חדשות

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

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.  

לכתבה ב YNET

אלה שמתאהבים בבעיה הם אלה שממציאים לה פתרון

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