ביומימיקרי

משמעות המונח ביומימיקרי היא חיקוי החיים (Biomimicry: Bio=life; mimesis=imitate). ביומימיקרי היא דיסיפלינה רב-תחומית המקדמת חיקוי ולמידה מהטבע לפתרון בעיות בדרכים מקיימות.

חדשנות מהטבע דצמבר 2016

קוראים יקרים שלום,

הכנס השלישי ל"ביומימיקרי – אקדמיה ותעשייה" יתקיים השנה במתכונת מורחבת ב- 08.06.17 באוניברסיטת תל אביב. מצורף קול קורא להרצאות בכנס. הצעות להרצאות יש לשלוח עד . 28.02.17

החודש נעסוק בתחום הכימיה הביומימטית בעקבות ראיון עם פרופ' משנה גליה מעין, ראש המעבדה לכימיה ביומימטית בטכניון, נציג פיתוח של מודם תת ימי שפותח בהשראת הדולפין, מכונית בהשראת דג המפרשן, ונסיים בקשר בין ביומימיקרי למגוון המינים, תוך סקירת מינים ייחודיים שהתגלו בשנת 2016.
 בברכת קריאה מהנה ושנה אזרחית טובה,

  צוות ארגון הביומימיקרי הישראלי

כימיה ביומימטית – צוהר לעולם המולקולרי

מאת: יעל הלפמן כהן

ראיון עם פרופ' משנה גליה מעין, ראש המעבדה לכימיה ביומימטית בטכניון.
בשנים האחרונות פועלת בפקולטה לכימיה שבטכניון מעבדה לכימיה ביומימטית, בהובלת  פרופ' משנה גליה מעין. בנוף החדשנות הביומימטית, אשר מזוהה כיום יותר עם פיתוחים הנדסיים ברמות חיקוי גבוהות כמו חיקוי איברים או אורגניזמים ופחות מזוהה עם פיתוחים כימיים, בולטת מעבדה זו, העוסקת בחיקוי ביומימטי ברמה המולקולרית. מתברר כי גם ברמה המולקולרית יש חקר וחיקוי של תפקודים ושל פעולות הקשורות למבנים, והתוצאה - חדשנות.   
המעבדה עוסקת במספר פיתוחים ביומימטיים המבוססים על כימיה בסיסית.

הפרויקט הראשון עוסק בקטליזה אנזימתית ביומימטית.  הפרויקט מבוסס על חקר פולדמרים, מולקולות היכולות להתקפל בתמיסה על ידי יצירת קשרים לא קוולנטיים. פולדמרים יכולים להיות בעלי מבנה סלילי, למשל, שהוא חיקוי של המבנה הסלילי הקיים בפולימרים טבעיים, כגון פפטידים וחלבונים. מבנה מקופל זה מאפשר את פעילות החלבונים, כמו, למשל, זירוז סלקטיבי של תגובות.
במעבדה פותחה מולקולה דמוית פפטיד, שמתארגנת בצורת סליל (ימני או שמאלי). חיברו לה זרז שיודע לחמצן כוהלים. הזרז חסר כיוון. כשהוא מחובר לסליל מקבל הזרז כיוון מהסליל, והוא מסוגל לזרז בצורה סלקטיבית כוהל ימני (או שמאלי) ולהשאיר את הכוהל השמאלי (או הימני) בתמיסה. כך מתבצעת הפרדה בין כוהלים ימניים ושמאליים שנמצאים בתערובת
ישומים אפשריים: בתהליכי סינתזה של מולקולות, בהן נדרשת הפרדה בין צמדי מולקולות ודרוש זרז שיפריד ביניהם לצורך יישומים שונים. בתהליכי ייצור תרופות, למשל, נדרשות מולקולות בעלות כיוון ספציפי (למשל, רק המולקולה בעלת הכיוון הימני היא התרופה ואילו זו בעלת הכיוון השמאלי חסרת פעילות, או אפילו מזיקה), בעוד שתהליך הסינתזה לרוב מייצר תערובות, כך שנדרשת הפרדה.    

