tomron87/hebrew-wikipedia-sentences-corpus huggingface dataset:
בתי החולים של וירג'יניה טק ו-אוניברסיטת קולורדו בארצות הברית היו מחלוצי השיטה בעולם.
במקום להשתמש באנרגיית מיקרוגל, חום קיצוני או קור קיצוני, מערכת "ננו נייף" משתמשת בזרמים חשמליים לטיפול בגידולים.
בעוד החולה נמצא תחת הרדמה כללית, הכירורג מחדיר עד שש מחטים דקות (אלקטרודות) בגוף המטופל וממקם אותן באופן אסטרטגי סביב הגידול.
לאחר מכן, מערכת NanoKnife שולחת פולסים חשמליים או זרמים בין כל קבוצה של מחטים לנקב קבוע בגודל ננומטר, בחורים לתוך הגידול.
תהליך זה, הנקרא electroporation בלתי הפיך (IRE), גורם לתאים הסרטניים להיות בלתי מאוזנים ומפעיל תאי התאבדות, ובכך להרוס את הגידול
לאחר הרס הגידול, הגוף באופן טבעי, מחליף את התאים המתים בתאים בריאים
ההליך הניתוחי נמשך בין שעתיים לארבע שעות והוא מבוצע על בסיס אשפוז.
החולה מקבל טיפול אנטיביוטי לפני ואחרי ההליך כדי למנוע הידבקות.
בשנים האחרונות פרצה לעולם הרפואה שיטה ניתוחית מהפכנית וחדשה (irreversible electroporation) – IRE – nano knife: חירור בלתי הפיך של קרום התא).
טכנולוגיית הניתוחים באמצעות הננו נייף משמשת לטיפול בגידולים מתאימים שאינם ניתנים לכריתה עקב קרבתם הרבה לכלי דם.
טכנולוגיה זו משתמשת בזרם חשמלי במתח גבוה, אשר גורמים לשינויים חשמליים בקרום התא וגורמים לפגיעה בלתי הפיכה בהמשכיות ואטימות הקרום, דבר המוביל למוות תאי
טכניקה זו משמשת להרס גידולים הנמצאים במגע אינטימי עם כלי דם, דרכי מרה או דרכי שתן.
השימוש בננו נייף מיועד בעיקר לטיפול בגרורות הנמצאות בקשר אינטימי עם כלי דם חיוניים, שעד היום, ללא מכשיר זה לא ניתן היה לבצע בהן את הניתוח
הניתוח מתבצע תוך מעקב אולטרסאונד תוך ניתוחי לאחר תכנון מוקדם לפי גודל וצורת הגידול.
מחדירים מספר מחטים (בין 3 ל-6, תלוי בגודל הגידול) והמכשיר מעביר את הזרם בין המחטים תוך כדי שהוא מסונכרן עם המוניטור הלבבי, כדי למנוע הפרעות קצב.
השימוש בננו-נייף אינו מיועד רק לניתוחים פתוחים, אלא שכבר בעתיד הקרוב ניתן יהיה להשתמש במכשיר גם בניתוחים לפרוסקופיים.
באמצעותו ניתן יהיה להגיע לגידולים בעזרת סיטי ואולטרסאונד.
קיימות מערכות ניתוב (Navigation) אשר מבצעות אינטגרציה של בדיקות CT ו-MRI ביחד עם אולטרסאונד ומאפשרות מיקום מדויק של המחטים ביחס לגידול וכלי הדם.
אשפוז קצר מאוד בבית החולים (החולה משתחרר לביתו ביום שלאחר הניתוח)
קיימת האפשרות לחזור על התהליך אם גידולים חדשים מתפתחים
חולים המתאימים לשיטת "ננו נייף"
האונקולוג המטפל יכול לקבוע אם החולה מועמד להליך "ננו נייף"
טכנולוגיה זו מתאימה ביותר ל:
חולי סרטן הלבלב, סרטן הכבד, סרטן הכליה, סרטן הערמונית, עם אפשרויות טיפול מוגבל או עבור טיפולים אחרים נכשלו
חולים שכבר עברו ניתוח, או שטופלו בכימותרפיה, אך הסרטן חזר על עצמו
חולים עם גידולים קטנים, בדרך כלל פחות מ-5 ס"מ, נחשבים בלתי ניתנים לפעולה או כאשר הקרנות אינן אופציה
חולים עם קוצב לב, הפרעות קצב לבביות או ממריצים עצביים אינם זכאים להליך זה
תופעות לוואי בניתוחי לבלב בשיטת "ננו נייף"
תופעות לוואי וסיבוכים אפשריות כוללים כאבים שיכולים להיות מוקלים באמצעות משככי כאבים, ובעיות באכילה ושתייה, כגון צרבת.
תופעות אלה אינם נמשכים בדרך כלל לאורך זמן.
חלק מהמנותחים לוקים בדלקת בלבלב, הגורם להארכת האשפוז.
מספר קטן של אנשים עלול לקבל תופעות לוואי חמורות יותר כמו קריש דם בווריד - אך אלה אינם שכיחים.
ייתכן שיש סיכון קטן מאוד למות לאחר IRE בגלל נזק במהלך הטיפול.
