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.

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