מחקרים

RESEARCH

מה מעניין אותך?

כל הנושאים
אמנויות
מוח
הנדסה וטכנולוגיה
חברה
מדעים מדויקים
ניהול ומשפט
סביבה
רוח
רפואה ומדעי החיים

לובי מחקרים

carousle news research: 
בחר את סוג הלובי: 
מחקרים
עטלף תל אביבי בפעולה. צילום: שטפן גרייף

מחקר

20.07.2021
עטלפים תל אביביים נהנים יותר

עטלפות ועטלפי העיר חקרניים יותר, נהנים משפע המזון העירוני ומבקרים במגוון רב יותר של עצים מדי לילה לעומת עטלפי הכפר

 

  • רפואה ומדעי החיים

מחקר חדש של חוקרות וחוקרים מאוניברסיטת תל אביב מצא כי בדומה לתל אביביות ולתל אביבים שחיים בעיר ונהנים משפע קולינרי עשיר - כך גם עטלפי העיר, שמבקרים מדי לילה במגוון עצי פרי וטועמים מכמה שיותר סוגי מזון. זאת לעומת עטלפי הכפר, שמעדיפים לצמצם את הבילוי שלהם לעץ אחד או שניים וליהנות מפרותיהם בלבד. ויש גם כאלה שממש כמו אצלנו, מגיעים העירה מהפרוורים רק כדי לפתוח שולחן, ואחרי הארוחה חוזרים לישון בשקט בבית.

 

וביניהם - עטלף העיר ועטלף הכפר

למרות התגברות תהליך האורבניזציה שדוחק את רגליהם של בעלי חיים רבים ומרחיק אותם מהעיר, ישנם כאלה שמשגשגים דווקא בין האוטובוסים, גורדי השחקים וגינות המשחקים, בהם גם עטלפי הפירות. עטלפים אלו, בדומה לבני אדם, חיים במגוון סביבות מחיה.

 

הסביבה העירונית שונה מהותית מזו הכפרית מבחינת מגוון ונגישות המזון. למרות שבעיר מגוון העצים ביחידת שטח גדול יותר, העטלפים צריכים להתמודד עם אתגרים רבים, כמו תמרון תעופה בין בניינים והישמרות מפני בני אדם ובעלי חיים נוספים. זאת לעומת האזור הכפרי, שבו אמנם העצים מרוכזים לרוב במטעים ובפרדסים, ללא מחסומים וסכנות, אך הוא מציע מגוון מצומצם יותר, היות ולרוב מדובר בעצים אותו הסוג.

 

בגלל השוני הסביבתי המהותי בפיזור ובמגוון עצי הפרי שבין העיר לכפר, אופי התנועה של העטלפים בעת חיפוש עצי המזון באזורים אלו משתנה, וזה מה שעניין את צוות החוקרים בהובלת תלמידת המחקר קטיה אגרט-ברג, בהנחיית פרופ' יוסי יובל, ראש בית הספר סגול למדעי המוח, חבר בית הספר לזואולוגיה בפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס' וייז, ומוזיאון הטבע ע"ש שטיינהרדט.

 

מגיעים העירה כדי לאכול

החוקרים עקבו בעזרת מכשירי GPS זעירים אחרי עטלפים עירוניים וכפריים, כדי לבדוק האם אופי התנועה שלהם בזמן חיפוש המזון מושפע מסביבת המגורים שלהם או מהסביבה שבה הם מחפשים מזון.

 

החוקרים מצאו כי כאשר עטלפי פירות ניזונים בעיר הם הרבה יותר חקרניים, נהנים מהשפע העירוני, מבקרים במגוון עצי פרי בכל לילה ורוצים לטעום מכמה שיותר מזונות מגוונים. לעומתם, עטלפי הכפר מתמקדים בכל לילה בעץ פרי יחיד או שניים בלבד. "ראינו שבעוד שבכפר 8 עצים בערך מהווים כ-70% מהתזונה של העטלף, בעיר מדובר ביותר מפי 2 (כ-17 עצים). מכיוון שהעטלפים נראים כמי שבוחרים את העצים אותם הם מבקרים, אנו משערים שמגוון המזון מייצג גם את איכות הדיאטה שלהם", מסבירה קטיה אגרט-ברג, שהובילה את המחקר.

 

בנוסף, מצאו החוקרים כי בקרב קבוצת עטלפי הכפר הלנים באזורים כפריים היו רבים שיצאו מדי לילה לעיר כדי לחפש מזון, ובתום הארוחה חזרו ללון בכפר. עטלפים אלו הציגו בזמן שהותם בעיר אופי תעופה זהה לזה של העטלפים שחיים בעיר לאורך כל שעות היממה. "היה מעניין לראות שהעטלפים, ממש כמו אנשי פרוורים, יודעים להחליט ולעשות מה שמתאים להם", מספרת קטיה. "מצד שני, נתקלנו גם במקרים שבהם עטלפי עיר יצאו לאכול בכפר. זה קרה כאשר המטעים הציעו פירות איכותיים, כמו אפרסמון למשל". המחקר החדש פורסם לאחרונה בכתב העתBMC Biology .

 

סליחה? איך אני מגיעה לרוטשילד פינת שינקין?

על פי ממצאי המחקר מעריכים החוקרים כי גם עטלפים אשר חיים כל חייהם בסביבה כפרית יוכלו להתמצא בסביבה אורבנית ומתועשת, בזכות הגמישות שבה ניחנו. לטענתם, יש מיני בעלי חיים שיכולת ההתמצאות שלהם בסביבה חדשה ובלתי מוכרת היא נרכשת. מינים כאלה, בהם למשל עטלפי הפירות, יצליחו במקרים רבים להסתגל לחיים באזורים עירוניים.

 

"כיצד בעלי חיים מתמודדים עם אורבניזציה היא אחת השאלות המרכזיות והחשובות במחקר האקולוגי כיום, אומר פרופ' יובל ומסכם "השטח העירוני מתאפיין בקיטוע רב ויש לנו כיום הבנה מועטה בלבד כיצד בעלי החיים, במיוחד בעלי חיים קטנים כמו העטלפים, נעים ואף עפים בשטח כזה. הבנת אופן ההסתגלות של בעלי החיים לשטחים העירוניים יכולה לעזור לנו במאמצי השימור שלהם."

 

מחקר

19.07.2021
החומר החדשני שמגיב בכל פעם בצורה שונה לאותן הפעולות בדיוק

חוקרים מאוניברסיטת תל אביב פיתחו חומר חדשני שמגיב בשלל צורות ותבניות בכל פעם שמופעלים עליו מאמצים חיצוניים

  • הנדסה וטכנולוגיה

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.

 

חומרים שזוכרים את ההיסטוריה

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.

 

גמישות ופוטנציאל לתכנות

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".

מחקר

14.07.2021
מחקר חדש מצא הבדלים בין גברים לנשים ברמת הנוגדנים לקורונה

עוד עולה מהמחקר כי לצעירים יש ריכוז נוגדנים גבוה יותר ולאורך זמן לעומת מחוסנים מבוגרים

  • רפואה ומדעי החיים

במחקר משותף של אוניברסיטת תל אביב והמרכז הרפואי שמיר (אסף הרופא) החוקרים בדקו את רמת הנוגדנים במעל ל-26 אלף דגימות של מחלימים, מחוסנים ולא מחוסנים מקוביד-19. התוצאות הסרולוגיות מראות שרמת הנוגדנים משתנה בהתאם לקבוצת גיל, מגדר, סימפטומים וזמן אחרי חיסון.

 

לרוב בקרב צעירים ריכוז גבוה של נוגדנים הוא תוצאה של תגובה חיסונית חזקה ואצל מבוגרים זה דווקא סימן לתגובת-יתר של מערכת החיסון ומשויכת למקרי מחלה קשים יותר.