מחלוצי שיטת ניתוחי ה-"ננו נייף" בישראל:
הד"ר אריה אריש (מנהל מחלקה הפטובילרית) במרכז הרפואי תל-השומר
האורולוגים הפרופ' ג'ק בניאל, מנהל האגף האורולוגי בבית החולים בילינסון, והפרופ' דוד מרגל מנתחים בשיטה זו בניתוחי פרוסטטה (באינדיקציות הרפואיות המתאימות)
האורולוג ד"ר אנדרי נדו, מנהל היחידה לאורולוגיה לפרוסקופית בבית החולים בילינסון, מנתח בשיטה זו ניתוחי כליה.
האורולוג הד"ר אילן גיאלצ'ינסקי מהמרכז רפואי הדסה מנתח בשיטה זו בניתוחי פרוסטטה (באינדיקציות הרפואיות המתאימות)
ננו דיימנשן בע"מ היא חברה ישראלית העוסקת בפיתוח וייצור מדפסות תלת־ממד לתעשיית האלקטרוניקה.
ננו דיימנשן היא חברה ציבורית.
מניותיה נסחרות בנאסד"ק ועד מאי 2020 נסחרו גם ב.
ננו דיימנשן הוקמה בשנת 2012 בשם "היירקס טכנולוגיות" (Hyrax Technologies) על ידי דגי בן-נון ושרון פימה, יוצאי חברת HP Indigo.
בשנת 2013 הצטרפו לחברה עמית דרור (המכהן כמנכ"ל), וסיימון אנטוני פריד.
הארבעה פיתחו מדפסת למעגלים מודפסים ומוצרי דיו ננו-מוליך, מוצר משלים ונלווה למדפסת התלת-ממד.
המדפסת של החברה משלבת שלוש טכנולוגיות שונות: הזרקת דיו, הדפסת תלת-ממד, וננוטכנולוגיה מתקדמת המאפשרת שימוש בדיו המוליך חשמל לטובת הדפסת המעגלים האלקטרוניים.
בשנת 2014 חתמה החברה על הסכם מיזוג עם השלד הבורסאי זד.בי.איי.
כמו כן, השלימה גיוס בהיקף 1.5 מיליון דולר ושינתה את שמה לננו-דיימנשן.
הייתה אחת מחברות האחזקה בפירמידת השליטה של האוליגרך האוקראיני אלכסנדר גרנובסקי אשר מכר אותה לאיש העסקים כפיר זילברמן וקבוצת משקיעים הכוללת בין היתר את יצחק שרם.
במסגרת ההסכם החזיקו בעלי המניות של היירקס ב-44.5% מהחברה הבורסאית, בעוד שהמשקיעים הקיימים דוללו.
באפריל 2015 חשפה החברה אב טיפוס של המדפסת התלת-ממד שלה (גרסת האלפא).
ביוני 2015 גייסה, בהקצאה פרטית של מניות, 53 מיליון שקל.
במאי 2016 הודיעה על הוכחת היתכנות של הדפסת תלת-ממד של תאי גזע.
הניסוי בוצע בשיתוף עם Accellta, חברה ישראלית אשר פיתחה טכנולוגיות לייצור ייחודי של תאי גזע, ובאוגוסט של אותה שנה מסרה מדפסת ראשונה ללקוח, חברה ביטחונית בישראל.
בפברואר 2016 הפכה למניה דואלית לאחר שקיבלה אישור לרישום למסחר של ניירות הערך שלה בבורסת הנאסד"ק בניו יורק ובספטמבר 2016 גייסה 12 מיליון דולר בנאסד"ק.
באפריל 2017 החליט דגי בן-נון לעזוב את החברה ובספטמבר אותה שנה חדל להיות בעל עניין בחברה.
באוקטובר 2017 עזב שרון פימה את החברה וחדל להיות בעל עניין בה.
בנובמבר 2017 החליף אבי ריכנטל את יצחק שרם בתפקיד יושב ראש דירקטוריון החברה.
את שנת 2018 סיימה לראשונה עם הכנסות משמעותיות בסך 19 מיליון ש"ח.
במהלך שנת 2020 גייסה החברה 340 מיליון דולר בסדרה של הנפקות משנה בנאסד"ק.
בדצמבר 2020 החברה נסחרה בנאסד"ק לפי שווי של למעלה מ-800 מיליון דולר, לאחר שמחיר המניה שלה זינק ב-291% מתחילת השנה.
בינואר 2021 הודיעה על גיוס נוסף, בסך כ-333 מיליון דולר, ובפברואר גייסה כ־500 מיליון דולר נוספים, כך שבסך הכל גייסה כמיליארד וחצי דולר ב-5 חודשים.
ננו הוא מטבע מבוזר שנכתב בקוד פתוח, המבוסס על ארכיטקטורת גרף מכוון חסר מעגלים (DAG) עם מנגנון הסכמה של נציג פתוח (ORV).
העברת המטבע מתבצעת בדרך של עמית לעמית, ללא שימוש במתווכים, באמצעות יומן מבוזר עם מבנה נתונים בלוק-סריג.
ננו הושק באוקטובר 2015 על ידי Colin LeMahieu, במטרה לטפל במגבלות קיימות בבלוקצ'יין שעלולות לגרום לעמלות מגבילות ולהגדלת זמני אישור העסקאות תחת עומס.
באמצעות שימוש במטבע ניתן לבצע עסקאות ללא תשלום מס, שבדרך כלל משיגות אישור מלא תוך פחות משנייה אחת.
הפיתוח של ננו החל בשנת 2014 על ידי Colin LeMahieu, תחת השם המקורי RaiBlocks.
ב-31 בינואר 2018, RaiBlocks מותג מחדש לננו.
