עידן הננו-טכנולוגיה מתדפק בדלת – באוני ת”א וב”ש

צוות מדענים הולנדי-יפני בנה מנוע זעיר, שגודלו מולקולה אחת בלבד

לאחר שנבנה המנוע החשמלי הזעיר בטכניקת יצור שבבי מחשב – הצליח צוות מדענים מהולנד ומיפן, ליצור מנוע זעיר עוד יותר, שגודלו מולקולה אחת בלבד.

כך התברר גם שבתחום הננו-מכונות (nano-machines) – ההתקנים הזעירים ביותר, האולטרה-קטנים, שאינם נראים בעין או אפילו במיקרוסקופ רגיל – יש עדיין מקום למיזעור נוסף.

הפיתוח החדש הראה שאנחנו בפיתחו של עידן חדש, מעבר לעידני המחשב והביו-טכנולוגיה. זהו העידן של יצור מכונות סופר-זעירות.

הננו-טכנולוגיה העוסקת במערכות ממוזערות, בגדלים של מיקרונים
ומולקולות, הוא בין תחומי המדע המתקדמים במהירות הגדולה יותר. הוא נמצא כיום בעדיפות גבוהה ברוב האוניברסיטאות מהשורה הראשונה בעולם מאחר שהוכר שתחום גדלים זה הוא הבסיס להתפתחות כל טכנולוגיה במיקרו-אלקטרוניקה, ביוטכנולוגיה וחומרים חכמים. מדובר למעשה ב”נקודת מיפגש” קלאסית בין-תחומית – בין הפיסיקה העוסקת במערכות גדולות ובין פיסיקת הקוואנטית שמתארת מולקולות ואטומים. בחיבור עם כימיה, הנדסה, מתימטיקה ומדעי המחשב.

באוניברסיטת באר-שבע הקימו באחרונה מרכז מחקר תשתיתי, רב-תחומי, לננומטריה ומיזוסקופיה. לשם כך היא גייסה 20 מיליון דולר ממקורות פרטיים. בראש המרכז הועמד פרופ' יגאל מאיר. גם באוניברסיטת תל-אביב החלו בהקמת מכון מיוחד לננו-טכנולוגיה.

המנוע החדש הוא דוגמא מובהקת למה שצופן בחובו העתיד הננו-טכנולוגי: החוקרים שיצרו אותו, השתמשו במולקולה מסובכת, שצורתה לוליינית (ספירלית). אור על-סגול הוקרן עליה וגרם לה לדלג בשלבים, בין צורות מיבנה שונות. תוצאת הדילוגים היא סיבוב המולקולה סביב ציר המוגדר על-ידי שני אטומי פחמן, שביניהם קיים קשר כימי כפול.
התברר שהתהליך יעיל – כיוון שהוא משתמש באור, כדי לשלוט על תנועת המולקולה.בהמשך העבודה, שיכללו החוקרים את ליבו של המנוע היחודי, כשבנו את המולקולה בצורה לא סימטרית.כעת הם שוקדים, הן על התהליך שיצמיד את המולקולה למישטחים שונים, והן על מנת להגביר את קצב הסיבוב של מולקולה על-ידי הארתה. כך תיצור המולקולה מסתובבת סביב עצמה מעין “מדחף”, פרופלור, שיהיה מסוגל להניע מישטחים שעליהם יונחו, אולי, משאות שונים. מישטח כזה, המצוייד בסידרת מדחפים, יפעל כרפסודה בנהר. עקב גודלה הזעיר, תוכל הרפסודה “לשוט” בצינורות הדם, במערכות הלימפה והנוזלים האחרים בגוף, כדי להביא תרופות ליעדים מסויימים, מוגדרים וממוקדים.

הניסיונות שמבצעת קבוצת החוקרים הזאת, יחד עם ניסיונות דומים אחרים (גם בישראל), מהווים פריצת דרך בננו-טכנולוגיה. אין ספק שכאן צפויות עוד הפתעות רבות שבאמת ישנו את חיינו בעשורים הבאים.

