פרויקטיי מחקר ללימודי הסמכה

סטודנט/ית יקר/ה

חברי הסגל בפקולטה לכימיה ע"ש שוליך מציעים מגוון נושאי מחקר מרתקים במסגרת הקורס "פרויקט מחקר בכימיה".

הפרוייקט הוא הזדמנות מצויינת להתנסות בעבודת מחקר באחת מהמעבדות המתקדמות של חברי הסגל בפקולטה בתקופת הלימודים ו/או במהלך הקיץ והוא מיועד לסטודנטים עם ממוצע של 80 וצבירה של 75 נקודות לפחות. ניתן לעשות פרוייקט בהיקף 4 נקודות אקדמית ו/או פרוייקט בהיקף של 6 נקודות אקדמיות. שעות העבודה במעבדה הינן גמישות בתיאום עם המנחה.

מצ"ב רשימת הנושאים עבור הקורס "פרוייקט מחקר בכימיה".

לפרטים נוספים נא ליצור קשר עם משרד ההוראה 3950, 3725


פרופ' מוריס אייזן

chmoris@technion.ac.il קומה 5, 520

פרויקט מחקר 1:

קטליזה של תירכובות אורגנומתכתיים של קבוצה 4 ולנטאנידים

רקע ומטרת הפרויקט:

אחד מנושאי המחקר בקבוצה הינו סינתזה של פולימרים ייחודיים על ידי זרזים הומוגניים. המחקר מתמקד בסינתזה, אפיון ופעילות קטליטית עבור סוג ייחודי של קומפלקסים אורגנומתכתיים קטיוניים בלתי רוויים קואורדינטיבית מקבוצה 4 ((Ti, Zr , Hf. סוגי הליגנדות אשר מאפשרים לקבל הקומפלקסים הקטיוניים הינם אלה המכילים את הקבוצות heteroallylic, acetylacetonato, dikitiminate ו imidazoline-2-iminato (איור 1). בכל המקרים, המוטיב של הליגנדה הוא גדול מספיק כדי למנוע קואורדינציה של הממס. המחקר הופנה בשלושה מסלולים עיקריים בו זמנית: (א) הבנת ההשפעות האלקטרוניות של הליגנדות השונות על הראקטיביות של המתכת (ב) התאמת ליגנדות כיראליות ואכיראליות וקומפלקסים כיראליים או רצמים לעיצוב פילמור סטראורגולרי של a-אולפינים. בנוסף, תיכנון ראקציות כימיות ייחודיות להשגת סוג חדש של פולימרים מתקדמים. (ג) אפיון יסודי של חומרים פולימריים חדשים כדי לאפשר את העיצוב של זרזים חדשים עבור הכנת פולימר עם תכונות פיסיקליות משופרות. ההישגים בסינתזת הליגנדות ובבניית הקומפלקסים האורגנומתכתיים הבלתי רוויים קואורדינטיבית הינו נושא בעל חשיבות מדעית וטכנולוגית בינלאומית להכנה חכמה של חומרים חדשים.

 

פרויקט מחקר 2:

קטליזה של תירכובות אורגנומתכתיים של אקטינידים

רקע ומטרת הפרויקט:

הכימיה האורגנומתכתית של האקטינידים מתחילה להגיע לרמה מאוד גבוהה של תחכום לגבי ההבנה הבסיסית של המנגנונים שבאמצעותם קומפלקסים אלה פועלים. בשנים האחרונות מתקבלות עדויות תומכות על ידי מחקרים תאורטיים ובשימוש אנתלפיות קשר עבור סוגים שונים של תהליכים. המחקר שמתבצע בקבוצתי עם קומפלקסים אורגנואקטינידים מתמקד בשימושם כקטליזטורים בתהליכים קטליטיים מיוחדים עם עניין אקדמי גדול. למשל, אנו מעוניינים בשימוש קומפלקסים אימידו של האקטינידים לקטלז הסיפוח האנטי מרקובניקוב של אמין אל אלקין טרמינלי ליצירת אימינים בשלב אחד (הידרואמינציה). בנוסף, השתמשנו בקומפלקסים אלה לאוליגומריזציה של אלקינים טרמינלים, להידרוסילילציה של אלקינים טרמינלים המתרחשת במהירויות כמעט אנזימטיות! ועוד. במהלך השנים האחרונות, הקבוצה שלנו פיתחה טכניקות קטליטיות חדשות לשימוש קומפלקסים אורגנואקטינידים בטרנספורמציות קטליטיות בעלות דרישה אנרגטית גבוהה בחומרים המכילים קבוצות עם אטומי חמצן. עד לפני מספר שנים היה מיתוס שככל הנראה בלתי אפשרי לאקטב בצורה קטליטית ראקציות המכילות שארים עם חמצן. בשנה האחרונה הראנו שניתן לספח כוהלים למולקולות קרבודיאימידיות בקטליזה של קומפלקסים אקטינידים(איור 2). זה מייצג דוגמה נדירה של טרנספורמציות המקוטלזות על ידי תוריום ודוגמה הראשונה עבור קומפלקסים של אורניום. באמצעות האורניום או תוריום אמידים, הסיפוח של הכוהל לקשרי פחמן-חנקן בלתי רוויים מושג בניצולות גבוהות, בזמני תגובה קצרים וסלקטיביות מעולה. מחקרים חישוביים הנתמכים על ידי נתונים תרמודינמיים חושפים את דרכי הפעולה והמאפיינים החשובים בתגובה ומסבירים כיצד המערכת מתגברת על מחסום האנרגיה הגבוה של שבירת הקשר אקטיניד-החמצן.