 

את המחקר ערכו הצוותים של פרופ' נועם שומרון, ראש מעבדת מחקר בגנומיקה חישובית בפקולטה לרפואה ע"ש סאקלר באוניברסיטת תל אביב, וד"ר עדינה בר חיים, מהמרכז הרפואי שמיר. אספה את הנתונים ד"ר רמזיה אבו חאמד מבית החולים אסף הרופא, ואת האנליזה ביצע גיא שפירא – דוקטורנט במעבדה של פרופ' שומרון.

 

הממצאים העיקריים מראים שהתגובה החיסונית של מחוסנים בשתי מנות חיסון, חזקה בהרבה מהתגובה של המחלימים. כלומר, ריכוז הנוגדנים בדם גבוה משמעותית אצל המחוסנים לעומת ריכוז הנוגדנים בדם אצל המחלימים, כמעט פי 4.

 

יש הבדל בין נשים לגברים מחוסנים, בריכוז הנוגדנים בדם ביחס לגיל ומגדר. אצל נשים, ריכוז הנוגדנים מתחיל לעלות מגיל 51 ומעלה, והוא גבוה יותר יחסית לריכוז הנוגדנים אצל גברים בגילאים אלו. יתכן ותופעה זו קשורה לירידה בהורמון האסטרוגן, הנצפית באזור גיל זה ומשפיעה על מערכת החיסון. אצל גברים, רואים עליה בריכוז הנוגדנים בגיל מוקדם יותר לעומת הנשים, החל מגיל 35. יתכן וזה קשור לשינויים ברמות ההורמון הגברי – טסטוסטרון והשפעתו על מערכת החיסון.

 

באופן כללי, לצעירים יש ריכוז נוגדנים גבוה יותר ולאורך זמן לעומת מחוסנים מבוגרים. יש ירידה של עשרות אחוזים לאורך הזמן בין הגילאים הצעירים לגילאים המאוד מבוגרים.

 

לסיכום, צריך מחקרים נוספים על מנת להבין לעומק את תגובת מערכת החיסון לקוביד-19, להחלמה ולחיסונים. החוקרים מקווים כי יוכלו בעתיד לספק מדד לגבי חוזק החיסון בהתאמה לגיל, מגדר וסימפטומים.

 

מחקר

07.07.2021
פיצוץ אדיר בחלל פתר תעלומה בת אלף שנה

כוכב שסיים את חייו בגלקסיה רחוקה והתפוצץ בעוצמה רבה פתר תעלומה אסטרונומית מהמאה ה-11

 

  • מדעים מדויקים

מחקר חדש בהשתתפות חוקר מאוניברסיטת תל אביב גילה סופרנובה מסוג חדש - סופרנובת לכידת אלקטרונים (Electron Capture Supernova). סופרנובות מסוג זה נחזו באופן תיאורטי לפני כ-40 שנה, אך עד כה לא נצפה מקרה משכנע של אחת כזו ביקום. התגלית גם שופכת אור על תעלומת סופרנובה משנת 1054, שנצפתה על ידי אסטרונומים מהתקופה ושרידיה מופיעים כיום כערפילית העקרב.

 

פיצוצים  במרחק 31 מיליון שנות אור

מהי סופרנובה? זהו פיצוץ של כוכב, שמתרחש בעקבות הפרת האיזון שקיים בכוכבים במהלך חייהם בין שני כוחות מנוגדים. כוח המשיכה מנסה לכווץ כל כוכב. השמש שלנו, למשל, מחזיקה מעמד נגד כיווץ כזה בזכות קיומה של בעירה גרעינית בליבה שלה, אשר מייצרת לחץ שמתנגד לכוח המשיכה. כל עוד יש בעירה גרעינית, כוח המשיכה לא יצליח לגרום לכוכב לקרוס. אולם, בסופו של דבר, הבעירה הגרעינית מסתיימת, ממש כמו שהדלק ברכב אוזל, והכוכב קורס. עבור כוכבים כמו השמש, הליבה שקרסה נקראת ננס לבן, שהיא ליבה דחוסה שנותרת כאשר כוכב הכבד עד פי 8 מהשמש מסיים את חייו. החומר הוא כה דחוס, עד שכוחות קוונטיים בין האלקטרונים מונעים קריסה נוספת שלו.

 

סופרנובות לכידת אלקטרונים נוצרות מהפיצוצים של כוכבים הכבדים פי 8-9 מהשמש. עבור כוכבים כאלה, הכוחות הקוונטיים לא מספיקים לעצור את הדחיסה, והליבה ממשיכה לקרוס עד היווצרותם של כוכב נויטרונים או חור שחור, בתהליך שמלווה בליווי פיצוץ ענק.

 

במהלך העשורים האחרונים, אסטרופיזיקאים גיבשו תחזיות לאופן שבו אמור להראות פיצוץ שנוצר כתוצאה מלכידת אלקטרונים בליבת כוכב שקורס. הכוכב אמור לאבד חומר בעל הרכב כימי מסוים בשנים שלפני קריסתו, והפיצוץ עצמו אמור להיות חלש יחסית, לייצר מעט נשורת גרעינית, ולפזר יסודות עתירי נויטרונים.

 

במחקר חדש בהשתתפותו של ד"ר יאיר הרכבי מהפקולטה למדעים מדויקים ע"ש סאקלר, מוצגת הסופרנובה SN2018zd, שהתגלתה בשנת 2018 על ידי האסטרונום החובב קואיצ׳י איטאגאקי מיפן. לסופרנובה הזו, הממוקמת בגלקסיה NGC 2146, יש בדיוק את כל התכונות המצופות מסופרנובת לכידת אלקטרונים, אשר לא נצפו עד כה באף סופרנובה אחרת. כמו כן, מאחר שסופרנובה זו קרובה אלינו יחסית - רק כ-31 מיליון שנות אור מאיתנו - הצליחו החוקרים לזהות את הכוכב כפי שנראה לפני הפיצוץ, בתמונות ארכיון שצולמו ע״י טלסקופ החלל האבל. המחקר התפרסם בכתב העת היוקרתי Nature Astronomy.

 

כך תזהו סופרנובת לכידת אלקטרונים

בעוד סופרנובות אחרות שהתגלו בעבר הציגו רק חלק מהתכונות המצופות מסופרנובת לכידת אלקטרונים, SN2018zd מציגה את כל שש התכונות המתאימות:

  • כוכב בתחום המסות המתאים בטרם הפיצוץ
  • איבוד חומר לפני הפיצוץ
  • הרכב כימי מיוחד
  • פיצוץ חלש יחסית
  • פיזור של נשורת גרעינית מועטה
  • פיזור של יסודות עתירי נויטרונים

 

"בהתחלה תהינו מהי הסופרנובה המוזרה הזו", אומר דאיצ׳י היראמטסו מאוניברסיטת סנטה ברברה בקליפורניה, שהוביל את המחקר. ״לאט לאט הבנו שאפשר להסביר את כל התכונות של הסופרנובות באמצעות תרחיש לכידת האלקטרונים״.

 

שופכים אור על סופרנובת "ערפילית העקרב"

התגלית שופכת אור גם על אחת הסופרנובות המפורסמות ביותר מהעבר. בשנת 1054, התפוצץ כוכב בגלקסיה שלנו, גלקסיית שביל החלב. לפי רישומים סיניים מאותה התקופה, הפיצוץ היה כה בהיר עד כי נראה במשך היום, ובלילה הטיל צל. השאריות של אותה סופרנובה, הקרויות כיום "ערפילית העקרב", נחקרו לעומק ונמצאו כבעלות הרכב לא שגרתי. ההשערה הייתה כי אותה סופרנובה נבעה מלכידת אלקטרונים, אך מכיוון שהיא התרחשה לפני קרוב ל-1000 שנה, לא ניתן היה להוכיח זאת. כעת, עם הגילוי של SN2018zd, מתחזקת ההשערה שגם הסופרנובה של שנת 1054 אכן הייתה מסוג לכידת אלקטרונים.

