קטגוריה: Uncategorized

הטכניון טיפס למקום ה-77 ברשימת המוסדות האקדמיים הטובים בעולם

 הטכניון והאוניברסיטה העברית (מקום 95) הם שני הנציגים הישראליים במאייה הפותחת של מדד שנחאי לשנת 2018

הטכניון זינק למקום ה-77 במדד שנחאי – הדירוג הטוב ביותר לאוניברסיטה ישראלית בשנה הנוכחית. כך על פי מדד שנחאי, המדד המוביל בעולם לדירוג מוסדות להשכלה גבוהה. במאייה הפותחת של המדד נכללת השנה גם האוניברסיטה העברית, שדורגה במקום ה-95. מאז 2012 מדורג הטכניון בהתמדה ברשימת ה-Top 100 של מדד שנחאי, וכעת הוא חזר למקום ה-77, שבו דורג גם בשנת 2015. זאת לאחר עליה ב-2016 וירידה ב-2017.

נשיא הטכניון פרופ’ פרץ לביא אמר כי “נוכחותו של הטכניון בנבחרת מאה האוניברסיטאות המובילות בעולם במשך 7 שנים רצופות היא תוצאה של עבודה קשה ומסורה של הנהלת הטכניון, חברי הסגל ועובדיו. את חברי הסגל אנחנו בוחרים בקפידה על סמך קריטריון אחד ויחיד – מצוינות – והדבר מוכיח את עצמו. כדי לחזק את מעמדו של הטכניון כאוניברסיטת מחקר מדעית-טכנולוגיות מובילה בעולם, אנו פועלים גם בחזית הגלובלית – אסטרטגיה שבמסגרתה חנכנו בסוף השנה שעברה את מכון טכניון-קורנל ע”ש ג’ייקובס בניו יורק (JTCI) ואת מכון טכניון-גואנגדונג בסין (GTIIT). בלי קשר לדירוגים הבינלאומיים, אנו מודדים ומשפרים את עצמנו ללא הרף, אולם ברור שדירוג גבוה במדד שנחאי מהווה חותמת מרגשת של הכרה בינלאומית במצוינות הטכניון.”

במסגרת מדד שנחאי פורסם השנה, בפעם השנייה, גם דירוג נושאי – דירוג על פי נושאי מחקר. גם בדירוג זה, שהתפרסם ב-17 ביולי, מככב הטכניון בכמה קטגוריות. בנושאים הבאים מדורג הטכניון במקום הראשון מבין האוניברסיטאות בישראל: הנדסת חלל (מקום 22 בעולם), אוטומציה ובקרה (30), כימיה (קבוצת המקומות 51-57) ומדע והנדסה של תחבורה (קבוצת המקומות 75-51).

מדד שנחאי, המתפרסם מאז שנת 2003, בוחן את רמת המוסדות האקדמיים בעולם על פי קריטריונים אובייקטיביים ובהם מספר הזוכים בפרס נובל ופרסים יוקרתיים אחרים, מספר המאמרים המדעיים שפורסמו בכתבי העת המובילים Nature ו-Science וביצועים אחרים באופן יחסי לגודלה של האוניברסיטה. המחקר הסיני היסודי מקיף 1,200 אוניברסיטאות, שמתוכן נבחרות 500 האוניברסיטאות המובילות.

 

לדירוג המלא לחצו כאן: http://www.shanghairanking.com/ARWU2018.html

חוקרים בטכניון וברמב”ם פיתחו מודל חדשני לבדיקת השפעתן של תרופות על הפרעות מורכבות בקצב הלב. המודל מבוסס על רקמת לב שפותחה מתאי גזע מושרים

 

מודל חדשני צפוי לקדם את חקר הפרעות הלב ולאפשר לבדוק במעבדה את השפעתן של תרופות על הפרעות אלה. המודל שפיתח פרופ’ ליאור גפשטיין, מנהל המערך הקרדיולוגי בקריה הרפואית רמב”ם וחבר סגל בפקולטה לרפואה ע”ש רפפורט, התפרסם לאחרונה בכתב העת Stem Cell Reports.

 

הפרעת קצב (Arrhythmia) היא משפחה של הפרעות לב מסכנות חיים. הפרעות קצב נובעות משיבוש בתפקוד החשמלי או המבני של שריר הלב והן מושפעות מגורמים גנטיים וסביבתיים כאחד. תרופות הן גורם סביבתי כזה ואכן, תרופות מסוימות שכבר אושרו נפסלו לאחר שנמצא שהן גורמות הפרעות קצב מסוכנות.

 

הטיפול בהפרעות קצב משלב כיום טיפול בתרופות, בצריבה של מוקד הפרעת הקצב ובהשתלת התקנים חשמליים כגון קוצב לב ודיפיברילטור מושתל. כדי לפתח טיפולים יעילים יותר ופולשניים פחות להפרעות קצב דרושים מודלים מחקריים חדשניים. כזהו המודל שפיתח פרופ’ גפשטיין – מודל של הפרעות קצב ברקמת לב אנושית המדמה את המצב הקליני.

 

מעבדתו של פרופ’ גפשטיין הייתה מהחלוצות בעולם בייצור תאי לב אנושיים ממקור של תאי גזע עובריים ותאי גזע מושרים. תאי גזע מושרים הם תאים שנלקחו מהחולה (למשל מהעור), עברו תהליך מעבדתי שהופך אותם לתאי גזע ייחודיים – תאי לב, תאי עצם וכיו”ב. מחקריו של פרופ’ גפשטיין הדגימו את ישימותם של תאי לב שהופקו בדרך זאת למגוון מטרות ובהן רפואה רגנרטיבית – שיקום רקמות לב כטיפול באי ספיקת לב ויצירת קוצב ביולוגי כחלופה לקוצבים חשמליים. תאי גזע מושרים עשויים לשמש גם כמודלים ייחודיים לחקר מחלות גנטיות וכפלטפורמה לפיתוח תרופות ולבדיקתן.

 

כמו במודלים קודמים שפיתח פרופ’ גפשטיין, גם תאי הלב המרכיבים את הרקמה הנוכחית מבוססים על שימוש בטכנולוגיית hiPSC (תאי גזע פלוריפוטנטיים מושרים). פיתוח טכנולוגיה זו זיכה את פרופ’ שיניה ימנאקה היפני בפרס נובל ברפואה לשנת 2012. מאז השתכללה טכנולוגיית hiPSC הודות לעבודתם של חוקרים רבים ובהם פרופ’ גפשטיין.

 

בתהליך hiPSC נלקחים מהמטופל תאים בוגרים כגון תאי עור או תאי דם, העוברים תכנות מחדש במעין “מנהרת זמן תאית” ומוחזרים למצב של תאי אב המזכירים ביצית מופרית (או תאי גזע עובריים). בהמשך ממוינים תאי הגזע המושרים חזרה לרקמה הרצויה – שריר הלב, במקרה הזה. לרקמות שיוצרו בשיטה זו יתרון משמעותי בהקשר של השתלה: הן אינן נדחות על ידי המערכת החיסונית של המטופל שכן מקורן בתאי המטופל עצמו (ולא בתאים של תורם).

עבודות קודמות של פרופ’ גפשטיין הדגימו את היכולת ליצור תאי לב ממקור תאי גזע מושרים מחולים עם הפרעות קצב על רקע גנטי ולהדגים שתאי הלב המתקבלים, בדומה ללב של החולה, מפתחים הפרעות קצב ברמת התא הבודד. הסטודנטים נעים שאהין ואסעד שיטי, שערכו את הניסוי בהנחיית פרופ’ גפשטיין יחד עם צוות המעבדה, הצליחו כעת ליצור הפרעות קצב ברמת הרקמה. לדברי פרופ’ גפשטיין “מדובר בצעד משמעותי, מאחר שמרבית הפרעות הקצב בחולים (כגון פרפור עליות או הפרעות קצב חדריות) אינן יכולות להתפתח ברמת התא הבודד אלא רק ברמת הרקמה”.

הרקמה שפיתחו חוקרי הטכניון במעבדה מכילה מיליוני תאי לב, והיא תאפשר לבדוק במעבדה את המנגנונים העומדים בבסיס התפתחות הפרעות קצב לבביות, כמו גם את ההשפעות של טיפולים שונים על הפרעות אלה.

לדברי פרופ’ גפשטיין, “הרקמה שפיתחנו כאן היא יריעה דו-ממדית, אבל אנחנו מקווים שבעתיד הקרוב נפתח גם רקמה תלת-ממדית. היריעה שפיתחנו מתחילה לפעום באופן ספונטני, כפי שראינו במודלים קודמים שפיתחנו, אבל כאן אנחנו יוצרים בה הפרעת קצב יזומה בצורת רוטור (או גל ספירלי), המזכירה בצורתה סערת הוריקן. כך אנחנו יכולים לבדוק עליה את השפעותיו של כל טיפול שהוא.”

