למצוא את הדרך

מדעני המכון הצליחו לקבע גדילי די-אן-אי לאורך קו שנצרב במשטח באמצעות קרן אלקטרונים – צורה שלא נראתה עד היום.

האם ניתן לסדר גדילי די-אן-אי המצויים בתמיסה לאורך קו רציף? ומה קורה כאשר בגדילי הדי-אן-אי מתחולל תהליך של התגבשות? את השאלות האלו בחנו באחרונה מדעני המחלקה לחומרים ופני שטח במכון ויצמן למדע, בשיתוף עם קבוצת מחקר מהאוניברסיטה הטכנית של מינכן. באמצעות שימוש בטכניקה לקשירת די-אן-אי למשטח כימי, המשולבת עם יכולת "לכתוב" קווים דקים באמצעות קרן אלקטרונים (ליתוגרפיה ננוסקופית), הצליחו המדענים להוביל להתארגנותם של הגדילים, כך שיקובעו לאורך קו. מדובר בקו שרוחבו קטן מאוד: כמה עשרות ננו-מטר (מיליארדית המטר).

את המחקר, שתואר באחרונה בכתב-העת המדעי Nature Nanotechnology, הובילו החוקר הבתר-דוקטוריאלי ד"ר דן ברכה ממעבדתו של פרופ' רועי בר-זיו, והדוקטורנט גונתר פרדטצ'ר ממעבדתו של פרופ' פרידריך סימל מהאוניברסיטה הטכנית של מינכן. עוד היו שותפים למחקר תלמיד המחקר אוהד וונשק, ומדענית הסגל ד"ר שירלי שולמן דאובה.

במחקר קודם שהובילו פרופ' בר-זיו וד"ר ברכה זוהה בראשונה התהליך אשר מאפשר לגדילי די-אן-אי המצויים בתמיסה וקשורים בבסיסם למשטח כימי להיצמד זה לזה, ולהתגבש לכדי "מרבד". החומר הביולוגי המאפשר את היצמדותם של גדילי די-אן-אי – שמטבעם דוחים זה את זה בשל מטענם החשמלי השלילי – הוא יון תלת-ערכי בעל מטען חיובי. "התוצאה של התהליך היא קריסה של גדילים רבים של די-אן-אי, הנופלים זה אחר זה ויוצרים התארגנות דו-ממדית רחבה שאינה נשלטת", מסביר פרופ' בר-זיו.

במחקר הנוכחי גילו המדענים, כי גדילי הדי-אן-אי התקבעו לאורך הקו הדק אשר נצרב על המשטח בעזרת קרן האלקטרונים בממדים מזעריים – תצורה שלא נראתה עד היום. "מדענים מעולם לא הצליחו לצרוב די-אן-אי לממדים קטנים כל כך ולאורך קו", מסביר ד"ר ברכה. "תהליך ההיצמדות של הגדילים זה לזה לאורך הקו מתרחש כמו נפילה של לבני דומינו בקצב קבוע. התוצאה היא חומר שטרם הכרנו, בעל תכונות חדשות". פרופ' בר-זיו מוסיף: "הצלחנו ליצור ננו-כבלים של די-אן-אי צמודים ומסודרים לאורך קווים חד-ממדיים ארוכים, המתהווים באופן דינמי".

"משמעות הגילוי היא", מסביר ד"ר ברכה, "טמונה בכך שהוא מאפשר שליטה במעבר מופע (ממצב מסיס למצב מוצק) של גדילי די-אן-אי, תהליך שעד היום התבצע ללא התערבות אדם ובאופן שרירותי. בראשונה הצלחנו ליצור סדר בתהליך זה, ולעצב אותו: ממצב של התגבשות אקראית, אנו מסוגלים לשלוט בצורה המתארגנת". שימושים עתידיים במערכת שפותחה, עשויים להיות העברת מידע לאורך הכבלים. "כעת אנו יכולים לשאול את השאלה, אם די-אן-אי דחוס מסוגל להעביר אותות מולקולריים וחשמליים לכל אורכו", מסביר פרופ' בר-זיו.

בניסוי נוסף ביקשו החוקרים לבחון מה קורה כאשר קרן האלקטרונים "מציירת" רשת של קווים ופיצולים, מעין "מבוך", שעליו מקובעים גדילי הדי-אן-אי. המדענים גילו, כי הגדילים "רצים" על-פני הקווים כולם, אך נעצרים כאשר שני גדילים המגיעים מכיוונים שונים מתנגשים זה בזה. בסופו של דבר, כך התברר, מפל ה"דומינו" של הדי אן-אי, אשר נע במהירות קבועה, יודע למצוא את הדרך הקצרה ביותר להגיע מצידו האחד של ה"מבוך" לצדו האחר. במילים אחרות, מסבירים המדענים, התוצר המתקבל דומה למערכת ניווט חכמה. "ניחשנו שיקרה משהו מעניין כאשר נציב למערכת חידה שעליה לפתור", מסכם ד"ר ברכה.