כתב העת European Journal of Organic Chemistry בחר במאמר של חוקרים מהטכניון כ"מאמר חשוב מאוד" (VIP). המחברים הם פרופ' צ'רלס דיזנדרוק והדוקטורנטית ננסי גינצי (Nansi Gjineci) מהפקולטה לכימיה ע"ש שוליך ופרופ' דריו דקל מהפקולטה להנדסה כימית ע”ש וולפסון.

החוקרים, חברים בתוכנית האנרגיה ע"ש גרנד בטכניון, מציגים במאמר הנוכחי ריאקציה מפתיעה בין הידרוקסיד לקבוצת חומרים חדשה שהם מפתחים הצפויים לשמש בממברנות לתאי דלק לצורכי תחבורה. הממצא המרכזי הוא שהידרוקסיד, שבדרך כלל מגיב כבסיס, דווקא מגיב כחומר מחזר, בצורה מפתיעה. שינוי במנגנון התגובה בין ההידרוקסיד לקבוצות של הממברנה פותחים אפשרויות חדשות בדרך לפיתוח ממברנות לתאי דלק אלקליים, אשר יכולים להוביל לתאים עם אורכי חיים ארוכים במיוחד.
ננסי גינצי הצטרפה לקבוצות המחקר של פרופ' דיזנדרוק ופרופ’ דקל אחרי שהשלימה שני תארים ביוון.

בתרשים: מבנה גבישי של מולקולת "דיאריל קרבזוליום" העשויה לשמש ליצירת ממברנות תאי דלק השומרות על יעילותן לאורך זמן.

לקריאת המאמר: https://chemistry-europe.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/ejoc.202000435

חוקרי הטכניון פיתחו שיטה חסרת תקדים לדימות תלת-ממדי של תהליכים ננומטריים בתוך תאים חיים הנמצאים בתנועה. קבוצת המחקר של ד"ר יואב שכטמן מהפקולטה להנדסה ביו-רפואית פירקה מכשיר דימות קיים בשווי מאות אלפי דולרים והרכיבה אותו מחדש. התוצאה: מכשיר המבצע דימות תלת-ממדי של 1,000 תאים בדקה

חוקרים בטכניון פיתחו שיטה חדשנית לדימות תלת-ממדי של תהליכים ננומטריים – למשל בתוך תאים חיים בנוזל הנמצא בזרימה. המחקר, שהתבצע בקבוצת המחקר של ד"ר יואב שכטמן מהפקולטה להנדסה ביו-רפואית בהובלת הפוסט-דוקטורנט ד"ר לוסיאן וייס, התפרסם לאחרונה בכתב העת היוקרתי Nature Nanotechnology.

לדברי ד"ר שכטמן, "המטרה שלנו היא לאפשר דימות תלת-ממדי בתוך תאים חיים בתנאים המדמים את סביבתם הטבעית, וחשוב לא פחות – לעשות זאת בתפוקה גבוהה (קצב מהיר). זהו אתגר עצום, כי מיקרוסקופיה תלת-ממדית מצריכה לרוב זמן ממושך וסריקה כלשהי. כאן עשינו זאת מתמונה בודדת ותוך כדי זרימה."

הניסויים במערכת החדשה נערכו על מולקולות די-אן-איי בתאי שמרים חיים ועל תאי דם לבנים עם חלקיקים ננומטריים מהונדסים שסיפקה מעבדתו של פרופ' אבי שרודר מהפקולטה להנדסת כימית ע"ש וולפסון בטכניון. תמצית ההישג: דימות תלת-ממדי, ברזולוציה גבוהה, בתוך יותר מ-1,000 תאים בדקה.

ד"ר שכטמן מסביר כי "להצלחה הזאת יכולים להיות יישומים חשובים מאוד בהקשר של מדע בסיסי, למשל בהבנת המבנה התלת ממדי של די-אן-איי בתוך תא חי, אבל גם בתחום של ננו-רפואה, כלומר בטיפול רפואי המבוסס על חלקיקים ננומטריים מהונדסים כפי שמפתחים במעבדה של פרופ' שרודר. כך, למשל, נוכל למדוד באמצעות הטכנולוגיה החדשה את קצב הבליעה של חלקיקים תרפויטיים כאלה בתא החי, לעקוב אחר התפזרותם בתא ולנטר את השפעותיהם עליו. כיום יש שיטות למיפוי ולמדידה של תאים, אבל השיטות המאופיינות בתפוקה גבוהה מספקות תמונה חלקית ודו-ממדית. הטכנולוגיה שלנו משלבת את היתרונות של השיטות השונות ומספקת תמונה תלת-ממדית בקצב גבוה."

ד"ר יואב שכטמן. קרדיט צילום: ניצן זוהר, דוברות הטכניון

הטכנולוגיה החדשנית מבוססת על הנדסה-מחדש של ImageStream – מכשיר דימות מתקדם שנרכש במאות אלפי דולרים על ידי המרכז הבין-תחומי למדעי החיים וההנדסה ע"ש לורי לוקיי בטכניון. מכשיר זה משלב שתי טכנולוגיות שונות – ציטומטריית זרימה (flow cytometry) ומיקרוסקופיה פלורסנטית – וכך מאפשר לבצע אנליזה של תאים בקצב גבוה.

לדברי ד"ר שכטמן, "קצב הדגימה וכמות התאים הנדגמים חשובים מאוד בהקשר הביולוגי, כי ניסוי ביולוגי הוא תמיד 'רועש' ולא מדויק, וכדי להסיק מסקנה כמותית כלשהי חייבים סטטיסטיקה על כמויות גדולות. יש מקרים שבהם, בגלל קצב דגימה נמוך, אי אפשר לאסוף סטטיסטיקה כזו, כי עד שאתה גומר לאסוף את המידע – התופעה הנחקרת כבר השתנתה. לכן חשוב שתהיה לנו טכנולוגיה שמאפשרת דגימה בקצב גבוה."

ImageStream משמש לצרכים רבים ובהם אפיון אוכלוסיות, אבחון מצבים רפואיים ובדיקה של תרופות חדשות. "זה מכשיר מעולה," אומר ד"ר שכטמן, "אבל יש לו מגבלה משמעותית – הוא מאפשר דימות של עצמים בשני ממדים בלבד, כלומר נותן לנו רק מיפוי דו-ממדי שלהם. ברור שזאת בעיה, מפני שעצמים בעולם האמיתי הם תלת-ממדיים. אפילו אם אנחנו רוצים לבדוק רק מרחקים בתוך חלקיק כלשהו, מדידה דו-ממדית אינה מספיקה, כי גם בממד העומק יש מרחק מסוים בין כל שתי נקודות."

ד"ר לוסיאן וייס. קרדיט צילום: ניצן זוהר, דוברות הטכניון

וזה בדיוק היה האתגר הטכנולוגי המרכזי במחקר הזה – להפוך את ImageStream למכשיר לדימות תלת-ממדי. "לשם כך היינו חייבים לפתוח אותו ולהרכיב אותו מחדש עם המערכת האופטית הייחודית שלנו. צריך לזכור שמדובר במכשיר של 600 אלף דולר,
כך שההסכמה של מרכז הדימות במכון לוקיי לעשות את זה לא הייתה מובנת מאליה, אבל מהרגע שפתחנו את המכשיר והסתכלנו בתוכו, היה לנו ברור מה צריך לעשות (מבלי להזיק)."

קבוצת המחקר הרכיבה על ImageStream את הטכנולוגיה שפיתחה בשנים האחרונות – טכנולוגיה למיקרוסקופיית לוקליזציה המבוססת על עיצוב חזית גל. זהו למעשה עיוות מבוקר של המערכת האופטית, שמאפשר למפות את מיקומיהם של חלקיקים במרחב התלת-ממדי. טכנולוגיה זו מבוססת על צילום של מולקולות צביעה המוטמעות בדגימה ומסמנות מיקומים חשובים בתוכה (למשל גרעיני תאים). על סמך הצורה המתקבלת במצלמה, לאחר שעברה במערכת האופטית המעוותת, מנתחת המערכת את מיקומו התלת-ממדי של העצם הנבדק.

תרשים של המערכת הייחודית שבנתה קבוצת המחקר. Photo by courtesy of Nature & Lucien Weiss

עד כה שימשה הטכנולוגיה לדימות תלת-ממדי של מערכות סטטיות, והחיבור למכשיר הציטומטריה מקנה לה יכולת למפות תאים בזרימה. חיבור זה, שהוא כשלעצמו אתגר טכנולוגי עצום, הוביל להצלחה בדגימה בקצב גבוה מאוד – אלפי תאים בדקה. קבוצת Nature, כאמור, הביעה אמון בפריצת הדרך בפרסום בכתב עת מוביל שלה, והחוקרים מעריכים כי ההישג הטכנולוגי יוביל להתפתחויות מדעיות ויישומיות חשובות במחקר הביולוגי והביוטכנולוגי, באבחון רפואי ובפיתוח טיפולים רפואיים חדשים.

בעבודה השתתפו גם ד"ר אונית אללוף, ד"ר שרה גולדברג, והדוקטורנטים יעל שלו עזרא, בוריס פרדמן ועומר אדיר.

לקריאת המאמר ב-Nature Nanotechnology לחצו כאן

לסרטון המסביר את המחקר:

הודות לתרומתם של רבים מחברי וגמלאי הסגל האקדמי הבכיר בטכניון שתרמו חלק משכרם / גמלתם, הקים הטכניון קרן סיוע לעובדים אשר נקלעו למצוקה כלכלית בעקבות משבר הקורונה.

היוזמה להקמת הקרן, כמו גם ההיענות הנרחבת מצד חברי וגמלאי הסגל האקדמי לבקשה לתרום לה, יוצקות תוכן ממשי ועדכני לצירוף המילים "משפחת הטכניון" המאפיין אותנו מזה שנים ארוכות.

לפרטים נוספים ומסלולי הסיוע

לטופס בקשה לסיוע מקרן עזרה הדדית

חוקרים בטכניון פיתחו חומרי חיטוי אפקטיביים וארוכי טווח.

בניגוד לאקונומיקה ולחומרים דומים המשמשים לחיטוי משטחים, החומרים החדשים פוגעים במנגנון ההדבקה של הנגיף ונותרים פעילים לאורך זמן.

חוקרים בפקולטה להנדסה כימית ע"ש וולפסון בטכניון פיתחו חומרי חיטוי חכמים, הפוגעים במנגנון ההדבקה של נגיף הקורונה ונשארים פעילים לאורך זמן. חומרים אלה צפויים להחליף את האקונומיקה, כמו גם חומרים אחרים מבוססי כלור, שהשפעתם המחטאת מתפוגגת עד מהרה.

ד"ר שאדי פרח מהפקולטה להנדסה כימית ע"ש וולפסון, המוביל את המחקר, התבשר כי המכון האירופי לחדשנות וטכנולוגיה (EIT) יתמוך בפרויקט כדי להאיץ את תהליך הפיתוח ואת הובלתו של המוצר לשוק. זאת באמצעות המענק היוקרתי של EIT Health הניתן זו הפעם הראשונה לחוקר יחיד בטכניון. לדברי ד"ר פרח, "כרגע אנחנו מייצרים חומרים פוטנציאליים ובודקים אותם, וזאת מתוך כוונה לבחור את החומר האופטימלי ולהתחיל בייצור המוני שלו כבר בחודשים הקרובים."

