקן שיוצר בשיטה זו

אולם השיטה שפורסמה ב-2012 יצרה אתגרים חדשים, הקשורים בעמידותה של המראה – שכבת החזר-האור הנמצאת מתחת לתחמוצת. שכבה זו עשויה מאלומיניום או מכסף – חומרים הנוטים להתחמצן או להשחיר, בהתאמה, וכך לאבד את יעילותם בהחזרת אור. בטמפרטורות גבוהות, החיוניות בייצור הפוטואלקטרודה, מואצים תהליכים אלה והורסים את אותה שכבה. בעקבות זאת פיתח ד"ר דותן התקן רב-שכבתי ובו שכבות הגנה שונות המונעות התחמצנות והשחרה של המראה. עם זאת, ייצורו של ההתקן היה עד כה מסובך מאוד.

במחקר הנוכחי פיתחו אסף קיי וד"ר ברברה שרר שיטת ייצור חדשנית ההופכת את סדר שיקוע השכבות בהפקת ההתקן. בשיטה זו משוקעת תחמוצת הברזל על גבי פיסת סיליקון לפני שיקוע שכבת המתכת שמעליה – המראה. תהליך זה מונע את חימצון המתכת, שאותה אפשר לשקע ללא נוכחות חמצן ובטמפרטורה נמוכה.

אולם השיטה החדשה יצרה בעיה חדשה: היא מיקמה את המראה מעל תחמוצת הברזל – בניגוד למבנה הנדרש בהתקן. לכן הוסיפו החוקרים שלב נוסף בייצור, שבו הם הופכים את המבנה שנוצר, מדביקים אותו במהופך לפיסת סיליקון נוספת ומסירים את פיסת הסיליקון הראשונה כדי לחשוף את תחמוצת הברזל ששוקעה עליה. (תהליך זה מתואר באיור 2. )

הסרת פיסת הסיליקון הראשונה נעשתה בשילוב תהליכי איכול רטובים ויבשים המשמשים בתהליך הייצור של צ'יפים למיקרואלקטרוניקה. בתהליכים אלו נדרשת זהירות מירבית כדי שתחמוצת הברזל הדקיקה, שעוביה כ-10 ננומטרים בלבד, לא תיפגע. חשוב להימנע גם מסדקים מיקרוסקופיים העלולים להיווצר בתהליך זה. לשם כך פותח בטכניון תהליך ייצור ייחודי שבו נעשה שימוש בשכבות הגנה של סיליקה (SiO2) ואלומינה (Al2O3), כמוצג באיור 2. תהליך זה פותח בעזרת הצוות המקצועי במרכז לננואלקטרוניקה ע"ש שרה ומשה זיסאפל ובמרכז למיקרואלקטרוניקה ע"ש וולפסון בטכניון.

התהליך שפותח הודגם בייצורו של תא סולרי פוטו-אלקטרוכימי לפירוק מים, המבוסס על שכבה דקיקה של תחמוצת ברזל (בעובי של כ-10 ננומטרים) על גבי מראה יציבה מסגסוגת כסף וזהב. מעבר לדוגמה ספציפית זו, שהוצגה במאמר המתפרסם ב-Advanced Materials, התהליך החדש מהווה פריצת דרך בייצור ופיתוח מטא-חומרים המשלבים שכבות מתכת, תחמוצות מוליכות למחצה וחומרים מבודדים ליצירת התקנים אלקטרואופטיים ומבנים ננופוטוניים חדשניים.

המחקר שהוביל לפריצת הדרך הנוכחית נערך בהדרכתו של פרופ' אבנר רוטשילד מהפקולטה למדע והנדסה של חומרים בטכניון במימון קרן המחקר היוקרתית(ERC)  של האיחוד האירופי במסגרת תכנית FP7. החוקרים מודים לקרנות המחקר שמימנו את העבודה: ERC וקרן מארי קירי (שמימנה את העסקתם של הפוסט-דוקטורנטים ד"ר ברברה שרר וד"ר דניאל גרבה), המרכז לננואלקטרוניקה ע"ש שרה ומשה זיסאפל והמרכז למיקרואלקטרוניקה ע"ש וולפסון, שם התבצעו התהליכים העיקריים בפיתוח שיטת הייצור החדשה.

