תחומי המחקר של חברי הסגל

Preface First

This is a debugging block

Preface Second

This is a debugging block

Preface Third

This is a debugging block

תוכן

This is a debugging block

 

לחצו על התמונות להגדלה:

 

  פיתוח תרופות וטכנולוגיות רפואיות   כימיה של חומרים מתקדמים   כימיה ירוקה, איכות הסביבה, אנרגיה חלופית   לייזרים - אור וחומר   כימיה תיאורטית וחישובית  

 

  • כימיה אורגנית

     

    ד"ר רועי אמיר

    שימוש בכימיה אורגנית לשם סינטזה של פולימרים "חכמים" המשמשים אותנו לתכנון והכנה של מערכות המורכבות ממספר רב ומסוגים שונים של פולימרים. המחקר עוסק בתכנון, הכנה ואפיון של המערכות הסופראמולקולריות תוך דגש על חקירת הקשר בין המבנה המולקולרי של הפולימרים והאופן בו הם מסתדרים לתת מבנה מורכב יותר. שני התחומים העיקריים בקבוצה הינם:

    1. תכנון והכנה של מערכות מולקולריות חדשניות לשימושים ביו-רפואיים המבוססות על היברידים של פולימרים לינארים ודנדרימרים: מערכות להובלה של תרופות, מערכות ל-gene therapy ומערכות לשחרור מבוקר של תרופות.

    2. פיתוח של פולימרים המכילים אלמנטים מבניים המכוונים את אופי אירגונן של אבני בניין מולקולריות אלה ליצירתם של ננו-מבנים ו/או מערכים סופראמולקולרים מורכבים ויישומם במגוון תחומים בננו-טכנולוגיה.

     

    פרופ' מיכאל גוזין

    1. כימיה של פולרנים וביופולימרים. פיתוח שיטות סינתטיות להכנה של חומצות אמיניות, פפטידים וחומצות גרעין הנגזרות מפולרן.

    2. פיתוח תרופות המבוססות על פולרן ובעלות תכונות תרפאותיות לטיפול במחלות הקשורות במערכת העצבים ומחלות לב-ריאה (הפרוייקט מתבצע בשיתוף פעולה עם הפקולטה לרפואה של אוניברסיטת Harvard).

    3. פיתוח שיטות סינתטיות להכנה של חומרים המשמשים כרכיבים במערכות של אלקטרוניקה מולקולרית (הפרוייקט מתבצע בשיתוף פעולה עם מרכז לננו-טכנולוגיה של  אוניברסיטת תל-אביב ומעבדות Bell בארה"ב).

     

    ד"ר רומן דוברובצקי

    המטרה המרכזית במחקר המתבצע במעבדתי היא פיתוח חומרים חדשים לשפעול מולקולות קטנות. אקטיבציה של מולקולות קטנות, תמיד משכה אליה תשומת לב רבה בעולם המדעי, בשל מאגרי אנרגיה כימית נגישה המאוחסנת במולקולות כגון H2, N2, O2, H2O, CH4 וכו', או מאגר של חומר גלם פחמני הטמון במולקולות כמו CO2, CO וכדומה. לרוב אנחנו מעוניינים בזרזים המבוססים על יסודות קבוצה ראשית כאלטרנטיבה לזרזים המבוססים על מתכות מעבר כבדות, או אצילות. התחומים העיקריים במעבדה שלי הם:

    1. סינתזה של ראדיקלים חדשים ואקטיבציה של מולקולות קטנות בעזרתם.

    2. סינטזה ופיתוח של זרזים המבוססים על יסודות קבוצה ראשית לאקטיבציה ושימוש של מולקולות קטנות בסינתזה.

    3. שימוש ביכולת של החומרים המסונתזים לאקטב מולקולות שונות לבניית ננו-מבנים שונים כגון בלוק-קופולימרים, ריאקטורים כימיים, ומבנים קוולנטיים אורגניים (COF). 

     

    פרופ' ארקדי ויגלוק

    1. כימיה סופראמולקולרית

      1. ייצוב ויישום שיטות סינטטיות של מערכות קטליטיות חדשות על בסיס של קומפלקסים מתכתיים לתגובות ROP של אופוקסידים, לקטונים ולקטידים.

      2. חיישנים כימיים

    2. כימיה ירוקה

      1. כימיה "על מים"

      2. סינתזה של פוליפפטידים בעלי חומצות אמינו מותמרות לשימוש בתור ליגנדות לקטליזה בתמיסות מימיות.

    3. פלואורסנציה נוקלאופילית ואלקטרופילית עם מתכות מעבר מאוחרות.

      1. מנגנונים של שלבים מרכזיים בכימיה אורגנו-מתכתית: סיפוח מחמצן, אלימינציה והשימוש של קומפלקסים מתכתיים עם פלואור.

     

    פרופ' יורם כהן

     

    1. מדידית דיפוזיה בטכניקות של NMR במערכות סופראמולקולאריות. שימוש במקדם הדיפוזיה למיפוי אינטרקציות בין צורונים כימיים במערכות סופראמולקולאריות.

    2. מיכלים מולקולאריים – שימוש בטכניקות NMR תוך התמקדות במדידות דיפוזיה לקביעת המבנה, יחסי אורח-מארח, ארגון עצמי והכרה עצמית במיכלים מולקולאריים.

    3. שימוש ב-MRI תוך התמקדות במדידת דיפוזיה לחקר המבנה ומחלות של מערכת העצבים המרכזית. פיתוח וישום של מדידות דיפוזיה בטכניקות MRI במרחב ה-q לקבלת אינפורמציה מבנית ופתופיזיולוגיות של איברים מבודדים וב- in vivo. חקירת מודלים של מחלות ניורוליוגיות כמו שבץ מוחי, חבלת ראש, EAE , Alzheimer.

    4. פיתוח שיטות הדמיה חדשות המבוססות על double–PFG MRI וישומים שלה בחקר המוח. חקר שינויים דינאמים במוח בעזרת double PFG MRI.

