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 צבירה של 75 נקודות לפחות.  ניתן לעשות פרוייקט בהיקף 4 נקודות אקדמית ו/או פרוייקט בהיקף של 6 נקודות אקדמיות (יש להגיש תקציר) .

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


 

Prof. Noam Adir /  פרופ' נעם אדיר

noam@ch.technion.ac.il , floor 4, 452

Research Project 1:

Direct transformation of solar energy using natural photosynthesis

 

Bacteria, algae and plants have transformed solar energy into chemical energy for over 3 Gyr, without the requirement of polluting organic/inorganic synthesis or rare and expensive metals. We have recently shown that we can use natural photosystem directly to support the production of an electrical current and molecular hydrogen (see papers: Pinhassi et al. Nature Communications 2016 and Saper et al. Nature Communications 2018). We devised ways to incorporate the biological material into Bio-photoelectrochemical systems Students will be exposed to methods in biochemistry, biophysics and electrochemistry.

פרויקט מחקר 1:

יצירת אנרגיה נקייה מהשמש ישירות מפוטוסינתיזה טבעית

חיידקים, אצות וצמחים מבצעים התמרה של אנרגיה סולרית לאנרגיה כימית מזה 3 מיליארד שנה – מבלי לזהם את האטמוספרה ומבלי להשתמש ביסודות יקרים או יקרים. אנחנו פתחנו שיטות להשתמש בכוחה של הפוטוסיניזה באופן ישיר ליצירת חשמל ודלק מימן נקי (ראו מאמרים: Pinhassi et al. nature Communications 2016 ו- Saper et al. Nature Communications 2018). סטודנטים יעסקו במחקר הכולל לימוד שיטות בביוכימיה, ביופיסיקה  ואלקטרוכימיה

 Research Project 2:

Crystallization and structure determination of proteins by X-ray Crystallography

Proteins are the most varied of all of life's macromolecules. In essence they are nano-machines, with moving parts, catalytic centers, energy input and output mechanisms, etc. This is achieved by obtaining a unique three-dimensional structure due to the folding of a linear sequence of amino acids, coupled with the specific binding of additional components: metal ions, small organic molecules, chromophores, co-factors, water, etc. Crystallographic visualization of the structures of proteins is critical for understanding the basic chemical mechanics of life as well as more applicative areas of research such as drug design and improvement of enzyme catalysis.  In our lab we perform all of the above tasks: we isolate proteins from a variety of sources, highly purify them, grow three dimensional crystals and solve and analyze their 3-D structures. In the project the student will join ongoing research in the lab and perform one or more of the tasks required to obtain such a structure. The student will use biochemistry, biophysics, diffraction physics, spectroscopy, sophisticated computer software for analysis and visualization and other methods.

 

פרויקט מחקר 2:

פתרון מבנים תלת-ממדים של חלבונים בעזרת קריסטלוגרפיה של קרני X

 חלבונים הם המקרומולקולה הטבעית המגוון ביותר. למעשה הם מכונות-מולקולריות, עם חלקים נעים, מרכזים קטליטיים, צריכה ויצירת אנרגיה וכו'. את התכונות רוכשות החלבונים  בעזרת הקיפול התלת-ממדים של הפולימר הארוך של חומצות האמינו, וכן מיונים, ליגנדות אורגניות וכרמופוריים  הנקשרים במקומות ספציפיים. קריסטלוגרפיה של קרני -X מאפשרת מיפוי מיקומם של כל האטומים בחלבון, שבעזרת המבנה אפשר לפענח את כל תפקודי החלבון  ולנצל אותם לפיתוח תרופות או קטליזה תעשייתית. במעבדה שלנו סטודנטים מתנסים בכל השלבים: ניקוי חלבונים (לעיתים בשילוב ביולוגיה מולקולרית), איפיון ביוכימי וביופיסיקלי, גיבוש כימי ועבודה עם קרני -X. אם גבישים מתקבלים ברמה גבוהה מספיק, ניתן גם ללמוד את השיטות הפיסיקליות לפתרון המבנה, ושימוש בכלים מחשוביים לויזואליזציה של המבנה התלת ממדי.

Research Project 3:

Development of novel peptide-based antibiotics

Bacteria the are resistant to antibiotics are one of the greatest dangers to humanity. We have found a method to identify sequences of amino acids in short peptides that inhibit the bacterial ribosome and can kill the bacteria. The method is based on a unique Bioinformatics method (see Navon et al. PNAS 2016). We are today in the early stages of using this information to develop an antibiotics platform against specific bacteria. Students will experience working with bacteria, the chemistry of peptides and drug development methods.