הפרויקט השני עוסק בסלקטיביות ביומימטית. מולקולות שונות בגופינו או בטבע, נקשרות רק ליונים מתכתיים ספציפיים (למשל יוני נחושת) מתוך מגוון יוני המתכות (ברזל, אבץ, מגנזיום וכדומה) לצורך פעולתן. במעבדה יצרו מולקולה דמוית סליל, שיש לה שתי יחידות הקשורות לאותו צד של הסליל, שיכולות לתפוס מתוך "ים" יוני המתכות רק יונים של נחושת (ראה תמונה 1 המדמה את התהליך). יישומים עתידים לכך יתכנו בעולם הרפואי. למשל מחלות הקשורות לפעילות לא נאותה של המוח בגיל מבוגר, כמו דמנציה, קשורות להצטברות עודפת של יוני מתכות כמו נחושת, אבץ, ברזל או אלומיניום. פיתוח עתידי של סלקטיביות ביומימטית עשוי לאפשר תפיסה סלקטיבית של יונים אלה והוצאתם מהגוף

        תמונה 1                                                  

הפרויקט השלישי עוסק בזירוז תגובות ביומימטי.  המערכת הפוטו סינטטית הפועלת בצמחים ובאצות יודעת להפיק אנרגיה מאור השמש, ואם נצליח לחקות אותה נוכל להתמודד עם בעיית האנרגיה ההולכת ומתכלה. המערכת כוללת שני חלקים: חלק אחד קולט אור שמש ומים, מחמצן את המים על ידי אנרגיית השמש, ומייצר חמצן, פרוטונים ואלקטרונים. החלק השני לוקח את הפרוטונים והאלקטרונים ומייצר מהם מימן וסוכר (מקורות אנרגיה).
במעבדה סנתזו מולקולה שדומה במבנה שלה לקומפלקס שמכיל יוני מנגן, המהווה זרז בתהליך חמצון המים. המולקולה תוכננה להיות מסיסה במים, כדי שיהיה אפשר לחקור אם היא יכולה לזרז את חמצונם על ידי פוטנציאל חשמלי נמוך (יתרון סביבתי). ואכן, המולקולה התגלתה כמסיסה ויציבה במים, והראתה יכולת לייצר יותר אלקטרונים ממה שהושקעו בה לצד רמות גבוהות של חמצן. יישומים אפשריים: ייצור מימן כתחליף "ירוק" וזמין לגז כמקור אנרגיה

הפרויקט הרביעי עוסק בזרזים הפועלים בשיתופיות.  אנזים יכול לזרז תהליך פי 600,000 יותר מהר, וזאת בטמפ' הגוף ובלחץ אטמוספירי של סביבת החיים. לשם השוואה, היום בתעשייה (למשל: חמצון כוהלים, חמצון מתאן למתנול, ייצור אמוניה) משתמשים בזרזים שפועלים בטמפ' של 500 מעלות ובלחצים מאוד גבוהים 
מסתבר שעיקרון בולט בתהליך הזירוז הטבעי הוא עיקרון השיתופיות. לכל אנזים יש לפחות אתר פעיל אחד, האתר שבו קורה תהליך הזירוז של תגובה ספציפית. אתר זה מכיל 2-3 חומצות אמינו, ולעיתים קרובות גם יון או יונים מתכתיים. אמנם רק אחת מחומצות האמינו או היון המתכתי ממש מתחבר/ת למולקולה שהפיכתה למולקולה אחרת מזורזת, אך השאר עוזרים בתהליך - למשל מייצבים את חומצת האמינו או את מצב החמצון של היון המתכתי
במעבדה חיקו את תכונת השיתוף, והראו  שאם לוקחים שני זרזים שונים שפועלים בתמיסה בצורה שיתופית, ומקבעים אותם על מולקולה אחרת כך שנוצר "אתר פעיל", השיתופיות מתגברת מאוד וניתן להגדיל את יעילות התגובה המזורזת פי 20-25 (ראה תמונה 2 המציגה תהליך זה).
.
    תמונה 2                                                  
 נראה כי גלום פוטנציאל חדשנות רב ברמה המולקולרית, וכי נשמע עוד רבות בשנים הבאות על כימיה ביומימטית.
הידיעה נכתבה בעקבות ראיון עם פרופ' משנה גליה מעין, ראש המעבדה לכימיה ביומימטית בטכניון.
קישור למעבדה
קרדיט לתמונות: פרופ' גליה מעין
 

 