 

פרויקט מחקר 3:

ממברנות פולימריות למגוון ישומיים

רקע ומטרת הפרויקט:

יצירת ממברנות במגוון רחב של פולימרים מאפשר לפתח תחומים בהתפלת מים, חיישנים, לוכדי חומר כימי ועוד. בשלושת הדוגמאות הקבוצה שלי חוקרת והמחקר מתבצע בשיתוף חברות בארץ ובעולם.

מטרת המחקר הכנות של ממברנות ננו-מטריות לתהליכים ספציפיים. הסטודנט יוכל לבחור סוג הפולימר והשימוש שקרוב לליבו.


פרופ"ח גיל אלכסנדרוביץ

ga232@technion.ac.il קומה 3, 352

פרויקט מחקר 1:

מניפולציה מגנטית של אלומות מולקולריות:

רקע ומטרת הפרויקט:

לאחרונה הראינו באופן נסיוני כי ניתן להפריד בין שני צורונים מגנטים שונים של מולוקולות מים, ortho-H2O ו para-H2O אשר נבדלים ביניהם בקיטוב המגנטי של גרעיני המימן [Science, 331, p319 (2011)]. ההפרדה בוצעה על ידי העברה של אלומה מולוקולרית דרך שדות מגנטים המשמשים כעדשה מרכזת ל ortho-H2O ולא משפיעים על מולוקולות ה para-H2O . ליכולת ההפרדה המגנטית שהדגמנו יש פוטנציאל רב בתחום התהודה המגנטית הגרעינית (NMR), בפרט בפיתוח שיטות חדשות למדידות של פני שטח על ידי NMR.

בשנתיים האחרונות בנינו ספקטרומטר NMR ייחודי המבוסס על שיטת ההפרדה המגנטית, המכשיר נמצא בשלבי הרכבה סופיים. במסגרת פרויקט המחקר, התלמיד יצטרף לצוות אשר מסיים את התכנון וההרכבה של המכשיר וישתתף במדידות NMR של שכבות ננומטריות של קרח. במסגרת פרויקט המחקר התלמיד ילמד את עקרונות התמ"ג ויתנסה בשימוש בטכנולוגיות של ואקום, קריוגניקה ומדידות RF.

פרויקט מחקר 2:

מדידות תנועה אולטרה מהירה של אטומים ומולקולות על פני שטח

רקע ומטרת הפרויקט:

בשנים האחרונות בנינו בקבוצה שלנו ספקטרומטר ייחודי למדידת תנועה אולטרא מהירה של מולוקולות ואטמים על פני שטח. הספקטרומטר מתבסס על ניסוי שבו מפזרים אטומי הליום מפני השטח של דוגמא שאותה רוצים לחקור, ומודדים שינויים קטנים במהירות של אטומי ההליום הנובעים מהתנועה שמתרחשת על פני השטח.

במסגרת פרויקט זה ישתלב התלמיד בצוות אשר מבצע את המדידות ומתכנן שיפורים בספקטרומטר. התלמיד ילמד מגוון של שיטות נסיוניות בכימיה פיסיקלית כגון עבודה נסיונית בתנאי וואקום עמוק ושימוש במכשירי מדידה מתקדמים.


פרופ"ח  גיל אלכסנדרוביץ   ga232@technion.ac.il

פרופ' אלון הופמן    choffman@technion.ac.il

פרופ' אלי קולודני     eliko@technion.ac.il

 

פרוייקט משותף- כימיה, מבנה ודינמיקה של פני שטח – שיטות אפיון וגידול שונות ומשלימות

ההרכב הכימי, המבנה והדינמיקה של פני השטח חשובים ביותר בקביעת האינטראקציה של חומר מוצק עם סביבתו. ההבנה של תכונות פני השטח היא בעלת ערך מדעי בסיסי ורלוונטית במיוחד לאפליקציות בתחום הננו-חומרים, אנרגיה חילופית, מדעי האטמוספירה ועוד מגוון נושאים. על מנת להבין ולאפיין פני שטח נעשה בדרך כלל שימוש במגוון רחב של שיטות ניסיוניות בעלות יכולות משלימות.
בפקולטה לכימיה שינן 3 קבוצות (הופמן, קולודני ואלכסנדרוביץ׳) אשר חוקרות פני שטח של חומרים שונים כגון ננו-יהלומים, גרפין, קרבידים, גבישי קרח ועוד, על ידי שימוש בשיטות שונות ומשלימות וגם עוסקות בתהליכי הגידול של חומרים אלו. במהלך הפרויקט התלמידים יתמקדו בחקר מערכת שטח מסוימת וייחשפו לשיטות אפיון המבוססות על ספקטרוסקופיה (הופמן), אלומות יונים (קולודני) ואלומות של אטומים ומולקולות (אלכסנדרוביץ׳).