נגיף הקורונה SARS-CoV-2 שייך למשפחה רחבה של נגיפים המוכרים לעולם מזה שנים רבות, וחלקם יכולים להדביק גם בני אדם (human corona viruses). הנגיף החדש אומנם דומה במידה רבה לאחד מקודמיו – נגיף הסארס (SARS-CoV), שגם הוא התפתח בסין וזלג לעשרות מדינות אחרות – אולם האמצעים שננקטו באותה מגפה אינם יעילים במגפה הנוכחית. נכון לעכשיו אין טיפול יעיל מאושר ל-SARS-CoV-2 ולא חיסון נגדו.

ד"ר שאדי פרח עם הפולימר שפיתח

על כן יש צורך בחומרי חיטוי יעילים שיבלמו את ההדבקה-דרך-משטחים. הנגיף החדש, כך מתברר, מסוגל לשרוד על משטחים שונים תקופות ממושכות, המשתנות על פי סוג המשטח ותנאים נוספים. לפי הממצאים מ"אוניית הקורונה" Diamond Princess הוא עשוי להחזיק מעמד על משטחים אפילו 17 ימים. עובדה זו מגבירה כמובן את הסבירות להידבקות דרך מגע במשטחים מזוהמים, בנוסף להדבקה הישירה מאדם לאדם.

קבוצת המחקר של ד"ר פרח, העוסקת בפיתוח פולימרים חדשניים לשימושים רפואיים וטכנולוגיות חכמות למתן תרופות, נרתמה לאתגר במהירות והחלה לפתח פולימרים אנטי-ויראליים ייעודיים הפועלים על הנגיף בשני מנגנונים: ראשית, הם משנים את המבנה שלו ופוגעים בתפקודו וכך משביתים את יכולת ההדבקה שלו; ובנוסף הם תוקפים את מעטפת הנגיף וכך מפרקים אותו. לא פחות חשוב, שחרור חומרי החיטוי נעשה באופן מבוקר ומתמשך ומכאן האפקט ארוך הטווח של הטכנולוגיה החדשה.

מתחילתה של מגפת הקורונה נעשה כמובן שימוש בחומרי חיטוי כדי למנוע הדבקה דרך משטחים. אמצעי החיטוי העיקרי הוא ריסוס בהיפוכלוריט (hypochlorite), המוכר בישראל כאקונומיקה. לשיטה זו כמה מגבלות משמעותיות: זהו נוזל המתאדה במהירות, ותחת קרינת שמש (או קרינת UV ממקור אחר) הוא מתפרק אפילו מהר יותר. לכן מדובר בחיטוי מוגבל וקצר טווח המצריך חזרה על הריסוס כמה פעמים ביום.

הטכנולוגיה החדשה שפיתחה קבוצת המחקר של ד"ר פרח מאפשרת לייצר חומרי חיטוי ייעודיים המבוססים על חומרי גלם זולים וזמינים. פיתוחה של הטכנולוגיה האמורה התאפשר הודות לשילוב הידע הבין-תחומי בכימיה קומבינטורית, בהנדסת פולימרים ובשחרור מבוקר. לדברי ד"ר פרח, "החומרים שפיתחנו ישנו את כללי המשחק כי הם יבלמו את מעגל ההדבקה הקשור למגע במשטחים מזוהמים. הדבקה דרך משטחים היא בעיה קשה בעיקר במקומות ציבוריים כגון בתי חולים, מפעלים, בתי ספר, קניונים, תחנות מרכזיות ותחבורה ציבורית, והפולימרים שלנו יהפכו אותם למרחבים בטוחים יותר. חשוב לציין שהפיתוח הנוכחי הואץ לטובת ההתמודדות עם המגפה הנוכחית, אבל הטכנולוגיה תוכל לשמש בעתיד נגד מיקרואורגניזמים אחרים. כך אנו מעשירים את ארסנל הכלים העומד לרשותנו ומוסיפים לו משפחה חדשה של אמצעי חיטוי המשחררים את החומר הפעיל באופן מבוקר. כך הם נשארים אפקטיביים לאורך זמן."

ד"ר שאדי פרח
ד"ר שאדי פרח השלים את שלושת תאריו באוניברסיטה העברית, ואת הדוקטורט (במסלול ישיר) עשה בכימיה תרופתית. לאחר מכן יצא לפוסט-דוקטורט ב-MIT (בהנחייתו של פרופ' רוברט לנגר) ובבית החולים לילדים בבוסטון השייך לבית הספר לרפואה בהרווארד. כיום הוא חבר סגל ע"ש ניובאואר בפקולטה להנדסה כימית ע"ש וולפסון וחוקר במכון ראסל ברי לננוטכנולוגיה (RBNI). בנוסף, הוא זכה במלגת מעו"ף לחברי סגל צעירים ומעבדתו זכתה במימון נדיב מקרן משפחת ניובאואר.

בתרשים מוצג הרעיון של בלימת ההדבקה דרך משטחים:

ד"ר ירון פוקס

נועה פריסלץ, תלמידה בתוכנית המצטיינים "אלפא" בטכניון, היא הזוכה במקום הראשון בתחרות מדענים ומפתחים צעירים בישראל לשנת 2020. בציון לשבח בתחרות זכתה נור אבו אלהיג'א, גם היא תלמידת בתוכנית "אלפא" בטכניון. פריסלץ, תלמידת י"א בתיכון ליאו באק בחיפה, זכתה בתחרות על עבודת המחקר שלה במעבדתו של פרופ' ירון פוקס מהפקולטה לביולוגיה בטכניון

המחקר הזוכה התמקד בהשפעתו של מחסור בחלבון בשם ARTS על השתקמות של רקמות פגועות. בעשור האחרון גילה פרופ' פוקס כי ARTS מעודד אפופטוזיס – "התאבדות מכוונת" של תאי גזע, שהם תאים ייחודיים ונדירים יחסית האחראים להתחדשות רקמות. אף שאפופטוזיס הוא תהליך חשוב וחיובי שנועד לסלק מהגוף תאים פגומים, כאשר הוא פוגע באוכלוסייה גדולה של תאי גזע הוא משבש את יכולתו של הגוף לחדש רקמות פגועות.

במחקר הזוכה ניטרלה פריסלץ באופן מכוון ומבוקר את תאי ARTS כדי לראות אם מהלך כזה מאיץ את שיקומן של רקמות מעי. ממצאי המחקר שנערך בעכברים מעידים כי התשובה לכך חיובית: מחסור ב-ARTS לא רק מונע תמותה של תאי גזע אלא גם מוביל להיווצרות אוכלוסיות חדשות לגמרי של תאי גזע, וכך משפר את תהליך ההתחדשות של הרקמה. להערכתה עשויים ממצאים אלה להוביל לפיתוח טיפולים שיאיצו את התחדשות רקמות המעי אצל אנשים הסובלים ממחלות מעי דלקתיות ומפגיעה סרטנית במעי.

נועה פריסלץ

את המחקר של פריסלץ הנחו הדוקטורנטיות אלינור קורן ורועי אלנקווה. עיקר המחקר נערך בקיץ האחרון, והיא מקווה לערוך מחקר נוסף במעבדה בקיץ הקרוב, לפני כיתה י"ב.

על המעבדה: המעבדה לתאי גזע ורפואה רגנרטיבית בפקולטה לביולוגיה בטכניון עוסקת בהתאבדות מתוכננת (אפופטוזיס) של תאי גזע. הישגיו של ראש המעבדה פרופ' פוקס זיכו אותו בשנה שעברה בפרס האגודה האמריקאית לקידום המדע (AAAS) לרפואה רגנרטיבית ולתרפיה תאית. באותה שנה הוא נבחר כחוקר צעיר ב-EMBO – הארגון האירופי לביולוגיה מולקולרית.

נור אבו אלהיג'א, שזכתה כאמור בציון לשבח בתחרות, ערכה מחקר בפקולטה לרפואה ע"ש רפפורט בהנחיית פרופ' נתן קרין וד"ר נסרין לח'וד. קבוצת המחקר של פרופ' קרין מתמקדת בתפקידם של תת-סוגים שונים של תאי T בוויסות הקשר בין סרטן לאוטואימוניות. נור, תלמידת מקיף כאוכב ביישוב כאוכב אבו אל-היג'א, חקרה את תפקידו של נוגדן בשם E12 ברגולציה של מחלות אוטואימוניות.  גם בשנה שעברה זכה בתחרות (במקום השני) תלמיד שעבד במעבדתו של פרופ' קרין בהנחיית ד"ר לח'וד. זהו אליאס אליאס, תלמיד בבית הספר נזירות המושיע בנצרת, שעבד על היבטים של טרשת נפוצה.

נור אבו אלהיג'א

על התוכנית: תוכנית אלפא בטכניון מעניקה לתלמידים מצטיינים ומחוננים הזדמנות לחוויה מדעית מעמיקה, הכוללת מחקר בהנחייתם של חוקרים מנוסים. מטרתה לגבש קהילת חוקרים צעירה ואיכותית שתהיה מעורבת כבר בשלב מוקדם בעשייה המדעית.   

על התחרות: תחרות מדענים ומפתחים צעירים, המיועדת לתלמידי תיכון, מנוהלת על ידי מוזיאון המדע בשיתוף ותמיכה של משרד החינוך (מינהל תקשוב ומערכות מידע), קרן גורן-מונטי-פרארי, האקדמיה הלאומית למדעים וחברת אינטל. ב-23 שנות קיומה השתתפו בה יותר מ-1,000 תלמידים.

תכנית אלפא

בפקולטה למדע והנדסה של חומרים בטכניון פותחה מסכת הגנה מפני נגיף הקורונה המחטאת את עצמה לשימוש חוזר. החיטוי מבוסס על חום המיוצר בשכבת סיבי פחמן בתוך המסכה באמצעות מטען חשמלי של טלפון נייד; על הפיתוח הוגש פטנט בארצות הברית

החודשים האחרונים הפכו את מסכת ההגנה לפריט חובה, וכולנו נחשפנו לסוגים השונים של המסכות ובראשן למסכה מסוג N95. לצד הריחוק הפיזי והשמירה על ההיגיינה נדרשנו להקפיד על שימוש במסכות. עם זאת, הרשויות הקפידו להבהיר שהשימוש במסכות חייב להיות נכון. בין השאר פירוש הדבר הוא שגם אם הצלחנו לשמור על המסכה נקייה ויבשה במשך היום, בסופו עלינו להחליפה.