ציוץ ושירה בלב ים

מאת: יוסי כהן

דולפינים ולווייתנים פיתחו לעצמם טכניקה לתקשורת תת מימית ארוכת טווח יעילה ביותר, המבוססת על ציוץ ושירה בטווח רחב של תדירויות משתנות. ע"י שינוי תדירויות הציוץ הם מעבירים זה לזה אינפורמציה, וממסכים את ההד המיותר ואת רעשי הרקע הבוקעים ממרחבי הים. חברת EVOLOGICS מגרמניה, המפתחת טכנולוגיות חדשניות בהשראת תופעות טבע לתחום הימי והתעופתי, חקרה במשך שמונה שנים את מנגנון התקשורת של הדולפינים. כתוצאה ממחקר ארוך זה פיתחה EVOLOGICS טכנולוגית שידור אקוסטית תת מימית בשם SWEEP SPREAD CARRIER (S2C) , המחקה את מנגנון העברת הקולות של הדולפינים. מודמים (התקנים) תת מימיים אקוסטיים מתוצרת EVOLOGICS  המבוססים על טכנולוגית S2C, מפזרים באופן רציף את אנרגית הסיגנל המשודר לטווח תדירויות רחב, המונע הפרעות ורעשי רקע. רסיבר הקולט את סיגנלי האנרגיה הופך אותן לפס שידור צר וברור, נטול הפרעות, המאפשר פיענוח מוצלח של השידור גם בתנאי סביבה סוערים. ההתקנים התת מימיים של EVOLOGICS מתאימים ליישומים בעומקים רדודים עד בינוניים, בטווחים של עד 1 ק"מ (מהירות שידור גבוהה של 28kpbs), וליישומים בעומקים גבוהים למרחק של עד כ-8 ק"מ (מהירות שידור נמוכה של 6.5kpbs). השימושים העיקריים של התקנים אלה הם בתחום חיפושי נפט וגז, בחקר אוקיינוסים, באיסוף ובשידור מידע סייסמי כמו רעידות אדמה וצונמי, ובריכוז נתונים תת ימיים והעברתם למרכזי מידע.

 
 
 
 

 

מה לדג המפרשן ולמכונית יוקרה?

מאת: עדי וייס

סקרנותו של פרנק סטפנסון ( Frank Sthephenson), מנהל העיצוב של חברת McLaren Automotive, התעוררה כששמע אי שם ב-2014, בעת חופשה בקאריביים, את הסיפורים המקומיים על מהירותו האדירה של דג המפרשן. המפגש המקרי הוביל אותו אל הבוס שלו עם רעיון חדשני, שמצא את דרכו אל שולחן העבודה של מהנדסי חברת המכוניות היוקרתיות. התוצאה? ''סופר מכונית'' בעיצוב מחוכם.
McLaren Automotive מתמחה בייצור מכוניות לטווח שימושים נרחב, שפיתוחן נעשה בשילוב צוותים שעובדים בתחומי ביולוגיה, אומנות והנדסה. חקירת מבנה גופו של הדג הובילה אותם לגלות את ה-''טריקים'' שעזרו לדג להרוויח את התואר ''הדג המהיר ביותר באוקיינוס''.
דג המפרשן נפוץ באוקיינוסים הממוזגים בכל העולם, הוא נע בקבוצות ותופס דגים, דיונונים ותמנונים תוך שימוש בפרצי שחייה קצרים ומהירים במיוחד. מהירותו המרבית מוערכת בכ-110 קמ''ש – שיא שמשאיר אפילו את הברדלס מאחור. שמו מגיע מסנפיר הגב המרשים שלו, הנמתח לאורך כל גופו כמעט.

  
                          קרדיט לסרטון   Dalmeet Singh Chawla      
 
צוות הפיתוח של McLaren Automotive ניגש לעבודה בניסיון להבין את מקור תנועתו היעילה של הדג. מחקרים הראו כי קשקשיו של דג המפרשן גורמים למערבולות קטנות סביב גופו בעת השחייה, שבזכותן נוצרת סביבו מעין מעטפת אוויר. האוויר, בהיותו צפוף פחות ממים, מאפשר לדג לנוע בקלות.
מבנה הקשקשים שולב בצינוריות המובילות אוויר אל המנוע. בכך הצליחו מהנדסי McLaren Automotive להגדיל את נפח האוויר לקירור המנוע. מכיוון שהמנוע ההיברידי של מכוניות אלה דורש אוויר רב עבור בעירה וקירור, כל תוספת בכמות האוויר משפרת את יעילות המכונית.
המכונית ''קיבלה'' גם את צורת הבליטות הקטנות שבבסיס זנבו של הדג, המאפשרות לו להתגבר על כיסי אוויר ומים הנוצרים בעת השחייה ומאטים את התקדמותו. יישום זה שיפר את  המבנה האווירודינמי של המכונית.
בשנים האחרונות צצים פיתוחים שונים בתחום התחבורה ששאבו השראה מהטבע; פיתוח של ''מכונית ביונית'' עמידה יותר להתנגשויות וחסכונית יותר בדלק ע''י מרסדס בנץ נעשה באופן דומה בהשראת דג הקופסינון; ביפן פיתחה חברת ניסאן רובוט ששימש השראה לעיצוב מערכת בלמים חכמה ומערכת להתרעה מפני התנגשויות בהשראת יצורים תת-ימיים.
השילוב בין הרצון לחדשנות טכנולוגית בכלי רכב ובין החיפוש אחר פתרונות שקיימים כבר ביצורים שונים בטבע מוליד המצאות מעניינות. כמו המפרשן – בעלי חיים ימיים שונים מביאים איתם רוח של מקוריות למפרשיהן של חברות לייצור מכוניות.

