חוקרים מאוניברסיטת תל אביב פיתחו משאבת הפועלת על גלי אור ומניעה חלקיקים בממדים ננומטריים.
המשאבה בנויה בצורה המוכרת כ-'בורג ארכימדס', התקן שאיבה, המניע חומר ממקום נמוך למקום גבוה על ידי מבנה דמוי ספירלה, שהומצא לפני 2300 שנה, ומשמש עד היום כבסיס למתקנים רבים כדוגמת מדחפי ספינות, מטוסים, מאווררים ואפילו המכונות לממכר חטיפים המוכרות לנו.
אלא שכעת יצרו החוקרים משאבה כזו העשויה כולה מאור. כאמור כמו המשאבה המקורית, כך גם משאבת האור מניעה חומר ממקום למקום, אלא שבמקום מים, אוויר או שקית בייגל'ה, היא מניעה חלקיקים בממדים ננומטריים. בעתיד עשוי מתקן מסוג זה לסייע בזיהוי זיהומים באוויר, במים ובתמיסות רפואיות, למטרות רפואיות ואקולוגיות.
השלב הראשון במחקר היה פיתוח אלומת אור סלילית בצורת בורג. לשם כך יצרו החוקרים מפגש בין שתי אלומות לייזר שיחד יצרו גלי אור שנעו תוך כדי סיבוב קדימה ויצירת סליל של אור. בדרך זו בנו החוקרים אלומה מסתובבת כדוגמת בורג המורכבת משני סלילים (אותו מבנה המפורסם של מולקולת (DNA, שתכונותיה ואופן התנועה שלה נשלטים על ידם בדיוק רב.
בשלב השני ביקשו החוקרים להשתמש בסליל (בורג) האופטי כדי ללכוד ולהניע חלקיקים. "'מלכודות אופטיות' של אלומות אור הלוכדות חלקיקים קיימות במדע כבר עשרות שנים", אומר החוקר ד"ר אלון באב"ד. "אחד האתגרים הגדולים בלכידת חלקיקים המרחפים באוויר או בנוזל הוא משיכת החלקיק לעבר מקור האור. הקושי הוא שחלקיקי האור (פוטונים) של מקור האור מתנגשים בחלקיק המתקרב, דוחפים ומרחיקים אותו. המשאבה שלנו פתרה את הבעיה בדרך חדשנית: היא לכדה חלקיקים באזורים החשוכים של האלומה, והניעה אותם אל המקום הרצוי באמצעות סיבובים הדומים להברגת בורג".
עוד חידושי מדע בערוץ הטלגרם שלנו. הצטרפו
השיטה נבחנה בסימולציות מחשב, וגם במעבדה: החוקרים העבירו אלומה דרך מיכל זכוכית קטן, שבתוכו מתרוצצים חלקיקי אבק פחמן. כשהאלומה לכדה חלקיק, הם סובבו אותו על ידי סיבוב האלומה, והצליחו להניע את החלקיק לכיוון ולמקום הרצויים להם.
למשאבה האופטית החדשנית הזו יש מספר יתרונות בולטים וחשובים מול שיטות אחרות שפותחו בשנים האחרונות: "העיקר הוא שיש לנו שליטה מלאה בתהליך," קובע ד"ר באב"ד. "הפעולה שלנו כמעט שאינה תלויה בפרמטרים של החלקיק עצמו, כמו גודלו והמאסה שלו, אלא בעיקר בתנועת האור. אנחנו יכולים להניע את החלקיק לכל כיוון, אפילו אחורנית, וגם שולטים במהירות התנועה. במעבדה הזזנו חלקיקים ננומטריים בצורה מבוקרת על פני מרחק של כסנטימטר במשך כדקה – דבר הנחשב להישג טכנולוגי בפני עצמו", אומר באב"ד.
"ובכל מקרה ניתן להתאים את השיטה שלנו להסעת חלקיקים למרחקים גדולים בהרבה. כיום אנחנו חוקרים גם כיצד ניתן להגביר את המהירות, ולהאיץ את תנועת החלקיקים. יותר מכך: באמצעות השיטה הזן ניתן ללכוד ולהניע מספר חלקיקים בו-זמנית, בתוך 'חריצי' הספירלה השונים. אנחנו ממשיכים לפתח את הטכנולוגיה, ואחד היעדים הוא יצירת 'טורבינה' אופטית שמניעה חלקיקים רבים בו-זמנית במהירות בכיוון נדרש".
מוביל המחקר הוא ד"ר אלון באב"ד מבית הספר להנדסת חשמל בפקולטה להנדסה. לצדו עבדו תלמידיו ברק חדד, סהר פרוים והדוקטורנט יניב אליעזר, וכן ד"ר יעל רויכמן, הראל נגר ותמיר אדמון מבית הספר לכימיה. המאמר התפרסם בכתב העת Optica , כתב עת של האגודה האמריקנית לחקר האופטיקה.