מדענים מאוניברסיטת פן סטייט פיתחו מערכת חדשה המנצלת את תכונת המגנטיות על מנת לטהר ננו-חלקיקים היברידיים – מבנים המורכבים משני סוגים או יותר של חומרים בחלקיק אחד זעיר במיוחד הניתן לצפייה במיקרוסקופ בלבד
מדענים מאוניברסיטת פן סטייט פיתחו מערכת חדשה המנצלת את תכונת המגנטיות על מנת לטהר ננו-חלקיקים היברידיים – מבנים המורכבים משני סוגים או יותר של חומרים בחלקיק אחד זעיר במיוחד הניתן לצפייה במיקרוסקופ בלבד.
מובילי המחקר, Mary Beth Williams, ו- Raymond Schaak, שניהם פרופסורים לכימיה, מסבירים כי השיטה המקורית שלהם לא רק שתסייע למדענים להרחיק זיהומים מחלקיקים שכאלה, אלא שהיא תעזור לחוקרים גם להבדיל בין ננו-חלקיקים היברידיים הנדמים להיות זהים, אך למעשה הם בעלי מגנטיות שונה – אתגר גדול במחקר נוכחי של ננו-חלקיקים. במערכת החדשה טמונה ההבטחה לסייע בשיפורן של מערכות להעברת תרופות, בטכנולוגיות בתחום של תרופות מוכוונות, בטכנולוגיות דימות רפואי, ועבור הפיתוח של התקנים אלקטרוניים לאחסון מידע. ממצאי המחקר החדש פורסמו בכתב העת המדעי Agewandte Chemie.
החוקרים מציינים כי טיהור ננו-חלקיקים היברידיים מציג אתגר כביר, במיוחד כאשר ננו-החלקיקים מיועדים עבור שימוש באדם – לדוגמה, להעברת תרופות או כחומר ניגודיות בדימות רפואי או מחקרי כגון MRI. "הבעיה היא בכך שלמרות שמולקולות שונות מסונתזות ומטוהרות באמצעות שיטות מוכרות וידועות, לא התפתחו שיטות מקבילות לטיהור ננו-חלקיקים," מסביר החוקר. "חלקיקים היברידיים מאתגרים במיוחד מאחר והשיטות המשמשות להכנתם מערבות בדרך כלל קבלת זיהומים שאינם קלים לאיתור או להרחקה. זיהומים אלו עלולים לשנות את התכונות של הדגימה, לדוגמה, על ידי הפיכתם לרעילים, כך שמציאת דרכים להרחקתם מהווה אתגר רציני."
"נדרשנו למצוא דרך להפריד את הזיהומים מתוך ננו-החלקיקים אפילו כאשר חלקיקים אלו דומים מאוד בגודלם ובצורתם, לאור ההשפעה הגדולה האפשרית של זיהומים בשימוש הסופי בהם," מסביר החוקר הראשי. השיטה החדשנית של החוקרים משתמשת במאפינים המגנטיים של ננו-החלקיקים על מנת להפרידם אחד מהשני ולהרחיק את הזיהומים מתוכם.
"השיטה שלנו מנצלת שדות מגנטיים על מנת להאט את הזרימה של החלקיקים דרך צינוריות זכוכית זעירות המכונות קפילרות," מסביר החוקר. "אנו משתמשים במגנט על מנת למשוך את החלקיקים המגנטיים לעבר דופנות הצינורית וכאשר השדה המגנטי מופחת חלקיקים אלו זורמים החוצה מהקפילרה. המגנטיות גדלה עם התגברות בנפח החלקיק, כך ששינויים קטנים והדרגתיים בשדה המגנטי מאפשרים לנו להפריד באיטיות ולהבדיל בין ננו-החלקיקים על בסיס הבדלים מגנטיים ומבניים זעירים."
המאמר המתאר את המחקר מדגים כיצד שדות מגנטיים מסוגלים להיות מנוצלים על מנת להפריד ולהבדיל בין ננו-חלקיקים היברידיים המצויים בתערובת כאשר הם בעלי מבנים וצורות דומים מאוד. בדוגמה אחת, החוקרים הפרידו "ננו-פרחים", המכונים כך בשל צורתם המסודרת מסביב לליבת מוצק, מתוך חלקיקים בעלי צורה כדורית. החוקרים מסבירים כי המגנטיות של החלקיקים תלויה בצורתם, וכך חלקיקים בעלי צורה שונה נצמדים לקפילרה בחשיפה לשדות מגנטיים שונים, ובכך מתאפשר לחוקרים להבדיל בין החלקיקים השונים.
בדוגמה נוספת המתוארת במאמר, החוקרים הדגימו כיצד השיטה שלהם ניתנת לשימוש עבור משפחת ננו-חלקיקים המכונים "ננו-זיתים" ("nano-olive") אשר הינם חלקיקים כדוריים המורכבים משני חומרים שונים המחוברים יחדיו במבנה המזכיר זית. ננו-זיתים אלו, המורכבים מברזל, פלטינה וחמצן, עשויים להיראות דומים מאוד, אולם הם בעלי הרכבים פנימיים מעט שונים שלא ניתנים לזיהוי תחת מיקרוסקופ. לדוגמה, לחלק מהם עשויה להיות תכולה גדולה יותר של ברזל," מסביר החוקר הראשי. "זהו מאפיין שאנו מסוגלים להשתמש בו על מנת לבצע טיהור באמצעות השיטה שלנו מאחר וננו-החלקיקים הללו יהיו מעט יותר מגנטיים. הם נצמדים לדופן הקפילרה ביתר קלות, בעוד שחלקיקים בעלי מגנטיות מועטה יותר זורמים החוצה."
לשיטת הטיהור וההפרדה החדשה יש יישומים רבים, במיוחד בתחומים של רפואה ואבחון. לדוגמה, ננו-חלקיקים אלו יוכלו לשמש במקום חומרי צבע לניגודיות המוחדרים למטופלים העוברים בדיקות MRI. חלקיקים שכאלו יוכלו להצביע על המסלול שאותו עוברת תרופה בזמן תנועתה בתוככי גוף האדם. "מטופלים מסוימים אלרגיים לצבעי ניגודיות רגילים, כך שננו-חלקיקים מציעים חלופה מבטיחה עבורם," מוסיף ואומר החוקר.
החוקרים מסבירים גם כי אחת מהשאיפות הגדולות של חוקרי ננו-חלקיקים היא היכולת שבעתיד ניתן יהיה להשתמש בהם על מנת לשפר את יעילותן של תרופות נוגדות סרטן. "לצערנו, תרופות כימותרפיות אינן מפלות: הן תוקפות רקמות בריאות, באותה המידה כפי שהן תוקפות רקמות סרטניות," מסביר החוקר. "אם יכולנו להשתמש בטכנולוגיית ננו-החלקיקים על מנת לראות במדויק לאן מגיעות התרופות, אילו רקמות הן תוקפות, ואילו רקמות אחרות הן נמנעות מלהגיע אליהן, יכולנו להפחית באופן משמעותי חלק מתופעות הלוואי השליליות של כימותרפיה, כגון אובדן שיער ובחילות. אולם, על מנת להגיע לכך, אנו נצטרך להיות מסוגלים להרחיק מננו-החלקיקים את הזיהומים המצויים בסביבתם על מנת להפוך אותם לבטיחותיים לשימוש רפואי. זה המקום אליו נכנסת השיטה החדשנית שלנו."
הידיעה על המחקר