מקור הידיעה
למידע נוסף

יגעת ומצאת – תחקה

מאת: דפנה חיים לנגפורד

 אחת התרומות של תחום הביומימיקרי לקיימות היא לימוד הפנמת חשיבות מגוון המינים לא רק בהיבטים האקולוגים, אלא גם בהיבטים הטכנולוגים, שכן, אורגניזמים רבים מהווים מקור להשראה וחיקוי לטכנולוגיות בכל תחומי החיים. המשפט "מין שנכחד הוא מורה שאבד" עליו אנו חוזרים בפני סטודנטים ותלמידים מקבל משנה תוקף בהתייחסות לכל אותן טכנולוגיות טבעיות המהוות מקור השראה למספר יישומים. לא אחת, אנו נתקלים בתופעה טבעית אחת המהווה מקור לחיקוי במגוון ישומים שונים, כדוגמת הצבע הפיזיקלי של פרפר המורפו שנתן השראה לפיתוח מסך, בד ומערכת זיהוי. מבנה עור הכריש שנתן השראה לפיתוח בגד הים של ספידו מצד אחד ומשטחים דוחי מיקרובים לחדרי ניתוח מצד שני.

אנו מאמינים שתחום הביומימקרי וטכנולוגיות ביומימטיות מהוות מקור לאופטימיות בדיון של העשור האחרון בנושאי סביבה, שכן התחום מסייע במציאת פתרונות יעילים שעמדו במבחן הזמן גם לבעיות הבוערות ביותר כמו שימוש באנרגיה נקיה, טיפול בפסולת, תחבורה ועוד, ובכך התחום מקדם המשך פיתוח טכנולוגי תוך חיקוי טכנולוגיות קצה יעילות וחכמות בהשראת הטבע.

בהיבט הזה של מקור ההשראה לפיתוחים ביומימטים, שנת 2016 הייתה שנה נפלאה עם 15,000 מינים חדשים שנמצאו, או בראיה שלנו, 15,000 מינים שיכולים להוות מקורות להשראה וחיקוי.

בין המינים החדשים שהתגלו אפשר למצוא למשל עוד שלושה יונקים  - למורים ננסיים            (Mouse Lemur) ממדגסקר, נחש בואה כסוף וענק שנמצא בדרך לא שגרתית כשבדק את ראשו של חוקר שנמנם על החוף  בבהאמה (Bahama’s Silver Boa) ציפור שיר חדשה ואפילו לוויתן!

בין כל העכבישים והפרפרים שנמצאו, נמצא גם עכביש "הארי פוטר" על שום הראש דמוי המצנפת שלו וגם מרבה רגליים (Illacme tobini) שמתנייד עם 414 רגליים, לא פחות מ 200 בלוטות ארס ו...במקום פין אחד לצרכי רביה, הוא מתהדר בארבעה.

וממש לקראת סוף 2016 לרגל סוף כהונתו של נשיא ארה"ב ברק אובמה, נמצא בהוואי דג צבעוני חדש שזכה להיקרא על שם הנשיא היוצא -Tosanoides Obama

כמדי שנה מתגלים בעולם כ 15,000-20,000 מינים חדשים. חוקרים טוענים שאי שם קיימים עוד מיליוני מינים נוספים לגילוי. נקווה לשנת 2017 פורייה גם בהיבט זה של מגוון המינים.

חדש(נ)ות מהטבע נובמבר 2016

קוראים יקרים שלום,

 
הכנס השלישי ל"ביומימיקרי – אקדמיה ותעשייה" יתקיים השנה במתכונת מורחבת ב- 08.06.17 באוניברסיטת תל אביב. מצורף קול קורא להרצאות בכנס.

 
החודש נרחיב על הזנב של סוסון הים יכול להתכווץ למחצית מעוביו כבסיס לפיתוח זרוע רובוטית רכה וגמישה, על דבק רפואי חדש בהשראת הצדפה, לשימוש בניתוחי עוברים, על מיקרו-סורג מתכתי המחקה את מבנה העצם האנושית שזכה בתואר המתכת הקלה בעולם, ועל פיתוח של דג מהונדס המגיב להבזקי אור.

 בברכת קריאה מהנה,

 צוות ארגון הביומימיקרי הישראלי 

זנב או חצי זנב?

מאת: יעל הלפמן כהן

 זנבו של סוסון הים יכול להתכווץ למחצית מעוביו מבלי שיתרחש נזק קבוע לחוליות השדרה של הסוסון. חוקרים מקווים להשתמש במבנה דומה ליישומים ביומימטיים שונים.