 


פרופ' טימור באזוב
chtimor@technion.ac.il קומה 6, 612

פרופ"ח אהרון בלנק
ab359@technion.ac.il קומה 2, 220

פרויקט מחקר 1:

בניית מערכת להפרדה של חומרים פאראמגנטים

רקע ומטרת הפרוייקט:

שיטות הפרדה בעזרת קולונות הינם בעלי יכולת גבוהה, אולם אם מדובר על שתי מולקולות דומות מאוד כאשר ההבדל הוא רק במצב הספיני שלהם (פארא מגנטיות או לא), אזי יש בעיה קשה להפריד אותן. הפרדה שכזו היא חשובה מאוד בהכנה של חומרים מסוימים המשמים בעיקר להדמיה של רקמות ביולגיות ותאים.   מטרת הפרויקט היא לפתח שיטה להפרדה של חומרים פארא מגנטים המתבססת על קולונות מגנטיות.

שיטת הביצוע: למידת הרקע התיאורטי, הכנת קולונה מתאימה עם רכיבי ברזל ננומטרי והפעלתה לצורך הפרדה בשדה מגנטי גבוה. בדיקת תוצרי ההפרדה וכימות אפקטיביות הקולונה.

 

פרויקט מחקר 2:

מדידת דיפוזיה של פגמים בגבישים בעזרת מיקרוסקופיית תהודה מגנטית אלקטרונית

רקע ומטרת הפרוייקט:

בכל חומר גבישי (למשל סיליקון, גאליום ארסניד וכדומה) ישנם פגמים שמונעים מהגביש להיות מושלם לחלוטין. פגמים אלו הם לרוב פארא מגנטיים, כלומר מכילים אלקטרון אחד לא מזווג. לפגמים אלו חשיבות רבה בתכונות האלקטרוניות והפיסקאליות של הגביש.   רוב הפגמים הללו הם פגמים נקודתיים שלא ניתנים לצפיה ישירה בשיטות מיקרוסקופיות קימות (כגון SEM או TEM). לאחרונה פיתחנו שיטה מיקרוסקופית חדשה המתבססת על תהודה מגנטית אלקטרונית (תמ"א) שבעזרתה ניתן ישירות להתבונן בפגמים אלו ולאפיין בהם תופעות של דיפוזיה, מחסום אנרגטי לדיפוזיה ותופעת Clustering.

 

שיטת הביצוע:

הכנת דגמים לבדיקה על ידי הקרנה בקרן אלקטרונים שתיצור פיזור מרחבי מוגדר של הפגמים.

מדידות במיקרוסקופיית תהודה מגנטית אלקטרונית לאפיון מבנה הפגמים שנוצר.

חימום הדגמים כדי שהפגמים יעברו דיפוזיה בזמן נתון.

הדמיות נוספות במיקרוסקופית תמ"א ואנליזה של התוצאות למציאת מקדמי דיפוזיה, אנרגיית אקטיבציה וכדומה.


פרופ' אשרף בריק
abrik@technion.ac.il קומה 4, 415

פרויקט מחקר:

סינתזה כימית של חלבונים

רקע ומטרת הפרויקט:

אחד היתרונות בסינתזה כימית של חלבונים הוא היכולת לקבל חלבונים עם מודיפיקציות ספציפיות כגון מודיפיקציות שלאחר תרגום (PTM). מודיפיקציות אלו, לדוגמא, עוזרות ליציבות של חלבונים פרמצבטיים. בנוסף, סינתזה כימית של חלבונים מאפשרת קבלת תוצרים ברמת ניקיון ובהומוגניות גבוהה (מה שלא ניתן לקבל בשיטות המתוחכמות של הנדסה מולקולרית) ולקיים מחקרים פורצי דרך בהבנה של מנגנונים ביולוגיים ופעילות של אנזימים.

במסגרת הקורס "פרויקט מחקר בכימיה" ישתלב הסטודנט באחד מן הפרויקטים הרבים שמתקיימים במעבדה וילמד על העקרונות לסינתזה כימית של חלבונים: סינתזה של פפטידים על גבי מצע מוצק (SPPS), הכנה של חומצות אמינו לא טבעיות, חיבור כימי של פפטידים (Chemical ligation) לקבלת חלבון פעיל ועוד'.

במסגרת העבודה במעבדה יעשה הסטודנט שימוש נרחב בשיטות אנליטיות מתקדמות, לדוגמא: HPLC ו FPLC – מאפשרים הפרדה וניקוי של חלבונים, Mass Spectrometer – מאפשר לאפיין פפטידים וחלבונים על ידי קביעת המסה ועוד'.