ננו הופץ בחינם דרך "בארות" מבוססי טכנולוגיית האימות Captcha בשנת 2015. הבארות נסגרו בשנת 2017 לאחר שהופצו 126,248,289 מטבעות.
ב-9 בפברואר 2018, בורסת המטבעות המבוזרים האיטלקית BitGrail הודיעה על כיבויה לאחר שנפרצה.
ללקוחות החברה נרשמו הפסדים של 17 מיליון מטבעות ננו מהארנקים שלה, מה שמנע ממשתמשים לגשת לנכסים המאוחסנים בפלטפורמה.
הלקוחות המופסדים ביקשו החזר דרך מערכת המשפט האיטלקית, ובתמיכת קרן ננו, פתחו בתובענה ייצוגית נגד הבעלים של BitGrail, פרנצ'סקו פירנו.
בינואר 2019, בית המשפט של פירנצה מצא כי פירנו אחראי להפסדים, לאחר שגילה שהבורסה לא הצליחה ליישם אמצעי הגנה משמעותיים כלשהם כדי להבטיח את כספי לקוחותיה ולא דיווחה על הפסדים כבר ביולי 2017.
ננו משתמש במבנה נתונים בלוק-סריג, שבו לכל חשבון יש חשבון בלוקצ'יין משלו.
זהו המטבע המבוזר הראשון שנוצר על גרף א-ציקלי מכוון (DAG), כאשר "בלוק" מייצג עסקה אחת, וכל עסקה מכילה את היתרה הנוכחית של החשבון.
כדי לוודא שישנה הסכמה כללית, נעשה שימוש באלגוריתם מסוג מערכת הוכחת סיכון בשם Open Representative Voting (ORV).
במערכת זו, משקל ההצבעה מחולק לחשבונות על סמך כמות הננו שהם מחזיקים.
לאחר מכן חשבונות משדרים באופן חופשי חלק מהמשקל לצמתים לפי בחירתם.
במקרה שבו משודרות שתי עסקאות סותרות לרשת, מתקיימת הצבעה בצמתים הרלוונטיים לטובת אחד מהם.
לאחר מכן משדרים את הצבעתם לצמתים האחרים וכן הלאה.
העסקה הראשונה שמגיעה ל-67% ממשקל ההצבעה הכולל מאושרת, והשנייה נמחקת.
מבנה זו מאפשר לננו לתפקד ללא תמריצים כספיים ישירים למשתמשים או לאימות.
מכיוון שגופים מסוימים נהנים מהרשת בעקיפין (בורסות מטבעות מבוזרים באמצעות עמלות מסחר, סוחרים הנמנעים מעמלות הקשורות לחברות כרטיסי אשראי וכו'), יש אינטרס לשמור עליה בריאה ומבוזרת על ידי הפעלת צמתים.
מאחר שאין תמריץ ישיר לצבור משקל הצבעה, הדבר מסייע להימנע מהנטיות הריכוזיות הטמונות בסחר מסוג זה בעזרת מערכת הוכחת עבודה והוכחת ארכיטקטורות של הצבעות.
נננו־צינורית היא מבנה גלילי זעיר בקנה מידה ננומטרי, בעל ליבה חלולה, המורכב בדרך כלל מאטומי פחמן, אף כי קיימים גם ננו־צינוריות מחומרים אחרים.
ננו־צינוריות פחמן (CNTs) הן הנפוצות והנחקרות ביותר, ונוצרות מגלגול יריעות גרפן לגליל שקוטרו נע בין ננומטר בודד ועד לעשרות ננומטרים, ואורכו עשוי להגיע אף למילימטרים אחדים.
מבנים אלו מתאפיינים במכלול תכונות יוצאות דופן – פיזיקליות, כימיות וחשמליות – ובהן חוזק מתיחה גבוה במיוחד, מוליכות תרמית וחשמלית מעולה, וכן הופעת תופעות קוונטיות ייחודיות הנובעות מהגודל החד־ממדי שלהם.
נהוג לסווג את הננו־צינוריות לשני סוגים עיקריים: ננו־צינוריות חד־דופנית (SWNTs) וננו־צינוריות רב־דופניות (MWNTs), כאשר לכל סוג מאפיינים ייחודיים ויישומים שונים.
מאז התגלו בשנת 1991, הפכו ננו־צינוריות לאחד מנושאי המחקר המרכזיים בננוטכנולוגיה, עם פוטנציאל רחב ביישומים בתחומי האלקטרוניקה, מדעי החומרים, אגירת אנרגיה ואף ברפואה
ננו־צינוריות BCN – מבנים המורכבים מיחס דומה של אטומי בורון, פחמן וחנקן
ננו־צינוריות בורון ניטריד – פולימורף של בורון ניטריד, בעלות תכונות ייחודיות בהשוואה לננו־צינוריות פחמן
ננו-צינוריות פחמן, כהסוג הנפוץ ביותר, הכולל את המינוחים הכלליים בתחום לצד איורים ומודלים מבניים
ננו-צינוריות DNA, מבנים מולקולריים המורכבים מסריג דו־ממדי של DNA, המתעקם חזרה על עצמו ויוצר צורה דומה בממדיה לננו־צינוריות פחמן
ננו־צינוריות גליום ניטריד – מבנים גליליים המבוססים על תרכובת גליום ניטריד
ננו־צינוריות צורן (סיליקון) – המורכבות מאטומי צורן, בעלות פוטנציאל ליישומים באלקטרוניקה וננוטכנולוגיה
ננו־צינוריות לא־פחמניות (אי אורגניות) – בעיקר ננו־צינוריות העשויות מסולפיד טונגסטן (IV) וחומרים נוספים שאינם מבוססי פחמן
ננו־צינוריות מנהור (Tunneling nanotubes) – שלוחות קרומיות גליליות דקות, המחברות בין תאים ומאפשרות מעבר מולקולות ואותות
ננו־צינוריות טיטניום – נבנות לרוב מתהליך סינתזה הידרותרמית של המינרל אנאטז, ומציגות תכונות מבניות ייחודיות
ננוטכנולוגיה, או בקיצור ננוטק, הוא שם כולל לתחום המחקר והטכנולוגיה העוסק במערכות שגודלן האופייני הוא בין ננומטרים בודדים לעשרות ננומטרים.