    5. חומרי ניגוד מכווני מטרה ל-MRI לשימוש בהדמיה תאית ומולקולארית של מערכת העצבים המרכזית. הכנה, איפיון המבנה של קומפלקסים פאראמגנטיים וננו-חלקיקים מגנטיים ושימושם ב-MRI של מערכת העצבים המרכזית. מעקב אחרי השתלת תאים בעזרת ננו-חלקיקים מגנטיים.

     

     

    פרופ' שמואל כרמלי

    1. בידוד וקביעת מבנה של חומרי טבע פעילים ביולוגית מתרביות של ציאנובקטריה, בקטריות ממקורות ימיים ויבשתיים, פטריות ממקור ימי,  אסצידיות וספוגים לשם פתוח תרופות אנטי סרטניות, אנטי מיקרובייליות ומעכבות לאנזימים פרוטאוליטיים.

    2. הקשר בין פעילותם הביולוגית של החומרים לתפקידם האקולוגי. ציאנובקטריה הפורחות במאגרי מים מייצרות לעתים קרובות רעלנים. פעילותם של רעלנים אלו מוגברת עקב נוכחותם של חומרי טבע פעילים אחרים המיוצרים בו-זמנית על-ידי בקטריות אלו. פעילותם של חומרי הטבע נחקרת לשם הבנת תיפקודם במערכת האקולוגית ולשם פתוח תרופות.

    3. בידוד וקביעת מבנה של חומרי טבע פעילים ביולוגית מפטריות ימיות. הקשר של פטריות לאורגניזמים ימיים (כפתוגנים, אורחים או סימביונטים) אינו ברור. אנו מנסים להתחקות אחר הקשר הזה ע"י בידוד חומרי הטבע אשר פטריות אלו מייצרות בתרבית ובחינת פעילותם הביולוגית על אורגניזמים אחרים ובמערכת האקולוגית בה נמצאו.

     

    פרופ' משה פורטנוי

    1. פיתוח ואופטימיזציה של שיטות סינתטיות על מצע מוצק.

    2. סינתזה ודריבטיזציה של דנדרונים על מצע מוצק.

    3. יצירת מערכות קטליטיות מולטיוולנטיות/דנדריטיות על המצע מוצק ובדיקת אפקטים מולטיוולנטיים/דנדריטיים בקטליזה.

    4. סינתזת מולקולות דנדריטיות, לרבות קטליזטורים דנדריטים, בתמיסה. השוואת פעילות קטליזטורים דנדריטים הטרוגניים לאנאלוגים הומוגניים.

    5. יצירת אורגנוקטליזטורים על מצע מוצק ובתמיסה, לרבות אורגנוקטליזטורים דנדריטיים וביפונקציונליים.

    6. פיתוח תהליכים אורגנוקטליטיים חדשים.

    7. שימוש בתבניות דנדריטיות למטרות ביורפואיות: הכנת חמרים דנדריטיים להדמיה וחמרים דנדריטיים בעלי פעילות ביולוגית.

     

    פרופ' מיכה פרידמן

    נושאי המחקר מתמקדים באינטגרציה בין כימיה אורגנית לביולוגיה, במטרה לחקור תהליכים ביולוגיים.  עבודת המחקר במעבדה מבוססת על חשיבה ופרקטיקה אינטרדיסציפלינרית המשתנה בהתאם לאופיו של הפרויקט ומאפשרת הכשרת מדענים עם חשיבה רחבה ויכולת משולבת לחקור שאלות מדעיות בעלות חשיבות ביולוגית רבה ומשמעויות אפליקטיביות.

    1. פיתוח שיטות סינתטיות ומתודולוגיות לסינתזה אורגנית של מונו ואוליגו סוכרים.

    2. פיתוח וחקר חומרים אנטימיקוביאליים

    3. פיתוח וחקר גישות חדשות חדשות לטיפול בגידולים במערכת העצבים המרכזית ואלצהיימר.

     

    פרופ' משה קול

    כימיה אורגנית, כימיה אי-אורגנית, כימיה אורגנומתכתית וכימיה סופראמולקולרית

    תכנון והכנה של ליגנדות צבת חדישות ממשפחות האמין-פנולאט וממשפחות התיו-פנולאט: אמין-מונו(פנולאט), אמין-ביס(פנולאט),  אמין-טריס(פנולאט), דיאמין ביס(פנולאט) כירלי, דיתיו-דיפנולאט, וכו. חקר הקישור של ליגנדות אלה למתכות מעבר מוקדמות, למתכות לנתנידיות, ולמתכות השורה הראשית, ופיתוח קטליזטורים חדשים לתגובות הבאות:

    1. פילמור של a-אולפינים: קטליזטורים המראים פעילות גבוהה ביותר, קטליזטורים לפילמורים חיים ולבלוק-קופילמור, קטליזטורים לפילמור סטראוסלקטיבי (איזוטקטי) בדרגה גבוהה במיוחד, קטליזטורים לפילמור אולפינים מופרעים סטרית, קטלזטורים נקיים אננטיומרית לפילמורים ייחודיים.

    2. קטליזה אסימטרית ע"י קומפלקסים כירליים הכוללים מרכז מתכתי סטראוגני, תוך התבססות על מוטיבים כירליים חדישים כגון ביס(פירולידין) ואמינומתיל-פירולידין.

    3. פילמור ע"י פתיחת טבעת של אסטרים כגון לקטידים ומונומרים דומים ממקורות מתחדשים (טבעיים).

    4. תגובות העברת חמצן של אולפינים וסולפידים.

    5. חקר כריכה כירלית סביב מרכזים מתכתיים שונים.

     

    פרופ' דורון שבת

    כימיה ביואורגנית

    1. נוגדנים קטליטיים : סינתזה אורגנית באמצעות נוגדנים קטליטיים, שימוש בנוגדנים קטליטיים להפעלה ספציפית של תרופות כימותרפיות כנגד תאי סרטן, פיתוח והכנה של נוגדנים קטליטיים חדשים.

    2. שחרור תרופות מבוקר: Controlled Drug Delivery:

      1. תכנון וסינתזה של "מתאמים כימיים", המתאימים לקישור של תרופה ל-Targeting Device בתצורה המופעלת ע"י חיתוך אנזימתי.