למאמר המלא לחצו כאן

פרופ' אבנר רוטשילד

הדוקטורנט אסף קיי

ד"ר ברברה שרר

חוקרים בטכניון הצליחו ליירט תקשורת בלוטות', שנחשבה לערוץ בטוח מפני פריצות

פרופ' אלי ביהם

חוקרים בפקולטה למדעי המחשב בטכניון הצליחו לפענח תקשורת בלוטות', שנחשבה לאפיק תקשורת בטוח מפני פריצות. זאת במסגרת עבודת המאסטר של הסטודנט ליאור נוימן בהנחיית פרופ' אלי ביהם, ראש מרכז המחקר לאבטחת סייבר ע"ש הירושי פוג'יווארה בטכניון.

טכנולוגיית הבלוטות', שפותחה בשנות התשעים, הפכה עד מהרה לפלטפורמה פופולרית הודות לפשטות השימוש בה. בניגוד לרשת WiFi היא אינה מבוססת על רשת המקשרת מכשירים רבים זה לזה, אלא על צימוד (Pairing) בין שני מכשירים מסוימים – אוזנייה וטלפון, לדוגמה. שיטה זו מאפשרת שימוש והגדרה נוחים של הצימוד, וגם מקלה על אבטחת התקשורת בין המכשירים.

לדוגמה, כאשר אנחנו מבקשים לדבר בדיבורית בלוטות' עלינו לאשר במכשיר הטלפון את הפעולה. באותו רגע נוצר צימוד בין הדיבורית למכשיר הטלפון. פירוש הדבר הוא היווצרות של ערוץ מוצפן בין שני המכשירים. במשך השנים טכנולוגית בלוטות’ התפתחה והתרחבה, והתקדמה לטכנולוגיות הצפנה עדכניות. בשל כך נחשבת טכנולוגיה זו לחסינה מפני התקפות. הודות לפשטותה ולעלותה הנמוכה, נמצאת טכנולוגיה זו כיום כמעט בכל התקן טכנולוגי כדוגמת מכשור לביש, דיבוריות ברכב, טלוויזיות חכמות, שעונים חכמים, מקלדות ומחשבים, ותומכת גם בחיבורי אינטרנט, מדפסות ופקסים.

כעת הצליחו נוימן ופרופ' ביהם, לאחר שנה של עבודה תאורטית וניסויית, לפתח התקפה החושפת פגיעות בתקשורת הבלוטות' על כל גרסאותיה העדכניות. לדברי פרופ' ביהם, מהחוקרים הבולטים בתחום הקריפטוגרפיה כיום, "הטכנולוגיה שפיתחנו מגלה את מפתח ההצפנה המשותף לשני המכשירים ומאפשרת לנו, או למכשיר שלישי, להצטרף לשיחה. כך אנחנו יכולים לצותת לשיחה או לחבל בה. כל עוד לא נשתתף בה באופן פעיל, המשתמש לא יוכל לדעת שיש כאן גורם שלישי שמאזין."

צימוד התקני בלוטות' משתמש ברעיון מתמטי הנקרא בשפה המקצועית ECC – הצפנה בעזרת עקומים אליפטיים. ברגע הצימוד משתמשים התקני הבלוטות' בנקודות על מבנה מתמטי בשם עקום אליפטי באופן שמאפשר להם לקבוע מפתח סודי משותף לשני ההתקנים, שעליו מתבססת ההצפנה בהמשך. חוקרי הטכניון מצאו למעשה נקודה בעלת תכונות מיוחדות הנמצאת מחוץ לעקום, שמאפשרת להם לקבוע את תוצאת החישוב, אך אינה מזוהה כזדונית על ידי המכשיר. באמצעות אותה נקודה הם קובעים למעשה את מפתח ההצפנה, שישמש את שני הרכיבים המצומדים.

המתקפה שפיתחו נוימן ופרופ' ביהם רלוונטית לשני היבטים של בלוטות' – החומרה (צ'יפ) ומערכת ההפעלה (כדוגמת אנדרואיד) בשני ההתקנים המשוחחים (הן באוזניה והן בטלפון במקרה של הדוגמה לעיל) – ולמעשה מאיימת על הגירסאות החדשות ביותר של התקן הבינלאומי. לפיכך הם פנו, באמצעות מרכז תיאום אירועי אבטחת מידע CERT/CC באוניברסיטת קרנגי מלון וארגון Bluetooth SIG לחברות המובילות בתחום ועדכנו אותן בפירצה שגילו. לדברי פרופ' ביהם, "פנינו לחברות ענק ובהן אינטל, גוגל, אפל, קוואלקום וברודקום שמחזיקות ברוב השוק הרלוונטי, וסיפרנו להן על הפירצה ואיך לתקן אותה." ביהם מוסיף "גוגל הגדירו את הפירצה כ"חמורה ביותר" והפיצו עדכון לפני כחודש, וגם אפל הפיצו עדכון השבוע.. ובנוסף יצרנים נוספים ששמעו על הפירצה פנו אלינו ביוזמתם לבדיקת מוצריהם.”