מחקרים וטכנולוגיות אלו משתייכים למגוון שטחי המדעים וההנדסה.
החל ממחקרים בפיזיקה והנדסת חשמל, כגון התקנים מוליכים למחצה, דרך מחקרים ופיתוחים הקשורים לביולוגיה מולקולרית ולרפואה, כגון ריצוף מהיר של DNA או שיטות מחקר וניטור חדשות של תהליכים ביולוגים, ועד מחקרים הקשורים לכימיה, כגון הנדסה של חומרים חדשים בעלי תכונות רצויות כגון חוזק.
מחקר ויישומים בננוטכנולוגיה עוסקים במגוון של תופעות, בחלקן זניחות, וחלקן כלל לא קיימות בגדלים מקרוסקופיים.
כוחות כמו מתח פנים וכוח ואן דר ואלס הופכים בגדלים אלו לחשובים יותר.
תחת תנאים כאלו, למשל, המהירות תהיה פרופורציונלית לכוח המופעל על עצם ולא התאוצה, כמו שקובע החוק השני של ניוטון.
אפקטים של מכניקת הקוונטים הופכים למכריעים.
תחת תנאים כאלו, למשל, ההתנגדות של מוליך חשמלי לא תהיה פרופורציונית לאורכו כמו שקובע חוק אוהם.
מאחר שזיהומים ופגמים, כגון מיקומי אטומים וסדקים זעירים, הם סטטיסטיים, הרבה יותר קל לשלוט בהם בגדלים ננומטריים, וכך חלקיקים ננומטריים של חומר יכולים להיות בעלי תכונות שונות מאלו של החומר כשהוא מקרוסקופי.
התופעות הללו ואחרות כגון אלו גורמות לשינויים דרסטיים בתכונות החומר בגודל נאנומטרי.
תחום זה מעניין חוקרים ומהנדסים מכיוון שהגדלים המאפיינים של מערכות רבות בתחומים שונים, הם ננומטריים.
למשל בביולוגיה מולקולרית, הגודל האופייני של חלבונים, וירוסים ושל ה-DNA הוא ננומטרי.
בפיזיקה, האורך על פניו נקבעות תכונות של חומרים כגון הולכת חשמל או הולכת חום.
ובכימיה, למשל, הגודל הננומטרי נמצא באורך האופייני בו יש אינטראקציות בתמיסה.
בנוסף, מחקרים ופיתוחים רבים שואבים השראה מהדמיון בגדלים האופייניים של מערכות ביולוגיות, פיזיקליות וכימיות, אשר טומן בחובו אפשרויות להכלאה ביניהן, כדי לפתח טכנולוגיות חדשות ושימוש בידע ובפרוצדורות מוכרות, מתחום מסוים, כדי להפיק תועלת ולחקור תחומים אחרים.
הננומטר הוא אלפית של מיליונית (מיליארדית) של מטר (10-9 מטר).
לצורך השוואה, עובי אופייני של שערת אדם הוא בטווח בין 17 אלף ל־180 אלף ננומטרים, טווח אורכי הגל של האור הנראה הוא בין 380 ל-750 ננומטרים, והמרחקים האופייניים בין כל אטום במולקולה הם כעשירית הננומטר.
מחקרים בננוטכנולוגיה עוסקים במערכות שגודלן האופייני הוא מננומטרים בודדים ועד עשרות ננומטרים.
"תופעות חדשות" הוא הכינוי לתכונות של חומרים ננומטריים אשר שונות מאוד מתכונות החומר המקרוסקופי.
למשל, חלקיק זהב ננומטרי יכול לשמש כזרז כימי אף על פי שגוש מאקרוסקופי של זהב הוא אינרטי.
דוגמה נוספת: ננו צינוריות פחמן אשר מורכבות משכבה יחידה של גרפיט, יכולות לשמש בתנאים מסוימים, כל אחת כמוליך על, אף על פי שגוש מקרוסקופי של גרפיט הוא מוליך חשמלי גרוע או מוליך למחצה במקרים מסוימים.
הרכבה עצמית היא גישה להנדסה של מבנים ננו-מטרים הנקראת גם Bottom-up אשר לוקחת השראה מהביולוגיה שם חומרי היסוד הם הרכיבים הקטנים ביותר מהם מורכבת המערכת, האטומים והמולקולות האלו מתרכבים תחת תנאים מסוימים כדי ליצור את המבנה הסופי הרצוי.
זאת בניגוד להנדסה אנושית מסורתית הנקראת גם Top-Down ובה חומרי גלם הם גושי חומר גדולים ובונים את המבנה הסופי על ידי עיבוד החומר (יציקה, עיבוד שבבי וכדומה).
