ידענים: ננו טכנולוגיה

מאת 8 במרץ 2009 19 תגובות

האף האלקטרוני שמפתח דר' חוסאם חאיק מן הטכניון עשוי להתריע על סרטן כבר בשלבים הראשונים כחלק מבדיקות שגרתיות.

מאת איתן קריין

ד''ר חוסאם חאיק. הטכניון

ד''ר חוסאם חאיק. הטכניון

במרפאתו של רופא המשפחה יימצא בעתיד הלא רחוק מתקן בגודל של מחשב נישא. לאחר כמה נשיפות בצינורית המשתרבבת מן המכשיר וכמה דקות המתנה יוכל הרופא לקבל דוח על בריאות הנבדק, המבוסס על ניתוח הבל הפה שלו. הדוח יוכל להתריע על כך שהנבדק לקה בסרטן מסוג מסוים ואפילו לקבוע באיזה שלב עומדת המחלה, וכל זאת הרבה לפני שהופיעו תסמינים חיצוניים כלשהם. זהו החזון שד"ר חוסאם חאיק, מן הפקולטה להנדסה כימית ומכון ראסל ברי לננוטכנולוגיה בטכניון, עומל להגשים יחד עם 22 החוקרים בקבוצתו. "אבחון מוקדם של סרטן," אומר ד"ר חאיק במשרדו, "יעלה בשיעור ניכר את האפשרויות לטיפול ואת סיכויי ההחלמה." בעתיד הרחוק יותר מקווה ד"ר חאיק לפתח מכשיר שיוכל לאבחן מחלות רבות, אם סרטניות ואם אחרות. בימים אלה נבחן אב-טיפוס של "האף האלקטרוני" הזה במחלקה האונקולוגית בבית החולים רמב"ם בחיפה. המתקן כבר מסוגל לאבחן סרטן בשלבים מתקדמים ולהבדיל בין סרטן הריאות, המעי הגס והשד.

הרעיון לפתח "אף אלקטרוני" שיוכל לאבחן מחלות עלה בדעתו של ד"ר חאיק במהלך מחקר הפוסט-דוקטורט שלו במכון הטכנולוגי של קליפורניה (Caltech), שבו החל להתמחות בחיישני רחרוח אלקטרונים. אבל, החיישנים של אז לא התאימו למטרות רפואיות הדורשות רגישות ודיוק רב במחיר סביר. עם חזרתו לישראל והקמת מעבדתו בטכניון החל ד"ר חאיק במאמץ להתגבר על המכשולים בפיתוח אף אלקטרוני רפואי. והמכשולים היו רבים וגבוהים: ראשית, החיישנים שהיו בנמצא היו גדולים ולא רגישים. "האפים האלקטרוניים הרגילים היו יכולים לזהות לרוב חומרים בריכוז של כמה חלקים למיליון (ppm)" אומר חאיק. "אבל ריכוז החומרים המצויים בהבל הפה, המאפשרים זיהוי מחלות, קטן פי 1,000-10,000, כלומר ריכוזם נמוך עד 0.1 חלקים למיליארד (ppb)." מזעור החיישנים והגברת רגישותם חייבה את ד"ר חאיק לפנות לכיוון הננו-טכנולוגי ולהשתמש במיומנויות שרכש בתחום האלקטרוניקה המולקולרית במהלך מחקריו במכון ויצמן למדע בקבוצת המחקר של פרופסור דוד כאהן. "התקני-ננו מאפשרים רגישות גדולה יותר," מסביר חאיק, "מפני שהם מאפשרים שטח פנים אדיר, תכונות חשמליות משופרות ותכונות אופטיות ומכניות מיוחדות."

אך בכך לא תמו הקשיים. תאי סרטן, ותאים חולים אחרים, פולטים תרכובות מסוימות ואופייניות. כשהתרכובות האלה נסחפות בזרם הדם אל הריאות הן נפלטות החוצה. אבל תכונותיהן הכימיות שונות מאוד מאלה של התרכובות שידעו החיישנים המקובלים לזהות. "בעוד שרוב החיישנים הננומטריים המצויים כיום אינם מתקשים לזהות חומרים קוטביים, כמו חומרי נפץ למשל, החומרים שמעניינים אותנו אינם קוטביים" אומר חאיק. "מדובר בתרכובות אורגניות נדיפות שהחיישנים המצויים כיום מתקשים לזהות. המאמר הראשון שלנו בתחום היה גם הראשון שפרץ את הדרך לזיהוי אלקטרוני של חומרים כאלה באמצעות חיישנים ננו-מטריים."