      2. תכנון וסינתזה של “Prodrugs” המתאימים לטיפול סלקטיבי בסרטן.

    3. מערכות מולקולאריות עם יכולת פרוק עצמית למטרת הגברת אותות כימיים וביולוגיים.

    4. פיתוח של חיישנים מולקולאריים בתחום האינפרא אדום הקרוב למטרת הדמייה וגילוי מוקדם של סרטן.

     

  • כימיה פיזיקלית

     

    ד"ר יובל אבנשטיין

    מחקר רב-תחומי המשלב מיקרוסקופיה אופטית מתקדמת, ננו-טכנולוגיה, ביולוגיה ומדעי המחשב לפתרון בעיות בביולוגיה ורפואה. המחקר בקבוצה מתחלק בין פיתוח שיטות וטכנולוגיה לבין מחקר בסיסי בביו-פיסיקה וביו-רפואה.

    • אחד האתגרים העומדים בפני המדע הוא היכולת לזהות ולעקוב אחר מולקולות ביולוגיות בודדות על מנת להבין את אופן פעולתן ואת האינטראקציות שלהן עם סביבתן. אנו מפתחים סמנים פולטי אור המבוססים על ננו-גבישים המתבייתים על מטרות מולקולריות כגון חלבונים או רצפים ספציפיים של DNA.  בשילוב מיקרוסקופיה וספקטרוסקופיה של תהליכי העברת אנרגיה מאפשרים סמנים אלה לעקוב אחר פעילות אנזימטית ביולוגית כגון סינטזה של DNA ו-RNA בזמן אמת.

    • מטילציה של DNA באזורים שונים של הגנום היא בעלת השפעה מכרעת על מגוון מנגנונים ביולוגיים כגון התמיינות של תאי גזע ו סרטן. אנו מפתחים שיטה ל מיפוי גנומי של מטילציה ב-DNA בעזרת סימון פלואורסצנטי ומתיחה של מולקולות DNA  בודדות על משטחים. צילום הסימונים לאורך המולקולות בשילוב ביו-אינפורמטיקה וכלים חישוביים אחרים מאפשרים בניה של "ברקוד"  המאפיין את ה-DNA המצולם ומעניק מידע על תכונות התא ומצבו.

    • מחלות שונות מאופיינות בייצור מוגבר (או מופחת) של מולקולות ביולוגיות ספציפיות. אחד הכלים החשובים לדיאגנוזה רפואית הוא זיהוי כמותי של מולקולות אלה  בדגימות רפואיות. אנו מפתחים שיטה אופטית מהירה אשר בעזרת ביו-סנסורים ננומטריים תאפשר זיהוי מולקולרי כמותי ברגישות גבוהה תוך שימוש בכמויות זעירות של דגימות רפואיות.

    • טלומרים הם רצפים יחודיים הנמצאים בקצה הכרומוזום ומתקצרים עם כל חלוקת תא עד הגעתם לאורך קריטי המסמן לתאים למות. שיבושים במנגנוני שימור האורך של הטלומרים גורמים לתופעות כסרטן והזדקנות. בעזרת מניפולציה ננומטרית של DNA בשילוב הדמיה אופטית אנו יכולים למדוד את אורך הטלומרים באופן ישיר מכרומוזומים בודדים ולחקור קורלציה של אורך הטלומרים עם מגוון מצבים ביולוגיים.

     

    פרופ' מיכאל אורבך

    דינמיקה ותרמודינמיקה של מערכות מולקולריות בגיאומטריה מוגבלת.

    חישוב של תכונות אופטיות ואלקטרוניות של שכבות גבול בין מוצק לגז ובין מוצק לתמיסה.

    השפעת מידת החספוס של השטח על תכונות אלקרוכימיות אופטיות של שכבות גבול.

    תכונות אופטיות לא לינאריות של שכבות גבול אלקטרוכימיות.

     

    פרופ' אמיר גולדבורט

    תהודה מגנטית גרעינית (ת.מ.ג.) במצב מוצק של מקרומולקולות, קומפלקסים ביולוגים ומתכות Magic angle spinning Solid-state NMR.

    תהודה מגנטית גרעינית היא שיטה ספקטרוסקופית שמסתמכת על פיצול רמות האנרגיה של גרעין האטום בשדה מגנטי על מנת לקבל אינפורמציה על הסביבה הכימית, המבנה, והדינאמיקה של מולקולות.

    המעבדה משתמשת בת.מ.ג. במצב מוצק על מנת לפתח שיטות ספקטרוסקופיות חדשות בתחום ועל מנת לחקור ברמה האטומית מערכות שלא ניתנות לאפיון מלא בטכניקות אחרות. הדגש המחקרי הוא על מערכות של וירוסים, פילמנטים של מקרומולקולות ביולוגיות (להם תפקיד חשוב בתקשורת, תנועה והעברת מסה בין תאים) וכן על מטלואנזימים שקשורים למחלות פסיכיאטריות ואחרות. במיוחד הדגש הוא על אפיון האתר הפעיל באנזימים אלו ולצורך כך אנו עוסקים גם בפיתוח טכניקות ספקטרוסקופיות לאפיון מתכות וסביבתן.

    עבודת המעבדה היא רב תחומית ולכן דורשת התמצאות ולמידה של תחומים שונים: גידול וניקוי של חלבונים ווירוסים, אפיון בסיסי של התוצרים בשיטות ביופיסיקליות, ספקטרוסקופיה מגנטית תוך שימוש במגנט על מוליך חזק (14.1 T), וכן אנליזה ספקטרלית ואוטומציה באמצעות מחשבים.

     

    פרופ' דיאנה גולודניצקי

    1. סינתזה, אפיון חומרים ותופעת מעבר יונים בננומבנים של אלקטרודות ואלקטרוליטים מוצקים.

    2. שיקוע חשמלי (אלקטרודפוזיציה), אלקטרופורטי (electrophoretic deposition , EPD) ושדה מגנטי הומוגני/מדורג על מנת לייצר ננו חלקיקי קרמיקה-פולימר ומתכות אלקליות במבני קליפה-ליבה.