 

"זה מדהים שבאמצעות כלים מודרניים אנחנו שופכים אור גם על אירועים היסטוריים ביקום", אומר ד"ר הרכבי. "כיום, עם טלסקופים רובוטיים שסורקים את השמים ביעילות חסרת תקדים, אנחנו יכולים לגלות עוד ועוד תופעות נדירות אך קריטיות להבנת חוקי הטבע, מבלי שנצטרך לחכות עוד 1000 שנה בין אירוע אחד לשני".

 

ד"ר הרכבי הוא חבר בפרויקט הסופרנובה העולמי ועושה שימוש ברשת הטלסקופים לאס קומברס, כדי לחקור תופעות משתנות ונדירות כמו סופרנובות, מיזוגי כוכבי נויטרונים, וקריעה של כוכבים על ידי חורים שחורים.

 

ד"ר יאיר הרכבי (צילום: ישראל הדרי)

מחקר

06.07.2021
מגע הקסם: החיישן שמשקם את יכולת החישה

טכנולוגיה ראשונה מסוגה משחזרת את תחושת המגע בעצבים שנפגעו בעקבות קטיעה או פציעה

 

  • הנדסה וטכנולוגיה

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.

 

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".

 

החיישן פועל על כוח החיכוך

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 שבו 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 איפשר 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

30.06.2021
התרופות שיגיעו במונית ספיישל לתא החולה

לראשונה בעולם: טכנולוגיה להובלת תרופות לתאים הנגועים בסרטן מבלי לפגוע בתאים הבריאים

  • רפואה
  • רפואה ומדעי החיים

טכנולוגיה פורצת דרך של אוניברסיטת תל אביב עשויה לחולל תפנית באופן הטיפול בסרטן מסוגים שונים ובשורה ארוכה של מחלות ומצבים רפואיים: צוות חוקרים בהובלת פרופ' דן פאר, מחלוצי פיתוח נשאי התרופות מבוססות-הרנ"א בעולם, הצליח לייצר שיטת הובלה חדשה לתרופות מבוססות-רנ"א לתת-אוכלוסיית תאים של מערכת החיסון שמשתתפת בתהליך הדלקתי, ולהתביית על התא הנגוע במחלה מבלי לחולל נזק לשאר התאים. פרופ' פאר הוא סגן הנשיא למחקר ופיתוח, ראש המרכז לרפואה תירגומית וחוקר בכיר בבית הספר למחקר ביו-רפואי וחקר הסרטן ע"ש שמוניס בפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' סוייז ובמרכז לננו-מדע וננוטכנולוגיה.

 

להוציא את התאים הבריאים מהמשחק

"הפיתוח שלנו משנה למעשה את עולם הנוגדנים" מסביר פרופ' פאר. "כיום אנחנו מציפים את הגוף בנוגדנים שהם אמנם סלקטיביים, אך פוגעים בכל התאים שמבטאים את הקולטן, מבלי תלות בצורתם הנוכחית. אנחנו הוצאנו מהמשחק תאים בריאים שיכולים לעזור לנו, כלומר תאים שאינם דלקתיים, ובהזרקה פשוטה לדם להשתיק, לבטא או לערוך גן מסוים אך ורק בתאים הדלקתיים באותו רגע נתון".

 

במסגרת המחקר, פרופ' פאר וצוותו הצליחו להדגים את הפיתוח פורץ הדרך בחיות מודל של מחלות מעי דלקתיות כמו מחלת קרוהן וקוליטיס ולשפר את כל המדדים הדלקתיים, זאת מבלי לבצע כל מניפולציה על כ-85% מתאי המערכת החיסונית. "על כל מעטפת של תא בגוף, כלומר על הממברנה התאית או קרום התא, יושבים קולטנים שבוררים אילו חומרים ייכנסו לתא", מסביר פרופ' פאר. "אם אנחנו רוצים להחדיר תרופה, אנחנו צריכים להתאים אותה לקולטנים המסוימים על תאי המטרה, אחרת היא תסתובב במחזור הדם ולא תעשה שום דבר. אלא שחלק מהקולטנים האלה דינמיים: הם משנים את צורתם על גבי הקרום בהתאם לסיגנלים חיצוניים או פנימיים. לראשונה בעולם, הצלחנו לייצר מערכת הובלה של תרופות שיודעת להיקשר אך ורק לקולטנים במצב מסוים, ולפסוח על שאר התאים הזהים, כלומר להוביל תרופה אך ורק לתאים שרלוונטיים כרגע למחלה".

 

את המחקר הוביל פרופ' פאר יחד עם ד"ר נילס דמס, פוסט דוקטורנט מהולנד, ובשיתוף ד"ר סריניבס רמישטי, ד"ר מאיר גולדשמיט וד"ר נופר ויגה, ממעבדתו של פרופ' דן פאר. עוד השתתפו במחקר פרופ' גייסון דרלינג ופרופ' אלן פקרד מאוניברסיטת הרווארד שבארה"ב. המחקר מומן על ידי האיחוד האירופי, במסגרת תוכנית המצטיינים האירופית (ERC), והוא פורסם בכתב העת Nature Nanotechnology.

 

מערכת הובלה סלקטיבית

פרופ' פאר וצוותו פיתחו בעבר מערכות הובלה המבוססת על ננו-חלקיקים שומניים, מערכת מתקדמת מסוגה שכבר זכתה לאישוש קליני להובלת תרופות מבוססות-רנ"א לתאים. כעת, הם מנסים להפוך את מערכת ההובלה לסלקטיבית עוד יותר. "לפיתוח שלנו יש השלכות להמון תחומים בסרטני דם ובסוגים שונים של סרטנים מוצקים, במחלות דלקתיות שונות ובמחלות ויראליות כמו הקורונה למשל. היום אנחנו יודעים לעטוף רנ"א בחלקיקים מבוססי-שומן, כך שייקשר לקולטנים הספציפיים על תאי המטרה", מספר פרופ' פאר. "אלא שתאי המטרה משתנים כל הזמן. הם עוברים ממצב 'קושר' למצב 'לא קושר' לפי הנסיבות. אם אנחנו נחתכים למשל, לא כל תאי מערכת החיסון שלנו עוברים למצב 'קושר', כי לא צריך את כולם כדי לטפל בחתך קטן. לכן פיתחנו חלבון מאוחה, שיודע להיקשר אך ורק למצב האקטיבי של הקולטנים בתאי מערכת החיסון. את החלבון שפיתחנו בדקנו בחיות מודל של מחלות מעי דלקתיות, גם אקוטית וגם כרונית".

 

"הצלחנו לסדר את מערכת ההובלה כך ששינינו את הרנ"א רק ל-14.9% מהתאים שהיו מעורבים במצב הדלקתי של המחלה, וזאת מבלי לגעת לרעה בשאר התאים הלא-מעורבים, שהם למעשה תאים בריאים לגמרי", אומר פרופ' פאר ומסכם "על ידי היקשרות ספציפית לתת-אוכלוסיית התאים, הצלחנו לשפר את כל המדדים של הדלקת, ממשקל החיה ועד לציטוקינים הפרו-דלקתיים (חלבונים קטנים שמהווים את הבסיס לתקשורת בין תאי מערכת החיסון ובין תאים השייכים לרקמות הגוף). השווינו את התוצאות שלנו לתוצאות של נוגדנים שנמצאים היום בשוק לחולי קרוהן-קוליטיס, ומצאנו שהתוצאות שלנו היו זהות או טובות יותר, מבלי לגרום לרוב תופעות הלוואי הנלוות להחדרת נוגדנים לכלל אוכלוסיית התאים. במילים אחרות, הצלחנו להסיע את התרופה ב"מונית ספיישל" כירוגית ישירות לתאים החולים".