פרופ' זאב גרוס
chr10zg@technion.ac.il קומה 5, 509

פרויקט מחקר 1:

פוטו-קטליזה עבור צבירת אנרגיה

רקע ומטרת הפרויקט:

הביקוש ההולך וגובר לאנרגיה מעלה את הצורך במציאת מקורות אנרגיה מתחדשים ובלתי מזהמים. גישה מודרנית לפתרון אידיאלי היא פצוח של מולקולות יציבות אל היסודות שלהם באמצעות אנרגיה ״חינמית״, דהיינו אנרגיית השמש. דוגמא הפשוטה ביותר להסבר (אך לא לבצוע) היא יצירת חמצן ומימן ממים, אגירת המימן ושרפתו חזרה למים.

מטרת המחקר היא פיתוח קומפלקסים של מתכות זמינות וזולות שגם מסוגלות לקלוט את קרני השמש המגיעות אלינו (בזכות הליגנגה שקושרת המתכת) וגם לבצע הכימיה הדרושה בזכות המרת הפוטונים לאלקטרונים המועברים מהליגנדה אל המתכת.

הסטודנטים מבצעים את ההגדרה והסינתזה של הקומפלקסים, את המחקר המנגנוני, ואת התגובות הקטליטיות.

 

פרויקט מחקר 2:

פיתוח תרופות כנגד מחלות הנובעות מעקה חמצונית

רקע ומטרת הפרויקט:

עקה חמצונית הוא מצב פיסיולוגי שבו יש ייצור מוגבר של חומרים מחמצנים ("רדיקלים חופשיים"), כך שהגוף אינו מצליח להתמודד איתם. טרשת עורקים, סכרת, מחלות נוירו-ניווניות ועוד מחלות רבות נובעות ומתפתחות בשל היווצרות של עקה חמצונית בגוף, שכן עודף החומרים המחמצנים מוביל לפגיעה במולקולות ביולוגיות חיוניות. קומפלקסי מתכת קורול המפותחים במעבדתינו הוכחו כזרזים לפירוק מהיר ויעיל של מגוון של חומרים מחמצנים, ובהתאם הראו יעילות במודלים מגוונים של מחלות הנובעות מעקה חמצונית.

מטרת המחקר היא שיפור של הזרזים הקיימים לקבלת קומפלקסי מתכת-קורול בעלי יעילות מוגברת כנגד מחלות הנובעות מעקה חמצונית ופיתוח גישות ננו-טכנולוגיות לשם הגברת הסלקטיביות של החומרים אל איברי המטרה.

הסטודנטים מבצעים את כל המחקר, החל מהכימיה ועד לביוכימיה ולביולוגיה.

דגשים נוכחיים הם בתחום של הארכת תוחלת חיים ופציעות טראומטיות (ראש ועמוד שדרה), בשתוף פעולה בתוך ומחוץ לטכניון.

 

פרויקט מחקר 3:

פיתוח צבענים עבור תאים פוטו-וולטאים

רקע ומטרת הפרויקט:

הביקוש ההולך וגובר לאנרגיה מעלה את הצורך במציאת מקורות אנרגיה מתחדשים ובלתי מזהמים, דוגמת תאים פוטו-וולטאים, שמנצלים את אנרגיית השמש להפקת חשמל. תאים פוטו-וולטאים מבוססים כיום בעיקר על טכנולוגיית הדפסת צבע, dye-sensitized solar cells (DSSC), שבה מולקולות צבע אורגניות עוברות עירור אלקטרוני ע"י אנרגיית האור, מעבירות אלקטרונים למוליכים למחצה, וכך יוצרות זרם חשמלי. קומפלקסי מתכת-קורול הינם חומרים בעלי תכונות פוטו-פיסיקליות אשר הופכות אותן לבעלי פוטנציאל רב בתחום ה-DSSC.

מטרת המחקר היא פיתוח קומפלקסי מתכת-קורולים יעילים לשימוש ב-DSSC, וזאת באמצעות שליטה סינתטית על התכונות הפוטו-פיסיקליות שלהם.

הסטודנטים מבצעים את הכימיה, הספקטרוסקופיה ובניית התאים הפוטו-וולטאים.


פרופ' נמרוד מוסייב
nimrod@technion.ac.il קומה 2, המרכז החישובי

פרויקט מחקר 1:

יצירת מולקולות חדשות בהשפעת לייזר חזק בתדירות גבוהה

לאחרונה הראנו כי בנוכחות קרינה אלקטרומגנטית חזקה ניתן לגרום ליצירת מולקולה של He2 שהקשר הכימי שלה חזק כמו במולקולת מימן. למולקולה הזו זמן חיים סופי. עם הזמן היא מתייננת. באופן דומה הראנו שנוצר קשר כימי חזק בין גופרית ואטום הליום שמזכיר את הקשר ב OH רדיקל. מטרת פרויקט המחקר לחקור את התנודה בין שני איזומרים של SHeו HeSשלדעתנו מלווה בפליטה של קרינה בעלת אורך גל ארוך.