מהנדסים באוניברסיטת קליפורניה, סן דייגו, חיפשו מבנה טבעי חזק, נוקשה, קל וגמיש, כמודל לזרוע רובוטית. בתחילת המחקר בחנו שריון של בע"ח שונים, לרבות ארמדילו, תנין וקשקשי דגים. בהמשך התמקדו בזנבו של סוסון הים.

זנבו של סוסון הים מצטיין במבנה גמיש וחזק וביכולות תפיסה. הזנב מאפשר עגינה / אחיזה באלמוגים או באצות, שמסייעת לסוסון הים להתחבא מטורפים כמו צבי ים, סרטנים, וציפורים. הזנב גמיש לצורך התפיסה, אך גם חזק לצורך הגנה על האיברים הפנימיים של סוסון הים כמו חוליות השדרה. עד כה לא נחקר זנב סוסון הים כשריון.

במהלך המחקר נבחנה תגובת הזנב של סוסון הים לפעולות שונות, כגון הפעלת לחץ מזוויות שונות. נמצא שהזנב יכול להתכווץ עד 50% מעוביו המקורי בלי שיתרחש נזק בלתי הפיך לחוליות השדרה. גמישות הזנב קשורה למבנה שלו. הזנב של סוסון הים מורכב מ- 4 לוחות של עצמות המקיפות את חוליות השדרה, ויכולות לגלוש זו על זו. העצמות יכולות לנוע בתנועה יחסית, זו על גבי זו, או בתנועה סיבובית, כך שהזנב יכול להתכופף ולהסתובב.

בסרטון מצורף הסבר והמחשה של מבנה הזנב
 

בשלב הבא מתכננים החוקרים לייצר לוחיות עצם מלאכותיות בהדפסה תלת ממדית, ולצרף להן פולימרים שיתפקדו כשרירים. המטרה הסופית – פיתוח זרוע רובוטית גמישה שתהיה שילוב של רובוט קשה ורך, ותוכל לתפוס אובייקטים בצורות ובגדלים שונים. זרוע ביומימטית זו תוכל לשמש במגוון יישומים כמו: מכשור רפואי, חקירה תת ימית או גילוי פצצות.

למידע נוסף

מולים (צדפות) להצלת עוברים

מאת: דפנה חיים לנגפורד

באוניברסיטת ברקלי, שוקדים בימים אלו על פיתוח דבק רפואי חדש, הפעם בהשראת הצדפה, לשימוש בניתוחי עוברים.

בתמיכת ה NIH ובשיתוף פעולה עם Michael Harrison מנתח ילדים מ UCSF, מפתח המהנדס Messersmith מאוניברסיטת ברקלי דבק המחקה את ה"סופר-דבק" התת מימי המופרש מהצדפה.

בעולם הכירורגי, ניתוחים בעוברים, המיועדים לתיקון מומים מולדים לפני הלידה, נחשבים חדשים יחסית. היום, 35 שנה אחרי הניתוח המוצלח הראשון שבוצע בעובר, יחד עם שיפורים באבחון ופיתוח כלי ניתוח ייעודיים, יש יותר ויותר סוגים של ניתוחים בעוברים וכן מספר הניתוחים המתבצעים מדי שנה גדל. במהלך הזמן, שיטות הניתוח עברו גם הן שינוי מניתוחים יחסית פולשניים לניתוחים זעיר פולשניים ופרוצדורות לפרוסקופיות.

בין הניתוחים היותר נפוצים בעוברים, הם ניתוחי הפרדת חבל תבור בין תאומים זהים, פתיחת חסימות שתן מסכנות כליה, תיקון פגמים בריאות ועד. בכל אלו, יש צורך לחתוך את שק העובר על מנת להגיע לאיבר הדורש את ההתערבות הכירורגית.

למרות ההתקדמות בשיטות והכלים, אחד הסיכונים המשמעותיים בפרוצדורות אלו, הוא קרע בשק העובר שיכול להוביל לדליפה של מי שפיר ולידה מוקדמת ומסכנת חיים.  

פיתוח דבק יעיל לשימוש במהלך ניתוחים בתוך הגוף (סביבה רטובה) הוא אתגר הנדסי משמעותי, בעיקר כאשר הדגשים התכנוניים העיקריים הם האפקטיביות של הדבק, הבטיחות שלו (מבחינת רעילות) והצורך בתאימות ביולוגית.

