תגיות:

החוקר.ת מאחורי המחקר

בדומה להקטנת גודלם של מעגלים אלקטרוניים, המאפשרים טכנולוגיות כמו מחשבים וסמארטפונים, השאיפה ליצור טכנולוגיה עתידית המבוססת על מעגלים ושבבים אופטיים מונעת גם היא ע"י הצורך במזעור. יחד עם זאת, מזעור זה כרוך באתגרים ובמכשולים חדשים שיש להתגבר עליהם, כמו שליטה והולכה של אור בסקלת הננומטר. לאור זאת, טכניקות חדשות מפותחות כל הזמן אשר מטרתן לדחוס את האור לחללים זעירים במיוחד - קטנים פי מיליונים מאורך הגל של האור ומתחת לגבול הדיפרקציה, שמסמל את הגודל או הנפח הקטן ביותר אליו ניתן לדחוס גלי אור. דבר זה קשה במיוחד בתחום הספקטראלי של קרינה אינפרא-אדומה, מכיוון שהיא מאופיינת ע"י אורכי גל גדולים, בסקלות של עשרות עד מאות מיקרומטרים.

גלים פלזמונים בגרפן

גרפן - חומר דו-ממדי הבנוי משכבה אחת של אטומי פחמן - משלב תכונות אופטיות וחשמליות יוצאות דופן. גרפן מסוגל להנחות אור בצורה של "גלים פלזמונים", שהם תנודות של אלקטרונים המצומדות לשדה האלקטרומגנטי של האור. לפלזמונים (יחידת אנרגיה של תנודות בפלזמה) אלו יכולת טבעית לדחוס אור לחללים קטנים מאוד. עם זאת, עד עכשיו ניתן היה לדחוס את הפלזמונים הללו בצורה המוגבלת לסקלות מיקרומטריות, בעוד שיכולתו של האור לבצע אינטראקציה עם חלקיקים קטנים, כמו אטומים ומולקולות, תלויה ביכולת לדחוס אותו לחללים בסקלות הרבה יותר קטנות. סוג זה של דחיסה נחשב בדרך כלל למהוד אופטי.

סוג חדש של מהוד אופטי

כעת, במחקר שהוביל ד"ר איתי אפשטיין, איש סגל חדש במחלקה לאלקטרוניקה פיסיקלית בבית הספר להנדסת חשמל בפקולטה להנדסה, אשר בוצע כחלק מעבודת הפוסט-דוקטורט שלו יחד עם חוקרים נוספים מספרד, פורטוגל, צרפת, ברזיל וארה"ב, הצליחו החוקרים לבנות סוג חדש של מהוד אופטי. המהוד, שמבוסס על שילוב של קוביות מתכת בגודל ננומטרי המפוזרות על גבי הגרפן, איפשר לייצר את המהוד האופטי הקטן ביותר שנבנה עד כה לקרינה אינפרא-אדומה, ואשר מבוסס על הפלזמונים בגרפן.

בניסוי, החוקרים השתמשו בקוביות מתכתיות בגודל 50 ננומטר בלבד, אשר מפוזרות באופן אקראי על שכבת הגרפן ללא דפוס או כיוון ספציפי. זה איפשר לכל קוביה, ביחד עם הגרפן, לפעול כמהוד אופטי בודד. לאחר מכן הם העבירו אור אינפרא-אדום דרך הדגם ומדדו כיצד הפלזמונים נדחסים לנפח קטן מאוד בין הגרפן והקוביות.

מבעיה לפתרון

ד"ר אפשטיין מציין כי "המכשול העיקרי בו נתקלנו בניסוי זה הוא העובדה שאורך הגל של אור אינפרא-אדום גדול מאוד והקוביות קטנות מאוד - בערך פי 200 - כך שקשה מאוד לגרום להם לבצע אינטראקציה זה עם זה". כדי להתגבר על הבעיה הם ניצלו תופעה מיוחדת - כאשר הפלזמונים נדחסו אל המהוד הם יצרו אופן תהודה הנקרא אופן תהודה מגנטי. ד"ר אפשטיין מבהיר: "תכונה ייחודית של אופן תהודה מגנטי מסוג זה היא היכולת לפעול כסוג של אנטנה המגשרת על ההבדל בין הממדים הננומטריים של הקוביה לבין המימדים הגדולים של האור האינפרא-אדום". לפיכך, אופן התהודה איפשר לדחוס את הפלזמונים לנפח הקטן פי מיליארד מהנפח של אור אינפרא-אדום רגיל, דבר שמעולם לא הושג לפני כן. בנוסף, החוקרים גילו שהמהוד משמש גם כסוג חדש של אנטנה ננומטרית שיכולה לפזר אור אינפרא-אדום ביעילות רבה.

