סערה כימית בננו-צלוחית

 

בראשית המחקר לא הייתה לד"ר רפאל קליין, ולחברי קבוצתו מהמחלקה לכימיה אורגנית במכון ויצמן למדע, כל כוונה לפתח ננו-צלוחיות. הם חקרו את השפעת ההרכבה העצמית של ננו-חלקיקים תחת השפעת האור. הם השתמשו באותה השיטה שפיתח ד"ר קליין במחקריו הקודמים: ציפוי ננו-חלקיקים אי-אורגניים בשכבה דקה מאוד של מולקולות אורגניות, המשנות את מבנן כתוצאה מחשיפה לאור. שינוי זה גורם לחלקיקים להתארגן במעין צברים, שמתארגנים בעצמם כמעין סריג, שבו, בין הצברים, נוצרים חללים ריקים. המדענים הבחינו כי מולקולות של מים נלכדו בחללים אלו – דבר שהוביל אותם להבנה כי החללים הריקים יכולים ללכוד גם מולקולות "זרות" של חומרים נוספים, ולתפקד כמעין צלוחיות מעבדה זעירות שבהן עשויות להתחולל תגובות כימיות. בסריג כזה נוצרות מיליוני ננו-צלוחיות העשויות לשמש כלים להפקת חומרים שונים.

 

כפי שדווח באחרונה בכתב-העת המדעי Nature Nanotechnology, כאשר המדענים לכדו בננו-צלוחיות מולקולות הנוטות להגיב ביניהן, הם נוכחו לדעת שהתגובות שהתחוללו בננו-צלוחיות היו מהירות פי 100 בהשוואה למהירות שבה הן מתחוללות בתמיסה. הסיבה לכך עדיין לא ברורה כל צורכה, אבל ייתכן שבשל גודלן הזעיר של הננו-צלוחיות, ריכוז המולקולות בהן היה גבוה, ולכן התגברה נטייתן של המולקולות להגיב אלה עם אלה. במידה מסוימת, מדובר בתופעה שמזכירה את הדרך שבה פועלים אנזימים מסוימים, היוצרים בתוכם מעין איזור סגור, שבתוכו הם כולאים מולקולות שמגיבות זו עם זו.

 

 

בעבר כבר נוצרו צברים של ננו-חלקיקים אשר הכילו חללים ריקים, אך מעולם לא השתמשו בצברים אלה כבכלים לביצוע תגובות כימיות (בין היתר מכיוון שלא היה אפשר להחדיר מולקולות לתוך הצברים, לאחר שנוצרו). לשיטה שפיתחו מדעני המכון יש בתחום הזה יתרון חשוב: הצברים דינמיים ומסוגלים להיבנות ולהתפרק לפי תכנון מראש, כך שאפשר להכניס ולהוציא מהם מולקולות לפי הצורך. הצברים מרכיבים את עצמם כאשר הננו-חלקיקים נחשפים לאור אולטרה-סגול, בעוד שחשיפה לאור רגיל גורמת להם להתפרק, כך שאפשר להשתמש באותם ננו-חלקיקים במספר רב של מחזורי פעילות. יתר על כן, המדענים מצאו שאפשר לסנן את המולקולות אשר ייכנסו לננו-צלוחיות. לדוגמה, אם משתמשים במולקולות כיראליות בעלות כיוון פיתול מסוים, אפשר לקבוע אם לננו-צלוחיות ייכנסו רק מולקולות ימניות, או רק שמאליות. ליכולת זו נודעת חשיבות רבה במחקר ובתעשייה. בין היתר, היא תוכל לשמש להפקה יעילה של חומרים פלסטיים. בחזון ארוך טווח יותר, ייתכן שאפשר יהיה להשתמש בננו-צלוחיות כבכלי רכב שיוביל תרופות לאיזורים פגועים בגוף, וישחרר אותם – כתוצאה מחשיפה לאור באורך גל מסוים - באתר שנקבע מראש.

 

קבוצת המחקר כללה את ד"ר הוי זאו, וד"ר טומו אודאיאבסקררו, מיכאו סווצ'יק, כריסטינה קוקנדה, ד"ר דבסיס מנה, ד"ר פינטו קומר קונדו וד"ר ג'יוונג לי. הם עבדו בשיתוף עם ד"ר פטר קראל וקבוצתו באוניברסיטת אילינוי שבשיקגו.