בחיפוש אחר דבק העונה על הדרישות הללו, פנו החוקרים לצדפה המייצרת דבק ביולוגי המותאם לסביבה רטובה. הצדפה משחררת קורי דבק מבלוטה ייעודית לצורך היאחזות בסלע. קורי הדבק הם למעשה חלבונים שבמגע עם מים הופכים לדבק חזק ביותר המאפשרים את ההיאחזות של הצדפה בסלע גם בתנאי ים קשים וסוערים. אחת מחומצות האמינו העיקריות בדבק הצדפה היא ה L-Dopa, חומצה אמינית לא מאוד נפוצה באדם הידועה בעיקר בזכות תפקידה במערכת העצבים המרכזית וכן, כתרופה לפרקינסון. החוקרים שילבו את ה L-dopa בדבק הרפואי שפיתחו בהשראת הצדפה ליצירת פולימר חזק ויעיל בסביבה מימית.
 

מעודדים מתוצאות ראשוניות חיוביות בהדבקת רקמת שק עובר אנושית מחוץ לגוף (ex-vivo) וכן בניתוחי עובר בארנבות, החוקרים מאמינים שדבק בהשראת הצדפה יהיה בטוח יותר לשימוש ויצמצם את הדליפות משק העובר. בנוסף באמצעות שימוש בדבק טרם החיתוך ויצירת ממשק בטוח לעבודת המנתח, הם מעריכים שהם יצמצמו משמעותית את רמת הסיבוכים בניתוחי עוברים.
 
 

המתכת הקלה בעולם בהשראת העצם האנושית

מאת: דפנה חיים לנגפורד

מיקרו-סורג מתכתי אשר פותח על ידי חברת התעופה בואינג ומעבדות HRL זכה לאחרונה בשיא עולמי למתכת הקלה בעולם.

בתעופה, אחד הגורמים המשמעותיים בצריכת האנרגיה ולכן בעלות התעופה הוא משקל המטוס. לאור זאת, מדענים רבים ברחבי העולם מחפשים חומרים קלים אך חזקים להחלפת המתכות הכבדות מהן בנויים מטוסים. חברת בואינג, בשיתוף פעולה עם מעבדות HRL, מפתחת בשנים האחרונות חומר מתכתי קל המחקה את מבנה העצם האנושית החזקה והקלה. המבנה החדש כל כך קל שיכול להיות מאוזן על קצה זרע של שן הארי. החומר שוקל פי מאה פחות מאשר פוליסטירן (חומר סינתטי חזק).
בתהליך הפיתוח של המתכת הקלה השתמשו בתהליכי יצור מורכבים אותם ניתן להעתיק למתכות וחומרים נוספים כדוגמת אלומיניום וליצר משטחי אלומיניום קלים מאוד בצפיפות פחותה מזו של האוויר (ללא האוויר הכלוא בתוכו). העיקרון התכנוני הוא לצמצם באופן משמעותי את צפיפות החומר על ידי יצירת מבנה מרושת בדומה לעצם האנושית אשר בנויה בצורת רשת זעירה וקלה שמקנה חוזק למבנה כולו.


לבנית המיקרו-סורג המתכתי, השתמשו המדענים בתבנית פולימרית ייעודית וסיבי חומר בעובי של כ 80 ננומטר (פי 1,000 דק משערה אנושית). התוצאה היא חומר אולטרה-דק, אודות למבנה המסורג בעל שטח פנים גדול ויכולת ספיגת אנרגיה רבה.
תהליך הייצור מהיר ועל כן המדענים מאמינים כי ניתן יהיה להשתמש בחומרים המיוצרים בשיטה זו למטרות של הפחתת משקל, בידוד ושחלוף חום, וליישום בכנפי מטוסים, קסדות ואפילו בעתיד בפיתוח ריאה מלאכותית.
 
 מקור
 

האור שבקצה המאורה

מאת: זיו כהני

בפעם הבאה שתראו מאורה שיוצאת ממנה חולדה, במקום לצעוק או לברוח..., תתחילו לחשוב על טכנולוגיה חדשה!

חוקרים ממכון WYSS – המכון להנדסה בהשראת הביולוגיה שאוניברסיטת הארוורד - פיתחו בהשראת החולדה, דג סטינגריי זעיר, שהוא חצי חיה וחצי מכונה. הדג מורכב מתאי שריר מהונדסים גנטית של חולדה. תאי השריר הם אלו שלמעשה מאפשרים לכנפים של הדג לנוע בתגובה להבזקים של אור. החוקרים הצליחו להנחות את הייצור המלאכותי לעבור מסלול מכשולים תחת המים באמצעות הבזקי אור בלבד.