 

פרויקט מחקר 2:

יצירת גבישים אופטים מולקולריים

גבישים אופטים אטומיים נוצרים עקב אינטראקציה של אטומים כמו Rb לדוגמה עם גלים עומדים. קבוע הגביש הוא אורך הגל של האור. מטרת המחקר לבדוק את השפעת הווצרות של CONICAL INTERSECTION בהשפעת האור המוקרן על היכולת של יצירת גבישים אופטים מולקולריים של Rb2. יש לציין של שבטבע CONICAL INTERSECTIONS קיימים במולקולות רב אטומיות וממלאים תפקיד חשוב בתהליכי הראייה והפוטוסינטזה.

 

פרויקט מחקר 3:

פירוק מושרה קרינה של מולקולת פחמן חד-חמצני

פחמן חד-חמצני (CO) היא המולקולה השנייה בשכיחותה בתווך הבין כוכבי אחרי מימן מולקולרי. לפיכך האינטראקציה של פחמן חד-חמצני עם קרינה אולטרה-סגולה היא חשובה בהבנת התהליכים הכימיים המתרחשים בתווך הבין כוכבי. קרינה אולטרה-סגולה יכולה לגרום למולקולת CO להתפרק למגוון תוצרים (אטומים במצבים אלקטרונים שונים). מטרת המחקר היא לחשב את ההסתברויות לקבלת התוצרים השונים ולהבין כיצד קבלת תוצר מסוים תלויה בתדירות הקרינה הפוגעת.

 


פרופ' אמריטוס צופר מניב
maniv@technion.ac.il קומה 4, 408

פרויקט מחקר:

חקר ערור של גלי תהודה אלקטרומגנטיים וצימודם לגלי שטח פלסמוניים ע"י אלומה אלקטרונית ממוקדת בתוך שרשרת סדקים ננומטריים בשכבת מתכת דקה

רקע ומטרת הפרויקט:

מניפולציה של אלומות אור ע"י התקנים ננו-אופטיים מתכתיים (כמו עדשות ומראות בעלי מימדים קטנים מאורך הגל) הוא תחום מחקר חדשני שהתעורר לאחרונה בעקבות תגלית מדהימה של העברת אור דרך סדקים צרים בשכבות זהב או כסף דקות בעוצמות בלתי צפויות. אחד המודלים המוצעים כיום של התופעה קושר את ההגברה העצומה של האור המועבר בערור גלי תהודה אלקטרומגנטיים (א"מ) בתוך כל סדק וצימודם לגלי שטח (פלסמונים) המתפשטים על פני שכבת המתכת.

פרופ. מניב , בשיתוף פעולה עם קבוצות מחקר במכון הטכנולוגי של קרלסרואה בגרמניה, החל לאחרונה לחקור את התופעה הנ"ל באמצעות ספקטרוסקופיה-מיקרוסקופיה אלקטרונית חודרת בעלת כושר הפרדה תת-ננומטרי המאפשרת מעקב "צמוד" אחר מנגנון העברת האנרגיה הא"מ דרך סדק נתון. אלומה אלקטרונית מהירה וממוקדת נורית דרך אחד הסדקים ומעוררת בתוכו גל תהודה אלקטרומגנטי שרישומו בספקטרום אובדן האנרגיה האלקטרוני נחקר כפונקציה של מרחק האלומה מפאות המתכת של הסדק (ראו תמונה 1).

מטרת הפרויקט המוצע היא לנתח את תהליכי מעבר האנרגיה הקרינתי מן האלומה האלקטרונית לגלי התהודה הא"מ בתוך סדק נתון וצימודם לגלים המתפשטים בסדקים השכנים דרך גלי השטח הפלסמוניים המתפשטים על פני שכבת המתכת. לפיתוח המודל נעזר בסימולציות נומריות של משוואות מקסוול עבור השדה האלקטרומגנטי המושרה ע"י הקרן האלקטרונית המבוצעות ע"י קבוצת מחקר של תאורטיקאים באוניברסיטת הומבולט בברלין. לתוצאות הפרויקט המוצע תהיה חשיבות רבה להבנה מעמיקה של עקרון הפעולה של התקנים ננו-אופטיים מתכתיים.


פרופ' גליה מעיין

gm92@technion.ac.il קומה 3, 326

פרויקט מחקר 1:

פיתוח שיטה חדשה לסינתזה על מצע מוצק במיקרוגל

פפטואידים הם אוליגומרים דמויי פפטידים שאנו מכינים במעבדה על ידי סינתזה על מצע מוצק בשימוש באמינים ראשוניים. אך מה קורה כשלא ניתן להכינם בשיטה המקובלת כיוון שקבוצות הצד שלהם הן גם אמינים פעילים? לשם כך אנו מפתחים שיטה חדשה שבה מבצעים תגובת התמרה SN2 על מצע מוצק במיקרוגל.

