המלחמה על מים נקיים: רובוטים נגד חיידקים

אם יצאתם אי פעם לטייל באזור נידח ללא מים נקיים הצטיידתם ודאי בטבליות כלור או בתאורה על-סגולה כדי לטהר מזהמים מהמים ולהפוך אותם ראויים לשתייה. כעת דמיינו ברוחכם שבמקום זאת היו ברשותכם רובוטים זעירים שמסוגלים לבצע את אותה עבודה. זה בדיוק הרעיון העומד מאחורי פיתוח חדשני של מדענים מגרמניה ומספרד בראשותו של סמואל סנצ'ז, שפותח תחום מרתק להתמודדות עם זיהומי מים.

במחקרם, שהתפרסם בכתב העת Applied Materials and Interfaces, הציגו המדענים חלקיקים של מעין רובוטים זעירים (מיקרובוטים) שמסוגלים לנוע באופן עצמאי במים ולצוד בהם חיידקים. למרות שמם, המיקרובוטים הללו לא מכילים רכיבים אלקטרוניים אלא מבוססים על מבנים מיוחדים המכונים "חלקיקי יאנוס", על שם האל הרומי בעל שני הפרצופים, שכן לכל חצי מהמעטפת שלהם יש תכונות כימיות ופיזיקליות שונות. במקרה הזה המיקרובוטים הכדוריים מחולקים לצד אחד שעשוי מגנזיום והשני עשוי שכבות של ברזל וזהב מצופות בננו-חלקיקי כסף – חלקיקי כסף בגודל של כמה מיליארדיות המטר.

שכבת המגנזיום פועלת כמעין מנגנון דחיפה, על ידי תגובה שנוצרת בין המגנזיום למים ומשחררת בועות מימן שדוחפות את המיקרובוטים קדימה בתמיסה. לקטילת החיידקים אחראים ננו-חלקיקי הכסף, חומר אנטי-בקטריאלי יעיל ביותר. הננו-חלקיקים משחררים בהדרגה יוני כסף טעונים למים, והם נקשרים לחלבונים ולחומר הגנטי בתאי החיידקים, מפריעים למבנה ולפעילות שלהם, ובסופו של דבר גורמים למותם. בנוסף, אטומי ברזל במעטפת המיקרובוטים מאפשרים לכוון את תנועתם באמצעות מגנט ואף להפריד אותם מהמים כשתהליך הטיהור מסתיים.

צפו בסרטון של האגודה האמריקאית לכימיה על המחקר (באנגלית):

החוקרים העמידו את המיקרובוטים במבחן בתוך מים המכילים חיידקי מעבדה והדגימו כי ביכולתם להרוג כ-80 אחוז מהחיידקים תוך 20 דקות בלבד, בעוד שננו-חלקיקי כסף לבדם קטלו רק כ-35 אחוז מהחיידקים. על פי צוות המחקר, היכולות המשופרות של המיקרובוטים נובעות מתנועתם, שמרחיבה את אזור שחרור חלקיקי הכסף ומגדילה את סיכויי המפגש עם חיידקים. מעבר לכך, המעטפת המתכתית של המיקרובוטים מסוגלת לקשור פיזית חיידקים, על ידי אינטראקציות עם קבוצות כימיות על מעטפת החיידקים, וכך מביאה להשמדה מהירה ויעילה שלהם.

הפיתוח החדש מציע יתרון משמעותי לעומת שיטות קונבנציונליות לטיהור מים, שעלולות להשאיר תוצרי לוואי מזיקים עקב תגובה עם מזהמים. המיקרובוטים, שמופרדים מהמים בקלות, אינם משאירים אחריהם פסולת כימית ואף מסייעים בסילוק החיידקים המתים מהמים המטוהרים.

עדיין מוקדם לדעת מתי המיקרובוטים האלה יהיו מוכנים להתמודד עם אתגרים אמיתיים, ועוד נותר לבחון את פעולתם בתוך מים מזוהמים מהסביבה ונגד חיידקים גורמי מחלות. עם זאת מדובר בפיתוח ידידותי לסביבה שעשוי לספק מענה ליותר מ-650 מיליון אנשים ברחבי העולם שאין להם גישה למי שתייה נקיים. על פי החוקרים, "השילוב של מערכות אקטיביות וננו-חומרים לפיתוח מנועים זעירים יכול לפתוח אופקים חדשים לשימושים חיוניים ברפואה, בהפקת אנרגיה ובשימור הסביבה".