פרויקט מחקר 3:

פיתוח אניביוטיקות פפטידיות חדישות

חיידקים עמידים לאנטיביטוטיקות הם מהסכנות הגדולות של האנושות. אנחנו מצאנו שיטה לאתר רצפים של חומצות אמינו בפפטידים קצרים שיכולים לעכב את הריבוזומים של חיידקים, וכל להורגם. השיטה מבוססת כל הסתכלות ייחודית על אינפורמציה ביולוגית (ביואינפורמטיקה – ראו מאמר – Navon et al PNAS 2016). אנחנו כיום מפתחים פפטידטם אלו במטרה להשתמש בהם ליצירת פלטפורמה כנגד חיידקים ספציפיים. סטודנטים יתנסו בעבודה עם חיידקים, עם כימיה של פפטידים ועם שיטות לפיתוח תרופות.

 

פרופ' מוריס אייזן / Moris S. Eisen. Prof

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"מ נדב אמדורסקי /  Assist. Prof. Nadav Amdursky

amdursky@technion.ac.il קומה 2, 203

 

פרויקט מחקר 1:

יצירת פולימרים ביולוגיים חדשים המבוססים על חלבונים הידידותיים לסביבה

בפרויקט זה אנו משתמשים בחלבונים הזמינים ביותר שיש על פני כדור הארץ כאבני בניין למען יצירת חומרים פולימריים פונקציונליים. הזוית הייחודית של קבוצת המחקר שלנו זה יצירה של פולימרים מוליכים חשמלית על בסיס הפולימרים הביולוגיים. המחקר כולל מספר אספקטים: בהתחלה צריך להבין את החלבון איתו אנו עובדים ואיזה גישות כדאי להשתמש כדי ליצור ממנו פולימר שאינו מסיס במים, לאחר יצירת הפולימר צריך לבצע מספר איפיונים מתחום מדע החומרים, ולבסוף צריך לאפיין את הפולימר החדש מבחינת יכולת העברת מטען חשמלי, תוך כדי הבנת התהליך ואיך ניתן לשפר הולכה בעזרת טריקים כימיים.

לפולימרים הביולוגים שלנו מספר יתרונות: הם מיוצרים בשיטות של כימיה ירוקה, הם ידידותיים לסביבה, אך היתרון המרכזי הוא התאימות הביולוגית שלהם (biocompatibility) ויכולת הפירוק הביולוגית שלהם (biodegradability) הנובעים מאבן הבניין החלבונית שלהם. כתוצאה מכך, אנחנו מתמקדים בקבוצה בישומים ביו-רפואיים, ובמיוחד בביוסנסורים המבוססים על אלקטרוניקה גמישה (flexible electronics), ואף אלקטרוניקה הניתנת להזרקה (injectable electronics). כמו כן, בעזרת שיתופי פעולה אנו חוקרים את היכולת של הפולימרים בתחום ההנדסת רקמות (tissue engineering) והובלת תרופות (drug delivery), ואף שימושים לא ביולוגיים כמו תאי דלק (fuel cells).

 

פרויקט מחקר 2:

חקר הולכה חשמלית דרך חלבונים ברמת הננו דרך צמתים מולקולריים

בניגוד לפרויקט הראשון שם אנו עוקבים אחרי הולכה חשמלית דרך חלבונים עבור מרחקים מאקרוסקופיים, בפרויקט זה אנו מתמקדים בהולכה חשמלית דרך חלבון בודד, כלומר למרחקים של פחות מ5 ננומטר. כדי למדוד הולכה זו, אנו צריכים לעבוד בצמתים (ביו-)מולקולרים (biomolecular junctions), כאשר שאלת המחקר הינה איך עובר אלקטרון דרך החלבון, מה משםיע על זה והאם ניתן לראות תופעות פיזיקליות ייחודיות במעבר זה. מחקר זה כולל יצירה של חד-שכבה של חלבון על גבי משטח מוליך ומדידת ההולכה דרכה בעזרת שימוש בצומת המולקולרי.