 

פרופ' דן פאר

 

מחקר

30.06.2021
זרם חשמלי "בריא" בתוך גוף האדם

חוקרים באוניברסיטת תל אביב פיתחו חומר חדשני שמייצר אנרגיה ירוקה באמצעות הפעלת כוח מכני

 

  • הנדסה וטכנולוגיה
  • רפואה ומדעי החיים

פיתוח ננוטכנולוגי חדש של צוות מחקר בינלאומי בהובלת חוקרים מאוניברסיטת תל אביב יאפשר לייצר זרם ומתח חשמליים בתוך גוף האדם, באמצעות הפעלת איברים שונים בגוף (כוח מכני). לטענת החוקרים, הפיתוח מכיל חומר ביולוגי חדשני חזק מאוד, דמוי-קולגן, שאינו רעיל וידידותי לרקמות הגוף. החוקרים מעריכים שיש לננוטכנולוגיה החדשה יישומים פוטנציאליים רבים בתחום הרפואה, ביניהם קצירת אנרגיה נקיה להפעלת התקנים שהושתלו בגוף (דוגמת קוצבי לב) באמצעות תנועות טבעיות של הגוף וללא צורך בסוללות.

 

"קולגן הוא החלבון הנפוץ ביותר בגוף האדם, ומהווה כ-30% מכלל החלבונים בגופנו. מדובר בחומר ביולוגי בעל מבנה סלילי, עם מגוון תכונות פיזיקליות חשובות, כמו חוזק מכני וגמישות, שיכולות להתאים לשימושים רבים," מסביר פרופ' אהוד גזית. "עם זאת, מכיוון שמולקולת הקולגן עצמה היא גדולה ומורכבת, מחפשים החוקרים כבר זמן רב מולקולה מינימליסטית, קצרה ופשוטה המתבססת על קולגן ומציגה תכונות דומות."

 

"לפני כשנה וחצי פרסמה קבוצתנו בכתב העת Nature Materials מחקר שבו נעזרנו באמצעים ננוטכנולוגיים כדי להנדס  חומר ביולוגי חדש שעונה על דרישות אלה. מדובר בטריפפטיד - מולקולה קצרה ביותר בשם Hyp-Phe-Phe, המורכבת משלוש חומצות אמינו בלבד - שמסוגל בתהליך פשוט של הרכבה עצמית ליצור מבנה סלילי דמוי קולגן, גמיש ובעל חוזק דומה לזה של המתכת טיטניום. במחקר הנוכחי ביקשנו לבחון אם לחומר החדש שפיתחנו יש תכונה נוספת המאפיינת את הקולגן – פייזואלקטריות: יכולתו של חומר לייצר זרם ומתח חשמליים בעקבות הפעלת כוח מכני, או להפך, ליצור כוח מכני בעקבות חשיפה לשדה חשמלי."

 

המחקר נערך בהובלת פרופ' גזית מבית הספר למחקר ביו-רפואי וסרטן ע"ש שמוניס בפקולטה למדעי החיים ומהמחלקה למדע והנדסה של חומרים בפקולטה להנדסה, ובהשתתפות צוות החוקרים ממעבדתו - ד"ר סנטו ברה וד"ר וויי ג'י. כמו כן, במחקר השתתפו חוקרים ממכון וייצמן וממגוון מוסדות מחקר באירלנד, בסין ובאוסטרליה. בעקבות הממצאים קיבלו החוקרים לאחרונה שני מענקי ERC-POC שמטרתם לתרגם את המחקר המדעי של מענק ה ERC שגזית זכה בו בעבר לטכנולוגיה יישומית. המאמר פורסם בכתב העת היוקרתי Nature Communications.

 

במסגרת המחקר, החוקרים יצרו מבנים ננומטריים של החומר המהונדס, ובעזרת מכשור ננוטכנולוגי מתקדם הפעילו עליהם לחץ מכני. הניסוי העלה כי החומר אכן מייצר זרם ומתח חשמליים כתוצאה מהלחץ. יתרה מכך, מבנים זעירים בסדר גודל של מאות ננומטרים הראו פייזואלקטריות שהיא מהגבוהות שהתגלו אי-פעם, המשתווה או עולה על זו של החומרים הפייזואלקטריים הנפוצים היום בשוק (שרובם מכילים עופרת ולכן אינם מתאימים ליישומים רפואיים).  

 

מנוע זעיר וידידותי

לדברי החוקרים, לתגלית של פייזואלקטריות בסדר גודל כזה בחומר ננומטרי יש חשיבות רבה, שכן היא מדגימה את היכולת של החומר המהונדס לשמש כמעין מנוע זעיר עבור התקנים קטנים מאוד. בהמשך יישמו החוקרים שיטות של קריסטלוגרפיה וחישוביות במכניקת הקוונטים (Density functional theory) בכדי להבין לעומק את ההתנהגות הפייזואלקטרית של החומר, במטרה לאפשר הנדוס מדויק של גבישים לבניית התקנים ביו-רפואיים.

 

פרופ' גזית מוסיף: "רוב החומרים הפייזואלקטריים המוכרים היום הם חומרים רעילים מבוססי עופרת, או פולימרים, כלומר הם אינם ידידותיים לסביבה ולגוף האדם. החומר שהחדש שלנו, לעומת זאת, הוא ביולוגי לחלוטין, ולכן מתאים לשימושים בתוך הגוף. כך לדוגמה, התקן העשוי מחומר זה עשוי להחליף סוללה שמספקת אנרגיה לשתלים כמו קוצבי לב, אך יש להחליפה מעת לעת. תנועות הגוף – פעימות הלב, תנועות הלסת, תנועות המעיים או כל תנועה אחרת המתרחשת בגוף באופן שוטף – יטענו את ההתקן בחשמל, שיפעיל את השתל לאורך זמן."

 

כעת, במסגרת מחקרי המשך, מבקשים החוקרים להבין את המנגנונים המולקולריים של החומר המהונדס, במטרה לממש את הפוטנציאל העצום הטמון בו, ולהפוך את התגלית המדעית לטכנולוגיה יישומית. בשלב זה הדגש הוא על פיתוח התקנים רפואיים, אך פרופ' גזית מדגיש כי "לחומרים פייזואלקטריים ידידותיים לסביבה, כמו זה שפיתחנו, יש פוטנציאל אדיר במגוון רחב של תחומים - מכיוון שהם מייצרים אנרגיה ירוקה באמצעות כוח מכני המופעל ממילא. כך לדוגמא, מכונית שנוסעת בכביש תוכל להדליק את תאורת הרחוב. כמו כן עשויים חומרים אלה להחליף חומרים פייזואלקטריים מכילי-עופרת שנמצאים כיום בשימוש נרחב, אך מעלים חשש לדליפה של המתכת הרעילה לסביבה."

