ה"מעבדה על שבב" הוא מכשיר ננוטכנולוגי, אשר התפתח מתחום המיקרוטכנולוגיה. תחום המיקרוטכנולוגיה הופיע לראשונה בשנות ה-60 עם שילובם של רכיבים מיקרו-אלקטרוניים, מוליכים למחצה (טרנזיסטור), על גבי שבב (הראשון היה הטרנזיסטור MOS). שבבים אלו יוצרו בטכנולוגיית הפוטוליתוגרפיה, המאפשרת הדפסת שכבות של מוליכים, מוליכים למחצה ומבודדים בסדרה של תהליכים כימיים עוקבים.
שילובם של הטרנזיסטורים היווה בהמשך את הבסיס לטכנולוגיית ה- , המשמשת ליצירת מעגלים משולבים. טכנולוגיה זו שולבה עם טכנולוגיית ה- , ליצירת מכונות מזעריות בגדלים של מיקרומטרים ספורים. טכנולוגיית ה-MEMS מיושמת כיום במגוון תחומים (פיזיקה, אופטיקה, אלקטרוניקה וביולוגיה) ובשילובן של טכניקות ייצור חדשניות. לדוגמה, טכניקת ה- (עיצוב בהזרקה) לצורך בניית התקן MEMS מפולימרים.
בשנות ה-80 החל להתפתח תחום העוסק בנפחים זעירים של נוזלים זעירים, הנקרא מיקרופלואידיקה (Microfluidics). תחום זה יכול להיות מיושם בשבבים, כגון ביו-סנסורים המיועדים לזיהוי חומר ביולוגי מסוים (נוגדן, אנזים, רקמה ומיקרואורגניזם).
"מעבדה על שבב" הופיעה לראשונה בשנת 1979, עם המצאתו של S.C. Terry מאוניברסיטת סטנפורד, שהציג יישום של כרומטוגרפיית גז על גבי משטח קטן בגודל של מספר סנטימטרים רבועים בלבד. עם זאת, רק בתחילת שנות ה-90 נצפתה התקדמות ראשונה בתחום, עם המצאת המיקרו-משאבות, המיקרו-סנסורים ושילובן של שיטות מיקרופלואידיות לצורך אנליזות מחקר.
ניתן היה לראות כי עם הזמן, תהליכים ואנליזות על גבי שבב נזדקקו לפחות ופחות הכנות מקדימות (שבוצעו בדרך כלל בקנה מידה מעבדתי) והמושג "מעבדה על שבב" קיבל את משמעותו המלאה. אחת הפריצות הגדולות הגיעה מתחום הגנומיקה, והיא מערכי DNA שהוצגו לראשונה בשנת 1995. שבבים אלו משמשים לאיתור חומצות גרעין (לרוב mRNA) לצורך סריקת גנים.
"מעבדה על שבב" עדיין מוגדר כתחום חדש ומתפתח. יישומן של "מעבדות על שבב" הופך למקובל ושכיח בנושאים כגון אבחון רפואי, אנליזות כימיות-פרמצבטיות ושימוש אקולוגי (לצורך ניטור סביבתי). ניתן לצפות כי עם התקדמות הננוטכנולוגיה, אנליזות בקנה מידה קטן יותר יאפשרו מחקר ושילובם טכניקות שונות על גבי פלטפורמה אחת.
טכנולוגית ייצור וחומרים.
קיימים טכנולוגיות וחומרי יצור רבים ל"מעבדה על שבב". שלוש מערכות בולטות בתחום הן הסיליקון, הפולימרים והזכוכית.
מערכת הסיליקון המתבססת על טכנולוגיית הייצור של המוליכים למחצה והמעגלים המשולבים. המערכת מאופיינת במוליכות החשמלית שלה והמגוון הרחב של הטכניקות שפותחו עבורה.
מערכת נוספת היא הפולימרים כאשר הפולימר הנפוץ בשימוש בתחום זה הוא ה- , אלסטומר שקוף וביוקומפטבילי. ניתן להשתמש בפולימר להכנת מכשיר "מעבדה על שבב" משולב, כאשר בחלק התחתון הפולימר ובחלק העליון שכבה של סיליקון או חומר אחר שעבר תהליך (ליתוגרפיה על גבי חומר אלסטומרי, בדרך כלל מסוג פולימר). מערכות הפולימרים מאפשרות איכות אופטית גבוהה ובנוסף מוזילות משמעותית את תהליך הייצור. אחד החלוצים החשובים בתחום הוא הפרופסור לכימיה מאוניברסיטת הרווארד ג'ורג' ווייטסיידס (George M. Whiteside).