מה נלמד בפרויקט?

  1. סינתזה של אוליגומרים דמויי פפטידים על מצע מוצק.
  2. סינתזה בשימוש מיקרוגל.
  3. שימוש ב- HPLC לאנליזה וטיהור.
  4. שימוש ב- MS לאנליזה.

 

פרויקט מחקר 2:

אנו מפתחים אוליגומרים דמויי פפטידים (פפטואידים) היכולים לזרז פירוק מים ע"י שימוש בפוטנציאל חשמלי או אור, לקבל מימן כאנרגיה חלופית ונקיה.

היתרון הגדול של פפטואידים היא היכולת לקבל רצפים מאד מגוונים מבחינת פעילות. כך, ניתן לשלב קבוצות קטליטיות וקבוצות פונקציונליות אחרות (בסיסים, קבוצות הידרופוליות, צבענים) כדי לקבל זרזים דמויי אנזימים. פרויקט זה יכלול סינתזה של פפטואיד פונקציונלי כזרז אלקטרוכימי ו/או פוטוכימי לפירוק מים.

מה נלמד בפרויקט?

  1. סינתזה של אוליגומרים דמויי פפטידים על מצע מוצק.
  2. שימוש ב- HPLC וב- MS לאנליזה וטיהור.
  3. אלקטרוכימיה ואלקטרוקטליזה.

 

פרויקטים בנושאי מתלופפטואידים ושימוש בפפטואידים כמכווני אגרגציה של ננו חלקיקי כסף יוצעו למתעניינים. סטודנטים שלוקחים את הקורס שלי בכימיה ביומימטית ורוצים לבצע פרויקט עצמאי על סמך רעיון שלהם יוכלו לעשות זאת בהנחייתי.


פרופ' לילך עמירב
lilac@technion.ac.il קומה 3, 310

פרויקט מחקר 1:

פיתוח פוטוקטליזטור ננומטרי יחודי להמרה ישירה של אנרגיה סולרית לדלק

רקע ומטרת הפרויקט:

באמצעות שימוש בזרזים מושרי אור ניתן להשתמש באנרגיית השמש לצורך קידום ראקציה כימית כגון פיצול מים שם היא למעשה נאגרת בקשר הכימי. אולם הזרזים הקיימים כיום אינם יעילים דיים. מטרת המחקר הינה תיכנון והכנה של הדור הבא של זרזים מושרי אור. במסגרת המחקר נשלב מוליכים למחצה ומתכות בגודל הננומטרי ליצירת מבנים יחודיים ונבחן את הקשר בין מבנה לפעילות. הפרוייקט יתחיל בשלב התיכנון, יכלול סינטזה קולואידית ואפיון אופטי ומבני של התוצרים והשתלבות באיפיון הפעילות הקטליטית שלהם.

 

 

 

 


פרופ' אורי פסקין
uri@technion.ac.il קומה 4, 455

פרויקט מחקר 1:

מידול השפעת הסביבה המולקולרית על הולכת מטען בהתקנים מבוססי DNA

רקע ומטרת הפרויקט:

לאחרונה הראו ניסיונות וחישובים שהיעילות של העברת מטען דרך מולקולות DNA  תלויה ברצף הבסיסים, בכוון החיבור, ובצורת החיבור של הסליל הכפול לאלקטרודות. בפרויקט נבצע הדמיות של מעבר מטען עבור מודלים של דרך מולקולות DNA , ונתכנן התקנים מולקולריים חדשים שמביאים לידי ביטוי את המבנה המיוחד של DNA בסביבתה המולקולרית.

 

פרויקט מחקר 2:

השפעת האינטראקציה בין נקודות קוונטיות על תכונות ההולכה של מטען ואנרגיה במערכים של נקודות קוונטיות

רקע ומטרת הפרויקט:

נקודות קוונטיות הן מבנים מוצקים בעלי תכונות אלקטרוניות הניתנות לשליטה בהתאם לגודלן, הרכבן וצורתן. מבחינה אלקטרונית נקודה קוונטית מתנהגת כ"סופר אטום", ומאופיינת על ידי רמות אנרגיה בדידות. הבנת האינטראקציה בין נקודות שכנות חיונית לתכנון הסעת מטען ואנרגיה במערכים של נקודות קוונטיות. לאחרונה הראנו שהאינטראקציה בין נקודות קוונטיות שכנות מובילה לאפקטים אלקטרו-מכניים דרמטיים, כאשר נקודות שכנות מתנהגות כ"סופר מולקולה". בפרויקט נבצע הדמיות של הסעת מטען דרך מערך של נקודות קוונטיות ונתכנן התקנים אלקטרוניים חדשים שמסתמכים על תכונות ה"סופר מולקולה" של צברים שונים במבנם או בהרכבם.