תוצאות מחקר מבטיחות

לרוב החומרים המולקולריים קיימים מעברים אנרגטיים בספטרום האינפרא-אדום, ומכוון שגישה זו, של דחיסת האור לחללים מאד קטנים, מסוגלת לחזק את השדה האופטי בצורה ניכרת, ניתן להשתמש בה כדי לאתר חומרים מולקולריים, המגיבים לאור אינפרא-אדום. מבחינה זו תוצאות המחקר מבטיחות בתחום של גלאים חדשים לחישה מולקולרית וביולוגית, רפואה, ביוטכנולוגיה, בדיקת מזון ואפילו ביטחון. גלאים אלו יעזרו לאתר חומרים מולקולריים רעילים או מסוכנים, הנמצאים במזון או בציוד הנ"ל.

העבודה בוצעה כחלק מעבודת הפוסט-דוקטורט של ד"ר אפשטיין, במכון המחקר ICFO – The Institute of Photonic Sciences, בברצלונה, ספרד, והתפרסמה בירחון המדעי Science.

את המאמר המלא ניתן למצוא כאן.

אלה שמתאהבים בבעיה הם אלה שממציאים לה פתרון

מחקרים אחרונים

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

נזקי עור כתוצאה משימוש בציוד מיגון אישי >

ד"ר טלי אילוביץ מהמחלקה להנדסה ביו-רפואית באוניברסיטת תל אביב ביחד עם חוקרים מאוניברסיטת

ד"ר טלי אילוביץ >

צוות חוקרים מהפקולטה להנדסה אוניברסיטת תל אביב פיתחו כלי תוכנה, עם קוד פתוח למפתחים שיאפשרו לנבא

קוד לאוויר לנשימה >

פרופ' קובי שויער, מעריב, יולי 2020

קרא עוד אודות פרופ' קובי שויער, מעריב, יולי 2020

טופס לעובד מחקר

עבור העסקה כעובד מחקר יש למלא את הטפסים הבאים:
טופס התחלת עבודה – לחץ להורדה
שאלון אישי מילוי כל הפרטים בטופס– לחץ להורדה

קרא עוד אודות טופס לעובד מחקר

16 יולי 2020

תוכנית Leaders for Global Operations מכשירה מנהלים לתפקידים בכירים בעולמות הייצור, התפעול והפיתוח של מוצרים טכנולוגיים. בסיום התוכנית, מקבלים הסטודנטים שני תארי מאסטר. תואר אחד במנהל עסקים מבית הספר למנהל עסקים של MIT סלואן (MIT Sloan School of Business). התואר הנוסף הוא תואר בהנדסה, מבית הספר להנדסה של המכון (MIT School of Engineering). זוהי תוכנית ייחודית, המאגדת בתוכה קשר הדוק עם חברות מרכזיות בתעשייה האמריקאית והעולמית. כחלק ממסגרת הלימודים לתואר מספקת התוכנית הכשרה ממוקדת בנושאי מנהיגות, ניהול והובלה ובנייה של צוותים. כמו כן התוכנית כוללת מלגה המכסה חלק משמעותי מעלויות שכר הלימוד.

טמיר פלג, בוגר במסלול הראשון של תואר כפול בהנדסה מכנית ובמדעי כדור הארץ עם הדגש בלימודי סביבה התקבל לתוכנית והסכים לחלוק איתנו מספר תובנות:

טמיר פלג

טמיר, כיצד הלימודים בתוכנית התואר הכפול בהנדסה מכנית ומדעי כדור הארץ בהדגש סביבה עזרו לך להתקבל ל LGO והאם רכשת אצלנו כלים מיוחדים שעוזרים לך נכון לעכשיו בתוכנית?

