כימאים יצרו שחיינים זעירים שאפשר לשלוט בהם באמצעות אור
מאת פראצ’י פייטל, הכתבה מתפרסמת באישור סיינטיפיק אמריקן ישראל ורשת אורט ישראל 26.03.2017
מכונות מיקרוסקופיות שנעות בזרם הדם ומובילות תרופות או מבצעות ניתוחים קטנים הן חלומם של מדענים זה עשרות שנים. ב-15 השנים האחרונות יצרו אנשי מחקר דגמים שונים של מכונות מיקרוסקופיות שכוח הדחף שלהן מבוסס על תגובות כימיות, על מַגְנֵטִיּוּת או על תנודות תֶרמיות, אלא שלעתים קרובות, המכונות האלה נעות באופן אקראי. האתגר העיקרי הוא להנחות אותן לעבר אתר המטרה שבו הן נדרשות, אומר ז’יניאו טאנג, פרופסור חבר לכימיה באוניברסיטה של הונג קונג. טאנג ועמיתיו לצוות המחקר רשמו לזכותם הישג בחזית זו כשיצרו שחיין מיקרוסקופי שאפשר לנווט אותו בקלות ובמדויק באמצעות אור.
כפי שדווח בגיליון דצמבר 2016 של כתב העת Nature Nanotechnology, צוות המחקר של טאנג בנה חלקיקים מיקרוסקופיים שצורתם כצורת מברשת לניקוי בקבוקים, עם ידיות סיליקון וראשים “זיפיים” מטיטניום דו־חמצני (TiO2). שני החומרים בולעים פוטונים ולכן, כשמאירים על חלקיק כזה, הגבעול פולט יוני הידרוקסיד שליליים (–OH) והזיפים מפיקים יוני מימן חיוביים (+H או +H3O). במצב זה, שבו המטען החשמלי מפוזר באופן לא אחיד, היונים נעים כדי לאזן את המטען וסוחפים נוזל בעקבותיהם. תנועת היונים גורמת לשחיין הזעיר לנוע כחץ לעבר האור, כשהידית פונה קדימה.
בניסוי מבחן, הניחו חברי הצוות שחיין כזה בנוזל, על גבי לוחית זכוכית, והנחו אותו באמצעות אור אולטרה סגול לאורך נתיב בצורת המילה “nano”. השחיין הזעיר שאורכו 11 מיקרון התקדם בקצב של כמילימטר בשתי דקות. זהו קצב אִטי ליישומים רפואיים, אך לדברי טאנג, הוא ועמיתיו מפתחים עתה עיצובים חדשים שיַקְנוּ לשחיינים מהירות גבוהה יותר. “שיטה ייחודית זו לשליטה מדויקת במהירות ובכיוון התנועה מדהימה,” אומר סמואל סאנשז, מומחה לננו-רובוטיקה במכון מקס פלאנק למערכות תבוניות בשטוטגרט שבגרמניה, שלא היה מעורב במחקר שערכו טאנג ועמיתיו.
עבודת הצוות מאפשרת הצצה לעתיד שבו רופאים מחוץ לגוף ינווטו רובוטים רפואיים דרך גופו של מטופל באמצעות קרן אור ממוקדת, אומר טאנג. התקנים אלה מופעלים כיום על ידי אור אולטרה סגול, אך אנשי המחקר שוקדים על פיתוח שחיינים מיקרוסקופיים שיגיבו לקרינה אינפרה אדומה קרובה, המסוגלת לחדור לעומק של כמה סנטימטרים ברקמות. לצורך יישומים במקומות עמוקים יותר בגוף, יוכלו רופאים מנתחים לשלוט בחלקיקים הרובוטיים באמצעות סיבים אופטיים.