הקשיים האלה מחייבים את הקבוצה החיפאית לפתח את כל החיישנים שלה בעצמה מאל"ף ועד תי"ו. החיישנים בנויים על בסיס של חלקיקי-ננו, חוטי-ננו או צינוריות-ננו פחמניות, שאליהם קשורות מולקולות אורגניות המשמשות כקולטנים.

האף האלקטרוני מקבל את השראתו ממערכת ההרחה האנושית או הכלבית. יש הבדל ניכר בין קולטני מערכת העצבים או מערכת החיסון לבין קולטני האף. קולטני מערכת העצבים נקשרים למולקולות מסוימות במנגנון של "מפתח ומנעול" ולכן הם מסוגלים לזהות חומרים מסוימים ברמת ספציפיות גבוהה. קולטני האף, לעומת זאת, סופחים אליהם חומרים בספיחה פיזיקלית-מכנית לא ספציפית. אבל מכיוון שבאף קיימים קולטנים רבים ומגוונים, מפת הספיחה אינה אחידה. כשאנו מריחים משהו, למשל את הניחוח העולה מכוס בירה, מגיעה אל אפנו תערובת המכילה יותר מ-700 חומרים שונים. האף אינו מבדיל בין כל החומרים אלא מעביר למוח, באמצעות מערכת העצבים, את תמונת הספיחה של מרכיבי התערובת אל הקולטנים השונים. המוח, שמתמחה בזיהוי תבניות, מזהה את התבנית, מקשר אותה לזיכרון וקובע: זאת בירה ולא יין.

האף האלקטרוני פועל באופן דומה: המתקן מכיל מערך של חיישני-ננו מגוונים ורבים. כל סוג חיישן נקשר לתרכובות אורגניות מסוג מסוים: אלקאנים, כהלים, אלדהידים, נגזרות בנזן ועוד. כשהנבדק נושף אל תוך המתקן, נקשרות המולקולות המצויות בהבל הפה אל החיישנים הרגישים ואלה מעבירים אות חשמלי אל שבב מחשב – ה"מוח" של המתקן. תבנית הספיחה שמגיעה לחיישנים מנותחת על ידי השבב, באמצעות אלגוריתמים של רשתות נוירונים שמתמחות אף הן בזיהוי תבניות. אם התבנית מתאימה לסוג מסוים של סרטן, שהשבב כבר "למד" להכיר בתכנות מוקדם, הוא מציג את האבחון.

כאמור, אב-טיפוס של אף אלקטרוני המסוגל לאבחן סרטן מצוי היום במבדקים קליניים, תחום שאליו נחשף חאיק לראשונה. למי שבא מתחום ההנדסה המפגש עם המציאות הביולוגית-רפואית אינו פשוט, אומר חאיק. לאחר שההתקן פועל היטב במעבדה, מציבים התנאים בשטח אתגרים מרתקים חדשים. מתברר שאפילו אופן הנשימה משפיע מאוד על התוצאות. הבדלים גנטיים, הרגלי תזונה, שינויים מטבוליים, הרגלי עישון, את כל אלה חייבים להביא בחשבון לפני שהמתקן יוכל לפעול בשטח.

מחקריו פורצי הדרך של ד"ר חוסאם חאיק זכו להכרה בין-לאומית רחבה. ב- 2006 זכה ד"ר חאיק במענק הצטיינות על שם מארי קירי מטעם האיחוד האירופי על סך של 1.73 מיליון אירו, המענק הגבוה ביותר שניתן מעולם לחוקר ישראלי יחיד. ב- 2008 בחר כתב העת Technology Review, שיוצא לאור מטעם המכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס (MIT), להכלילו ברשימת TR35 – רשימת 35 המדענים הצעירים המובילים בעולם. בסך הכול זכה ד"ר חאיק מאז החל את עבודתו בטכניון ב-17 פרסים, כמה מהם גם בתחום האלקטרוניקה המולקולרית שבו הוא עוסק במקביל. "האף האלקטרוני זוכה לחשיפה רבה," אומר חאיק. "אבל אנחנו עוסקים גם בהתקנים חשמליים מחומרים ננומטריים, במנגנוני הולכה במולקולות יחידות ובחיבור חשמלי של מולקולות אורגניות יחידות."