 

המחקר הנוכחי משלב שלושה מרכיבים: תהליך התמיינות מכוון של תאי הגזע המושרים ליצירת תאי לב אנושיים ביעילות גבוהה (יצירת עשרות מיליוני תאי לב ביעילות של מעל 90%); יצירת רקמה דו-ממדית אחידה, פעילה חשמלית, מתאים אלה; השריה (יצירה) של הפרעת הקצב; וניטור מדויק של הפעילות החשמלית ברחבי הרקמה. ניטור זה מבוסס על שימוש משולב במצלמה רגישה ומהירה ובחיישן פלורוסנטי ביולוגי המדווח על שינויי מתח ברקמה.

התוצאה, כאמור, היא מודל מחקרי חדשני המאפשר לבדוק את השפעתם של טיפולים שונים – טיפול חשמלי, טיפול תרופתי, טיפול גנטי ועוד. יתר על כן, רקמות המודל זהות בתכונותיהן הגנטיות לרקמות של  המטופל שממנו נלקחו התאים הבוגרים בתחילת התהליך, ולכן הניסוי משקף את תפקוד רקמת הלב האמיתית של החולה. לדברי פרופ’ גפשטיין, “בעבודה הנוכחית בחנו מנגנונים שונים האחראים ליצירת הפרעות קצב בלב. כך לדוגמה הצלחנו לשפוך אור על המנגנונים שבהם תרופות שונות עלולות לגרום לתופעות לוואי ובהן הפרעות קצב מורכבות, וכן לבחון טיפולים אפשריים להפרעות אלה. גישה זו תאפשר לחברות תרופות לסרוק תרופות בשלב מאוד התחלתי של תהליך הפיתוח – אפשרות שתמנע השקעה בפיתוח תרופות בעלות תופעות לוואי מסוכנות ותשפר בטיחות של תרופות היוצאות לשוק.”

פרופ’ ליאור גפשטיין הוא חבר סגל בפקולטה לרפואה ע”ש רפפורט ומאז 2015 עומד בראש המערך הקרדיולוגי בקריה הרפואית רמב”ם. לאחר שהשלים את לימודי הרפואה בפקולטה לרפואה בטכניון הוא המשיך לתואר דוקטור למדעים. במסגרת זאת הוא פיתח מערכת חדשה למיפוי חשמלי של הלב – מערכת המספקת עד היום את הפתרון הטוב ביותר לטיפול בהפרעות בקצב הלב באמצעות צריבה חשמלית. לאחר התמחות ברפואה פנימית ובקרדיולוגיה בקריה הרפואית רמב”ם הוא יצא לפוסט-דוקטורט בבית החולים של אוניברסיטת קליפורניה בסן פרנסיסקו. משם הוא חזר לפקולטה לרפואה בטכניון, הפעם כחבר סגל וכראש המעבדה למחקר אלקטרופיזיולוגי ולשחזור תפקודי הלב. מחקריו מתמקדים באלקטרופיזיולוגיה של הלב, חקר מחלות גנטיות של הלב ושימוש בטכנולוגיות של תאי גזע, הנדסת רקמות, והנדסה גנטית בפיתוח שיטות טיפול חדשניות במחלות לב. הוא זכה בפרסים חשובים רבים ובהם פרס זייפס מטעם האיגוד האמריקאי לקרדיולוגיה ופרס החוקר המצטיין מטעם האיגוד הקרדיולוגי האירופי ונבחר לחבר באקדמיה הלאומית הצעירה למדעים.

למאמר ב- Stem Cell Reports: לחצו כאן

לסרטונים המציגים את המחקר:

סרטון 1 – מיפוי דינמי של הפרעת קצב בצורת גל ספירלי. ההתערבות שנקטו החוקרים (דפיברילציה, כלומר מכת חשמל) מתקנת את ההפרעה ומחזירה את הלב לתפקוד תקין

סרטון 2 – שוב, תיקון הפרעת קצב בצורת גל ספירלי. התערבות מסוג אחר (קיצוב חשמלי מהיר) משככת את ההפרעה ולבסוף מבטלת אותה לגמרי

סרטון 3 -הדגמה של תופעת לוואי מסוכנת של תרופה. התרופה dofetilide, שנועדה לטיפול בהפרעות קצב, דווקא מפתחת כאן הפרעת קצב מסכנת חיים. ההפרעה מתחילה אחרי הפעימה השנייה

מחשבי על גרמנים וישראלים הקדישו 100 שבועות לחישוב מספרים אסטרונומיים

הירח הוא הלוויין הטבעי היחיד של כדור הארץ. היווצרותו מעלה שאלות רבות במחקר האסטרופיזיקה – ייתכן שהירח לא היה לבדו בשמי כדור הארץ הקדמוני. מחקרים שנערכו לאחרונה מצביעים כי היו מספר ירחים קטנים – המכונים ירחונים – אבל איננו יודעים מה קרה להם.

מחקר משותף, של ד”ר אורי מלמוד ופרופ’ חגי פרץ מהפקולטה לפיזיקה בטכניון, ד”ר כריסטוף שפר מאוניברסיטת טיבינגן וכריסטוף בורגר מאוניברסיטת וינה, נועד לחקור מה קרה לירחונים של כדור הארץ. הסימולציות המורכבות של החוקרים העלו כי ייתכן שהם נפלו לכדור הארץ בהתנגשויות ששינו את הרכב מעטפת כדור הארץ. מחקרם פורסם בגיליון האחרון של כתב העת Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

על פי התאוריה המקובלת כיום, הירח נוצר לפני כ-4.5 מיליארד שנים בהתנגשות בין כדור הארץ הקדמוני לבין כוכב לכת אחר בגודל של מאדים. אסטרופיזיקאים מכנים כוכב לכת זה בשם תיאה (Theia). אירוע זה הוביל להיווצרות דסקה סביב כדור הארץ, המורכבת מחומר שנפלט מתוך שני הגופים בשל ההתנגשות. החומר בדסקה הצטבר בסופו של דבר לירח שאנו מכירים היום.

אולם מחקר שנערך לאחרונה מצביע כי כדור הארץ לא עבר רק התנגשות אחת, אלא מספר התנגשויות גדולות, וכי גופים קטנים יותר פגעו בכדור הארץ לעיתים תכופות אף יותר. תהליכים אלו הובילו להיווצרות מספר ירחונים, שהחוקרים מניחים כי המסה של כל אחד מהם הייתה בין שישית למחצית ממסת הירח.

“ישנן שלוש אפשרויות: ייתכן שחלק מהגופים התמזגו בשל כוח הכבידה ויצרו אובייקטים גדולים יותר (ובסופו של התהליך את הירח הנוכחי) , חלקם הוצאו מהשפעת הכבידה של כדור הארץ בשל אינטראקציות הדדיות, וחלקם נפלו לכדור הארץ והתנגשו בו,” מסביר האסטרופיזיקאי ד”ר כריסטוף שפר. “האפשרות האחרונה היא זו בה אנו מתמקדים בעיקר במחקר הנוכחי”.

לביצוע סימולציה של התנגשויות הירחונים עם כדור הארץ, השתמשו החוקרים בתוכנת מחשב שפותחה, בהנחייתו של ד”ר כריסטוף שפר, על ידי קבוצת העבודה של פרופ’ וילהלם קליי במכון טיבינגן לאסטרונומיה ואסטרופיזיקה. החישובים עצמם נערכו באשכול המחשבים טיבינגן BinAC ובאשכול תמנון בישראל. התוכנה של הפיזיקאים מטיבינגן עשתה שימוש בסימולציות הידרודינמיות כדי ליצור מודל של התהליכים, וביחידות עיבוד גרפי כדי להאיץ את תהליכי החישוב המורכבים. כריסטוף בורגר מהמכון לאסטרונומיה ואסטרופיזיקה באוניברסיטת וינה כתב את הקוד לתנאים המורכבים והראשוניים עבור הסימולציות.

זמן חישוב של 100 שבועות

האסטרופיזיקאים הניחו מודל מפושט של כדור הארץ הקדמוני וירחון נופל – שבו לשניהם הייתה ליבת ברזל ומעטפת סיליקט, לפי יחס מסות הדומה לזה שקיים כיום. הקבוצה ביצעה יותר מ-70 סימולציות של התנגשות ירחון עם כדור הארץ, עם משתנים שונים כגון זווית הפגיעה, גודל הירחון ומהירות סיבוב כדור הארץ. “בסך הכול, החישובים דרשו זמן חישוב של יותר מ-100 שבועות,” אומר ד”ר אורי מלמוד.