מידע נוסף מופיע באתר: https://www.cs.technion.ac.il/~biham/BT/

חוקרים בפקולטה לביולוגיה בטכניון חושפים את תפקידו המורכב של חלבון קספאז-3 במחלת הסרטן. המחקר התפרסם ככתבת השער בכתב העת Molecular Cell

פרופ'-משנה ירון פוקס

מחקר שנערך בפקולטה לביולוגיה בטכניון מעלה ממצאים חדשים בנוגע לתפקידו של החלבון קספאז-3 בהתחלקות תאים, בהתפתחות סרטן ובקביעת גודלם של איברים בגופנו. המחקר התפרסם בכתב העת Molecular Cell, שבחר גם להציגו על שער הגיליון.

גודלו של איבר נגזר מגורמים רבים ובהם גודלו של כל תא בודד, תהליכי החלוקה, ההתמיינות והמוות של התאים וכמובן מספרם. עם זאת, "תוכנית העל" המולקולרית המבקרת תהליכים אלה עדיין לא ברורה לגמרי. מכאן חשיבותו של המחקר הנוכחי, שנערך בהנחייתו של פרופ'-משנה ירון פוקס ובהובלתה של ד״ר יהב יוספזון.

חוקרי הטכניון חשפו מנגנון מולקולרי שלא היה ידוע עד כה, המבקר את גודלן של בלוטת החלב בעור. העור הוא האיבר הגדול ביותר בגוף האדם. משקל עורו של אדם מבוגר הוא כ-9 ק"ג ושטחו הכולל כ-2 מ"ר. העור מורכב מאפידרמיס (השכבה החיצונית) ודרמיס (הנמצא מתחתיו). בלוטות החלב הנמצאות באפידרמיס מייצרות ומפרישות חומר שומני (סבום) המגן על העור ועל השערות שעליו. שיבושים בבלוטות החלב עלולים להוביל לאקנה ולהתפתחות של גידולים סרטניים, אך עד כה לא היה ברור המנגנון המשפיע על התפתחותן ועל גודלן של בלוטות החלב.

המחקר הנוכחי התמקד בחלבון קספאז-3 וגילה כי חלבון זה ממלא תפקיד מרכזי בהתפתחותן של בלוטות החלב. קספאז-3 נחשב לשחקן מרכזי בתהליך האפפוטוזיס – מוות מתוכנן של תאים. תהליך זה, שבו "מתאבדים" תאים משובשים למיניהם, חיוני לבריאותו של האורגניזם. קספאז-3 פועל כפרוטאז – חלבון החותך חלבונים אחרים, וכך הוא מוציא לפועל את הרס התאים.

ד"ר יהב יוספזון

במחקר הנוכחי נמצא כי בניגוד לדוֹגמה המקובלת, קספאז-3 אינו מוביל רק לאפופטוזיס; הוא גם עושה את הפעולה ההפוכה – חלוקת תאים – וכך משפיע גם על גודלה של בלוטת החלב. זאת באמצעות חלבון אחר בשם YAP.
YAP הוא חלבון הפועל כפקטור שעתוק המניע התחלקות תאים כאשר הוא נכנס לגרעין התא. לכן הוא נתון לבקרה קפדנית מאוד, כדי שלא יגרום להתחלקות בלתי מבוקרת של תאים העלולה להוביל להתפתחות גידול סרטני. כדי למנוע ממנו כניסה לתא מעוגן YAP לקרום התא על ידי החלבון α-Catenin. במחקר הנוכחי התגלה כי קספאז-3 יודע לחתוך את α-Catenin וכך לשחרר את YAP לחופשי ולאפשר לו להיכנס לגרעין התא ולעורר התחלקות.