כיצד אפשר להתחרות בעולם ברמת הצלחה כזאת? "כשיש צוות מעולה כזה," אומר חאיק. "אפשר להתקדם. יש בצוות שלנו תלמידי מאסטר ודוקטורט מן המבריקים ביותר. אבל הדבר הקשה ביותר הוא להשיג את הפוסט-דוקטורנטים הטובים ביותר. כדי לעשות זאת יש להציע להם תכנית מחקר מושכת מאוד, ומשכורות הרבה יותר גבוהות מאלה שמציעים באמריקה…"

19 תגובות ל “האף האלקטרוני של חוסאם חאיק”

  1. דרורית

    אנשים חלק מהתגובות מביכות וגורמות לי לנוע באי נוחות בכיסאי וכפי שאתם מבינים אני מתנסחת בעדינות מרובה
    מחד אדם שבמקום לעלוז לשמוח למלא את ליבו בתקווה לאותם אנשים יקרים אמהות , אבות , ילדים קטנים שתחסך מהם המחלה הארורה הזו שאין בה שמץ של גזענות היות והיא אינה מבחינה בין מין גזע דת ולאום מתעסק במי מביא את המתנה הזו ומטיל ספק בהשכלתו בשכלו על בסיס אמונתו ., אני מבינה שאין לך שום מושג או ידע על אכות גופי המחקר בהם למד התנסה או חקר בחו"ל וגם בארצנו מאידך שני אנשים שנראה (לצופה מהצד כמוני ) המעוניינים בבמה ולא משנה היכן היא כי אין התייחסות למאמר עצמו בכלל אלא כאמצעי ובמה מאפשרת להם להתנגש ולהתנגח זה בזה כשהם מלאי יהירות וגאווה חכמים מימני אמרו אם אין לך דברי טעם לומר שתוק .הרעיון הוא הוכחה נוספת שאין לזלזל בסיפרים על כלבים שהבחינו במחלת הסרטן של בעליהם ולסיום דברי מי יתן ואלוהים באשר הוא , יוביל את ידיו ושכלו של דר חאיק חוסם בדרך הנכונה למצא פתרון למחלה הארורה הזו .

  2. מיכאל ר. (בעבר מיכאל)

    יהודה:
    אם רק רצית לקרוא שוב את התשובה הזאת אז למה אמרת שאני תמיד מתחמק?
    התשובה שלי היא:
    מפני שאתה לא תמיד דובר אמת.
    אינך דובר אמת גם בכך שאתה מעוות את דברי.
    לא אמרתי שאנחנו מוסיפים חומר כי אנחנו אוהבים חומר ולא ברור לי מאיפה הקרצת את זה. אמרתי שאנחנו מוסיפים חומר כי כאשר מוסיפים חומר הבעיה נפתרת.
    בהסברים שנתתי לך בעבר פעמים רבות גם פירטתי והסברתי לך ששיטה זו – של הוספת חומר שאיננו רואים – לא רק שהיא הגיונית אלא שהיא גם הוכיחה את עצמה פעמים רבות ויש הרבה כוכבים – הן במערכת השמש והן מחוצה לה – שנתגלו בדיוק בשיטה זו.
    לא מדובר כאן ביצירה של יש מאין אלא – כפי שהודגם בעבר – בדרך נוספת לגילוי מה שיש – דרך שאתה החלטת לפסול למרות שהצליחה פעמים רבות ולא נכשלה מעולם.
    אני חוזר ומצהיר – בפעם המי יודע כמה – שכל התיאוריות המקובלות עלי (ועל הקהילייה המדעית בכלל) הן תמיד (אבל תמיד! ללא יוצר מן הכלל!) התיאוריות מניחות הדעת ביותר שהקהילייה המדעית הצליחה למצוא מבין התיאוריות שעולות בקנה אחד עם הממצאים. כיוון שזה המצב תמיד הרי שברגע שתמצא תיאוריה שמסבירה את הממצאים טוב יותר – לא יימצא מדען שיבין אותה ולא יעדיף אותה על פני התיאוריה הקיימת.
    כאמור – גם את זה כבר אמרתי לך בעבר ואפילו עשיתי זאת ביוזמתי ומבלי ששאלת את השאלה כך שהצגת השאלה והטלת הספק בנקודה זו גם הן אינן התבטאויות ישרות.