    3. תהליכי redox בסוללות בעלות צפיפות אנרגיה גבוהה המבוססות ליתיום סיליקון/סולפור במצב מוצק

    4. תופעת הספיחה בסופר-קבלים מבוססי ננו-חוטי סיליקונים נקבוביים

    5. טופוגרפיה תלת מימדית (בשיתוף פעולה עם Imperial College, London) ברזולוציה סאב-ננומטרית

    6. 3Dמיקרו-בטריות נטענות במימדים של 1-10mm3 בעלי צפיפות אנרגיה גבוהה והספק גבוה למיקרואלקטרוניקה מתקדמת. 

     

    פרופ' חיים דימנט

    תיאוריה של נוזלים מורכבים וחומרים רכים

    בניגוד לרושם שעלול להיווצר בלימודי התואר הראשון, רוב החומרים מסביבנו אינם גזים אידיאליים, נוזלים פשוטים או מוצקים גבישיים. חשבו לדוגמא על הנייר אותו אתם קוראים עכשיו, הדיו שעליו, השמפו שבו השתמשתם, האוכל שאתם אוכלים, או הרקמות שמהן עשויים אתם עצמכם. חומרים אלה נראים ומתנהגים באופן שונה מאוד מן החומרים הפשוטים שעליהם למדתם. הסיבה הבסיסית לכך היא שהם מכילים מבנים ברמות ביניים שבין המולקולה הבודדת למערכת המקרוסקופית.

    מטרת המחקר של קבוצתי היא להבין את העקרונות שמאחורי ההתארגנות העצמית של מבנים כאלה. דוגמאות למערכות רלוונטיות: ממברנות, חד-שכבות, פולימרים, גבישים נוזליים, תרחיפים, תחליבים. מערכות אלה מציבות בעיות מעניינות של הופעת מבנים בשיווי משקל, אולם לאחרונה אנו מתמקדים יותר בדינמיקה של היווצרות מבנים. אחת השאלות המרכזיות היא מהם העקרונות הקובעים את ההתפתחות של היררכיה מבנית. לבעיות מסוג זה יש כמובן השלכות על מבנים והיררכיה מבנית במערכות ביולוגיות. אופי העבודה הוא בעיקר אנליטי, אולם מערב לעתים גם סימולציות. המורכבות של המערכות הרלוונטיות מחייבת גמישות וגיוון בבחירת הכלים התיאורטיים, כגון תרמודינמיקה, מכניקה סטטיסטית, אלסטיות, הידרודינמיקה וגיאומטריה.

     

    פרופ' עודד הוד

    המחקר במסגרת קבוצתי עוסק בפיתוח תיאוריות ושיטות ובביצוע חישובים קוונטו-מכאניים של התכונות הפיזיקאליות של מגוון מערכות בסקאלה הננומטרית. חקר הפיזיקה הבסיסית של מערכות אלו מוביל ליישומים שונים בתחום ההתקנים הננו-אלקטרוניים, ספינטרוניקה, חיישנים כימיים, ומערכות ננו-מכאניות וננו-אלקטרומכאניות.  

    להלן מספר דוגמאות לכיווני מחקר המתנהלים במסגרת הקבוצה:

    1. גלאים כימיים ננומטריים על-רגישים: המחקר בתחום זה עוסק בהשפעת ספיחה כימית של מולקולות מזהם על תכונות ההולכה האלקטרונית של ננו-חוטים שונים כגון ננו-שפופרות פחמן (carbon nanotubes) ננו-רצועות גרפן (graphene nanoribbons), וננו-חוטי סיליקון (silicon nanowires).

    2. התקני אלקטרוניקה מולקולארית וספינטרוניקה: פיתוח אמצעים לשליטה בתכונות האלקטרוניות והמגנטיות של מערכות בעלות ממדיות נמוכה ותכנון מרכיבים אלקטרוניים עתידיים כגון ננו-טרנזיסטורים מולקולאריים, דיודות, ופילטרים של ספין אלקטרוני החיוניים לפיתוח דור העתיד של המחשבים.

    3. התקנים ננו-אלקטרומכאניים: בתחום זה אנו חוקרים את התכונות המבניות של חומרים בסקאלה הננומטרית.  ההתנהגות המכאנית של רצועת גרפן בודדת או של גביש ננומטרי תחת מעמסים ומעוותים שונים נחקרת באופן השוואתי לעולם המאקרוסקופי.  הבנת ההשפעה של מעוותים שונים על התכונות האלקטרוניות של חומרים אלו מאפשרים יישומם בתור חיישני לחץ מזעריים בעלי רגישות-על.

    4. דינאמיקה אלקטרונית ודינאמיקת ספין בהתקני אלקטרוניקה מולקולארית: במסגרת זו אנו מבצעים חישובים תלויים בזמן של ההולכה החשמלית בצמתים מולקולאריים. השיטות המפותחות במסגרת הקבוצה מאפשרות טיפול יעיל ומדויק בדינאמיקה האלקטרונית של המערכת הפתוחה, תוך תיאור מפורט של אפקטים חולפים (טראנזיינטים) ותרחישי מתח תלוי בזמן.  השפעת המבנה הכימי המלא של ההתקן המולקולארי על תכונות ההולכה נחקרים בזמן אמת.

     

    לצורך ביצוע החישובים, אנו משתמשים בחוות מחשבים מתקדמת הכוללת מערך של מעבדים רבי ליבות ועתירי זיכרון.  במסגרת המחקר נעשה שימוש במגוון שיטות חישוב ברמות מורכבות שונה ובהתאם לבעיה הנחקרת. קשת הכלים העומדים לרשותנו נעה בין מודלים מתקדמים המבוססים על תיאוריית פונקציונאלי הצפיפות (Density Functional Theory) ועד מודלים פשטניים המספקים אינטואיציה פיזיקאלית על המערכות הנדונות. שילוב של תוכנות המפותחות על-ידינו ותוכנות מסחריות מאפשר טיפול במגוון רחב של בעיות מתחום הכימיה, פיזיקה, והנדסת החומרים בסקאלה הננומטרית.