שיטות מסוימות לקבלת מבנים ננומטרים ידועות כבר מהתקופה הרומית אז ידעו לייצר זכוכית אשר בתהליך הכנתה הוספו לה ננו חלקיקים זהב, כסף ומתכות נוספות כדי לקבל זכוכיות צבעוניות.
(גוש זהב מקרוסקופי צבעו זהוב, אך חלקיק זהב בגודל של כ-50 ננומטר הוא ירוק וחלקיק בגודל של כ-25 ננומטר נראה אדום).
בשל העובדה שננו חלקיקים אלו הם חלק אינטגרלי מהזכוכית, הויטראז'ים שיוצרו מזכוכיות כאלו לא דהו גם אחרי מאות שנים.
מדענים הבינו שהצבעים נוצרים בשל ננו-חלקיקי מתכת בשל העובדה שפלזמונים על פני השטח שלהם יודעים לבלוע ולפלוט אור באופן סלקטיבי ואפילו בסוף המאה התשע-עשרה הם לא דהו.
פרופסור ריצ'רד פיינמן, פיזיקאי וזוכה פרס נובל לפיזיקה, נחשב למבשר הננו-טכנולוגיה.
בהרצאה שנשא ב-1959 בקלטק, במסגרת כנס של האגודה האמריקאית לפיזיקה, תחת הכותרת "יש עוד שפע של מקום בתחתית", תיאר פיינמן את התהליך הציורי הבא: מדען בונה זוג ידיים קטנות שהוא יכול לשלוט בהן בעזרת ידיו.
בעזרת זוג הידיים הקטנות הוא בונה זוג ידיים קטנות אפילו יותר.
אם יחזור על הפעולה הזו שוב ושוב לבסוף יגיע המדען לזוג ידיים קטנות כל כך עד שאפשר להזיז בעזרתן אטום בודד ממקום למקום.
בכך תיאר פיינמן למעשה את גישת Top Down (המאפיינת כיום תהליכי ייצור במיקרואלקטרוניקה).
פיינמן אף ציין כי במהלך התהליך, עם שינוי סדר הגודל של המבנים איתם אנו עובדים, תשתנה הפיזיקה הרלוונטית לבעיה.
ככל שנרד בגודל, הכבידה, למשל, תיהפך לפחות חשובה וכוחות ואן דר ואלס וכוחות של מתח פנים יהפכו ליותר משמעותיים.
הרצאה זו גררה אחריה התעניינות גוברת בתחום בקהילה הפיזיקאית העולמית.
המונח "ננוטכנולוגיה" נטבע בשנת 1974 על ידי פרופ' נוריו טאניגצ'י מהאוניברסיטה המדעית של טוקיו במאמר שעסק בעיבוד עדין מאוד של מתכות.
טאניגצ'י הגדיר את המושג ננוטכנולוגיה כעיבוד, הפרדה, איחוד ושינוי המבנה של חומרים באטום יחיד או מולקולה בודדת.
למרות כל זאת פריצת הדרך המשמעותית בתחום חלה רק בשנות השמונים של המאה העשרים בשל המצאת שיטות עבודה ומיכשור המאפשר להדמות ולתפעל חומרים ומבנים בסקאלה הננו-מטרית.
הראשון מבין הכלים הללו היה מכשיר ה-STM – מיקרוסקופ מִנהור סורק אשר הומצא במעבדות IBM בציריך על ידי היינריך רורר וגרד ביניג (שזכו בפרס נובל לפיזיקה בגין המצאתם זו ב-1986).
מכשיר זה היה הראשון שאפשר למדענים להדמות ולתפעל בקלות חומרים ברמה האטומית.
על בסיס דרך פעולתו הומצאו עשרות מכשירים תחת השם הכולל SPM - מיקרוסקופיית חיישן סורק, אשר מהווים עד היום כלים חשובים מאוד לעוסקים בפיתוח ומחקר.
בנוסף, בשנים אלו התפתחו מאוד תהליכי ייצור של טכנולוגיות של שבבי סיליקון אשר משמשים ככלי עזר חשוב לקבוצות המחקר והפיתוח בתחום הננוטכנולוגיה.
ב-1981 תיאר ד"ר אריק דרקסלר גישה אחרת לבנייה בעזרת הרכבה עצמית.
דרקסלר פרסם ב-1986 ספר בשם "מנוע היצירה: העידן הקרב של הננוטכנולוגיה" וכן ספר בשם "ננומערכות: מכונות מולקולריות, ייצור וחישובים" ובכך הפך את המושג ננוטכנולוגיה למוכר גם מחוץ לקהילת המדענים.
היום הרכבה עצמית היא אחת השיטות הנחקרות על מנת ליצור מבנים ננומטרים.
ב-1985 התגלו הפולרנים על ידי רוברט קארל, הרולד קרוטו וריצ'רד סמולי מאוניברסיטת סאסקס ואוניברסיטת רייס.
תגלית זאת פרצה את הדרך לגילויים של הננו-צינורות ולהתפתחות משמעותית בייצור וחקר הגרפן.
הפולרנים השונים משמשים קבוצות מחקר ופיתוח רבות בתחום גם כיוון שהם אובייקטים נחקרים וגם בשל המבנה והתכונות של ננו-צינוריות הפחמן אשר הופכות אותן לכלי עזר חשוב במחקרים אחרים בתחום.
ישנם רעיונות רבים אשר נמצאים כיום בשלבי מחקר שונים ואף יישומים רבים שהפכו כבר למסחריים.