  3. סברמיש יהודה

    למיכאל היקר
    רק רציתי לשמוע שוב את השטות הזאת:-
    "מסתבר שהדרך הפשוטה ביותר לפתור את הבעיה היא באמצעות שינוי התיאוריה על כמות החומר בגלקסיות ולא באמצעות שינוי הגרביטציה.". סוף ציטוט.
    כלומר אנחנו מוסיפים לדעתך חומר לגלקסיה , לא בגלל הגרביטציה אלא … סתם כי אנחנו אוהבים חומר??.. אז לא היה עדיף להוסיף שוקולד?, כולנו אוהבים שוקולד ועל זה באמת הנכדה שלי לא הייתה מרשה לי להתווכח איתך.
    חביבי, הוספת חומר רק בשביל הגרביטציה!, שלא מתאימה לניוטון!, ולא בשביל שום תכונה אחרת!, ולכן עשית מעשה שלא יעשה. נקודה.
    בעיקר כשזה מחייב אותך ליצור גם יש מאיין את האנרגיה האפלה להצדקת התפשטותו המואצת של היקום.

    נותרת השאלה אם מותר לעשות את ה"מעשה שלא יעשה" כי אין לך פתרון טוב יותר?
    ובכן על זה קשה לי לענות לך, לפחות אתה מבין שזה לדעתך הרע במעוטו. אני משתדל להאמין שאם תראה פתרון טוב יותר תזניח את המסה האפלה.
    או אולי אני טועה גם בזה?.

    יום טוב לכולם
    סבדרמיש יהודה

  4. מיכאל ר. (בעבר מיכאל)

    יהודה:
    האם אתה רוצה לומר לי שהשליתי את עצמי ושלמרות שנתתי לך את התשובה פעמים רבות עדיין אינך יודע אותה?
    טוב. לא אתווכח אתך. כנראה שבאמת אינך יודע.
    אז אענה לך על שאלתך אבל אני מודיע לך שזו הפעם האחרונה – לא רק כי השאלה החוזרת מעצבנת אותי אלא מפני ששאלותיך תמיד מלוות בהכפשה חסרת שחר ומעצבנת עוד יותר.
    עכשיו תצטרך לשנן את התשובה.
    אין כל התנגשות בין תיאורית הגרביטציה לבין המתרחש בגלקסיות הספיראליות.
    ההתנגשות עם מה שמתרחש בגלקסיות הספיראליות נוצרת מן השילוב של תיאורית הגרביטציה עם הערכת כמות המסה בגלקסיות אלו ולכן אחד משני אלה – או תיאורית הגרביטציה או הערכת כמות החומר – אינו נכון.
    מסתבר שהדרך הפשוטה ביותר לפתור את הבעיה היא באמצעות שינוי התיאוריה על כמות החומר בגלקסיות ולא באמצעות שינוי הגרביטציה.
    זו לא רק הדרך הפשוטה ביותר אלא שעד עצם ימינו אלה לא נמצאה כל דרך אחרת כי לא נמצא כל שינוי בתיאורית הגרביטציה שיסביר את התופעות.
    קאפיש?!
    עכשיו כתוב זאת באיזה מקום ובאותו מקום כתוב גם שאתה יודע שאני יודע את התשובה ושנתתי לך אותה ושאינני מתחמק אף פעם.

  5. סברמיש יהודה

    למיכאל
    מה לעשות, אתה חמיד מתחמק מתשובה כשמוצאים סתירה בדבריך.מה "לא נכון"?, מה "כמובן"?, בדבריך ישנה סתירה. הסבר אותה.
    כולם יודעים לחזור על דבריו של הפילוסוף פופר על כך שתיאוריה היא כזאת שעומדת לפני הפרכה , אבל, אף אחד לא מעיז להפריך תיאוריות באמת גם כשניסוי "זועק" שזה כך .
    אז זה מה שאני יודע. וכשתיאוריה אצלי מופרכת אז היא מופרכת. נקודה.
    לילה טוב
    סבדרמיש יהודה

  6. מיכאל ר. (בעבר מיכאל)

    יהודה:
    לא נכון, כמובן, אבל ברור לי שאתה יודע זאת ופשוט לא יכולת לגבור על ייצרך.

