סיכוך מימי

מדעני המכון הראו שרמת הצמיגות של שכבת המים הדקה, אשר עוטפת מולקולות מסוימות בגוף, דומה לזו של סירופ מייפל. ממצאים אלה עוזרים להבין כיצד פועל חיכוך במערכות ביולוגיות, ובעתיד ייתכן שיסייעו בפיתוח מיפרקים סינתטיים

בתבליטים מתקופת מצרים העתיקה נראות תמונות מפתיעות: כדי להקל על הובלת פסלים עצומים, שופכים עבדים על הרצפה נוזל דמוי-מים, אף שלכאורה מים אינם מועילים כלל לצמצום החיכוך. אך מחקרים שבוצעו במכון ויצמן למדע הראו, כי במצרים העתיקה כנראה ידעו מה הם עושים: שכבה דקה ביותר של מים העוטפת מולקולות מסוימות, אכן מהווה חומר סיכה יוצא מן הכלל. זו תופעה כללית, שבזכותה, בין השאר, מצטמצם החיכוך במיפרקי גופנו. כך יכולים משטחי הסחוס במיפרקי הירך והברך להחליק זה על גבי זה, שוב ושוב, לאורך שנים, כמעט ללא בלאי. על פי המודל של מדעני המכון, מעטפת המִיוּם יכולה להיווצר סביב מולקולות שונות בעלות מטען חשמלי. המולקולה הפשוטה ביותר שסביבה נוצרת שכבת מיום היא יון – לדוגמה, יון הנתרן.

בשורת מחקרים, שהתפרסמו בכתב-העת המדעי Nature Communications ובכתבי-עת נוספים, מצאו מדען הסגל ד"ר ניר קמפף וחברים אחרים בקבוצת המחקר של פרופ' יעקב קליין, מהמחלקה לחומרים ופני שטח במכון, כי מעטפת המִיוּם צמיגה פי כ-200 ממים חופשיים – בערך רמת הצמיגות של שמן מנוע או סירופ מייפל. במסגרת ניסוייהם יצרו מדעני המכון מעטפות מיום פשוטות – יונים חיוביים המוקפים במולקולות מים. בהמשך לכדו המדענים את מעטפות המיום בין שני משטחים, ומדדו את רמת הצמיגות באמצעות הפעלת לחץ והחלקת המשטחים זה לעומת זה, במהירויות שונות. התוצאות הראו, שמעטפת המיום תורמת לכך שכוח החיכוך בין משטחים נשאר נמוך גם בעת הפעלת לחץ גבוה.

שכבת המיום נוצרת גם סביב מולקולות מורכבות יותר, כגון חומרים פעילי שטח (סורפקטנטים ופוספוליפידים). מולקולות אלה מורכבות משני חלקים: זנבות "דוחי מים" מצד אחד, וראש "חובב מים" מצד שני, כאשר ראש המולקולה מושך אליו מולקולות מים כיוון שיש לו גם מטען חיובי, או מטען שלילי, או שניהם גם יחד. גם מולקולות המים, H₂O, מכילות שני סוגי מטענים: החמצן מכיל מטען שלילי בעוד המימן מכיל מטען חיובי. כך יוצרות מולקולות המים מעין שכבה מסביב לראש המולקולה. "ממצאים אלה עוזרים להבין כיצד פועל מנגנון החיכוך במערכות ביולוגיות, לדוגמה במיפרקים", אומר ד"ר קמפף. "בעתיד הם עשויים גם לעזור בפיתוח מיפרקים סינתטיים בעלי עמידות גבוהה בפני שחיקה עבור בני-אדם הסובלים מדלקת מיפרקים ניוונית או ממחלות אחרות הפוגעות בסחוס.

ייתכן כי במצרים העתיקה היה חומר הסיכה שהקל על שינוע הפסלים מורכב גם הוא מיונים שהיו עטופים במולקולות מים. "בעבר הועלתה סברה, כי הנוזל ששפכו העבדים הוא שמן, אך כמויות כאלה של שמן היו נדירות ויקרות-ערך. לאור הממצאים שלנו, סביר הרבה יותר להניח כי מדובר במים, ואף במי ים", אומר ד"ר קמפף. "המצרים בעת העתיקה הרטיבו את החול (חלקיקי סיליקה טעונים) במי ים, המכילים יוני מלח, כדי להקטין את החיכוך בין הפסלים הכבדים לבין האדמה, ובכך להקל על הובלתם. כך או אחרת, המצרים השתמשו כנראה, בלא יודעין, במעטפות מיום כחומר סיכה".