הנחיות אלה, והצורך הדחוף במסכות לצוותים הרפואיים והפרא-רפואיים המטפלים בחולי קורונה, הובילו לביקוש פתאומי למסכות אלה ולמרדף אחר יצרנים וספקים בכל העולם. בארצות הברית, לדוגמה, נדרשות כ-3.5 מיליארדי מסכות כדי להתגונן במקרה של התפרצות חריפה של נגיף הקורונה – פי מאה ממספר המסכות הקיים שם בפועל. גם בישראל נוצר מחסור במסכות, שהחריף עם הכרזת משרד הבריאות על חובת השימוש במסכה.

במעבדתו של פרופ' יאיר עין-אלי, דיקן הפקולטה למדע והנדסה של חומרים בטכניון, פותחה מסכה רב-פעמית הניתנת לחימום מבוקר – תהליך המשמיד את הנגיפים שהצטברו עליה במשך היום ומכין אותה לשימוש חוזר. הקונספט החדשני מבוסס על שכבה פנימית של סיבי פחמן המפוזרים במסכה באופן הומוגני. כאשר שכבת הסיבים מתחממת באמצעות זרם נמוך (2 אמפר) ממקור סטנדרטי – מטען נייד, חיבור USB או מטען סלולרי – היא משמידה את הנגיפים.

קבוצת המחקר של פרופ' עין-אלי, יחד עם קבוצות המחקר של פרופ' דבי לינדל ופרופ' עודד בז'ה מהפקולטה לביולוגיה, ייצרה ובדקה את אב הטיפוס של המסכה, הנטען באמצעות חיבור למטען של טלפון נייד. בסיוע היחידה העסקית של הטכניון הוגש על הפיתוח פטנט בארה"ב ומתקיימים מגעים למסחורו עם גורמים בתעשייה. 

המחקרים יעסקו בין השאר בשיפור טיפולים בסרטן ובריפוי פצעים בחולי סוכרת

ארבע קבוצות מחקר מהטכניון זכו במענקי ISF לקידום רפואה ממוקדת אישית (רמ"א). זהו הסבב השני של המענקים שמקצה הקרן הלאומית למדע (ISF), ובמסגרתו הוענקו 16 מענקי מחקר בסכום כולל של כ-60 מיליון ש"ח לקבוצות מחקר מאוניברסיטאות בארץ. המחקרים הנבחרים יובילו להבנה מעמיקה של מחלות באדם ויקדמו את יישומן של גישות טיפוליות חדשות.

ארבע הקבוצות מהטכניון הן:

• פרופ' אייל גוטליב וד"ר קרן יצחק מהפקולטה לרפואה ע"ש רפפורט עם עמיתיהם בשיבא – מרכז רפואי אקדמי. נושא המחקר: מניעת התפתחות עמידות לתרופות בתאי סרטן הלבלב.

• דיקן הפקולטה לביולוגיה פרופ' יורם רייטר עם עמיתים מרמב"ם: גישה חדשנית להתגברות על עמידות תאים סרטניים לטיפול, וזאת באמצעות תאי T מהונדסים.

• פרופ' שי שן-אור מהפקולטה לרפואה ע"ש רפפורט עם חוקרות ממכון ויצמן ומרמב"ם: ניבוי התמודדות עם זיהומים על סמך הגיל החיסוני של המטופל.

• פרופ' אהרן בלנק מהפקולטה לכימיה ע"ש שוליך עם דיקנית הפקולטה להנדסת ביוטכנולוגיה ומזון פרופ' מרסל מחלוף ופרופ'-משנה ירון פוקס מהפקולטה לביולוגיה: גישה מותאמת אישית לאבחון פצעים כרוניים בחולי סוכרת ולטיפול בהם באמצעות טיפול חדשני.

16 הצעות המחקר הזוכות בסבב הנוכחי נבחרו מתוך 75 הצעות שהוגשו במגוון רחב של נושאים הקשורים בביולוגיה של האדם והיבטיה הרפואיים. התוכנית מאפשרת הרחבה והעמקה של חקר הרפואה הממוקדת אישית בישראל באמצעות תמיכה במחקרים הצפויים להוביל לפריצות דרך עולמיות. ההצעות הזוכות נבחרו בתהליך תחרותי, על בסיס מצוינות מדעית, על ידי ועדת שיפוט בין-לאומית בראשות חתן פרס נובל לכימיה, פרופ' רוג'ר קורנברג מאוניברסיטת סטנפורד. היקף המענקים בתוכנית הוא מהגבוהים הניתנים לחוקרים ישראלים על ידי גוף ישראלי.

תוכנית המחקר מתבססת על איגום משאבים בהשתתפות הוועדה לתכנון ולתקצוב של המועצה להשכלה גבוהה, משרד הבריאות, מיזם ישראל דיגיטלית של המשרד לשוויון חברתי, יד הנדיב וקרן משפחת קלרמן (בוסטון). התוכנית מתנהלת ומופעלת על ידי הקרן הלאומית למדע (ISF).

פרופ׳ יובל דור, יו"ר תחום ביולוגיה ורפואה בקרן הלאומית למדע, אמר כי "במחזור השני של התוכנית חזינו שוב בשפע תוכניות מחקר מצוינות, העוסקות בשאלות מהותיות לבריאות האדם וצפויות להביא לתובנות מדעיות ויישומים רפואיים חשובים."

יו"ר ות"ת פרופ' יפה זילברשץ אמרה כי "תוכנית רמ"א היא מקור לגאווה וסיפוק. עם סיום המחזור הראשון היה ברור שהתוכנית הצליחה מעבר למצופה. אין ספק כי תהיה לה תרומה אדירה לקידום המחקר והרפואה בישראל ובעולם".

שי-לי שפיגלמן, ראש מטה ישראל דיגיטלית, אמרה: "המחקרים המעולים שזכו במחזור השני של התוכנית יחזקו את שיתוף הפעולה המצוין הקיים בין האקדמיה לבין מערכת הבריאות הישראלית. שיתוף פעולה זה עומד ביסוד המצוינות הישראלית בבריאות, והוא אחד הגורמים לכך שישראל עברה בהצלחה את הגל הראשון של מגיפת הקורונה."

בשנה שעברה ניתנו המענקים לראשונה, ואלה חוקרי הטכניון שזכו בהם: פרופ' רועי קישוני מהפקולטה לביולוגיה (פיתוח טיפול אנטיביוטי מותאם אישית לזיהומים בדרכי השתן), פרופ' תומר שלומי מהפקולטה לביולוגיה (אבחון מוקדם של סרטן באוכלוסייה), פרופ' עמית מלר מהפקולטה להנדסה ביו-רפואית (ניבוי של מחלת רשתית) ופרופ' יעל מנדל-גוטפרוינד מהפקולטה לביולוגיה (אבחון טרום-לידתי של מומים מולדים).

להודעה המלאה באתר ISF לחצו כאן

הטכניון העניק בפעם התשיעית את פרס ינאי למצוינות בחינוך האקדמי לחמישה מרצים מצטיינים ולפקולטה למדעי המחשב

טקס הענקת פרס ינאי למצוינות בחינוך האקדמי לשנת תשע"ט התקיים אתמול בטכניון במתכונת מצומצמת וללא קהל, בשל הנחיות משרד הבריאות. פרס ינאי מוענק משנת תשע"א, ועד כה זכו בו 69 חברי סגל וחמש פקולטות מצטיינות.

האירוע נפתח בברכותיהם של נשיא הטכניון פרופ' אורי סיון ויו"ר אס"ט גב' לינוי נגר שאול. לאחר מכם הוענקו התעודות לזוכים:

• פרופ"ח נביה איוב מהפקולטה לביולוגיה
• פרופ"ח יואב ליבני מהפקולטה להנדסת ביוטכנולוגיה ומזון
• פרופ"ח דן מרדכי מהפקולטה להנדסת מכונות
• פרופ' שאול מרקוביץ מהפקולטה למדעי המחשב
• פרופ' אביעד שפירא מהפקולטה להנדסה אזרחית וסביבתית
• פרופ' דן גייגר דיקן הפקולטה למדעי המחשב – פרס לפקולטה מצטיינת בחינוך אקדמי

מנחה הטקס, סגן הנשיא לקשרי חוץ ופיתוח משאבים פרופ' אלון וולף, אמר כי "פרס ינאי מוקיר הצטיינות חינוכית בתוך האוניברסיטה ומחוצה לה כדי שהזוכים ופועלם ישמשו דוגמה והשראה לאחרים. בכך מביע הטכניון את מחויבותו למצוינות חינוכית בכלל ולשיפור הסביבה החינוכית והחברתית בקמפוס בפרט."

"חשיבותו העיקרית של פרס ינאי היא בהיותו הצהרה של הטכניון על כך שאיכות ההוראה נמצאת גבוה בסדר העדיפויות שלנו," אמר נשיא הטכניון פרופ' אורי סיון. "מאז כניסתה של ההנהלה החדשה לתפקיד בסוף 2019 אנחנו דנים הרבה בדמותם העתידית של המהנדס, המדען והרופא שאנחנו רוצים לראות לנגד עינינו. מה שכבר ברור לנו הוא שברצוננו להקנות לסטודנטים שלנו השקפת עולם שתהיה רחבה הרבה יותר מהמקצוע עצמו, וזאת כדי שייצאו לעולם כמנהיגים המשפיעים על סביבתם."

המשנה הבכיר לנשיא הטכניון, פרופ' עודד רבינוביץ', אמר כי "הפרס הזה אינו עוסק בהוראה אלא בחינוך למנהיגות מקצועית. הדגש על חינוך למנהיגות הוא אחת המהפכות שהקמפוס עובר כיום, ובתשע שנות קיומו של הפרס אנחנו רואים כיצד מעגלי ההשפעה שלו מתרחבים. סוכני השינוי של המהפכה הזאת הם אתם, הזוכים, ואין לי ספק שתמשיכו להשפיע לטובה על הקמפוס."

"הלימודים בטכניון קשים ותובעניים," אמרה יו"ר אגודת הסטודנטים בטכניון לינוי נגר-שאול, "אבל אפשר להצליח בלימודים, לחוות תהליך חינוכי ואפילו ליהנות מכל זה. זאת בזכות מרצים כמוכם שרואים במשימה הזאת שליחות אמיתית, יוצקים ערך מוסף חשוב מאין כמוהו ללימודים כאן והופכים אותנו למדענים ומהנדסים טובים יותר. בסמסטר האחרון עלו סוגיות רבות בנושא ההוראה מרחוק, ובהן השאלה אם יש תחליף לעמידה של מרצה מול סטודנטים. על כך ענה אחד הסטודנטים בטכניון: 'אין תחליף ללמידה מקרוב, שבה אתה יושב ומסתכל למרצה בעיניים'."

מדברי הזוכים:

"אני מעודד את הסטודנטים לבחור נושאים שקשורים לתחביבים שלהם, וכך סטודנט מוסיקאי פיתח אלגוריתם להלחנה אוטומטית וסטודנט חובב כדורגל כתב מערכת לחיזוי תוצאות משחקים בליגה האנגלית". (פרופ' שאול מרקוביץ).

"כאשר אני נהנה בהרצאה, הסטודנטים נהנים. כאשר אני מתלהב, הסטודנטים נדבקים בהתלהבות. אהבתי לחומר שאני מלמד עוברת בהשראה לסטודנטים. ההרצאה הופכת לחוויה". (פרופ' אביעד שפירא).

