אורית מלכה ופרופ' רז ילינק – אוניברסיטת בן גוריון בנגב
שיתוף פעולה מחקרי בין מקורות לבין קבוצת מחקר במכון לננוטכנולוגיה באוניברסיטת בן גוריון, הביא לפיתוח מערכת פשוטה, אמינה ומהירה לזיהוי נוכחות של חומרי הדברה מסוג אורגנו-זרחניים במים.
חומרים אורגנו-זרחניים הנם חומרים המכילים קבוצת זרחן, אשר יכולה לפגוע במערכת העצבים. יש לציין, כי חומרים אלו מוכרים בתעשייה כחומרים המשמשים להדברת מזיקים, ולפי נתונים הנגזרים משוק חומרי ההדברה, נראית עלייה מתמדת ומדאיגה בשימוש בחומרים אלו כחומרי הדברה בחקלאות. שימוש נרחב זה, מלווה בהצטברות של שאריות חומרי ההדברה בשרשרת המזון, אשר בסופו של דבר עלולות לפגוע בבריאות הציבור.
השימוש הגובר בחומרים אורגנו-זרחניים וכן הצורך בניטור סביבתי משאריות חומרי הדברה, מעלים את הדרישה לפיתוח טכנולוגיות חדשות המאפשרות סריקה מהירה ופשוטה וזיהוי של מגוון חומרים, ביניהם חומרי ההדברה. בתוך בכך, במסגרת המחקר המשותף, פותחה מערכת המבוססת על חומר פולימרי בשם פולידיאצטילן (Polydiacetylene). הפולימר בנוי מראש הידרופילי (נקשר למים ודוחה שומן) וזנב הידרופובי (דוחה מים ונקשר לשומן). מבנה זה של הפולימר מאפשר לו ליצור אינטראקציות עם חומרים הן בסביבה מימית והן בסביבה שומנית. בנוסף, הפולימר הנו בעל תכונות צבע ייחודיות. צבעו ההתחלתי הנו כחול, אך לאחר תגובה עם חומרים שונים (כגון: חומרים אורגניים, חיידקים, חלבונים, תרופות וכדומה) צבעו הופך לאדום, כתוצאה מספיחת חומר המטרה ו"פגיעה" בשרשרת השלד הפולימרי. תכונה זו, של שינוי הצבע מכחול לאדום, אפשרה פיתוח של חיישן, אשר מסוגל להבחין בנוכחות של חומר מטרה מסוים. תכונה חשובה נוספת של הפולימר הנה, היכולת לחבר אותו לחומרים שונים וכך ליצור תצורות חיישן שונות כמו: משטחים של הפולימר, ציפוי של הפולימר על משטחי פלסטיק, כליאת בועיות של הפולימר בתוך ג'ל ועוד.
במחקרים קודמים שבוצעו במעבדתו של פרופסור ילינק באוניברסיטת בן גוריון, נמצא כי מערכת, הבנויה מבועיות של הפולימר אשר נכלאות במערך של סיליקה ג’ל (חומר מלאכותי בעל יכולת ספיחת לחות), מסוגלת לשמור על תכונות הפולימר ועל היכולת לספוח מולקולות של חומרים שונים. בכך, הסיליקה ג'ל מייצב את הבועיות ומשמר את המבנה שלהן לאורך זמן. במסגרת המחקר של פרופסור ילינק פותחה בהצלחה מערכת סול ג'ל, המכילה את הפולימר פולידיאצטילן (Polydiacetylenee), ונבחנה בה היכולת לשנות צבע מכחול לאדום על ידי תרכובות אורגנו-זרחניות נפוצות. יש לציין, כי בשינוי הצבע ניתן להבחין ללא צורך במכשור מיוחד, אך לצורך הערכת ריכוזים נמוכים וביצוע הערכה כמותית של המזהם נדרש מכשור. במסגרת המחקר נבחנו שיטות נוספות למדידת התוצאות. אחת השיטות התבססה על העובדה ששינוי הצבע מכחול לאדום מלווה בפליטה פלורסנטית מהצבע האדום, אך לא מהצבע הכחול. פליטה זו ניתנת למדידה במכשיר ספקטרוסקופיה פלורסנטית, אשר מעניק רגישות בסיסית משמעותית למטרות הזיהוי על ידי החיישן ומאפשר מדידה כמותית מדויקת של ריכוז האורגנו-זרחניים במים.
שיתוף הפעולה המחקרי התבצע במסגרת "פרויקט נופר" שנערך בתמיכת משרד המדען הראשי, ובשיתוף עם יחידת איכות מים ויחידת ®WaTech במקורות. במסגרת שיתוף הפעולה בין חברת מקורות לאוניברסיטת בן גוריון, נבחן פיתוח פלטפורמת חיישן-צבע לצורך זיהוי ודיווח על נוכחות תרכובות אורגנו-זרחניות במים. החיישן יהיה "פסיבי" במהותו, כלומר לא ידרוש ביצוע פעולות מורכבות או הפעלת מכשור מעבדתי, אלא יפעל על ידי הוספת מים למערכת וניטור תגובת שינוי צבע, אשר שיעורה יעיד על נוכחות חומרים אורגנו-זרחניים במים. בנוסף, לחיישן המוצע ישנו יתרון משמעותי בכך שיש לו מטריצת ג'ל המשנה את צבעה. מטריצה זו מאפשרת לבצע סריקת צבע באמצעות סורק או טלפון חכם, ולאחר מכן לכמת את שינוי הצבע באמצעות אפליקציה סטנדרטית של ניתוח תמונה (image analysis). טכניקה זו הודגמה עבור מספר מערכות חיישן במעבדתו של פרופסור ילינק, ונמצא כי היא מאפשרת אנליזה כמותית מדויקת של שיעור שינוי הצבע. כמו כן, היא מאפשרת הבחנה מוגדרת בין סיגנלים שונים, והבנה האם סיגנל שמתקבל הנו משמעותי ומעיד על נוכחות חומר מטרה במים הנבדקים.
מטרתו הסופית של המחקר המשותף הנה בניית אב-טיפוס למערכת מדידה פשוטה ואמינה, המבוססת על פלטפורמת החיישן ואשר ניתן להפעילה גם בתנאי שטח. המערכת תדווח על הימצאות חומרים אורגנו-זרחניים במים ממקורות שונים והרכבים משתנים, לפי אתרי המדידה ו/או מקור המים הנבדקים. קריאת תוצאות המדידה יכולה להתבצע בשני אופנים שונים, והנה תלויה ברגישות המדידה הרצויה. אפשרות אחת היא קריאת התוצאה לפי הצבע הנראה לעין, והאפשרות השנייה כוללת בחינה של התוצאות באמצעות התקן חיצוני (ספקטרומטר או טלפון חכם).
באדיבות מקורות