ד”ר אורי מלמוד מהטכניון ניתח את תוצאות הסימולציות. הוא קבע אילו רסיסים מהגופים היו יכולים לצאת מהמערכת, אלו רסיסים היו יכולים להיכנס למסלול הסובב סביב כדור הארץ, ואלו נותרו לאחר שפגעו בכדור הארץ. הוא חישב גם את השינוי בזמן סיבוב כדור הארץ שנגרם מההתנגשות. “התוצאות שלנו מראות כי כאשר ירחון פוגע בכדור הארץ, החומר שמתווסף למערכת אינו מתפזר באופן הומוגני. סוג זה של התנגשות עשוי, על כן, להוביל לחוסר סימטריות וחוסר הומוגניות בהרכב מעטפת כדור הארץ,” אומר ד”ר מלמוד. מחקר משותף זה נותן לנו תמונה שלמה יותר כיצד נוצר הירח ומציב אותו בהקשר נרחב יותר של היווצרות כוכבי הלכת במערכת השמש.

למאמר המלא ב- Monthly Notices of the Royal Astronomical Society  לחצו כאן

 

 

הפרס ע”ש דניאל שירן הוענק לפרופ’-משנה אבי שרודר מהפקולטה להנדסה כימית בטכניון

השבוע מלאו 12 שנים לנפילתו של דניאל שירן ז”ל במלחמת לבנון השנייה. הוא נפל בליל הרביעי באוגוסט 2006. לאחר נפילתו יזם סבו, פרופסור מנחם רבהון, חבר הפקולטה להנדסה אזרחית וסביבתית בטכניון פרס על שמו, המוענק מידי שנה לחוקר מצטיין בטכניון בתחום הביו-רפואה.

השנה הוענק הפרס ע”ש דניאל שירן לפרופ’-משנה אבי שרודר מהפקולטה להנדסה כימית בטכניון. הטקס להענקת הפרס התקיים בהנחיית פרופ’-משנה שלי צליל, שזכתה בפרס בשנה שעברה, ובהשתתפות הוריו של דניאל שירן ורדה ופרופ׳-חבר קליני אבינועם שירן, אחותו נגה והסבים סטלה ופרופ’ אמריטוס מנחם רבהון. זו השנה העשירית להענקת הפרס.

פרופ’-משנה שרודר הודה למשפחת שירן על הפרס ואמר: “לא זכיתי להכיר את דניאל אבל עברתי בתחנות רבות שהוא עבר בחייו, בין השאר בחטיבת גולני. סיפור המשפחה שלכם הוא סיפורה של מדינת ישראל, ואני מאחל לכולנו שהפוטנציאל של הדור הצעיר לא יוקדש עוד למלחמות אלא רק לטובת האנושות – ‘וכיתתו חרבותם לאתים וחניתותיהם למזמרות, לא ישא גוי אל גוי חרב ולא ילמדו עוד מלחמה’.” פרופ’-משנה שרודר הרצה על מחקריו, שבמסגרתם פיתח גישות חדשניות לטיפולים בסרטן ובמחלות אחרות. בין השאר הוא פיתח טכנולוגיה חדשנית לבדיקה מוקדמת של השפעת התרופה הספציפית על המטופל הספציפי – טכנולוגיה התואמת את הגישה המתפתחת של רפואה מותאמת אישית.

סגן נשיא הטכניון למחקר פרופ’ וויין קפלן אמר לבני משפחת שירן: “12 שנים חלפו מאז נפילתו של דניאל בקרב בלבנון. אין לי ספק שאילו היה חי בינינו היום היה מצליח בכל תחום שהיה בוחר בו. הפרס שייסדתם מאפשר לנו לזכור את דניאל ולהוקיר את משפחתכם, את דניאל ואת חבריו שבזכותם אנו חיים כאן כיום.”

פרופ’ קפלן הוסיף כי “הטכניון שאף מאז ומתמיד לאיזון בין מדע בסיסי למחקר יישומי ובתרגום תגליות מדעיות לטובת האדם. פרופ’-משנה אבי שרודר, הזוכה בפרס היום, הוא דוגמה קלאסית לחוקר העורך מחקר בסיסי מעולה וגם מפרסם ומיישם את תגליותיו.”

דניאל שירת כלוחם בגולני והיה ‘נגביסט’ במלחמת לבנון השנייה. בליל הרביעי באוגוסט 2006, הוא הוביל כוח של גולני ונהרג בהתקלות עם מחבלים. דניאל היה נכדו הבכור של פרופסור רבהון, איש אקדמיה ומדע, בעל שם עולמי בתחום שיפור איכותם של מי קולחין, מי שפכים ושיטות סינון. הסב ונכדו היו קשורים מאוד זה לזה. לאחר נפילתו אמר סבו פרופסור רבהון,” “עברתי הרבה בחיי, הבריחה מהנאצים, העלייה ארצה, אובדן אם ואחות בגיל צעיר – אבל שום אירוע שחוויתי לא משתווה לצער על נפילתו של דניאל. שום דבר, גם לא הגרוע ביותר, איננו דומה לכאב ולסבל שעברתי אחרי שאיבדתי את הנכד שלי.”

 

 

חוקרים בטכניון גילו מנגנון המסביר את הסתגלות הצמח לתנודתיות בזמינות מינרלים בסביבתו

חוקרים בפקולטה לביולוגיה בטכניון מציגים הסבר ליכולתם של שורשים לווסת את גדילתם בהתאם למצאי המינרלים בסביבה – מינרלים החיוניים להזנת הצמח (נוטריינטים). המאמר התפרסם בכתב העת Developmental Cell.

את המחקר הוביל הפוסט-דוקטורנט ד”ר עמר פאל סינג בהנחייתה של פרופ”ח סיגל סבלדי-גולדשטיין. עוד שותפים במחקר חברי צוות המעבדה של פרופ’ סבלדי-גולדשטיין וחוקרים מהמעבדה של פרופ’ משנה ארנון חן מהטכניון ומ ENS Lyon שבצרפת.

מאז ראשית דרכה המחקרית מתמקדת פרופ’ סבלדי-גולדשטיין בצמחים כמערכת מודל מרתקת למחקר ביולוגי. מעבדתה בפקולטה לביולוגיה בטכניון עוסקת בהבנת עקרונות התפתחותיים של הצמח. לשם כך היא חוקרת את שני מקורות ההשפעה על גדילת הצמח – האותות הבאים מתוך הצמח והאותות המגיעים מהסביבה. מחקרה מתבסס על מגוון שיטות ניסוייות כגון הדמיה, פענוח שינויים בביטוי גנים ברזולוציה תאית ושיטות בגנטיקה התפתחותית.

“הצמחים חיוניים לחיים על פני כדור הארץ ומהווים אורגניזם-מודל מרתק” אומרת פרופ’ סבלדי-גולדשטיין. “הם נבדלים מבעלי החיים בהיבטים שונים. בשעה שבעלי חיים יכולים לנוע ולנדוד למקומות בטוחים יותר, למאגרי מים וכן הלאה, הצמחים מקובעים למקומם. בניגוד לבעלי חיים, צמחים מייצרים איברים חדשים במשך כל חייהם ומווסתים את קצב גדילתם בהתאם לתנאי הסביבה – דבר החיוני להישרדותם. במהלך האבולוציה פיתחה ממלכת הצומח אסטרטגיות שונות כדי להסתגל לתנאי סביבה תנודתיים. לדוגמה, שורש יכול להאיץ או להאט את גדילתו וליצור שורשים חדשים המסתעפים ממנו בהתאם למצאי המינרלים בקרקע”.

הורמונים סטרואידיים, הנקראים ברסינוסטרואידים, הכרחיים לגדילה ולהתפתחות הצמח. חוקרי הטכניון בחנו את פעילותם של ברסינוסטרואידים ושל חלבוני המסלול שהם מבקרים בשורש של צמח Arabidopsis  (בעברית תודרנית). הם גילו כי חלבוני המסלול הסטרואידי מושפעים גם מאותות שמקורם בהרכב המינרלים בסביבת השורש. החוקרים הראו כי הרכב המינרלים במצע הגידול (כלומר, בתנאי מעבדה) עשוי להשפיע בשני כיוונים מנוגדים: חסך בברזל בסביבת הצמח מגביר את עוצמתו של מסלול הברסינוסטרואידים ועל ידי כך מאיץ את התארכות השורש, ואילו חסך בזרחה (פוספט) בסביבה, המוביל להצטברות ברזל בשורש, מחליש את פעילות מסלול הברסינוסטרואידים ובכך מאט את התארכות השורש.