 

פרויקט מחקר 3:

חקר דיפוזיה של פרוטונים על גבי משטחים ביולוגיים

הרבה מהפעילות הביוכימית בגוף שלנו מתבססת על תנועה מוכוונת של פרוטונים ממקום למקום ובד"כ על פני ממברנות ודרכן. מטרת פרויקט זה הינה לחקור תהליך זה בעזרת שיטות חדשניות אשר פותחו במעבדה. אנו עושים זאת בעזרת קישור מולקולה מיוחדת למשטח הביולוגי שכתוצאה מעירור של אור היא פולטת פרוטון אשר מתחיל את התהליך. אנו עוקבים אחרי תהליך זה בעזרת הלייזר האולטרא-מהיר שלנו (פמטו-שניות). בניגוד לפרויקטים למעלה עם אופק יישומי (בין אם קרוב, פרויקט ראשון או יותר ארוך, פרויקט שני), פרויקט זה הינו מחקר בסיסי על מנת להבין את התהליכים בין החשובים ביותר בטבע, כלומר איך הפרוטון נע, מהם הפרמטרים החשובים לדיפוזיה זו, מה המהירות של הדיפוזיה ומה המנגנון שלה.

 

 

פרופ' מחקר יצחק אפלויג / Distinguished Professor Yitzhak Apeloig

apeloig@technion.ac.il  קומה 5, 517

פרויקט מחקר 1:

כימיה של תרכובות סיליקון

רקע ומטרת הפרויקט:

סיליקון הוא היסוד השני (אחרי חמצן) בשכיחותו בקליפת כדור הארץ ולכן זול מאד ויש לו ולתרכובותיו שימושים רבים. עובדה מעניינת במיוחד, היא שלמרות שפחמן וסיליקון שייכים לאותו הטור (14) במערכת המחזורית תכונות התרכובות שלהם שונות לחלוטין. דוגמה בולטת היא העובדה שעד לפני 40 שנה כימאים האמינו שלא ניתן להכין תרכובות סיליקון בעלות קשרים כפולים. בעשורים האחרונים חלה מהפכה בתחום וחומרים כאלו סונתזו, אבל הידע בתחום עדיין מועט והפוטנציאל של מחקר אקדמי ושל מחקר יישומי בתחום עצום.

קבוצתי עוסקת במחקר ניסיוני ותיאורטי של תרכובות אורגנו-סיליקון. הסטודנטים מתנסים גם בשיטות סינתזה ואנליזה מתקדמות וגם בשימוש בשיטות חישוב קוונטו-מכניות עכשוויות. הבעיות הנחקרות כוללות שאלות כימיות עקרוניות כגון:   סינתזה של תרכובות בעלות קשרים מרובים לסיליקון ולימוד תגובותיהם, יצירה ואפיון של חומרי ביניים פעילים של סיליקון כגון רדיקלים, סילילנים (המקבילים לקרבנים) ואניונים. וכן בעיות בעלות אופי יישומי, כגון: הכנת חומרים חדשניים בעלי ענין  לתעשיות המחשבים (חומרים לתהליכי Atomic Layer Deposition) והבטריות. מחקרים אלו נעשים בשיתוף פעולה עם חברת אינטל וקבוצות מחקר אקדמיות  אחרות המתמחות בתחומים אלו.

 

פרויקט מחקר 2:

סינתזה וכימיה של "קוביות" בדיל וגרמניום

רקע ומטרת הפרויקט:

לאחרונה הצליח רומן בקבוצתי להכין בצעד אחד ובניצולת גבוהה את הסטאנא-קובן האדום 9  ( R8Sn8 ) שצפויות להיות לו תכונות פיסקליות וכימיות מעניינות במיוחד. מטרות הפרויקט:

  1. לברר את מנגנון התגובה המפתיעה הזו. 2. להכין בצורה דומה את הגרמא- קובן R8Ge8  .
  2. ללמוד את התגובות של ה"קוביות", ובמיוחד תגובות שיובילו ליצירת שרשרות של "קוביות" שתכונותיהם יהיו ללא ספק ייחודיות.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Prof. Timor Baasov / פרופ' טימור באזוב

chtimor@technion.ac.il     Floor 6, 612

Research Project 1:

Towards Catalytic Antibiotics: Rational Design, Synthesis and Evaluation

The emergence of multidrug-resistant pathogens has triggered an on-going intensive search for novel antibiotics. While our lab has a long-standing experience in the development of new antibiotics, the proposed research focuses on the development of catalytic antibiotics as a new paradigm in antibiotics research. In its initial step, the project aims to chemically modify the existing antibacterial drugs to act on their targets in a catalytic manner. The possible benefits include: i) activity at lower dosages and subsequent elimination of side effects, ii) activity against drug-resistant bacteria, and iii) reduced potential for generating new resistance. The main motivation of this project is that no such drugs are currently available and, if successful, this new paradigm will pave a way to new era in antibiotics development. Students are performing the rational design (computer-assisted modelling), synthesis and biological characterization of synthetic molecules for their antibacterial activity, including catalytic activity on their target-bacterial ribosome and/or ribosomal particles.

