מחקרים

RESEARCH

מה מעניין אותך?

כל הנושאים
Advanced chemical oxidation processes
AI
Beetles
Bioelectronics
Biomedical
Biomimetics
Biomimicry
chemical oxidation
CO2 storage
Cyber Security
Deep learning
drone
environment
Environmental implications
exotic mechanics
Geophysical and environmental fluid dynamics
groundwater
Health
Hemodynamics and Biomechanics
Interfacial Phenomena
Machine Learning
materials for water
Mechanical Engineering
Metamaterials
Molecular Electronics
Nanoelectronics
nanomaterials
Nanophotonics
nanotechnologies
Nonlinear optics
numerical modelling
Numerical models
oil and natural gas
optical nanosensors
Optics
Radio Physics and Engineering
Remote sensing of waves
Self-Assembled Monolayers
Smart Biomedical Materials
Social Contagion
Terahertz optics
Topological defects
Transient Free and Submerged Impinging Jets
Viral Marketing
Water waves

חדשות המחקרים

בחר את סוג הלובי: 
מחקרים
ד"ר טלי אילוביץ

מחקר

27.05.2020
שיטה לא פולשנית לחיסול תאים סרטניים

ד"ר טלי אילוביץ מהמחלקה להנדסה ביו-רפואית באוניברסיטת תל אביב ביחד עם חוקרים מאוניברסיטת סטנפורד פיתחו טכנולוגיה לא פולשנית מבוססת אולטרסאונד לצורך העברת גנים אל תוך גידולים סרטניים

  • cancer cells
  • Microbubbles
  • cancer cells
  • Microbubbles

ד"ר טלי אילוביץ מהמחלקה להנדסה ביו-רפואית והעומדת בראש המעבדה לאולטרסאונד, מפתחת טכנולוגיות חדשות בתחום האולטרסאונד. דוגמא לטכנולוגיה שכזו היא שימוש באולטרסאונד טיפולי לצורך טיפולים לא פולשניים כתחליף להתערבות כירורגית חיצונית. הטיפול מושג ע"י שימוש בבועיות גז קטנות שקוטרן הוא כעשירית בלבד מקוטר תא דם אדום. במקור, הבועיות הללו פותחו כחומר ניגוד לדימות של כלי דם באולטרסאונד וכיום גם משמשות כפלטפורמה טכנולוגית לריפוי. באמצעות הזרקה של מיקרו-בועות ומיקוד של אולטרסאונד בתדר נמוך, הבועות תתכווצנה ותתרחבנה באזור הספציפי, דבר שיאפשר מעבר של חומרים מתוך כלי הדם אל הרקמה שמסביב. בצורה כזו לדוגמה ניתן להשתמש באולטרסאונד טיפולי שחודר מבעד לגולגולת כדי לפתוח את מחסום הדם-מוח בצורה ממוקדת והפיכה על מנת לאפשר מעבר של תרופות לטיפול במחלות שונות. את הפלטפורמה הזו ד"ר אילוביץ מקווה להמשיך לפתח ולהרחיב לטיפול במגוון מחלות, החל מגידולים סרטניים ועד לאלצהיימר ופרקינסון.

 

לאחר סיום הדוקטורט שלה, ד"ר אילוביץ המשיכה לפוסט דוקטורט בבית הספר לרפואה שבאוניברסיטת סטנפורד ובתחילת השנה הצטרפה לסגל המחלקה להנדסה ביו-רפואית באוניברסיטת תל אביב. במחקרה שהתפרסם החודש במגזין המדעי Proceedings of the National Academy of Sciences , ביחד עם חוקרים מאוניברסיטת סטנפורד פיתחו טכנולוגיה לא פולשנית מבוססת אולטרסאונד לצורך העברת גנים אל תוך גידולים סרטניים.

 

השיטה משלבת אולטרסאונד עם מיקרובועות שנקשרות אל התאים הסרטניים. כאשר אולטרסאונד מופעל, המיקרובועות מתנהגות כמו ראשי נפץ נקודתיים שיכולים לפעור חורים בממברנות של התאים הסרטניים ולאפשר מעבר של הגנים דרכם. הפלטפורמה הטיפולית החדשה נועדה לתפוס שתי ציפורים במכה אחת. ראשית, המיקרובועות תוקפות את התאים הסרטניים ולאחר מכן הגן שמועבר לתוכם מאותת למערכת החיסון להרוס את שארית הגידול. התגובה החיסונית המערכתית שנוצרת מסוגלת למגר גידולים נוספים שלא טופלו ישירות

 

הקליקו למאמר המלא

 

אלה שמתאהבים בבעיה הם אלה שממציאים לה פתרון

נזקי עור כתוצאה משימוש בציוד מיגון אישי

מחקר

26.05.2020
נזקי עור כתוצאה משימוש בציוד מיגון אישי

עבודותו האחרונה של פרופ' עמית גפן פורסמה השבוע בכתב העת Journal of Wound Care בנושא COVID-19, מסכות פנים ונזקי עור 

  • COVID-19
  • pressure ulcers
  • skin damage
  • COVID-19
  • pressure ulcers
  • skin damage

פרופ' עמית גפן מהמחלקה להנדסה ביו-רפואית באוניברסיטת תל אביב המתמחה במניעה וטיפול בפצעי לחץ, חקר לאחרונה נזקים משמעותיים לעור כתוצאה משימוש בציוד מיגון אישי במיוחד מסכות פנים ומשקפי מגן – תועדו בקרב צוותים רפואיים המטפלים בחולי קורונה בכל העולם.

 

פצעים פתוחים בעור הפנים באנשי צוות רפואי מהווים פתח לזיהום על ידי חיידקים עמידים וכן וירוסים הנמצאים בסביבת בית החולים ובפרט, לחדירת נגיף הקורונה עצמו ישירות למחזור הדם. הפצעים הללו בעור הפנים הם למעשה סוג מסוים של פצעי לחץ הנגרמים כתוצאה משימוש במכשור וציוד רפואי, במקרה זה לא בחולים (כפי שהיה נפוץ עוד לפני מגפת הקורונה) אלא בצוות המטפל.

 

בקבוצתו של פרופ' עמית גפן במחלקה להנדסה ביו-רפואית שמומחיותו פצעי לחץ והגנה על הגוף מהפצעים הללו נחקר הנושא ופרסמו הנחיות מעשיות לצוותים רפואיים שמטרתן להפחית את הסיכון לפגיעה בעור כתוצאה משימוש בציוד מיגון אישי, למשל באמצעות הפחתת החיכוך על ידי סיכוך העור ושימוש בחבישות מגן.