אוסף מחקרים ויישומים בתחום "מעבדה על שבב" ("lab on a chip") אשר מתמקדים בניסיון לנצל שיטות וחומרים ננו-מטרים על מנת לבצע אנליזה מורכבת לדגימה, בין השאר כדי לנתח מצב רפואי מסוים.
דוגמה למוצר שקיים כבר הוא ביו-שבב תת-עורי לחולי סוכרת המנטר את רמת הסוכר בדם ומשחרר תרופה בצורה מבוקרת.
מחקרים אודות מבנים ננו-מטרים כגון: ננו-צינוריות פחמן ורתימתם ליישומים שונים כגון ריפוי מחלות או שימוש לחיזוק חומרים לצורכי שריון.
בנייה של חומרים חדשים אשר מעצם קביעת המבנה הננו-מטרי שלהם יקבעו תכונות מקרוסקופיות רצויות, כגון חוזק.
מחקרים אודות הרכבה עצמית, שיטה להרכבה של מבנים בעזרת התרכבות ספונטנית של חומרי גלם, מולקולות או אטומים.
שיטה זו מכונה Bottom Up.
שיטה זו עומדת בניגוד לשיטת Top Down אשר בה בונים את המבנים הננומטריים מתוך חומרי הגלם גדולים ללא שליטה על הרמה האטומית.
כדי להבין איך הרכבה עצמית מתבצעת בטבע ואיך אפשר יהיה לנצל אותה לצרכנו מתבצעים גם מחקרים רבים על זיהוי מולקולרי, העיצוב של מולקולות כגון חלבונים אשר מבטיח כי הם יתיישבו במקום ספציפי על מולקולה ספציפית אחרת, תחת המטרייה של הננוטכנולוגיה.
ייצור יעיל של אנרגיה, למשל מפוטודיודות אורגניות או ממקורות "חדשים" כגון, ממתנדים זעירים המתאימים לתדרי דיבור אנושי אשר מנצלים את אנרגיית גלי הקול.
יצירת ננורובוטיקה, למשל, עבור נשיאה ושחרור תרופות במקום ספציפי בגוף, תחום הנקרא ננו רפואה ופיתוח של ננו-חיישן ביולוגי לאבחון וניטור מערכות ביולוגיות.
בין השאר נכללים גם שיטות העבודה והמכשירים הבאים (חלקם חדשים וחלקם שיטות עבודה מוכרות המשמשות כיום למחקרים בתחום):
STM – מיקרוסקופ מִנהור סורק – מאפשר הדמיית פני השטח של חומרים בסקאלה אטומית, בדגש על מוליכים.
מכשיר זה פרץ את הדרך בתחומו ויוצריו זכו בפרס נובל לפיזיקה.
בעזרתו לראשונה אפשר היה לעשות הדמיה לפני שטח, בעיקר מוליכים, ברזולוציה של אטומים ואף לעשות מניפולציות על אטומים בודדים.
AFM – מיקרוסקופ כוח אטומי – מאפשר הדמיה של פני השטח של חומרים בסקאלה אטומית, בין השאר גם בסביבה לחה ובתוך תמיסה.
SEM – מיקרוסקופ אלקטרונים סורק – מאפשר הדמיה של פני השטח של חומרים בסקאלה ננו-מטרית, לרוב לאחר ציפוי החומר במתכת.
TEM – מיקרוסקופ אלקטרונים חודר – מאפשר ראיה של חומרים ננומטרים ממגוון סוגים ואף ראיה של שכבות אטומים בודדות.
FIB – אלומת יונים ממוקדת – מאפשרת הדמיה וחפירה בתוך פני שטח של חומרים בסקאלה ננו-מטרית.
מערכות חדרים נקיים של מיקרו-אלקטרוניקה – מאפשרות בנייה, בין היתר שיטתית, של מערכות בסקאלה המיקרונית והננו-מטרית.
שיטות סינתזה כימיות התפתחו לרמה בה ניתן היו להכין מולקולות קטנות בכמעט כל מבנה רצוי.
שיטות אלו משמשות לייצור של פולימרים וחומרים שונים לטובת המחקר בתחום.
שיטות לייצור של קולואידים, חלקיקי חומר קטנים ושיטות לאפיון גודלם ופיזור או רמת האגרגציה (הצטברות) של חלקיקים אלו לגוש גדול יותר.
שיטות לאפין מטען משטחי ופוטנציאל זטה של חלקיק בתמיסה.
בישראל הוקמו קבוצות מחקר רבות ומרכזי ננוטכנולוגיה בכל האוניברסיטאות המרכזיות.
כן פועלים בישראל מרכזי פיתוח ומחקר העוסקים בננוטכנולוגיה בחברות מובילות כגון אינטל ו-HP וחברות הזנק רבות החוקרים ועוסקים בתחום הננו-טכנולוגיה.
נשיא המדינה לשעבר שמעון פרס קידם מחקרים הקשורים לתחום במרץ רב והצהיר מעל במות רבות כי זהו הפתרון לבעיות רבות איתן מתמודדים בארץ היום, מנושא המים ואנרגיה ירוקה ועד מודיעין צבאי.
בכנס 'ננו-ישראל' במרץ 2009 הוא טען כי ישראל מתעתדת להיות מובילה בתחומי פיתוח ומחקר טכנולוגיות הקשורות בתחום זה.
בין השאר הדבר מתבטא בתמיכה ומימון של קבוצות מחקר בארץ.
ננומטר היא יחידת מידה של אורך ששווה למיליארדית המטר ומסומנת כ-nm, כלומר, מיליארד ננומטר (1,000,000,000 ננו) שווה למטר אחד.