Research Project 2:

To fix damaged genes by small molecules: towards development of new drugs for the treatment of genetic diseases.

A large number of human genetic diseases result from specific mutations called "nonsense mutations". These mutations in DNA cause the lack of subsequent specific proteins and as consequence represent underline cause of diseases including Cystic Fibrosis, Rett Syndrome and Hurler syndrome and more. Recently we have developed a series of small organic compounds that interfere with translation process in mammalian ribosome and allow production of full-length functional proteins from the mutant genes. The efficiency of our molecules has been demonstrated both in vitro and in vivo models of a series of genetic diseases including cancer.  Continuing this research, the specific aims include: (a) Rational Design and Synthesis of Novel Derivatives with Improved Efficacy; (b) Structure-Activity-Toxicity Relationship Studies on the Synthesized Compounds; (c) Characterizing the Lead Compounds by using a series of biological tests, including 3D Crystal Structure Determination with Human rRNA A-Site Oligonucleotide Models. Students are performing the rational design (computer-assisted modelling), synthesis and biological characterization of synthetic molecules for their structure-activity-toxicity relationship study.

Research Project 3:

Development of new antibiotics that deley resistance development by pathogenic bacteria.

To tackle the problem of resistance to antibiotics, several different strategies are used, but almost all approaches still suffer from the new resistance that bacteria develop soon after the new drug is introduced in the market. To overcome this problem, we recently used a strategy of hybrid drugs – two different antibiotics that kill bacteria with different mechanisms of action, are covalently connected to each other. We demonstrated that such hybrid molecules exhibit dual mode of action, can compromise with existing resistance mechanisms of each drug alone and also largely delay the development of new resistance by bacteria. The main objective of this research is to develop novel hybrid structures and establish the concept of hybrid-antibiotics as a new concept that can revive old antibiotics with newer and highly productive usage. Students are performing the rational design (computer-assisted modelling), synthesis and biological characterization of synthetic molecules including antibacterial activity tests and the ability for resistance development.

פרופ"ח אהרון בלנק /   Asso. Prof. Aharon Blank    

   קומה 2, 220ab359@technion.ac.il

פרויקט מחקר 1:

תכנון ובניה של מהוד על-מוליך לצימוד קוואנטי עם ספין אלקטרוני

רקע ומטרת הפרויקט:

אחד מהתחומים החשובים במדע המודרני הנו תחום הטכנולוגיות הקוואנטיות, הכולל, בין היתר, מחשוב קוואנטי וחישה קוואנטית.  בפרויקט זה נעשה שימוש במערכת קוואנטית של ספין האלקטרון וננסה לצמד אותה למערכת קוואנטית של מהוד מיקרוגל על מוליך.  שילוב של שתי מערכות קוואנטיות כאלו יכול להיות בסיס למחשוב קוואנטי מבוסס ספין אלקטרוני.

שיטת הביצוע: למידת הרקע התיאורטי, תכנון מהוד על מוליך, בניה של המהוד ומדידת התכונות שלו בטמפרטורות נמוכות.  ביצוע מדידות לבדיקת מידת הצימוד בין ספין אלקטרוני למהוד.

 

פרויקט מחקר 2:

מדידת חשיפה לקרינה מייננת באמצעות אותות תהודה מגנטית של שיניים

רקע ומטרת הפרויקט:

אירוע רדיולוגי, כגון התקפת טרור עם פצצה מלוכלכת או תאונה בכור גרעיני תדרוש בדיקה למידת חשיפה לקרינה מייננת לאוכלוסייה גדולה מאוד.   אחת השיטות למדוד באופן רטרוספקטיבי את מידת החשיפה לקרינה היא באמצעות תהודה מגנטית שמודדת את ריכוז הפגמים הפאראמגנטים באמייל השן.  מטרת הפרויקט היא לסייע בפיתוח השיטה שתוכל לאפיין בצורה מדויקת את מידת החשיפה לקרינה מיינת גם זמן רב לאחר החשיפה, ע"י מדידת שיניים (כשהן עדיין בפה).

שיטת הביצוע:

הקרנת שיניים בקרינת גאמא במינונים שונים, הכנת דגמים מתאימים מהשיניים, ביצוע מדידות שונות במכשור תהודה מגנטית אלקטרונית מתקדם ואנליזה סטטיסטית של התוצאות.

 

 פרופ' אשרף בריק /Prof. Ashraf Brik     

abrik@technion.ac.il קומה 4, 415

פרויקט מחקר 1:

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'.