 

מאמרו פורסם השבוע במגזין "Journal of Wound Care" והוא נגיש באופן חופשי מאתר המוציא לאור:

https://bit.ly/3c4hpjW

יצור אתנול רפואי מפסולת חקלאית לחיטוי וירוס הקורונה

מחקר

25.05.2020
ייצור אתנול רפואי מפסולת חקלאית לחיטוי

פרופ' ממן מהפקולטה להנדסה אוניברסיטת תל אביב, יחד עם הדוקטורנט רועי פרץ ופרופ' גרשמן מאוניברסיטת חיפה-מכללת אורנים, הצליחו לייצר אתנול מפסולות מגוונות בתהליך חדשני על מנת שמדינת ישראל תוכל לייצר בעצמה אלכוהול ללא חשש ממחסור   

  • COVID-19
  • environment
  • COVID-19
  • environment

המאבק נגד נגיף הקורונה מתחיל בשמירה על היגיינה וחיטוי, לכן עם התפרצות וירוס הקורונה עלתה הדרישה לאלכוהול לצורך חיטוי. אלכוהול (אתנול) הוא חומר החיטוי הנפוץ ביותר ומשמש לייצור אלכוג'ל, ספטול ודומיהם. נכון להיום, בישראל אין ייצור מקומי של אתנול וב-2018 ייבאה ישראל 23,000 טונות של אתנול, כאשר מרביתו מיוצר ממקורות מזון ראויים לבני אדם כגון תירס. נכון להיום, מדינת ישראל תלויה לחלוטין ביבוא של אתנול, והבעייתיות הופכת למשמעותית יותר בעת מגפות כאשר יש הסגרים כללים, ומגבלות ייבוא גדולות. 

 

מחסור בחומרי חיטוי בישראל

כחלק מעבודת המחקר של פרופ' ממן יחד עם הדוקטורנט שלה רועי פרץ ושאר צוות החוקרים במעבדה, עוסקים בטיפול בפסולות המהוות מטרד לאדם ולסביבה, והפיכתה לאלכוהול, מוצר שימושי כתחליף דלק למשל. עם התפרצות המגפה, ניכר כי יש מחסור גדול של חומרי חיטוי בארץ. "הופעתנו לגלות כי מדינת ישראל, נכון להיום, תלויה לחלוטין בייבוא אלכוהול לצורך חיטוי. מכאן ועד בחירת הנושא למחקר לטובת ייצור אלכוהול כחומר חיטוי למען המאבק בקורונה היה קצר.

 

במחקר משותף שמומן בימים אלה ע"י משרד המדע, הצוות של פרופ' ממן מבית הספר להנדסה מכנית באוניברסיטת תל אביב ופרופ' גרשמן באוניברסיטת חיפה-מכללת אורנים, הדגימו ייצור אתנול מפסולות מגוונות כגון גזם עירוני, בעזרת טיפול קדם באוזון והמרתה לאלכוהול בתהליך חדשני. בכך מדינת ישראל תוכל לייצר בעצמה אלכוהול ללא חשש ממחסור היות וזה מיוצר מפסולת. 

תמונה ממפעל נייר חדרה

תמונה ממפעל נייר חדרה

 

ייצור אתנול מפסולות מגוונות

פרופ' ממן, ראשת התוכנית ללימודי הנדסת סביבה לתארים מתקדמים בפקולטה להנדסה מסבירה כי "פריצת הדרך שלנו בכך שהצלחנו לייצר אתנול בצורה אפקטיבית מפסולות מגוונות כגון גזם עירוני וחקלאי, קש, פסולת נייר ובוצת נייר וכד', בעזרת טיפול קדם בגז אוזון. שימוש באוזון מציג שיטת טיפול קדם פשוטה וזולה להקמה והפעלה שכמעט ואינה מזהמת ואינה דורשת שימוש בחומרים מסוכנים וניתנת לביצוע בקנה מידה מקומי ועולמי. בימים אלו אנחנו מקימים באוניברסיטת תל-אביב פיילוט יישומי לייצור אלכוהול לחומר חיטוי מפסולת במדינת ישראל. אך ישנם אתגרים במחקר מכיוון שכחלק מתהליך הגמלון, והמעבר מסקאלה מעבדתית לפיילוט יישומי, האתגר יהיה להעלות את רמת יעילות תהליך יצירת אלכוהול מפסולות רבות". 

 

עוד אומרת פרופ' ממן כי "למחקר פוטנציאל רב מכיוון שבישראל מיוצרים מדי שנה כ-620,000 טונות של פסולות צמחיות ודומות שאין להן שימוש. במחקר זה, גם נטפל בבעיית הפסולות וגם נייצר מוצר בעל ערך רב שיאפשר עצמאות למדינת ישראל בייצור אתנול. יתרון נוסף של התהליך שלנו שמדובר על תהליך שיכול לעבוד עם כמויות פסולות שונות ומגוון של פסולות, וגם להשתלב עם הטיפול קדם החדשני שלנו יחד עם חברות שיש להם תהליכי התססה וזיקוק. פיתחנו גם שיטה חדשנית לייצור אתנול מפסולת מיחזור נייר וקרטון. התהליך שפותח מבוסס גם על טכנולוגית אוזונציה חדשנית אשר מאפשרת חמצון ופירוק של מרכיב הליגנין בפסולת, הידוע כמעכב את תהליך המרת הפסולת לאתנול. על בסיס תהליך זה נרשם לאחרונה פטנט בארה"ב. בישראל בלבד בכל שנה נוצרים כ-35,000 טונות של פסולות תהליך מיחזור נייר, אשר בלא פתרון אחר משונעות להטמנה". 