אוני' בן-גוריון תשקיע כ-21 מיליון דולר במרכז
למחקר בתחום הננו-טכנולוגיה

מרכז שכזה יוביל תוך זמן קצר להתפתחות פארק טכנולוגי סביב האוניברסיטה שימשוך לבאר שבע חברות היי-טק וחברות ביו-טכנולוגיה.

מאת יובל דרור, ה”ארץ”

אוניברסיטת בן-גוריון בבאר שבע, החליטה להשקיע כ-21 מיליון דולר בהקמת מרכז למחקר תשתיתי בתחום הננו-טכנולוגיה, אחד התחומים המתפתחים ביותר בעולם שנמצא בהצטלבות הדרכים שבין הביולוגיה, הכימיה והפיזיקה. ראש המרכז, פרופ' יגאל מאיר, טוען כי מרכז שכזה יוביל תוך זמן קצר להתפתחות פארק טכנולוגי סביב האוניברסיטה שימשוך לבאר שבע חברות היי-טק וחברות ביו-טכנולוגיה.

באוניברסיטת בן-גוריון פועלים כיום כמה צוותי מחקר בכמה פקולטות העוסקים במחקר ננו-טכנולוגי, אך המחקר מבוצע בשלב זה ללא קשר בין הפקולטות. מטרת המרכז החדש היא ליצור מקום עבודה משותף, בו הדיסיפלינות השונות יבואו לידי ביטוי משותף. עד כה הושקעו במרכז החדש 16 מיליון דולר שנתרמו לאוניברסיטה במיוחד למטרה זו שיושקעו בבניית בניין חדש, רכישת הציוד וגיוס כוח האדם שיגיע לכמה עשרות עובדים בעוד שנים מספר.

המושג ננו-טכנולוגיה הוטבע כבר בסוף שנות ה-50 אך רק בשנים האחרונות מתחילים המדענים לגרד את פני השטח של הפוטנציאל בתחום. ננו-מטר היא אלפית של מיליונית של מטר, מכאן שמדובר במרחב ששטחו נע סביב כמה אטומים. מחקר הננו-טכנולוגיה בודק יישומים שיאפשרו בעתיד לבנות פריטים (בין אם מעגל חשמלי ובין אם מוצר שלם דוגמת קומקום), מהרמה המולקולרית כלפי מעלה- וזאת בניגוד לשיטה הקיימת כיום לפיה מוצר “מגולף” מחומר הגלם כלפי מטה.

כדי להגיע ליישומים יש צורך לחקור את המולקולות ואת הדרך שבה הן מתנהגות: “בשנים האחרונות למדנו להשתמש במולקולות ה-DNA כדי להשתמש בהן לבניית מעגלים חשמליים. אנו יודעים לנצל את העובדה שכל מולקולת DNA בנויה משני סלילים המשלימים האחד את השני באופן מושלם, סלילים היודעים למצוא האחד את השני”, מסביר מאיר.

לדבריו, תכונה זו חשובה במיוחד כאשר מפתחים מעגלים חשמליים קטנטנים ומעוניינים להדביק חוט למעגל חשמלי אך מכיוון שהחוט כה זעיר, לא ניתן להדביק אותו בשיטות הקיימות. “אנחנו מצמידים לחוט סליל אחד ולמעגל החשמלי את הסליל המשלים, והשאר עושה הכימיה – הם כבר ימצאו אחד את השני וידביקו את החוט למעגל החשמלי”. לדבריו, קבוצות המחקר שבאוניברסיטה הצליחו לפתח מולקולות המוליכות חשמל ובכך לשפר באופן ניכר את ה”דבק המולקולרי”.

מאיר יודע לספר על חברת סטארט-אפ אחת שקמה ממחקרים מסוג זה: “תעשיית התרופות מחפשת כל העת חומרים אנטיביוטיים חדשים, מכיוון שהחיידקים מפתחים חיסונים נגד חומרים קיימים. אלא שכדי למצוא חומר אנטיביוטי יש צורך בניסויים ממושכים שעולים כסף רב. אנחנו פיתחנו מולקולות ביולוגיות שיודעות לזהות חומר אנטיביוטי באופן כזה שטיפה אחת מהחומר המוזרקת לתמיסה, תשנה את צבע התמיסה במידה שיש בה חומרים אנטיביוטיים”. סביב הפיתוח הזה הוקמה חברת סטארט-אפ שמתחילה בשיווק מסחרי של ההמצאה.

