מחקר
עבודתו של פרופ' אלון באב"ד יחד עם הדוקטורנטים לירן הראלי ותומאס זכריאס התפרסמה בעיתון היוקרתי Lasser and Photonics Reviews, מביאה לעולם האופטיקה שיטה גמישה ובלתי תלויה כלל בתווך שבין מקור האור לגלאי, אלא בתהליך המדידה וניתנת ליישום במערכות שונות ומגוונות
כאשר שולחים פולס של אור נהוג להניח שהוא נע במהירות האור שגודלה בקירוב 300 אלף ק״מ בשנייה. אולם תמונה זו אינה מדויקת. הדבר נכון בחלל החופשי, בואקום, אולם ישנן דרכים בהן מהירות האור יכולה להיות שונה, לפעמים במעט, לפעמים בהרבה ממהירות זו, אשר מקובל לסמנה באות c .
יצירת אור חדש
כאשר אור מתקדם למשל בחומר שקוף, כמו האטמוספירה שלנו, חלק מהפוטונים, הם החלקיקים מהם מורכב האור, נבלעים בחומר ופוטונים חדשים נפלטים ממנו. אותם פוטונים מצטרפים לפוטונים שלא נבלעו והם יוצרים אור חדש, ששונה במעט מהאור לפני שהגיב, עם החומר. אותו שינוי מתבטא בכך שמהירות האור הפכה למעט יותר קטנה, בשבריר של אחוז מזה שנמצא בואקום. בהתקדמות בחומר שקוף נוזל או מוצק, האינטראקציה עם החומר משמעותית יותר מאחר שצפיפות האטומים גדולה, והאטה במהירות האור יכולה להיות משמעותית.
לֹמשל במים, האור מתקדם במהירות נמוכה בכ-25 אחוז מאשר בואקום, ובגבישים שקופים מהירות האור יכולה להיות חצי ממהירות האור בואקום. כל אלה הם עדיין מהירויות גבוהות מאוד, הנחשבות לטבעיות, במובן שהן נפוצות בטבע.
אור איטי, אור מהיר
כיום יודעים לייצר במעבדות אור שנע במהירויות מאוד איטיות – פי עשרות אלפים ממהירות האור בואקום. הדבר מתאפשר בעזרת מערכות תהודה – מערכות בהן אור בתדר מאוד מסוים מגיב בצורה מאוד חזקה עם החומר. ניתן לייצר מערכות תהודה בעזרת מהודים - מבנים גאומטריים בהם אור יכול לנוע הלוך ושוב באותו מסלול במשך זמן רב. דרך נוספת לייצור מערכות תהודה לאור, מערבת שליטה חיצונית במצב של האלקטרונים באטומים שבחומר. שליטה מתאימה משנה את הדרך בה החומר מגיב לפוטונים של האור ויכולה בכך לשנות את מהירות האור.
הדבר המפתיע במערכות תהודה לאור ושהן יכולות לשמש גם כדי לייצר אור שנע במהירות גבוהה ממהירות האור בואקום. לכאורה נראה שיש כאן סתירה לחוק בסיסי בטבע – שום דבר אינו יכול לנוע יותר מהר מהמהירות c, מהירות האור בואקום, אפילו לא אור. כיצד מיישבים סתירה זו? התשובה טמונה בדרך בה מודדים את מהירות הפולס, או – מה מודדים בדיוק. כאשר מודדים פולס של אור במיקום מסוים ועוקבים אחר עוצמת האור כפונקציה של הזמן, הגילוי מתחיל כאשר עוצמת האור עולה מעל לסף הרגישות של מכשיר המדידה ואז עוצמתו עולה בהדרגתיות עד לשיא ושוב יורדת. אם מודדים את פולס האור בשני מיקומים שהפולס נע ביניהם, ניתן למדוד דברים שונים. אם מודדים את הרגע בו מכשירי המדידה מצליחים לזהות לראשונה כי קיים אור (רגע זה מגדיר את חזית הגל של הפולס), אזי ניתן לוודא כי חזית הגל לעולם אינה נעה מהר יותר מ c. אך אם מודדים את השיא של הפולס, לעיתים שיא זה ינוע יותר מהר ממהירות האור בואקום. דבר זה מתרחש כאשר מצליחים לממש מערכת של אור מהיר ופרשנות סבירה לתהליך שקורה היא כזו: במהלך ההתקדמות במערכת פולס האור משנה את צורתו כך ששיא הפולס נע מהר יותר מ c, אך עדיין חזית הגל לעולם לא תנוע יותר מהר מ-c. ניתן גם להוכיח כי בכל המקרים של אור מהיר בלתי אפשרי להעביר אינפורמציה ממקום למקום במהירות גבוהה מ-c.
שימושים שונים לאור איטי ואור מהיר
אור איטי ואור מהיר זכו להתעניינות רבה במהלך השנים משום הפוטנציאל שיש להם לשימושים שונים כגון תקשורת אופטית, מחשוב אופטי וחישה אופטית. כעת, במעבדה של פרופ' באב"ד בפקולטה להנדסה הדגימו שיטה חדשה, שונה מאוד, לקבלת אור איטי ומהיר.
כאמור, העבודה נעשתה במעבדתו של פרופ׳ אלון באב״ד בפקולטה להנדסה ע״י הדוקטורנטים לירן הראלי ותומאס זכריאס והתפרסמה לאחרונה בכתב העת המדעי Lasers and Photonics Reviews. ייחודה של השיטה שהוצגה, שהיא אינה מערבת מערכת תהודה כלל וכלל והיא מתבססת על יצירת אור איטי או אור מהיר באמצעות תהליך המדידה עצמו.
כדי להבין את השיטה החדשה יש להבין כי מבחינה מתמטית כל פולס של אור מורכב מסכום אינסופי של גלים בעלי אמפליטודה (גובה מקסימלי של הגל) קבועה שמתנדנדים בקצב (תדר) מסוים מאוד, כאשר כל גל כזה קיים בכל זמן, כלומר מאז ומעולם ולנצח נצחים.
במציאות, גלים אלה אינם קיימים לנצח, אלא לאורך זמן מוגבל אך ארוך בהרבה מהזמן בו אנו מסוגלים למדוד את הפולס. אנו אומרים כי אוסף כל הגלים בתדרים השונים מתאבכים (מתחברים יחדיו) כדי ליצור את פולס האור. תכונה חשובה של פולסים היא כי אם מעלימים חלק מהגלים שמרכיבים את הפולס, הפולס החדש שנוצר יהיה ארוך יותר מהפולס המקורי. ככל שמסננים יותר גלים בעלי תדרים שונים, כך הפולס החדש יהיה ארוך יותר.
הניסוי
הניסוי שבוצע במעבדתו של פרופ׳ באב״ד התנהל באופן הבא: מערכת הניסוי ייצרה סידרה של פולסים אשר נשלחה לעבר גלאי. הפולסים הללו היו קצרים מספיק ומרוחקים מספיק האחד מהשני כך שניתן להתייחס אליהם כאל פולסים נפרדים היוצאים ומגיעים ליעדם האחד אחרי השני. זה המצב אם שום דבר מיוחד לא נעשה עם מערכת המדידה. אולם מה קורה אם למערכת המדידה מוסיפים אלמנט שבולע (משמיד) חלק מהגלים המרכיבים כל אחד מהפולסים הללו? אזי כל אחד מהפולסים מתרחב בזמן עד שהפולסים שהיו נפרדים כעת עולים האחד על השני ונוצר פולס חדש שהוא הסכום של כולם. זו שוב תופעת התאבכות. הייחוד בניסוי שנעשה הוא שאלמנט בולע כזה הוסף למערכת המדידה. יחד עם זאת הפולסים הנפרדים יוצרו מראש בצורה חכמה, כך שלאחר אלמנט הבליעה, ההתרחבות וההתאבכות – נוצר פולס יחיד חדש שהזמן בו הוא בשיאו ניתן להגדרה מראש, כך למשל יצרו בניסוי סדרה של פולסים שיצרו בתהליך המדידה פולס חדש שהגיע לפני הפולס הראשון בסדרה המקורית, זהו פולס שלכאורה נע יותר מהר ממהירות האור. באופן דומה גם יצרו סדרה אחרת של פולסים שהביאו בתהליך המדידה ליצירת פולס שהגיע יותר מאוחר מהפולס האחרון בסדרה המקורית, וזהו מימוש של אור שנע יותר לאט ממהירות האור.
בתמונה: חלק ממערך הניסוי. מעצב פולסים - המסוגל לייצר אות של אור המשתנה בזמן.
