פיזיקה

תמונת מוח של עובר בן 25 שבועות באולטראסאונד רפואי

בשנים האחרונות הצליחו מדענים לגרות תאי עצב במוח בעזרת אלומות אולטרסאונד ממוקדות בעוצמה לא גבוהה. אפשרות זו פותחת פתח ליישומים אשר יכולים להתערב בפעילות המוח ולטפל בו באופן לא פולשני- מאידך לא הוצע עדיין הסבר מניח את הדעת לגבי התופעה.
מחקר חדש של פרופ’ איתן קימל ופרופ’ שי שהם, בעזרתו של הדוקטורנט מיכאל פלקסין, מציע הסבר לאותה התופעה. לטענתם, קרום התא צובר אנרגיה בעקבות רטט שתי שכבות המולקולות אשר מרכיבות אותו. בעקבות הרטט נוצר זרם חילופין אשר מוביל להצטברות מטען בקרום עד כדי יצירת פוטנציאל פעולה ועירור חשמלי של התא.
מידע חדש זה יכול להוביל ליישומים בתחום מחקר המוח, איבחון בעזרת אולטראסאונד מוח כמידע משלים לבדיקת ה-MRI, טיפול במחלת האפילפסיה ועוד.

קישור לידיעה-אתר הטכניון

קצת על האולטראסאונד-פורטל ה-fMRI והדימות המוחי

כ-10%-20% מכלל האוכלוסיה סובלים מכאבים כרוניים, אשר נגרמים ממחלות ממאירות, בעיות אורתופדיות, פגיעות עצביות ועוד. הרפואה כיום מצליחה להקל על כאב כזה בצורה די מוגבלת וזמנית.
מחקר חדש אשר נערך באוניברסיטת סטנפורד בארצות הברית בדק אפשרות של שימוש באופטוגנטיקה להקלת הכאב. אופטוגנטיקה הינה שימוש באור אשר גורם לתאים מהונדסים, שעליהם מוקרן האור, לייצר חומרים מסוימים- כאשר בניסוי הנוכחי השתמשו החוקרים בנגיפים מהונדסית גנטית, כך שיפרישו חומרים בהתאם לתגובה לאור באורך גל מסוים.
הנגיפים המהונדסים הוזרקו לרגלי עכברים, כאשר הם הונדסו לשחרר חומרים גורמי כאב בתגובה לאור כחול וחומרים משתקי כאב בתגובה לאור צהוב ואכן כך קרה-כאשר נדלק אור כחול בתחתית הכלוב, העכברים חשו כאב ואילו כאשר נדלק אור צהוב, הם פיתחו חסינות לכאב.
ניסוי זה פותח פתח לשימוש בהקלה על כאב, במנגנון דומה, גם אצל בני האדם, אם כי בהחלט נדרשים מחקרים נוספים בתחום.

קישור לידיעה-אתר רשת ב’

קצת על תחושת הכאב- אתר האגודה הישראלית לכאב

מהי אופטוגנטיקה?- מכון דוידסון לחינוך מדעי

תגובות כימיות נוצרות בדרך כלל כאשר אטומים משתפים או מחליפים ביניהם אלקטרונים הנמצאים ברמת האנרגיה הגבוהה ביותר, הרמה החיצונית של האטום. מאידך כימאי מאוניברסיטת קליפורניה בסנטה ברברה בשם מאו-שנג מיאו, מצא שבתנאים קיצוניים גם אלקטרונים מהרמות הפנימיות מסוגלים להשתתף בתגובות כימיות.
מיאו חישב תוצאה זו לגבי אטומי צזיום ופלואור, אשר בתנאים רגילים יוצרים קשרים פשוטים. חישוביו מראים שבלחץ גבוה יכולים להיווצר מולקולות אשר משתפות אלקטרונים פנימיים של אטומי היסודות הללו. שילוב זה יוצר מולקולה של צזיום חמש- פלואורי (CsF5) אשר נראית ככוכב-ים.
גילוי זה הינו מפתיע וסותר את הדעה המקובלת שהאלקטרונים ברמות הפנימיות אינם מגיבים בתגובות כימיות אם כי נדרשים מחקרים נוספים בתחום.

