גבישים שאוכלים גבישים

קניבליזם אינו דבר רצוי, בלשון המעטה, אך ככל שמדובר בעולם הגבישים, ייתכן שהבנת המנגנון הגורם למבנים אלה "לאכול" את עצמם, טומנת בחובה פוטנציאל לפיתוח מגוון יישומים רחב – מאחסון דלקים ירוקים ועד לכידת פחמן דו-חמצני מהאטמוספרה. באחרונה נתקלו מדעני מכון ויצמן למדע בתופעה זו של "קניבליזם מולקולרי", כאשר יצרו במעבדה – במקרה – גביש חלול.

סיפורו של הגביש מתחיל בתגובה בין מולקולות אורגניות ומלח המתכת ניקל ברומיד. המדענים גילו שחומרים אלה, כאשר הם באים במגע זה עם זה, מסוגלים להתגבש לכדי מבנה בעל שש צלעות שקוטרו התהדק בקצוות – מעין "קישוא" גבישי. בחלוף הזמן, המדענים חזו באירועים מפתיעים שאותם הם מתארים "קניבליים": פנים המבנה "נאכל", והחומרים שמילאו את ליבתו של הגביש התנתקו והשאירו אותו חלול. במקביל, נוצרו שכבות נוספות על-גבי חלקו החיצוני. תהליך זה הוביל בהדרגה לשינוי צורתו החיצונית של הגביש מקליפה חלקה לכדי שישה "מוטות" מחוברים. למרות צורתו המשונה, המדענים הופתעו לגלות שמבנים אלה הם גבישים יחידים, כלומר מסודרים באופן אחיד ומחזורי ברמה האטומית.

פרופ' מילקו ואן דר באום וחברי קבוצתו – מהמחלקה לכימיה מולקולרית ולמדע חומרים – חוקרים כבר שלוש שנים את אופן התגבשותם של הגבישים הייחודיים האלה, אשר כמותם לא ניתן למצוא בטבע. "כאשר נוצרו לראשונה", אומר פרופ' ואן דר באום, "המחשבה הראשונה שלי הייתה: מה בעצם יצרנו פה? והמחשבה השנייה: האם נוכל לשחזר את התוצאות?"

כדי לעקוב אחר התפתחות האירועים שהובילו להיווצרות הגביש, המדענים – בהובלת החוקרת הבתר-דוקטוריאלית ד"ר מריה קיארה די-גרגוריו ומדענית הסגל הבכירה ד"ר מיכל להב – השתמשו במגוון שיטות ניתוח תלת-ממדי – לרבות שימוש במיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM) ודימות מיקרו-CT. שיטות אלה אִפשרו למדענים ללכוד תמונות מפורטות במיוחד של הגביש, ובכך לאשש את ממצאיהם.

""המחשבה הראשונה שלי הייתה: מה בעצם יצרנו פה? והמחשבה השנייה: האם נוכל לשחזר את התוצאות?"

גבישים – בין אם נוצרו באופן טבעי או במעבדה – מתגבשים לכדי צורות ומבנים שונים", אומרת ד"ר די-גרגוריו. "המבנה והצורה מכתיבים, בסופו של דבר, את תכונותיהם ואת תפקודם. הגבישים החלולים שיצרנו שייכים לסוג של חומרים הידועים בזכות היותם נקבוביים. אף על פי כן, לשלוט באופן שבו הם נוצרים זאת משימה מאתגרת". הגביש החדש עשוי לתרום לפיתוחם של יישומים חדשים – כמו אחסונם של דלקים ידידותיים לסביבה או האצה של תגובות כימיות. פרופ' ואן דר באום וד"ר להב משערים כי יצירת גבישים מורכבים במעבדה והבנת מנגנון יצירתם עשויות לסייע בפענוח חוקי טבע".

המדענים בקבוצת המחקר של פרופ' ואן דר באום משערים שגבישים אלה, וגבישי היו-יו שכבר פיתחו במחקר קודם, הם הראשונים מסוגם – גבישים נקבוביים בעלי תכונות נחשקות, עם מגוון רחב של יישומים אפשריים. למעשה, הם כבר עובדים על גביש שלישי – דמוי ביצה ובעל קליפה מורכבת ומחוספסת –  ומתכננים להפיק מבנים נוספים בעתיד.

במחקר זה השתתפו גם תלמידי המחקר קיאנג וון ומרנה אלסוסו מקבוצתו של פרופ' ואן דר באום; ד"ר לינדה שמעון, ד"ר ולאד ברומפלד וד"ר לותר הובן מהמחלקה לתשתיות למחקר כימי במכון.