אך למרות ההצלחות של האוניברסיטה, מאיר מודה כי המחקר בתחום נמצא בחיתוליו: “אנשים באים לאוניברסיטה, לוקחים מולקולות, מותחים אותן, מדביקים אותן מנסים ללמוד את התכונות שלהן. אנחנו רק בהתחלה”.

הכסף, מצד שני, אינו חסר. בחודשים האחרונים החליט ה-Foundation National Science מארה”ב, מוסד מימוני מהגדולים בעולם, כי תחום הננו-טכנולוגיה הוא תחום המחקר המועדף עליהם ולכן הם ייפנו השנה כמה מאות מיליוני דולרים למכוני מחקר שיתעמקו בתחום. מעבר לכך הקציב הנשיא קלינטון 495 מיליון דולר להקמת תוכנית לאומית לחקר הננו-טכנולוגיה, החל משנת התקציב הבאה.

גם חברות מסחריות מפתחות במעבדות המחקר שלהן יישומים מסחריים בתחום הננו-טכנולוגיה. יבמ, למשל, מפתחת טכנולוגיית אחסון הנשענת על הרמה המולקולרית של החומר, באמצעות דחיסה רבה יותר של החומר. כדי לסבר את האוזן מסבירים ביבמ כי שימוש במערכת אחסון שכזו תאפשר לשמור עד כ-400 ג'יגה-בייט של מידע על אינטש רבוע אחד של חומר.

גם בישראל מדברים על כמה פרויקטים מחקריים, שהגדולים שבהם נמצאים באוניברסיטאות. “אנחנו מנסים עשרה פרויקטים, שמתוכם אולי רק אחד או שניים יצליחו מבחינה טכנולוגית”, אומר מאיר. “ואולם בניגוד לחברות מסחריות שלא יכולות להרשות לעצמן 9 כישלונות, אנחנו לומדים מהם ומתקדמים הלאה”.

על אחד התחומים המרתקים ביותר בתחום הננו-טכנולוגיה – מחשבים קאוונטיים, מאיר, פרופסור לפיזיקה בהתמחותו, אינו מעוניין להתנבא: “הבעיה הראשונה בתחום הזה היא פיתוח אבן הבניין הראשונה שעליו יישען המחשב”. ומתי נוכל לרכוש מחשב קאוונטי? מאיר מסרב לספק תאריך יעד, אך אומר שמי שצריך מחשב בחודשים הקרובים, כדאי שירכוש PC רגיל ולא יחכה.
[email protected]
פורסם ב”הארץ” בתאריך 01/08/2000

אוניברסיטת תל אביב מקימה מרכז מחקר בתחום הננו- טכנולוגיה בהשקעה של עשרות מיליוני דולרים

יערוך מרכזים עבור תוכנית המו”פ של האיחוד האירופי
מאת נעמה קופלמן

הפוטנציאל בננו-טכנולוגיה: תכנון עקרוני של מנגנונים מכניים
שייבנו באמצעות יכולת שליטה באטומים בודדים

אוניברסיטת תל אביב מקימה מרכז מחקר חדש בתחום הננו-מדעים
והננו-טכנולוגיה בהשקעה של עשרות מיליוני דולרים, אשר יהיה
מרכז המחקר הגדול ביותר באוניברסיטה. בראש הפרויקט יעמוד פרופ'
אלי קפון, הנחשב למומחה בעל שם עולמי בתחום. קפון, המשמש חוקר
בכיר באוניברסיטת לוזאן, יגיע לישראל על מנת לנהל את המרכז.