 

בנימה אישית

"המגפה האחרונה לקחה מאיתנו את הדבר היקר לנו מכל- קרבה אנושית. המאבק במגפה מאלץ אותנו להיות בריחוק כדי לשמור את היקרים לנו. אין ראוי מלהצטרף למאבק בקורונה ולתרום לבריאות הציבור. לא רק זה, בעת שהותי בשבתון בהודו נחשפתי להשפעה הסביבתית של שריפת פסולות חקלאיות במעבר בין הגידולים שונים וההשפעה על זיהום האוויר ועל ההחמרה במצב עקב שינויים האקלימיים שהשפיעו משך ועוצמת המונסונים. זה חיזק אצלי את החשיבות של המחקר שלנו על ניצול הפסולות החקלאיות ליצירת תהליך מבוזר, שיוכל לאפשר לחקלאים למשל להרוויח מאי-שריפת הפסולות החקלאיות, הרווח הסביבתי והחברתי וגם נכון להיות עוד יותר, שמירה על בריאות הצבור בשל מגפות עולמיות"  מסכמת פרופ' ממן.  

 

אלה שמתאהבים בבעיה הם אלה שממציאים לה פתרון

בדיקות מעבדה בעזרת רשת נוירונים ללימוד עמוק בפחות זמן וכסף

מחקר

19.04.2020
צביעה וירטואלית של תאים ביולוגיים בעזרת רשת נוירונים עתידה לייעל בדיקות מעבדה

פרופ' נתן שקד מהמחלקה להנדסה ביו-רפואית, פיתח יחד עם המסטרנט יואב נייגט ושאר צוות החוקרים שלו רשת נוירונים ממוחשבת ללימוד עמוק אשר יודעת לבצע צביעה וירטואלית של תאים ביולוגיים, בלי צורך בצביעה כימית אמיתית שלהם.

  • Virtual Staining
  • Biological Cells
  • HoloStain
  • Virtual Staining
  • Biological Cells
  • HoloStain

החודש התפרסם מאמרו של פרופ' שקד במגזין היוקרתי PNAS, הנחשב לאחד העיתונים המדעיים הטובים והוותיקים בעולם. במאמר הצליחו פרופ' שקד וקבוצתו להציג גישה חדשה של למידה עמוקה הנקראת HoloStain, אשר ממירה תמונות של תאים ביולוגיים מבודדים, שנרכשו ללא צביעה כימית על ידי מיקרוסקופיה הולוגרפית, לתמונותיהם הצבועות דיגיטלית, עם יכולת לראות אברונים (חלקים מהתא בעלי תפקידים ספציפיים) בתוך התאים, כאילו שמדובר בתאים צבועים באמת.

 

תאים ביולוגיים בצלוחית המצולמים במיקרוסקופ אור הם ברובם שקופים ולא ניתן לראות את התוכן שלהם. צביעת תאים היא טכניקה המקלה ומשפרת את הצפייה בתאים אלו ונמצאת בשימוש רחב בביולוגיה וברפואה, למשל כדי לאבחן מחלות או לבצע בדיקות מעבדה סטנדרטיות. פעולתה העיקרית היא שיפור ניגודיות הצבעים המאפשרת לראות את המבנה הפנימי של התאים למרות שקיפותם. הצביעה נעשית באמצעות קשירה כימית בין מולקולת הצבען (חומר הצביעה) לבין המולקולה הספציפית לה בתא, וכך אפשר לראות את האברונים הפנימיים בתוך התא ולאבחן את מבנהו.

 

הולוגרפיה קלינית

פרופ' שקד וקבוצתו פיתחו דרך לדימות טופוגרפי כמותי של תאים ללא צביעה המבוססת על הולוגרפיה קלינית, אשר מקליטה עד כמה האור התעכב במעבר דרך התאים, מה שמניב מפות גובה כמותיות של התאים. את זה ניתן לעשות מהר מאוד, אפילו תוך כדי זרימה של התאים. המערכות הללו היו עד לא מזמן מסובכות ויקרות מידי לשימוש קליני, אך הדבר נפתר בעזרת המצאותיה האחרונות של הקבוצה - מודולים הולוגרפים קטנים שמתממשקים ליציאה של מיקרוסקופי אור קליניים רגילים ויכולים להניב הולוגרפיה איכותית בתנאים קליניים.

 

מבעיה לפתרון

למרות שהתמונות של ההולוגרפיה הן כמותיות ולא דורשות צביעה כימית, קלינאים מתקשים להשתמש בהן, כי הן לא נראות כמו תמונות של תאים צבועים, ששם רואים בבירור את האברונים הפנימיים של התא. לצורך פתרון בעיה זו, קבוצת המחקר בנתה רשת נוירונים ממוחשבת ללימוד עמוק אשר יודעת, לאחר אימון מתאים, לקחת את תמונות ההולוגרפיה ולהציג אותן כאילו הן צבועות, בזמן אמת (במהירות רבה).

 

שיטות לבניית רשתות לימוד עמוק התפתחו רק לאחרונה עקב הצורך בכוח חישוב רב בזמן האימון שלהן.  

 

היתרונות לצביעה וירטואלית של תאים ביולוגיים

צביעה וירטואלית של תאים ביולוגיים חשובה לבדיקות מעבדה שגרתיות רבות שבהן צובעים תאים כדי לאפיין ולמיין אותם (למשל בדיקת דם). כעת, כבר לא חייבים לצבוע את התאים בצורה כימית לצורך אבחנה מבנית שלהם, וזה עתיד לחסוך כסף וזמן. בנוסף, יש משימות רפואיות שבהן צביעה כימית לא אפשרית בגלל שהיא הורסת את התא (למשל בחירת זרעונים להפריה חוץ גופית), או בגלל שהצבענים המתאימים לא קיימים לסוג התאים הנבחן. מעבר לכך, התמונות שמייצרת הרשת הלומדת נקיות יותר, וגם ניתן לקחת תאים שנרכשו שלא בפוקוס ולהכניס אותם לפוקוס בצורה אוטומטית במחשב, מכיוון שהרכישה היא הולוגרפית (כלומר של כל חזית הגל של האור). זה מגדיל את האפשרות לעבד יותר תאים בזמן נתון (כי אם עוברים שני תאים - אחד בפוקוס והשני לא בפוקוס במכשיר שמזרים תאים - ניתן לרכוש את שניהם מבלי לאבד זמן).

שורה ראשונה - מפות טופוגרפיות כמותיות של תאי זרע שהושגו על ידי הולוגרפיה ללא צביעה. 

שורה שניה - תמונות של תאי זרע צבועים וירטואלית (ללא צביעה אמיתית) - זוהי תוצאת רשת הנוירונים לאחר עיבוד המפות הטופוגרפיות שמוצגות בשורה הראשונה.

שורה שלישית - אותם תאים שצבועים באמת, על ידי צביעה כימית, להשוואה.