יחידה זו נפוצה לתיאור גודלם של מבני אטומים (מולקולה וכיוצא בזה).
עם שכלול והתפתחות הכלים המאפשרים מחקר ופיתוח בממדי הננו, אוניברסיטאות שונות פותחות מרכזי מחקר ייעודים לננו (למשל באוניברסיטת בר-אילן ובאוניברסיטת תל אביב), וכן מגמות לימוד.
הקוטר של אטום הליום הוא כ-0.62 ננומטר (או 6.2 אנגסטרום כמקובל למדידת גדלים בסדרי גודל של אטומים).
הפוספוליפיד שמהווה מונומר בממברנת תא אנושי, רוחבו כ-2.5 ננומטר.
גודל ריבוזום הוא כ-20 ננומטר.
גודל נגיף ממוצע 30–50 ננומטר, אך יכול לנוע עד לכמה מאות ננומטר.
אורך הגל של האור הנראה הוא בערך בטווח 400–700 ננומטר.
הפוטוליתוגרפיה של שבבי מחשב הגיעה ל-3 ננומטר בתחילת 2023.
ננו שבתאי (נולדה ב-24 בנובמבר 1975) היא משוררת, מחזאית, עורכת, עיתונאית ובמאית תיאטרון ישראלית.
ננו שבתאי היא בתם של קולין ברוצקוס והמשורר אהרן שבתאי, אחייניתו של הסופר יעקב שבתאי ונכדתם של האדריכל דוד אנטול ברוצקוס והפסיכולוגית איטה ברוצקוס.
היא נולדה בירושלים וגדלה בה עד גיל 18. למדה בתיכון לאמנויות בירושלים במגמת תיאטרון.
בשנים 1996–2000 למדה משחק, בימוי והדרכה במכללת סמינר הקיבוצים, בשנים 2001–2003 למדה בבית הספר סם שפיגל לקולנוע ולטלוויזיה, וסיימה בהצטיינות את מסלול התסריטאות.
בוגרת קורס הנחיית קבוצות כתיבה של מתא"ן.
בוגרת תוכנית עמיתים דו-שנתית לאמנים במכללת עלמא.
החל משנת 2005 משמשת כלקטורית בהוצאת ידיעות אחרונות וכעורכת ספרים.
פרסמה שירים וסיפורים בבימות שונות (עיתון 77, שבו, הו!, הארץ ועוד).
סיפורים מפרי עטה פורסמו באנתולוגיות שונות מהן אחת תורגמה לצרפתית.
פרסמה רשימות ביקורת ספרים במוסף הספרותי של "ידיעות אחרונות".
בשנת 2005 זכתה בפרס אקו"ם לעידוד היצירה על ספר שיריה "ילדת הברזל"; הספר ראה אור בהוצאת ידיעות אחרונות 2006.
בשנת 2024 זכתה בפרס ברנשטיין על ספר הילדים "הלטאה"; הספר ראה אור בהוצאת כתר 2023.
משנת 2015 שבתאי היא מבקרת התיאטרון של עיתון "הארץ".
הייתה בזוגיות עם העיתונאי ניר גונטז' והוא אבי אחד מבניה.
ילדת הברזל, שירים, תל אביב: משכל - הוצאה לאור מיסודן של ידיעות אחרונות וספרי חמד, 2006.
שלושה מחזות, עמדה, סדרת דְּחָק לספרות טובה, 2010.
אח זה לא דבר שזורקים לפח, ספר לילדים, תל אביב: משכל - הוצאה לאור מיסודן של ידיעות אחרונות וספרי חמד, 2013.
ספר הגברים, רומן, הוצאת כתר, 2015.
הלטאה, ספר לילדים, אייר איתי בקין, הוצאת כתר, 2023.
השחקנית / יוסי וקסמן; תל אביב, משכל, 2007.
כעץ שתול / שמעון שוקק; הפקה והבאה לדפוס - בתיה בודנר, תל אביב: משכל, 2008.
מים שאין להם סוף / מיכאל שיינפלד; הפקה והבאה לדפוס - בתיה בודנר, תל אביב: משכל, 2008.
המדריך הגדול לכתיבת תסריטים לילדים / מוטי אבירם, הוצאת רימונים, תל אביב 2010.
(על פי "אלמוות" למילן קונדרה), בית הספר לאומנויות הבמה, סמינר הקיבוצים.
להגיד מותר הכל - כתיבה.
(2001) הועלה בתיאטרון אנסמבל הרצליה בבימוי גדליה בסר.
קורבנות החובה - עיבוד ובימוי של מחזה מאת אז'ן יונסקו.
שלוש אחיות (צ'כוב) – בימוי.
בהפקת "הזירה הבין תחומית", תיאטרון החאן.
ברית בין הבדלים (2011) כתיבה ובימוי בפסטיבל תיאטרונטו 2011.
ננוליתוגרפיה מתייחסת למכלול שיטות ייצור בתחום המיקרואלקטרוניקה והמיקרומכניקה המאפשרת ייצור סדרתי של מבנים בגדלים ננומטרים, משמע שאחד מממדיהם קטן מ-100 ננומטר.
ננוליתוגרפיה נפוצה בייצור שבבים מוליכים למחצה ומעגלים מודפסים.
השיטה השולטת כיום בתעשיית המוליכים למחצה לייצור היא פוטוליתוגרפיה.
שיטה זו מאפשרת הגעה לרזולוציה של 32 ננומטר.