 

פרויקט מחקר 3:

אלגוריתם חדש מבוסס "לימוד עצמי" לחישוב הולכה קוונטית של אנרגיה בקומפלקסים מולקולריים

רקע ומטרת הפרויקט:

לאחרונה הראו ניסיונות קיום של העברת אנרגיה קוהרנטית ב"אנטנה מולקולרית" שבמרכז הפוטוסינטתי של בקטריה מסויימת. תגלית זו מאירה באור שונה את ההבנה של תהליכי מעבר אנרגיה אלקטרונית במערכות טבעיות, ומציעה כיוון חדש בתכנון של תאים סולאריים מלאכותיים. במסגרת הפרויקט תיחקר תאורטית האפשרות שהתקדמות גלית קוהרנטית היא זו שמייעלת את העברת האנרגיה למרכז הראקציה הפוטוסינתטית. במיוחד יפותח אלגוריתם חדש לתאור הדינמיקה הקוונטית במערכת מולקולרית מסועפת ומורכבת. מטרת המחקר היא הבנת הגורמים המכוונים דינמיקה קוונטית של העברת אנרגיה במערכת מולקולרית והצעת עקרונות לפיתוח רשתות מולקולריות מתאימות לשימוש בתאים סולריים.


פרופ"מ לב צ'ונוטנוב
chunt@technion.ac.il קומה 3, 312

פרויקט מחקר 1:

מעבדה לספקטרוסקופיה של תהליכים אולטרה-מהירים

תכונות כימיות ופיסיקליות של מולקולות קשורות בצורה ישירה להתנהגות דינמית שלהן, כלומר לאופן בו הן מתנדנדות, מסתובבות, מייצרות ומנתקות קשרי מימן עם מולקולות של הממס וכו'. אנחנו משתמשים בפולסי לייזר קצרים מאוד (באורך של עשרות פמטו-שניות, פמטו=10-15) כדי לעקוב אחרי דינמיקה אולטרה-מהירה של המולקולות. במעבדה שלנו ניתן לעקוב ב"זמן אמת" אחר התהליכים שמולקולות עוברות בעזרת שיטות ספקטרוסקופיות מתקדמות וללמוד על ההתנהגות המיקרוסקופית שלהן תוך שימוש ב"סרטים מולקולריים" המוקלטים במעבדה.

 

הפעילות במעבדה מתמקדת במולקולות חופשיות בתמיסה וכאלה שתנועתן מוגבלת לאזורים בסביבת מולקולות ביולוגיות ומבנים ננומטרים. בעזרת מעקב אחרי שינויים מבניים אולטרה-מהירים שמולקולות עוברות בהשפעת מולקולות הממס, וקצבי העברת ערעור של אופני תנודה לאורך ערוצים תוך-מולקולריים ובין-מולקולריים, ובשילוב מודלים תאורטיים אנחנו מגיעים להעמקת ההבנה ברמה אטומית על "חיי המולקולה". הדבר תורם לפענוח תופעות מורכבות רבות, כגון מנגנוני איתות תוך-מולקולריים ובין-מולקולריים המבוססים לכאורה על קיום נתיבי העברת אנרגיה יעילים, פיתוח מתמרי אנרגיה יעילים המבוססים על ננו-חלקיקים, ותופעות מרהיבות אחרות רבות.

 

בתמונה מוצג סכמתית ניסוי טיפוסי בתחום ספקטרוסקופיה רבת ממדים

במסגרת הפרויקט במעבדה ניתן לעסוק במגוון רחב של פעילות בהתאם לתחומי העניין של הסטודנטים, הכוללים עבודה ניסויית ותאורטית, סינתזה כימית רטובה וניסויים מאתגרים בפיסיקה כימית, שימוש בשיטות נומריות מתקדמות ומודלים אנליטיים פשוטים.

הנכם מוזמנים לתאם ביקור במעבדה ולדון בפרטי הפרויקט עם ראש הקבוצה לב צ'ונטונוב בטל. 3933 או בדוא"ל chunt@tx.technion.ac.il.


פרופ"מ סער רהב
rahavs@technion.ac.il קומה 4, 419

 

פרויקט מחקר 1:

שיפור היעילות של משאבות סטוכסטיות

רקע ומטרת הפרויקט:

משאבות סטוכסטיות הן מודל פשוט למכונות מולקולריות המונעות על ידי שינוי חיצוני של פרמטרים בזמן. במסגרת הפרוייקט יפותחו כלים תיאורטים ונומריים שיעזרו לחשב איך לשנות את הפרמטרים בזמן כדי להביא ההספק של המשאבה הסטוכסטית למקסימום. בנוסף תחקר היעילות של המערכת בתחום זה. מטרת כוון המחקר למצוא כללי אצבע שיעזרו לתכנן מכונות מולקולריות מלאכותיות שפועלות באופן יעיל.