על החיסרון והיתרון בשיטה החדשה
החיסרון בשיטה הוא שחלק גדול מהאור המקורי נזרק בתהליך המדידה ולכן אל הגלאי מגיעה בסופו של דבר כמות קטנה יחסית של אור, מה שמגביל את השימוש בשיטה ליישומים שאינם דורשים עוצמות אור גבוהות. אולם היתרון בשיטה זו, בניגוד לשיטות המקובלות עד כה, ליצירת אור איטי ומהיר שהיא אינה תלויה כלל וכלל בתווך שבין מקור האור לגלאי, אלא בתהליך המדידה, ומבחינה זו יש בה גמישות רבה וניתן ליישמה במערכות שונות ומגוונות.
מחקר
סדרת מחקרים חדשה בהובלת פרופ' עדי אריה מבית הספר להנדסת חשמל, חוקרים מהטכניון ו-MIT מגלה כי גלי האור הנפלטים מחלקיקים משנים חלק מתכונותיהם כתלות בתכונות הגליות של החלקיקים.
סדרת מחקרים חדשה בהובלת חוקרים של אוניברסיטת תל אביב, טכניון ו-MIT מגלה כי גלי האור הנפלטים מחלקיקים משנים חלק מתכונותיהם כתלות בתכונות הגליות של החלקיקים, ובמילים אחרות: תורת הקוונטים משפיעה על תהליך פליטת האור. סדרת המחקרים נערכה בהובלת פרופ' עדי אריה מופקד על הקתדרה לננו-פוטוניקה ע"ש מרקו ולוסי שאול באוניברסיטת תל אביב ופרופ' עדו קמינר הוא חבר סגל בפקולטה לפקולטה להנדסת חשמל ומחשבים ע"ש ויטרבי וחבר במכון לננוטכנולוגיה ע"ש ראסל ברי (RBNI) ובמרכז הקוונטום ע"ש הלן דילר.
בסדרת המחקרים, החוקרים הראו כיצד גלי אור משתנים כתלות בתכונות הקוונטיות של החלקיקים הפולטים אותם, וכי ניתן לפרש את פליטת האור כהתממשות של תופעה קוונטית הנוגדת לגמרי את האינטואיציה שלנו: קריסת פונקציית הגל. החוקרים הראו גם קשר ישיר בין פליטת אור ובין שזירות קוונטית – התופעה העומדת בליבן של טכנולוגיות הצפנה ומחשוב קוונטיות.
החוקרים מסבירים: דמיינו כי אתם מתבוננים בגל מים הפוגע בשובר גלים ובו שני סדקים, כך שלאחריו נוצרים שני גלי מים חדשים הבוקעים משני סדקים אלו. אם נתבונן בצורתם, נראה מקומות שבהם הגלים גבוהים יותר – ומקומות שבהם הגלים נעשו נמוכים. תופעה זו נקראת התאבכות: שני הגלים מסתכמים יחדיו במקומות מסוימים ומבטלים זה את זה במקומות אחרים. כעת, דמיינו כי אתם מתבוננים בכדורי טניס הנזרקים לעבר קיר ובו שני סדקים. ברור כי חלק מהכדורים יעברו דרך הסדק הראשון וחלקם דרך הסדק השני. הכדורים לא "יסתכמו יחדיו" או "יבטלו" זה את זה, כמו שגלים עושים.
לעומת זאת, תורת הקוונטים – התיאוריה הפיזיקלית המתארת את התכונות של חלקיקים זעירים – גורסת כי חלקיקים אלה עשויים לעיתים להתנהג כגלים. אם נבצע את ניסוי "שני הסדקים" עם חלקיקים קוונטיים נראה כי החלקיק הקוונטי מסוגל לעבור דרך שני הסדקים שבקיר בעת ובעונה אחת. בניסוי נצפה בתבנית התאבכות המורכבת לסירוגין מפסים בהירים – עדות לפגיעת החלקיקים במסך – ופסים חשוכים המעידים על מיקומים שבהם החלקיקים לא פגעו. בהירותם של הפסים מאוד דומה לגובהם של גלי המים לאחר הפגיעה בשובר הגלים עם שני הסדקים. עם זאת, קיים הבדל מהותי בין גלי המים ובין גלי החלקיקים של תורת הקוונטים. אם נתבונן באחד הסדקים שבהם עבר החלקיק הקוונטי, תבנית הפסים על המסך תיעלם. עצם התצפית שלנו במיקום החלקיק באחד מהסדקים תגרום לו לעבור בוודאות דרך הסדק שבו התבוננו: פתאום החלקיק הקוונטי מתנהג כמו כדור הטניס. תופעה מוזרה זו נקראת "קריסת פונקציית הגל".
בתמונה: התאבכות גלי מים (משמאל), וניסוי שני הסדקים עם חלקיק קוונטי (מימין).
למרות ההתקדמות העצומה בהבנתנו את הפיזיקה הקוונטית, עדיין ייתכנו סתירות לכאורה בינה ובין הפיזיקה הקלאסית. למשל, בפיזיקה קלאסית ניתן למצוא את מסלולו ומהירותו של חלקיק הפולט אור, ולנבא מכך את אופיו של האור הנפלט ממנו. לעומת זאת, במכניקת הקוונטים אי אפשר למדוד את מיקומו ואת מהירותו של חלקיק קוונטי בעת ובעונה אחת (זהו עיקרון אי-הוודאות המפורסם של הייזנברג). כמו כן, לחלקיקים הקוונטיים תכונות גליות, והם משנים את תכונותיהם כאשר אנו "מתבוננים" בהם (קריסת פונקציית הגל).
בתמונה: פליטת אור בפיזיקה קוונטית (מימין) לעומת פיזיקה קלאסית. בתנאים מסוימים, גל ההלם אינו נוצר במקרה הקוונטי.
סדרת מחקרים בהובלת חוקרים מאוניברסיטת תל אביב, הטכניון ו-MIT הראו איך תכונות אלו של המכניקה הקוונטית משפיעות על האופן שבו חלקיקים פולטים אור. החוקרים הראו שתופעות רבות הקשורות לפליטת אור, שהוסברו באותו האופן ב-100 השנים האחרונות, יכולות להתנהג באופן שונה מאוד מהצפוי. זאת, עקב השפעת האופי הקוונטי של חלקיקי החומר על האור הנפלט מהם.
במחקרם הראשון מ-2019 ניסו החוקרים למדוד התאבכות של גלי אור הנפלטים מאלומת אלקטרונים (חלקיקים תת-אטומיים קוונטיים הטעונים במטען חשמלי). המחקר, שנערך בהובלה משותפת של ד"ר רואי רמז והדוקטורנט אביב קרניאלי ממעבדותיהם של פרופ' עדי אריה מאוניברסיטת תל אביב ופרופ' עדו קמינר מהטכניון, התפרסם בכתב העת היוקרתי Physical Review Letters. במחקר השתתפו גם ד"ר סיוון טרכטנברג-מילס, המסטרנט ניב שפירא וד"ר יוסי לריאה מאוניברסיטת תל אביב. באותו מחקר הראו החוקרים כי ההתאבכות של האור הנפלט אינה מתקבלת בניסוי. כאשר השתמשו בתורת הקוונטים כדי לתאר את תוצאות הניסוי הם גילו כי התיאוריה מנבאת אפקט דומה מאוד ל"קריסת פונקציית הגל". ברגע פליטת האור, פונקציית הגל של האלקטרון "קורסת" לנקודה מסוימת במרחב, כאילו מישהו צפה באלקטרון במיקום זה בדיוק. על כן, פליטת האור כבר אינה מתרחשת מכמה נקודות בעת ובעונה אחת, וההתאבכות של גלי האור נעלמת.
מחקר המשך שהתפרסם לאחרונה בכתב העת היוקרתי Science Advances הראה כי יכולת ההתאבכות של גלי האור בזמן, האחראית ליצירתם של גלי אור קצרים וחזקים (פולסים), יכולה להיעלם גם היא עקב עיקרון אי הוודאות של הייזנברג. המחקר החדש נערך בהובלת הדוקטורנט אביב קרניאלי ממעבדותיהם של פרופ' אריה ופרופ' קמינר ובשיתוף פעולה עם הדוקטורנט ניקולס ריוורה מ-MIT שבארה"ב. החוקרים הדגימו באופן תאורטי את היעלמות ההתאבכות של האור באמצעות אפקט אחר, הנקרא קרינת צ'רנקוב. נהוג להסביר את קרינת צ'רנקוב באנלוגיה למטוס סילון העוקף במהירותו את מהירות הקול ויוצר "בום על-קולי" הנקרא גם בשם גל הלם. באופן דומה, באפקט צ'רנקוב חלקיק העוקף את מהירות האור בתוך חומר שקוף אמור ליצור גל הלם – "בום על-אורי". התגלית החדשה של החוקרים מפתיעה כי מתברר שקרינת צ'רנקוב כלל אינה גל הלם, כפי שחשבו מדענים מאז גילוי האפקט ב1934. האנלוגיה בין מטוס הסילון לחלקיק הקוונטי איננה נכונה. רק בתנאים מיוחדים – התלויים בתכונות אי-הוודאות של החלקיק הקוונטי הפולט – הקרינה תיפלט בצורה של גל הלם.