קישור לידיעה- אתר סיינטיפיק אמריקן ישראל

קצת על יצירת תרכובות

הרכיב המכני שבו העין האנושית קולטת תמונה הוא יחסית פשוט ומתבצע בעזרת שריר המשנה את העדשה לשם שינוי המיקוד ובעזרת קשתית אשר מתפקדת כווסת אור (צמצם).
עד היום המדע נתקל בקשיים לא מעטים ביצירת מערכות הדמייה ממוזערות ולאחרונה פיתחו חוקרים מאוניברסיטת פרייבורג (Freiburg) שבגרמניה מערכת כזו, אשר מתבססת על ההנדסה של העין האנושית.
המערכת החדשה בנויה סביב עדשה מחושלת בעלת יכולת שינוי מיקוד, אשר משלבת רכיב נוזלי המווסת את כמות האור הנקלט- בדומה למה שעושה הקשתית בעין שלנו. מתח חשמלי אשר מועבר במערכת, משנה את תכונות הנוזל וכך מצמצם אותו או מרחיב אותו בהתאם לכמות האור שיש לקלוט.
המכשיר, בגודל של כמה סנטימטרים, צפוי להיות ממוזער עוד יותר ולשמש כמערכת לצורכי הדמייה מיקרוסקופיות במדע, ברפואה ובמחקר.

קישור לידיעה- אתר אירגון הביומימיקרי הישראלי

קצת על העין האנושית

לעתים נדמה שתחום הרדיותרפיה, טיפול בעזרת הקרנות, הוא תחום שקופא על שמריו, אך לא כך הדבר- מחקר תמיד מתבצע בתחום זה.
מכשיר יחסית חדש בתחום הרדיותרפיה משתמש בפרוטונים על מנת להקרין גידולים סרטניים בצורה מדויקת וכמעט ללא אנרגית פיזור. הקרינה גורמת נזק ל-DNA של התאים הסרטניים והורסת אותם. התופעה הפיזיקלית אשר מתרחשת בתהליך זה ידועה בשם “בראג פיק”(Bragg peak) .
בזכות היכולת לדייק ולפזר מעבר לכך מעט מאוד את הקרינה, מקרין הפרוטונים הוא מכשיר יעיל, אם כי משתמשים בו רק כאשר גבולות הגידול ברורים וכאשר אין גרורות.
בארץ, בגלל העלויות הגבוהות ובגלל האינדיקציות המעטות שבהם משתמשים במכשיר, אין תקציב למכשיר הקרנת פרוטונים, אם כי מתוכנן בעתיד מכשיר אוניברסיטאי לשם כך. כרגע, מטופלים, בעיקר ילדים, נאלצים לנסוע לחו”ל לשם ביצוע טיפולים באינדיקציות אשר מתאימות לתרפיה בפרוטונים.

קישור להסבר על תרפיה בהקרנת פרוטונים

המרכז השווייצרי להקרנת פרוטונים (כולל סרטון הסבר)

קצת על תופעת “בראג פיק”

