החזון לפיתוחו של 'מנוע מולקולרי'

מי אמר שבטבע אין מנועים? הנה, עובדה, קבוצת מדענים מן האוניברסיטאות העברית וקליפורניה, הצליחו לפתח מבנה מולקולרי דמוי מנוע, המאפשר למולקולה להסתובב סביב צירה. מנוע כזה יכול לסייע רבות במחקר

אהבת? שתף ב:

החזון לפיתוחו של ’מנוע מולקולרי’, הולך ומתקרב. צעד נוסף לקראת פיתוחו העתידי של מנוע כזה, אשר יסייע, לאחר שיפותח, בניסויים רפואיים וביצירת חומרים חדשים, הוצג בידי חוקרים מהאוניברסיטה העברית בירושלים ומאוניברסיטת קליפורניה בלוס אנג’לס (UCLA).

במחקר שהתפרסם במגזין המדעי היוקרתי Science (19.03.2004), מתארים החוקרים כיצד הצליחו, באמצעות העברה של זרם חשמלי או חשיפה לאור, לגרום למולקולה להסתובב על צירהּ בדומה לפעולתו של מנוע.

מסקנות המחקר יכולות להוביל להרכבה של ננו-רכיבים בגודל מולקולרי (מיליארדית המטר) שעשויים לשמש בתהליכים תעשייתיים או כירורגיים שבהם אי אפשר להשתמש בציוד גדול יותר.

האתגר: תכנון מכונות מולקולריות

החוקרים, כותבי המאמר למגזין Science, הם פרופ’ רועי בֶּר מהמכון לכימיה באוניברסיטה העברית בירושלים, יחד עם תלמידתו אסתר ליפשיץ, ופרופ’ דניאל ניוהאוזר, פרופ’ מ’ פרדריק הות’ורן, ד"ר ג’פרי א’ זינק, ג’וני מ’ סקלטון, ד"ר מיכאל ג’ באייר וכריס ליאו מאוניברסיטת קליפורניה בלוס אנג’לס.

פרופ’ בר מסביר כי מכונות זעירות כבר קיימות במערכות ביולוגיות טבעיות. לדוגמה, בקטריות מסוימות מצוידות במנוע מולקולרי זעיר-מידות המחובר ל-"משוט" ומאפשר להן תנועה במים.

"חומר הדלק" המניע את המנועים האלה הוא מולקולות עתירות אנרגיה הקיימות בתא החי ומתוכנתות לשחרר את האנרגיה האצורה בהן בעת פירוקן הכימי.

האתגר העומד בפני החוקרים הוא תכנון מכונות מולקולריות מעשה ידי אדם - שאינן מוגבלות בהכרח לתפקוד בתאים חיים - אשר ניתן יהיה לשלוט בהן ולהניע אותן באמצעות אור או חשמל. פעולה ממונעת מעין זו הושגה בעבר, אולם בצוות האוניברסיטה העברית ו-UCLA מציינים כי לראשונה הצליחו להגיע לנעילה של המולקולה. הודות לפעולת הנעילה, מאמינים החוקרים, יש אפשרות לגרום למנוע המולקולרי לבצע עבודה מכנית שעד כה לא הושגה כל עוד המנוע לא עצר וננעל במקומו. הדבר עשוי לאפשר שימוש במכונות מולקולריות דוגמת מתגים זעירים או למלא משימות מכניות אחרות.

’עדיין חזון רחוק’

"מכונות מולקולריות הן עדיין חזון רחוק", אומר פרופ’ בר, "אולם ברגע שטכנולוגיה כזו תהיה נגישה, נוכל להרכיב חומרים חדשים ולשלוט בתכונותיהם בדיוק רב. מובן שגם נוכל לשלוט בתהליכים העדינים ביותר המתרחשים בתא החי ולהביא לייעול של ניסויים רפואיים ולטיפול אולטימטיבי".

המולקולה ששימשה את החוקרים מורכבת מארבעה יסודות: בורון, פחמן, ניקל ומימן. הניקל היה המפתח לתהליך בשל יכולתו להתקשר בדרכים שונות למולקולות.

המודל שפותח מורכב משני מבנים דמויי כדור המונחים על ציר אנכי משותף. כאשר הם נחשפים לאור או לזרם חשמלי, מסתובב הכדור העליון ביחס לתחתון בזווית של °144. בתום הסיבוב ננעלת המולקולה במצבה החדש.

באמצעות מדידת הבליעה והפיזור של אור מן המולקולה ושימוש בחישובים תיאורטיים מפורטים, הצליחו החוקרים ללמוד את אופן הפעולה המדוקדק של המולקולה. עתה מנסים החוקרים למצוא דרך לקַבֵּעַ כדור אחד למשטח מוצק ואת הכדור האחר לחבר באמצעות שרשרת מולקולרית לשסתום הפותח או סוגר אזורים מסוימים על פני המשטח. חיבור של שתי מולקולות כאלו, או יותר, לאורך ציר הסיבוב המשותף שלהן יאפשר השגה של זוויות סיבוב נוספות (כפולות של °144).