 

מחקר

28.06.2021
תגלית מרעישה בחפירות בישראל: התגלה טיפוס חדש של אדם קדום שאינו מוכר למדע

עצמותיו של טיפוס אדם קדום שחי באזורנו עד לפני כ-130 אלף שנה התגלו בחפירות באתר הפרהיסטורי "נשר רמלה"

 

  • רפואה ומדעי החיים

חוקרים מאוניברסיטת תל אביב והאוניברסיטה העברית זיהו סוג חדש של אדם קדום באתר של "נשר רמלה", שחי בארץ עד לפני 130 אלף שנה. על פי החוקרים, המורפולוגיה של טיפוס אדם "נשר רמלה" היא מורפולוגיה כללית, והוא חולק תכונות גם עם הניאנדרטליים (בעיקר בשיניים ובלסת) וגם עם בני אדם קדומים יותר כדוגמת ההומו ארקטוס (בעיקר בגולגולת). יחד עם זאת, הוא שונה מאוד מהאדם המודרני - מבנה הגולגולת אחר לחלוטין, אין לו סנטר והשיניים גדולות מאוד. בעקבות ממצאי המחקר, החוקרים סבורים שקבוצת האדם הקדום "נשר רמלה" היא אוכלוסיית המוצא שממנה התפתחו מרבית אוכלוסיות האדם בפלייסטוקן התיכון, כולל הניאנדרטלים מאירופה, והם אלה שהזדווגו עם ההומו ספיינס שהגיעו לאזור לפני כ-200 אלף שנה (על פי הממצא האנושי ממערת מיסליה).

 

מאחורי התגלית המסעירה, שהתפרסמה בכתב העת היוקרתי Science, עומדים שני צוותי מחקר: צוות אנתרופולוגי בראשות פרופ' ישראל הרשקוביץ, ד"ר הילה מאי וד"ר רחל שריג מהפקולטה לרפואה ע"ש סאקלר, מרכז דן דוד לחקר תולדות האדם ומכון שמוניס לאנתרופולוגיה, היושבים במוזיאון הטבע ע"ש שטיינהרדט באוניברסיטת תל אביב, וצוות ארכיאולוגי בראשות ד"ר יוסי זיידנר מהמכון לארכיאולוגיה באוניברסיטה העברית בירושלים. החפירות באתר נוהלו מטעם המכון לארכיאולוגיה ע"ש זינמן, אוניברסיטת חיפה.

 

 

האדם הקדום "החדש"

"החשיבות המדעית במציאת טיפוס חדש של אדם מאפשרת לנו לעשות סדר בעולם המאובנים, להרכיב חתיכה נוספת בפאזל של התפתחות האדם הקדום ולהבין את המסעות שהוא עבר ברחבי העולם הישן," אומר פרופ' הרשקוביץ. "טיפוס אדם "נשר רמלה" הוא הגשר שבין האוכלוסיות האסייתיות והאירופאיות בפלייסטוקן התיכון ומראה שחלק מהמאובנים של אותה תקופה שמוינו למינים שונים הם למעשה ואריינטים גיאוגרפים מקומיים של אותה קבוצה – קבוצת נשר רמלה".   

 

המאובן האנושי התגלה על ידי ד"ר זיידנר מהאוניברסיטה העברית בחפירות הצלה שנערכו באתר הפרהיסטורי "נשר רמלה". אתר זה שוכן באזור הכרייה של מפעל המלט נשר (בבעלות לן בלווטניק) הסמוך לעיר רמלה. במהלך חפירת האתר, בעומק של כשמונה מטרים, נחשפו עצמות רבות של בעלי חיים כמו סוסים, יחמורים ושורי בר, כלי אבן וכן עצמות אדם. בין העצמות נמצאו גם עצמותיו של האדם הקדום "החדש". צוות בינלאומי, בהובלת החוקרים מאוניברסיטת תל אביב וירושלים, זיהה אותו מורפולוגית כשייך לטיפוס חדש של אדם, שכאמור לא היה מוכר למדע. זהו טיפוס האדם הראשון שמוגדר בארץ, וכמקובל, האדם החדש זכה לשם על סמך מקום גילויו – "טיפוס אדם נשר רמלה".

 

ד"ר זיידנר ציין עוד כי "התגלית היא יוצאת דופן, לא העלינו בדעתנו שלצדו של הומו ספיינס הקדום הסתובבה פה קבוצת אדם נוספת ששרדה עד לשלב כל כך מאוחר בהיסטוריה האנושית. אם עד כה לא היו מספיק ממצאים בנוגע לסוג אדם זה, כעת נפתח לנו צוהר בזמן כדי לדעת יותר על אורח חייו ותרבותו שהיו קרובים מאוד לאלו של הומו ספיינס". ממצאים באשר לאורחות חייו, תרבותו וקשרים תרבותיים בין "אדם נשר רמלה" להומו ספיינס מתפרסמים אף הם היום בכתב העת המדעי Science במאמר מקביל.

 

פרופ' הרשקוביץ מוסיף כי גילוי של האדם הקדום "נשר רמלה" מאתגר את התפיסה המקובלת לפיה מוצא האדם הניאנדרטלי באירופה. "עד לחשיפת הממצאים החדשים, רוב החוקרים סברו שהניאנדרטליים הם 'סיפור אירופאי', כשקבוצות קטנות מהן נאלצו לנדוד דרומה עם התפשטות הקרחונים באירופה ואף הגיעו לארץ ישראל לפני כ-70,000 שנים. האיש מ"נשר רמלה" מאתגר את התיאוריה הזאת ומראה, שאבותיהם של הניאנדרטליים באירופה חיו בארץ ישראל כבר לפני כ-400,000 שנה, ומכאן הם נדדו (בהגירות חוזרות ונשנות) מערבה לאירופה ומזרחה לאסיה. הניאנדרטליים המפורסמים של מערב אירופה אינם אלא השרידים של אוכלוסייה גדולה בהרבה שחיה כאן בלבנט – ולא להפך".

 

צוות המחקר

 

לדברי ד"ר מאי, למרות שלצערנו לא השתמר דנ"א במאובן מנשר רמלה, הממצא יכול להציע פתרון לשאלה גדולה מאוד בהיסטוריה של האדם: כיצד הגיעו גנים של הומו ספיינס לתוך האוכלוסייה הניאנדרטלית שחיה באירופה זמן רב לפני שההומו ספיינס הגיע לשם. במחקרים קודמים גנטיקאים שחקרו את הדנ"א של הניאנדרטליים באירופה הניחו את קיומה של אוכלוסייה דמוית-ניאנדרטליים, אותה כינו "האוכלוסייה החסרה" או "אוכלוסייה אקס", שהזדווגה עם אוכלוסיית ההומו ספיינס לפני לפחות 100,000 שנים, וצאצאיה נדדו לאירופה. במאמר האנתרופולוגי שפורסם ב-Science, החוקרים טוענים כי האדם מ"נשר רמלה" מייצג את אותה אוכלוסייה חסרה בעדויות המאובנים של האדם. יתרה מכך, החוקרים טוענים שהאדם מ"נשר רמלה" איננו ממצא יחיד באזורינו, ושחלק ממאובני האדם שהתגלו בארץ בעבר ושהאנתרופולוגים התקשו שנים רבות בזיהויים, כמו המאובנים האנושיים ממערת טבון שהם בני כ-160 אלף שנה, ממערת זוטייה שהם בני כ-250 אלף שנה וממערת קסם שהם בני כ-400 אלף שנה, נמנים על אותה קבוצה אנושית חדשה - טיפוס אדם נשר רמלה.

 

ארץ ישראל ככור היתוך בעולם הישן

"אנשים חושבים בפרדיגמות", מסבירה ד"ר שריג, "לכן עד היום נעשו ניסיונות לשייך את המאובנים האלה לקבוצות אנושיות מוכרות כמו להומו ספיינס, להומו ארקטוס, להומו היידלברגנזיס או לניאנדרטלים, ועכשיו אנחנו באים ואומרים: לא – הם קבוצה בפני עצמה עם מאפיינים וסממנים מיוחדים. בשלב מאוחר יותר קבוצות קטנות של טיפוס אדם נשר רמלה נדדו גם לאירופה (בתקופות בינקרחוניות) – שם הם ידועים כקדם-ניאנדרטלים, והתפתחו, עם הזמן, להיות הניאנדרטלים ה'קלאסיים שאנחנו מכירים. בדומה, גם האוכלוסיות האסיאתיות הארכאיות שנושאות מאפיינים ניאנדרטלים (ונחשבו כהתפתחות מההומו ארקטוס המקומי) הם כנראה צאצאיהם של אוכלוסיות שנדדו מאזורינו (טיפוס אדם נשר רמלה) מזרחה לכיוון אסיה. בהיותה צומת דרכים בין אפריקה, אירופה ואסיה, ארץ ישראל הייתה כור היתוך ובה התערבבו האוכלוסיות האנושיות השונות זו בזו ונפוצו על פני כול העולם הישן.