קיימים מינים רבים של צפרדעים אשר פיתחו יכולות שונות בעקבות אתגרי הסביבה שבה הם נמצאים, כמו למשל צפרדע בשם Black-spotted Rock frog מקבוצת Torrent frogs ,אשר מאופיינת בכך שהיא מסוגלת לטפס באופן מדהים בסביבות מימיות וחלקות.
ד”ר תומס אנדליין (Thomas Endlein) וצוותו מאוניברסיטת גלזגו שבסקוטלנד בדקו מה מייחד את אותה הצפרדע יחסית לצפרדע אחרת אשר חיה על עצים.
התברר שכאשר המשטחים היו חלקים ויבשים, הציגו שני סוגי הצפרדעים יכולות היצמדות דומות, אך כאשר הוזרמו מים, Black-spotted Rock frog
נצמדה טוב יותר באופן משמעותי, בזכות זה שהיא מגדילה את שטחי המגע שלה עם המשטח. כמו כן צורתם של התאים ברפידות הבוהן אצל אותה צפרדע היתה מאורכת עם תעלות ישרות, מה שהקל על ניקוז הנוזלים מתחת לכריות ואז המשך הידבקות יעילה.
מחקר זה יכול ללמד את האדם כיצד ליצור משטחי הדבקה טובים יותר אשר יעמדו גם בסביבות מימיות.

קישור לידיעה

קצת על צפרדעי ה-Torrents

פרויקט ה-INUMAC) Imaging of Neuro disease Using high-field MR And Contrastophores) הוא פרויקט משולב של מדענים גרמניים וצרפתיים אשר מיועד ליצור מכשיר MRI אשר יספק תמונות של המוח ושל איברים אחרים בהפרדה חסרת תקדים.
סורק ה-INUMAC מיועד לייצר שדה מגנטי בעוצמה של 11.75 טסלה, פי 235 אלף מהשדה המגנטי של כדור הארץ. שדה מגנטי כזה מסוגל להרים בקלות טנק במשקל של 60 טונות. כמו כן ה-INUMAC צפוי להיות מכשיר ה-MRI הגדול ביותר שנוצר עד היום, כאשר קוטר המנהרה שבו היא 90 סנטימטר.
מבחינת ביצועיו, אם כיום MRI ממוצע מסוגל לספק רזולוציה של מילימטר אחד ומסוגל לעקוב אחרי אירועים במרווח זמן של כשנייה, סורק ה-INUMAC יהיה מסוגל להגיע לרזולוציה של 0.1 מילימטר ולעקוב אחר אירועים בטווח של עשירית השנייה.
בעתיד, בגלל עוצמתו הגדולה של המכשיר, הוא יוכל לאפשר דימות לא רק של פרוטוני מימן אלא גם של חומרים אחרים כמו נתרן, אשלגן, סידן ויסודות אחרים בעלי ספין בגופנו- מה שיאפשר זיהוי של פתולוגיות סחוס וכדומה.
מעבר לשיפור היכולת המחקרית במגוון תחומים, מכשיר זה יוכל לאתר שינויים קטנים מאוד במוח ואז לאבחן מחלות נוירולוגיות ניווניות כמו אלצהיימר, טרשת נפוצה ופרקינסון- הרבה יותר מוקדם ממה שמאבחנים אותם כיום.

מבוסס על ידיעתו של עידו גנוט, עיתון גלילאו מ”ס 182, ע”מ 56-57.

קישור לידיעה- אתר extremetech

מהו MRI ומחקרים אחרונים בטכנולוגיה שלו- פורטל ה-MRI הישראלי

מצב שבו אטום אחד נמצא בשני מקומות בו-זמנית, מה שקרוי בשפה הפיזיקלית סופרפוזיציה, נראה לנו כמצב בלתי אפשרי, אך התיאוריה הקוונטית תומכת במצב שכזה.
צוות פיזיקאים מאוניברסיטת בן-גוריון בראשות פרופ’ רון פולמן, ד”ר יונתן יפה ושמעון מכלוף הצליחו לגרום למצב שבו אטום נמצא בשני מקומות בו-זמנית כאשר הם נעזרים בשדה מגנטי סטטי.
במהלך הניסוי הם קיררו ענן אטומים לטמפרטורה של כ-100 ננו-קלווין, הטמפ’ הקרה ביותר אשר נצפתה במעבדה או בטבע, ואז הפעילו עליהם שדות מגנטיים סטטיים על מנת ליצור מצב של סופרפוזיציה בעזרת אפקט שטרן-גרלך.
החידוש בניסוי הזה איננו קירור האטומים לטמפ’ הנתונה או הכנסתם לסופרפוזיציה, דברים שנעשו כבר בעבר, אלא השימוש בשדות מגנטיים סטטיים לשם כך.