בנוסף, החוקרים מצאו את הגורם המתווך בין הסביבה לצמח בתהליכים אלה – חלבון בשם BKI1. הם גילו כי חלבון זה, המבקר את המסלול הסטרואידי, מושפע גם מתנאי הסביבה; חסך בברזל מוריד את רמת החלבון וכך מאיץ את התארכות השורש, וחסך בזרחה מגביר את רמתו ומאט את התארכות השורש.  כלומר, BKI1 נמצא על “פרשת דרכים” בין מסלול שמקורו באות פנימי של הצמח (הורמון סטרואידי) ומסלול שמקורו באותות מהסביבה (מצאי מינרלים).

החוקרים גם גילו שישנה השפעה בכיוון ההפוך: עוצמת מסלול הברסינוסטרואידים משפיעה על רמת הברזל הנצברת בשורש וכך נוצר משוב המבטיח כנראה כי גדילת השורש תתאים לתנאי הסביבה. “למעשה גילינו מנגנון המקשר בין זמינותם של שני היסודות האלה – זרחה וברזל – והמסלול הסטרואידי, אשר יחד מווסתים את גדילת השורש.”  הבנת המורכבות של תגובת הצמח למחסור בזמינות מינרלים עשויה לסייע בעתיד להגדלת היבולים של צמחים חקלאיים תוך הפחתת הצורך בדישון.

למאמר המלא ב- Developmental Cell לחצו כאן

 

 

 

פרויקט הגמר הזוכה בכנס הפרוייקטים בפקולטה להנדסה ביו-רפואית בטכניון

הסטודנטים נועם קידר וגל אידלשטיין הם הזוכים במקום הראשון בתערוכת פרויקטי הגמר של הפקולטה להנדסה ביו – רפואית בטכניון. הסטודנטים פיתחו אפליקציה סלולרית לניבוי ואבחון של פרפור חדרים בלב. את הפרויקט הנחתה פרופ’- משנה יעל יניב בפקולטה להנדסה ביו-רפואית.

פרפור חדרים הוא הפרעת לב מסוכנת, שהטיפול בה מבוצע באמצעות דיפיברילטור – מכשיר הנמצא כיום במקומות ציבוריים רבים. טיפול מידי בפרפור חדרים עשוי להציל כ-90% מהחולים, אבל כל דקה שחולפת מהאירוע מפחיתה את שיעור השורדים בכ-10%. לכן יש חשיבות עצומה לאבחון מוקדם או מידי.

האפליקציה שפיתחו הסטודנטים מאפשרת לנבא את האירוע לפחות 4 דקות מראש בשיעור ניבוי של 100%. התרעה כזו מאפשרת פינוי מוקדם של החולה או טיפול בו בדיפיברילטור. האפליקציה מבוססת על הקלטות של פעילות חשמלית בלב (ECG) באנשים בריאים רבים ועל שימוש בלמידה עמוקה (Deep Learning – רשתות נוירונים רבודות). מעבר לתועלת בהצלת חיים ובמניעת נזקים רפואיים אחרים, המערכת צפויה לספק לקהילת המחקר מידע רב על התפתחותו של פרפור חדרים.

הפרויקט החדשני הוצג לאחרונה בתערוכת פרויקטי הגמר של הפקולטה להנדסה ביו-רפואית בטכניון. בתערוכה הוצגו 23 פרויקטים של סטודנטים בשנה הרביעית ללימודי התואר הראשון בפקולטה. הפרויקטים עסקו בשלושה תחומים עיקריים: (1) הדמיה ועיבוד אותות רפואיים, (2) ביו-מכניקה ו(3) זרימה, ביו-חומרים והנדסת רקמות.

 

פרופ’ – חבר אמיר לנדסברג, המוביל מזה שנים את תערוכות הפרויקטים בפקולטה, הציג את המגמות הדרמטיות בעולם ההנדסה הביו-רפואית. הוא ציין כי בישראל לבדה מושקעים בענף זה כ-2 מיליארד דולר בשנה וכי שיעור הצמיחה השנתי של התחום עומד על כ-7%. הוא אמר כי “מהפקולטה שלנו יצאו עד היום 1,108 בוגרים שכ-96% עוסקים בתחום וכ-13% מהם הם מנהלים בכירים בתעשייה. ההנדסה הביו-רפואית היא מרכיב חיוני ברפואת העתיד – רפואה מנבאת, מונעת, אישית ומדויקת.”

 

במסגרת התערוכה התקיימה תחרות פרויקטים והפרסים לקבוצות הזוכות הוענקו בחסות ד”ר דורון וליאת אדלר. במקום השני זכתה הסטודנטית שונית פולינסקי, שפיתחה ממשק משתמש ליד רובוטית מודפסת בהנחייתם של ד”ר יואב מדן ויאיר הרבסט מהפקולטות להנדסה ביו-רפואית ולהנדסת מכונות ומעמותת חיפה 3D, העוסקת בפיתוח של ידיים ביוניות זולות המותאמות למטופל. פולינסקי פיתחה יד קלה מסתובבת הניתנת להפעלה על ידי רגל או יד בריאה. השימוש ביד הרובוטית אינטואיטיבי ומאפשר מגוון רחב של תנועות ובהן החזקת כוס חד פעמית מלאה במים. מחיר היד נאמד בכ- 100 דולר, וזאת לעומת עשרות אלפי דולרים הנדרשים לרכישת ידיים ביוניות הקיימות כיום.

 

במקום השלישי זכו הסטודנטים נח מיכאל וצמח בר-מוחא על פרויקט להכנת פיגומים מתכלים לפציעות חוט שדרה באמצעות הדפסה תלת-ממדית וייבוש בהקפאה. הסטודנטים פיתחו פיגום פולימרי מתכלה המתאים לטיפול בחוט שדרה פגוע. הפיגום מיוצר בהדפסת תלת-ממד, אפשר להתאימו לנתונים הספציפיים של המטופל, והשתל נקלט במהירות גבוהה יחסית בחוט השדרה. את הפרויקט הנחה בן קפלן ממעבדתה של פרופ’ שולמית לבנברג מהפקולטה להנדסה ביו-רפואית.

בפרס “חביב הקהל” זכו הסטודנטים נופר אזולאי ואיל חביף, שפיתחו פלטפורמה להעברת תרופות באמצעות רוק מלאכותי בהנחיית שני אליאס קרמה ממעבדתו של פרופ’ – חבר ג’וזואה שניטמן בפקולטה להנדסה ביו-רפואית.

 

 

 

 

המשלחת הישראלית, שכללה ארבעה תלמידי תיכון, הוכשרה בפקולטה לכימיה ע”ש שוליך בטכניון

המשלחת הישראלית לאולימפיאדת הכימיה הבינלאומית, שהורכבה מארבעה תלמידי תיכון ושלושה מלווים מהטכניון שבה אתמול (א’) ארצה מצ’כיה.

התלמידים בנבחרת ישראל בכימיה שייצגה את מדינת ישראל הם:

רז לוטן מתל אביב, ביה”ס עירוני א’– זכה במדליית כסף.

רועי פאר ממושב גן חיים, ביה”ס הכפר הירוק- זכה במדליית ארד.

חן גלשטיין מחיפה, ביה”ס הריאלי העברי.

נועה קרסק מראש העין, ביה”ס אחד העם.

 

משרד החינוך ומרכז מדעני העתיד של קרן מיימונידיס מובילים את הכשרת התלמידים להשתתפות באולימפיאדות השונות במסגרת מיזם משותף שהחל השנה (תשע”ח).

האולימפיאדה הבינלאומית לכימיה מציינת השנה 50 שנה להיווסדה וישראל משתתפת בה משנת 2006. השנה התקיימה האולימפיאדה בברטיסלבה, סלובקיה ובפראג, צ’כיה ולקחו בה חלק 300 נערות ונערים מ- 76 מדינות ברחבי העולם.

המשתתפים באולימפיאדה הבינלאומית נבחרים מדי שנה מתוך אלפי תלמידים המשתתפים בכימיאדה – תחרות הכימיה הארצית לתלמידי תיכון המתקיימת בפקולטה לכימיה ע”ש שוליך בטכניון.

כאמור, נבחרת התלמידים שהשתתפה באולימפיאדה לכימיה הוכשרה בפקולטה לכימיה ע”ש שוליך בטכניון. הכשרה זו מתבצעת בסיוע חברי סגל ודוקטורנטים בכירים, מהנדסות המעבדה גבריאלה הלוי ואמה גרץ, מנהלת תכניות הנוער ד”ר אביטל להב, הדוקטורנט אסף מעודה, המאמנת הראשית ד”ר איזנה ניגל אטינגר וראש התוכנית פרופ’ זאב גרוס, כאשר שלושת האחרונים גם ליוו את המשלחת לחו”ל.