לבסוף, במחקר נוסף שהתפרסם לאחרונה אף הוא ב-Physical Review Letters, בהובלת הדוקטורנט אביב קרניאלי, פרופ' אריה, פרופ' קמינר והדוקטורנט ניקולס ריוורה, הצליחו החוקרים להראות כי כאשר אור נפלט בו זמנית משני אלקטרונים, תיתכן השפעה דרמטית של התכונות הקוונטיות של האלקטרונים על האור הנפלט. למשל, כאשר זוג אלקטרונים הם "שזורים קוונטית" – בעלי קשר הסתברותי קוונטי העומד בליבן של טכנולוגיות כגון הצפנה ומחשוב קוונטיים – ייפלטו, תחת תנאים מתאימים, גלי אור משני האלקטרונים יחדיו ונקבל התאבכות של אור התלויה באופן ישיר באופן שבו שני האלקטרונים היו "שזורים". בצורה זאת, טוענים החוקרים, התבוננות באור הנפלט מחלקיקים שזורים יכולה לתת אינדיקציה למידת השזירות שלהם מבלי למדוד אותם ישירות: אפשרות שיכולה להיות חשובה לשימושים עתידיים באלקטרונים כנושאי מידע קוונטי.
אלה שמתאהבים בבעיה הם אלה שממציאים לה פתרון
מחקר
החוקרים, בהובלת פרופ' תמיר טולר וסטודנטית המחקר טל גוטמן הצליחו לנבא את סוג הסרטן ואת שיעור התמותה ממנו לפי מוטציות "שקטות" בגנומים הסרטניים – הוכחת היתכנות שיכולה בעתיד להציל חיי
מוטציות "שקטות" מוגדרות ככאלה שלא משנות את רצף חומצות האמינו של החלבונים. בשנים האחרונות מצטברות הראיות לכך שמוטציות שקטות, הן בתוך והן מחוץ לאזור הקידוד הגנטי בתא, יכולות להשפיע על ביטוי גנים וכי ייתכן שהן קשורות להתפתחות ולהתפשטות של תאים סרטניים. עם זאת, עד כה לא נבדק כמותית האם המוטציות הללו יכולות לתרום לזיהוי סוג הסרטן ולניבוי סיכויי השרידות של החולה.
במחקר החדש, המבוסס על כשלושה מיליון מוטציות מגנומים סרטניים של 9,915 חולים, החוקרים ניסוי לבדוק האם הם יכולים לזהות את סוג הסרטן ולהעריך את שיעור התמותה ממנו 10 שנים לאחר האבחנה הראשונית אך ורק על סמך המוטציות השקטות – ומצאו כי יכולת הפרדיקציה של המוטציות השקטות דומה בהרבה מיקרים לביצועי הפרדיקציה המקובלת של המוטציות ה"רגילות". בנוסף ניסו החוקרים להעריך האם שילוב של מידע על מוטציות שקטות ורגילות יכולות לשפר יכולת הסיווג של סוג הסרטן, ומצאו כי המידע שמתקבל ממוטציות שקטות משפר את מרווח הטעות ב-68%. בסוגים מסוימים של סרטן מדובר בשיפור של עד 17% ביכולת הסיווג, כאשר שילוב שני סוגי המוטציה יכול לשפר את הפרוגנוזה בשיעור של עד 5%.
"בגנום שלנו, כמו בכל גנום של כל יצור חי אחר, ישנן מוטציות שיכולות לשנות את רצף חומצות האמינו של החלבונים שמקודדים בגנום", מסביר פרופ' טולר. "מאחר שהחלבונים הללו אחראים על המנגנונים השונים בתא, מוטציות כאלה מעורבות בהפיכת התא הבריא לתא סרטני. לעומתן, יש מוטציות שלא משנות את חומצות האמינו, ולכן קראו להן 'שקטות' והתעלמו מהן במשך שנים רבות. אנחנו ערכנו בפעם הראשונה אנליזות לכ-10,000 גנומים סרטניים מכל הסוגים, והראינו שיש למוטציות השקטות ערך דיאגנוסטי, איזה סוג סרטן זה, וגם ערך פרוגנוסטי, כמה זמן החולה ישרוד".
לדברי פרופ' טולר, החומר הגנטי בתא מחזיק בשני סוגים של מידע: מה רצף חומצות האמינו שמיוצר – ומתי וכמה לייצר מכל חלבון – כלומר הרגולציה של תהליך הייצור. "אותן מוטציות שקטות יכולות להשפיע על הרגולציה של ביטוי גנים, וזאת השפעה לא פחות חשובה מסוג החלבון שמיוצר. מן הסתם אם התא מייצר הרבה פחות מחלבון מסוים – זה גרוע כמעט כמו למחוק אותו. השפעה נוספת היא קיפול החלבון. החלבון הוא מולקולה ארוכה שכוללת בדרך כלל מאות רבות של חומצות אמינו, כאשר הקיפול התלת ממדי של המולקולה מתחיל כבר כשהן מיוצרות בריבוזום. קצב הייצור של החלבון על ידי הריבוזום משפיע על הקיפול, והמוטציות השקטות יכולות להשפיע על קצב הייצור של החלבון ולכן על הקיפול שלו – קיפול שהוא משמעותי לתפקוד בפועל. בנוסף, יש מקרים בהם המוטציות השקטות משפיעות על תהליך בשם שיחבור, שבו חתיכות מהחומר הגנטי נחתכות ליצירת הרצף הסופי שממנו ייווצר החלבון. בקיצור, מסתבר שהמוטציות השקטות האלה עושות הרבה מאוד רעש, ואנחנו הצלחנו לראשונה לכמת את ההשפעה שלהן".
כדי לבחון את השערתם ולכמת את השפעת המוטציות הללו, פרופ' טולר ועמיתיו השתמשו במידע גנטי ציבורי על גנומים סרטניים מהמכונים הלאומיים לבריאות (NIH) בארה"ב. החוקרים לקחו הנתונים על הגנום הסרטני וניסו בשיטות המבוססות על למידת מכונה לנבא מה סוג הסרטן וכמה שנים חי כל חולה לפי המוטציות השקטות – ולאחר מכן השוו את התוצאות שקיבלו לנתוני האמת מהמאגר.
תמונה: אילוסטרציה של אינטראקציות שונות של החומר הגנטי עם פקטורים בתא שמבקרים את רמות הביטוי. מוטציות שקטות יכולות להשפיע על יעילות האינטראקציה עם הפקטורים האלה בתא הסרטני, ולכן להשפיע על רמות הביטוי של גנים שמשפיעים על השרידות של התא הסרטני.
"לתוצאות המחקר מספר השלכות חשובות", אומר פרופ' טולר. "קודם כל שימוש במוטציות שקטות בהחלט יכול לשפר מודלים שחוזים פרוגנוזה ומשמשים לסיווג. חשוב לציין שגם לשיפור של 17% יש משמעות גדולה מאוד כי מאחורי המספרים האלה עומדים בני אדם שאנחנו אוהבים, ויום אחד אולי אנחנו עצמנו, לכן כל שיפור של אחוז הוא דרמטי. רופא שמגלה גרורות רוצה לדעת מה מקור הגרורה ומה מסלול התפתחות המחלה, כדי להתאים את הטיפול הטוב ביותר. אם למשל במקום דיאגנוסטיקה ופרוגנוסטיקה שגויות לחמישה מבין עשרה חולי סרטן נגיע למצב שבו שוגים רק בארבעה מכל עשרה חולי סרטן, זה יכול להיתרגם בסופו של דבר למיליוני חולים שאולי ניתן להציל את חייהם. בנוסף, התוצאות שלנו מראות שרק על סמך מוטציות שקטות ניתן במקרים רבים לקבל ביצועי ניבוי דומים להסתמכות על מוטציות שהן לא שקטות. זו תוצאות מעודדת, מכיוון שבשנים האחרונות מפותחות טכנולוגיות שמסווגות סרטן על סמך בדיקות דם לא פולשניות יחסית, המבוססות על אנליזה של חתיכות דנ"א ממקור סרטני. מאחר שרוב הדנ"א שלנו לא מקודד לחלבון, סביר להניח שרוב החתיכות מסוג זה שנדוג יכילו מוטציות שקטות".
למחקר החדש השלכות לכלל תחומי המחקר והטיפול האונקולוגי, ואחרי הוכחת ההיתכנות הזאת בכוונת החוקרים להקים סטארטאפ עם חממת "סאנרה", שיתמקד במוטציות השקטות ככלי רפואי לכל דבר ועניין.