החוקרים הרכיבו את הייצור המלאכותי משלד, הטעון זהב טבעי, וכיסו אותו בשכבה גמישה של פולימר, שעליו הדפיסו 200,000 תאי לב של חולדה הנקראים cardiomyocytes (תאי שריר היוצרים את ההתכווצות/התרפות שריר הלב). כל תא הונדס גנטית כדי שיהיה בעל יכולת להגיב לאור. החוקרים "כיוונו" את התאים להתכווץ בתגובה להבזקים של אור וע"י כך, הייצור הניף את הכנפיים.

                                  
                              תמונה מאת Michelle Hedstrom, cc 2.0

בסה"כ בגודל של סמטימטר וקצת, הייצור המהונדס עבר בהצלחה מסלול מכשולים מתחת למים תוך הנחייה של הבזקי אור. החוקרים דיווחו שאלומת האור הצליחה לייצר פעילות, הכוללת מהירות, מרחק ותזוזה, תוך שמירה על עמידות ויציבות, ברמה גבוהה יותר ממערכות ביו-היברידית אחרות.
נחמד ככל שיהיה להניע ייצור בתוך מסלול מכשולים, סיבת המחקר האמיתית משמעותית יותר,הנדסת רקמות, המאפשרת לשלוט בפעילות תאי הלב, כמו במקרה של המחקר הזה, ויכולה להוביל לשיפורים ביצירת לב מלאכותי.

בנוסף, חשובה היכולת לפתח יצורים מלאכותיים חכמים יותר, שלמעשה סוללים את הדרך לקוגניציה סינטתית. כלומר, ייצור מלאכותי, כל כך זעיר, הוא למעשה פתיחת דלת לעתיד מטורף.

מקור

 
 
 
 
 

חדש(נ)ות מהטבע אוקטובר 2016


קוראים יקרים שלום,

שנת הפעילות הפדגוגית החלה עם פתיחתו של קורס הסמכה ברמת הנדיב ותחילת תכניות  BIOX ברחבי הארץ, בבתי הספר היסודיים ובחטיבות הביניים.

הכנס השלישי ל"ביומימיקרי – אקדמיה ותעשייה" יתקיים השנה במתכונת מורחבת בחודש יוני בתל אביב. פרטים בקרוב.

החודש נרחיב על חליפת גלישה בהשראת פרוות הבונה, על גישה ביומימטית למלחמה בחיידקים הקשורה ל"שד הטסמני", על פיתוח חומרים חזקים וגמישים בהשראת הריר של דג המיקיסנה, ועל אורגניזם מפתיע אחד- המנעלן, בעל מקור ורגליים יחודיים, העשויים להיות השראה למגוון פיתוחים.

בברכת קריאה מהנה,

צוות ארגון הביומימיקרי הישראלי  

חלום רטוב - יבש

מאת: יעל הלפמן כהן

מהנדסים ב-MIT יצרו משטח גומי דמוי פרווה, המחקה את יכולות הבידוד של פרוות הבונה, כבסיס לפיתוח חליפת צלילה ביומימטית.
 
מהנדסים ב-MIT ביקרו בחברה המייצרת חליפות גלישה, ונחשפו לצורך בחומרים שיאפשרו לגולשים לשמור על חום גופם בזמן הגלישה, מבלי לפגוע בזריזותם או לסרבל את תנועתם. גלישה היא ספורט המצטיין בתנועה מתמדת בין אוויר למים. חליפת גלישה חמה ויבשה היא החלום ה"רטוב" של גולשים רבים (חוץ מלעלות על הגל המושלם), אך החומרים הקיימים כיום לא נותנים מענה מספק לשמירה על חום ועל יובש, תוך שמירה על קלות התנועה.
החוקרים התחילו לחקור בעלי חיים קטנים וזריזים, החיים בסביבות ארקטיות, ומבלים חלק מזמנים מתחת למים וחלק מזמנם ביבשה. לבונה וללוטרה למשל, אין שכבת שומן עבה לבידוד (כמו ללווייתנים), ועדיין הם שומרים על חום גופם ואפילו על יובש בזמן צלילה, וזאת ע"י לכידת בועות אוויר בפרוותם הצפופה. בעבר כבר כתבנו על מעיל סערה שפותח בהשראת הלוטרה, והמחקר הנוכחי מעמיק בהבנת המשתנים בפרוות האורגניזמים הקשורים ליכולות הבידוד בכלל, ויכולות לכידת האוויר בפרט.  
לצורך המחקר יצרו החוקרים משטחים דמויי הפרווה בממדים שונים, בעזרת יציקות גומי. משטחים אלה שוקעו במהירויות משתנות בנוזלים בעלי צמיגות משתנה. בעזרת הדמיית וידאו הצליחו החוקרים להעריך את כמות האוויר שנלכדה בכל השקעה. 