"היכולת שלנו לגעת בכל אחד מן התלמידים היושבים בכיתה היא אולי החשובה ביותר בתפיסת ההוראה שלי – כלי ההוראה המרכזיים שלי הם הראש והלב. אני מחויב תמיד לזכור שיושבים מולי בראש ובראשונה אנשים צמאי-ידע". (פרופ"ח דן מרדכי).

"האור הניצת בעיני סטודנט, כשבעקבות ההסבר שלי לפתע גילה דבר חדש שלא ידע, או הבין דבר שהתקשה בהבנתו, גורם לי סיפוק אדיר. ההוראה שלי מתמקדת מחד בעידוד הלמידה מתוך הסקרנות ובהקניית המוטיבציה לחקור ולשאול שאלות, שהן המנוע של המדע". (פרופ"ח יואב ליבני).

"לכל תלמיד ישנה היכולת להצטיין ולהגיע להישגים יוצאי דופן. למידה היא זכות גדולה וחוויה מהנה ומענגת. המרצה צריך ללמד את המקצוע שהוא אוהב – זה המתכון האולטימטיבי שיגרום למורה להשקיע רבות בקורס ולהמשיך לשפר בצורה מתמדת את תוכן הקורס ואת שיטות ההוראה". (פרופ"ח נביה איוב).

"החזון החינוכי של הפקולטה דוגל בכך שתהליך ההוראה והלמידה יתבסס על כבוד הדדי ועל הכרה בשותפותם של הסטודנטים בתהליך זה. גם כשיושבים בכיתה יותר ממאה סטודנטים, כל אחד מהם הוא אדם שלם עם לחצים ורצונות ועם יכולות שהן בדרך כלל גבוהות בכל מדד אובייקטיבי." (הפקולטה למדעי המחשב)

על משה ינאי

משה ינאי, בן כפר יחזקאל ובוגר הפקולטה להנדסת חשמל בטכניון (1975), הוביל בארבעת העשורים האחרונים כמה מהפכות בעולם אחסון המידע. בעקבות הצטרפותו לחברת EMC ב-1987 הוא הוביל מהלך שהפך את החברה מיצרן בינוני של הרחבות זיכרון מחשבים לחברה המובילה בעולם אחסון המידע לארגונים גדולים. הוא חזר על הצלחתו בשובו ארצה, בהקימו ב-2003 את חברת XIV שנרכשה ב-2007 על ידי IBM. היצירתיות של ינאי הובילה לרישום 40 פטנטים על שמו. הוא תרם רבות לקידום המחקר הטכנולוגי בטכניון ומחוצה לו, וסייע לחברות הזנק ישראליות. ינאי זכה למעמד היוקרתי של EMC Fellow ו-IBM Fellow.

לציון ההכרזה על הקרן יתקיים כנס וירטואלי (webinar) משותף הפתוח לקהל הרחב. באירוע, שייערך
היום – יום רביעי, 27 במאי ב-20:00 – יוצגו מחקרים ופיתוחים חדשניים של חוקרי הטכניון ורמב"ם בנושא הקורונה

הטכניון והקריה הרפואית רמב"ם מכריזים על הקמת קרן מחקר משותפת למען בריאות האדם, וזאת במסגרת סמינר וירטואלי (Webinar) שייערך הערב. הקרן תתמקד במחקר ובפיתוח טיפולים חדשים, דרכים לאבחון מהיר, פיתוח טכנולוגיות להגנה על הצוותים הרפואיים ועוד. פעילות זו מצריכה שיתופי פעולה בין-תחומיים-ובין מוסדיים המחברים רופאים, מהנדסים ומדענים.

את הסמינר הערב יפתחו נשיא הטכניון פרופ' אורי סיון ומנהל הקריה הרפואית רמב"ם ד"ר מיקי הלברטל. השניים ידברו על השותפות בין שני המוסדות, שהתהדקה במהלך ההתמודדות עם התפרצות מגפת הקורונה בישראל. במסגרת שיתוף הפעולה בתקופה זו נערכו מחקרים משותפים של חוקרי הטכניון ושל צוותי רפואה מרמב"ם, ואלה הניבו כמה פיתוחים חדשניים שכבר סייעו בטיפול בחולים ובצמצום ההדבקה.

את האירוע ינחו פרופ' רפי ביאר, נשיא האגודות הבינלאומיות של רמב"ם ומנהל רמב"ם הקודם, וסגן נשיא הטכניון פרופ' אלון וולף.

האירוע הווירטואלי, הפתוח לקהל הרחב, יכלול הרצאות של שלושה צוותי מחקר משותפים שכבר מפתחים פתרונות אבחוניים ואחרים לאתגרים שמציבה מגפת הקורונה. בסיומו יוזמנו המשתתפים להפנות שאלות לדוברים. אלה המחקרים שיוצגו:

• ערכה פורצת דרך לאבחון מהיר של COVID-19 על סמך דגימת רוק –
  ד"ר נעמה גבע -זטורסקי מהפקולטה לרפואה ע"ש רפפורט בטכניון ופרופ' מיכל פאול, מנהלת היחידה למחלות זיהומיות ברמב"ם
• שיטה חדשנית להאצת קצב האבחון באמצעות איגום בדיקות (Pooling) –
  פרופ' רועי קישוני מהפקולטה לביולוגיה בטכניון וד"ר מורן שוורצוורט-כהן, מנהלת המעבדה הווירולוגית ברמב"ם.
• פרויקט COROBOT – פלטפורמה רובוטית שתופעל מרחוק על ידי הצוותים הרפואיים –
  פרופ' גיל יודילביץ' מהפקולטה להנדסת אווירונוטיקה וחלל בטכניון וד"ר נתי הורביץ, מנהל היחידה לאשפוז יום במערך ההמטולוגי ברמב"ם.

ד"ר מיקי הלברטל, מנהל הקריה הרפואית רמב"ם, אמר כי "בחודשים האחרונים עומד העולם מול משבר בריאותי המשפיע על כל תחומי החיים. גם משבר בממדים כאלה הוא הזדמנות. אחת מההזדמנויות שנוצרו היא התגבור המיידי של הרופא החוקר, הממציא והמהנדס מתוך מטרה משותפת להלחם באיום, על בסיס השותפות רבת השנים בין רמב"ם והטכניון. כך נוצרו חיבורים ופתרונות ברובד האבחנתי והטיפולי בקורונה – זוהי החוזקה של השותפות."

פרופ' אורי סיון, נשיא הטכניון, אמר כי "בעקבות התפרצות מגפת הקורונה נרתם הטכניון לבלימתה בכל החזיתות הרלוונטיות – התווית מדיניות, אבחון, טיפול מותאם אישית, בלימת מעגל ההדבקה והגנה על הצוותים הרפואיים. זאת באמצעות חיבור היכולות השונות שלנו, מבינה מלאכותית ומידול מתמטי ועד לאימונולוגיה, הנדסה כימית ורובוטיקה. לקשר ההדוק בין הטכניון לרמב"ם, ובאופן כללי יותר בין הרפואה להנדסה, ערך עצום בימי שגרה ובוודאי בימים אלה, כשכולנו מגוייסים למלחמה הדחופה בנגיף הקורונה ובהתפשטות המחלה."

חוקרים בפקולטה לרפואה ע"ש רפפורט מציגים גישה חדשה להתגברות על התפתחות של עמידות לתרופות אנטי-סרטניות. את המחקר, שהתמקד במנגנוני העמידות האמורים במלנומה, הובילה קבוצת המחקר בראשות פרופ' אמיר אורין מהמרכז המשולב לחקר הסרטן בפקולטה לרפואה ע״ש רפפורט וד"ר אמילי אביטן-הרש מהפקולטה לרפואה ע"ש רפפורט ומחלקת העור ברמב"ם (במסגרת עבודת דוקטורט) בשיתוף עם פרופ׳ זאב רונאי ממכון סנפורד-ברנהם בקליפורניה.

המחקר הנוכחי, שהתפרסם לאחרונה במאמר בכתב העת Journal of Investigative Dermatology, השתרע על כל הספקטרום שבין מחקר לקליניקה – מהמולקולה הבודדת למערכות ניסוי בתרבית רקמה, מהן לעכברי מודל ועד חולי מלנומה.

פרופ' אמיר אורין

חודש מאי הוא חודש המודעות הבינלאומי לסרטן העור. מלנומה היא הסוג הקטלני ביותר של סרטן העור, ובארה"ב לבדה צפויים למות מהמחלה במהלך 2020 כ-6,850 איש, רובם גברים.

ברבים מהמקרים נובעת המחלה ממוטציה בגן בשם BRAF, המובילה להפעלת-יתר של אנזים המאיץ את התחלקות התאים. כיום כבר קיימות תרופות המעכבות אנזים זה וכך בולמות את התפתחות המלנומה, אבל יעילותן של תרופות אלה פחתה עקב התפתחות עמידות בתאים הסרטניים. עמידות זו נובעת בין היתר מכשל במערכת האוביקוויטין – מערכת שגילויה זיכה ב-2004 את הפרופסורים אברהם הרשקו ואהרן צ'חנובר מהטכניון בפרס נובל בכימיה.

מערכת האוביקוויטין אחראית לפירוקם של חלבונים משובשים וחלבונים מחוללי סרטן – פירוק החיוני לתפקודו התקין של הגוף. הבעיה היא שהגידול הסרטני יודע לרתום את החלבונים מחוללי הסרטן לצרכיו, בין השאר באמצעות אנזים בשם RNF4. במחקר קודם גילה פרופ' אורין כי RNF4 תומך בתאים מחוללי הסרטן. יותר מכך, הוא הראה שסילוקו של האנזים בסוגי תאי סרטן שונים אכן פוגע בגידול ומצמצם אותו.

כעת גילו החוקרים כי פעילותו של אנזים זה תלויה בחלבון בשם eIF2α. באמצעות הנדסת גנום ((gene editing הראו החוקרים כי eIF2α  חיוני לפעילות הסרטנית של RNF4 , מגביר את יציבותו וממלא מקום חשוב במיוחד בהתפתחות עמידות לתרופות. בעקבות זאת הם מעריכים כי עיכובו של eIF2α יסלול דרכים להתגברות על בעיית העמידות ולהעצמת יעילותן של התרופות האמורות.

במחקר היו שותפים תלמידי המוסמך יאמן אבו אחמד ואביטל אוקנין ויסמן ממעבדת אורין והפתולוג ד"ר יניב זוהר. במחקר תמכו קרן וולף, קרן פיין, מענק המחקר עתידים, המכון הלאומי לסרטן (NCI), הקרן לחקר הסרטן בישראל (ICRF), הקרן למחקר ישראל גרמניה ((GIF ומענק מחקר בסרטן ע"ש משפחת פלינקמן מרנדי.

פרופ' אורין הוא ראש המעבדה ע"ש סטן ורות פלינקמן לחקר רשתות גנטיות בפקולטה לרפואה ע"ש רפפורט וחבר המרכז המשולב לחקר הסרטן בטכניון (TICC).