  7. סברמיש יהודה

    למיכאל

    מה הטעם להשתמש במשפטים מפוצצים ובסוף לא להשתמש בהם?
    יש התנגשות בין תיאוריית הגרביטציה למציאות הניראת בגלקסיות הספיראליות, אז…. למה שלא תעמוד על דבריך ותכריז שהטעות היא בתיאוריה?, למה אתה מנשה לשנות את המציאות עם כמויות אדירות של מסה מיסתורית מגוחכת ואפלהובלבד שלא להכריז שתיאוריית הגרביטציה קלוקלת??

    ולגבי שאר המגיבים החולים במחלת הגזענות, אני חייב לציין שמקומכם לא באתר הידען ומחלתכם האנושה אינה זקוקה לאף של ד"ר חוסאם חאיק לצורך גילויה כי הסרחון הגזעני נודף ממכם למרחוק.
    יישר כוח ד"ר חוסאם חאיק.
    ואני תקווה שפרס נובל יחכה לך בפתח.
    לילה טוב
    סבדרמיש יהודה

  8. מיכאל ר. (בעבר מיכאל)

    מכור:
    כשיש התנגשות בין תיאורי לבין המציאות – הטעות היא בתיאוריה ולא במציאות.
    זו מהות המדע ובגלל זה עושים בו ניסויים שנועדו להפריך תיאוריות.
    מכיוון שנתקלת כרגע בעובדת מציאות הסותרת את התיאוריה הגזענית שלך אתה מוזמן לזנוח אותה בכייף.

  9. מכור לאתר "הידען"

    מדען ערבי ?! איך שני אלה יכולים להתקיים באדם אחד … ?1

    עולם מוזר…

  10. מיכאל ר. (בעבר מיכאל)

    יהונתן:
    אתה מסוג האנשים שכל דבר הוא מבחינתם הוכחה לקיומו של בורא עולם.
    לכן אין כל טעם בכך שאתה מציין זאת כל פעם מחדש.

  11. פאדי

    ועוד הערה ליהונתן ,

    ד"ר חוסאם חאיק הוא נוצרי ולא מוסלמי . אבל גם זה לא אמור לשנות דבר וחצי דבר מההישג שהוא הגיע אליו הישג שיכול לאפשר לכל בני האדם ללא קשר לגזע דת ומין לעזור להם להירפא מהמחלה החשוכה הזאת

  12. נעם

    יהונתן,

    אתה מניח הנחה סתמית ללא כל ביסוס ("יכול להיות שהדוקטור הוא מצאצאי היהודים…")
    אח"כ מצטט פסוק כלשהו ללא קשר
    ובסוף מסיק מכך שיש השגחה עליונה… נו באמת

    אנחנו באתר מדעי ,לא פוליטי ולא גזעני, אז אנא תחסוך מאיתנו הגיגים מסוג זה

  13. יהונתן

    מאמר משמח.
    אני מקווה מאוד שיום אחד, באחרית הימים, בני עמו של הדוקטור הנכבד , יקחו ממנו דוגמא ויקדישו את מרצם הרב לפעילות מועילה ומצילת חיים במקום לרצח פנאטיות דתית , שנאה ומלחמות, שכל כך חביבים עליהם.
    מצד שני יכול להיות שהדוקטור הזה הוא מצאצאי היהודים שנאנסו להתאסלם על ידי הכובש הערבי,.
    כפי שאומר הפסוק: "והוא יהיה פרא אדם, ידו בכל ויד כל בו". מדהים עד כמה דברים שנכתבו בספר בראשית נמצאים מדוייקים, גם אחרי 3000 שנה.
    זה גורם לי לחשוב שבכל זאת ולמרות כל המלעיזים – ההשגחה העליונה קיימת.

  14. רענן

    כל הכבוד לחוקר הישראלי, וזה לא משנה בכלל שהוא ממוצא בן מיעוטי פלסטינאי-ישראלי

הוספת תגובה

  • (will not be published)