עוד השתתפו במחקר: גיא גורן ועומרי עפרוני
למאמר ב npj genomic medicine
אלה שמתאהבים בבעיה הם אלה שממציאים לה את הפתרון
מחקר
המערכת תאפשר הולכת גלים אלקטרומגנטיים בתחום קרני הרנטגן ובתחום הטרה-הרץ
מחקר חדש של אוניברסיטת תל אביב הביא לפיתוחו של מוליך גלים חדש ויעיל, המבוסס על עקרונות יסודיים בפיזיקה, ואשר יאפשר להוליך גלים שעד כה היה מסובך לעשות זאת עמם.
מוליכי גלים מופיעים בשלל תצורות. דוגמה ידועה היא הסטטוסקופ (מַסְכֵּת בעברית) שמוליך את גלי הקול מגופו של הפציינט לאוזנו של הרופא. עבור גלי רדיו או גלי מיקרו, התצורה המוכרת של מוליך גלים היא צינור מתכת דק. עבור גלי אור שיטה יותר יעילה היא להשתמש בסיב אופטי העשוי מזכוכית, שמקדם השבירה שלו נבחר כך שהגלים נותרים כלואים בתוכו עד הגעתם למוצא הסיב. אולם, במקרים מסוימים קשה למצוא חומרים מתאימים שיאפשרו את כליאת הגלים. יש צורך במוליכי גלים היות שבלעדיהם הגלים יתרחבו ולא תתאפשר העברה יעילה מנקודה אחת לאחרת. כך למשל, גלים העוברים מבעד לסדק, בדרך כלל יתפשטו במרחב.
המחקר נערך בהובלת הדוקטורנט דרור ויסמן מקבוצתו של פרופ' עדי אריה מבית הספר להנדסת חשמל ומופקד הקתדרה לננו-פוטוניקה ע"ש מרקו ולוסי שאול באוניברסיטת תל אביב. במחקר השתתפו הדוקטורנט גרי גאורגי רוזנמן, פרופ' לב שמר וכן חוקרים מאוניברסיטת אוּלְם בגרמניה – הדוקטורנט מוריץ קרמסין, ד''ר מקסים אפרמוב ופרופ' וולפגנג שלייך. המחקר פורסמו לאחרונה בכתב העת היוקרתי Physical Review Letters.
ניסויים חדשים עם גלים פלזמוניים (שילוב של אור ותנודות אלקטרוניות) ועם גלי כבידה משטחיים הנעים על פני מים, מראים כי רצף של סדקים מסוגל להוליך את הגלים במסלול צר. הסדקים חוסמים את הקצוות החיצוניים של הגלים, בעוד שהגלים הלא חסומים מתרכזים לאורך ציר מרכזי של מוליך הגלים כתוצאה מהתאבכות. המערכת הפשוטה הזו, המבוססת על סדקים, יכולה להיות שימושית במצבים בהם קשה לייצר מוליכי גלים רגילים, למשל עבור גלים אלקטרומגנטיים בתחום קרני הרנטגן או בתחום הטרה-הרץ.
ויסמן ושותפיו הצליחו לפתח מוליך גלים המבוסס על סדקים. "איננו זקוקים לשום חומר מיוחד עם מקדם שבירה מסוים", אומר ויסמן. "הדבר היחיד שאנו צריכים הוא חומר שחוסם את התקדמות הגלים". הרעיון מבוסס על תופעה הקרויה "מיקוד עקיפתי" (diffractive focusing), בה עוצמת הגלים העוברים דרך סדק עולה בטרם האלומה מתבדרת. בדרך כלל קשה להבחין במיקוד זה מאחר שהוא קורה בסמוך לסדק: עבור סדק ברוחב של כחמישה אורכי גל, המיקוד מתרחש בנקודה הממוקמת כשמונה אורכי גל בלבד מהסדק.
בתמונה: אלומת הלייזר משמאל מאירה סריג המייצר גל פלזמוני משטחי. הגל נקטם באופן מחזורי על ידי הסדקים. התפלגות העוצמה נמדדת על ידי הסיב המחודד (החלק הכחול באיור) של המיקרוסקופ האופטי הסורק.
במחקר קודם שעסק במיקוד עקיפתי, ויסמן ושותפיו מדדו גלים המתקדמים דרך שני סדקים ברצף, כאשר הסדק השני ממוקם בסמוך למוקד של הסדק הראשון. הם הבחינו כי כאשר האור עובר דרך שני הסדקים יחד, תבנית העקיפה הייתה דומה לזו המתקבלת מסדק יחיד – כלומר, יתכן שניתן לחזור על התהליך עם סדק שלישי, רביעי וכן הלאה. הצוות חזה כי כל סדק יכול למקד את האות לפני הגעה אל הסדק הבא, וכך למעשה נוצר מוליך גלים.
החוקרים אימתו כעת את תחזיתם באמצעות שני ניסויים. הראשון, התבסס על גלים פלזמוניים – גלים אלקטרומגנטיים המתקדמים על פני משטח מתכת ומצומדים לאלקטרונים שבו. על מנת ליצור מוליך גלים פלזמוני מבוסס סדקים על לוח כסף, הצוות ייצר צמדים של קירות כסף ננומטריים דקים שהגל הפלזמוני יכול להתקדם ביניהם. לאחר מכן, הם עוררו את המבנה באמצעות אלומת לייזר ומדדו את התפלגות העוצמה באמצעות מיקרוסקופ אופטי הסורק את עוצמת הגל הפלזמוני בשדה הקרוב. הם העריכו כי כל סדק גורם לאיבוד של כ-10% מהאנרגיה של אלומת הלייזר, לנוכח קטיעה של קצות הגל ע"י הקירות. מוליך הגלים החדש הוא בעל הפסדי הולכה דומים לאלה של מוליכי גלים פלזמוניים קיימים.
בניסוי השני, הדוקטורנט גאורגי גרי רוזנמן בחן את מוליך הגלים החדש באמצעות גלי כבידה משטחיים הנעים על פני מים, בבריכת גלים ייחודית שאורכה 18 מטרים, במעבדתו של פרופ' לב שמר מבית הספר להנדסה מכנית באוניברסיטת תל אביב. בניסוי זה, החוקרים יצרו גל אשר התפשט בבריכת המים וקטמו אותו בכל פעם במישור הזמן. הצוות מדד את צורת הגל ליד נקודת המוקד, והזין את המידע לגבי עוצמת הגל והפאזה (מופע) שלו בחזרה למחולל הגלים כדי ליצור את חבילת הגלים הבאה, בעוד הם קוטמים את המידע שזלג החוצה מהסדק הזמני. הפעולה החוזרת הזו הראתה תבנית התפשטות חוזרת בכל פעם, הן בעוצמה והן בפאזה.
"מוליך הגלים החדש הוא פתרון כללי שניתן ליישום למגוון רחב של גלים", אומר ויסמן. בנוסף לגלי אור ולגלי מים, ניתן להשתמש בשיטה לצורך הולכה של גלי קול, גלי חומר ועוד. יתרון נוסף הוא שגדלי הסדקים ומיקומיהם ניתנים לכוונון. למשל, הצוות הראה כי כיווץ רוחב הסדקים אפשר למוליך הגלים להצר את האלומה, בעוד שהזזת מיקומי הסדקים משנה את כיוון האלומה.
אלה שמתאהבים בבעיה הם אלה שממציאים לה פתרון
מחקר
ד"ר צוקר מבית הספר להנדסה מכנית בשיתוף החוקרים ד"ר עמית קומאר-סארקאר והדוקטורנט אנדריי איתן רובין הצליחו לייצר חיקוי מדויק של מיקרופלסטיקים סביבתיים בתנאי מעבדה ובטווחי זמן קצרים
מודל חדש שפותח באוניברסיטת תל אביב יאפשר לראשונה לבחון את הנזק הסביבתי שיוצר מיקרופלסטיק בתאי אדם, בצמחים, בבעלי חיים יבשתיים וימיים ובסביבה כולה. בעזרת הפיתוח הטכנולוגי הייחודי ניתן יהיה לייצר מיקרופלסטיק מהונדס בתנאי מעבדה המדמה בזמן יחסית קצר את הליך התפרקותו בסביבה.
המחקר נערך בהובלת ד"ר אינס צוקר מבית הספר להנדסה מכנית ובית הספר פורטר ללימודי הסביבה באוניברסיטת תל אביב ובשיתוף החוקרים ד"ר עמית קומאר-סארקאר והדוקטורנט אנדריי איתן רובין. המחקר פורסם בכתבי העת היוקרתיים: : Science of the Total Environment ו-Environmental Science and Technology.