שלוש העמודות השמאליות מציגות תאים בעלי מורפולוגיה תקינה. שלוש העמודות הימניות מציגות תאים בעלי מורפולוגיה שאינה תקינה. כעת, אפשר לבצע צביעה וירטואלית של תאי הזרע במהלך הפריה חוץ גופית ולאבחן את התאים כאילו הם נצבעו כימית אמיתית.

 

* מחקר זה זכה לאחרונה בגרנט של האיחוד האירופי Horizon2020 ERC Proof of Concept

*לינק לקבוצת המחקר של פרופ' נתן שקד

*לינק למאמר במגזין PNAS

אומנות הציות בזמני חירום

מחקר

31.03.2020
אומנות הציות בזמני חירום

ד"ר רעות נוחם הראתה במחקרה לאחרונה כי במצבי חירום כגון אסון טבע, מגיפה או מלחמה, שיתוף פעולה מצד האוכלוסיה הוא המפתח ליישום מוצלח של כל תכנית פעולה

  • COVID-19
  • humanitarian relief coordination
  • COVID-19
  • humanitarian relief coordination

מאז החל משבר הקורונה, מפרסמות הרשויות הנחיות והגבלות לאזרחים, אשר מטרתן לסייע בהאטת קצב התפשטות הנגיף. עם זאת, לא תמיד ממלאים האזרחים אחר ההנחיות ופועלים על סמך הבנתם ושיקול דעתם. כעס רב מופנה כלפי אותם אזרחים או קבוצות שלא משתפות פעולה עם ההנחיות, ובמקביל רשויות החוק נערכות לאכוף את ההנחיות ביד נוקשה.

 

מי בעצם אשם באי ציות האזרחים?

ברור לכולם שבהיעדר שיתוף פעולה רחב של הציבור, לא ניתן יהיה להשיג את התוצאה הרצויה מאותם צעדים קשים וקיצוניים. אך האם נכון להטיל את מלוא האחריות על כשלון זה או אחר של יישום מדיניות הסגר והריחוק החברתי על הציבור? בכדי לענות על השאלה צריך להבין ולקחת בחשבון את ההתנהגות האנושית בעתות חירום. שלא כמו בזמן שגרה, מצבים של לחץ, חרדה וחוסר וודאות יגרמו לאנשים לפעול דוקא בניגוד להנחיות, אם מבחירה, במידה וירגישו שזה הדבר הנכון ביותר עבורם או אם מחוסר ברירה. בכל חברה יהיו אנשים שמשתפים פעולה עם המדיניות ונשמעים להנחיות, אך גם כאלה שלא.

הפער בין התכנון והתחזיות לבין מה שקורה בפועל אכן נובע מחוסר שיתוף פעולה מלא של האוכלוסיה, אך התעלמות מאותם היבטים התנהגותיים וחברתיים בשלב קבלת ההחלטות והטלת האחריות במלואה על הציבור אינה הפתרון. במצבי חירום תפקידם של מקבלי ההחלטות הוא לא רק להיות צודקים אלא לנהוג בחכמה.

אז מה צריך לעשות? איך אפשר לשפר את תהליך קבלת ההחלטות?

ד"ר רעות נוחם, פוסט-דוקטורנטית באוניברסיטת Northwestern (במסגרת המלגה המשותפת לאוניברסיטת תל אביב ו- Northwestern), עשתה את הדוקטורט שלה במחלקה להנדסת תעשייה תחת הנחייתה של פרופ' מיכל צור, ראשת המחלקה להנדסת תעשייה. הדוקטורט שלה עסק בלוגיסטיקה וקבלת החלטות בשעת חירום והוא רלוונטי יותר מתמיד כעת במשבר הקורונה. "הראנו כי במצבי חירום כגון אסון טבע, מגיפה או מלחמה, כאשר שיתוף פעולה מצד האוכלוסיה הוא המפתח ליישום מוצלח של כל תכנית פעולה, שילוב ההיבטים ההתנהגותיים במודלי קבלת ההחלטות הוא קריטי והתעלמות מההיבט האנושי עלולה להוביל לפתרון גרוע בהרבה מהפתרון שיתקבל תחת הערכת מצב מציאותית וכנה. במילים אחרות, במקום לקוות שכל האוכלוסיה תישמע להנחיות, יש לשלב במודלים תרחישים בהם חלק מהאוכלוסיה לא משתפת פעולה ולעדכן את ההערכות של המודלים ואת ההחלטות שמשתמעות מכך בהתאם. עוד הראנו, כי ע"י זיהוי ממוקד של אוכלוסיות מפתח בהן ניתן למצוא קבוצות גדולות של "מפרי הנחיות" וע"י הקצאת תמריצים (כן, תמריצים ולאו דוקא אכיפה) לאותן אוכלוסיות ניתן לגשר על חלק גדול מהפער שקיים בין המצוי לרצוי" מסבירה ד"ר נוחם.

 

הערכות לאסון

המחקר התמקד בהערכות לאסון טבע כגון רעידת אדמה, ובהחלטות כגון מיקום מרכזי סיוע לאוכלוסיה והקצאת "ערכות הישרדות" לנפגעי האסון. המודלים המוצעים נבחנו באמצעות תרחישים שהתקבלו מועדת ההיגוי הארצי להערכות לרעידות אדמה והמכון הגיאופיזי לישראל. עם זאת, העקרונות המוצגים במחקר רלוונטים ביותר גם לתרחיש של מגיפה כמו מגיפת הקורונה. בעת קבלת החלטות אודות הגבלות תנועה, צמצום שוק העבודה וריחוק חברתי, יש לקחת בחשבון את מידת שיתוף הפעולה של האוכלוסיה עם הרשויות. חשוב לזהות אוכלוסיות "בעייתיות" אשר יתקשו לציית להנחיות כלשהן כבר בעת שגרה וכחלק מתכניות ההערכות לחירום, ולגבש אסטרטגיות פעולה מבעוד מועד. למשל בעדה החרדית כדאי היה לפנות לרבנים המנהיגים עוד בטרם התפרסמו ההנחיות, וביחד איתם למקד את מאמצי ההסברה והפרסום באופן שיהיה אפקטיבי עבור פלח אוכלוסיה זה. דוגמה נוספת היא סיוע בהכשרה והטמעה של פתרונות טכנולוגיים ללימוד תורה וקיום תפילות, ומתן פתרונות לאנשים שצריכים להיות בבידוד ולא יכולים לקיים את ההנחיה לאור תנאי המגורים הנוכחיים שלהם. עבור האוכלוסיה המבוגרת, הקמת מערך מסודר של נציגים שידאגו לספק את כל צרכיהם בזמן הסגר ועבור צעירים הנמצאים בסיכון נמוך ומתקשים לעצור את שגרת חייהם, אפשר להציע סיבסוד שירותים בהם יוכלו להשתמש בזמן או בתום המשבר כל עוד יוכיחו כי נשמעו להנחיות. כל הפתרונות הללו דורשים השקעה כספית וחשיבה מחוץ לקופסה אך סביר להניח כי התועלת מהשקעה זו תשתלם.