     

    ד"ר יורם זלצר

    1. מחקר ניסיוני המתמקד בהבנת תהליכי הולכת מטען חשמלי וחום דרך צמתים המבוססים על מולקולה בודדת וכן בבקרת תהליכים אלו באמצעות שדה מגנטי וקרינת לייזר (אלקטרוניקה מולקולרית).

    2. אלקטרוכימיה של מולקולה בודדת.

    3. פיתוח שיטות ליתוגרפיה תת-מיקרוניות חדישות.

     

    ד"ר גיא כהן

    קבוצתנו חוקרת תופעות מחוץ לשיווי משקל בכימיה ובפיזיקה של חומר מעובה. אנו מנסים להבין כיצד מערכות קוונטיות המפגינות קורלציה אלקטרונית חזקה מגיבות לצימוד עם סביבה דיסיפטיבית והפרעות חיצוניות, במיוחד בהקשר של זרמים ודינמיקה במערכות ננומטריות. מדובר במערכות שהשיטות הסטנדרטיות נכשלות בטיפול בהן, ולכן זהו תחום מאתגר העוסק בשאלות עמוקות ובסיסיות הנמצאות בחזית המדע, והמאופיינות על ידי סיבוכיות חישובית עצומה. כדי להתמודד עם שאלות אלו, אנו מפתחים אלגוריתמים ייחודיים, בדגש על שיטות מונטה-קרלו מתקדמות.

    מדוע אנו מתעניינים במערכות בעלות קורלציות חזקות? יש מגוון סיבות, וביניהן:

    • הן קשורות לבעיות חשובות במדע החומרים, כגון אוקסידים של מתכות מעבר. אלו חומרים שיש להם מגוון תכונות יוצאות דופן: למשל, הם יכולים להפוך ממתכת למבודד כתוצאה משינויים קלים בלחץ, טמפרטורה או פרמטר חיצוני אחר. מסיבה זו, הם יכולים להיות שימושיים כרכיבי אלקטרוניקה או חיישנים רגישים. התכונות המיוחדות של חומרים אלו - בניגוד לאלו של מוליכים למחצה - נשמרות גם בסקלה ננומטרית, ולכן הם עשויים להוות את הבסיס לננו-אלקטרוניקה בעתיד.

    • הן הבסיס להבנה של שאלות מרכזיות בפיזיקה: למשל, מוליכות על בטמפרטורה גבוהה מתרחשת בחומרים (מבוססי ברזל או נחושת) בעלי קורלציות חזקות, ויש לגביה יותר שאלות פתוחות מסגורות. כדוגמא נוספת, ההשפעה של אינטראקציה רב-גופית על לוקליזציה הנובעת מאי-סדר היא נושא לוהט במיוחד כיום. אלו תופעות שלגביהן דינמיקה והתנהגות מחוץ לשיווי משקל היא חשובה ורלוונטית ניסיונית, אך הטיפול התאורטי בנושאים אלו עדיין נמצא בחיתוליו.

    • מדובר באתגר חישובי מהמדרגה הראשונה, וההתמודדות עמו מצריכה פיתוח כלים נומריים חדשניים המשתמשים במיטב הטכנולוגיה המודרנית כדי לקדם אותנו לתחומי ידע שלא היו נגישים עד עתה. כדי למצוא תגליות מדעיות חדשות, יש לפרוץ גבולות.

     

    פרופ' גיל מרקוביץ'

    1. סינתזה ומניפולציה כימית של ננו-גבישים אי-אורגניים.

    2. ארגון הנַנוֹ-גבישים בְּעַל-מבנים בעלי רמות סדר ומימדיות שונות למשל, בעל-גבישים ("מוצקים מלאכותיים") או מערכים של ננו-חוטים.

    3. מדידות תכונות אופטיות, אלקטרוניות ומגנטיות של מערכי הננו-גבישים. הרכבת התקנים ננו-אלקטרוניים ומגנטו-אלקטרוניים, על בסיס שיטות כימיות ליצור שכבות דקות, ומדידת תכונותיהם.

    4. ננו-כיראליות – הכנת ננו-גבישים מחומרים כיראליים אי-אורגניים וחקר האינטראקציות בין מולקולות כיראליות לננו-חלקיקי מתכות ומוליכים למחצה.

     

    ד"ר עמית סיט

    חומרים הניתנים לתכנות הם חומרים אשר התכונות, ההתנהגות, והפונקציונאליות שלהם מוכתבות באופן ישיר מהאינפורמציה הכימית המוטמעת ו"מתוכנתת" בתוכם. הדוגמא הקלאסית לחומרים אלו הם החלבונים, בהם תכנות רצף חומצות האמינו הבונה את החלבון (המבנה הראשוני) קובע באופן ישיר את המבנה התלת ממדי שלו (המבנה השלישוני).

    קבוצתנו חוקרת מערכות הניתנות לתכנות כימי, ואשר מכילות רצף הוראות (אינפורמציה) המקודד במבנה הכימי לשם ביצוע משימה או פונקציה ספציפיות. אנו מתמקדים בבנייה ויצירה של סיבים פולימריים חדישים עליהם מתוכנתת אינפורמציה כימית ופיזיקלית, וחוקרים כיצד ניתן להשתמש באינפורמציה זו לקיפול של סיבים חד-ממדיים למבנים תלת ממדיים, וכיצד מבנה ספציפי יכול להוביל לקישור סלקטיבי ולהתארגנות עצמית. באמצעות שימוש בכלים מהתרמודינאמיקה ומתורת האינפורמציה, אנו חוקרים את העקרונות היסודיים אשר קובעים את ההתנהגות של חומרים הניתנים לתכנות. כמו כן אנו חוקרים את השימוש בחומרים אלו ליצירה של מערכות מיקרו-מכניות ומיקרו-ריאקטורים, ולאפליקציות רפואיות כגון הנדסת רקמות ושחרור מבוקר של תרופות.

    במעבדה אנו משתמשים במגוון של רב של שיטות פבריקציה כגון ליתוגרפיה, טוויה אלקטרו-הידרודינמית, ושיטות דפוזיציה מתקדמות. כמו כן אנו משתמשים במיקרוסקופיה וספקטרוסקופיה לצורך אפיון, ובכלים חישוביים ותיאורטיים מגוונים למידול, ניתוח והבנת התכונות של חומרים אלו. 