ד"ר אמילי אביטן-הרש היא מרצה בפקולטה לרפואה ע"ש רפפורט בטכניון, חברת מכון המחקר התרגומי  (CRIR)וסגנית מנהלת מחלקת עור בקריה הרפואית רמב"ם. 

חיבור בין חוקרים בטכניון לעמותת Haifa3D הוביל לייצור של ידיים רובוטיות לילדים קטועי יד במסגרת "תנו לי יד בתלת-מימד".

ילדים קטועי יד אינם זכאים בישראל לידיים תותבות חכמות אלא רק לפרוטזות אסתטיות שאינן מסייעות להן מבחינה תפקודית. הפרויקט המשותף ממלא את החוסר הזה ומספק לילדים – ללא תשלום – ידיים המותאמות להם אישית.

עמותת Haifa3D נוסדה בשנת 2013 על ידי ד"ר יואב מדן וד"ר יעקב מלינוביץ, שאליהם חבר הרופא ד"ר חזי שוטלנד. בטכניון מובילים את הפרויקט הדוקטורנט יאיר הרבסט, המסטרנטית שונית פולינסקי והסטודנט האורח דריק סיבקומרן משוויץ מהמעבדה לביו-רובוטיקה וביו-מכניקה בראשות פרופ' אלון וולף.

לדברי שונית פולינסקי, "ההשפעה העיקרית של הידיים שאנחנו נותנים לילדים היא פסיכולוגית – מילדים הנחבאים אל הכלים הם נהיים גיבורי העל של הכיתה בזכות ידי סופרמן, ידי איירון מן וידי ספיידרמן, שהם הדברים הכי קולים בכיתה. במקום להחביא את היד מאחורי הגב הם מציגים אותה מלפנים בגאווה."

"אנחנו רוצים להפוך את הסטודנטים שלנו לא רק במנהיגים לא רק בטכנולוגיה וביזמות אלא גם בהשפעה על החברה", מסכם פרופ' אלון וולף.

סטודנטים בפקולטה להנדסת אווירונוטיקה וחלל בטכניון ערכו טיסת ניסוי ראשונה ב-A3TB – פלטפורמה לטיסות ניסוי, שתשמש לפיתוח של כלי טיס  עתידיים תוך התייחסות מיוחדת לגמישות המבנה. הטיסה נערכה כחודשיים לאחר שהפרויקט זכה בתחרות פרויקטי הסטודנטים ע"ש שלומית גליא, שהתקיימה במסגרת הכנס הישראלי השנתי ה-60 למדעי התעופה והחלל.

פרופ' דניאלה רווה (משמאל) עם הסטודנטים. קרדיט צילום:אסף הבר

פיתוחם של כלי טיס מודרניים מציב אתגרים רבים, ובהם האתגר הכלכלי-סביבתי של צמצום צריכת הדלק והפחתת הזיהום. אחד הפתרונות לכך הוא מטוס קל עם מוטת כנפיים גדולה, אולם פתרון זה אינו פשוט ליישום. הארכת הכנפיים מובילה להגדלת גמישותן, המתבטאת ברעידות מבניות ולעתים אף באובדן יציבות.

פיתוחם של פתרונות הנדסיים, בעיקר אמצעי בקרה, מחייב מו"פ מולטידיסיפלינרי מורכב המשלב פיתוח מודלים מתמטיים ונומריים, סימולציות ניסוי מעבדתיות, וכן טיסות ניסוי החיוניות להוכחת ביצועים. בטיסות כאלה יש להביא בחשבון אפשרות להתרסקות של פלטפורמת הניסוי.

המטוס המודפס באויר

זה הרקע לצורך בפלטפורמות ניסוי זולות, ש"הקרבתן" לצורך הניסוי אינה כרוכה בעלויות גבוהות.

פלטפורמת A3TB, המאפשרת לתכנן ולייצר במהירות גבוהה ובעלות נמוכה מטוס ניסוי, מהווה אפוא פריצת דרך בפיתוח פלטפורמה גמישת-כנפיים המבוססת על יצור בהדפסת תלת-ממד.

בשנתיים האחרונות עובדת קבוצת סטודנטים בפקולטה להנדסת אווירונוטיקה וחלל על פיתוחו של מדגים אווירואלסטי כזה – כלי טיס קל שכנפיו ארוכות וגמישות מאוד, והטסתו בפועל מאפשרת לבחון את ביצועיו וכן לפתח מערכות בקרה ייעודיות המשפרות את יציבותו.

פלטפורמת A3TB [Active Aeroelastic Aircraft Testbed], שמשקלה 10 קילוגרם ומוטת כנפיה שלושה מטרים, תוכננה על ידי שתי קבוצות סטודנטים בפקולטה בהנחייתן של ד"ר לוסי אדרעי אזולאי ופרופ' דניאלה רווה ובשיתוף מפא"ת – המינהל למחקר פיתוח אמל"ח ותשתית טכנולוגית במשרד הביטחון. בניסוי טיסה ראשון שהתקיים לאחרונה הוצגה הוכחת יכולת ההטסה של הפלטפורמה. טיסה זו מהווה אבן דרך חשובה בתהליך פיתוחה המתמשך של הפלטפורמה.

המטוס המודפס בשלב ההמראה

לדברי פרופ' דניאלה רווה, "הטיסה המוצלחת מסמנת את תחילתה של תוכנית רחבה של מחקר, ניסוי ופיתוח. הקונספט שפיתחנו, והאפשרות להדפיס את הכלי כולו במהירות במדפסת תלת-ממד, מקנים לנו חופש ניכר בתכנון המטוס ויתרון עצום במחיר לעומת מטוסים העשויים מחומרים מרוכבים או ממתכות. מאחר שמדובר במטוס ניסוי, הצפוי להתרסק בשלב מסוים, המאפיינים האלה מאפשרים לבצע מקצי שיפורים רבים ללא צורך בהשקעה חריגה. כעת עובדת הקבוצה על פיתוח מערכת בקרה אוטומטית, שתורכב בחודשים הקרובים על הדור השני של הכלי, A3TB-G2, ואנחנו מקווים לדווח על עוד תוצאות מעניינות בעתיד הקרוב."

פרופ' דניאלה רווה השלימה את כל תאריה בפקולטה להנדסת אווירונוטיקה וחלל בטכניון, והיא מומחית בעלת שם בחקר תופעות אווירואלסטיות. פיתוח הכלי יהווה מדגים שישמש את פרופ' רווה  להמשך פעילות המחקר ולהרחבתה.

ד"ר לוסי אדרעי-אזולאי, בוגרת (תואר ראשון ושני) הפקולטה להנדסה אזרחית וסביבתית בטכניון ומרצה מן החוץ בפקולטה להנדסת אווירונוטיקה וחלל, עוסקת כבר יותר מ-20 שנה במו"פ יישומי בתעשייה בתחומים שונים: הדפסת תלת-ממד, תעופה אזרחית וצבאית, חוזק מבנים וטכנולוגיות מתקדמות.

מאמר שהתפרסם בכתב העת Nature מציג מערכת מיקרוסקופייה חדשנית המחוללת אינטראקציה חסרת תקדים בעוצמתה בין אור לחומר. המערכת, שנבנתה בטכניון באמצעות שילוב ושכלול של מוצרים מעולם המיקרוסקופייה והלייזר, היא הטובה בעולם בשילוב של רזולוציה בזמן, במרחב ובתדר.

את המחקר הוביל ד"ר עדו קמינר, ראש המעבדה לדינמיקה קוונטית של אלומות אלקטרונים ע"ש רוברט ורות מגיד וחבר סגל בפקולטה להנדסת חשמל ע"ש ויטרבי ובמכון למצב מוצק. ד"ר קמינר הוא גם חבר במכון לננוטכנולוגיה ע"ש ראסל ברי (RBNI) ובמרכז הקוונטום ע"ש הלן דילר .

במאמר שותפים ד"ר קנפגנג וואנג, רפאל דהן, מיכאל שנציס, ד"ר ירון קאופמן, אורי ריינהרדט, עדי בן-חיון ושי צסס.

קבוצת המחקר של ד"ר עדו קמינר בטכניון (עדו משמאל)

המערכת האמורה, שנבנתה בתמיכה משמעותית של הטכניון ושל כמה מחוקריו המובילים, מאפשרת מיפוי חסר תקדים של התנהגות האור הלכוד במבנים ננומטריים כגון גביש פוטוני – מבנה ננומטרי שמאפייניו מכתיבים את התנהגות האור בתוכו.

התפתחויות מדעיות וטכנולוגיות הובילו לשיפור דרמטי באיכותם ובתכונותיהם של גבישים פוטוניים, והן מאפשרות אפילו ללכוד את האור בתוכם לזמן מה. לדברי ד"ר קמינר, "זו לא הפעם הראשונה שגבישים פוטוניים או מבנים ננו-פוטוניים אחרים לוכדים אור, אבל זאת תצפית ניסויית ישירה ראשונה באור הנלכד בהם. במערכת החדשה הצלחנו להדגים לראשונה תצפית כזו באמצעים קוונטיים חדשים. זהו ההישג העיקרי במחקר הנוכחי, והסיבה לפרסומו ב-Nature."

האינטראקציה בין חומר לאור, ובפרט בין אלקטרון ופוטון, היא תופעה מרתקת המעסיקה קבוצות מחקר רבות בעולם, במיוחד כאשר האור לכוד במבנים רזונטיביים. אלה הם מבנים המסוגלים ללכוד את האור לפרק זמן ממושך. אפשר להמשיל זאת לשתי מראות המוצבות זו מול זו והאור מוחזר ביניהן שוב ושוב, אולם במבנים רזונטיביים ננומטריים התנהגות האור שונה מאוד, והאינטראקציות במבנים אלה חיוניות בפיתוח יישומים חדשניים ובהם מחשבים קוונטיים.

אלקטרונים, במצבם השכיח, אינם חופשיים. הם קשורים לאטומים, למולקולות ולישויות הקרויות "נקודות קוונטיות", וקשר זה מגביל אותם בהיבטים רבים. בשנים האחרונות הוצגו סימולציות רבות המציגות מפגשים בין אור לאלקטרונים חופשיים שאינם חווים את אותן מגבלות, אולם הן לא מומשו ברמה הניסויית בשל קשיים טכנולוגיים מורכבים. כעת, באמצעות המערכת שנבנתה בטכניון, נערכה לראשונה תצפית ניסויית ישירה באינטראקציה בין אלקטרון חופשי לפוטון לכוד. כך התאפשרה גם מדידה ישירה של משך החיים של הפוטונים הלכודים.

החוקרים הצליחו לצפות באור בזמן שהוא לכוד בגביש ולמפות את האינטראקציה בינו לבין אלקטרון המשוגר לעברו. האלקטרון האמור משמש ככלי לצילום ומיפוי האור ברזולוציה מעולה, וזאת בזכות האינטראקציה הקוונטית שלו ברמת הפוטון הבודד.

