ננו-טכנולוגיה: יותר קטן מקטן

כן, זה לא חדש. שוב ושוב אנו שומעים בשנים האחרונות, כי העתיד שייך לרובוטים זעירים שיטיילו בתוך גופנו ויעזרו לרפא מחלות ואפילו למנוע את התפתחותן תודות לננו-טכנולוגיה. בינתיים הדברים נשמעים עדיין כמדע בדיוני, אבל מתחת לפני השטח נרשמת התקדמות נאה.

"ישראל היא המדינה המובילה בעולם במחקר בתחום הננו-טכנולוגיה‭,"‬ אומר רפי קוריאט, מנכ"ל חברת קורל ביזנס, שדווקא לא קשורה לננו-טכנולוגיה, "הבעיה היא ביישום המחקר בתעשייה ובהפיכתו למוצרים מסחריים‭."‬ קוריאט פעיל במסגרת יוזמת הננו-טכנולוגיה הלאומית ‭,(INNI)‬ ובין היתר מנסה לשדך בין גופי מחקר הפועלים בישראל לבין גופים תעשייתיים כדי ליצור מוצרים מסחריים ולקדם את התחום. "זוהי המהפכה הבאה‭,"‬ הוא מסביר, "בכל העולם משקיעים סכומי עתק בננו-טכנולוגיה, כיוון שזה אחד ממנועי הצמיחה העיקריים. אין שום תחום אחר שיכול להביא שינוי דומה‭."‬

הננו-טכנולוגיה נוגעת בחומרים ברמת המולקולה. צריך להבין את סדר- הגודל: מילימטר הוא אלפית של מטר, וכיום יש כבר ייצור ברמה של מיקרונים, שהם אלפית המילימטר. בננו-טכנולוגיה מגיעים לגודל של אלפית המיקרון או מיליארדית המטר.

אחד הרעיונות העומדים מאחורי התחום הוא ליצור חומרי גלם חדשים, שנבנים מחדש מרמת המולקולות. "כיום יש חומרי גלם מוכרים, כמו עץ, מתכת, פלסטיק וכן הלאה, וכדי לבנות, למשל, צלחת או כוס משתמשים בהם‭,"‬ מסביר קוריאט.

"התוצאה היא, בעצם, פשרה, שמביאה למוצרים הטובים ביותר שאפשר לייצר בשלב זה. בעזרת ננו-טכנולוגיה אפשר לסדר מחדש את המולקולות של חומרים כדי ליצור חומר גלם חדש ולהגיע למוצרים אופטימליים, בלי פשרות. אם ניקח צלחת, אפשר יהיה לקבוע פרמטרים מדוייקים לגבי המשקל שלה, מידת החוזק שלה, מידת השקיפות ועוד, כך שהיא תהיה עמידה יותר או בלתי שבירה‭."‬

כמעט מושלמים

ומה כל זה ייתן לנו? "כמעט שאין גבולות ליכולות החדשות. המיקרו-אלקטרוניקה הביאה למהפיכה של ממש. אנחנו משתמשים כיום במוצרים שנחשבו לפני עשור לדמיוניים, וכיום כבר אי-אפשר בלעדיהם: כל גאדג'ט או מכשיר אלקטרוני מבוסס על הטכנולוגיה הזו. המיזעור הביא לחיסכון בעלויות הייצור של מחשבים ומכשירים אלקטרוניים אחרים, וגם מאפשר לייצר מכשירים חדשים עם יכולות חדשות‭,"‬ מסביר קוריאט.