 

Prof. Mark Gandelman / פרופ' מרק גנדלמן  

 chmark@technion.ac.il Floor 5, 555

Research Project 1:

Development of Smart Metal-Based Catalysts for the Important and Challenging Organic Transformations

Metal-based catalysis is among the most promising and exciting disciplines in chemistry.  It allows unique and selective pathways for conversion of simple compounds to complex materials with a minimal waste production and input of energy. Design of new metal-ligand systems (metal-based catalysts) for the improvement of useful and important organic methodologies as well as development of novel challenging catalytic transformations that have no solution yet represents a high-impact target. Development of new environmentally benign chemical transformations as well as alternative energy related processes are major representative goals in catalysis. The progress in the field undoubtedly relies on the development of new clever ligands that impose unique steric and electronic properties to the metal center.

Recently we demonstrated, for the first time, that divalent nitrogen cations, so-called nitrenium ions, can serve as ligands for transition metals (for details, see: Nature Chem., 2011, 3, 525). This discovery opened a door to a new type of ligands and corresponding metal complexes. We have found that these metal-based systems demonstrate highly

interesting chemical properties. Synthesis of new ligands, metal complexes, their characterization and application to challenging catalysis will be studied in the suggested research project.

Students will learn modern organic and inorganic synthesis, including work with air-sensitive materials, characterization and analytical techniques (NMR, IR, GC, HPLC, X-ray) and art of catalysis.

Research Project 2:

Utilization of Halogen Bonding in Asymmetric Metal-Free Catalysis

Although the halogen bonding, which is defined as a non-covalent interaction between electrophilic halogen groups (Lewis acids) and Lewis bases, have found many useful applications in the field of crystal engineering, materials science and bioorganic chemistry, its application in catalysis is missing.

We have recently launched an active program for using a halogen bonding in catalysis. While chemists use different types of non-covalent interactions as a basis for substrate activation in catalysis, the well-defined halogen bonding phenomenon is practically unstudied for these purposes. Our initial studies have demonstrated that well-defined halogen bonds can be useful for catalytic activation of substrates with the designed catalysts (similar to the well-established hydrogen bond-based activation). Novel halogen bonded non-covalent assemblies of substrate-catalyst have been fully characterized and quantified, and the structure-catalytic activity relationship elucidated. In this project synthesis of new chiral metal-free catalysts, that capable to activate substrates via halogen bonding, and their application to catalytic synthesis of important organic chiral materials will be explored.

Students will learn modern organic synthesis, including work with air-sensitive and chiral materials, characterization and analytical techniques (NMR, IR, GC, HPLC, X-ray) and art of catalysis.

פרופ' זאב גרוס /  Prof. Zeev Gross 

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 ננו חלקיקים לדימות וטיפול בסרטן

סרטן הינו שם כללי למספר מחלות בהן יש חלוקה בלתי מבוקרת של מספר תאים בגוף. חלוקה בלתי מבוקרת זו מובילה ליצירת גידול ממאיר ואף לגרורות באתרים אחרים בגוף. בקבוצה שלנו אנו מפתחים ננו חלקיקים שמטרתם הינה נשיאה ושחרור מבוקר של מולקולות שנקראות קורולים.  קורולים אלו הינם בעלי תכונות אנטינאופלסטיות (מעכבות גידול) וציטוטוקסיות (הורגות תאים). כמו כן קורולים אלו יכולים לשמש  לדימות רפואית, הן ב-CT  והן ב-MRI, לשם הגדלת רזולוציה והבדלה בין רקמה תקינה לרקמה הסרטנית. מטרת המחקר הינו פיתוח הננו חלקיקים בהרכבים שונים, סינתזה של מגוון קורולים  לייעודים שונים (כימותרפיה, דימות, ועוד) ובדיקת יישומים אלו במערכות ביולוגיות מבוקרות. הסטודנטים מבצעים את הכימיה, פורמולציה, בדיקות מתחום הננוטכנולגיה, ספקטרוסקופיה והעבודה הביולוגית.

Prof. Assist. Charles E. Diesendruck /  פרופ"מ צ'רלס דיזנדרוק

charles@technion.ac.il Floor 3, 316

Research Project 1:

Does polymer architecture influence mechanical stability?

When polymers are mechanically stressed, chemical reactions such as covalent bond scission may occur. In this project, we will study how the architecture of the polymer (linear, cyclic, internally crosslinked etc) affects the kinetics of the bond scission reactions. The work involves synthesis of polymers in different architectures, measurement of the properties of the polymer chains (Mw, size, shape etc), and mechanical stressing of the polymers in solution using sonochemistry.