     

    פרופ' סרגיי צ'סקיס

    1. אבחון בעירה בספקטרוסקופית לייזר.

    2. חמצון חלקי של מתאן להעברת גז טבעי לדלק נוזלי.

    3. יצירת ננו חלקיקים בלהבות.

     

    פרופ' אביב עמירב

    המעבדה לכימיה אנליטית מיכשורית.

    המחקר ממוקד בפיתוח מכשור כימי אנליטי ייחודי, חדשני, הטוב ביותר מסוגו, המבוסס על עקרונות או תגליות חדשות שפותחו או נתגלו לראשונה על-ידינו.

    מטרת המחקר היא לפתח מכשור שיסייע לפתרון בעיות סביבתיות/כימיות/אנרגיה/רפואיות חשובות ואשר יגיע לקהיליה הבינלאומית. לצורך כך נעשה שתוף פעולה עם החברות הבינלאומיות המובילות בתחום וכן עם חברות בישראל.

    העבודה כוללת תכנון, פתוח, בניה, הרכבה, בדיקה ותפעול של ציוד אנליטי בחזית התחום במגוון אפליקציות שמושיות הלקוחות "מהעולם האמיתי" (real world).

    (פרוט מצוי ב-www.tau.ac.il/chemistry/amirav)

     

    תחומי המחקר כוללים:

    1. ספקטרומטרית מסות באלומות מולקולריות על-קוליות.

      1. תהליכי יוניזציה ומקורות יונים

      2. גז-כרומטוגרפיה מס-ספקטרומטריה מהירה, רגישה ומשופרת אינפורמציה.

      3. גז-כרומטוגרפיה דו מימדית  מוכללת מס-ספקטרומטריה.

      4. כרומטוגרפית נוזל - מס-ספקטרומטריה עם יינון אלקטרונים.

      5. אלקטרוספריי עם אלומות מולקולריות על קוליות

      6. פתוח שיטות ואפליקציות יחודיות לספקטרומטרית מסות באלומות מולקולריות על-קוליות בתחומי

      7. אנליזה סביבתית, רפואית, כימית, דלקים, מזון, משטרתית ועוד.

    2. חידושים בגז כרומטוגרפיה, דגימה, הפרדה ,גלאים והתאמה לעבודה מחוץ למעבדה

    3. כרומטוגרפיה מוכללת דו מימדית GCxGC וLCxGC

    4. דוגם פתוח לאנליזה מס-ספקטרומטרית בזמן אמיתי (וללא הכנת דוגמה) עם הפרדה  

    5. שיטות מיצוי והכנת דוגמה לאנליזה המבוססות על ממברנות   

     

    פרופ' פרננדו פטולסקי

    1. סינתזת ננו-חומרים (ננו-חוטים) חדישים ברוחב שיטות מתקדמות בפאזה גזית/נוזלית/מוצקה ואפיונם הכימי והפיזיקאלי.

    2. סינתזת ננו-חומרים "חכמים" המשלבים תכונות חשמליות, אופטיות ומגנטיות מבוקרות.

    3. פיתוח התקנים חשמליים, מגנטיים ואופטיים המבוססים על ננו-חוטים וננו-חומרים אחרים.

    4. יישום ננו-התקנים אלקטרוניים בפיתוח חיישנים ביולוגיים-כימיים עתידיים.

     

    ד"ר אבנר פליישר

    (יצטרף  לסגל ביה"ס באוקטובר 2017)

    קבוצתנו מפתחת מצלמה אולטרא-מהירה שביכולתה יהיה לצלם סרט המראה בזמן אמת כיצד אורביטלים אלקטרוניים אטומיים ומולקולריים מתפתחים במהלך תגובות כימיות. היות והתפתחות אורביטלים אלקטרוניים מתרחשת בסקאלת זמן קצרה ביותר הנעה בין עשרות פמטו-שניות (1 פמטו-שניה=אלפית פיקו-שניה) לכמה אטו-שניות  בודדות  (1 אטו-שניה=אלפית פמטו-שניה), אנו משתמשים בפולסים אולטרא-קצרים ואולטרא-חזקים של לייזר כדי להפעיל כוחות עצומים על האלקטרונים בחומר, כדי גם להניע בו דינמיקה אלקטרונית לא לינארית קיצונית וגם "לצלם" אותו. המחקר הוא מחקר בסיסי ומולטידיסיפלינארי, המערב את הטכניקות המתקדמות ביותר הקיימות כיום בתחומי האופטיקה הלא-לינארית, וואקום אולטרא-גבוה, אלומות מולקולריות, אלקטרוניקה מהירה, מס-ספקטרומטריה קורלטיבית של אלקטרונים ויונים וסימולציות של מערכות ותהליכים קוונטו-מכניים בנוכחות שדות לייזר חזקים.  

     

    ד"ר שר-לי פליישר

    בעוד הספקטרוסקופיה עוסקת בהשפעת החומר על האור והסקה על תכונותיו ומצבו של החומר, השליטה הקוהרנטית עוסקת בתהליך המשלים: שליטה על החומר באמצעות האור. המחקר בקבוצה מתמקד בפיתוח שיטות לשליטה במולקולות בפאזה הגזית ושימוש בהם לחקר תהליכים דינאמיים המתרחשים בקבועי זמן קצרים (פיקו-שניות). לצורך כך אנו משתמשים בפולסי לייזר אולטרא-קצרים (פמטו-שניות) עוצמתיים בתחומי האינפרא-אדום/אור-נראה (Hz1014) והטרה-הרץ (Hz1012).

     

    • שליטה קוהרנטית בדינמיקה סיבובית של מולקולות
      פיתוח שיטות לשליטה בפיזור הזוויתי של מולקולות בפאזה הגזית, יישור והכוונת מולקולות לזמן קצר לצורך חקירתם בשיטות מתקדמות של ספקטרוסקופיה לא לינארית. מניפולציות אופטיות של רמות הרוטציה וחקר האינטראקציה בין המולקולות בצבר ע"י ספקטרוסקופית טרה-הרץ דו מימדית.