“הלב מתמלא בגאווה ובנחת מהישגי התלמידים בשנה זו, שהינם המשך ישיר למסורת ההצלחות של תלמידי נבחרות ישראל בכימיה, אמר פרופ’ זאב גרוס, ראש התוכנית, מהפקולטה לכימיה ע”ש שוליך בטכניון. “היכולות הגבוהות, כוח הרצון וההתמדה אינם מובנים מאליהם והמדליות הינן הדובדבן שבקצפת. ההישגים מושתתים על הכנה נרחבת ומעמיקה על ידי הצוות מהפקולטה לכימיה ע”ש שוליך בטכניון, בהיבטים התאורטיים וביצוע ניסויי מעבדה. בנוסף למדליה, זוכים התלמידים למלגת שכר לימוד בטכניון.”

פרופ’ פרץ לביא, נשיא הטכניון בירך את התלמידים ואמר: “התלמידים הישראלים המתמודדים באולימפיאדות הכימיה הבינלאומיות עוברים מיון והכנה בתוכנית מיוחדת המתנהלת מזה שנים בפקולטה לכימיה ע”ש שוליך בטכניון בניהולו של פרופ’ זאב גרוס. ההשתתפות והזכייה בתחרות הבינלאומית הן הישג גדול ואני מברך את התלמידים שהשקיעו רבות מזמנם בהכנה התיאורטית והמעשית, בסיוע הצוות התומך בפקולטה לכימיה ע”ש שוליך. אנו בטכניון גאים להכשיר את דור העתיד של מדעני ישראל.”

 

שר החינוך, נפתלי בנט: ״הלב מלא גאווה, מדובר בתלמידים שהם הפנים היפות ביותר של הנוער הישראלי. הם השקיעו שעות ומאמץ רב והביאו כבוד גדול למדינת ישראל בזירה הבינלאומית.

בנט הוסיף כי ״חשוב לזכור – המדליות יפות ומלאות כבוד, אך הן לא העיקר. הסיפור האמיתי הוא החריצות, ההתמדה והעבודה הקשה של התלמידים כדי להגיע להישגים מרשימים ולעמוד בשורה אחת עם תלמידים מצטיינים מכל רחבי העולם.

כשאני מביט באייל, יונתן, אביב, אלון, עמרי, רז, רועי, חן ונועה – אני רגוע לדעת שאלו פני העתיד של התעשייה והכלכלה בישראל. אני גאה להיות שר החינוך של התלמידים האלו. מזל טוב!״

 

יו”ר מרכז מדעני העתיד, ד”ר שמשון שושני: “ביום בו אנו מתבשרים על הישגים כה מרשימים של התלמידים שלנו, זהו יום בו אנו צריכים לזקוף קומה ולהיות גאים בהם, בכישרון הרב שלהם ובמאמץ וההשקעה האדירים שלהם, שהביאו אותם להצלחות האלה. יש להמשיך להשקיע ולפעול למען מימוש האתגר הגדול של מדינת ישראל- מימוש הפוטנציאל של תלמידי ישראל”.

מנכ”ל משרד החינוך, שמואל אבואב: “במאמצים בלתי נדלים תוך דבקות במשימה הצליחו התלמידים להציב את ישראל בחזית המדעים. רצף ההישגים המרשים שלהם והיכולות הגבוהות שהוכיחו לאורך האולימפיאדות יוצר תשתית איתנה שתבטיח למדינת ישראל בעתיד פריצות דרך בתחום הפיסיקה והכימיה. אנחנו נמשיך להשקיע ולהוביל את מערכת החינוך להישגים נוספים בתחום המדעים כדי להבטיח את חוסנה של החברה, הכלכלית והמדעית של מדינת ישראל.  אני מברך את התלמידים הזוכים ואת הצוות אשר הוביל אותם לכל אורך הדרך”.

 
מנכ”ל מרכז מדעני העתיד, אלי פריד: “נבחרות ישראל במדעים מגיעות להישגים מרשימים, המעידים על היכולות הגבוהות של התלמידים שלנו, המשתתפים בתחרויות. ההישגים באולימפיאדות הם פרי של נחישות, השקעה ומאמץ בנוסף לכישרון האדיר בו התברכו התלמידים, חברי המשלחות.

החל מהשנה מרכז מדעני העתיד שותף מלא של משרד החינוך במטרה להעניק לתלמידים המצטיינים שלנו את ההכשרה ברמה הגבוהה ביותר ואת הכלים האיכותיים ביותר, שיסייעו להם להמשיך לפרוץ הדרך ולהגיע להישגים”.

 

 

 

חוקרים בפקולטה לביולוגיה בטכניון חושפים את תפקידו המורכב של חלבון קספאז-3 במחלת הסרטן. המחקר התפרסם ככתבת השער בכתב העת Molecular Cell

מחקר שנערך בפקולטה לביולוגיה בטכניון מעלה ממצאים חדשים בנוגע לתפקידו של החלבון קספאז-3 בהתחלקות תאים, בהתפתחות סרטן ובקביעת גודלם של איברים בגופנו. המחקר התפרסם בכתב העת Molecular Cell, שבחר גם להציגו על שער הגיליון.

גודלו של איבר נגזר מגורמים רבים ובהם גודלו של כל תא בודד, תהליכי החלוקה, ההתמיינות והמוות של התאים וכמובן מספרם. עם זאת, “תוכנית העל” המולקולרית המבקרת תהליכים אלה עדיין לא ברורה לגמרי. מכאן חשיבותו של המחקר הנוכחי, שנערך בהנחייתו של פרופ’-משנה ירון פוקס ובהובלתה של ד״ר יהב יוספזון.

חוקרי הטכניון חשפו מנגנון מולקולרי שלא היה ידוע עד כה, המבקר את גודלן של בלוטת החלב בעור. העור הוא האיבר הגדול ביותר בגוף האדם. משקל עורו של אדם מבוגר הוא כ-9 ק”ג ושטחו הכולל כ-2 מ”ר. העור מורכב מאפידרמיס (השכבה החיצונית) ודרמיס (הנמצא מתחתיו). בלוטות החלב הנמצאות באפידרמיס מייצרות ומפרישות חומר שומני (סבום) המגן על העור ועל השערות שעליו. שיבושים בבלוטות החלב עלולים להוביל לאקנה ולהתפתחות של גידולים סרטניים, אך עד כה לא היה ברור המנגנון המשפיע על התפתחותן ועל גודלן של בלוטות החלב.

המחקר הנוכחי התמקד בחלבון קספאז-3 וגילה כי חלבון זה ממלא תפקיד מרכזי בהתפתחותן של בלוטות החלב. קספאז-3 נחשב לשחקן מרכזי בתהליך האפפוטוזיס – מוות מתוכנן של תאים. תהליך זה, שבו “מתאבדים” תאים משובשים למיניהם, חיוני לבריאותו של האורגניזם. קספאז-3 פועל כפרוטאז – חלבון החותך חלבונים אחרים, וכך הוא מוציא לפועל את הרס התאים.

במחקר הנוכחי נמצא כי בניגוד לדוֹגמה המקובלת, קספאז-3 אינו מוביל רק לאפופטוזיס; הוא גם עושה את הפעולה ההפוכה – חלוקת תאים – וכך משפיע גם על גודלה של בלוטת החלב. זאת באמצעות חלבון אחר בשם YAP.
YAP הוא חלבון הפועל כפקטור שעתוק המניע התחלקות תאים כאשר הוא נכנס לגרעין התא. לכן הוא נתון לבקרה קפדנית מאוד, כדי שלא יגרום להתחלקות בלתי מבוקרת של תאים העלולה להוביל להתפתחות גידול סרטני. כדי למנוע ממנו כניסה לתא מעוגן YAP לקרום התא על ידי החלבון α-Catenin. במחקר הנוכחי התגלה כי קספאז-3 יודע לחתוך את α-Catenin וכך לשחרר את YAP לחופשי ולאפשר לו להיכנס לגרעין התא ולעורר התחלקות.

התגלית הנוכחית חשובה במיוחד שכן היא שופכת אור על הטיפולים המקובלים בסרטן – הקרנות וכימותרפיה. טיפולים אלה מאיצים במתכוון את פעילות קספאז-3, וזאת במטרה להמית את תאי הגידול באמצעות אפופטוזיס. במחקר הנוכחי מתברר כי פעולה זו עלולה דווקא להאיץ את חלוקת התאים ולהגדיל את מסת הגידול. לדברי פרופ’-משנה פוקס, “לתגלית שלנו יישומים פוטנציאליים רבים, ובהם בלימת סרטן וריפוי פצעים באמצעות מניפולציה על קספאז-3. כעת, כשידוע תפקידו הלא-אפופטוטי של קספאז-3, אפשר וצריך לקחת זאת בחשבון בבניית אסטרטגיה טיפולית. תוצאות ראשוניות ומבטיחות מאוד ממעבדתנו מעידות כי עיכוב של קספאז-3 עשוי להיות אמצעי יעיל מאוד בטיפול בגידולים סרטניים שונים בשלבים מתקדמים.”

