מאת פשע בנסון • 2 בדצמבר 2025
ירושלים, 2 בדצמבר 2025 (TPS-IL) — מדענים ישראלים פיתחו חיישן גז המסוגל להבחין בין מולקולות "תמונת מראה" באוויר, פריצת דרך בעלת פוטנציאל לחולל מהפכה באבחון רפואי, בקרת איכות מזון ומשקאות, ניטור סביבתי ותעשיית התרופות, כך הודיעה האוניברסיטה העברית בירושלים.
על ידי זיהוי הבדלים מבניים עדינים בתרכובות נדיפות, החיישנים יוכלו להפעיל בדיקות נשימה לא פולשניות למחלות כמו סרטן ריאות או סוכרת, לעקוב אחר שינויים במחלה לאורך זמן, ולהבטיח עקביות בטעם ובארומה במזון ובבשמים. הם גם יוכלו לסייע בזיהוי קלקול או זיהום לפני שהמוצרים מגיעים לצרכנים.
מולקולות תמונת מראה, הנקראות גם מולקולות כיראליות, הן זוגות של מולקולות בעלות אותה נוסחה כימית אך מסודרות כמו ידיים ימנית ושמאלית – זהות בהרכב אך לא ניתנות לחפיפה זו על זו. למרות שהן נראות כמעט זהות, לשתי הצורות יכולות להיות השפעות שונות מאוד, כגון הפקת ריחות, טעמים או תגובות ביולוגיות שונות.
המחקר, המפרט את התכנון, הבדיקה והיישומים הפוטנציאליים של החיישנים, פורסם בכתב העת המדעי Chem. Eur. J..
החיישן משתמש בננו-צינוריות פחמן מצופות בקולטנים מבוססי סוכר שתוכננו במיוחד, המשמשים כמנעול ומפתח מולקולריים לאינטראקציה עם כימיקלים ספציפיים באוויר. "על ידי הוספת ציפוי סוכר, יצרנו ארכיטקטורה כימית מדויקת סביב החיישן שיכולה לקיים אינטראקציה אפילו עם מולקולות ריח הנקשרות באופן חלש מאוד", אמר פרופ' שלמה יצחק, אחד המנחים של המחקר.
צוות המחקר, בראשות אריאל שטרית ויונתן סוכרן בהנחייתם של יצחק ופרופ' מתן חורביץ', הדגים שהחיישנים יכולים להבחין בבירור בין צורות תמונת המראה של לימונן וקרבון, שתי מולקולות ריח נפוצות, תוך שהם אינם מגיבים לצורות דומות של אלפא-פינן. באופן מפתיע, החיישנים זיהו את מולקולת ה-(–)-לימונן בריכוזים נמוכים עד 1.5 חלקים למיליון, רגישות גבוהה פי עשרה משיטות דומות רבות.
יעילות החיישנים נובעת מהאינטראקציה בין הננו-צינוריות המצופות בסוכר לבין המולקולות הנדיפות. באמצעות מדידות חשמליות בשילוב סימולציות מחשב בשיתוף פעולה עם האוניברסיטה הטכנית של דרזדן והאוניברסיטה פרידריך שילר בינה שבגרמניה, החוקרים מצאו שכל תמונת מראה מולקולרית נקשרת מעט שונה לקולטן. הבדלים זעירים אלו משנים את תנועת האלקטרונים בננו-צינוריות, ומייצרים שינויים ניתנים למדידה באות החשמלי.
"הבנת האופן שבו מבנה מולקולרי משפיע על ביצועי החיישן נותנת לנו תוכנית אב לתכנון קולטי ריח מלאכותיים טובים יותר", אמר חורביץ'. על ידי בדיקת עיצובי קולטנים שונים, הצוות זיהה מאפיינים כימיים המשפרים את הסלקטיביות, ובכך סולל את הדרך לחיישנים מדויקים ורב-תכליתיים יותר.
המחקר הוא חלק מקונסורציום האירופי SMELLODI, החוקר קשרים בין ריח גוף, תפיסת ריח ומצבים פיזיולוגיים ורגשיים. ניתוח לא פולשני של תרכובות אורגניות נדיפות – כולל מולקולות תמונת מראה – הוא מטרה מרכזית של הפרויקט, עם יישומים פוטנציאליים בניטור בריאות, בטיחות סביבתית ותעשייה.
הפיכת מולקולות סוכר, הנמסות בדרך כלל במים, לחיישני גז יציבים ופונקציונליים היוותה אתגר כימי והנדסי משמעותי. הצוות התגבר על כך על ידי יצירת מערכת דו-חלקית: קולטנים מתכווננים מבוססי סוכר המחוברים כימית לחומרים ננו-מטריים פחמניים. ניתן לכוונן את העיצוב על ידי שינוי "מסגרת" הסוכר או הקבוצות הכימיות המחוברות אליה, מה שמאפשר יכולות זיהוי מותאמות אישית.
מעבר לבריאות ומזון, לחיישנים יכולים להיות יישומים בניטור סביבתי ובתרופות. הם יכולים לזהות מזהמי אוויר או דליפות כימיות ברמות נמוכות ביותר, ולשפר את הבטיחות הן לבני אדם והן למערכות אקולוגיות. בייצור תרופות ובמחקר כימי, החיישנים יכולים לאמת את הטוהר וההרכב של מולקולות כיראליות, שלעיתים קרובות יש להן השפעות ביולוגיות שונות בהתאם לצורת תמונת המראה שלהן, ובכך לסייע להבטיח שהמוצרים בטוחים ויעילים.
במבט קדימה, החוקרים מאמינים שכלי חישוב, כולל סימולציות פיזיקליות מתקדמות ולמידת מכונה, יוכלו להאיץ את יצירת עיצובי קולטנים חדשים, ולהרחיב את טווח המולקולות הנדיפות הניתנות לזיהוי וצורות תמונת המראה שלהן.
"העבודה שלנו מראה שניתן לזהות שינויים זעירים במבנה המולקולרי באופן אמין באמצעות ננו-צינוריות מצופות סוכר", אמר שטרית. "זה פותח את הדלת למערכות חישה אלקטרוניות שבעבר נחשבו לבלתי אפשריות."
נושאים קשורים