התגלית הנוכחית חשובה במיוחד שכן היא שופכת אור על הטיפולים המקובלים בסרטן – הקרנות וכימותרפיה. טיפולים אלה מאיצים במתכוון את פעילות קספאז-3, וזאת במטרה להמית את תאי הגידול באמצעות אפופטוזיס. במחקר הנוכחי מתברר כי פעולה זו עלולה דווקא להאיץ את חלוקת התאים ולהגדיל את מסת הגידול. לדברי פרופ'-משנה פוקס, "לתגלית שלנו יישומים פוטנציאליים רבים, ובהם בלימת סרטן וריפוי פצעים באמצעות מניפולציה על קספאז-3. כעת, כשידוע תפקידו הלא-אפופטוטי של קספאז-3, אפשר וצריך לקחת זאת בחשבון בבניית אסטרטגיה טיפולית. תוצאות ראשוניות ומבטיחות מאוד ממעבדתנו מעידות כי עיכוב של קספאז-3 עשוי להיות אמצעי יעיל מאוד בטיפול בגידולים סרטניים שונים בשלבים מתקדמים."

פרופ'-משנה פוקס הוא ראש המעבדה לחקר תאי גזע ורפואה רגנרטיבית בפקולטה לביולוגיה וחוקר במרכז לורי לוקיי להנדסה ולמדעי החיים. הוא מתמקד בחקר תאי הגזע, האחראיים לחידוש הרקמות בגופנו. במסגרת זאת הוא מבודד אוכלוסיות חדשות של תאי גזע, חוקר את מנגנון ההתאבדות של תאים מיוחדים אלו ומקדם טכניקות חדשות לרפואה רגנרטיבית ולטיפול במחלת הסרטן.

המחקר הנוכחי נערך בתמיכת הקרנות קרן משרד המדע (קמין) וקרנות ICRF ,RCDAו-GIF.

למאמר המלא ב- Molecular Cell לחצו כאן

שלישיית זקיקי שיער ובלוטות חלב. תאי הגזע צבועים בכתום, ותאים חיוביים לקספאז-3 פעיל – באדום

זקיקי שיער ובלוטות חלב בעור. תאי הגזע צבועים בירוק והתאים המתחלקים באדום

אילוסטרציה של כפל התפקידים של קספאז-3 – מוות תאי וחלוקת תאים – על שער Molecular Cell, באדיבות כתב העת

המשלחת הישראלית, שכללה ארבעה תלמידי תיכון, הוכשרה בפקולטה לכימיה ע"ש שוליך בטכניון

המשלחת הישראלית לאולימפיאדת הכימיה הבינלאומית, שהורכבה מארבעה תלמידי תיכון ושלושה מלווים מהטכניון שבה אתמול (א') ארצה מצ'כיה.

התלמידים בנבחרת ישראל בכימיה שייצגה את מדינת ישראל הם:

רז לוטן מתל אביב, ביה"ס עירוני א'– זכה במדליית כסף.

רועי פאר ממושב גן חיים, ביה"ס הכפר הירוק- זכה במדליית ארד.

חן גלשטיין מחיפה, ביה"ס הריאלי העברי.

נועה קרסק מראש העין, ביה"ס אחד העם.

בתמונה, מימין לשמאל: מימין לשמאל : נועה קרסק, חן גלשטיין, רז לוטן, המאמנת הראשית דר׳ איזנה ניגל אטינגר, רועי פאר, ראש התוכנית פרופ׳ זאב גרוס, הדוקטורנט המלווה אסף מעודה
קרדיט תמונה: מרכז מדעני העתיד

משרד החינוך ומרכז מדעני העתיד של קרן מיימונידיס מובילים את הכשרת התלמידים להשתתפות באולימפיאדות השונות במסגרת מיזם משותף שהחל השנה (תשע"ח).

האולימפיאדה הבינלאומית לכימיה מציינת השנה 50 שנה להיווסדה וישראל משתתפת בה משנת 2006. השנה התקיימה האולימפיאדה בברטיסלבה, סלובקיה ובפראג, צ'כיה ולקחו בה חלק 300 נערות ונערים מ- 76 מדינות ברחבי העולם.

המשתתפים באולימפיאדה הבינלאומית נבחרים מדי שנה מתוך אלפי תלמידים המשתתפים בכימיאדה – תחרות הכימיה הארצית לתלמידי תיכון המתקיימת בפקולטה לכימיה ע"ש שוליך בטכניון.