 

"ובנימה אישית – תישמעו להנחיות. ככל שאוכלוסית הצייתנים תהיה גדולה (כפי שראינו במדינות כמו קוריאה הדרומית וסינגפור), כך פחות משאבים יושקעו באותם אלו שלא נשמעים להנחיות והחברה כולה תרוויח מכך. זו אומנות הציות" מסכמת ד"ר רעות נוחם.

 

קישור למאמר

CT

מחקר

22.03.2020
אבחון נגיף הקורונה באמצעות בדיקת CT

פרופ' חיית גרינשפן מהמחלקה להנדסה ביו-רפואית באוניברסיטת תל אביב שותפה לפיתוח מערכת בינה מלאכותית המאבחנת קורונה

COVID - 19 באמצעות בדיקת CT

  • AI
  • COVID-19
  • CT
  • AI
  • COVID-19
  • CT

במעבדה לעיבוד תמונות רפואיות הממוקמת בפקולטה להנדסה אוניברסיטת תל אביב, תחת ניהולה של פרופ' חיית גרינשפן מפתחים פתרונות הנדסיים לסיוע בפענוח תמונות רפואיות אשר יעזרו לרופאים להשיג קריאת מקרים מהירה יותר ומדויקת יותר. מהמעבדה יצאו פיתוחים פורצי הדרך בנושא של אבחונים אוטומטים בתמונות MRI ואנליזת גידולים בכבד בבדיקות CT.

 

בעקבות משבר נגיף הקורונה, עובדת פרופ' גרינשפן על איבחון תוצאות רדיולוגיה של חולי הנגיף. המחקר נעשה בשיתוף עם מספר מרכזים בינלאומיים ובהתבסס על פלטפורמת AI של חברת RADLogics המסייעת לרדיולוגים בפיענוח תמונות של דימות רפואי כמו CT וצילומי רנטגן. פרופ' גרינשפן ושותפיה פיתחו שיטה לאיבחון השפעות נגיף הקורונה על פי בדיקת CT של הריאות במטרה להבדיל בין חולי וירוס קורונה לבין שאינם חולים. בנוסף פיתחה הקבוצה שיטת אפיון כמותי של חומרת המחלה אשר יכולה לשמש כמדד לניטור יעיל, מדויק ומהיר של מצב החולה. כלים אלה יכולים לסייע בזיהוי מגמות של החמרה ושיפור כבר בראשיתן.

 

בעזרת אמצעים אלה יוכלו רופאים לאתר במהירות חולים שמצבם מחמיר לעומת חולים בדרך להחלמה. איבחון מוקדם שכזה יאפשר לפנות מיטות חיוניות בבתי החולים בכלל ובטיפול נמרץ בפרט. חשוב לציין כי רבים מתלמידי ובוגרי המחלקה להנדסה ביו-רפואית בפקולטה להנדסה עובדים בחברה RADLogics ושותפים לפיתוח פורץ דרך זה.

בתמונות סריקות CT של ריאות בהקשר לתחלואה בנגיף ה Covid-19: מצד שמאל: ריאות של חולה בנגיף הקורונה / אמצע: ריאות של חולה בהחלמה / ימין: אדם בריא

*מקור התמונה: https://arxiv.org/abs/2003.05037

 

עד כה כלל המחקר מערך בדיקות על 157 חולים מסין וארה"ב והמסקנה הראשונית היא שניתוח AI של התמונה יכול להשיג דיוק גבוה בזיהוי פגיעה של נגיף ה Covid-19 כמו גם לאפשר כימות ומעקב אחר נטל המחלה.

 

כיום הקבוצה ממשיכה בפיתוח כלי שיאפשר לרשויות לבצע סקרי קורונה באוכלוסיות רחבות באמצעות CT ברמת קרינה נמוכה, בדומה לבדיקות הסקר הנערכות היום לאיתור חולי סרטן. סקר כזה יכול להאיץ את הבדיקות ולהגדיל משמעותית את מספרן, על מנת לאתר חולים במהירות, לבודד אותם ולהעניק להם מיד את הטיפול הנדרש ובמקביל לאפשר לשאר האוכלוסייה להמשיך בשגרת חייה.

 ״זרימה לאחור״ של אור הנע קדימה

מחקר

12.03.2020
״זרימה לאחור״ של אור הנע קדימה

ד"ר אלון באב"ד, יחד עם תלמידי המחקר שלו הצליחו להדגים לראשונה את התופעה "זרימה לאחור" המבוססת על רעיון שעלה לפני כחמישים שנה במסגרת המכניקה הקוונטית אך לא הודגם מעולם בשום ניסוי

  • Optics
  • גלים
  • הנדסת חשמל
  • מכניקה קוונטית
  • Optics
  • גלים
  • הנדסת חשמל
  • מכניקה קוונטית

דמיינו כדור הנזרק קדימה בחלל חופשי. בכל רגע ורגע לאחר הזריקה, אם נמדוד את כיוון התנועה של הכדור הוא ימשיך לנוע קדימה. התוצאה הברורה הזו, כלל וכלל איננה מחויבת המציאות כאשר מדובר בתנועה של חלקיקים מיקרוסקופיים אשר תנועתם מצייתת לחוקים המוזרים של המכניקה הקוונטית. לפי תורה זו חלקיק יכול להתנהג גם כגל.