 

ד"ר שריג סבורה שהגילוי הזה של טיפוס חדש של אדם עם תכונות קדמאיות (ארכאיות) וניאנדרטליות, עם דמיון למאובנים הן מאירופה והן ממזרח אסיה, יוביל לכך שההיסטוריה של הניאנדרטלים תילמד באופן שונה. שכן, כבר לא מדובר בסיפור אירופאי ייחודי אלא בסיפור רחב הרבה יותר, אירופאי-אסיאתי, כאשר הלבנט הוא נקודת ההתחלה או נקודת החיבור בין שתי היבשות.

 

"התגלית מאתר נשר רמלה כותבת פרק חדש ומרתק בסיפור האבולוציה של האדם" אומרת ד"ר שריג. ד"ר מאי מוסיפה: "כול מאובן חדש שמתגלה בכלל ובאזורינו בפרט עשוי להביא לתפנית בסיפור". "תפיסה רווחת בקרב האנתרופולוגים" אומר פרופ' הרשקוביץ היא ש"שהעבר משתנה (בהתאם לממצאים), רק העתיד בטוח".

 

 

צוות המחקר המהפכני

מחקר

28.06.2021
יש לך דקה?

חוקרים מאוניברסיטת תל אביב יצרו מערכת זיכרון חשמלי דקיקה בעובי שני אטומים בלבד

 

  • מדעים מדויקים

חוקרים מאוניברסיטת תל אביב הצליחו להנדס את הטכנולוגיה הזעירה ביותר בעולם, בעובי שני אטומים בלבד. לדבריהם, הטכנולוגיה החדשה מציעה דרך לקודד מידע חשמלי לתוך היחידה הדקה ביותר המוכרת למדע היום, בגביש שהוא מהחזקים והיציבים ביותר בטבע. פריצת הדרך תוכל להוביל לייעול בהתקנים אלקטרוניים מבחינת צפיפות, מהירות ועלות.

 

מערכת בעובי של שני אטומים

הדמיית עובר בבטן אמו, פירוק וירוס זעיר למרכיביו ואפילו האזנה לחורים שחורים שהתמזגו לפני מיליארד שנים - המשותף לפיתוח הטכנולוגיות האלה ולרבות אחרות הוא הסקרנות אודות התנהגותם של אטומים ואלקטרונים בחומר, והרצון לחזות ולשלוט בתכונות המשותפות שלהם כשהם מתמצקים יחד למבנה מסודר של גביש. בלב המחשב לדוגמה, מצוי התקן גבישי זעיר, שמטרתו לשלוט בתגובה כלשהי בעלת שני מצבים לפחות (מיתוג) - "כן" או "לא", "מעלה" או "מטה", "קטן" או "גדול". ללא חלוקה משלימה זו לא ניתן לקודד ולעבד מידע. האתגר הוא למצוא מנגנון שיאפשר מיתוג בהתקן קטן, מהיר וזול.

 

נכון להיום, ההתקנים המתקדמים ביותר עשויים מגבישים קטנטנים, המכילים כמיליון אטומים בלבד (כמאה אטומים בגובה, ברוחב, ובעובי), כך שאפשר למקם מיליון כמותם כמיליון פעמים בשטח של מטבע אחד, ולמתג כל אחד מההתקנים במהירות של כמיליון פעמים בשנייה. שיפור היחידות הזעירות כך שיפעלו באופן יעיל, מהיר, צפוף וזול יותר היא אולי המשימה המרכזית של המדע והתעשייה בעת הנוכחית.

 

צוות חוקרים מבית הספר לפיזיקה ולאסטרונומיה ומבית הספר לכימיה בפקולטה למדעים מדויקים ע"ש ריימונד ובברלי סאקלר, שכלל את מעיין ויזנר שטרן, יובל ושיץ, ד"ר ואי כאו, ד"ר יפתח נבו, פרופ' ערן סלע, פרופ' מיכאל אורבך, פרופ' עודד הוד וד"ר משה בן שלום, ועמיתיהם מיפן, הצליחו להנדס מערכת בעובי של שני אטומים בלבד, העשויה לאפשר דחיסה ועיבוד של מידע ובכך עשויה להביא לשיפור משמעותי בהתקנים אלקטרוניים בהיבטים שונים. בעקבות פריצת הדרך הטכנולוגית, החוקרים הצליחו לראשונה למזער משמעותית את עובי ההתקנים הגבישיים עד כדי שני אטומים בלבד. ד"ר בן שלום מדגיש כי המבנה החדש מאפשר התקני זכרון המתבססים על יכולת קוונטית של אלקטרונים לדלג ביעילות ובמהירות דרך מחסומים בעובי של מספר קטן של אטומים, ולכן עשויה לאפשר ייעול משמעותי בהתקנים אלקטרוניים מבחינת צפיפות, מהירות וצריכת אנרגיה. המחקר פורץ הדרך, שמומן בסיוע המועצה האירופאית למחקר ERC, הקרן הישראלית למדע ISF ומשרד המדעMOST , התפרסם לאחרונה בכתב העת היוקרתי Science.

 

משחק לגו אטומי

במסגרת המחקר, החוקרים עסקו בחומר דו-ממדי, שכבה בעובי אטום בודד של אטומי בור וחנקן המסודרים במבנה משושה מחזורי. במהלך הניסוי הם הצליחו לשבור את הסימטריה של גביש זה על ידי הרכבה מלאכותית של שתי שכבות כאלו. "בצורתו הטבעית והתלת-ממדית חומר זה בנוי ממספר רב של שכבות המונחות אחת על פני השניה, כאשר כל שכבה מסובבת ב-180 מעלות ביחס לשכבה שמתחתה, בתצורה אנטי מקבילה", מספר ד"ר בן שלום.

 

"במעבדה הצלחנו לערום את השכבות באופן מלאכותי בתצורה מקבילה, שממקמת לכאורה אטומים מאותו סוג בחפיפה מלאה למרות הדחייה החזקה שביניהם (כתוצאה ממטענם הזהה). בפועל, הגביש מעדיף להחליק את אחת השכבות מעט ביחס לשנייה, כך שרק חצי מהאטומים של כל שכבה חופפים, אך אלו שחופפים הם מסוגים שונים (כלומר עם מטען בסימן הפוך), בעוד ששאר האטומים ניצבים מעל (או מתחת), לחלל ריק - מרכז המשושה. על אף שמצב זה קצת פחות יציב מהסידור הטבעי (נקרא מצב מטא-סטבילי), הסידור החדש מבחין היטב בין השכבות. לדוגמה, אם בשכבה העליונה האטומים החופפים הם רק מסוג בור, הרי שבשכבה התחתונה המצב הפוך.

 

ד"ר בן שלום מוסיף כי התגלית התאפשרה הודות למאמץ משותף ופורה במיוחד עם עמיתיהם התיאורטיקנים שביצעו חודשים של סימולציות מחשב כדי לנתח לעומק למה האלקטרונים במערכת מסתדרים בדיוק כפי שמדדנו.