המערכת שבנה ד"ר קמינר בטכניון מבוססת על מיקרוסקופ אלקטרונים – מכשיר המשגר אל הדגם הנבדק אלומת אלקטרונים ממוקדת ובוחן את התפזרותם של האלקטרונים. במידה מסוימת דומה מיקרוסקופ האלקטרונים למיקרוסקופ אופטי, רק שכאן לא נשלחת אל הדגם אלומת אור אלא אלומת אלקטרונים, ומיקוד האלומה אינו מבוסס על עדשות אופטיות אלא על עדשות אלקטרומגנטיות (סלילים). יתרונו העיקרי של מיקרוסקופ האלקטרונים על פני מיקרוסקופים אופטיים הוא בכושר ההפרדה (רזולוציה) הגבוה שלו. לעומת מיקרוסקופ אופטי, המוגבל להפרדה של כ-200 ננומטר, מיקרוסקופ האלקטרונים מסוגל להשיג הפרדה שמתחת לאנגסטרום (עשירית הננומטר). הסיבה להבדל היא העובדה שאורך הגל של האלקטרון קצר הרבה יותר מאורך הגל של האור.

"מיקרוסקופ האלקטרונים הסטנדרטי כבר מספק לנו רזולוציה חסרת תקדים," מסביר ד"ר קמינר, "אבל יש לו גם כמה מגבלות קריטיות: הוא מייצר רק תמונות סטטיות, ללא רצף זמן מתמשך וללא צבעוניות." המערכת החדשה שנבנתה בטכניון משלבת במיקרוסקופ האלקטרונים הבזקי לייזר מהירים וחזקים המספקים את שני האלמנטים החסרים – דינמיות וצבעוניות. מערכת זו מאפשרת כאמור גם מדידה ישירה של משך החיים של הפוטונים הלכודים.

ד"ר קמינר החל לתכנן את המערכת החדשנית עוד לפני שובו לטכניון, במידה רבה בהשראתם של שני חוקרים חשובים שעסקו באינטראקציות אור חומר: פרופ' פבריציו קרבונה מ-EPFL (המכון הטכנולוגי של לוזאן), שבמעבדתו שהה ד"ר קמינר בתום הפוסט-דוקטורט שלו ב-MIT. ב-EPFL ערך פרופ' קרבונה כמה הדגמות חלוציות של השילוב בין מיקרוסקופ אלקטרונים להבזקי לייזר, ויחד עם ד"ר קמינר הדגים שם לראשונה צביעה של תמונות מיקרוסקופ באמצעות צימוד של מקור לייזר חיצוני.

החוקר השני היה פרופ' אחמד זֶווֵיל המנוח – המדען המצרי הראשון שזכה בפרס נובל במדעים (כימיה, 1999). זוויל פיתח בשנות חייו האחרונות שיטה חדשנית המשלבת מיקרוסקופיית אלקטרונים וקרינת לייזר; הוא הראה שבאמצעות הבזקי לייזר קצרים ומהירים אפשר לאפיין את הרכב החומר ואת השינויים החלים בו בזמן אינטראקציה כימית או אופטית, וזאת ברזולוציות חסרות תקדים.

כעת, במעבדתו החדשה בטכניון, לקח ד"ר קמינר את מערכת הניסוי החדשנית הזאת לעולם הפיזיקה הקוונטית. הוא מדגיש את תרומתו העצומה של מהנדס המעבדה רפאל דהן, שהוביל את הקמת מערכת המיקרוסקופייה החדשנית במרכז למיקרוסקופיית אלקטרונים בפקולטה למדע והנדסה של חומרים בטכניון.

מעבר להישג המדעי העצום, החשוב כשלעצמו, סולל המאמר דרכים ליישומיים חדשים בהתקני חישה קוונטיים, בטיפול במידע קוונטי, בצימוד חזק של אור וחומר ובפעולות אלקטרו-אופטו-מכניות באור לכוד. להערכת הדוקטורנט שי צסס השותף במאמר "יש כאן פוטנציאל ליצירת הרכבים חדשים של תכונות אלקטרוניות, אופטיות ומכניות, ולכן אנחנו מדברים על 'אלקטרו-אופטו-מכניקה' חדשה."
לדברי ד"ר קמינר, "יש כאן פוטנציאל לקפיצת מדרגה ביכולתנו להחיל מיקרוסקופיית אלקטרונים על חומרים רכים וחומרים רגישים אחרים. האתגר הבא הוא להגדיל את יעילות האינטראקציה לרמות שיאפשרו יצירת מצבים קוונטיים חדשים וייחודיים."

ד"ר עדו קמינר השלים תואר ראשון בהנדסת חשמל ובפיזיקה בטכניון במסגרת תוכנית העתודה פסגות ותוכנית רוטשילד טכניון למצוינים. לאחר מכן השלים תואר שני ודוקטורט בהנחיית פרופ'-מחקר מוטי שגב מהפקולטה לפיזיקה. עם שחרורו יצא לפוסט-דוקטורט ב-MIT, בהנחיית פרופ' מרין סולייצ'יץ' ופרופ' ג'ון ג'ואנופולוס, בתמיכת מלגת מארי קירי, מלגת רוטשילד, ומלגת MIT-טכניון.
ב-2018 הוא הצטרף לסגל הפקולטה להנדסת חשמל ע"ש ויטרבי.

במהלך השנים זכה ד"ר קמינר בפרסים ומענקים רבים ובהם פרס האגודה הישראלית לפיזיקה לסטודנטים לתארים מתקדמים, פרס התזה המצטיינת לדוקטורט מטעם האגודה האמריקאית לפיזיקה, עמית עזריאלי ומענק ERC מטעם המועצה האירופית למחקר.

ד"ר קנגפנג וואנג, שהוביל את המחקר כפוסט-דוקטורנט בטכניון, הוא זוכה מלגת קרן ליידי דייויס. המחקר נתמך גם על ידי האקדמיה הלאומית הישראלית למדעים, שגם העניקה את מלגת אדמס לשי צסס, ועל ידי מלגה מקרן עזריאלי לחברי סגל לד"ר עדו קמינר. תרומתם הנדיבה של בוב ורות מגיד אפשרה את הקמת המעבדה ואת כל הניסויים שנערכו במסגרת המחקר הנדון כאן.

לסרטון המסביר את המחקר:

מומחים מובילים מהטכניון ומגרמניה משיבים בשלילה: סוללות הליתיום יישארו כאן עוד שנים רבות – לצידן של טכנולוגיות חדשות לאחסון חשמל

סוללות הליתיום לסוגיהן יישארו איתנו עוד שנים רבות – כך קובעת קבוצת מומחים מובילים מישראל ומגרמניה, שדנה בנושא בכנס שנערך בברלין. הממצאים התפרסמו לאחרונה בכתב העת

פרופ' יאיר עין-אלי

Advanced Energy Materials במאמר בהובלת פרופ' יאיר עין-אלי, דיקן הפקולטה למדע והנדסה של חומרים ושותפיו העיקריים מהאוניברסיטה העברית, ממכון הלמהולץ ב-Ulm וממכון האנרגיה ב- Jülich בגרמניה.

ליתיום הוא המתכת הקלה ביותר והפעילה ביותר בטבלה המחזורית של היסודות, וסימולה הכימי הוא Li. לראשונה שימשה מתכת זו באגירת חשמל בשנת 1970, עם פיתוחה של סוללת הליתיום הראשונה בחברת אקסון. מאז חלו בטכנולוגיה זו שינויים רבים ובהם סוללת הליתיום-יון שפותחה ב-1993. טכנולוגיה זו, המבוססת על שילוב של ליתיום יון במטריצות חומרים מארחות, זיכתה את ממציאיה בפרס נובל בכימיה לשנת 2019.

בעשור האחרון נשמעו בקרב מומחים מתחום הסוללות דיבורים על תום עידן סוללות הליתיום ועל "עידן פוסט-ליתיומי" הקרב ובא. קבוצת המומחים הישראלית-גרמנית מראה במאמר החדש כי השמועות על מותן של סוללות הליתיום היו מוקדמות מדי.
לדברי פרופ' עין-אלי, "המאמר שלנו מבוסס על מפגש של טובי המומחים בתחום, שהתקיים בברלין בשנה שעברה במשך חמישה ימים במסגרת GIBS4 – בית הספר הגרמני-ישראלי בתחום הסוללות. בהקשר של השאלה הנדונה, התשובה שעלתה מהכנס ברורה – סוללות הליתיום לסוגיהן יישארו איתנו עוד שנים רבות. עם זאת, הן ישגשגו לצידן של טכנולוגיות אחסון אחרות, ולכן אנחנו מציעים לדבר במונחים של 'טכנולוגיות משלימות' ושל עתיד מולטי-טכנולוגי ולא 'פוסט ליתיומי'. זהו עתיד מורכב שחשוב להיערך לקראתו, כדי שנצליח לספק את הפתרונות האופטימליים לצרכים השונים – מכוניות חשמליות, אחסון חשמל ברמת הבית וברמה הלאומית וכן הלאה."

במפגש בגרמניה ובפרסום המאמר תמכו המשרד לחינוך ולמחקר (BMBF) בגרמניה, מכון הלמהולץ, משרד המדע והטכנולוגיה הישראלי, ות"ת-מל"ג, משרד ראש הממשלה (באמצעות תוכנית מלא"ך) ותוכנית האנרגיה ע"ש גרנד בטכניון.

העתיד טמון ב"סופרמרקט של סוללות"

פרס א.מ.ת. היוקרתי, בסך מיליון דולר, יוענק השנה לשמונה כלות וחתנים, שניים מהם חברי סגל בטכניון: האדריכלית ברכה חיוטין והאדריכל שמאי אסיף, שיקבלו את הפרס בתחום האדריכלות.

שמאי אסיף

זו השנה ה-19 להענקת הפרס, הניתן בחסות משרד ראש הממשלה. פרס א.מ.ת. (אמנות, מדע, תרבות), המכונה "הנובל הישראלי", מוענק בכל שנה על הישגים אקדמיים או מקצועיים יוצאי דופן שיש בהם תרומה מיוחדת לחברה והשפעתם מרחיקת לכת. בראש ועדת הפרס עומד שופט בית המשפט העליון בדימוס יעקב טירקל.

אדר' שמאי אסיף השלים תואר ראשון בפקולטה לארכיטקטורה ובינוי ערים בטכניון ותואר שני בארכיטקטורה ועיצוב עירוני באוניברסיטת הרווארד, והוא ממובילי יוזמת "ישראל 100 — תכנון מרחבי אסטרטגי לישראל בשנת 2048". משרד האדריכלים שהקים בשנות ה-90 היה מעורב בין השאר בתוכנית המתאר לבאר שבע, בתוכנית המתאר למכבים-רעות ובפיתוח האדריכלי והנופי של כביש חוצה ישראל. הוא היה מהנדס העיר תל אביב־יפו ועמד בראש צוות התכנון של תוכנית המתאר הארצית תמ"א 35. ב-2010 עזב את תפקידו כראש מינהל התכנון במשרד הפנים והתמנה לפרופסור אורח בטכניון וכיום הוא חבר סגל בפקולטה לארכיטקטורה ובינוי ערים וראש המרכז לחקר העיר והאזור בטכניון.