 

מאחר שגלים שונים יכולים להתחבר ביחד בתהליך הנקרא התאבכות, גם חלקיק הנע קדימה יכול להיות מורכב מאוסף של גלים אשר נעים כולם קדימה. ההשלכות של התאבכות זו יכולות להיות  מוזרות ולא אינטואיטיביות. עם בחירה נכונה של משרעות הגלים (עד כמה חזק הם מתנדנדים) והשהיה יחסית ביניהם ניתן ליצור חלקיק אשר למרות שהוא מורכב מגלים שכולם נעים קדימה, אם התנועה שלו תמדד במקומות מסוימים במרחב ובזמנים מסוימים – יתגלה שהחלקיק נע אחורה. בשאר המקומות והזמנים – אם תנועת החלקיק תימדד הוא ימצא כנע קדימה. למעשה הסיכוי למצוא את החלקיק נע קדימה הוא עדיין גדול בהרבה מהסיכוי למצוא אותו נע אחורה. כמו כן ההתאבכות המייצרת את אותה ״זרימה לאחור״ היא מאוד עדינה – שינוי קטן במשרעת של הגלים או בהשהיה היחסית שלהם תהרוס בקלות את תופעת ״הזרימה לאחור״. מאחר שהתופעה הזו כה רגישה, עד היום לא הצליחו להבחין בה בשום מעבדה בעולם.

 

במעבדתו של ד״ר אלון באב״ד מבית הספר להנדסת חשמל באוניברסיטת תל אביב הצליחו כעת להדגים את התופעה עם אור. הרעיון הבסיסי במרכז המחקר הוא שגם אור הוא תופעה גלית, וכמו החלקיק קוונטי, יכול להיות מורכב מאוסף של גלים הנעים לכיוון מסוים.

בניסוי במעבדה של ד"ר באב"ד The Physical Optics group השתמשו החוקרים ותלמידי המחקר יניב אליעזר, שנמצא כיום בפוסט דוקטורט באוניברסיטת ייל, ותומאס זכריאס, באלומת לייזר אשר פוצלה והורכבה מחדש כאוסף של גלים הנעים כולם בזוית חיובית יחסית לציר שנקבע מראש. אסופת הגלים הזו חושבה מראש כך שתוכל לייצר את תופעת ה״זרימה לאחור״. כעת בהזזת חריץ קטן לרוחב אלומת האור נעשית המדידה המקומית של כיוון זרימת האור. ברוב המיקומים בהם הושם החריץ, האור אשר יצא ממנו המשיך לנוע בכיוון המאופיין עם זוית חיובית, אך במספר מקומות מוגדרים – האור אשר בקע מהחריץ נע בכיוון המאופיין עם זוית שלילית, מאשש בכך את התופעה המדוברת. למחקר זה יכולות להיות השלכות בתחומים הדורשים שליטה מדויקת בפילוג המרחבי של עוצמת אור בנפחים קטנים, כמו מיקרוסקופיה, חישה והנעה של חלקיקים זעירים. 

 

*עוד ניתן לקרוא על המחקר של ד"ר באב"ד במגזין היוקרתי Optica שהתפרסם חודש שעבר - למאמר המלא במגזין Optica

 

*לכתבה המלאה בעיתון הארץ

 

 

   

 

 

 

יאיר שוקף

מחקר

10.02.2020
טעויות בזכויות יוצרים

חוקרים מבית הספר להנדסה מכנית באוניברסיטת תל אביב, בשיתוף עם עמיתיהם בהולנד פרסמו מחקר פורץ דרך בכתב העת Nature Physics בו הדגימו כיצד ניתן לשתול פגם טופולוגי במטא-חומר ולתכנן את התנהגותו מחדש

  • exotic mechanics
  • Topological defects
  • exotic mechanics
  • Topological defects

מטא-חומרים הם חומרים חכמים שהונדסו בידי אדם, ואינם מצויים בטבע. תכונותיהם של חומרים טבעיים נקבעות על ידי הרכבם הכימי (אטומים ומולקולות), ואילו התכונות הפיזיקליות של מטא-חומרים נובעות מהמבנה המרחבי שלהם. במילים אחרות: אבני הבניין המיוחדות, והאופן בו הן משתלבות זו בזו, קובעים את תכונות המטא-חומר.

 

מה ההבדל בין נייר שטוח לנייר מקומט?

גליון נייר שטוח ונייר מקומט עשויים מאותו החומר. אולם הגליון שטוח וגמיש, והדף המקומט קשיח וכדורי: הקימוט משנה את ההתנהגות של הנייר. "הנייר המקומט הוא מה שאנו מכנים מטא-חומר מכני: אם נשנה את הצורה שלו, הוא ישנה את התכונות שלו", אומר פרופ' יאיר שוקף, אחד השותפים למחקר והעומד בראש קבוצת המחקר בבית הספר להנדסה מכנית באוניברסיטת תל אביב.

 

טעות מכוונת מראש

תובנות חדשות מגיעות משיתוף פעולה בין אוניבריסטת תל אביב, אוניברסיטת ליידן ומכון AMOLF באמסטרדם. גב' אן מואסן, ד"ר ארדל אוגוז, פרופ' יאיר שוקף ופרופ' מרטין ון-הקה תכננו במכוון טעות במטא-חומר, פגם טופולוגי, וחקרו את ההשפעה שלו. "קיבלנו השראה ממסכי LCD. הם מייצרים צבעים שונים באמצעות מערכים של גבישים נוזליים קטנטנים. כשיוצרים פגמים במערכים האלה - כמו למשל כשלוחצים עם אצבע על המסך – מפרים את הסדר ומקבלים קשת של צבעים. פגמים משנים את הפעולה של המסך שלך."

 

השתלת פגמים באופן נשלט לתוך מטא-חומר אינה משימה קלה. צוות המחקר המציא חומר תיאורטי: מבנה שטוח, עשוי מאבני בניין משולשות, שהצדדים שלהן זזים בבליטות כלפי חוץ או שקעים כלפי פנים. בחומר מושלם, כל אבני הבניין משתלבות כמו בפאזל: כל בליטה ממוקמת מול שקע. אבל מה קורה אם מסובבים שורה של אבני בניין בפאזל, והחתיכות לא יכולות להשתלב יחד? "זה מה שאנו מכנים פגם גולבלי, או טופולוגי", מסביר פרופ' שוקף. "זוהי חוסר אחידות שלא ניתנת להסרה על ידי סיבוב של אבן בניין אחת בלבד".