Prof. Alon Hoffman /  פרופ' אלון הופמן 

choffman@technion.ac.il Floor 3, 354

Research Project 1:

Thermionic electron emission form nano-diamond films

In this project we will investigate the effect of electron emission form diamond surfaces induced by just heating the diamond.   The effect of surface chemistry,  film thickness, grain size and substrate material  on the electron emission  properties will be investigated.  First the student will learn how to grow diamond films by chemical vapour deposition,  then the thermal induced electron emission experiments will be carried out in a specially designed ultra high vacuum chamber.  Within this chamber we will carry out  spectroscopic measurements to determine the chemical composition, chemical bonding and electronic properties of the diamond d film surfaces as a function of different preparation conditions.

Research Project 2:

Plasma nitradation of diamond surfaces for the formation of a conductive surfa ce layer

Nitrogen impurities within a diamond matrix results in doping of the diamond electronic structure with deep (1.5eV ) donors.   Thus nitrogen doping of diamond  is expected to have in a strong influence on any process in which electron mobility takes place.  In this project we will investigate the influence of nitrogen plasma nitridation of diamond surfaces on its electron emission  properties.  The electron emission processes that will be investigated are:  photo induced,  electron induced and thermal induced electron emission.  In addition the chemical composition and bonding of the nitrogen plasma nitride surfaces will be examined in-situ.

Research Project 3:

Interaction of hydrogen and nitrogen with diamond surfaces investigated by surface vibrational-electron spectroscopy

The composition and bonding of hydrogen and nitrogen co-adsorbed on diamond surfaces will be investigated by preparing these surfaces in-situ in an ultra high vacuum chamber equipped with molecular beam,  thermal activated molecular source and plasma source. The chemical composition of the hydrogenated and nitride surfaces will be determined by x-ray photoelectron spectroscopy and high resolution electron energy loss spectroscopy.

 

Prof. Efrat Lifshitz / פרופ' אפרת ליפשיץ

ssefrat@technion.ac.il Floor 2, 212

Research Project 1:

Synthesis and optical characterization of nanostructures with applications in solar energy light source devices

The laboratory focus on the synthesis and characterization of  semiconductor and metal nanocrystals (NCs).  The synthesis includes the use of colloidal chemistry, allowing control on the shape, size and chemical composition.  More specific heterostructures of NCs are preferred in recent years, render the option to engineer the physical properties, to a special need.  For example, creation of multiple carriers with a benefit for solar energy and gain device applications, or flourescence properties with a gaint intensity, as biological labeling.  Research work in the laboratory includes a thorough investigation of the electronic and optical properties of the NCs, utilizing unique spectroscopic tools, including a detection of a single NC, magneto-optical measurements (combining magnetic resonance and optics) and combination of spectrosocopy and microscopy.  A few applied research projects  (solar cells, light sources) are currently active in the laboratory".

 פרופ' אמריטוס נמרוד מוסייב / Prof. Em Nimrod Moiseyev       

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"מ גליה מעיין / Assist .Prof. Maayan Galia   

gm92@technion.ac.il קומה 3, 326

פרויקט מחקר 1:

כימיה סופראמולקולרית

אנחנו משתמשים בפפטואידים, אוליגומרים דמויי פפטידים שאנו מכינים במעבדה על ידי סינתזה על מצע מוצק בשימוש באמינים ראשוניים, כדי ליצור תעלות תלת מימדיות המדמות ממברנות. תעלות אלו נוצרות על ידי קוארדינציה של יוני מתכות לפפטואידים קצרים (בעלי 3 מונומים בלבד) המובילה להתארגנות עצמית וליצירת המבנים המיוחדים. בפרוייקט נחקור איך שינויים קלים ברצף המונומרים ו/או ביוני המתכת משפיעים על צורת התעלות ואיך אפשר להעביר דרכן מולקולות קטנות.

מה נלמד בפרויקט?

  1. סינתזה של אוליגומרים דמויי פפטידים על מצע מוצק.
  2. שימוש בHPLC  ובMS  לאנליזה וטיהור.
  3. קוארדינציה של יוני מתכות.
  4. קריסטלוגרפיה לאיפיון התעלות במוצק.
  5. מיקרוסקופיית אלקטרונים לאיפיון התעלות בתמיסה.

פרויקט מחקר 2:

פיתוח זרזים דמויי אנזימים ליצירת אנרגיה ממים

אנו מפתחים קלסטרים איאורגניים מבוססי מנגן וקומפלכסים מתכתיים של פפטואידים, היכולים לזרז פירוק מים ע"י שימוש בפוטנציאל חשמלי או אור, לקבלת 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. סינטזה של קלסטרים מבוססי מנגן (סינטזה איאורגנית) או
  2. סינתזה של אוליגומרים דמויי פפטידים על מצע מוצק וקוארדינציה של יוני מתכות לפפטואידים.
  3. שימוש ב  HPLC וב MS לאנליזה וטיהור.
  4. אלקטרוכימיה ואלקטרוקטליזה.
  5. פוטוקטליזה.