המיקרופלסטיק נמצא כמעט בכל מקום, בקופסאות האוכל ובתרופות שלנו, בגינה הציבורית, בצעצועים של הילדים, בבקבוקי שתיה, בבגדים, במחשבים, בטלפונים הניידים ועוד. החוקרים מסבירים שכיוון שהפלסטיק אינו חומר טבעי, הוא מתפרק לאט מאד בטבע בתהליך שנמשך לעתים אלפי שנים. במסגרת תהליך זה, הפלסטיק מתחלק לחלקיקים קטנים יותר ויותר בסקאלה מיקרונית ואף ננומטרית. הבעיה היא שלאורך התהליך, חלקיקי המיקרופלסטיק פוגשים חומרים אחרים טבעיים ולא טבעיים, ומתבלים באופן שונה, כך שבסופו של תהליך לכל אחד מהחלקיקים יש תכונות ומאפיינים שונים. כך למשל, פלסטיק שמתבלה באנטרקטיקה יהיה שונה מכזה שמתבלה במזרח התיכון ואילו פלסטיק שמשמש ליצירת כלים חד פעמיים יתפרק אחרת מפלסטיק שמשמש לאריזות. בליל המיקרופלסטיקים והעובדה שאין חלקיק אחד שזהה למשנהו מקשה מאוד על חוקרים רבים בעולם בקביעה באשר להשלכות הסביבתיות השונות.
בתמונה: מיקרופלסטיק
במסגרת הפיתוח החדש, החוקרים יצרו למעשה מיקרופלסטיק מהונדס שמדמה בצורה מואצת את הבלייה שעובר הפלסטיק בסביבה. הפלסטיק נטחן לחלקיקים גסים ולאחר מכן נחשף לסדרה של תהליכי פירוק בתנאי מעבדה כמו חשיפה לחום, לקרינה אולטרה סגולה, לפירוק מכאני אגרסיבי ועוד, עד שלבסוף מתקבלים מיליוני חלקיקי פלסטיק בגודל של כ-1 מיקרון, שהם זהים לגמרי בגודלם, בסוג הפלסטיק מהם מורכבים, בתכונות פני השטח שלהם, ובצורתם.
"המטרה שלנו הייתה לייצר מיקרופלסטיק סביבתי בתנאי מעבדה ובטווחי זמן קצרים שיכול לשמש לאינספור מבחנים שיגידו לנו אחת ולתמיד האם – ובאיזה אופן – מיקרופלסטיק מסוכן לאדם ולסביבה" - אומרת ד"ר צוקר. "מדובר בשיטה שמהווה בסיס ליצירת הרבה סוגים של מיקרופלסטיק, בגילאים שונים ומחומרים שונים, כך שאפשר לבודד ולבחון את ההשפעה של פרמטרים שונים, כמו הגודל וסוג הפלסטיק. המטרה היא שחוקרים בישראל ובעולם שעוסקים בהשפעות השליליות של מיקרופלסטיק על הסביבה יוכלו לקבל מיקרופלסטיקים מהונדסים ונשלטים שהרבה יותר דומים למה שאנחנו רואים בסביבה מהמודלים הקיימים כיום".
ניסויי המשך ראשוניים שנעשו בתרביות תאים ע"י צוות המחקר, הראו כי מודל הפלסטיק שפותח במעבדה אכן רעיל יותר בטווח הריכוזים שנבדק מול מודל הכדוריות פלסטיק שנמצא בשימוש רחב היום. כבר בשלב זה, החוקרים עובדים על בחינה של המודל החדש בתאי אדם, בצמחים ובבעלי חיים ימיים ומקווים כי בקרוב הערפל סביב שאלת הרעילות של המיקרופלסטיק יוכל להתחיל להתפוגג.
מחקר
חוקרים מהפקולטה להנדסה, מבית הספר למדעי הסביבה ומדעי כדור הארץ ואוניברסיטת ברקלי מצאו כי האצות שגדלות בסמיכות לשפכי הנחלים יודעות לספוג את החנקן כך שיתאים לתקנים הסביבתיים ולמנוע את התפזרותו בים. בדרך זו, ניתן לייצר מעין "מתקן טיהור טבעי" שיש לו גם לו ערך אקולוגי משמעותי וגם ערך כלכלי משמעותי.
מחקר חדש של אוניברסיטת תל אביב ואוניברסיטת ברקלי מציע מודל ולפיו הקמת חוות לגידול אצות בסמיכות לשפכי הנחלים מקטינה מאוד את ריכוזי החנקן בנחל ומונעת זיהום סביבתי בנחלים ובימים. המחקר נערך בהובלת הדוקטורנט מירון צולמן, בהנחיה משותפת של פרופ' אלכסנדר גולברג מבית הספר למדעי הסביבה ומדעי כדור הארץ ע"ש פורטר ושל פרופ' אלכסנדר ליברזון מבית הספר להנדסה מכנית באוניברסיטת תל אביב. המחקר נערך בשיתוף פרופ' בוריס רובינסקי מהפקולטה להנדסה מכנית באוניברסיטת ברקלי. המחקר פורסם בכתב העת היוקרתי Communications Biology.
בניית מודל של חוות אצות
במסגרת המחקר, החוקרים בנו מודל של חוות אצות גדולה לגידול אצה חסנית ים תיכונית בסמיכות לשפך נחל אלכסנדר, מאות מטרים מהים הפתוח. נחל אלכסנדר נבחר שכן הנחל מזרים חנקן מזהם מהשדות הסמוכים ומהיישובים במעלה הזרם לים התיכון. הנתונים עבור המודל נאספו במשך שנתיים מגידולים מבוקרים ומגידול במי ים.
החוקרים מסבירים כי חנקן הוא דשן הכרחי לחקלאות יבשתית, אבל הוא בא עם תג מחיר סביבתי. ברגע שהחנקן מגיע לים הוא מתפזר אקראית, ופוגע במערכות אקולוגיות שונות. כתוצאה מכך, המדינה מוציאה היום הרבה כסף על טיפול בריכוזי חנקן במים ויש הסכמים בינלאומיים שמגבילים העמסת חנקן בימים, כולל בים תיכון.
"המעבדה שלי חוקרת תהליכים בסיסיים ומפתחת טכנולוגיות עבור חקלאות ימית", מסביר פרופ' גולברג. "אנחנו מפתחים טכנולוגיות לגידול אצות בים כדי לקבע פחמן ולמצות מהן חומרים שונים כמו חלבונים ועמילנים, במטרה לייצר את התוצרת החקלאית גם בים. במחקר הראנו שאם מגדלים את האצות בהתאם למודל שפיתחנו, בסמיכות לשפי הנחלים, הן יודעות לספוג את החנקן כך שיתאים לתקנים הסביבתיים, למנוע את התפזרותו במים ובכך לנטרל את הזיהום הסביבתי. בדרך זו, אנחנו למעשה מייצרים מעין "מתקן טיהור טבעי" שיש לו גם לו ערך אקולוגי משמעותי וגם ערך כלכלי שכן ניתן למכור את האצות כביומסה לשימוש האדם.
צופים את העתיד בזכות המתמטיקה
החוקרים מוסיפים כי המודל המתמטי מצליח לנבא את תפוקות החוות ולקשור את תפוקת האצות והרכבן הכימי לריכוז החנקן בנחל. "המודל שלנו מאפשר לחקלאים ימיים, וגם לגופי ממשל וסביבה, לדעת מראש מה תהיה ההשפעה ומה יהיו התוצרים של חוות אצות גדולה – לפני שמקימים את החווה בפועל", מוסיף מירון צולמן. "בזכות המתמטיקה אנחנו יודעים לעשות את ההתאמות גם לחוות גידול גדולות ולמקסם את התועלת הסביבתית, לרבות ייצור כמויות החלבון הרצויות לנו מבחינה חקלאית".
"צריך להבין שכל העולם הולך לכיוון האנרגיה הירוקה ואצות ים יכול להיות מקור משמעותי", מוסיף פרופ' ליברזון, "ובכל זאת אין היום חווה אחת עם היכולת הטכנולוגית והמדעית שהוכחנו. החסמים כאן הם גם מדעיים: אנחנו לא באמת יודעים מה תהיה ההשפעה של חווה ענקית על הסביבה הימית. זה כמו לעבור מגינת ירק ליד הבית לשדות אינסופיים של גידול חקלאי תעשייתי. המודל שלנו מספק כמה מהתשובות, בתקווה לשכנע את מקבלי ההחלטות שחוות כאלה יהיו גם רווחיות וגם ידידותיות לסביבה. ואפשר גם לדמיין תרחישים עוד יותר מרחיקי לכת. למשל, אנרגיה ירוקה. אם היינו יודעים לנצל את קצבי הגידול לאנרגיה באחוזים טובים יותר, היה אפשר לצאת לשיט של שנה עם קילוגרם אצות, לא להזדקק לדלק נוסף מעבר לייצור הביומסה בסביבה ימית".