משלחת של בכירים מאוניברסיטת תל אביב נמצאת בימים אלה באירופה,
במסגרת מסע לכינון שיתופי פעולה בין המרכז החדש למוסדות מחקר
מובילים באירופה. המשלחת כוללת את נשיא אוניברסיטת תל אביב,
פרופ' איתמר רבינוביץ, סגן הנשיא לענייני מחקר, פרופ' יאיר
אהרונוביץ, וראש המרכז הבין-תחומי לחיזוי כלכלי וטכנולוגי,
פרופ' יאיר שרן.

היום אמורה המשלחת לחתום על הסכם לשיתוף פעולה עם מכון המחקר
IMEC בבריסל, בלגיה, הנחשב לאחד ממרכזי המחקר המובילים בתחום
הננו-טכנולוגיה (Nanotechnology), ותקציב המחקר שלו מסתכם
בכ-100 מיליון יורו בשנה. ההסכם עם IMEC נועד, בין השאר, לאפשר
קבלת תקציבי מחקר מהקהילה האירופית.

ננו-טכנולוגיה הוא תחום מחקר העוסק בפיתוח היכולת לבצע פעולות
ברמה של אטומים בודדים. המונח ננו-טכנולוגיה נגזר מהיחידה
ננומטר, שהיא אחד חלקי מיליארד מטר. לשם המחשה, מעבדי מחשבים
נבנים כיום ברמת דיוק של 0.18 מיקרון, כלומר 180 ננומטר.

המאמצים כיום מכוונים לפיתוח רובוט זעיר בקנה מידה מולקולרי,
שמסוגל לבצע פעולות על אטומים בודדים – לקחת אטום אחד, להניח
אותו במקום מסוים ולחזור על הפעולה שוב ושוב. יכולת כזו תאפשר
לייצר כל חומר בעלות נמוכה. כך למשל, ניתן יהיה לקחת פחם,
המורכב מאטומי פחמן, וליצור יהלום, המורכב גם הוא מאטומי פחמן
המסודרים בצורה שונה.

רובוט עתידי זה קרוי אסמבלר (ASSEMBLER) ויאפשר לבנות חברות
טכנולוגיות מסוג חדש. מיליוני רובוטים מסוג זה יוכלו למשל,
ליצור אטמוספירה מתאימה לחיים בכוכב נטול אטמוספירה, או להשמיד
תאים סרטניים בגוף אדם. לפי ההערכות המקובלות כיום, ניתן יהיה
לבנות אסמבלר בתוך 40-15 שנה.

לדברי אהרונוביץ, אוניברסיטת תל אביב נכנסת לתחום בדיוק בזמן.
“רק בזמן האחרון התעורר העולם לפוטנציאל הטמון ביישומי
ננו-טכנולוגיות וננו-מדעים”, אמר אהרונוביץ. לדבריו, המרכז
מוקם כחלק ממהלך אסטרטגי של פיתוח תוכניות אוניברסיטאיות למחקר
רב-תחומי. “ננו-טכנולוגיה דורשת שילוב מאמצי מחקר מתחומים
שונים, כמו פיסיקה, כימיה, הנדסה, ביוטכנולוגיה ורפואה”, אמר.

לדבריו, אוניברסיטת תל אביב היא המוסד האקדמי הראשון בישראל
המקים גוף משולב בסדר גודל כזה המתמקד בתחום. אחת ממטרותיו
המוצהרות של המרכז היא לבצע את המחקרים בשיתוף פעולה הדוק עם
התעשייה הישראלית, ובמסגרת זו מתוכננת הקמת קונסורטיום עם
חברות תעשייתיות בתחום.

בשלב הנוכחי יפעל מרכז המחקר בשטחים פנויים באוניברסיטה, ואולם
התוכנית היא להקים מבנה מיוחד לשם כך. הפרויקט החל ביולי ,2000
ובשלב הראשון מוקמת תשתית הציוד המתאימה. במקביל, החלה
האוניברסיטה באיתור מדענים עבור המרכז, שיחל לתפקד בפועל בשנה
הקרובה. בתוך שלוש שנים עתיד המרכז להגיע לפעילות מלאה.