 

פרופ’-משנה פוקס הוא ראש המעבדה לחקר תאי גזע ורפואה רגנרטיבית בפקולטה לביולוגיה וחוקר במרכז לורי לוקיי להנדסה ולמדעי החיים. הוא מתמקד בחקר תאי הגזע, האחראיים לחידוש הרקמות בגופנו. במסגרת זאת הוא מבודד אוכלוסיות חדשות של תאי גזע, חוקר את מנגנון ההתאבדות של תאים מיוחדים אלו ומקדם טכניקות חדשות לרפואה רגנרטיבית ולטיפול במחלת הסרטן.

המחקר הנוכחי נערך בתמיכת הקרנות קרן משרד המדע (קמין) וקרנות ICRF ,RCDAו-GIF.

למאמר המלא ב- Molecular Cell לחצו כאן

חוקרים בטכניון הצליחו ליירט תקשורת בלוטות’, שנחשבה לערוץ בטוח מפני פריצות

חוקרים בפקולטה למדעי המחשב בטכניון הצליחו לפענח תקשורת בלוטות’, שנחשבה לאפיק תקשורת בטוח מפני פריצות. זאת במסגרת עבודת המאסטר של הסטודנט ליאור נוימן בהנחיית פרופ’ אלי ביהם, ראש מרכז המחקר לאבטחת סייבר ע”ש הירושי פוג’יווארה בטכניון.

טכנולוגיית הבלוטות’, שפותחה בשנות התשעים, הפכה עד מהרה לפלטפורמה פופולרית הודות לפשטות השימוש בה. בניגוד לרשת WiFi היא אינה מבוססת על רשת המקשרת מכשירים רבים זה לזה, אלא על צימוד (Pairing) בין שני מכשירים מסוימים – אוזנייה וטלפון, לדוגמה. שיטה זו מאפשרת שימוש והגדרה נוחים של הצימוד, וגם מקלה על אבטחת התקשורת בין המכשירים.

לדוגמה, כאשר אנחנו מבקשים לדבר בדיבורית בלוטות’ עלינו לאשר במכשיר הטלפון את הפעולה. באותו רגע נוצר צימוד בין הדיבורית למכשיר הטלפון. פירוש הדבר הוא היווצרות של ערוץ מוצפן בין שני המכשירים. במשך השנים טכנולוגית בלוטות’ התפתחה והתרחבה, והתקדמה לטכנולוגיות הצפנה עדכניות. בשל כך נחשבת טכנולוגיה זו לחסינה מפני התקפות. הודות לפשטותה ולעלותה הנמוכה, נמצאת טכנולוגיה זו כיום כמעט בכל התקן טכנולוגי כדוגמת מכשור לביש, דיבוריות ברכב, טלוויזיות חכמות, שעונים חכמים, מקלדות ומחשבים, ותומכת גם בחיבורי אינטרנט, מדפסות ופקסים.

כעת הצליחו נוימן ופרופ’ ביהם, לאחר שנה של עבודה תאורטית וניסויית, לפתח התקפה החושפת פגיעות בתקשורת הבלוטות’ על כל גרסאותיה העדכניות. לדברי פרופ’ ביהם, מהחוקרים הבולטים בתחום הקריפטוגרפיה כיום, “הטכנולוגיה שפיתחנו מגלה את מפתח ההצפנה המשותף לשני המכשירים ומאפשרת לנו, או למכשיר שלישי, להצטרף לשיחה. כך אנחנו יכולים לצותת לשיחה או לחבל בה. כל עוד לא נשתתף בה באופן פעיל, המשתמש לא יוכל לדעת שיש כאן גורם שלישי שמאזין.”

צימוד התקני בלוטות’ משתמש ברעיון מתמטי הנקרא בשפה המקצועית ECC – הצפנה בעזרת עקומים אליפטיים. ברגע הצימוד משתמשים התקני הבלוטות’ בנקודות על מבנה מתמטי בשם עקום אליפטי באופן שמאפשר להם לקבוע מפתח סודי משותף לשני ההתקנים, שעליו מתבססת ההצפנה בהמשך. חוקרי הטכניון מצאו למעשה נקודה בעלת תכונות מיוחדות הנמצאת מחוץ לעקום, שמאפשרת להם לקבוע את תוצאת החישוב, אך אינה מזוהה כזדונית על ידי המכשיר. באמצעות אותה נקודה הם קובעים למעשה את מפתח ההצפנה, שישמש את שני הרכיבים המצומדים.

המתקפה שפיתחו נוימן ופרופ’ ביהם רלוונטית לשני היבטים של בלוטות’ – החומרה (צ’יפ) ומערכת ההפעלה (כדוגמת אנדרואיד) בשני ההתקנים המשוחחים (הן באוזניה והן בטלפון במקרה של הדוגמה לעיל) – ולמעשה מאיימת על הגירסאות החדשות ביותר של התקן הבינלאומי. לפיכך הם פנו, באמצעות מרכז תיאום אירועי אבטחת מידע CERT/CC באוניברסיטת קרנגי מלון וארגון Bluetooth SIG לחברות המובילות בתחום ועדכנו אותן בפירצה שגילו. לדברי פרופ’ ביהם, “פנינו לחברות ענק ובהן אינטל, גוגל, אפל, קוואלקום וברודקום שמחזיקות ברוב השוק הרלוונטי, וסיפרנו להן על הפירצה ואיך לתקן אותה.” ביהם מוסיף “גוגל הגדירו את הפירצה כ”חמורה ביותר” והפיצו עדכון לפני כחודש, וגם אפל הפיצו עדכון השבוע.. ובנוסף יצרנים נוספים ששמעו על הפירצה פנו אלינו ביוזמתם לבדיקת מוצריהם.”

מידע נוסף מופיע באתר: https://www.cs.technion.ac.il/~biham/BT/

חוקרים בטכניון פיתחו שיטה חדשנית להגברת יעילותם של התקנים אלקטרואופטיים כגון פוטואלקטרודות לפירוק מים

חוקרים בטכניון פיתחו שיטה חדשנית להגברת יעילותם של התקנים אלקטרואופטיים, וזאת באמצעות הגברת האינטראקציה בין אור לחומר. כתב העת היוקרתי Advanced Materials מדווח כי השיטה יושמה בהצלחה בייצור תא סולארי פוטואלקטרוכימי המשמש להפקת מימן ממים בעזרת אנרגיית השמש.

את המחקר ערכו הדוקטורנט אסף קיי והפוסט-דוקטורנטית ד”ר ברברה שרר בהנחיית ראש קבוצת המחקר, פרופ’ אבנר רוטשילד מהפקולטה למדע והנדסה של חומרים. החוקרים פיתחו שיטה חדשה לייצור מטא-חומרים המגבירים את האינטראקציה בין אור וחומר בשכבות דקות מאוד. חומרים אלה עשויים ממבני-על רב-שכבתיים המשלבים שכבות דקות של מתכות ותחמוצות מוליכות למחצה. כאמור, השיטה יושמה בהצלחה בהפקת מימן ממים.

מימן נחשב לדלק מבטיח כיוון שהשימוש בו אינו מזהם. הוא מיוצר על ידי פירוק מים באמצעות אנרגיית השמש בתהליך הנקרא פוטואלקטרוליזה. בתהליך זה נבלעים פוטונים מהשמש בחומר מוליך-למחצה ומעבירים את האנרגיה שלהם לאלקטרונים בחומר הבולע את הקרינה. אלקטרונים אלה משמשים לפירוק המים למימן וחמצן (H₂O à H₂ + ½O₂). זאת על ידי ניתוק הקשר הכימי בין אטומי המימן (H) והחמצן (O) במולקולת המים (H₂O).

הבעיה היא שבתהליכי פוטואלקטרוליזה עלולים האלקטרונים לאבד את האנרגיה שקיבלו מהפוטונים עוד לפני שהספיקו לפרק את המים. תופעה זו, הקרויה רקומבינציה, פוגעת ביעילות ההמרה של אנרגיית השמש למימן. לכן ברור הצורך להגביר את היחס בין קצב הריאקציה האלקטרוכימית המפרקת את המים לקצב הרקומבינציה.

פוטואלקטרוליזה מתבצעת על ידי פוטואלקטרודות הבולעות את האור ומפרקות את המים. אותן פוטואלקטרודות נדרשות לבלוע פוטונים בספקטרום רחב ככל האפשר ולעמוד בתנאי סביבה עוינים בתמיסות קורוזיביות. בנוסף חשוב שיופקו מחומרים זולים, נפוצים ולא רעילים. בשל מורכבותם של אתגרים אלה, במשך שנים רבות לא פותחו פוטואלקטרודות יעילות, יציבות וזולות.