ברכה חיוטין

אדר' ברכה חיוטין, בוגרת הפקולטה לארכיטקטורה ובינוי ערים בטכניון, ייסדה עם בעלה ד"ר אדר' מיכאל חיוטין ז"ל את משרד חיוטין אדריכלים, מהבולטים באדריכלות הישראלית בעשורים האחרונים. אדר' חיוטין התמקדה בבנייה ציבורית והייתה אחראית לכמה מהמבנים הבולטים בנוף העירוני הישראלי ובהם אקדמיית פולונסקי שבמכון ון ליר, בית המשפט בחיפה ומוזאון הסובלנות בירושלים. היא זכתה בפרסים רבים ובהם אות מפעל חיים מטעם התאחדות האדריכלים ובוני ערים בישראל, אות העיצוב להיכל המשפט בחיפה ופרס אגודת האדריכלים. היא זכתה שלוש פעמים בפרס רכטר לאדריכלות. היא שימשה יועצת לתוכנית אב לטכניון ושופטת בתחרות עיצוב שער הכניסה לטכניון. לאחרונה, אושר מינוייה כפרופ' אורח בפקולטה לארכיטקטורה ובינוי ערים בטכניון והיא תצטרף לסגל הפקולטה ב-1 באוקטובר הקרוב.

את הפיתוח מוביל ד"ר יואכים בהר, ראש המעבדה לבינה מלאכותית ברפואה (AIMLab), עם ד"ר דני איתן, רופא בכיר בטיפול נמרץ ילדים ומרצה בכיר בטכניון וד"ר רונית אלמוג, מנהלת היחידה לאפידמיולוגיה והביובנק של המרכז הרפואי רמב"ם.

ד"ר יואכים בהר

הטכנולוגיה החדשנית תסייע באיתור חולי קורונה שמחלתם טרם אומתה, וזאת על סמך עיבוד ממוחשב של נתונים המצביעים על מחסור בחמצן בדם (היפוקסמיה) – מצב המאפיין רבים מחולי הקורונה. בנוסף, הפיתוח עשוי לסייע באיתור מצבים מסוכנים של דלקת ריאות בקרב חולי קורונה מאושפזים – סיבוך שכיח בקרב חולים אלה. זאת על סמך ניתוח ממוחשב של המידע המתקבל באופן רציף ממדידות רמת החמצן ומהמדדים העקיפים המעידים על הדלקת.

צוות החוקרים פיתח ארגז כלים לניטור ולניתוח של סמני אוקסימטריה – סמנים פיזיולוגיים המעידים על רמת החמצן בדם. רמת החמצן, או בשמה המקצועי "ריווי חמצן" (Oxygen saturation), היא משתנה המעיד על שורה של תפקודים גופניים חשובים. במקרים קיצוניים, מחסור בחמצן (היפוקסמיה) עלול להוביל לנמק ואף למוות.

כיום, בעקבות ההתפתחות הטכנולוגית בעולם הניטור הרפואי, רמת החמצן בדם נמדדת לא רק באמצעות ציוד מקצועי בבתי חולים אלא גם במכשירים ביתיים, ניידים וזולים. כדי להסיק מסקנות מדויקות ממכשירים אלה נדרש ניתוח חכם של רצף הנתונים שהם מספקים. כאן נכנס לתמונה ארגז הכלים

ג'רמי לוי

שפיתחו ד"ר יואכים בהר והמסטרנט ג'רמי לוי. ארגז כלים חדשני זה מספק מידע על רמת החמצן בדמם של נבדקים, והמידע מתבטא כספרייה של סמני אוקסימטריה דיגיטליים המוצגים בתוכנת .PhysioZoo התוכנה פותחה עם פרופ' יעל יניב, גם היא חברת סגל בפקולטה, והחוקרים מציינים את התמיכה ההנדסית של אלכסנדרה אלכסנדרוביץ', כפיר לוגסי ואביב רוזנברג בתהליך הפיתוח.

ד"ר יואכים בהר השלים מאסטר בהנדסה ב- Ecole des Mines de Saint-Étienne  בצרפת ותואר שלישי בעיבוד אותות ביולוגיים ובלמידה חישובית באוניברסיטת אוקספורד בבריטניה. לאחר השלמת הדוקטורט הוא עלה לישראל ועשה פוסט-דוקטורט בהנחיית פרופ' יעל יניב מהפקולטה להנדסה ביו-רפואית בטכניון. כיום הוא עומד בראש המעבדה לבינה מלאכותית ברפואה בפקולטה. המעבדה עוסקת בבינה מלאכותית ברפואה ומתמקדת במידע המנוטר באופן רציף באמצעות התקנים ניידים ולבישים.

בתרשים:דוגמה לשימוש סטנדרטי בסמני אוקסימטריה בתחום רפואת השינה.

דוקטורנט בטכניון פיתח פולימר רך, גמיש ועמיד למים, שיודע לרפא את עצמו במקרה של "פציעות" כגון שריטה, חיתוך ופיתול. הדוקטורנט, מוחמד ח'טיב, השתמש בפולימר החדש לפיתוח פלטפורמות חישה מתקדמות המנטרות טמפרטורה, לחץ ורמת חומציות ועשויות להתאים למגוון יישומים בתחומים של רובוטיקה, פרוטזות והתקנים לבישים. הפלטפורמה החדשנית יודעת לתקן את עצמה לא רק ברמה המכנית – תיקון החתך ביריעת הפולימר – אלא גם בהיבטים פיזיקליים וכימיים כגון הולכת חשמל וחישה כימית.

הדוקטורנט, מוחמד ח'טיב

ח'טיב, העורך את המחקר בפקולטה להנדסה כימית ע"ש וולפסון בהנחייתו של פרופ' חוסאם חאיק, הציג את הפיתוחים החדשניים בשני מאמרים בכתבי העת Advanced Materials ו-Advanced Functional Materials.

במשך מיליוני שנות אבולוציה התפתח עורם של היונקים לכדי פלטפורמת חישה המאופיינת מצד אחד ברגישות גבוהה לגירויים סביבתיים ומצד שני בעמידות רבה לתנאים עוינים ובהם לחות, מליחות, חום, מתיחה וקיפול. בהשראת העור הטבעי מושקעים מאמצים רבים בפיתוחם של חומרים והתקנים אלקטרוניים מלאכותיים בעלי תכונות דומות, וזאת בגלל הפוטנציאל היישומי העצום שלהם בתחומים כגון רובוטיקה רכה וממשקי אדם-מכונה.

מערכות כאלה מצריכות פיתוח של חומרים רכים שתפקודם אינם נפגע כתוצאה מעיוותים וחתכים. הבעיה היא שחומרים רכים נוטים להיפגע, גם מבחינה תפקודית, לאורך זמן. מכאן נובעת המוטיבציה המחקרית לפיתוחם של חומרים חדשים ושל מערכות חדשות שיודעים לרפא את עצמם, ממש כמו עור האדם לאחר פציעה.

הפרויקט הראשון של ח'טיב, המוצג בכתב העת Advanced Functional Materials, מתאר את התכנון, הבנייה והיישום של אלסטומר – פולימר גמיש ובר מתיחה – בעל תכונות ייחודיות. האלסטומר החדש הוא חומר הידרופובי (דוחה מים) חזק וגמיש מאוד, שיכול להימתח ל-1,000% מאורכו הראשוני בלי להיקרע. אחת מתכונותיו הייחודיות היא האיחוי העצמי – יכולת הנשמרת גם כשהוא מושרה במי ברז, במי ים ובמים עם ערכי חומציות שונות. לאלסטומר זה פוטנציאל יישומי רב בפיתוח התקנים אלקטרוניים רכים ודינמיים הבאים במגע עם מים. במקרה שהפגיעה המכנית בפולימר מתרחשת כשהוא טבול במים, הוא יודע לתקן את עצמו ולמנוע זרמי זליגה, כלומר אובדן זרם מההתקן למים.

פרופ' חוסאם חאיק

ח'טיב ניצל את התכונות המבטיחות של הפולימר החדש לפיתוחו של עור אלקטרוני מלאכותי – פרויקט שהוא מציג בכתב העת Advanced Materials. במבנה זהו משולבות תכונות ויכולות רבות ובהן חישה סלקטיבית, עמידות למים, ניטור עצמי ותיקון עצמי. העור המלאכותי מכיל מערך חישה המורכב מחומרים ננומטריים ומנטר בצורה סלקטיבית ובו-זמנית משתנים סביבתיים שונים ובהם לחץ, טמפרטורה וחומציות. לבסוף, בהשראת ריפוי הפצעים בעור האדם, שילב ח'טיב בעור המלאכותי מערכת חדשנית לריפוי עצמי אוטונומי. מערכת זאת מורכבת מרכיבים דמויי-נוירונים, המנטרים נזקים בחלקים האלקטרוניים במערכת, ומרכיבים אחרים המזרזים את הריפוי העצמי במקומות הפגועים. מנגנון זה של תיקון עצמי יאפשר למערכות אלקטרוניות חכמות לבצע ניטור-עצמי של פעילותן ולתקן תקלות תפקודיות הנגרמות מנזקים מכניים.

לדברי ח'טיב, "פלטפורמת החישה החדשה היא מערכת אוניברסלית המפגינה תפקוד יציב בסביבה יבשה או מימית, והיא יכולה להכיל סוגים נוספים של חיישנים כימיים ופיזיקליים (חשמליים). שני הפרויקטים שפרסמנו סוללים דרכים חדשות ואסטרטגיות חדשות לפיתוח אלקטרוניקה בהשראת העור, שתוכל להשתלב בהתקנים לבישים ובהתקני עור אלקטרוני בהקשרים כגון רובוטים מתקדמים ואיברים מלאכותיים."

במחקר שותפים מנהל המעבדה ולאא סליבא, החוקר אור זוהר שעבד על פיתוח החיישנים ואפיונם ופרופ' שמחה סרבניק שעבדה על סימולציות מולקולריות המדגימות את יכולותיו של הפולימר החדש.

המחקר נערך בתמיכת קרן ביל ומלינדה גייטס ובסיוע מענק לפרויקט A-Patch (במסגרת תוכנית Horizon 2020).

על החוקרים:

מוחמד ח'טיב השלים בטכניון תואר ראשון בהנדסה ביוכימית והמשיך לדוקטורט במסלול מיוחד שבו הוא התמחה בפיתוח חומרים והתקני חישה מתקדמים המדמים עור. בשבועות הקרובים הוא יסיים את הדוקטורט בפקולטה להנדסה כימית ע"ש וולפסון, ובכוונתו לעבור בקרוב לאוניברסיטת סטנפורד לפוסט-דוקטורט.

מנהל קבוצת המחקר פרופ' חוסאם חאיק, מומחה בניטור רפואי מבוסס חיישנים, הוא ראש המעבדה להתקנים מבוססי ננו-חומרים בפקולטה להנדסה כימית ע"ש וולפסון, חבר במכון ראסל ברי לננוטכנולוגיה, סגן המשנה הבכיר לשוויון הזדמנויות ודיקן לימודי הסמכה בטכניון.