 

תופעות מרחביות

הצוות השתמש בהדפסה תלת-ממדית על מנת לייצר את המטא-חומר הזה, שעשוי אבני פאזל מחוברות. המבנים שהודפסו איפשרו להראות איך פגם טופולוגי מייצר התנהגויות מפתיעות. החומר המושלם רך כשלוחצים עליו משני צדדים, אבל החומר הפגום שונה: צד אחד שלו מרגיש רך והשני קשיח. התופעה הזו מחליפה צדדים כשלוחצים בצד אחד ומושכים בצד השני: חלקים קשיחים הופכים רכים, וחלקים רכים הופכים קשיחים.

 

פרופ' שוקף אומר: "התנהגות לא סימטרית זו כתוצאה מפגם טופולוגי לא נראתה קודם. מצאנו דרך לייצר פגמים כאלה באופן מבוקר. בגלל שפיתחנו חוקי תיכנון כלליים, כל אחד יכול להשתמש ברעיונות שלנו. זו דרך חדשה להתבונן על מטא-חומרים מכניים: אנחנו משתמשים בעקרונות מפיזיקה של חומר מעובה וממתמטיקה על מנת לחקור מכניקה של חומרים. זה נפלא לראות איך חוקרים מתחומים שונים מקבלים השראה מהתוצאות שלנו".

 

מטא-חומרים מורכבים הנבדלים רק בכיוון של שתי אבני בניין (ירוק) מגיבים באופן מאוד שונה ללחיצה מכנית (צהוב). חצים מסמנים הזזות וצבעים מייצגים כוחות מכנים.

מטא-חומרים מורכבים הנבדלים רק בכיוון של שתי אבני בניין (ירוק) מגיבים באופן מאוד שונה ללחיצה מכנית (צהוב). חצים מסמנים הזזות וצבעים מייצגים כוחות מכנים.

 

מן העיתונות

למאמר המלא ב Nature Physics

למאמר המשך

לסרטון הסבר

לכתבה המלאה בידען

לכתבה המלאה ב New-Tech

מים מזוהמים

מחקר

27.12.2019
ננוטכנולוגיה תשמור על משאבי המים בישראל

ד"ר אינס צוקר מתבוננת על ננוטכנולוגיה דרך עדשות סביבתיות

  • Chemical oxidation
  • materials for water
  • nanomaterials
  • Chemical oxidation
  • materials for water
  • nanomaterials

מוצרים, תהליכים ויישומים מבוססי ננוטכנולוגיה (שם כולל לתחום המחקר והטכנולוגיות העוסקים במערכות שגודלן האופייני הוא בין ננומטרים בודדים לעשרות ננומטרים) מבטיחים יתרונות סביבתיים וברי-קיימא על-ידי חסכון בחומרים, אנרגיה ומים וכן על-ידי הפחתת פליטת גזי חממה ופסולת מסוכנת. מצד שני, התכונות יוצאות הדופן של ננו-חומרים מהונדסים שהופכים אותם לאטרקטיביים כל כך, מהווים גם סיכונים פוטנציאליים לבני אדם ולסביבה.

 

ד"ר אינס צוקר, מרצה בכירה בבית הספר להנדסה מכנית של הפקולטה להנדסה ובבית הספר פורטר ללימודי סביבה של הפקולטה למדעים מדויקים באוניברסיטת תל אביב, שהצטרפה במהלך 2019 לסגל הבכיר באוניברסיטה לאחר לימודי הפוסט דוקטורט שלה באוניברסיטת ייל, חוקרת ממשק שבין הנדסת סביבה והנדסת חומרים את היישומים וההשלכות של ננוטכנולוגיה על הסביבה.

 

במעבדתה של ד"ר צוקר, "המעבדה לננוטכנולוגיה סביבתית", מתמקדים במחקר בתחום מתפתח שנקרא "ננוטכנולוגיה סביבתית". ד"ר צוקר מסבירה כי "תחום הננוטכנולוגיה סביבתית מחבר בין העולמות בהיבט החיובי והשלילי. בהיבט החיובי אנחנו משתמשים באמצעים ננוטכנולוגיים כפתרון לבעיות סביבתיות. בהיבט השלילי, אנחנו בוחנים את רעילותם הפוטנציאלית של ננוחומרים כלפי תאים חיים בסביבה המימית".

 

ננוטכנולוגיה כפתרון לבעיות סביבתיות

זיהום מקורות מי השתיה בישראל במגוון שאריות חומרים אורגנים ואנאורגנים מעלה את הצורך במציאת טכנולוגיות טיפול מתקדמות להסרתם. כיוון שטכנולוגיות הטיפול במים הקונבנציונליות כוללות שימוש אינטנסיבי בכימיקלים ובאנרגיה ואינן יעילות בהסרת מזהמים באופן סלקטיבי, גדל העניין בשיטות טיפול מתקדמות מבוססות ננוטכנולוגיה המאופינות בראקטיביות גבוהה ויכולת תמרון ושליטה בתכונותיהן בכדי להתמודד עם חסרונות טכנולוגיים אלה. באמצעות בקרה על גודל החומר, המורפולוגיה והמבנה הכימי, ניתן להנדס את החומר להשגת תכונות ספיחה, קטליטיות ואופטיות חריגות שניתן לנצלן לטיהור מים, במיוחד עבור מערכות מבוזרות בקנה מידה קטן.

 

במימון משרד המדע במסגרת "ניצוץ קלינטק", ד"ר צוקר מפתחת למשל ננומבנים מולטיפונקציונלים מבוססי מוליבדינום דו-גופרתי (MoS2) לטיהור מים. באופן ספציפי, המעבדה לננוטכנולוגיה סביבתית מייצרת, מאפיינת, ובוחנת שכבות מוליבדינום דו-גופרתי שמסונטזות על-גבי מצעי פחמן כמדיית חמצון וספיחה להסרת מזהמים ממים, ללא צורך בשלב הפרדת החומר הפעיל מהמים המטופלים.

המעבדה של ד"ר צוקר

בתמונה: המעבדה לננוטכנולוגיה סביבתית. מימין לשמאל: כפיר שפירא, ד"ר עמית קומר, זיאן יינג, ד"ר אינס צוקר, ד"ר ינון יחזקאל

 

להעביר את הטכנולוגיה משלב המעבדה לשטח

המאמץ המחקרי בתחום של תהליכי טיהור מים המופעלים על-ידי ננוחומרים מהונדסים מאפשר לנו כיום להשיג יכולות ספיחה וחמצון מרשימים בתנאי מעבדה. עם זאת, כדי להעביר את הטכנולוגיה משלב המעבדה אל שלבי הפיילוט והמימוש בסקאלה מלאה, הנדסת תהליך חייבת להיות משולבת כבר בשלב פיתוח החומרים. בפרט, ננוחומרים מתקדמים לטיפול במים חייבים להיות מתוכננים כך שהם יתפקדו במטריצות מים מורכבות עם רלוונטיות סביבתית, לא רק בתנאים מבוקרים, וכי הם יוכלו לפעול ביעילות במחזורי התחדשות ושימוש חוזר. השחזור והשימוש החוזר הם חשובים במיוחד בהתחשב בדאגות הקיימות הקשורות לייצור המסובך והיקר של ננוחומרים.