"לימודי באוניברסיטת תל אביב נתנו לי את הכלים המתאימים בתחומי ההנדסה והמדעים על מנת לבסס את מועמדותי ללימודי הנדסה מתקדמים באוניברסיטת MIT. בין היתר, מגוון הקורסים ותוכנם, מבנה התוכנית העמוס והייחודי. סיום שני התארים בהצטיינות יתרה, וכן ההמלצה של פרופ' אלכס ליברזון כראש התוכנית תרמו מאוד למועמדות חזקה. הלימודים בתוכנית היו ממוקדים בנושאי סביבה. אני גם בחרתי למקד את קורסי הבחירה שלי בתחום האנרגיה, טכנולוגיה ירוקה ופיתוח מוצרים. אלה תרמו למיצוב המועמדות שלי שהתבססה על מטרות קריירה בתחום הטכנולוגיות הנקיות (Clean-tech) בדגש על אנרגיות מתחדשות".

מדוע בחרת במסלול הכפול בהנדסה מכנית ומדעי כדור הארץ בהדגש סביבה?

"לפני לימודי בתואר הכפול שמתי לי למטרה להשפיע לטובה ולתרום למאבק בשינוי האקלים. המשיכה שלי לעולם הטכנולוגיה, ומציאת פתרונות טכנולוגיים לאתגרים השונים, הביאה אותי ללימודי ההנדסה. החיבור בין הנדסה מכנית ומדעי כדור-הארץ, בדגש על סביבה, היה טבעי ומתבקש ושמחתי שנינתה לי האפשרות והזכות לקחת חלק במחזור הראשון של התוכנית, שסיפקה לי את תשתית הידע הטכנולוגי והמדעי הנדרש על מנת להצליח במטרות שלי. אני מתכוון להמשיך בכיוון הזה, להעמיק את הידע ההנדסי שלי תו"כ רכישת כלים עסקיים שיאפשרו לי להביא טכנולוגיות לשימוש נרחב באמצעות מודלים עסקיים ברי-קיימא".

תוכניות שלך לאחר סיום מסלול ה LGO?

"כרגע התוכנית שלי לאחר סיום LGO הינה אחת משלושה מסלולים: התברגות בשדרה ניהולית של חברה גדולה המפתחת ומייצרת טכנולוגיות נקיות (לדוגמה GE)להצטרף בעמדה בכירה או להקים חברת סטארט-אפ טכנולוגי בתחום או להצטרף לחברת השקעות בטכנולוגיות נקיות. כמובן שכל תוכנית היא בסיס טוב לשינויים ואני מגיע ל MIT בראש פתוח על מנת ללמוד ולגלות כיווני התפתחות נוספים".

אז למה בעצם סביבה?

"יש לי משיכה עזה לתחום הסביבתי. אני חושב ששינויי אקלים זה האתגר הגדול והמורכב ביותר של האנושות כיום. בחרתי במסלול שלי בשביל לקחת חלק בהתמודדות עם האתגר הזה. בימים אלה אני מסיים את תפקידי כמנהל מוצר בחברת SolarEdge, חברה ישראלית המפתחת ומשווקת מוצרים בתחום האנרגיה הסולארית".

והקורונה? איך היא השפיעה על התוכניות שלך?

"הקורונה השפיעה על התוכניות שלי בכך שאין ביכולתי לעבור לארה"ב, ובכך שהקמפוס של MIT סגור כלומר שהלימודים בסמסטר הנוכחי (קיץ 20) מתבצעים מרחוק".

ידיעות נוספות בנושא

ד"ר לאה ביילקין

15 יולי 2020

קול קורא לשיתופי פעולה עם מוסדות רפואיים

ידיעות נוספות בנושא

ד"ר ירדן מזור

פרופ' מקסים סוקול

ד"ר מקסים סוקול

ד"ר וסים חליחל

סמינר המחלקה להנדסה ביו-רפואית

Biomedical Applications of AgClBr Optical Fibers: Laser Bonding of Tissues. Early Detection of Skin Cancer

19 ביולי 2020, 14:00

https://zoom.us/j/95621277349?pwd=d3RIZys0ZEhxWEVDZGh6WkpQZ3BjUT09

Biomedical Applications of AgClBr Optical Fibers: Laser Bonding of Tissues. Early Detection of Skin Cancer
Svetlana Basov, Department of Biomedical Engineering.
Work done under the supervision of Prof. Amit Gefen and Prof. Abraham Katzir

Abstract.
Standard optical fibers are completely opaque in the mid-IR in the spectral range 3-30µm. In our group we developed special crystalline fibers, made of silver halide (AgClBr), which are flexible, non-toxic, bio-compatible and highly transparent in the mid-IR.
In this work I participated in the fabrication of these fibers and used them for two completely different applications.