 

 

דרכים מקוריות לשליטה במידע בהתקנים של מחר

הדוקטורנטית מעיין ויזנר שטרן, ממובילות המחקר, מסבירה: "שבירת הסימטריה שהצלחנו ליצור במעבדה ואינה קיימת בגביש הטבעי, כופה על המטען החשמלי להתארגן מחדש בין השכבות וליצור קיטוב חשמלי זעיר בניצב למישור השכבות. הקיטוב הנגדי שנוצר נותר יציב גם כשהפסקנו את השדה החיצוני, בדומה למערכות 'פרו-אלקטריות' תלת ממדיות, שנמצאות בשימוש רחב בטכנולוגיה עכשווית".

 

"האפשרות לאלץ סידור גבישי ואלקטרוני במערכת כה דקה, עם מאפייני קיטוב והיפוך יחודיים הנובעים מקשרי הואן-דר-ואלס החלשים בין השכבות (כוחות הפועלים בין כל שני אטומים או שתי מולקולות שונות בטבע בעוצמות שונות), אינה מוגבלת רק לגביש הבור והחנקן", מוסיף ד"ר בן שלום. "למעשה, אנו צופים כי ניתן להרחיב את התופעה לגבישים שכבתיים רבים בעלי מאפייני סימטריה מתאימים, ולהשתמש בהחלקה הבין-שכבתית כדרך מקורית ויעילה למימוש התקנים אלקטרונים מתקדמים".

 

"אנו נרגשים לגלות מה יקרה במצבים אחרים שנכפה על הטבע, וחוזים כי אפשר יהיה ליצור צימודים חדשים בין דרגות חופש שונות. אנו מקווים כי המזעור וההיפוך באמצעות החלקה יביא לשיפור בהתקנים אלקטרוניים של היום, ובמיוחד יאפשר דרכים מקוריות אחרות לשליטה במידע בהתקנים של מחר. בנוסף להתקני מחשוב, ניתן לחזות תרומה להתקני גילוי, אגירה והתמרת אנרגיה, תגובה עם קרני אור ועוד. האתגר שלנו, כפי שאנו רואים אותו, הוא למצוא גבישים נוספים עם דרגות חופש חדשות ומחליקות", מסכמת ויזנר שטרן.

 

היפוך קיטוב חשמלי בין זוג שכבות אטומיות באמצעות החלקה

מחקר

27.06.2021
נישואים מאושרים מאריכים ימים

מחקר שכלל 10,000 גברים ישראלים קובע: גברים שאינם מרוצים בנישואין בסיכון גבוה לתמותה מוקדמת

 

  • רפואה ומדעי החיים

מחקר חדש של אוניברסיטת תל אביב חושף כי אי שביעות רצון בחיי הנישואין מהווה מנבא משמעותי למוות משבץ מוחי ולתמותה מוקדמת בקרב גברים, לא פחות מגורמי סיכון מוכרים כמו עישון והיעדר פעילות גופנית. המחקר התבסס על נתונים בריאותיים נרחבים ממחקר ארוך-טווח, שעקב אחר מקרי פטירה בקרב כ-10,000 גברים ישראלים לאורך למעלה מ-30 שנה.

 

המחקר נערך בהובלת חוקרים מבית הספר לבריאות הציבור בפקולטה לרפואה ע"ש סאקלר של אוניברסיטת תל אביב: פרופ' אורי גולדבורט מהחוג לאפידמיולוגיה ורפואה מונעת, שיזם וניהל את המחקר ארוך-הטווח, ד"ר שחר לב-ארי, ראש החוג לקידום הבריאות, וד"ר יפתח גפנר מהחוג לאפידמיולוגיה ורפואה מונעת. המאמר פורסם בכתב העת Journal of Clinical Medicine.

 

במסגרת המחקר, החוקרים ביצעו ניתוחים סטטיסטיים במסד נתונים של מחקר ארוך-טווח, שהחל בשנות ה-60  של המאה הקודמת, ועקב לאורך 32 שנים אחר בריאותם ודפוסי התנהגותם של כ-10,000 גברים, כולם עובדי מדינה ישראלים - עם דגש על מקרי פטירה משבץ מוחי וכן תמותה מכל סיבה.

 

בתחילת המחקר משתתפי המחקר היו בממוצע בגילאי 40, ולאורך השנים 64% מתוכם נפטרו ממחלות שונות. "ביקשנו לנתח את הנתונים שנאגרו לאורך השנים על פי פרמטרים שונים, במטרה לזהות גורמי סיכון התנהגותיים ופסיכו-חברתיים, שעלולים לנבא מוות משבץ מוחי ו/או מוות מוקדם מכל סיבה", מדגיש ד"ר לב-ארי.

 

החוקרים מסבירים כי בתחילת 30 שנות המחקר, משתתפי המחקר ארוך-הטווח התבקשו בין היתר לדרג את שביעות רצונם מחיי הנישואין, בסולם של 1 (מרוצה מאוד) עד 4 (לא מרוצה כלל). להפתעת החוקרים, מניתוח הנתונים עלה כי מדרג זה מהווה גורם מנבא לתוחלת החיים, לא פחות מעישון או מהעדר פעילות גופנית. כך לדוגמה, מספר הנפטרים משבץ מוחי היה גדול ב-69% בקרב אלה שהעניקו לנישואיהם ציון 4 (לא מרוצה כלל) בהשוואה לאלו שהעניקו ציון 1 ושהיו מרוצים מאוד מנישואיהם (40.6 נפטרים שלא היו מרוצים בנישואים לעומת 24.0 נפטרים שהיו מרוצים מאוד בנישואים). ההשוואה הסטטיסטית נעשית על פני 30 שנה וביחס ל-10,000 שנות אדם.

 

כשמדובר במוות מכל סיבה, הפער היה 19% לטובת הנשואים באושר – מהנתונים עולה כי בעוד שבקרב הלא מאושרים בנשואים 295.3 נפטרו מסיבות שונות, הרי שבקרב המאושרים מאוד בנישואים רק 248.5 אנשים נפטרו. החוקרים מציינים שהפערים אף היו גדולים יותר בקרב גברים שהיו צעירים יחסית (מתחת לגיל 50) בתחילת המחקר.

 

בנוסף החוקרים ביצעו ניתוח סטטיסטי של כלל גורמי הסיכון המוכרים לתמותה ממחלות לב וכלי דם, כגון סוכרת, יתר לחץ דם, BMI ומצב סוציו-אקונומי. גם כאן, הנתון מפתיע מאוד – מתברר שהסיכון היחסי לתמותה מכל סיבה שהיא בקרב אלו שלא היו מרוצים מנישואיהם, בהשוואה לאלו שהיו מרוצים, היה גבוה פי 1.21 לרעת הלא מרוצים בנישואים. שיעורים אלו דומים לנתונים שמוכרים בספרות המקצועית בקרב מעשנים או אנשים שאינם עושים פעילות גופנית.

 

ד"ר לב-ארי מסכם: "המחקר שלנו מראה שלאיכות חיי הנישואין והמשפחה יש השלכות בריאותיות על תוחלת החיים. גברים שדיווחו על תחושת כישלון בנישואיהם נפטרו בגיל צעיר יותר מאלה שחוו נישואים טובים. במילים אחרות: רמת שביעות הרצון מחיי הנישואין נמצאה כגורם מנבא לתוחלת החיים, בשיעורים דומים לעישון (מעשנים לעומת מי שלא עישנו) ולפעילות גופנית (פעילים לעומת מי שאינם פעילים). כמו כן חשוב לציין שסיכון גבוה יותר נצפה בעיקר בקרב גברים צעירים יחסית, מתחת לגיל 50, כאשר בגיל מבוגר יותר הפער קטן יותר, אולי על רקע תהליכי הסתגלות של בני-הזוג לקשר עם הזמן. הממצאים עולים בקנה אחד עם מחקרים נוספים שהעידו על תועלת בתוכניות חינוך לזוגיות נכונה ולחיי משפחה בריאים, כחלק מהאסטרטגיה הלאומית לקידום הבריאות בכלל האוכלוסייה."