    • מדידה ואפיון של תהליכים כימיים דינמיים באופן ישיר
      אנחנו מתעניינים בחקר הדינמיקה המולקולרית – כלומר מדידה ואפיון השינויים המבניים המתרחשים (בקבועי זמן מהירים מאד) ומערבים שינוי במבנה המרחבי של מולקולות, תוך כדי ההתרחשות ובאופן ישיר. נתמקד באיזומריזצית ציס-טרנס של מולקולות אזו-בנזן (azobenzene) ע"י מדידת הפרגמנטים המולקולריים בעקבות "פיצוץ קולומבי".

    • אפקטים אופטיים קולקטיביים בפאזה הגזית
      כאשר שדה טרה-הרץ 'עובר דרך' צבר של רוטורים מולקולריים ומקנה להם תנועה סיבובית, הוא גם יוצר מצבים רדיאטיביים קוהרנטיים המתבטאים בפליטה של פולסי טרה-הרץ באופן מחזורי. מתברר שכמות האנרגיה הנישאת אל מחוץ למערכת המולקולרית אינה זניחה כפי שמקובל להניח, ומתבטאת בשינוי משמעותי במאפייני הסיבוב של הרוטורים, המוסבר בהתנהגותם הקולקטיבית בדומה לסופר-קרינתיות (superradiance) נתמקד בחקר והבנת התופעה המתוארת ובשימושיה השונים.

     

    ד"ר שלומי ראובני

    (יצטרף לסגל ביה"ס באוקטובר 2017)

    מחקר תיאורטי בסיסי, החוצה גבולות דיסציפלינריים מוכרים, יונק ומפתח כלים מתורת ההסתברות והסטטיסטיקה, לתיאור, הסבר, וחיזוי של תופעות, ולחקר מערכות בתחומים שונים של הכימיה הפיזיקלית ושל הפיזיקה הסטטיסטית והביולוגית.

    אקראיות עומדת בבסיסם של תהליכים רבים המתרחשים ברמה המיקרוסקופית. שני חלקיקים הנעים בתמיסה ימצאו עצמם במקומות שונים אפילו אם החלו את תנועתם מאותו מקום, באותו זמן, ובאותה מהירות; ובשני תאים זהים, הגדלים באותה סביבה, נמצא לרוב מספר שונה של מולקולות מסוג מסוים. אך כיצד ניתן לתאר אקראיות? ובאיזו מידה הדרך בה אנו בוחרים לעשות זאת משפיעה על האופן שבו אנו מפרשים ניסויים? בשנים האחרונות נעשתה התקדמות טכנולוגית עצומה ביכולת לצפות בתהליכים המתרחשים ברמת המולקולה, החלקיק והתא הבודדים — אך במקרים רבים התיאור המתמטי הניתן לתהליכים אלו עדיין שאול מתורות קלאסיות שאינן לוקחות בחשבון אקראיות כלל, או לחילופין עושות זאת בהסתמך על הנחות פשטניות. כך ניתן לפספס לחלוטין את אפשרות קיומן של תופעות מסוימות או לשגות בהבנתן של תופעות אחרות. אנו מפתחים ומשכללים כלים אנליטיים לחקר תהליכים אקראיים ע"מ לחזות את קיומן של תופעות חדשות, וכדי להאיר באור שונה ומקורי תצפיות קיימות, תוך שימת דגש מיוחד על אוניברסליות ועל ניסיון להכליל לקחים הנלמדים ממודלים פשוטים.

    חוקי הטבע מכתיבים שלל מגבלות, חסמים ותמורות (trade-offs). בתואר הראשון למדתם שישנה יעילות מקסימלית למנוע חום (קרנו), ושזו אינה תלויה כלל בחומרים המרכיבים אותו, או באופן שבו תוכנן, עוצב ונבנה. מגבלות יסודיות מעין אלו חלות גם על "מכונות" ביולוגיות והניסיון לאפיינן עומד בחזית המחקר המדעי. את המהירות שבה תאים מתחלקים ניתן למדוד, אך האם קיימת מהירות מרבית אותה לא ניתן לחצות? ואם כן, מה קובע אותה? תאים מפעילים שלל חיישנים מולקולריים המאפשרים להם למדוד טמפרטורה וריכוז ולהגיב בהתאם, אך האם ישנם חסמים אוניברסליים על מינימום ההשקעה הנדרשת ע"מ לעשות זאת בצורה טובה ומדויקת מספיק? שאלות אלו אינן פשוטות כיון והן דורשות הבנה מעמיקה הן של המערכות המולקולריות המצויות ביצורים חיים והן של חוקי הטבע הבסיסיים, והקושי לספק עליהן מענה אמפירי מדגיש ומעצים את האתגר התיאורטי הניצב לפתחנו. נהוג לחשוב ששנים של אבולוציה דחפו את החיים סביבנו למקסם את התועלת אותה הם מפיקים מסביבתם, אך כיצד ניתן לדעת זאת בוודאות מבלי לאפיין תחילה מהי התוצאה "הטובה ביותר" אותה ניתן להשיג במגבלות הנתונות? רק אם נצליח בכך, נוכל לדעת עד כמה באמת מערכות ביולוגית קרובות לחסמים המגבילים את פעולתן, ובאיזו מידה הייתה לקרבה זו השפעה על האופן שבו הן נראות ועל הדרך שבה הן פועלות.

    יש לכם זיקה חזקה לתיאוריה וראש מלא ברעיונות לא שגרתיים? היכנסו לאתר הבית שלנו: http://shlomireuveni.weebly.com. נשמע לכם מעניין? רוצים לקחת חלק? מועמדים הרואים עצמם מתאימים מוזמנים לפנות כבר כעת (הקבוצה תחל את פעילותה בסתיו 2017).  