"הננו-טכנולוגיה תיתן קפיצת מדרגה נוספת: כשנגיע למעבדים זעירים עוד יותר - חברה כמו אינטל תוכל לייצר יותר מעבדים מכל פרוסת סיליקון, ואחת ההשלכות תהיה ירידה נוספת בעלויות הייצור ובעלות המחשבים לצרכנים. גם רכיבים אחרים יעברו מיזעור, ואפשר יהיה גם לייצר מכשירים קטנים יותר עם רכיבים מתקדמים‭."‬

מחר ייפתח בירושלים כנס בינלאומי בנושא ננו-טכנולוגיה. יטלו בו חלק גופי מחקר, חברות בינלאומיות, משקיעים ונציגי ממשל שונים מ‭28-‬ מדינות. לדברי יו"ר הכנס, נאווה סברסקי-סופר, לשעבר מנכ"ל חברת מסחור הפטנטים של האוניברסיטה העברית, יוצגו בו חידושים גם בתחום המחקרי וגם בפעילות התעשייתית. סברסקי-סופר מדגישה את ההשקעה והתמיכה הממשלתית בתחום: "יש תוכניות בהשקעה של 280 מיליון דולר, כששליש מהסכום מגיע מהממשלה. מדובר בהשקעה מאוד משמעותית‭."‬

ננו-טכנולוגיה לא נוגעת רק לתחום האלקטרוניקה. מדובר בשילוב של כמה תחומי מחקר - פיזיקה, ביולוגיה, רפואה ועוד. "זהו תחום שדורש ידע רב בתחומים שונים, וצריך למצוא את השילובים המתאימים בין התחומים והמדענים‭,"‬ אומר קוריאט. "צריך לבנות צוות מתאים וראש צוות שיודע לשלוט על כל העסק‭."‬

בישראל פועלים שישה מרכזי-מחקר שעוסקים בתחום בתוך האוניברסיטאות הגדולות - כל אחד מהם הוא מרכז מצויינות, שבו פועלים חוקרים מתחומים שונים.

לדברי פרופסור אורי צ'כנובסקי מאוניברסיטת תל-אביב מדובר בתחום מחקר חדש יחסית, ולכן הוא נתקל בכמה בעיות. "אנחנו יודעים, שברגע שממזערים חומרים מוכרים התכונות שלהם נשמרות, אבל בננו-טכנולוגיה זה עובד אחרת. כשמגיעים לסדר- גודל של מולקולה, התכונות משתנות - מתכות הופכות לחומר חצי-מוליך, תכונות מגנטיות משתנות. יש בכך חסרונות: לא תמיד יודעים מה ההשלכות ואין מודלים קבועים שאפשר להתבסס עליהם. אבל יש גם יתרונות - אפשר ליצור חומרים חדשים, בעלי תכונות חדשות. חומרים ננומטריים הם כמעט מושלמים‭."‬

משקפיים נגד לייזר

קוריאט מספר כי כבר כיום אפשר לקנות בתחנות הדלק של סונול חומר סיכה למנוע, המבוסס על פיתוח ננוטכנולוגי ומקטין את החיכוך בין חלקי המנוע בצורה טובה יותר. "יש יישומים נוספים בדרך, כמו חומר שיקטין את החיכוך של סירות במים, דבר שיביא להקטנת צריכת האנרגייה של הסירה ולהגדלת המהירות שלה‭."‬

במחשבים ובמוצרים חשמליים נוספים אפשר יהיה לשלב סוללות המבוססות על חומרי ננו, שיספקו זמן עבודה ארוך יותר. "אם כיום צריך לחבר מחשב נייד לחשמל אחרי בערך שלוש שעות עבודה, כי הסוללה מתרוקנת, הננו-טכנולוגיה תאפשר ייצור סוללות שיחזיקו מעמד פי ‭6 ,5‬ ואולי פי ‭."10‬ יש כבר אב טיפוס של מצברים בהם משולבים חומרים מבוססי ננו, שיוכלו להאריך את משך החיים של מצבר פי ‭."4‬

אלו פיתוחים נוספים צפויה להוליד המחקר הנוכחי? טנק עם שריון עמיד יותר ודק יותר, שיוכל לנוע מהר יותר. יש כבר חומרים שקופים לחלוטין מבוססי ננו, עם איכות וחוזק של מתכת. אפשר ליצור שריון עמיד וקל לחיילים, משקפיים מיוחדים שיגנו על העיניים מפני קרני לייזר, כך שהאויב לא יוכל להשתמש בנשק המיועד לגרום עיוורון. לפי קוריאט, "אפשר לשלב חומרים מבוססי-ננו גם באריגים ובבגדים, כדי שיהיו מעכבי או מונעי בעירה. חלק מהפיתוחים האלה נמצאים כבר בשלבי אישור סופיים והדרך לייצור מסחרי תלויה בתוצאות של בדיקות שונות שנערכות להם‭."‬