משמאל לימין: איחוי עצמי של חתך ביריעת האלסטומר במהלך 24 שעות.

העור האלקטרוני הרב שכבתי

תיקון עצמי של הפולימר מתחת למים:

חיתוך של ההתקן ותיקון עצמי שלו. השיקום הפיזיקלי-חשמלי מודגם באמצעות מנורת הלד:

בשנים האחרונות חלה במדינות המערב עלייה משמעותית בשיעור האנשים הסובלים מהשמנת יתר (Obesity) וממחלות מעיים, הפוגעות בבריאות האדם ומסכנות את חייו. תופעות אלה נובעות במידה רבה מאורח החיים המערבי, המאופיין במיעוט פעילות גופנית ובצריכה רבה של מזון מעובד עתיר סוכר ומלח.

אחת הדרכים לשיפור אורח החיים האמור הוא חינוך, וזה הרקע ל"משחקי המזון" (Games of Food) – פרויקט אירופי חדשני שמובילה פרופ' מירי ברק מהפקולטה לחינוך למדע וטכנולוגיה בטכניון. הפרויקט נערך בתמיכת EIT-Food, המכון האירופי לחדשנות וטכנולוגיה בתחום המזון, שמפעיל האיחוד האירופי.

לדברי פרופ' ברק, "המשחק הוא כלי חינוכי חשוב המשמש את האנושות משחר ההיסטוריה, וכאן בחרנו במשחק בריחה – ז'אנר פופולרי מאוד. משחקי בריחה הם חוויה לימודית המאורגנת מסביב לסיפור מסגרת מעניין, והמשתתפים הם חלק בלתי נפרד מהתפתחות העלילה."

שני משחקי הבריחה שפותחו במסגרת היוזמה הם "מתקפת הזומבים" ו"משימת תזונה בחלל". המשחק הראשון, המתאר עתיד אפוקליפטי שבו זומבים השתלטו על העולם, דורש מהמשתתפים לפתור חידות הקשורות בתזונה בריאה. המשחק השני, שבו חיה האנושות בחללית ענקית, מצריך גם הוא חשיפה של מידע הקשור לתזונה מאוזנת: מיון סוגי מזון לקבוצות, חישוב ערך קלורי, זיהוי מאכלים מזינים, תכנון ארוחה מאוזנת ועוד.

כדי לבחון את יעילותם בתרבויות שונות נערכו "משחקי המזון" בהשתתפות צעירים מישראל, מאנגליה, מפולין, מפינלנד ומבלגיה. המשתתפים ציינו שהם נהנו מאוד מהחוויה הרב-חושית ומעבודת הצוות בתהליך פתרון החידות וכי למדו עובדות חשובות מאוד הנוגעות לתזונה בריאה, כמו גם לצמצום הנזקים לסביבה.

בפרויקט שותפים חוקרים מאוניברסיטת רידינג, מאוניברסיטת ורשה, מאוניברסיטת הלסינקי, מהמועצה האירופית למידע על מזון בבלגיה ומהמרכז לחקר המזון (VTT) בפינלנד. את מעורבותו של הטכניון בפרויקט הבין-לאומי יזם פרופ' יואב ליבני מהפקולטה להנדסת ביוטכנולוגיה ומזון. את הפרויקט מלווה מחקר אמפירי בהובלת טל יכין, במסגרת עבודת הדוקטורט שלה בהנחיית פרופ' ברק.

למידע נוסף על הפרויקט, המשחקים וחווית הלמידה של המשתתפים – לחצו כאן.

לקריאת הכתבה שפורסמה באתר אוניברסיטת רידינג

את המאמר שהתפרסם בכתב העת ACS Applied Materials & Interfaces הובילו ראש המעבדה לחקר הסרטן והקנבינואידים בפקולטה לביולוגיה בטכניון פרופ' דדי מאירי וד"ר דן לויטוס מהמחלקה להנדסת פלסטיקה בשנקר.

בשנים האחרונות מרחיבות מדינות רבות את ההיתר לשימוש בקנביס בטיפול במגוון מצבים רפואיים ובהם כאב כרוני, כאב הנלווה לסרטן, סחרחורת והקאות כתוצאה מכימותרפיה, ספסטיות (קישיון שרירים) בחולי טרשת נפוצה, פרקינסון, הפרעה פוסט-טראומטית ואפילפסיה.

כיום נצרך הקנביס הרפואי בכמה דרכים אופציונליות: שאיפה של אדים, עישון של החומר או בליעה. אחד החסרונות של דרכי צריכה אלה הוא שהחומר כולו נכנס לגוף תוך זמן קצר ולכן השפעתו קצרת טווח – הוא משפיע לשעות ספורות בלבד. חיסרון נוסף הוא שהתפרקות החומר בגוף תלויה בגורמים שונים ובהם סוג המזון שצרך המטופל לפני הקנביס.

פרופ' דדי מאירי

חוקרי הטכניון ושנקר פיתחו פלטפורמה חדשנית לשחרור איטי ומבוקר של CBD בגוף. מדובר בכדורים פולימריים זעירים המשמשים "מחסניות" המוטענות בחומר ומשחררות אותו בהדרגה בגוף במשך זמן רב – שבועיים ואף יותר. התוצאה היא השפעה ארוכת טווח של החומר בפעילות הרצויה (שיכוך כאב וכיו"ב). טכנולוגיית הייצור של פלטפורמה זו מאפשרת ליצרן לקבוע את התכונות הקינטיות ואת דפוסי ההתפרקות של אותם כדורים, וכך להשפיע על קצב הפריקה העתידי של הקנביס בגוף.

ראוי לציין כי כיום קיימות מחסניות כאלה בטיפול בקנביס, אולם הן מתאימות למולקולות קנביס ספציפיות ולכן השפעתן הרפואית מוגבלת. לדברי פרופ' מאירי, "במחקרים קודמים גילינו שבטיפול באפילפסיה, מיצויי קנביס עשירים ב-CBD יעילים, מבחינה תרפויטית, הרבה יותר ממיצוי של מולקולות ספציפיות. במילים אחרות, יש כאן שלם הגדול מסכום חלקיו. לכן פיתחנו פלטפורמה שמאפשרת להטעין את המחסניות במיצוי של מכלול הצמח, וכך מאפשרת להשיג אפקט תרפויטי מוגבר."

יעילותה של הטכנולוגיה החדשה הודגמה בניסויים שנערכו בעכברים – הטיפול באמצעות המחסניות שפיתחו פרופ' מאירי וד"ר לויטוס הגדיל את שיעור ההישרדות של העכברים ב-50%.

במחקר תמכו רשות החדשנות ומשרד החקלאות ופיתוח הכפר.

חוקרים בטכניון פענחו את המבנה הייחודי של האצה Jania sp. את המחקר שהתפרסם בכתב העת Advanced Science הובילו פרופ' בעז פוקרוי והדוקטורנטית נופר ביאנקו-שטיין מהפקולטה למדע והנדסה של חומרים.

פרופ' בעז פוקרוי

האצה Jania sp , ממשפחת האצות האדומיות (phylum Rhodophyta), נפוצה במים רדודים, שם היא נתונה לתנאים עוינים ובהם רטיבות, מליחות וזרמים חזקים. עמידותה מבוססת על מבנה מיקרומטרי ייחודי המשלב גמישות רבה עם חוזק. את המתכון לשילוב זה חיפשו חוקרי הטכניון במחקר הנוכחי.

כדי להתחקות אחר המיקרו-מבנה הייחודי של האצה בחנו אותה חוקרי הטכניון בסינכרוטרון ESRF בגרנובל, צרפת. מאיץ חלקיקים מעגלי זה, שהיקפו 844 מטר, הוא הסינכרוטרון החזק בעולם במונחי עוצמת האור שהוא מפיק; קרני ה-X שהוא מייצר חזקות פי 100 מיליארד ממכשיר רנטגן בבית חולים. החוקרים בחנו את האצה בשלושה קווי-קרן (beamlines) בסינכרוטרון, ולאחר מכן ביצעו אינטגרציה של הממצאים.

רבים ממחקריו של פרופ' פוקרוי בשנים האחרונות עוסקים בביומינרליזציה – תהליך שבו יצורים חיים יוצרים מינרלים. באמצעות ביומינרליזציה מבוקרת יוצרים בעלי חיים אלה מבנים מורכבים המשמשים אותם לצורכיהם. המחקר הנוכחי מתמקד בביומינרליזציה של הקלציט באצה.

קלציט, שהוא גירסה יציבה מאוד של סידן פחמתי, הוא מרכיב נפוץ מאוד בחלקי השלד של יצורי ים רבים והוא מעניק להם את קשיותם. האדם יודע לייצר קלציט מלאכותי, אולם הקלציט המיוצר בטבע מאופייין בצורות מורכבות וייחודיות המקנות לו עמידות גבוהה ותכונות ייחודיות אחרות. במחקר קודם הראה פוקרוי כי תצורות כאלה נוצרות במעבר מפאזה אמורפית לפאזה הגבישית. כך למשל בונה נחשון הים את השלד שלו. בניית הגבישים דרך השלב האמורפי מאפשר את הטמעתם של חלקיקי מגנזיום ננומטריים רבים בקלציט, וכך נוצר קלציט מועשר במגנזיום.

נופר ביאנקו-שטיין

במחקר הנוכחי גילה פרופ' פוקרוי כי שלד האצה האדומה Jania sp  מכיל גם הוא קלציט מועשר במגנזיום, וגם כאן מדובר בהיווצרות העוברת בשלב אמורפי. בתהליך זה נוצר מרקם נקבובי מאוד; למעשה, מבחינה נפחית מכילה אצה זו יותר אוויר מאשר חומר מוצק – נפח הנקבוביות שלה תופס כ-64% מנפחה הכולל.

ממצא חשוב לא פחות הוא אופיין הסלילי של נקבוביות אלה – מאפיין ייחודי המעניק לאצה את אותו שילוב נדיר בין גמישות ועמידות. "צורה סלילית זו," אומר פרופ' פוקרוי, "מגדילה בכ-20% את עמידותה של האצה בכוחות כפיפה. אנחנו מקווים כי על סמך הממצאים האלו יפותחו שיטות חדשניות לייצור חומרים מלאכותיים עם מאפיינים דומים – נקבוביות סליליות – שיהיו קלים, גמישים וחזקים כמו השלד של Jania sp, שהתפתח במאות מיליוני שנות אבולוציה."

פרופ' בועז פוקרוי הוא חבר בוועדה המדעית של ESUO – הארגון האירופי של משתמשי סינכרוטרון – והוא מדגיש כי המחקר הנוכחי נשען על שיתוף פעולה רב שנים עם הסינכרוטרון בגרנובל.
במחקר תמכה נציבות המחקר האירופית במענק ERC – תוכנית המסגרת השביעית FP/2013–2018.

למאמר ב- Advanced Science לחצו כאן

סרטון המסביר את המחקר

קרדיט : ESRF