משאבת המים העתיקה שהפכה ללוכדת חלקיקים ננומטרים






חוקרים מאוניברסיטת תל אביב פיתחו 'בורג ארכימדס' אופטי העשוי כולו מאור, אשר יסייע בלכידת חלקיקים באוויר ובבדיקתם

 












מי היה מאמין שמתקן שאיבה שהומצא על ידי הממציא ארכימדס לפני 2,300 שנה, יהפוך בידי מדענים מאוניברסיטת תל אביב לכלי ללכידת חלקיקים ננומטרים? הכול התחיל במאה השלישית לפנה"ס, כשהמלך הירון השני ביקש מארכימדס, שנחשב כבר אז למדען ולממציא דגול, לתכנן ולבנות עבורו ספינה מפנקת וגדולה במיוחד. הסירקוסיה, שהוכתרה כספינה הגדולה והמשוכללת ביותר בעת העתיקה, שימשה מלבד ככלי שייט תענוגות גם כנושאת סחורה וציוד, ולעת הצורך – גם כספינת מלחמה מצוידת.

 

כחלק מתחזוקת הספינה תכנן עבורה ארכימדס משאבה מיוחדת שתעזור להיפטר מהמים שחודרים לספינה. היא הורכבה מגליל חלול ובתוכו בורג גדול. סיבוב הבורג אפשר לשאוב מים מקצה אחד של המשאבה לקצהו השני. זהו בורג ארכימדס, הנמנה על ההמצאות הטכנולוגיות הגדולות של אותה תקופה. גרסאות גדולות יותר של משאבה זו שמשו לשאיבת מים ממאגרים תת קרקעיים.

 

מאז ועד היום ממלכות קמו ונפלו, ספינות הושקו וגם שקעו, אך בורג ארכימדס ממשיך לשרת נאמנה את האנושות כבסיס למתקנים רבים – ממדחפי ספינות ומטוסים, ועד למאווררים ולמכונות חטיפים אוטומטיות המסיעות ממתקים לכיוונם של לקוחות רעבים. אחד מאלו שהביטו במתקן חטיפים שכזה וקרא בלבו 'אאוריקה! אאוריקה!' היה ד"ר אלון באב"ד מבית הספר להנדסת חשמל בפקולטה להנדסה ע"ש איבי ואלדר פליישמן באוניברסיטת תל אביב.

 












ארכימדס, מדען וממציא דגול מהמאה ה-3 לפניה"ס



מה הקשר בין סוכריות צבעוניות וננו טכנולוגיה?

כבר לפני כעשור ניצת בראשו של ד"ר באב"ד הרעיון ליצור בורג, שישמש ככלי שינוע לחלקיקים זעירים. זה אירע כשהתבונן במכונה אוטומטית, המסיעה ממתקים לפתחה לאחר התשלום. "הרעיון היה ליצור 'בורג ארכימדס' אופטי, העשוי כולו מאור, שיעבוד על פי אותו רעיון – לכידה והעברת חומר ממקום למקום, אשר תאפשר לבודד ולבחון אותו כפי שטרם הצליחו לעשות בעבר", הוא אומר. כמו הבורג המקורי, גם הבורג האופטי שהגה ד"ר באב"ד יניע חומר, אלא שבמקום מים, אוויר או סוכריות, הוא ילכוד חלקיקים.

 

הרעיון לפיתוח אותו בורג נותר במגרה עד לפני כשנתיים, אז הצטרפו לקבוצת המחקר שלו תלמידיו ברק חדד, סהר פרוים והדוקטורנט יניב אליעזר, ויחד עם ד"ר יעל רויכמן ותלמידיה מבית הספר לכימיה בפקולטה למדעים מדויקים ע"ש ריימונד ובברלי סאקלר – הוא החל לרקום עור וגידים, או יותר נכון – קרני וגלי אור. "ביקשנו לשחזר במעבדה את המצאתו של ארכימדס במושגים של המאה ה-21: בורג אופטי שילכוד חלקיקים זעירים, ויאפשר לנו לשלוט בתנועתם ולהביא אותם למקום הרצוי לנו", אומר ד"ר באב"ד. מאמר על מחקרם פורץ הדרך התפרסם ביוני 2018 בכתב העת היוקרתי Optica.

 

ויהי אור, ויהי חושך – סליל אופטי נולד

תחילה היה על החוקרים לפתח קרני אור בצורת בורג, אשר משלבות אזורים מוארים וחשוכים יותר, שימשכו אליהם את החלקיקים אותם רצו ללכוד. אם נמשיך ונשתמש במושגים מעולם החטיפים – היה עליהם ליצור סליל בצורת ביסלי גריל.

 

לשם כך הם יצרו מפגש בין שתי קרני לייזר מהסוג המכונה 'מערבולת אופטית', בה גלי האור נעים קדימה, ובו בזמן גם מסתובבים סביב מרכז האלומה. באזור המפגש נוצרים אזורים חשוכים ובהירים לסירוגין, כשהאזורים הבהירים המתקבלים מהווים סליל של אור. כך, משני סלילים שיצרו, בנו החוקרים אלומת בורג, הדומה למבנה ה-DNA, ותכונותיה ואופן התנועה שלה נשלטים על ידם בדיוק רב.


להמשך הכתבה