דוגמה נוספת היא מערכת הזכוכית, המקנה תכונות תרמיות ואופטיות טובות ובנוסף מאפשרת מגוון שימושים בזכות הידע הנרחב שקיים לגבי האינטראקציות הביוכימיות הידועות עמה. עם זאת, בשל הקושי לעצב את הזכוכית כפי רצוננו למערכת זו מגבלה טכנית מסוימת.
שימושים אפשריים.
דיאגנוסטיקה רפואית.
חוקרים רבים מאמינים כי הטכנולוגיה של "המעבדה על שבב" תהווה חלק חשוב במאמץ לשיפור מערכת הבריאות העולמית, בעיקר בפיתוח של מכשירי דיאגנוסטיקה. אותם מכשירים יהיו זמינים בקרבתו של המטופל, מה שיאפשר אבחון וטיפול מהירים יותר.
במדינות שבהן קיים מחסור במערכת בריאות מבוססת, מחלות הניתנות בדרך כלל לטיפול, מהוות בתנאים אלו סכנת מוות ממשית. גם אם קיימות באזורים אלו מרפאות שמצוידות בתרופות, הן לרוב חסרות את הכלים הדיאגנוסטיים עבור אבחון המחלה הספציפית. "מעבדה על שבב" תאפשר פתרון מתאים לבעיות אלו.
דוגמאות לשימושים:
אנליזות לצורכי מחקר.
ל"מעבדה על שבב" ישנן אפליקציות בתחום המחקר. כיום במעבדות מחקר הפועלות בתחומים שונים קיימים מכשירי אנליזה רבים בהם משתמשים חוקרים לצורך עבודתם.
מכשירי אנליזה אלו לרוב יקרים מאוד, מצריכים תחזוקה שוטפת רבה, מיומנות. בנוסף, לרוב אין אפשרות לניוד המכשור מחוץ לתחומי המעבדה.
"מעבדה על שבב" תאפשר שילוב מספר טכניקות אנליזה לפלטפורמה אחת ובכך תקל, תוזיל ותאפשר גמישות בעבודת החוקר.
דוגמאות לשימושים:
בחלל.
"מעבדה על שבב" נמצאת בשימוש ובפיתוח גם בסוכנות החלל האמריקאית (NASA) לצורכי מחקר שונים. בעזרת טכנולוגיה זו חוקרים מייצרים שבבים המסוגלים לסרוק דנ"א ומולקולות אורגניות שונות במטרה למצוא עדויות על חיים בחלל. שבבים אלו נלקחים לתחנות החלל והבדיקות עצמן מתבצעות שם ללא צורך בהבאת הדגימות בחזרה לכדור הארץ.
איכות הסביבה.
"מעבדה על שבב" כוללת מערכות לניטור סביבתי כמו מערכות המשמשות למדידת זיהומים כגון זיהוי של מתכות כבדות המסכנות את בריאות הציבור. לתחומים אלו של איתור זיהומים סביבתיים חשיבות מכרעת לניידות הציוד ומידיות קבלת התוצאות, שכן זמן העברת הדגימות אל המעבדה פוגע באיכותן ומאריך משמעותית את זמן התגובה למפגע, שלעיתים משמעותו פגיעה בחיי אדם.
יתרונותיה וחסרונות.
יתרונות המעבדה על שבב הם:
חסרונות המעבדה על שבב הם:
מרים פוקס ירושלמי
אנימטריקס
אנימטריקס (באנגלית: The Animatrix, ביפנית: アニマトリックス) הוא סרט אנתולוגיה אמריקאי-יפני שיצא ישירות ל-DVD ביוני 2003 אשר מבוסס על טרילוגיית סרטי המטריקס. הסרט הופק על-מנת לחפוף את יציאת הסרט השני "מטריקס Reloaded". הסרט מורכב מתשעה סרטי אנימציה תלת-ממדית/אנימה קצרים ושונים המתרחשים בעולם של ה"מטריקס". כל אחד מהם מבוים על ידי במאי סרטי אנימה בולט אחר, כאשר חלקם נכתבו על ידי האחיות וצ'אוסקי עצמן.
הסרט חושף ומבהיר פרטים שונים אודות סיפור הרקע של סדרת סרטי המטריקס, ואודות המלחמה המקורית בין בני האנוש למכונות שהובילה ליצירת העולם הפיקטיבי.
עלילות.
טיסתה האחרונה של האוזיריס.
הצוות של הרחפת אוזיריס מנסה להזהיר את ציון, עירם של בני האנוש, מפני ההתקפה הצפויה של המכונות. חלק זה נכתב על ידי האחיות וצ'אוסקי, ובוים על ידי אנדי ג'ונס.