Prof. Ilan Marek / פרופ' אילן מרק

chilanm@technion.ac.il Floor 5, 517

Research in the Marek laboratory is located at the frontier of organic synthesis. As demand for evermore complex organic molecules increases, so does the sophistication required for tackling their synthesis in the laboratory. In our group, we develop conceptually innovative strategies toward important problems in organic synthesis.

Research in organic synthesis strongly promotes creativity, while still demanding adherence to theoretical and practical constraints. This results in challenges that require creative thinking but also theoretical and technical skills. The combination between creative, technical and intellectual challenges provides for a highly stimulating research experience. In addition to the scientific aspect, students will benefit from working in a large and international group of researchers.

Research Project 1:

Selective functionalization of alkanes

Alkanes are the simplest and most abundant organic molecules in nature. Due to their wide availability, it would be desirable to utilize alkanes as building blocks in organic synthesis. Unfortunately, the simple structure of alkanes renders them extremely hard to manipulate chemically. Therefore, they are used almost exclusively as fuels and their potential in chemistry is largely unrealized.

Our group is currently developing a new strategy towards the selective conversion of alkanes to alkyl derivatives functionalized in the terminal position. This elusive transformation is achieved by merging two distinct fields: synthetic biology and organometallic chemistry. First, a mutant strain of bacteria converts linear alkanes to a mixture of internal alkenes by a dehydrogenation reaction (elimination of H2 from the alkane molecule)- a reaction which is currently almost impossible to achieve otherwise. In the second part of the process, organometallic complexes are used to convert the mixture of internal alkenes into one terminal-alkyl organometallic intermediate which is then trapped with an electrophile to afford a single, terminally-functionalized alkyl derivative. Overall, the two-step process represents a selective terminal functionalization of alkanes.

 

 

 

Research Project 2:

Remote functionalization

The concept of remote functionalization refers to a chemical reaction which begins at a certain reactive functional group and changes an unactivated position remote from the original reaction site during the process. This general class of reaction enables new ways of thinking about synthetic strategies and might be useful in the synthesis of challenging scaffolds.

For example, our group reported a Pd-catalyzed transformation of cyclopropanes containing a long chain terminated with a C-C double bond to yield acyclic derivatives where the cyclopropane has been opened. This transformation begins with the reaction of an organopalladium species with the terminal double bond. The initial addition to the double bond is followed by a process called ‘chain-walking’ whereby the Pd complex travels along the hydrocarbon chain back and forth until finally reaching the cyclopropyl ring, which may then be opened to release the ring strain inherent to the system. The Pd catalyst crosses up to 11 carbon atoms until finally releasing the product, forming one C-C bond, one C=O bond and breaking one C-C bond in the process.

Research Project 3

New transformations of cyclopropenes

Cyclopropenes, 3-membered carbocycles containing a C-C double bond, are extremely useful yet underutilized compounds. Due to the strain energy imposed by the small ring, the cyclopropane C=C bond smoothly undergoes addition reactions. Furthermore, the rigidity of the cyclopropene scaffold enables control of the new stereocenters formed during the addition process by the stereocenters already present in the starting materials. The resulting cyclopropanes can then be triggered to undergo ring-opening, revealing acyclic molecules containing stereo-defined chiral centers, which are highly challenging to prepare by other means. Our group uses this general strategy to prepare a variety of acyclic compounds bearing stereo-defined chiral centers.

 

 

 

 

 

 

 

פרויקט מחקר 4:

פיתוח תהליך Kinetic Resolution לפתיחת טבעת אננטיוסלקטיבית של ציקלופרופאנים

 

סינתזה אורגנית מודרנית דורשת מאיתנו לייצור מולקולות מורכבות בצורה היעילה ביותר האפשרית. בנוסף, רבות מהמולקולות החשובות לאנושות כגון תרופות, חומרי טעם וריח וחומרי טבע הן כיראליות. לכן, מציאת שיטות חדשות להכנת מולקולות אורגניות בצורה אסימטרית היא חשובה מאוד.