לטפל בבעיה סביבתית וגם להפיק תועלת כלכלית
"החיבור המעניין שאנחנו מציעים כאן הוא גידול אצות על חשבון הטיפול בחנקן", מסכם פרופ' גולדברג. "בעצם פיתחנו כלי תכנוני לבניית חוות של אצות בשפכי נחלים, שיאפשר גם לטפל בבעיה הסביבתית וגם להפיק תועלת כלכלית. אנחנו מציעים תכנון של חוות לגידול אצות בזרימות של נחלים עם הרבה חנקן מחקלאות, כדי לשקם את הנחל ולמנוע מהחנקן להגיע לים וגם כדי לגדל את האצות עצמן למאכל. באופן הזה החקלאות הימית משלימה את החקלאות היבשתית".
אלה שמתאהבים בבעיה הם אלה שממציאים לה את הפתרון
מחקר
המדדים של גילאי 20-40 חושפים: ישנים יותר, צועדים פחות ומאושרים הרבה פחות
במחקר ראשון מסוגו, חוקרים מאוניברסיטת תל אביב והמכללה האקדמית תל אביב-יפו עקבו באמצעות שעונים חכמים ואפליקציה ייעודית אחר 169 נבדקים לפני ובמהלך סגר הקורונה השני בישראל (אוקטובר 2020). השעונים החכמים והאפליקציה הייעודית סיפקו לחוקרים מדי יום נתונים מדויקים המעידים על איכות החיים של הנבדקים כגון מצב הרוח, מתח, משך ואיכות השינה, קצב לב במנוחה, מפגשים עם אנשים אחרים ופעילות גופנית. הנתונים מפתיעים מאוד: "צעירים בגילאי 20 עד 40 נפגעו קשה יותר ממבוגרים בגילאי 60 ומעלה, ונשים נפגעו קשה יותר מאשר גברים".
המחקר נערך על ידי צוות מומחים מהפקולטה להנדסה ע"ש איבי ואלדר פליישמן באוניברסיטת תל אביב בהובלת ד"ר ארז שמואלי, ד"ר דן ימין, שי עובד ומירב מופז, ובשיתוף ד"ר ענת לן ופרופ' חיים עינת מהמכללה האקדמית תל אביב-יפו ופרופ' נגה קרונפלד שור מבית הספר לזואולוגיה ובית הספר סגול למדעי המוח באוניברסיטת תל אביב. המחקר טרם עבר ביקורת עמיתים, והוא פורסם כ-Preprint ב-Research Square.
מנתוני המחקר עולה כי במהלך הסגר הנבדקים ככלל ישנו יותר (מ-06:01 שעות שינה לפני הסגר ל-06:08 במהלכו), נפגשו פחות פנים אל פנים עם אנשים אחרים (מ-11.5 מפגשים יומיים לפני הסגר ל-7.8 במהלכו), ביצעו פחות פעילות גופנית (מ-30 דקות לפני הסגר ל-27 במהלכו), צעדו פחות (מ-8,453 צעדים ביום לפני הסגר ל-7,710 במהלכו), היו פחות מאושרים (בסקאלה של מינוס 2 עד 2, מ-0.87 לפני הסגר ל-0.76 במהלכו) וקצב הלב שלהם במנוחה ירד (מ-62.6 פעימות לדקה לפני הסגר ל-62.1 במהלכו).
בקרב הצעירים, נרשמה ירידה חדה במספר הצעדים היומי: מ-9,500 צעדים לפני הסגר ל-8,200 צעדים בלבד במהלך הסגר. לשם השוואה, בקרב גילאי 60 ומעלה, ממוצע הצעדים היומי ירד במהלך הסגר מ-7,500 צעדים ביום ל-7,200 צעדים.
הסגר גם הביא לפגיעה קשה במצב רוחם של הצעירים. בסקאלה של מינוס 2 עד 2, נתוני הצעירים הצביעו על ירידה מ-0.89 לפני הסגר ל-0.72 במהלך הסגר בעוד שנתוני המבוגרים דיווחו על ירידה קלה בלבד מ-0.85 לפני הסגר ל-0.8 במהלכו.
ממצא מעניין נוסף הוא שהנהנים העיקריים מהעלייה בשעות השינה היו מבוגרים 'טיפוסי ערב', שעבורם הנתונים מצביעים על עלייה של 10 דקות בממוצע מ-6:48 שעות שינה לפני הסגר ל-6:58 במהלכו, וצעירים 'טיפוסי בוקר', שעבורם הנתונים מצביעים על עלייה של 18 דקות בממוצע מ-7:06 שעות שינה לפני הסגר ל-7:24 במהלכו. הסבר אפשרי לתופעה זו הוא שהצעירים בדרך כלל עובדים או לומדים ויש להם ילדים קטנים, ולכן טיפוסי הערב בקבוצה זו לרוב סובלים מתופעה הקרויה ג'ט לג חברתי. לוח הזמנים הגמיש יותר של הסגר אפשר לאנשים אלה, שקודם לכן היו צריכים להתעורר "בכוח", להתעורר בשעה טבעית יותר להם – וכתוצאה מכך, לדווח על מצב רוח טוב יותר במהלך הסגר.
מניתוח הנתונים בפילוח מגדרי עולה כי למרבה ההפתעה, רמת הלחץ דווקא ירדה בקרב הגברים – ממינוס 0.79 לפני הסגר למינוס 0.88 במהלכו. באותו הזמן, נתוני הנשים העידו דווקא על התגברות תחושת הלחץ: ממינוס 0.62 למינוס 0.52. לתופעה זו מספר הסברים אפשריים. ראשית, על פי נתוני משרד הכלכלה, יותר נשים איבדו את מקום עבודתם (פוטרו או הוצאו לחל"ת) לעומת גברים. שנית, מערכות החינוך בישראל היו סגורות במהלך הסגר והורים לילדים צעירים נאלצו להישאר בבית עם ילדיהם. בפרט, על פי מחקרים שהתבצעו בגרמניה, גברים היו מודאגים יותר לגבי פרנסת המשפחה בעוד שנשים היו מודאגות יותר לגבי טיפול בילדים. הסבר אפשרי נוסף הוא אלימות במשפחה כנגד נשים, שעל פי נתוני משטרת ישראל עלתה משמעותית במהלך הסגרים.
יתרה מכך, הסגר היה "אפקטיבי" יותר במניעת מפגשים פנים אל פנים בקרב נשים. שעה שמספר מפגשים אלו ירד אצל גברים מ-11 מפגשים ביום לפני הסגר ל-9 במהלכו, הנשים דיווחו על ירידה תלולה מ-12 מפגשים יומיים בממוצע ל-7 מפגשים בלבד. פגישות פנים אל פנים, ואפילו פגישות מקריות עם שכן בחדר המדרגות או עם נהג תחבורה ציבורית, ידועות בהקשר של שיפור מצב הרוח ובהפחתת דיכאון וחרדה.
"הנשים בסגר היו מבודדות ולחוצות יותר מהגברים, ובכלל רווחתן ובריאותן הנפשית נפגעו משמעותית יותר מזו של הגברים", מוסיף ד"ר שמואלי.
"משבר הקורונה הפנה משאבים רבים לשלומם ולרווחתם של המבוגרים, ובצדק – שכן הם חשופים יותר מהצעירים לסיבוכים הבריאותיים של המחלה עצמה", אומר ד"ר שמואלי. "אבל המחקר שלנו מראה שיש לתת דגש גם לבריאותם הנפשית של הצעירים – ששילמו מחירים כבדים יותר על צעדים כמו ריחוק חברתי וסגר".
אלה שמתאהבים בבעיה הם אלה שממציאים לה פתרון
מחקר
חוקרים מאוניברסיטת תל אביב פיתחו חומר חדשני שמגיב בשלל צורות ותבניות בכל פעם שמופעלים עליו מאמצים חיצוניים
לרוב, נהוג לאפיין תכונות מכניות של חומר על ידי הפעלת מאמצי לחיצה ומשיכה על קצותיו. חומרים פשוטים, המוכרים לנו מחיי היומיום, נוטים להגיב באותה הצורה עבור עומס חיצוני נתון.
ד"ר קארל מריגן, פוסט-דוקטורנט בקבוצתו של פרופ' יאיר שוקף מבית הספר להנדסה מכנית באוניברסיטת תל אביב, מציע מטא-חומר חדשני ששובר את התבנית הזו. במחקרם שפורסם לאחרונה בכתב העת Physical Review Research, מציעים מריגן ושוקף חומר העשוי מרכיבים בעלי תכונות מכניות שונות: שילובם לכדי סריג מחזורי מניב חומר המסוגל להראות תגובות מכניות שונות ומגוונות, בתגובה לאותו הדרבון בדיוק.
מטא-חומר
לדברי מריגן ושוקף, מטא-חומר זה, שדומה לקרח, "עשוי להוות צעד נוסף בדרך לפיתוח חומרים חדשניים שזוכרים את ההיסטוריה של המאמצים המחזוריים הקודמים שהופעלו עליהם".