פיתוחים אחרים נשמעים ממש בדיוניים והם עדיין תיאורטיים: "חלק מהחומרים שמבוססים על ננו ניתן לתכנת‭,"‬ מסביר צ'כנובסקי, "ואז אפשר, למשל, לצפות תרופה בחומר ננו הכולל מגנט ולאתר את מיקומה המדוייק בתוך הגוף. אפשר לייצר חומרים שהם מספיק גדולים, כך שיהיו בעלי מגוון יכולות, ומספיק קטנים כדי להיכנס אל זרם הדם, לחדור אל תאים וחלקי תאים. הפוטנציאל בתחום הרפואה אדיר‭."‬

לחצוב או לבנות מחדש

"אחת הבעיות של תרופות כיום היא שהן לא מספיק סלקטיביות - הן הורגות גם רקמה חולה וגם בריאה. יש טיפולים בסרטן, למשל, בהם החולה מקבל טיפול במינון גבוה וכמעט

הרסני ומגיע למצב של סף מוות רק בגללו. בננו-טכנולוגיה יש פוטנציאל לצייד חלקיקים באמצעים שיאפשרו תנועה חופשית בזרם הדם, ש"יתחפשו" לכאלה שמערכת ההגנה הטבעית לא תתקוף אותם. "אפשר ליצור כימיקלים שיידבקו רק לרקמה החולה ויתרכזו בה, כשבשאר חלקי הגוף הריכוז יהיה זניח. אפשר להתמקד במטרה, דבר שיכול לשמש לאיתור הרקמה החולה וגם לריפוי. יש כבר ניסויים קליניים מאוד מתקדמים בתחום‭."‬

ואפשר גם להגיע רחוק עוד יותר: בעזרת שילוב של חומרים אורגניים אפשר יהיה ליצור מעבדים או שבבים מתכלים מחומרים טבעיים, לשלב אותם בתוך הגוף וליצור קשר בין איברים שונים שאיבדו קשר. "הרי כל הפעולות בגוף עוברות דרך המוח‭,"‬ מסביר קוריאט, "ויש מקרים בהם אפשר ליצור קשר מחדש בין איברים. זה יאפשר להתגבר על נכויות כמו עיוורון, באמצעות ראייה מלאכותית, למשל. זה דבר שניתן ליישם כבר בעשור הקרוב‭."‬

עם זאת מתברר, כי אחת הבעיות היא יצירת חומר מבוסס-ננו שלא יתפרק. "הגוף שלנו יודע להתמודד עם חלקיקים בגודל מסוים שנכנסים לעין, למשל, אבל אם ייכנסו חלקיקי ננו אל הגוף מדובר כבר בעניין אחר‭."‬

צ'כנובסקי מציג בעיה אחרת: "אנחנו יודעים, בדרך כלל, לקחת חומר גדול ולעבד ממנו מוצר קטן יותר, כמו מעבד מפרוסת סיליקון. הננו-טכנולוגיה עוסקת בבנייה מחדש של חומרים - זה כמו ההבדל בין לחצוב סלע מתוך גוש קיים או לבנות אותו מלבנים. כאן יש בעיה ואתגר גדול - איך מחברים הכל למערכת מורכבת, שאבני הבניין שלה הן לבנים מבוססות ננו-טכנולוגיה. בנקודה הזו אנחנו נמצאים במרחק הכי גדול מיישום. יש פיתוחים פשוטים יחסית, אותם אפשר ליישם אפילו תוך ‭5-3‬ שנים. למורכבים יותר נגיע תוך עשור. בנושא התרופות העניין מסובך יותר, אבל לא בגלל הננו-טכנולוגיה: מדובר בתהליך מורכב. צריך לאשר ניסויים קליניים, לבחון השפעות, לבדוק אם יש השפעות לוואי. זה תמיד אורך זמן רב‭."‬