בחודשים הקרובים יחלו דיונים באוניברסיטה בדבר האפשרות לפתיחת
מסלולי לימוד לתארים בתחום הננו-טכנולוגיה.
{הופיע בעיתון הארץ, 27/11/2000{

מגעים לשילוב טאואר ואינטל במרכז ננו-טכנולוגיה באוני' ת”א

מאת אורה קורן

מנהלי מרכז הננו-טכנולוגיה באוניברסיטת תל אביב פועלים לשילוב
חברות תעשייתיות בפעילות המרכז, בהן טאואר סמיקונדקטור, אינטל,
כלל ביוטכנולוגיות וכלל אלקטרוניקה. עם חלק מהחברות כבר נוצרו
קשרים ראשונים. המרכז יפתח טכנולוגיות מזעור לתעשיית
האלקטרוניקה והביוטכנולוגיה.

במסגרת המגעים הוסכם, בין השאר, כי המנכ”ל המשותף בטאואר, יואב
ניסן כהן, יכהן במועצת המנהלים של מכון הננו-טכנולוגיה. ניסן
כהן אישר כי התבקש להשתלב בפעילות המכון, ואולם אמר שבשלב זה
פעילותו תהיה על בסיס ציבורי. לדבריו, ייתכן שבטווח הארוך
יתפתח שיתוף פעולה מעשי בין המכון לטאואר.

תחום הננו-טכנולוגיה עוסק בפיתוח יכולות של ביצוע פעולות ברמה
של אטומים בודדים (ננומטר הוא אחד חלקי מיליארד מטר). תעשיית
השבבים העולמית נמצאת בתחילת פיתוח יכולות מזעור, במטרה לייצר
שבבים בעובי הקטן מ-0.1 מיקרון. המפעל החדש של טאואר צפוי
לייצר שבבים בקוטר 0.18 ו-.0.13

פרופ' עמיחי פרימן, ראש המכון לביוטכנולוגיה ויו”ר ועדת ההקמה
של פרויקט הננו-טכנולוגיה, אמר כי אחד היישומים של טכנולוגיית
הננו הוא מזעור שבבים ומעגלים אלקטרוניים בשיטה הנקראת
ננו-חיווט (ננו-וויירינג). בשיטה זו ייוצר חוט בעובי של 3-2
ננומטר, וזאת לעומת עובי של 180 ננומטר שבשימוש כיום. פיתוחים
אלה מיועדים בין השאר לתעשיות המיקרואלקטרוניקה והמחשבים.

שימוש נוסף הוא בתעשיית מדעי החיים, ועיקרו – שילוב חומר
ביולוגי כמו מספר מולקולות על מעגל אלקטרוני. בתהליכי הריפוי
העתידיים צפויים לשלב פעילות ריפוי נקודתית באמצעות איתותים
ממעגל אלקטרוני לביולוגי – ולהיפך. שימושים נוספים לטכנולוגיות
הננו הם פיתוח חומרים חדשים בעלי תכונות אופטיות משופרות או
בעלי עמידות טובה יותר בלחצים, ובניית יחידות זיכרון קטנות
ודחוסות על בסיס חלבונים.

אוניברסיטת תל אביב חתמה לפני כשבועיים על הסכם להקמת מרכז
ננו-טכנולוגיה עם מכון המחקר IMEC מבלגיה, הנחשב לאחד המובילים
באירופה בתחום הננו. תקציב המחקר של המרכז הבלגי מגיע ל-100
מיליון יורו לשנה. ההסכם יאפשר לאוניברסיטה להשתלב בתוכנית
המחקר והפיתוח החדשה של האיחוד האירופי שתתחיל בעוד כשנתיים,
ותתבסס גם על פעילות מכוני מחקר. היקף תוכנית המו”פ הנוכחית של
האיחוד הוא כ-15 מיליארד יורו.
{הופיע בעיתון הארץ, 15/12/2000{

https://www.hayadan.org.il/BuildaGate4/general2/data_card.php?Cat=~~~314769687~~~191&SiteName=hayadan