נמצא שהמרווח בין השערות על המשטח ומהירות ההשקעה שלו, משחקים תפקיד משמעותי בקביעה כמות האוויר הנלכדת במשטח. על סמך ממצאים אלה פיתח הצוות מודל מתמטי פשוט לתיאור אפקט לכידת האוויר בפרווה. באמצעות המודל אפשר לשלוט על אורך השערות, על המרווחים ביניהן ועל סידור השערות, ולתכנן טקסטורות למהירויות צלילה שונות ולמקסום האזורים היבשים.
מודל זה אפשר ליישם בתהליכי ייצור של חומרים שונים, כמו, למשל, בבדים לחליפות צלילה. חליפות צלילה כיום עשויות מגומי קשיח, אך יתכן שאפשר להחליפו בחומר קל ממנו, עם טקסטורת שערות, כך שהאוויר ישמש לבידוד במקום הגומי, והחליפה כולה תהיה קלה ותבודד ביעילות, תשמור על חום הגוף במים הקרים ותאפשר ייבוש מהיר של החליפה מחוץ למים, כלומר תעניק לגולש את היתרונות של פרוות הבונה. 

על שדים וחיידקים

מאת: דפנה חיים-לנגפורד

מדענים גילו שחלב אם של 'השד הטסמני' מכיל ארסנל אנטי-מיקרוביאלי, אפקטיבי כלפי 25 מהחיידקים המסוכנים ביותר הידועים למדע וכלפי שש הפטריות המסוכנות ביותר הידועים למדע, כולל החיידק Staphylococcus aureus, האחראי להרעלת מזון, לדלקת ראות ועוד.

השד הטסמני (שם מדעי: Sarcophilus harrisii) הוא חיית כיס אוכלת-כל הגדולה ביותר בעולם, והוא מצוי היום רק באי האוסטרלי טסמניה. מיבשת אוסטרליה נכחד השד הטסמני ככל הנראה על ידי הדינגו, כלב הבר האוסטרלי. זהו יונק קטן יחסית וחזק מאוד. ראשו וצווארו הגדולים מקנים לו את אחת הנגיסות החזקות ביותר בקרב יונקים והוא משתמש ביכולת זו לא רק בקרבות להשגת בת זוג, אלא גם לגיוון במזון. הדיאטה של השד הטסמני כוללת טרף של יונקים בגדלים שונים, אבל גם נבלות בשלבי ריקבון משתנים, התורמים לריח הפה הדוחה האופייני לו. 
התמונה באדיבות Charlieatyourservice

 מסתבר שגור שד טסמני, כמרבית חיות הכיס, נולד טרם סיים את התפתחותו ובהיוולדו הוא חסר מערכת חיסון נרכשת, המתפתחת רק עם הגיעו לגיל 90 יום, וזאת כשהוא גדל ושורד בכיס האם שורץ החיידקים. היכולת של גורי השד הטסמני לשרוד בתנאים אלה ללא מערכת חיסון מפותחת הציתה את דמיונם של החוקרים, שפנו לבדוק את חלב האם. לאחר אפיון גנטי, נמצא שחלב האם, כמו גם רירית הכיס, עשירים בפפטידים אנטי-מיקרוביאליים, שהם אפקטיביים כלפי שורה ארוכה של חיידקים ופטריות פתוגניות. פפטידים אנטי-מיקרוביאליים מהווים חלק ממערכת החיסון המולדת. בחלב האם האנושי למשל, יש רק פפטיד אנטי-מיקרוביאלי אחד. החוקרים סינתזו שני פפטידים בעלי טווח פעולה רחב, שנמצאו אפקטיביים כלפי חיידקים מזיקים לאדם.

לאור החשש שחיידקים עמידים לאנטיביוטיקה יגרמו למוות בשנים הקרובות יותר מאשר סרטן, כתוצאה מהירידה באפקטיביות של סוגי האנטיביוטיקה הקיימים, בודקים החוקרים בימים אלה את רמת הבטיחות של הפפטיד לשימוש באדם, כחלק מהמאמץ הבינלאומי לפתח ארסנל חדש של סוגי אנטיביוטיקה שיתמודדו עם איום החיידקים העמידים.  (ראו ידיעה על חברת אומניקס הישראלית, המפתחת פפטידים אנטי-מיקרוביאליים בהשראת חרקים).

**למרות היכולת הנדירה להתמודד עם חיידקים עמידים, השד הטסמני נמצא היום בסכנת הכחדה חמורה עקב התפרצות של devil facial tumour disease, פרזיט מדבק הגורם להם לסרטן פנים קטלני. עם זאת, לאחר שני עשורים של התמודדות עם המחלה, נראה שהשד הטסמני החל לפתח עמידות לפרזיט יוצר הסרטן – מנפלאות מערכת החיסון של השדונית.