גישה המשלבת מומחיות בננוטכנולוגיה ובמדע החומרים עם מומחיות בטיפול במים ובהנדסת תהליכים, תהיה מכרעת בהפעלת מערכות טיפול במים קומפקטיות ויעילות מבוססות-ננו. במעבדתה של ד"ר צוקר לננוטכנולוגיה סביבתית בפקולטה להנדסה אוניברסיטת תל אביב ממשיכים לפתח חומרים מתקדמים לטיפול בזיהומי מים בגישה רחבה ואינטרדיסציפלינרית זו, בדגש על יישומיות וקיימות.
 

ננו, אבל לא בכל מחיר

ד"ר צוקר מקפידה על איזון מחקרי: על אף היתרונות הבולטים של ננוחומרים באפליקציות סביבתיות, ישנו גם מחיר סביבתי לשימוש בהם. החותם הסביבתי מתחיל כבר בשלב היצור וממשיך גם לאחר השימוש על-ידי זליגה של ננוחומרים לסביבה. המעבדה לננוטכנולוגיה סביבתית חוקרת גם את האינטרקציות של ננוחומרים עם תאים חיים ומעריכה את רעילות ננוחומרים שנמצאים בשימוש במעבדה, ומעבר לכך. כך לדוגמא ד"ר צוקר חוקרת את אחד הנושאים הסביבתיים הבוערים ביותר, רעילות מיקרו- וננופלסטיקים בסביבה. ננופלסטיקים, להבדיל מננוחומרים מהונדסים אינם מיוצרים לשימוש באפלייקציות שונות, אלא הם תוצרי לוואי של השימוש המוגבר בפלסטיק בעולם המודרני. אותם פלסטיקים עוברים תהליכי פירוק איטיים בסביבה, ומסכנים את הסביבה ובריאות האדם החשוף לה.

איזון היתרונות וסיכונים של ננוחומרים בסביבה

בתמונה: איזון היתרונות וסיכונים של ננוחומרים בסביבה

 

 

ד"ר ירון טולדו פיתח מערכת למדידת גלים וזרמים בים התיכון לזיהוי סכנות

מחקר

08.09.2019
מדידת זרמים וגלים הראשונה מסוגה באזור הים התיכון

ד"ר ירון טולדו פיתח מערכת למדידת גלים וזרמים לזיהוי סכנות

  • Remote sensing of waves
  • Water waves
  • Remote sensing of waves
  • Water waves

הים נמצא בתנועה מתמדת, שלא כמו השטח היבשתי, ומשנה את תכונותיו בזמנים קצרים יותר באופן משמעותי. התנהגות זו מובילה לצורך במאמץ מתמשך של ניטור בקנה מידה גדול במיוחד לאור תגליות הגז המשמעותיות לחופי מדינת ישראל והתוכניות הנרחבות לפיתוח התשתיות הימיות שהביאו את האזור הימי הכלכלי הבלעדי של ישראל למרכז תשומת לב.

 

ניטור סכנות מהים

מערכת רדאר בתדר גבוה הינה המיכשור היחיד היכול לנטר על פני שטח גדול ובאופן רציף את זרמי השטח והגלים. מערכת כזו מהווה תשתית לאומית ואזורית הן בפן המחקרי של הבנת משטר הזרמים האגני ומשטר הגלים בים העמוק אל מול חופי ישראל, והן בפן האופרטיבי למשל הנצלה של מלחים, התראות צונאמי, זיהוי תנודות של חולות בחופים או התמודדות עם שפכי נפט כתוצאה מהיבקעות מיכלית, המערכת תדע לקבוע מראש לאן הנפט יזרום, לאשדוד או לנהריה.

 

הקמתן של מערכות ניטור

ד"ר ירון טולדו, ראש המעבדה להנדסה ימית ופיזיקה מבית הספר להנדסה מכנית אוניברסיטת תל אביב הקים מערכות ניטור בחופי ישראל - אשקלון ואשדוד. במעבדה הוא וצוותו מנסים לשלב נגזרות תיאורטיות בסיסיות, מודלים מספריים ותצפיות שדה כדי להשיג הבנה מעמיקה של יסודות הפיזיקה של גלי שטח והופעתם בים התיכון. "הקמתן הינה משימה עצומה, הדורשת מציאת מיקומים מתאימים, רצועות חוף זמינות אף באורך של עד כ - 300 מ', הקמת תשתית, מציאת תדרים מתאימים וקבלת אישורים" מסביר ד"ר טולדו. "מטרות המחקר היו להגיע להקמת תשתית לאומית זו, לבצע בחינה ראשונית של הדאטה המתקבל ממנה ולבחון את היכולת לשלב אותה במודלי חיזוי הזרמים. לאחר התגברות על קשיים בירוקרטיים וטכניים רבים, הפרויקט בוצע בהצלחה ואפשר מדידות ראשונות מסוגן באזורינו. העבודה על קידום תשתית חשובה זו עדיין נמשכת"

 

ימין: מפת זרמים רדיאליים המתקבלים מתחנת אשקלון, מרכז: מפת זרמים רדיאליים המתקבלים מתחנת אשדוד. שמאל: מפת זרמים באזור החיתוך בין התחנות ללא מגבלת דיוק גאומטרית. שטח הכיסוי יורחב לרוב המים הכלכליים של הים התיכון עם הפעלת שתי תחנות צפוניות לטווח קצר (חיפה ועכו), שהוקמו לאחרונה וכן תחנה לטווח ארוך שממתינה לאישור תקציבי (עתלית).

 

אלה שמתאהבים בבעיה הם אלה שממציאים לה פתרון

 

אוניברסיטת תל-אביב, ת.ד. 39040, תל-אביב 6997801
UI/UX Basch_Interactive