כאמור, נבחרת התלמידים שהשתתפה באולימפיאדה לכימיה הוכשרה בפקולטה לכימיה ע"ש שוליך בטכניון. הכשרה זו מתבצעת בסיוע חברי סגל ודוקטורנטים בכירים, מהנדסות המעבדה גבריאלה הלוי ואמה גרץ, מנהלת תכניות הנוער ד"ר אביטל להב, הדוקטורנט אסף מעודה, המאמנת הראשית ד"ר איזנה ניגל אטינגר וראש התוכנית פרופ' זאב גרוס, כאשר שלושת האחרונים גם ליוו את המשלחת לחו"ל.

"הלב מתמלא בגאווה ובנחת מהישגי התלמידים בשנה זו, שהינם המשך ישיר למסורת ההצלחות של תלמידי נבחרות ישראל בכימיה, אמר פרופ' זאב גרוס, ראש התוכנית, מהפקולטה לכימיה ע"ש שוליך בטכניון. "היכולות הגבוהות, כוח הרצון וההתמדה אינם מובנים מאליהם והמדליות הינן הדובדבן שבקצפת. ההישגים מושתתים על הכנה נרחבת ומעמיקה על ידי הצוות מהפקולטה לכימיה ע"ש שוליך בטכניון, בהיבטים התאורטיים וביצוע ניסויי מעבדה. בנוסף למדליה, זוכים התלמידים למלגת שכר לימוד בטכניון."

פרופ' פרץ לביא, נשיא הטכניון בירך את התלמידים ואמר: "התלמידים הישראלים המתמודדים באולימפיאדות הכימיה הבינלאומיות עוברים מיון והכנה בתוכנית מיוחדת המתנהלת מזה שנים בפקולטה לכימיה ע"ש שוליך בטכניון בניהולו של פרופ' זאב גרוס. ההשתתפות והזכייה בתחרות הבינלאומית הן הישג גדול ואני מברך את התלמידים שהשקיעו רבות מזמנם בהכנה התיאורטית והמעשית, בסיוע הצוות התומך בפקולטה לכימיה ע"ש שוליך. אנו בטכניון גאים להכשיר את דור העתיד של מדעני ישראל."

שר החינוך, נפתלי בנט: ״הלב מלא גאווה, מדובר בתלמידים שהם הפנים היפות ביותר של הנוער הישראלי. הם השקיעו שעות ומאמץ רב והביאו כבוד גדול למדינת ישראל בזירה הבינלאומית.

בנט הוסיף כי ״חשוב לזכור – המדליות יפות ומלאות כבוד, אך הן לא העיקר. הסיפור האמיתי הוא החריצות, ההתמדה והעבודה הקשה של התלמידים כדי להגיע להישגים מרשימים ולעמוד בשורה אחת עם תלמידים מצטיינים מכל רחבי העולם.

כשאני מביט באייל, יונתן, אביב, אלון, עמרי, רז, רועי, חן ונועה – אני רגוע לדעת שאלו פני העתיד של התעשייה והכלכלה בישראל. אני גאה להיות שר החינוך של התלמידים האלו. מזל טוב!״

יו"ר מרכז מדעני העתיד, ד"ר שמשון שושני: "ביום בו אנו מתבשרים על הישגים כה מרשימים של התלמידים שלנו, זהו יום בו אנו צריכים לזקוף קומה ולהיות גאים בהם, בכישרון הרב שלהם ובמאמץ וההשקעה האדירים שלהם, שהביאו אותם להצלחות האלה. יש להמשיך להשקיע ולפעול למען מימוש האתגר הגדול של מדינת ישראל- מימוש הפוטנציאל של תלמידי ישראל".

מנכ"ל משרד החינוך, שמואל אבואב: "במאמצים בלתי נדלים תוך דבקות במשימה הצליחו התלמידים להציב את ישראל בחזית המדעים. רצף ההישגים המרשים שלהם והיכולות הגבוהות שהוכיחו לאורך האולימפיאדות יוצר תשתית איתנה שתבטיח למדינת ישראל בעתיד פריצות דרך בתחום הפיסיקה והכימיה. אנחנו נמשיך להשקיע ולהוביל את מערכת החינוך להישגים נוספים בתחום המדעים כדי להבטיח את חוסנה של החברה, הכלכלית והמדעית של מדינת ישראל.  אני מברך את התלמידים הזוכים ואת הצוות אשר הוביל אותם לכל אורך הדרך".

