הכנה קלה של זכוכית פפטיד בטמפרטורת החדר באמצעות ציוד מעבדה סטנדרטי. קרדיט: אוניברסיטת תל אביב
חוקרי אוניברסיטת תל אביב יצרו זכוכית ייחודית שהיא גם דבק יעיל וגם שקופה מאוד. זכוכית זו שנוצרת באופן ספונטני עשויה להשפיע באופן משמעותי על תעשיות היי-טק מרובות.
חוקרים מאוניברסיטת תל אביב (TAU) יצרו סוג חדש של זכוכית עם תכונות ייחודיות ואפילו סותרות, כמו היותה דבק חזק (דביק) ושקוף להפליא בו זמנית. הזכוכית, שנוצרת באופן ספונטני במגע עם מים בטמפרטורת החדר, עשויה לחולל מהפכה במערך של תעשיות שונות ומגוונות כמו אופטיקה ואלקטרו-אופטיקה, תקשורת לוויינית, חישה מרחוק וביו-רפואה.
הזכוכית התגלתה על ידי צוות חוקרים מהארץ ומהעולם, בראשות הדוקטורנט גל פינקלשטיין-זוטא ופרופ' אהוד גזית מבית הספר לביו-רפואה וחקר הסרטן של שמוניס בפקולטה למדעי החיים והמחלקה למדעי החומרים ו הנדסה בפקולטה להנדסה ב-TAU. תוצאות המחקר פורסמו לאחרונה בכתב העת המדעי היוקרתי טֶבַע.
זכוכית פפטיד מוצקה לאחר ההכנה. קרדיט: אוניברסיטת תל אביב
תהליך ומאפייני הזכוכית החדשה
"במעבדה שלנו, אנו חוקרים ביו-התכנסות ומשתמשים ספציפית בתכונות הנפלאות של הביולוגיה כדי לייצר חומרים חדשניים", מסביר פרופ' גזית. "בין היתר, אנו לומדים רצפים של חומצות אמינו, שהם אבני הבניין של חלבונים. לחומצות אמינו ופפטידים יש נטייה טבעית להתחבר זה לזה וליצור מבנים מסודרים עם סידור תקופתי מוגדר, אבל במהלך המחקר גילינו פפטיד ייחודי שמתנהג בצורה שונה מכל מה שאנחנו מכירים: הוא לא יצר שום תבנית מסודרת אלא אמורפי, מופרע, שמתאר זכוכית."
ברמה המולקולרית, זכוכית היא חומר דמוי נוזל חסר סדר במבנה המולקולרי שלו, אך תכונותיו המכניות דמויות מוצק. זכוכית מיוצרת בדרך כלל על ידי קירור מהיר של חומרים מותכים ו"הקפאתם" במצב זה לפני שמאפשרים להם להתגבש, וכתוצאה מכך נוצר מצב אמורפי המאפשר תכונות אופטיות, כימיות ומכניות ייחודיות – לצד עמידות, צדדיות וקיימות. החוקרים מ-TAU גילו שהפפטיד הארומטי, המורכב מרצף תלת-טירוזין (YYY), יוצר זכוכית מולקולרית באופן ספונטני, עם אידוי של תמיסה מימית, בתנאי טמפרטורת החדר.
(משמאל לימין): גל פינקלשטיין-זוטא ופרופ' אהוד גזית. קרדיט: אוניברסיטת תל אביב
"הזכוכית המסחרית שכולנו מכירים נוצרת על ידי קירור מהיר של חומרים מותכים, תהליך שנקרא זיגוג" אומרת גל פינקלשטיין-זוטא. "צריך לתקן את הארגון דמוי הנוזל האמורפי לפני שהוא מסודר בצורה יעילה יותר באנרגיה כמו בקריסטלים, ולשם כך נדרשת אנרגיה – יש לחמם אותו לטמפרטורות גבוהות ולקרר אותו מיד. מצד שני, הזכוכית שגילינו, העשויה מאבני בניין ביולוגיות, נוצרת באופן ספונטני בטמפרטורת החדר, ללא צורך באנרגיה כמו חום גבוה או לחץ. פשוט ממיסים אבקה במים – ממש כמו להכין קול-אייד, והכוס תיווצר. למשל, יצרנו עדשות מהזכוכית החדשה שלנו. במקום לעבור תהליך ארוך של השחזה והברקה, פשוט טפטפנו טיפה על משטח, שם אנחנו שולטים בקימור שלו – ומכאן גם במיקוד שלו – על ידי התאמת נפח התמיסה בלבד".
התכונות של הזכוכית החדשנית מבית TAU ייחודיות בעולם – ואף סותרות זו את זו: היא קשה מאוד, אבל היא יכולה לתקן את עצמה בטמפרטורת החדר; זהו דבק חזק, ויחד עם זאת, הוא שקוף בטווח ספקטרלי רחב, החל מהאור הנראה לטווח האינפרא אדום הבינוני.
השפעה ושימושים פוטנציאליים
"זו הפעם הראשונה שמישהו מצליח ליצור זכוכית מולקולרית בתנאים פשוטים", אומר פרופ' גזית, "אבל לא פחות חשובות מזה הן תכונות הזכוכית שיצרנו. זו כוס מאוד מיוחדת. מצד אחד היא חזקה מאוד ומצד שני מאוד שקופה – הרבה יותר שקופה מזכוכית רגילה. זכוכית הסיליקט הרגילה שכולנו מכירים היא שקופה בטווח האור הנראה, הזכוכית המולקולרית שיצרנו שקופה עמוק לתוך תחום האינפרא אדום. יש לזה שימושים רבים בתחומים כמו לוויינים, חישה מרחוק, תקשורת ואופטיקה. זהו גם דבק חזק, הוא יכול להדביק כוסות שונות יחד, ובמקביל, הוא יכול לתקן סדקים שנוצרים בו. מדובר בסט של תכונות שלא קיים באף זכוכית בעולם, שיש לה פוטנציאל גדול במדע ובהנדסה, ואת כל זה קיבלנו מפפטיד בודד – חתיכה קטנה של חלבון".
