חוטים של כסף, שבילים של זהב

01.03.2004
מימין לשמאל: תלמידת המחקר טלי סחייק, פרופ' ישראל רובינשטיין וד"ר אלכסנדר וסקביץ'. ממש נדהמנו
 
מדעני מכון ויצמן הצליחו, לראשונה בעולם, ליצור ננו-צינורות העשויים מחלקיקי זהב, כסף וננו-חלקיקים של מתכות אחרות. הננו-צינורות החדשים מתאפיינים בתכונות אופטיות וחשמליות ייחודיות, המשתנות על-פי הרכיבים המרכיבים אותם. הודות לתכונות אלה אפשר יהיה להשתמש בהם לפיתוח ננו-חישנים, נשאים של זרזים שונים ומערכות כימיות וביולוגיות על שבב.
 
יוצרי הננו-צינורות החדשים, פרופ' ישראל רובינשטיין, ד"ר אלכסנדר וסקביץ', החוקרת הבתר-דוקטוריאלית ד"ר מיכל להב, ותלמידת המחקר טלי סחייק, מהמחלקה לחקר חומרים ופני שטח במכון ויצמן למדע, פירסמו באחרונה את ממצאי מחקרם בכתב העת המדעי Angewandte Chemie.
 
ננו-צינורות הם מבנים גליליים זעירים ("ננומטר" הוא מיליונית אחת של מילימטר). הננו-צינורות הראשונים שהתגלו, בשנת 1991, היו עשויים פחמן, הוליכו חשמל וחום,והצטיינו בחוזקם - הם היו חזקים פי 100 מפלדה. לעומתם, הננו-צינורות החדשים שפותחו באחרונה במכון ויצמן למדע, אינם חזקים כל כך, אך המבנה הייחודי שלהם מקנה להם יתרונות אחרים, התלויים בזהות הננו-חלקיקים המרכיבים אותם ובסדר שבו הם מאורגנים. שינויים בכמויות היחסיות של הננו-לקיקים, וכן שינוי במבנה שהם יוצרים, משפיעים ומשנים את תכונותיו של הננו-צינור שהם יוצרים. במילים אחרות, באמצעות ביעת הזהות של הננו-חלקיקים שמרכיבים את הננו-צינור, יכולים המדענים לשנות ולקבוע את תכונותיו של הננו-צינור, לפי צורכיהם. למעשה, אפשר אפילו לערבב חלקיקים מסוגים שונים בדרך שתביא להיווצרותו של ננו-צינור מרוכב. (חומר מרוכב בנוי כמעין תבנית שבתוכה יצוק חומר אחר. חומרים מרוכבים ידועים בחוזקם ובמשקלם הקל, והם משמשים, בין היתר, בתעשיית התעופה והחלל, וכן לייצור קסדות לרוכבי אופניים, מחבטי טניס מיוחדים, שתלי עצם, תחליפי שיניים ועוד). אפשרויות יישום רבות נוספות עולות כאשר מוסיפים לננו-צינורות החדשים חומרים ונים, דוגמת מתכות, מוליכים למחצה או פולימרים.
 
הננו-צינורות נבנים בשלושה שלבים, כאשר התהליך כולו מתבצע בטמפרטורת החדר. בשלב הראשון השתמשו מדעני המכון בתבנית של תחמוצת אלומיניום שבה קיימים ננו-חורים גליליים. לאחר מכן שינו את תכונות התבנית כך שתקשור בקלות חלקיקי זהב או כסף. בשלב זה, כאשר מעבירים דרך החורים בתבנית תמיסה של ננו-חלקיקים (שגודל כל אחד מהם 14 ננומטר), נקשרים הנו-חלקיקים האלה, בתוך החורים, גם לדופן התבנית וגםזה לזה. כך נוצרים בתוך הננו-חורים שבתבנית ננו-צינורות בעלי מספר שכבות. בשלב השלישי ממיסים את תבנית תחמוצת האלומיניום, כך שהננו-צינורות נותרים חופשיים.
 
"כשהננו-צינורות התגלו לעינינו לראשונה,ממש נדהמנו", אומר פרופ' רובינשטיין. "בעבר לא היו ידועים מקרים שבהם ננו-צינורות יוצרו מננו-לקיקים. גם אנחנו לא התכוונו לייצר ננו-צינורות. בסך הכל בדקנו אפשרויות לקשור ננו-חלקיקים לדופן התבנית. המדהים שבדבר הוא שכל התהליך הזה, כולל חיבור הננו-חלקיקים זה לזה, התחולל בטמפרטורת החדר. מעשה, אנחנו עדיין לא מבינים עד הסוף כיצד בדיוק זה קורה, ואנו מתכוננים ומקווים לברר את העניין במחקרינו הבאים".
 
למעשה, מטרת המחקר המקורית הייתה ליצור תבנית שבה מצויים ננו-חורים, שתשמש מודל לקרומים ביולוגיים דוגמת קרומיהם של תאים חיים. באמצעותה של תבנית כזאת הם קיוו שאפשר יהיה לחקור את תהליכי המעבר של מולקולות ביולוגיות דרך קרומים שונים. 
 
הננו-צינורות החדשים מתאפיינים במוליכות חשמלית, תכונות אופטיות ייחודיות, וכן בשטח הפנים הגדול יחסית שלהם, ובכך שמצויים בהם נקבים רבים. תכונות בלתי שגרתיות אלה יכולות לאפשר שימוש בננו-צינורות החדשים לצורך עיצובם של חישנים וזרזים כימיים שונים (לשניהם דרוש משטח גדול). יישום אפשרי נוסף הוא התקנת מערכות כימיות שלמות על גבי שבב שיכיל את הננו-צינורות החדשים. מערכות "מיקרופלואידיות" כאלה עשויות להוות כלים חשובים בתעשייה הכימית ובתעשיית הביוטכנולוגיה.
 
מדעני מכון ויצמן שהשתמשו בשיטה החדשה כבר יצרו באמצעותה סוגים שונים של ננו-צינורות חדשים, מרוכבים ומתכתיים, כולל ננו-ינורות עשויים זהב, כסף, שילוב של זהב ופלדיום, וגם כאלה העשויים זהב מצופה נחושת. כל אלה מחזקים את האפשרות ליישם את הננו-צינורות החדשים לפיתוח חישנים וזרזים (המתכת פלדיום, למשל, מהווה מרכיב חשוב בחישני מימן ובקטליזטורים שונים). הוספת נחושת מעלה את הקשיחות והמוליכות של הננו- צינור, דבר שפותח פתח ליישומים רבים נוספים.
 

שלושה דברים שלא ידעתם על פרופ' ישראל רובינשטיין

*בגיל 45 הוא החל להתאמן בקראטה, וכיום הוא בעל חגורה שחורה.
*כשהתגייס לצה"ל החל ללמוד בכוחות עצמו לפרוט על גיטרה חשמלית, ובתקופת לימודיו לתואר ראשון ושני בכימיה ניגן כגיטריסט מוביל בלהקת "קמפוס" שהופיעה במועדונים שונים ברחבי הארץ.  
 *אשתו, בלהה, היא פסנתרנית ומנהלת הקונסרבטוריון הישראלי למוסיקה בתל-אביב. ארבעת ילדיהם מנגנים במגוון כלי נגינה.
 
ננו צינורות מסוג חדש   ננו צינורות מסוג חדש
 

לשיתוף:

 

 

 

 

פודקאסטים
אינסטגרם