 
מנכ"ל מרכז מדעני העתיד, אלי פריד: "נבחרות ישראל במדעים מגיעות להישגים מרשימים, המעידים על היכולות הגבוהות של התלמידים שלנו, המשתתפים בתחרויות. ההישגים באולימפיאדות הם פרי של נחישות, השקעה ומאמץ בנוסף לכישרון האדיר בו התברכו התלמידים, חברי המשלחות.

החל מהשנה מרכז מדעני העתיד שותף מלא של משרד החינוך במטרה להעניק לתלמידים המצטיינים שלנו את ההכשרה ברמה הגבוהה ביותר ואת הכלים האיכותיים ביותר, שיסייעו להם להמשיך לפרוץ הדרך ולהגיע להישגים".

פרויקט הגמר הזוכה בכנס הפרוייקטים בפקולטה להנדסה ביו-רפואית בטכניון

מקום ראשון, מימין לשמאל: הזוכים נועם קידר וגל אידלשטיין, ד"ר דורון וליאת אדלר, פרופ'-משנה נתנאל קורין ומריה ח'ורי

הסטודנטים נועם קידר וגל אידלשטיין הם הזוכים במקום הראשון בתערוכת פרויקטי הגמר של הפקולטה להנדסה ביו – רפואית בטכניון. הסטודנטים פיתחו אפליקציה סלולרית לניבוי ואבחון של פרפור חדרים בלב. את הפרויקט הנחה עידו וייזר ביטון ממעבדתה של פרופ'- משנה יעל יניב בפקולטה להנדסה ביו-רפואית.

פרפור חדרים הוא הפרעת לב מסוכנת, שהטיפול בה מבוצע באמצעות דיפיברילטור – מכשיר הנמצא כיום במקומות ציבוריים רבים. טיפול מידי בפרפור חדרים עשוי להציל כ-90% מהחולים, אבל כל דקה שחולפת מהאירוע מפחיתה את שיעור השורדים בכ-10%. לכן יש חשיבות עצומה לאבחון מוקדם או מידי.

האפליקציה שפיתחו הסטודנטים מאפשרת לנבא את האירוע לפחות 4 דקות מראש בשיעור ניבוי של 100%. התרעה כזו מאפשרת פינוי מוקדם של החולה או טיפול בו בדיפיברילטור. האפליקציה מבוססת על הקלטות של פעילות חשמלית בלב (ECG) באנשים בריאים רבים ועל שימוש בלמידה עמוקה (Deep Learning – רשתות נוירונים רבודות). מעבר לתועלת בהצלת חיים ובמניעת נזקים רפואיים אחרים, המערכת צפויה לספק לקהילת המחקר מידע רב על התפתחותו של פרפור חדרים.

הפרויקט החדשני הוצג לאחרונה בתערוכת פרויקטי הגמר של הפקולטה להנדסה ביו-רפואית בטכניון. בתערוכה הוצגו 23 פרויקטים של סטודנטים בשנה הרביעית ללימודי התואר הראשון בפקולטה. הפרויקטים עסקו בשלושה תחומים עיקריים: (1) הדמיה ועיבוד אותות רפואיים, (2) ביו-מכניקה ו(3) זרימה, ביו-חומרים והנדסת רקמות.

הזוכה במקום השני שונית פולינסקי

פרופ' – חבר אמיר לנדסברג, המוביל מזה שנים את תערוכות הפרויקטים בפקולטה, הציג את המגמות הדרמטיות בעולם ההנדסה הביו-רפואית. הוא ציין כי בישראל לבדה מושקעים בענף זה כ-2 מיליארד דולר בשנה וכי שיעור הצמיחה השנתי של התחום עומד על כ-7%. הוא אמר כי "מהפקולטה שלנו יצאו עד היום 1,108 בוגרים שכ-96% עוסקים בתחום וכ-13% מהם הם מנהלים בכירים בתעשייה. ההנדסה הביו-רפואית היא מרכיב חיוני ברפואת העתיד – רפואה מנבאת, מונעת, אישית ומדויקת."