הרנסאנס השני – חלק 1.
מבוסס על הקומיקס המקדים "Bits and Pieces of Information", ומתאר סיפור רקע העוסק באופן שבו החלה המלחמה בין בני האנוש למכונות. בנוסף מציג לנו כיצד הואפלו ונחרכו השמיים, את עלייתן של המכונות, ואיך בני האנוש השתעבדו. חלק זה נכתב על ידי האחיות וצ'אוסקי, ובוים על ידי מאהירו מאדה.
הרנסאנס השני – חלק 2.
המשך האירועים אשר מוביל ליצירת האב טיפוס של המטריקס.
סיפורו של ילד.
העלילה של חלק זה מתמקדת בנער בשם מייקל. ניאו יוצר עמו קשר ומציע לו להימלט מהמטריקס. למחרת קבוצה של סוכנים רודפת אחריו בבית ספרו עד אשר מייקל מחליט לקפוץ מהגג ובעקבות כך הוא מתעורר מהמטריקס בעולם האמיתי. דמותו של מייקל מופיעה גם בסרט מטריקס Reloaded (בגילומו של קלייטון ווטסון). חלק זה נכתב על ידי האחיות וצ'אוסקי, ובוים על ידי שנישירו וטנבה.
תוכנה.
בחלק זה שני לוחמים נלחמים זה בזה בסימולטור כאשר אחד מהלוחמים מחליט לבגוד בחברו ולחזור למטריקס. החלק בוים על ידי יושיאקי קוואהג'ירי.
שיא עולמי.
עלילת החלק עוסקת באצן שמצליח לצאת מהמטריקס בעת שניסה לשבור שיא בריצה. החלק בוים על ידי טקשי קויקה.
מעבר.
עלילת החלק מתמקדת בנערה צעירה המחפשת את החתול שלה ברחבי עיר גדולה ומגלה באג במטריקס. החלק בוים על ידי קוג'י מורימוטו.
סיפור בלשי.
עלילת החלק מתמקדת בחוקר פרטי אשר נשכר לעקוב אחר ההאקרית טריניטי. החלק בוים על ידי שנישירו וטנבה.
חינוך ממוחשב.
עלילת חלק זה מתמקדת בקבוצה של מורדים המנסה לתכנת מחדש את המכונות. החלק בוים על ידי פיטר צ'אנג.
פאבל צ'רנקוב
פאבל צ'רנקוב (ברוסית: Павел Алексеевич Черенков; 28 ביולי 1904 - 6 בינואר 1990) היה פיזיקאי סובייטי שזכה בפרס נובל לפיזיקה בשנת 1958 (ביחד עם איליה פרנק ואיגור תם), על גילוי ופירוש קרינת צ'רנקוב.
פאבל צ'רנקוב נולד בכפר במחוז וורונז' למשפחת איכרים. בשנת 1928 הוא סיים את לימודיו באוניברסיטת וורונז' והחל לעבוד כמורה בבית הספר. בשנת 1930 הוא התחתן ובשנת 1932 נולד לו בן ובשנת 1936 בת. במהלך הטיהורים הגדולים אביו נשפט והוצא להורג, גם אביה של אשתו נשפט.
בין השנים 1930 ל-1935, צ'רנקוב למד לתואר דוקטור, בהנחיית סרגיי ואווילוב. עם השלמת התואר, הוא החל לעבוד במכון לבדב לפיזיקה, במוסקבה. בשנת 1948 הוא התמנה לפרופסור במכון האנרגטי במוסקבה ובשנת 1951 התמנה לפרופסור במכון לחדר פיזיקה גרעינית במוסקבה. במקביל לכך במשך שנים רבות עמד בראש מחלקת פיזיקה של אנרגיות גדולות במכון לפיזיקה במוסקבה.
בשנת 1964 הוא התקבל לאקדמיה הרוסית למדעים כחבר בהתכתבות בשנת 1970 כחבר מן המנין.
צ'רנקוב נפטר מצהבת בשנת 1990 ונקבר בבית העלמין נובודוויצ'יה במוסקבה.
הישגים מדעים.
בשנת 1934 צ'רנקוב החל בחקר קרינה בנוזלים שבהמשך נקראה על שמו קרינת צ'רנקוב. קרינה זו הייתה
ידועה גם לפניו אך חשבו שמקורה בלומינסציה. הוא ניתח את התופעה וגילה שאין לה שום קשר עם תופעת לומינסציה. על הישג זה, בשנת 1946 צ'רנקוב קיבל פרס סטלין ובשנת 1958 הוענק לו ולשני שותפיו למחקר, איגור תם ואיליה פרנק, פרס נובל לפיזיקה.