בפרוייקט המוצע , יעשה שימוש בסדרת תגובות קטליטיות שפותחו במעבדתנו לצורך יצירת ויניל-ציקלופרופאנים רצמיים. ציקלופרופאנים הם מולקולות קשיחות בעלות מתח טבעת רב, מה שמאפשר מצד אחד לסנתז אותם עם מספר רב של מרכזים מוגדרים סטרית (בגלל קשיחותם) ומצד שני לפתוח אותם למולקולות ליניאריות שימושיות (בזכות מתח הטבעת הרב). לאחר מכן, על הסטודנט/ית תוטל המשימה לפתח תגובת פתיחת טבעת שתפעל בשיטת Kinetic resolution. כלומר, אחד האננטיומרים יגיב בתגובה וייתן תוצר פתוח כיראלי שימושי, בעוד האננטיומר השני יישאר ללא שינוי אך יופרד כחומר כיראלי טהור.

במסגרת המחקר הסטודנט/ית יבצע סקר ספרות מקדים כדי לתכנן מסלולים אפשריים עבור הטרנספורמציה המוצעת. ילמדו מתודולוגיות לביצוע סינתזה אורגנו-מתכתית מורכבת תחת אווירה אינרטית ויעשה שימוש בטכנולוגייות אנליזה מתקדמות כגון HPLC וGC כיראליים לצורך אפיון הנקיון האופטי של תוצרי התגובה. לאחר שיסונתזו חומרי המוצא הדרושים, הסטודנט/ית יבצע סריקה של קטליזטורים מתאימים עבור התגובה, כאשר יהיה עליו לבחון מתכות מעבר אפשריות, ליגנדות כיראליות שונות, ממסים וטמפרטורות שונים ולבצע אופטימיזצייה של תנאי התגובה עבור ניצולת וסלקטיביות מקסימליות.

 

 

 

 פרופ"ח לילך עמירב / Assist. Prof. Lilac Amirav 

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 /  Prof. Uri Peskin

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.

 

 Assist. Prof .Lev Chuntonov/   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.

 

פרופ"מ סער רהב / Assist. Prof Saar Rahav 

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 / Assoc . Prof. Asher Schmidt   

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.

 

פרופ' ישראל שכטר / Israel Schechter Prof.

israel@technion.ac.il קומה 2 , 209

פרויקט מחקר:

אפשר לבצע מספר פרויקטי מחקר בכימיה אנליטית. המחקרים כוללים פיתוח שיטות אנליטיות חדשות, כדוגמת אנליזה ספקטראלית של זיהומי מים, גילוי רגיש של חומרי נפץ, גילוי חלקיקים ננומטריים על פני משטחים ושימוש בלייזרים לגילוי חומרים. נושא הפרויקט ותכולתו מותאמים באופן אישי לסטודנט/ית

 

 

 פרופ"ח אמנון שטנגרAssociate Prof. Amnon Stanger/

stanger@ technion.ac.il קומה 5, 516א

פרויקט מחקר 1:

תכונות מגנטיות של חצאי מוליכים מבוססי פחמן מסוממים (doped) ביסודות מהטור השלישי ומטור החנקן

 

חצאי מוליכים אורגניים נמצאים היום בתחומים רחבים של הטכנולוגיה, לדוגמה, במסכים של טלפונים סלולריים (LED) ובתאים פוטו-וולטאים אורגניים. ברוב החומרים הללו יש בלוקים מבניים של חומרים ארומטיים (כגון בנזן, תיופן), אנטיארומטיים (כגון פנטלן) או שכל החומר ארומטי (גרפן). בשנים האחרונות יש יותר ויותר עבודה סינתטית המנסה להחליף חלק מאטומי הפחמן באטומים מהטור השלישי (לדוגמה, בור) ו/או מטור החנקן (חנקן, זרחן) כדי לקבל תכונות הולכה טובות יותר מחד, ויציבות חומר עדיפה מאידך.

 

בשיטות חישוב שפתחנו, ניתן לחשב את השדה המגנטי המושרה ע"י מערכות ארומטיות ואנטיארומטיות שונות. השדה המגנטי המושרה, הנוצר ע"י הזרם המושרה של אלקטרוני ה-p של המערכת, פרופורציוני לתכונות שונות הרלבנטיות למוליכות של החומרים.

 

הפרויקט מציע לחשב את האפקט של החלפת אטום/אטומי פחמן במערכות ארומטיות ואנטיארומטיות באטום/אטומי בור, אלומיניום, חנקן ו/או זרחן על זרם הטבעת והשדה המגנטי המושרה של חומרים שונים (כגון, בנזן, נפתלן, אנטרצן, פננטרן) ובכך להבין את תכונות ה-doping ולתת פרדיקציות לקבוצות ניסיוניות.