 

פרויקט מחקר 2:

מנוע אינפורמציה מיקרוסקופי

רקע ומטרת הפרוייקט:

אחת מהדוגמאות הקלאסיות בתחום המכניקה הסטטיסטית נקראת "השדון של מקסוול". מערכת דמיונית זו מדגימה את העובדה שניתן לנצל מידע על מצב המערכת כדי להוציא ממנה עבודה. בזמנו דוגמא זו נראתה כניסוי מחשבתי אבל ההתקדמות הטכנולוגית בחצי המאה האחרונה שינתה את המצב. כיום הקשר בין אינפורמציה ותכונות תרמודינמיות הוא נושא למחקר עכשווי, כולל ריאליזציות נסיוניות.

בפרוייקט נחקור בעזרת סימולציות (שפותחו בפרוייקט קודם) מודל פשוט של מערכת שמונעת בעזרת מידע. מטרת הפרוייקט היא לאפיין את פעולת המערכת. למשל השוואה בין כמות המידע הנרכש ובין כמות העבודה שניתן להוציא מהמערכת. תוצאות הפרוייקט יעזרו בתכנון ניסוי שבו תבנה ריאליזציה של מנוע האיפורמציה.

 

פרויקט מחקר 3:

פיתוח עזרי למידה חישוביים עבור מערכות מחוץ לשווי משקל

רקע ומטרת הפרוייקט:

הקורס "תרמודינמיקה של מערכות קטנות" הוא קורס מתקדם שבמסגרתו נלמדים מודלים פשוטים למערכות שאינן בשווי משקל. כדי לשפר את הלימוד בעתיד אני מעוניין לפתח ישומים שמחשבים דינמיקה מחוץ לשווי משקל עבור מספר מערכות קלאסיות: תנועה בראונית, בריחה מבור פוטנציאל על ידי אקטיבציה תרמית, ערכים עצמיים ודינמיקה של משוואת מסטר. המטרה: לפתח יישום (כנראה בסביבת MATLAB) כך שהסטודנטים שילמדו נושאים אלו בעתיד יוכלו לשנות את ערכי הפרמטרים, לחזור על החישוב, וכך לקבל תחושה לגבי ההתנהגות של מערכות אלו. על אף שפרוייקט זה הוא לימודי במהותו הרי שישומו מחייב הכרה של מקצת התיאוריה של מערכות שאינן בשווי משקל ושימוש בשיטות חישוב מעניינות.


פרופ"ח אשר שמידט
chrschm@technion.ac.il קומה 4, 407

פרויקט מחקר 1:

חקר מאגרי סידן זמין ביולוגית שנוצר ע"י ביומינרליזציה

רקע: בטבע אורגניזמים חיים מייצרים מגוון רחב של מינרלים כדי לשרת תיפקודים שונים. השלד שלנו הוא בעיקרו הידרוקסיאפטיט וייעודו מבני; בחסרי חוליות השלד הוא חיצוני – במקרים רבים כיטין מוקשח ע"י גיר; צדפות ומגוון אצות חד תאיות בונות דופן חיצוני גירני. בכל האורגניזמים (מקטן ועד גדול) תהליכי יצירת הביומינרל נשלטים ע"י ביו-מולקולות. כדי להשיג את התכונות הרצויות משולבות ביו-מולקולות ויונים אי-אורגניים במינונים מבוקרים. האיפיון המולקולרי של ההרכב והמבנה של הביומינרל המרוכב במצבו הטבעי הוא המפתח להבנת האופן בו הוא ממלא את ייעודו.

כמו כן הוא המפתח ליכולת לבניה מושכלת של חומרים פונקציונליים במעבדה (biomimetic). יכולות אלו הן בחיתוליהן כיום בייחס לפשטות בה הטבע בונה ביומינרילים. המורכבות והשונות (הטרוגניות) שקיימת בביומינרלים מציבים אתגר מחקרי וטכנולוגי חשוב.

מטרת המחקר: שימוש בשיטות מתקדמות בתמ"ג (NMR) מוצקים לחקר מאגרי הסידן בסרטני מים מתוקים.

 

פרויקט מחקר 2:

חקר הממשק (interface) בין מולקולות ביו-אורגניות לחומרים אי-אורגניים

רקע: במגוון רחב של חומרים פונקציונליים – סנסורים, רכיבים אלקטרוניים (ננו- או מיקרו-), זרזים הטרוגנים, ושתלים עם תאימות ביולוגית (biocompatible) מתקיים מפגש בין מולקולות ביו-אורגניות לחומרים אי-אורגניים. למרות שאזורי הממשק מהווים מיעוט מכלל החומר, הם בעלי חשיבות קריטית לקביעת התכונות הנגזרות והתיפקוד. היכולת לפתח חומרים ייעודיים באופן מושכל מותנה ביכולת לאפיין את ממשקים אלו ברמה המולקולרית, ובהבנת העקרונות שבבסיס הקשר מיבניות כימית – תיפקוד. לפיכך איפיונם מציב אתגר מחקרי חשוב.

מטרת המחקר: פיתוח ויישום של "ארגז-כלים" מולקולרי, מבוסס שיטות מתקדמות בתמ"ג (NMR) מוצקים, לחקר הממשקים במערכות מודל.