 

 

אופיר ענבר ומי אטמוספרה תל אביביים

מחקר

23.06.2021
האוויר של תל אביב ראוי לשתייה

מים שהופקו מהאוויר שברחבי העיר הסואנת נמצאו ראויים לשתייה

 

  • סביבה

אין עשן בלי אש, כסף לא גדל על העצים אבל מים אפשר להפיק מ...אוויר! מחקר ראשון מסוגו בעולם שנערך באוניברסיטת תל אביב מצא כי מים שהופקו מהאוויר בלב העיר תל אביב, עמדו בכל תקנות מי השתייה המחמירות של מדינת ישראל ושל ארגון הבריאות העולמי. האם סוף סוף נמצא הפתרון למחסור במי שתייה בעולם?

 

מים לשתייה כמו אוויר לנשימה

על פי החוקרים, חשיבה מחוץ לקופסה ופיתוח טכנולוגיות חדשות לייצור מי שתייה הכרחיים לפתרון המחסור העולמי ההולך ומחריף במי שתייה ראויים. לדבריהם, אטמוספרת כדור הארץ היא מקור מים עצום ומתחדש: היא מכילה מיליארדי טונות של מים ש-98% מהם נמצאים במצב צבירה גזי, כלומר אדי מים שעשויים להפוך למי שתייה.

 

במחקר, שנערך על ידי צוות מומחים מהמעבדה להידרוכימיה בבית הספר לסביבה ולמדעי כדור הארץ ע"ש פורטר, בהובלת הסטודנט למאסטר אופיר ענבר ובהנחיית פרופ' דרור אבישר, בדקו החוקרים באמצעות מתקן ייעודי של חברת ווטרג׳ן הישראלית את איכות המים, שהופקו מאדי המים שבאטמוספירה העירונית המתאפיינת בתעשייה ובבנייה מסיבית, ומצאו כי הם תקינים וראויים לשתייה.

 

עוד השתתפו במחקר פורץ הדרך צוות המחקר והפיתוח של חברת ווטרג'ן, פרופ' אלכסנדרה צ'​ודנובסקי וחוקרים מובילים מגרמניה. תוצאות המחקר פורסמו בשני כתבי עת מובילים: Science of The Total Environment ו-Water.

 

מים בטעמים של רוח

"זהו המחקר הראשון בעולם שבוחן את זיהום האוויר מזווית אחרת: השפעתו על מי השתייה המופקים מהאוויר", מסביר אופיר ענבר. "במכוון לא התקנו במכשיר המחקרי כל מערכת סינון וטיפול, כלומר שהמים שהופקו הם המים שהתקבלו מהאוויר".

 

החוקרים ביצעו במסגרת המחקר מגוון רחב של אנליזות כימיות מתקדמות, ומצאו ברוב המוחלט של המקרים, בעונות שונות ובשעות שונות, כי המים שהופקו מהאוויר בלב תל אביב היו בטוחים לשתייה. בנוסף, בעזרת מגוון טכנולוגיות חדשניות לניטור הרכב האטמוספירה ושימוש בשיטות סטטיסטיות מתקדמות, הצליחו החוקרים לקשר לראשונה באופן כמותי בין המסלול שהאוויר עובר בימים שלפני הגעתו לנקודת הפקת המים לבין ההרכב הכימי של מי הטל.

 

"המחקר הראה שכיווני הרוח משפיעים מאוד על איכות המים. כך למשל, כשהרוח מגיעה מהמדבר אנחנו מוצאים יותר סידן וגופרה במים, כלומר שיירים של אירוסולים של אבק מדברי במים. לעומת זאת, כשהרוח מגיעה מכיוון הים אנחנו מוצאים ריכוזים גבוהים יותר של כלור ונתרן שמקורם בים", מסביר אופיר. "בנוסף, מצאנו שניתן לזהות במים את המקורות הרחוקים שממנו הגיע האוויר לנקודת הפקת המים. למשל, מים שהופקו מאוויר שהגיע מאזור הסהרה שונים בהרכבם ממים שהופקו מאוויר שהגיע מאזור אירופה".

 

תל אביב. עכשיו גם מקור למים נקיים?

 

כדאי לשדרג במנת ויטמינים ומינרלים

החוקרים מציינים כי איכות המים מושפעת גם מזיהום אנתרופוגני (השפעות של פעילות האדם על הטבע), שמקורו בתחבורה ובתעשייה. "בעזרת שיטות מתקדמות מצאנו קשר ישיר בין ריכוזי אמוניה, תחמוצות חנקן וגופרית דו-חמצנית באוויר לבין ריכוז תוצרי הפירוק שלהם במים. מצאנו במים ריכוזים נמוכים של נחושת, אשלגן ואבץ, שמגיעים ככל הנראה ממקורות זיהום מעשי ידי אדם", אומר ענבר.

 

"מבחינה מחקרית, הקישור הכימי שערכנו בין הפרמטרים המטאורולוגיים להרכב המים מאפשר לראשונה לחקור את האטמוספירה באמצעות המים המופקים ממנה. מבחינה סביבתית, הקישור הזה מאפשר לנו לדעת אילו מינרלים יש להוסיף למים שהופקו מאוויר, כדי לספק מי שתייה איכותיים לתושבים. ככלל, מצאנו שבמי שתייה מאוויר אין מספיק סידן ומגנזיום, ושמוטב להוסיף אותם למים כפי שמוסיפים למי שתייה מותפלים בחלק מהמדינות".

 

מים זמינים וזולים

חלק משמעותי מהמים שאנו שותים היום בישראל הם מי ים מותפלים. לדברי ענבר, הפתרון הזה חלקי בלבד ולא יכול לספק מי שתייה לרוב מוחלט של אוכלוסיית העולם. "בכדי להתפיל מי ים צריך ים, ולא בכל מקום בעולם קיימת גישה לים", הוא אומר. "יש לזכור כי אחרי ההתפלה צריך לבנות תשתית שלמה שתוביל את המים המותפלים מקו המים ליישובים השונים, ובחלקים נרחבים מהעולם אין את האמצעים ההנדסיים והכלכליים לבנות ולתחזק תשתית כזאת".

 

"לעומת זאת, מים מהאוויר אפשר להפיק בכל מקום, ללא צורך בתשתית הובלה יקרה ומבלי להתחשב בכמות המשקעים. מבחינה כלכלית, ייצור מים מהאוויר משתלם יותר ככל שהטמפרטורות והלחות גבוהות יותר. החשש היה שמים שיופקו מאוויר בלב אזור עירוני לא יהיו ראויים לשתייה והוכחנו שזה לא נכון", מסכם ענבר. "בימים אלה אנחנו מרחיבים את המחקר לאזורים נוספים בישראל, בהם מפרץ חיפה ואזורים חקלאיים, כדי לחקור לעומק את השפעתם של מזהמים שונים על איכות מים המופקים מהאוויר".

 

יצוין כי מכשיר להפקת מים מהאוויר עם מערכות לטיהור וטיפול במים כבר נמצא במספר רב של מדינות בעולם, ומספק מי שתייה איכותיים לתושבים באזורי מצוקה.

אוניברסיטת תל אביב עושה כל מאמץ לכבד זכויות יוצרים. אם בבעלותך זכויות יוצרים בתכנים שנמצאים פה ו/או השימוש שנעשה בתכנים אלה לדעתך מפר זכויות, נא לפנות בהקדם לכתובת שכאן >>
אוניברסיטת תל-אביב, רחוב חיים לבנון 30, 6997801.
UI/UX Basch_Interactive