במסגרת התערוכה התקיימה תחרות פרויקטים והפרסים לקבוצות הזוכות הוענקו בחסות ד"ר דורון וליאת אדלר. במקום השני זכתה הסטודנטית שונית פולינסקי, שפיתחה ממשק משתמש ליד רובוטית מודפסת בהנחייתם של ד"ר יואב מדן ויאיר הרבסט מהפקולטות להנדסה ביו-רפואית ולהנדסת מכונות ומעמותת חיפה 3D, העוסקת בפיתוח של ידיים ביוניות זולות המותאמות למטופל. פולינסקי פיתחה יד קלה מסתובבת הניתנת להפעלה על ידי רגל או יד בריאה. השימוש ביד הרובוטית אינטואיטיבי ומאפשר מגוון רחב של תנועות ובהן החזקת כוס חד פעמית מלאה במים. מחיר היד נאמד בכ- 100 דולר, וזאת לעומת עשרות אלפי דולרים הנדרשים לרכישת ידיים ביוניות הקיימות כיום.

מקום שלישי, מימין לשמאל: הזוכים נח מיכאל וצמח בר-מוחא, ד"ר דורון וליאת אדלר, פרופ'-משנה נתנאל קורין ומריה ח'ורי

במקום השלישי זכו הסטודנטים נח מיכאל וצמח בר-מוחא על פרויקט להכנת פיגומים מתכלים לפציעות חוט שדרה באמצעות הדפסה תלת-ממדית וייבוש בהקפאה. הסטודנטים פיתחו פיגום פולימרי מתכלה המתאים לטיפול בחוט שדרה פגוע. הפיגום מיוצר בהדפסת תלת-ממד, אפשר להתאימו לנתונים הספציפיים של המטופל, והשתל נקלט במהירות גבוהה יחסית בחוט השדרה. את הפרויקט הנחה בן קפלן ממעבדתה של פרופ' שולמית לבנברג מהפקולטה להנדסה ביו-רפואית.

בפרס "חביב הקהל" זכו הסטודנטים נופר אזולאי ואיל חביף, שפיתחו פלטפורמה להעברת תרופות באמצעות רוק מלאכותי בהנחיית שני אליאס קרמה ממעבדתו של פרופ' – חבר ג'וזואה שניטמן בפקולטה להנדסה ביו-רפואית.

פרופ' – חבר אמיר לנדסברג

במקום הראשון: האפליקציה הסלולרית לניבוי ואבחון של פרפור חדרים בלב

חביב הקהל

חביב הקהל, מימין לשמאל: הזוכים נופר אזולאי ואיל חביף, ד"ר דורון וליאת אדלר, פרופ'-משנה נתנאל קורין ומריה ח'ורי

תמונה של תערוכת הפרויקטים

חוקרים בטכניון גילו מנגנון המסביר את הסתגלות הצמח לתנודתיות בזמינות מינרלים בסביבתו

פרופ' סיגל סבלדי-גולדשטיין. צילום: ניצן זוהר

חוקרים בפקולטה לביולוגיה בטכניון מציגים הסבר ליכולתם של שורשים לווסת את גדילתם בהתאם למצאי המינרלים בסביבה – מינרלים החיוניים להזנת הצמח (נוטריינטים). המאמר התפרסם בכתב העת Developmental Cell.

את המחקר הוביל הפוסט-דוקטורנט ד"ר עמר פאל סינג בהנחייתה של פרופ"ח סיגל סבלדי-גולדשטיין. עוד שותפים במחקר חברי צוות המעבדה של פרופ' סבלדי-גולדשטיין וחוקרים מהמעבדה של פרופ' משנה ארנון חן מהטכניון ומ ENS Lyon שבצרפת.

מאז ראשית דרכה המחקרית מתמקדת פרופ' סבלדי-גולדשטיין בצמחים כמערכת מודל מרתקת למחקר ביולוגי. מעבדתה בפקולטה לביולוגיה בטכניון עוסקת בהבנת עקרונות התפתחותיים של הצמח. לשם כך היא חוקרת את שני מקורות ההשפעה על גדילת הצמח – האותות הבאים מתוך הצמח והאותות המגיעים מהסביבה. מחקרה מתבסס על מגוון שיטות ניסוייות כגון הדמיה, פענוח שינויים בביטוי גנים ברזולוציה תאית ושיטות בגנטיקה התפתחותית.

"הצמחים חיוניים לחיים על פני כדור הארץ ומהווים אורגניזם-מודל מרתק" אומרת פרופ' סבלדי-גולדשטיין. "הם נבדלים מבעלי החיים בהיבטים שונים. בשעה שבעלי חיים יכולים לנוע ולנדוד למקומות בטוחים יותר, למאגרי מים וכן הלאה, הצמחים מקובעים למקומם. בניגוד לבעלי חיים, צמחים מייצרים איברים חדשים במשך כל חייהם ומווסתים את קצב גדילתם בהתאם לתנאי הסביבה – דבר החיוני להישרדותם. במהלך האבולוציה פיתחה ממלכת הצומח אסטרטגיות שונות כדי להסתגל לתנאי סביבה תנודתיים. לדוגמה, שורש יכול להאיץ או להאט את גדילתו וליצור שורשים חדשים המסתעפים ממנו בהתאם למצאי המינרלים בקרקע".