     

    פרופ' ערן רבני

    המחקר התיאורטי בקבוצתי כולל נושאים בחזית המכניקה הסטטיסטית והחומר הרך ועד תיאוריות קוונטיות רב-גופיות בחומרים קשים. המשותף לנושאים השונים הנו מספר רב של דרגות חופש, תיאור הבעיה בזמן אמיתי, ומצבים שאינם בשיווי משקל:  

    1. ארגון עצמי של מערכות בסקלה הננו-מטרית תוך דגש על תהליכים דינמיים רחוקים משיווי משקל. המחקר מתמקד בפיתוח מודלים "גסים" לתיאור הארגון העצמי של ננו-חלקיקים חצאי מוליכים וננו-מוטות היוצרים מבנים דו- ותלת-מימדים.  בנוסף, אנו עוסקים בפיתוח גישות תיאורטיות לשליטה במבנים המתקבלים תוך שימוש בשדות חיצוניים ובמשטחים בעלי תבניות ייחודיות.

    2. דינמיקה קוונטית במערכות רב גופיות שאינן בשיווי משקל.  הדגש הנו על פיתוח גישות חדשות תלויות בזמן (כגון אינטגרלי מסלול בזמן אמיתי) לחקר המוליכות בהתקנים אלקטרוניים וספינטרוניים מולקולריים והתקנים ננו-מטריים. בנוסף אנו מפתחים גישות לשליטה במוליכות תוך שימוש בשדות מגנטיים כשערים לוגיים.

    3. דינמיקה קוונטית בנוזלים וזכוכיות קוונטיות.  המחקר בכיוון זה מתמקד בשתי גישות משלימות.  האחת מבוססת על ניצול שיטות ידועות מעולם התרמודינמיקה (אינטגרלי מסלול בזמן מדומה) והפיכתם לכלי יציב לפתרון מערכות דינמיות.  הגישה השניה מבוססת תיאור הדינמיקה במרחב מצומצם תוך שימוש בתכונות סטטיות לקבלת אינפורמציה דינמית בזמנים שונים.

    4. העברת אנרגיה בסקאלה הננו-מטרית. המחקר כולל תיאור העברת אנרגיה עירור אלקטרוני (אקסיטון) לאנרגיה ויברציונית (פונון) בחלקיקם ננו-מטריים, תיאור העברת אנרגיה אקסיטונית בין ננו-גבישים חצאי מוליכים ומתכות לצורך פיתוח סמנים עבור מערכות ביולוגיות, ותיאור יצירת מולטי-אקסיטונים בננו-גבישים חצאי מוליכים, תוך דגשים על הבנת תהליכים בתאים סולריים בעלי יעילות גבוהה.

     

    ד"ר יעל רויכמן

    מחקר ניסיוני בתחום החומרים הרכים ומכאניקה סטטיסטית מחוץ לשיווי משקל תרמי.

    • דינאמיקה מהירה של הרטבת משטחים בעלי מרקם קווזי מחזורי.
      העבודה במחקר זה כוללת יצירת משטחים בעלי סימטריות שונות ע"י תהליכים ליטוגרפיים (עבודה בחדרים הנקיים במרכז הננו). התפשטות הנוזל על משטחים אלו תצולם במצלמה מהירה במיוחד. זוהי ההזדמנות הראשונה בה יהיה ניתן לצפות באופן ישיר בגידול של מערכת עם סימטריה קוואזי-מחזורית.

    • מכאניקה סטטיסטית מחוץ לשיווי משקל תרמי.
      מערכת הניסוי תכלול מלקחיים הולוגרפים אופטיים (Holographic Optical Tweezers) שבעזרתם נלכוד ונניע חלקיקים קולואידים. הדינאמיקה של חלקיקים אלו תימדד בעזרת שיטות עיבוד תמונה מתקדמות. בתחום מחקר זה נערוך ניסויים במספר מערכות שונות על מנת ללמוד מהפרט אל הכלל מה מאפייני הדינאמיקה של מערכות שאינן בשיווי-משקל תרמי.

    • מלקחיים אופטיות עם יכולות קונפוקליות.
      מחקר זה יכלול בניה של מערכת ראשונה מסוגה בעולם, המשלבת שליטה תלת ממדית בחלקיקים מיקרונים ע"י לייזר והדמיה תלת ממדית בעזרת סריקה קונפוקלית, בו זמנית. מערכת זו תשמש לבניה של חומרים חדשים והתקנים בתחום הננוטכנולוגיה וכן למחקרים בתחום הביופיסיקה. בפרט, נחקור את התהליך בו גירוי מכאני הופך לסיגנל כימי בתאים חיים.

     

    ד"ר טל שוורץ

    כאשר אור עובר אינטראקציה עם חומר בסקלת גודל ננומטרית, ההתנהגות יכולה להיות שונה מאד מאשר ברמה מקרוסקופית – התכונות האופטיות של החומר ותגובתו לאור משתנים כתלות בגיאומטריה ספציפית ולכן  ניתן על ידי יצירת מבנים מלאכותיים לשלוט על תכונות אלו ולקבל חומרים מרוכבים עם תכונות חדשות. במחקר נתרכז בשני נושאים עיקריים, המשלבים כימיה עם אופטיקה, פיסיקה קוונטית ומדע חומרים:

    1. אינטראקציה חזקה של אור ומולקולות אורגניות: חקירת תכונות אופטיות של מולקולות מצומדות להתקנים אופטיים והבנת תהליכים קוונטים רבי-חלקיקים באותן מערכות היברידיות. שליטה על אותן אינטראקציות  עם דגש על שימושים לפוטו-כימיה, תאים סולריים והתקנים פולטי אור אורגנים. במחקר זה נעשה שימוש בגיאומטריות שונות, כולל מבנים פלזמונים המאפשרים שליטה ומיקוד אור למימדים ננומטריים.

    2. תכונות אופטיות של ננו-חלקיקים מתכתיים: צבעו של חלקיק זהב בגודל ננומטרי אינו מזכיר כלל זהב. הסיבה לכך היא שכאשר מעצבים מתכת במימדים ננומטריים תכונותיה האופטיות תלויה בפרטים כמו גודל וצורה. במחקר נעסוק בגידול ננו-חלקיקים וצבירים של אותם חלקיקים על מנת לקבל חומרים עם תכונות אופטיות חדשות, אותן נחקור על ידי שימוש במגוון שיטות ספקטרוסקופיות מתקדמות.

     

Postscript First

This is a debugging block

Postscript Second

This is a debugging block

Postscript Third

This is a debugging block

Postscript Fourth

This is a debugging block