מטא-חומר הוא מבנה מלאכותי שמורכב מצורה שחוזרת על עצמה, בדומה לחומר טבעי שמורכב מאטומים שמסודרים בצורה מחזורית בגביש. סידור הנדסי מסוים של תאי היחידה החוזרים על עצמם במטא-חומר מעניק לחומר תכונות ייחודיות שאינן קיימות בחומר הטבעי. רק לאחרונה גילו חוקרים מאוניברסיטת תל אביב, בהם פרופ' שוקף עצמו, מטא-חומר חדש אשר שובר את מגבלות החוק השלישי של ניוטון.
סריגים וגבישים מחזוריים בטבע מחולקים לעצמים בסיסיים הנקראים תאי יחידה, ממש כפי שגוף האדם מחולק לתאים. לכל תא יחידה במטא-חומר זה יש שני עיוותים אפשריים הממזערים את האנרגיה המכנית. עקב כך, אזורים שונים בחומר יכולים להימצא באחד משני מצבים יציבים מכנית, בדומה לאזורים עם קיטובים הפוכים במגנט.
דפוס הדרבון בקצות החומר מביא לבחירה של מופע מכני מועדף על פני מקטע מסוים. מאחר שכל אזור יכול להימצא במופע אחר, ניתן כך לכוון את הצורה של החלוקה הפנימית למופעים. החלוקה הפנימית הזו היא שמאפשרת עושר עצום של דפוסי תגובה, והמערכת יכולה להיקלע למצבים עמידים שונים כאשר הכוח החיצוני המופעל על הקצוות משתנה בצורה מחזורית בזמן. כך, למערכת גמישות רבה ופוטנציאל לתכנות: ניתן לכוון את התגובות על ידי שינוי המספר והפילוג של מקטעי הלחיצה על שפת החומר, ניתן ללחוץ על מערכות בצורות שונות ועם סימטריות שונות, וניתן ללחוץ על מקטעים שונים במופעים שונים ובעוצמות שונות.
"אנו מאוד שמחים ונרגשים מהתוצאות", אומר פרופ' שוקף, "ומקווים כי זו רק תחנת ביניים לקראת פריצות דרך משמעותיות עוד יותר בתחום המטא-חומרים, שהוא מדע עולה ופורח".
לכתבה ב YNET
אלה שמתאהבים בבעיה הם אלה שממציאים לה פתרון
מחקר
סטודנטית לתואר שני וחוקרת מהפקולטה להנדסה פיתחו פלטפורמה שבעתיד תוכל לאפשר ניטור ספיחת אינסולין ברקמה לאחר הזרקה על ידי משאבת אינסולין, ובכך לשפר את הטיפול הניתן לחולי סוכרת.
רוני ארליך היא סטודנטית לתואר שני בהנדסה ביו-רפואית במעבדה של ד"ר גילי ביסקר "המעבדה לאופטיקה, ננו-סנסורים, וביופיזיקה" שמפתחת וחוקרת יחד עם חברי המעבדה ננו-חיישנים אופטיים. לאחרונה מאמרה בהנחיית ד"ר ביסקר התפרסם במגזין המדעי Small, ואף נבחר להופיע על הכריכה של הגיליון הקרוב של Small שיצא לאור ב 28 ליולי. במחקר השתתפו גם ד״ר עדי הנדלר-נוימרק ד״ר ורנה וולף ודין אמיר
המאמר של רוני עוסק בפיתוח פלטפורמה חדשנית היכולה לספק משוב מידי על הפרשת אינסולין מתאי בטא באמצעות סיגנל אופטי. תאי הבטא, הם התאים בלבלב האחראים על ייצור והפרשת אינסולין על מנת לווסת את רמות הסוכר בדם.
המעבדה של ד"ר ביסקר מתמקדת בפיתוח כלים ננו-טכנולוגיים שיאפשרו לעקוב אחרי תהליכים מולקולריים, בשאיפה להבין את הדינמיקה של אותם תהליכים. כלים אלו מבוססים על ננו-חלקיקים הפולטים פלורסנציה בתחום האינפרא-אדום, ויכולים לגלות שינויים בסביבה הקרובה שלהם או ספיחה של מולקולות על פני השטח שלהם. בעזרת מעקב אחרי התכונות האופטיות של הננו-חלקיקים הללו במערכות ביולוגיות אפשר ללמוד עליהן ולקבל מידע חדש על תהליכים מיקרוסקופיים שאחראיים על ההתנהגות המקרוסקופית שלהן.
תגליות במאמר שפורסם
המחקר כלל את פיתוח הסנסורים לאינסולין, אפיונם, והדגמה של השימוש בהם. הסנסורים מבוססים על ננו-צינוריות מפחמן שעברו אקטיבציה המאפשרת זיהוי בזמן אמת של מולקולת המטרה. ננו-הצינוריות מפחמן פולטות פלורסנציה בתחום האינפרא-אדום הקרוב, ובכך מאפשרים דימות בעומק רקמות ודוגמאות ביולוגיות. עוצמת האות הפלורסנטי של החיישנים משתנה עקב קישור האינסולין לפני השטח של הננו-צינוריות וכך מתקבל המשוב על זיהוי מולקולות האינסולין.
באמצעות עקומת כיול עבור ריכוזים שונים של אינסולין ניתן להסיק ריכוז לא ידוע של אינסולין מתוך התגובה הפלורסנטית. "במחקר זה הדגמנו בפעם הראשונה את השימוש בננו-צינוריות הפחמן לזיהוי אינסולין בתרבית תאי בטא המפרישים אינסולין בתגובה לגלוקוז. מתוך אנליזה של התגובה הפלורסנטית הצלחנו לכמת באופן מדויק את כמות האינסולין שמופרש ע"י תאי הבטא ולקבל משוב בזמן אמת על יכולת התפקוד של התאים" מסבירה רוני.
בתמונה: איקטוב הננו-צינוריות בצורה חכמה הפך אותן לסנסורים אופטיים לאינסולין. בתגובה לקישור של האינסולין לסנסורים, עוצמת האות הפלורסנטי של הננו-צינוריות משתנה וכך מתקבל המשוב על זיהוי מולקולות האינסולין. מתוך התגובה הפלורסנטית ניתן לחשב באופן מדויק את כמות האינסולין המופרש מתאי הבטא.
בשורה משמחת לחולי הסוכרת
פיתוח זה יכול לתרום למחקר בתחום מנגנוני מחלת הסוכרת הקשורה בתפקוד לא תקין של תאי הבטא, בעזרת היכולת לקבל משוב בזמן אמת על פעילותם. בעתיד, הסנסורים יוכלו לאפשר ניטור ספיחת אינסולין ברקמה לאחר הזרקה על ידי משאבת אינסולין, ובכך לשפר את הטיפול הניתן לחולי סוכרת.
האישה מאחורי המחקר
רוני סיימה את התואר הראשון שלה במחלקה להנדסה ביו-רפואית ב- 2019 ומיד המשיכה לתואר שני בקבוצה של ד״ר גילי ביסקר. במהלך התואר השני זכתה במלגת משרד המדע ללימודי תואר שני בהנדסה ובמדעים מדוייקים, במלגת הצטיינות של מכון גרטנר למערכות רפואיות ננומטריות, ובמלגת הצטיינות לתואר שני של הפקולטה להנדסה באוניברסיטת תל אביב. רוני נשואה לאריאל מ"פ לוחם בחיל בשריון ובמהלך התואר הראשון נולדו לה שתי בנות מקסימות עלמא (4) ומאיה (2) – כבר אמרנו superwoman אמיתית?
הקליקו למאמר המלא כאן.
אלה שמתאהבים בבעיה הם אלה שממציאים לה פתרון
מחקר
חוקרים מהפקולטה להנדסה ואוניברסיטת תל אביב יצרו חיישן שניתן להשתיל אותו בכל מקום בגוף, החיישן מתחבר לעצב אחר שמתפקד בצורה תקינה ומחזיר לעצב הפגוע חלק מתחושת המגע.
טכנולוגיה חדשה ופורצת דרך של אוניברסיטת תל אביב מעוררת תקווה בקרב אנשים שאיבדו את תחושת המגע בעצבים של איברים שונים בעקבות קטיעה או פציעה. הטכנולוגיה שנוסתה על חיות מודל בהצלחה רבה כוללת חיישן זעיר שמושתל בעצב של האיבר הפגוע, למשל באצבע, והוא מחובר ישירות לעצב תקין ובכל פעם שהאיבר נוגע בחפץ אחר, החיישן מופעל ומעביר זרם חשמלי לעצב הבריא, פעולה אשר משחזרת את תחושת המגע. החוקרים מדגישים כי מדובר בטכנולוגיה "בריאה" שמותאמת לגוף האדם וניתן להשתיל אותה בכל מקום בגוף.
