מתארגנים בחושך, מתפזרים באור

 

שיטה חדשה לשינוי התנהגותם של ננו-חלקיקים באמצעות תאורה מלאכותית עשויה להוביל, בין השאר, לפיתוח יישומים חדשים באגירת מידע ממוחשב. במחקר שהתפרסם באחרונה בכתב-העת המדעי Nature Chemistry הציעו מדעני מכון ויצמן למדע להשתמש בחומר תווך המכיל מולקולות רגישות לאור (photoswitchable או photoresponsive), ולמקם את הננו-חלקיקים בתוכו, בשונה מהשיטות שנוסו עד כה, בהן ציפו את הננו-חלקיקים עצמם במולקולות רגישות לאור.

 

מנגנון הפעולה של השיטה החדשה, שפותחה בקבוצת המחקר של ד"ר רפאל קליין מהמחלקה לכימיה אורגנית במכון ויצמן למדע, מבוסס על כך שבמצב  של חשיפה לאור משתנה התצורה של מולקולות הקרויות ספירופירנים (spiropyrans), המצויות בחומר התווך, ונעשית חומצית יותר. בשלב הבא מגיבים הננו-חלקיקים ה"צפים" בחומר התווך לשינוי בחומציות. מהלך זה גורם להם להתארגן בחושך, ולהתפזר באור. ננו-חלקיקים נוטים להיות בעלי תכונות שונות כאשר הם מפוזרים בצורה אקראית, בהשוואה למצב בו הם מאורגנים. מכאן, שננו-חלקיקים המגיבים לשינוי בחומציות (שהם קבוצת חומרים גדולה בהרבה מקבוצת החומרים שמגיבים לאור), הם כעת בעלי פוטנציאל לשימוש ביישומים המבוססים על חשיפה לאור. מדובר באפשרויות יישום רבות מאוד - מנייר שמאפשר מחיקה ושיכתוב, ועד טיהור מים, שיחרור מבוקר של תרופות, או חומרים אחרים.

 

ד"ר קליין אומר, שלמולקולות אלה היסטוריה ארוכה במכון ויצמן למדע: "בשנת 1952, שני חוקרים מהמכון, ארנסט פישר ויהודה הירשברג, היו הראשונים שהדגימו את ההתנהגות הייחודית של ספירופירנים המגיבים לאור. מאוחר יותר, בשנות ה-80 של המאה הקודמת, ביצע פרופ' ולרי קרונגאוז מחקרים חשובים רבים על ספירופירנים, והשתמש בהם כדי לפתח מיגוון חומרים המאפשרים, בין השאר, התכהות של משקפיים כאשר הם נחשפים לקרינת שמש. כיום, 63 שנים לאחר ההדגמה הראשונה של תכונות החומרים הפוטו-כימיים, אנו משתמשים באותן מולקולות פשוטות למטרה חדשה".

 

יציבותם של ננו-חלקיקים המצופים במולקולות הרגישות לאור אינה נמשכת לאורך זמן. לעומת זאת, בשיטה החדשה, שבה הננו-חלקיקים "מרחפים" בחומר התווך, נמצא כי הם יציבים לאורך זמן. "הרצנו 100 מחזורים של כתיבה עם הננו-חלקיקים הפזורים בחומר תווך דמוי-ג'ל; כלומר, ביצענו בעצם איחסון מידע הפיך", אומר ד"ר קליין, "ולא חלה הידרדרות כלשהי במערכת, כך שאפשר להשתמש באותה המערכת פעמים רבות".