בשנת 2012 הציגו פרופ’ רוטשילד וד”ר חן דותן, בכתב העת Nature Materials, פיתוח של פוטואלקטרודות המבוססות על תחמוצת ברזל, המהווה מרכיב מרכזי בחלודה. פוטואלקטרודות אלה, שפעלו על כליאת אור בשכבות דקות, הפגינו יתרונות משמעותיים על אלה הקיימות.

אולם השיטה שפורסמה ב-2012 יצרה אתגרים חדשים, הקשורים בעמידותה של המראה – שכבת החזר-האור הנמצאת מתחת לתחמוצת. שכבה זו עשויה מאלומיניום או מכסף – חומרים הנוטים להתחמצן או להשחיר, בהתאמה, וכך לאבד את יעילותם בהחזרת אור. בטמפרטורות גבוהות, החיוניות בייצור הפוטואלקטרודה, מואצים תהליכים אלה והורסים את אותה שכבה. בעקבות זאת פיתח ד”ר דותן התקן רב-שכבתי ובו שכבות הגנה שונות המונעות התחמצנות והשחרה של המראה. עם זאת, ייצורו של ההתקן היה עד כה מסובך מאוד.

במחקר הנוכחי פיתחו אסף קיי וד”ר ברברה שרר שיטת ייצור חדשנית ההופכת את סדר שיקוע השכבות בהפקת ההתקן. בשיטה זו משוקעת תחמוצת הברזל על גבי פיסת סיליקון לפני שיקוע שכבת המתכת שמעליה – המראה. תהליך זה מונע את חימצון המתכת, שאותה אפשר לשקע ללא נוכחות חמצן ובטמפרטורה נמוכה.

אולם השיטה החדשה יצרה בעיה חדשה: היא מיקמה את המראה מעל תחמוצת הברזל – בניגוד למבנה הנדרש בהתקן. לכן הוסיפו החוקרים שלב נוסף בייצור, שבו הם הופכים את המבנה שנוצר, מדביקים אותו במהופך לפיסת סיליקון נוספת ומסירים את פיסת הסיליקון הראשונה כדי לחשוף את תחמוצת הברזל ששוקעה עליה. (תהליך זה מתואר באיור 2. )

הסרת פיסת הסיליקון הראשונה נעשתה בשילוב תהליכי איכול רטובים ויבשים המשמשים בתהליך הייצור של צ’יפים למיקרואלקטרוניקה. בתהליכים אלו נדרשת זהירות מירבית כדי שתחמוצת הברזל הדקיקה, שעוביה כ-10 ננומטרים בלבד, לא תיפגע. חשוב להימנע גם מסדקים מיקרוסקופיים העלולים להיווצר בתהליך זה. לשם כך פותח בטכניון תהליך ייצור ייחודי שבו נעשה שימוש בשכבות הגנה של סיליקה (SiO2) ואלומינה (Al2O3), כמוצג באיור 2. תהליך זה פותח בעזרת הצוות המקצועי במרכז לננואלקטרוניקה ע”ש שרה ומשה זיסאפל ובמרכז למיקרואלקטרוניקה ע”ש וולפסון בטכניון.

התהליך שפותח הודגם בייצורו של תא סולרי פוטו-אלקטרוכימי לפירוק מים, המבוסס על שכבה דקיקה של תחמוצת ברזל (בעובי של כ-10 ננומטרים) על גבי מראה יציבה מסגסוגת כסף וזהב. מעבר לדוגמה ספציפית זו, שהוצגה במאמר המתפרסם ב-Advanced Materials, התהליך החדש מהווה פריצת דרך בייצור ופיתוח מטא-חומרים המשלבים שכבות מתכת, תחמוצות מוליכות למחצה וחומרים מבודדים ליצירת התקנים אלקטרואופטיים ומבנים ננופוטוניים חדשניים.

המחקר שהוביל לפריצת הדרך הנוכחית נערך בהדרכתו של פרופ’ אבנר רוטשילד מהפקולטה למדע והנדסה של חומרים בטכניון במימון קרן המחקר היוקרתית(ERC)  של האיחוד האירופי במסגרת תכנית FP7. החוקרים מודים לקרנות המחקר שמימנו את העבודה: ERC וקרן מארי קירי (שמימנה את העסקתם של הפוסט-דוקטורנטים ד”ר ברברה שרר וד”ר דניאל גרבה), המרכז לננואלקטרוניקה ע”ש שרה ומשה זיסאפל והמרכז למיקרואלקטרוניקה ע”ש וולפסון, שם התבצעו התהליכים העיקריים בפיתוח שיטת הייצור החדשה.

למאמר המלא לחצו כאן

 

 

חוקרים בטכניון יצרו מערכת אופטית חדשה: “קיפודי אור” ננומטריים הסוללים דרך ליישומים חדשים בעיבוד מידע, בהעברתו ובאחסונו. המערכת צפויה להוביל לגילוי מגוון תופעות אופטיות חדשות

חוקרים בטכניון הצליחו לייצר “קיפודי אור” זעירים הקרויים סקירמיונים אופטיים וטומנים בחובם פוטנציאל לפריצת דרך בעיבוד מידע, בהעברתו ובאחסונו. את המחקר, שהתפרסם בכתב העת היוקרתי Science, הובילו פרופ’-חבר גיא ברטל מהפקולטה להנדסת חשמל ע”ש ויטרבי ופרופ’-חבר נתנאל לינדנר מהפקולטה לפיזיקה בטכניון. במחקר השתתפו פרופ’ ברגין ג’יונאי מהפקולטה לרפואה באוניברסיטה האלבנית בטיראנה והסטודנטים שי צסס, יבגני אוסטרובסקי וקובי כהן.

המונח “סקירמיון” (skyrmion) מבוסס על שמו של הפיזיקאי הבריטי ד”ר טוני סקירם (Skyrme), שהגה בשנת 1962 שיטה להגברת יציבות של מערכות פיזיקליות עתירות אנרגיה, וזאת באמצעות שדות זעירים בעלי תצורה מרחבית “קיפודית”. במרוצת השנים מומש רעיון זה גם בחומרים מגנטיים ואחרים, וכיום נחשבים הסקירמיונים להבטחה גדולה – בין השאר בהגדלת נפח האחסון של זיכרונות מחשב.

כיום מאוחסן רוב המידע בעולם על כוננים קשיחים, שהקריאה מהם מבוצעת על ידי זרוע מכנית. ניהול מידע באמצעות סקירמיונים, לעומת זאת, מבוסס על הזזה לא מכנית של הסקירמיונים באמצעות זרמי חשמל חלשים. תכונה נוספת של הסקירמיונים היא ממדיהם הזעירים – הם קטנים פי 10,000 מקוטרה של שערה. מאפיינים אלה צפויים לייעל, להאיץ ולהוזיל באופן דרמטיים תהליכים של עיבוד מידע, העברתו ואחסונו.

חוקרי הטכניון הם הראשונים המרחיבים את הרעיון של ד”ר סקירם לתחום האופטיקה; הם הצליחו ליצור סקירמיונים באמצעות השדה החשמלי של גלים אלקטרומגנטיים המתקדמים בתוך חומרים ייעודיים. בניגוד לגלי אור “רגילים”, שהשדה החשמלי שלהם מכוון בדרך כלל בכיוון ספציפי (עיקרון פיזיקלי שעליו מתבססים, לדוגמה, משקפי שמש מקטבים), חוקרי הטכניון הראו כי השדה החשמלי יכול לקבל את הצורה ה”סקירמיונית” ולפנות לכל העברים בעת ובעונה אחת כך שצורתו המרחבית מזכירה קוצים של קיפוד. יתר על כן, הם הראו שאותם “קיפודי אור” אינם מושפעים מפגמים בחומר שבו נוצרו.

להצלחה ביצירת סקירמיונים בגלים אלקטרומגנטיים עשויה להיות חשיבות מכרעת ביישומים פרקטיים. כיום חומרים בהם נוצרים סקירמיונים הם נדירים ביותר ודורשים קירור לטמפרטורות נמוכות מאוד, לרוב באמצעות חנקן או הליום נוזלי. התגלית החדשה עשויה ליצור בעתיד את התופעה הייחודית הזו במגוון מערכות וחומרים כגון נוזלים, מערכי ננו-חלקיקים וגזים של אטומים קרים. המחקר עשוי להוביל גם ליישומים חדשים של סקירמיונים בעיבוד מידע, בהעברתו ובאחסונו בדרכים אופטיות ולא מגנטיות.