הטכנולוגיה פותחה בהובלת צוות מומחים מאוניברסיטת תל אביב: ד"ר בן מעוז, יפתח שלומי, שי דיולד וד"ר יעל ליכטמן-ברדוגו מהמחלקה להנדסה ביו-רפואית ובשיתוף קשת תדמור מבית הספר סגול למדעי המוח וד"ר עמיר ערמי מהפקולטה לרפואה ע"ש סאקלר ומהיחידה למיקרוכירורגיה במחלקה לכירורגיה של היד, המרכז הרפואי שיבא. המחקר התפרסם בכתב העת היוקרתי ACS NANO.
החוקרים מספרים כי הפרויקט הייחודי התחיל בפגישה בין שני חברים מאוניברסיטת תל אביב: ד"ר עמיר ערמי מהפקולטה לרפואה ומיחידת המיקרו-כירורגיה בשיבא וד"ר בן מעוז מהמחלקה להנדסה ביו-רפואית ובית ספר סגול למדעי המוח. "דיברנו על האתגרים בעבודות שלנו", מספר ד"ר מעוז, "וד"ר ערמי שיתף אותי בקושי שהוא חווה בטיפול באנשים שמאבדים את יכולת החישה באיבר זה או אחר כתוצאה מפציעה. צריך להבין שמדובר בקשת רחבה מאוד של פציעות, החל מפציעות קלות – לדוגמה, מישהו חותך סלט ונחתך מהסכין – ועד לפציעות קשות מאוד. גם אם ניתן לאחות את הפצע ולתפור את העצב הפגוע, במקרים רבים התחושה נותרת פגועה. החלטנו להתמודד יחד עם האתגר הזה, ולמצוא פתרון שיחזיר לפגועים את יכולת החישה".
יובהר כי בשנים האחרונות תחום הנוירו-תותבים מבטיח לשפר את חייהם של אלה שאיבדו את התחושה על ידי השתלת חיישנים במקום העצבים הפגועים. אלא שלטכנולוגיה הקיימת מספר חסרונות משמעותיים, כמו ייצור ושימוש מורכבים וכן צורך במקור כוח חיצוני כמו סוללה. כעת, חוקרים מאוניברסיטת תל אביב השתמשו בטכנולוגיה חדישה בשם ננו-גנרטור טריבו-אלקטרי (Nanogenerator triboelectric, או TENG) כדי להנדס ולבדוק על חיות מודל חיישן זעיר שמחזיר את התחושה באמצעות זרם חשמלי שמגיע ישירות מעצב בריא וללא צורך בהשתלה מורכבת או בהטענה.
במסגרת הפיתוח הטכנולוגי החוקרים יצרו חיישן שניתן להשתיל אותו על עצב פגום מתחת לקצה של האצבע, והוא מחזיר למושתל חלק מיכולת החישה באצבע. הפיתוח הייחודי אינו מצריך שימוש במקור מתח חיצוני כגון חשמל או סוללות. החוקרים מסבירים כי החיישן פועל למעשה על כוח החיכוך: בכל פעם שהמכשיר מרגיש חיכוך, הוא נטען לבד.
מדובר בשני לוחות זעירים בגודל של פחות מחצי ס"מ על חצי ס"מ. כשהלוחות האלה באים במגע אחד עם השני, הם משחררים מטען חשמלי שמועבר לעצב הבריא. באופן הזה, כשהאצבע הפגועה נוגעת במשהו, הנגיעה משחררת מתח בהתאם ללחץ שהופעל על המכשיר – מתח חלש למגע חלש ומתח חזק למגע חזק – ממש כמו חישה רגילה.
לטענת החוקרים ניתן להשתיל את המכשיר בכל מקום בגוף בו יש צורך בשחזור תחושה למגע, והוא עוקף למעשה את אברי החישה הפגועים. כמו כן, החומר שממנו עשוי המכשיר הוא ידידותי לגוף האדם, הוא לא דורש תחזוקה, ההשתלה פשוטה והמכשיר עצמו אינו נראה מבחוץ.
לדבריו של ד"ר מעוז, לאחר שבדקו את החיישן החדש במעבדה (יותר מחצי מיליון הקשות אצבע עם המכשיר), החוקרים השתילו אותו בכפות רגליהם של חיות מודל. החיות הלכו כרגיל, מבלי לחוות כל פגיעה בעצבים המוטוריים, ובבדיקות הוכח כי החיישן אפשר להן להגיב לגירויים סנסוריים. "בדקנו את הפיתוח שלנו על חיות מודל, והתוצאות היו מעודדות מאוד", מסכם ד"ר מעוז. "בשלב הבא נרצה לבחון את המשתל על מודלים גדולים יותר ובהמשך – להשתיל את החיישנים שלנו גם באצבעותיהם של בני אדם שאיבדו את יכולת החישה. היכולת הזו עשויה לשפר באופן משמעותי את התפקוד ואת איכות החיים, וחשוב מכך: להגן עלינו מפני סכנה. אנשים שלא יכולים להרגיש מגע גם לא יכולים להרגיש שהאצבע שלהם נמחצת, נשרפת או קופאת".
מחקר
פיתוח חדש של פרופ' שחר ריכטר מייצר פלסטיקים מתכלים וידידותיים לסביבה בעזרת תוספים טבעיים לפולימרים של המדוזה
מי את המדוזה?
מדוזות הינן יצורים ימיים אשר קיימים מיליוני שנים ונפוצים במרבית מקווי המים הגדולים בעולם. כיום ידוע על כ 200 מיני מדוזות בעולם. למדוזה אין לב, עיניים, דם או זימים. בגופה יש תאי עצב ושרירים שעוזרים לה לנוע, לצוד בעלי חיים קטנים, להגיב לסכנה ולנוס. יש להן אפשרות להבדיל בין אור לחושך באמצעות תאי חישה המצויים בחלק החיצוני של הפעמון ובזרועות החיצוניות שמסביב. גופה מורכב מ 80-90% מים, והשאר מחומרים אחרים כולל חלבונים. למדוזות יש חוש ריח, טעם ומגע/מישוש. הזרועות החיצוניות הינן זרועות הצייד. הזרועות הפנימיות הן זרועות הפה המסייעות להביא את הטרף לחלל העיכול. מזונן העיקרי הוא דגים קטנים, פלנקטון ומדוזות קטנות. בזרועות הצייד מצויים תאי צריבה המכילים בלוטות ארס אשר בנויות משערת חישה ועוקץ. בעת נגיעה בזרועות נורה העוקץ כמו צלצל והארס המצוי בו מוחדר לגופו של בעל החיים.
עלייה לא פרופורציונלית באוכלוסייתן של המדוזות
בשנת 2007 גרמה הגדילה באוכלוסיית המדוזות בצפון אירלנד למותם של דגי סלמון בשווי של 2 מיליון דולר. גם בחופי יפן תעשיית הדייג סובלת קשות מתופעה זו. אלו רק שתי דוגמאות לכך שבשנים האחרונות אנו עדים לתופעה מדאיגה של עלייה לא פרופורציונלית באוכלוסייתן אשר גורמת לנזקים אקולוגים וכלכליים רבים. חוקרי מדוזות טוענים שהמדוזות קיימות כבר 500-700 מיליון שנה והפשטות האנטומית שלהן אפשרה להן לפתח יכולות הישרדות יעילות כל כך, עד שהן מאתגרות כל מה שחשבנו על חיים ומוות.
מה אם מדוזה יכולה לשמש לייצור פלסטיק?
בדו"ח במימון האו"ם קראו המחברים לנצל את המדוזות אשר מהוות מקור מתחדש לחומרים חשובים לצרכי האדם, למשל שימוש בחלבון קולגן הנמצא בגופן ומתאימים מאוד לטיפול במחלות פרקים (קולגן: חלבון מבני המהווה את המרכיב העיקרי של הסיבים הלבנים ברקמות חיבור, דוגמת גידים, רצועות, עור, עצמות, כלי דם, מעיים וסחוס).
קבוצתו של פרופסור שחר ריכטר, העומד בראש המעבדה לאלקטרוניקה ביו-מולקולרית וחומרים מתקדמים במחלקה למדע והנדסה של חומרים והמרכז לננוטכנולוגיה, מפתחת כבר כמה שנים חומרים חדשים המבוססים על מדוזות. בפרסום שהופיע לאחרונה בכתב העת Advnced Sustainble systems הדגימו פרופ' ריכטר, תלמידת המחקר לירון רשף-שטינברגר ושותפו פרופ' מיכאל גוזין שטה איך ליצר פלסטיקים מתכלים וידידותיים לסביבה מהמדוזות. התהליך שבו יוצרו הפולימרים הינו פשוט וידידותי לסביבה. בעזרת הוספה של תוספים טבעיים לפולימרים שהופקו מהמדוזה, הושגה שליטה על תכונותיהם המכניות אשר יאפשרו את שמושם למגוון חומרים מתכלים.