Laser Bonding of Incisions: A system based on silica fibers, AgClBr fibers, an IR laser and a control system, made it possible to heat a spot on tissue under close temperature control. It was found that this may be used for laser soldering of incisions. In this case the approximated edges of an incision are covered by Albumin and they are heated, spot by spot, so that each spot is heated for 60C for 10sec. The bonding is strong and there is almost no scarring.
We successfully laser soldered incisions in the corneas of pigs, in vitro, and then measured the burst pressure PB needed to break open the bonded incisions. This pressure was quite high. We then carried out experiments on the corneas of mid-size live pigs, that we euthanized after few weeks. These soldered corneas showed strong bonding, with no thermal damage. This proved that laser soldering would be a very promising method for corneal transplantation. This method could be used by less experienced surgeons, reducing the load of the highly skilled ones.
In addition, we integrated our laser soldering system with a robotic system at the lab. of Prof. Nisky at Ben Gurion University. We there carried out robotic laser soldering, where robotic arms moved the distal ends of the fibers for heating spots on the approximated edges of an incisions in skin. The procedure was carried out automatically! This would probably the way laser soldering will be carried out in the future, again, making it possible for less experienced surgeons to obtain excellent retults.

Early Detection of Skin Cancer: Melanoma is a very dangerous skin cancer. If its thickness is d 1mm, almost all patients die. A dermatologist looking at lesions on the skin must distinguish immediately if a lesion is suspicious and send it to pathology to determine if it is indeed melanoma. This requires many years of experience, and a less experienced dermatologist may miss the suspicious lesions which may lead to serious effect. It seems that there is no approved method for the automatic detection of melanoma.
We developed a system that incorporated AgClBr fibers and made it possible to carry out spectroscopic measurements in the mid-IR on lesions on the skins of patients. Clinical measurements were carried out at the Dermatology Department at the Ichilov Hospital. Expert dermatologists detected suspicious lesions and we carried out measurement on each lesion and on neighboring skin. Measurements were done on 90 patients and only 5 lesions were found to be melanoma (by histopathology). We made a great effort to to analyze the results and to see differences in the mid-IR spectra of the melanoma lesions and the benign lesions. Only lately we found a mathematical algorithm that seems to do the job. However, our statistics is insufficient. We plan to carry out many more measurements in the department of Prof. Scope at the Sheba Hospital. If our algorithm indeed works, it will open the way for an automatic early detection of melanoma, without relying on the skill of the examining dermatologist.

ד"ר איתי אפשטיין, יחד עם חוקרים מספרד, ארה"ב, פורטוגל וצרפת, הצליחו לבנות מהוד אופטי אשר מסוגל לדחוס קרינה אינפרא-אדומה לחלל הקטן פי מיליארד מנפחה הרגיל

החוקר.ת מאחורי המחקר

מחקרים אחרונים

פרופ' קובי שויער, מעריב, יולי 2020

טופס לעובד מחקר

תוכנית המכשירה מנהלים לתפקידים בכירים בעולמות הייצור, התפעול והפיתוח של מוצרים טכנולוגיים

ידיעות נוספות בנושא

ד"ר לאה ביילקין

ד"ר לאה ביילקין

שיתוף פעולה בין חוקרי הפקולטה להנדסה לסגל הרפואי של איכילוב

ידיעות נוספות בנושא

ד"ר ירדן מזור

ד"ר ירדן מזור

פרופ' מקסים סוקול

ד"ר מקסים סוקול

ד"ר וסים חליחל

ד"ר וסים חליחל

סמינר המחלקה להנדסה ביו-רפואית

עמודים