המחקר נערך בשיתוף המרכז לננואלקטרוניקה ע”ש שרה ומשה זיסאפל ומכון ראסל ברי למחקר בננוטכנולוגיה ובתמיכת קרן ג’ייקובס, מרכז המצוינות I-CORE, קרן המדע הישראלית (ISF) והמועצה האירופית למחקר (ERC).

למאמר ב- Science: לחצו כאן

 

 

 

 

 

מבודד אופטי ראשון מסוגו פותח על ידי פרופ’ טל כרמון מהפקולטה להנדסת מכונות בטכניון. המבודד מעביר אור שנכנס אליו מכיוון אחד וחוסם את האור הנכנס מהכיוון המנוגד. הפיתוח פורסם בכתב העת היוקרתי Nature

חוקרים בטכניון בנו מבודד אופטי ראשון מסוגו, המבוסס על הדהוד של גלי אור בכדור זכוכית המסתובב במהירות. זהו ההתקן הפוטוני הראשון שבו אור המתקדם בכיוונים מנוגדים נע במהירויות שונות. הפיתוח פורסם בכתב העת היוקרתי Nature.

את המחקר הוביל פרופ’ טל כרמון מהפקולטה להנדסת מכונות וממכון ראסל ברי למחקר בננוטכנולוגיה בטכניון. לדבריו “פיתחנו כאן מבודד פוטוני יעיל מאוד המצליח לבודד 99.6% מהאור. המשמעות היא שאם נשלח 1,000 חלקיקי אור, ההתקן יבודד כהלכה 996 פוטונים ויפספס רק 4. יעילות בידוד כזו נדרשת בהתקני תקשורת אופטית קוונטית. המבודד שפיתחנו כאן ממלא כמה דרישות חיוניות נוספות: הוא פועל היטב גם כשהאור מגיע בו זמנית משני הכוונים, הוא תואם לסיבים אופטיים סטנדרטיים, הוא ניתן למזעור והוא אינו משנה את צבעו של האור.”

קצת רקע למחקר:

שחייה במורד הנהר מהירה יותר משחייה במעלה הנהר. רכיבה על אופניים כשהרוח בגבנו מהירה יותר מרכיבה נגד הרוח. מתברר שגם האור משנה את מהירותו כתוצאה מ”רוח גבית” או מ”שחייה נגד הזרם”, כלומר כתוצאה מתנועת התווך שבו הוא נע. מהירות האור מושפעת ממהירות התווך.

כבר בבית הספר התיכון אנו לומדים שמהירות האור מושפעת מסוג התווך – החומר שבתוכו נע האור. מהירות האור בזכוכית, למשל, איטית ממהירותו באוויר. עוד לומדים בתיכון ששתי אלומות אור המתקדמות בכיוונים מנוגדים בזכוכית, או בכל חומר אחר, יתקדמו באותה מהירות. “בלימודים בטכניון למדתי גם שמהירות האור תלויה במהירות התווך שבו הוא נע,” אומר פרופ’ כרמון. “ממש כמו השחיין בנהר, מהירות האור נגד תנועת התווך איטית ממהירותו עם תנועת התווך.”

על תופעה זו הצביע כבר ב-1849 המדען הצרפתי ארמנד פׅיזוֹ (Fizeau). הוא הראה שבדומה למהירות השחיין בנחל, מהירות האור במורד הזרם גבוהה ממהירות האור במעלה הזרם. הגילוי של פיזו השפיע מאוד על פיתוחה של תורת היחסות הפרטית על ידי אלברט איינשטיין.

הגרר שמפעיל החומר הנע על האור, שנקרא גם גרר-פיזו, עשוי להוביל ליישומים משמעותיים באופטיקה ובמחשוב. זאת משום שהאטה והאצה של האור באמצעות תנועת התווך יכולות לייצר מבודד אופטי – התקן שבו האור הנכנס מצד אחד נבלע והאור הנכנס מצד שני עובר. למרות  שמהירות האור בתווך היא התכונה הבסיסית ביותר שנובעת מתגובת הגומלין בין אור לחומר, עד כה לא נבנה התקן פוטוני שבו אלומות מנוגדות של אור מתקדמות במהירויות שונות.

כעת, לראשונה, הצליחו חוקרי הטכניון לבנות מבודד המבוסס על מהירויות אור שונות לאלומות המתקדמות בכוונים מנוגדים. מדובר בהתקן אופטי כדורי המסתובב במהירות גבוהה. לתוך ההתקן משוגרות אלומות אור משני כיוונים מנוגדים. האור שמגיע מימין מסתובב בהיקף הכדור עם כיוון סיבוב הכדור; האור שמגיע משמאל מסתובב נגד כיוון הסיבוב ולכן נע במהירות נמוכה יותר. אפשר לומר שהאור נגרר עם ההתקן.

ההתקן החדשני מהווה מבודד אופטי – הוא מעביר אור המגיע מצד שמאל ומכבה אור המגיע מצד ימין. לדברי פרופ’ כרמון, “הבסיס הפיזיקלי של ההתקן, בנוסף לגרר המופעל על האור, הוא מהוד – מקום שגלי האור מהדהדים בו. האור המהדהד מסתובב בתוך הכדור אלפי פעמים עד שהוא נבלע. לעומת זאת, אור שאינו מהדהד חולף דרך ההתקן כמעט ללא הפרעה. במילים אחרות, האור הנע עם ההתקן מהדהד וכבה, והאור הנע כנגד ההתקן ממשיך הלאה ללא הפרעה.”

 

ההתקן נבנה בבית המלאכה לניפוח זכוכית בטכניון ממוט זכוכית שקצהו הותך לכדור ברדיוס של מילימטר. מקור האור הוא סיב אופטי דקיק, בקוטר מאית מעובי שערה, הנמצא במרחק של ננומטרים ספורים מהכדור. הכדור, שהוא המהוד, מסתובב במהירות עצומה – שפת הכדור נעה במהירות של כ-300 קמ”ש – והאור המגיע מהסיב מסתובב בתוכו אלפי פעמים.

אחד האתגרים ההנדסיים שניצבו בפני קבוצת המחקר היה שימור מרחק מזערי קבוע בין הסיב (מקור האור) למהוד הכדורי. “שמירה על מרחק מדויק היא אתגר מסובך גם אם ההתקן אינו נע, והיא אתגר הרבה יותר מסובך כשמדובר בכדור שמסתובב במהירות עצומה. לכן חיפשנו דרך שתכריח את הסיב לנוע יחד עם הכדור למרות העובדה שהסיב והכדור אינם מחוברים. בסופו של דבר מצאנו דרך לעשות זאת: הסיב מרחף על הרוח שיוצר סיבוב הכדור. כך, אם ההתקן רועד – ובגלל הסיבוב המהיר הוא רועד בהכרח – הסיב ירעד יחד עם הכדור המסתובב והמרחק ביניהם יישמר.”

לדברי פרופ’ כרמון, “אנחנו מקווים שסללנו כאן דרך לסוג חדש של התקנים אופטו-מכניים המבוססים על כוחות אופייניים למרחקים ננומטרים. הכוחות הפועלים במרחקים אלה הם כוחות קזימיר וכוחות ואן דר ואלס – כוחות חזקים מאוד, שמקורם באפקטים קוונטים, שעד כה כמעט שלא נעשה בהם שימוש בהתקנים מכניים בכלל ובמהודים בפרט. לאחרונה הדגמנו לראשונה סוג חדש של לייזר שבו גלי מים גורמים לפליטת האור; עוד הדגמנו, בפעם הראשונה, מיקרו לייזר שבו גל אקוסטי גורם לפליטת האור. יתכן בעתיד נוכל ליצור במהודים החדשים לייזרים המבוססים על כוחות קזימיר וכוחות ואן דר ואלס.”

את המחקר הוביל פרופ’ כרמון עם קבוצת המחקר שלו ועם שותפיהם בקולג’ לאופטיקה ופוטוניקה (CREOL). את הניסוי ערכו רפי דהן, שהיה אז סטודנט לתואר שני, והדוקטורנט שי מעייני. ד”ר מעייני נמצא כיום בפוסט-דוקטורט ב-MIT, שם הוא מפתח סיבים אופטיים חדשניים בהנחייתו של בוגר הטכניון פרופ’ יואל פינק. ד”ר מעייני בחר בתחום מחקר זה, שהוגדר כצורך אסטרטגי של ישראל, מתוך רצון לחזור לישראל כחבר סגל בתום הפוסט-דוקטורט. פרופ’ כרמון מדגיש כי חמשת המחברים הראשונים של המאמר הם אנשי הפקולטה להנדסת מכונות בטכניון, בכללם יורי קליגרמן ואדוארד מוזס, שביצעו את החישובים.

במחקר תמכו מרכז המצוינות I-CORE,  “מעגל האור” ומשרד המדע, הטכנולוגיה והחלל.

למאמר המלא ב- Nature  לחצו כאן