בתמונה הקבוצתית, עומדים מימין לשמאל: אריקה שפיץ, דן אייזלר, סאורב פאנדי, סיגל סבלדי-גולדשטיין; יושבים מימין לשמאל: מיכל אקרמן-לברט, יואב לילינג, יוליה פרידמן, לישי טננבאום, נטע הולנד. צילום: לידיה אורונוב

הורמונים סטרואידיים, הנקראים ברסינוסטרואידים, הכרחיים לגדילה ולהתפתחות הצמח. חוקרי הטכניון בחנו את פעילותם של ברסינוסטרואידים ושל חלבוני המסלול שהם מבקרים בשורש של צמח Arabidopsis  (בעברית תודרנית). הם גילו כי חלבוני המסלול הסטרואידי מושפעים גם מאותות שמקורם בהרכב המינרלים בסביבת השורש. החוקרים הראו כי הרכב המינרלים במצע הגידול (כלומר, בתנאי מעבדה) עשוי להשפיע בשני כיוונים מנוגדים: חסך בברזל בסביבת הצמח מגביר את עוצמתו של מסלול הברסינוסטרואידים ועל ידי כך מאיץ את התארכות השורש, ואילו חסך בזרחה (פוספט) בסביבה, המוביל להצטברות ברזל בשורש, מחליש את פעילות מסלול הברסינוסטרואידים ובכך מאט את התארכות השורש.

בנוסף, החוקרים מצאו את הגורם המתווך בין הסביבה לצמח בתהליכים אלה – חלבון בשם BKI1. הם גילו כי חלבון זה, המבקר את המסלול הסטרואידי, מושפע גם מתנאי הסביבה; חסך בברזל מוריד את רמת החלבון וכך מאיץ את התארכות השורש, וחסך בזרחה מגביר את רמתו ומאט את התארכות השורש.  כלומר, BKI1 נמצא על "פרשת דרכים" בין מסלול שמקורו באות פנימי של הצמח (הורמון סטרואידי) ומסלול שמקורו באותות מהסביבה (מצאי מינרלים).

החוקרים גם גילו שישנה השפעה בכיוון ההפוך: עוצמת מסלול הברסינוסטרואידים משפיעה על רמת הברזל הנצברת בשורש וכך נוצר משוב המבטיח כנראה כי גדילת השורש תתאים לתנאי הסביבה. "למעשה גילינו מנגנון המקשר בין זמינותם של שני היסודות האלה – זרחה וברזל – והמסלול הסטרואידי, אשר יחד מווסתים את גדילת השורש."  הבנת המורכבות של תגובת הצמח למחסור בזמינות מינרלים עשויה לסייע בעתיד להגדלת היבולים של צמחים חקלאיים תוך הפחתת הצורך בדישון.

למאמר המלא ב- Developmental Cell לחצו כאן

המחקר על שער המגזין Developmental Cell קרדיט: סמדר גולדשטיין, גוש גולדשטיין

ד"ר עמר פאל סינג

הדמייה במיקרוסקופ קונפוקאלי של שורש גדל המבטא פקטור שיעתוק מאוחה לסמן פלואוריסנטי. פקטור השיעתוק משתתף במסלול הסטרואידי ונודד בין הגרעין (עיגולים עם צבע) בו הוא פעיל ומעודד גדילה, אל מחוצה לו (ואז אינו פעיל), באזור בשורש בו התאים מתארכים (חץ אדום). נדידה זו מבוקרת על ידי רמת ההורמון הסטרואידי, אך גם, כפי שגילו החוקרים, על ידי זמינות מצאי המינרלים במצע הגידול. למשל, בתגובה לחסך בזרחה החלבון נמצא מחוץ לגרעין (שורש אמצעי) וגדילת השורש מעוכבת. כתוצאה מכך שערות השורש (יונקות) קרובות יותר לקצה השורש. לעומת זאת, בתגובה לחסך בברזל, החלבון מצטבר בגרעין ומביא להאצת הגדילה (שורש ימני).