קישור לידיעה-אתר הידען

סופרפוזיציה קוונטית

על אפקט שטרן-גרלך

חלקיקי הנייטרינו (Neutrino) הם חלקיקים יסודיים יציבים, ללא מטען חשמלי, אשר מושפעים בעיקר מהכוח הגרעיני החלש. מאחר שחלקיקים אלו לא מגיבים לכוח האלקטרומגנטי או לכוח החזק, הם לא מגיבים לאטומי חומר ולכן פשוט עוברים דרכו.
עד היום למדו אסטרונומים על מרחבי היקום בעיקר מגלי אור, אך לאחרונה התחילו להבין תהליכים גם באמצעות קליטת חלקיקי נייטרינו. פרופ’ אלי וקסמן ממכון וייצמן ופרופ’ ג’ון בקל מפרינסטון הציעו מודל שחזה שחלקיקי ניטרינו ייווצרו במאיצי חלקיקים אשר נמצאים בקרבת חורים שחורים. הם הקימו גלאי ענק ביבשת אנטרקטיקה אשר מסוגל חלקיקי ניטרינו וכמות הנייטרינו שגלאי זה קלט תמכה בסברה שלהם לגבי כמה חלקיקי ניטרינו יגיעו אל כדור הארץ בזמן נתון (חלקיק אחד, לקילומטר רבוע, במשך שנייה).
התבססות על חלקיקי הנייטרינו ולימוד דרכם על הנעשה ביקום יכולה להקים אסטרונומיה ואפילו פיזיקה מסוג חדש, זאת גם בזכות יכולתם של חלקיקי הנייטרינו לעבור בתוך אטומי חומר בלי ליצור איתו אינטראקציה.

קישור לידיעה- אתר מכון וייצמן

קצת על חלקיקי נייטרינו

האור הוא הדבר המהיר בתבל והשגת הקפאתו יכולה להביא את המדענים לאחסן בו מידע ולאחזר אותו, מה שיכול להביא לפיתוח זיכרון קוונטי מבוסס על אור.
לאחרונה חוקרים גרמניים הצליחו ללכוד את האור לתוך גביש למשך דקה שלמה. הם הצליחו לעשות זאת בעזרת תהליך שנקרא EIT (שקיפות מושרית אלקטרומגנטית-Electromagnetically Induced Transparency) שקלטה את אלומות האור אל תוך גביש וכך הפכו קוהרנטיות אופטית לקוהרנטיות אטומית (קוהרנטיות היא מצב שבו מופעי הגלים או הפרשיהם נשארים קבועים, בין השאר כך יכולה להיגרם התאבכות בונה ולא הורסת של סיגנל).
תגלית זו פותחת את הדרך אל אחסון זיכרון קוונטי בעזרת גלי אור, אבל עדיין יש צורך להגביר את הקפאת האור לזמן ממושך יותר.

קישור לידיעה-אתר הידען

קישור לידיעה המקורית

מהי קוהרנטיות של גלים?

חדשות המדע

כל חדשות המדע במקום אחד (בעריכת עופר בן חורין)

שימוש באולטראסאונד לשם גירוי תאי עצב במוח

להפסיק את הכאב בעזרת אור

גם אלקטרונים פנימיים באטום משתתפים בקשרים כימיים

מערכת הדמייה חדשה המבוססת על העין האנושית

תרפיה בעזרת פרוטונים

ללמוד מהצפרדעים על משטחי הדבקה

פרויקט ה-INUMAC- דור חדש של סורקי MRI

האם אטום יכול להיות בשני מקומות בו-זמנית?

אסטרונומיה חדשה בפתח – חלקיקי הנייטרינו

חוקרים גרמניים הצליחו להקפיא את האור לדקה שלמה