מדע החומרים ותעשיית הרוקחות יוכלו במהרה לעבור מהפכה בעקבות ננוטכנולוגיה המבוססת על תרכובות בעלות מבנה מורכב ומוארך דמוי זרועות של עצים
מדע החומרים ותעשיית הרוקחות יוכלו במהרה לעבור מהפכה בעקבות ננוטכנולוגיה המבוססת על תרכובות בעלות מבנה מורכב ומוארך דמוי זרועות של עצים. תרכובות שכאלו מציעות היקף כמעט בלתי-מוגבל של תרכובות מוזמנות ליישומים מגוונים בריפוי מחלות, לחומרים חדישים כגון שרפים, וכן לצגים אלקטרוניים ולאחסון אנרגיה.
כמעט כל תחום המערב בתוכו תכנון וסינתזה של תרכובות כימיות יעבור מהפכה בעקבות פיתוחן של טכנולוגיות המאפשרות תכנון בקנה-מידה ננומטרי של תרכובות מסועפות אלו, המכונות “פולימרים מסועפים-ביתר” (hyperbranched polymers).
הפוטנציאל העצום של התחום, ובעקבותיו האתגרים לניצולו, נדונו בסדנה שנערכה לאחרונה ואורגנה ע”י קרן המדע האירופאי (ESF). בסדנה תואר ההיקף הנרחב של פולימרים מסועפים ביתר ונדונו הדרכים בהן תוכל אירופה לענות על האתגרים בתחום – כמו זיהוי סדר עדיפויות המחקרים מכלל טווח האפשרויות הנרחב.
אולם, האתגר המיידי הינו פיתוח של תשתית מחקרית להקמת הטכנולוגיות הדרושות לייצורם של תוצרים חדשים אלו מאחר וזהו שטח מחקרי יישומי ביותר. הדבר דורש את השילוב של שני הצדדים של התחום – הניסויים בתרכובות אלו במעבדה וכימאים תיאורטיים המדמים תרכובות מסועפות ביתר חדשות אלו במודלים ממוחשבים, כפי שמציין Konstantinos Karatasos, אחד ממארגני הסדנה.
“כעיקרון, שתי קהיליות מדענים אלו לא באות במגע אחת עם השנייה ברמה הרצויה,” אומר החוקר. “הדבר נזקף, בחלקו, לעובדה כי קיים מחסור בשפה משותפת ביניהם כך שהמידע יוכל לעבור באופן יעיל. הוצע כי ניתן להפחית בפגם זה, לרמה מסוימת, כאשר אנשים בעלי רקעשונה יפעלו בסביבה רב-תחומית, שבה המגע ביניהם מתרחש על בסיס יומיומי כך שהפריה הדדית של המחקרים השונים והחלפת רעיונות הופכים לפשוטים ונגישים יותר.”
פולימרים מסועפים ביתר כבר משמשים בפיתוח חומרים כגון שרפים וציפויים לעץ בעלי יציבות ועמידות לשריטות מוגברות יותר. חומרים אלו מנצלים את העובדה כי תרכובות בעלות זרועות מרובות נוטות להיאחז יחדיו בעוצמה רבה יותר כך שרמת שחיקתם קטנה הרבה יותר. אולם לפולימרים אלו ישנם גם תכונות נוספות, כגון צמיגות נמוכה, המעניקה להם את היכולת להיות מתאימים לצגי אלקטרוניקה גמישים.
אולם, ייתכן כי התכונה המרתקת ביותר של פולימרים מסועפים-ביתר הינה הטווח הנרחב של תרכובות שניתן להכין מהם באמצעות שינוי קצות השרשראות של התרכובת ובאמצעות כך שינוי אופיין הכימי. כעת מנצלים זאת בפיתוח דור חדש של חיסונים ותרכובות אחרות המתוכננות להגן על בני-האדם בפני מחלות זיהומיות למיניהן. בסדנה שמעו הנציגים השונים מפיו של ד”ר Ulrik Boas מאוניברסיטת קופנהגן כיצד פולימרים אלו מספקים פיגומים כימיים לייצור מִמְרָצים (adjuvants), שהינם חומרים המוזרקים לגוף ומפעילים את המערכת החיסונית שלו כנגד גורם מעורר מחלה מסוים. החוקר מדווח כי הפולימרים מסוגלים להגיב עם PAMPs Pathogen Associated Molecular Patterns)), “תבניות מולקולאריות הקשורות לפתוגן” שהינם מקטעים על פני דופנות החיידק המשמשים את המערכת החיסונית לשם זיהוי והשמדתם של החיידקים המזיקים.
הסדנה חשפה גם יישומים תעשייתיים הבנויים על מחקרים קיימים, כאשר שני חוקרים משוויץ הסבירו כי ניתן לכוונן בעזרתם באופן ספציפי ביותר תכונות מפתח כגון מסיסות, מידת הבְּלִילוּת (miscibility) וצמיגות. נקודת המפתח טמונה בעובדה כי תכונות כימיות ופיסיקליות של תרכובת נקבעות ע”י מאפייני שטח הפנים שלהן ולא רק ע”י המבנה הפנימי שלהן ולפולימרים אלו ישנו מספר רב של נקודות סיעוף קיצוניות על שטח הפנים שלהם הניתנים לשינוי כימי. אחד החוקרים מסביר כי ניתן לשפר חומרים קיימים, לדוגמא – תכנון והכנה של שרפי-אפוקסי חזקים במיוחד שיכולים לעבור הקשחה נוספת באמצעות הוספה של תרכובת פולימר מסועף-ביתר, שצמיגותו הנמוכה מאפשרת ערבוב קל יותר.
אולם, העניין הציבורי המרתק ביותר בפולימרים מסועפים-ביתר קשור לתחום הרפואי, בייחוד במאבק כנגד מחלות הנגרמות ע”י רבדים (plaques) שמקורם בחלבונים פגומים, כגון מחלת אלצהיימר וקרויצפלד-יעקב.
תרכובות מסועפות-ביתר הקרויות דנדרימרים (dendrimers) כבר הוכחו כבעלות יכולת להגיב עם חלבונים המצטברים ברבדים אלו וגורמים, בסופו של דבר, להופעת מחלות שונות. חוקר פולני הוכיח כי ניתן לעכב את התהליך הזה בעזרתם והציג את ממצאיו אלו בסדנה.