הקרנה באור מאפשרת להגיע לרזולוציה מיטבית של 1/2 אורך גל, מה שמחייב שימוש בלייזרים באורכי גל אולטרה-סגולים ושיפור הרזולוציה מייקר מאוד את המערכת.
רוב המומחים בתחום מאמינים כי בשיטה זו לא ניתן יהיה להגיע למערכת מסחרית לייצור ברזולוציה מתחת ל-22 ננומטר.
הטכנולוגיות שעתידות להחליף את הפוטוליתוגרפיה ולאפשר שיפור של הרזולוציה נקראות בשם הכולל "ליתוגרפיית הדור הבא" (Next-generation Lithography או NGL) בהן השיטות המובילות הבאות:
ליתוגרפיית קרני-X: בדומה לפוטוליתוגרפיה אך תוך שימוש בקרני-X שאורך הגל שלהן הוא באורך של ננומטר
ליתוגרפיה אולטרה-סגול קיצונית (Extreme Ultraviolet Lithography או EUV): בדומה לפוטוליתוגרפיה תוך שימוש באורך גל קצר במיוחד של כ-13.5 ננומטר
ליתוגרפיה של הטבעה ננומטרית (Nanoimprint Lithography או NIL): שימוש בתבנית עם מבנה ננומטרי שמשמשת להטבעת המבנה על חומר רך בלחץ
המכשירים המסחריים הקיימים בשוק נכון לספטמבר 2025 הם מתוצרת חברת ASML ההולנדית, הוועדה המרכזית למדע וטכנולוגיה הסינית הודיעה כי הם מפתחים מכונה משל עצמם.
בישראל קיימים גופי מחקר רבים וכן חברות הזנק רבות החוקרים ועוסקים בתחום הננו-טכנולוגיה.
נשיא המדינה לשעבר שמעון פרס נאם בכנס "ננו-ישראל" במרץ 2009 ואמר כי ישראל מתעתדת להיות מובילה בתחומי פיתוח ומחקר טכנולוגיות הקשורות בתחום זה.
בין השאר הדבר מתבטא בתמיכה ומימון של קבוצות מחקר בארץ, גיוס של חוקרים צעירים מחו"ל ותמיכה בחברות צעירות.
INNI - היוזמה הלאומית הישראלית לננו-טכנולוגיה
ה-INNI התחילה ב-2001 כפורום משותף, של תל"ם (תעשיות לאומיות למחקר ופיתוח אשר לה נציגים מהאקדמיה, מהוועדה לתכנון ולתקצוב של המועצה להשכלה גבוהה, ממשרד המדע והטכנולוגיה, מהוועדה למחקר ופיתוח של משרד הביטחון, ממשרד המסחר והתעשייה וממשרד האוצר).
במסגרת המשרד למסחר ותעשייה פועלת ועדה רחבה שתפקידה לסקור את הפעילות הישראלית בתחום הננו-טכנולוגיה ולתכנן תוכנית ארוכת טווח לקדם את היכולות הישראליות המדעיות והמסחריות בתחום זה.
הדו"ח אשר הוגש בספטמבר 2002 הוא הבסיס לעידוד ומימון המחקר והפיתוח הישראלי בתחום.
ב-2005, עם הצורך הממשלתי לגוף אשר ילווה תהליך הקמתו של מכון ראסל ברי לננו-טכנולוגיה (RBNI) שבטכניון, הוקמה INNI כגוף שמטרתו להוביל את המדיניות של ישראל בתחומי הננו-טכנולוגיה.
מאז ועד 2009 חילקה INNI קרוב ל-45 מיליון דולר למימון מחקר במוסדות אקדמאים מובילים, בניית מתקני מחקר ורכישת ציוד.
INNI רואה חשיבות רבה במחקרים אודות טיהור מים.
ישראל מוכרת לעולם כמדינה מובילה בפיתוח ומחקר של טכנולוגיות לטיהור מים ו-INNI מעוניינת לסייע ולחזק את מעמדה.
בין השאר INNI תומכת בסדנאות משותפות עם NNI - היוזמה הלאומית לננו-טכנולוגיה בארצות הברית בנושא זה.
בנוסף, INNI תומכת כספית, במסגרת תוכנית "נטף", במחקרים חדשניים המשתמשים בננו-טכנולוגיה לטיהור מים של מדענים משטחי הפיזיקה, הכימיה והביולוגיה אשר לא עסקו בעבר בתהליכים הקשורים לטיהור מים.
וכן INNI יסדה באביב 2005 את "חזית גל" (waterfronts) אשר מאגדת אנשי מחקר, תעשייה וממשל ומטרתה לקדם פיתוח של עסקי טיהור מים כעדיפות לאומית.
INNI תומכת גם באגד NFM, ננו-חומרים פונקציונליים, אשר מאגד בתוכו קבוצות מחקר וחברות מסחריות אשר מבקשות לחקור תהליכי ייצור חדשים ושילוב של ננו-חלקיקים וחומרים חדשים בתהליכים ובמוצרים בתעשייה.
מטרת האגד לספק תשתית בתחום הננו-חומרים על ידי שיתוף פעולה וידע בין השותפים בו.
באופן כללי INNI מאמינה שהדרך לקידום התעשייה והמחקר הננו-טכנולוגיה בארץ היא שיתוף פעולה אם בין קבוצות מחקר בארץ ובעולם ואם בין קבוצות מחקר והתעשייה וכדי לקדם זאת באתר היוזמה קיים מיפוי מפורט של הפעילות בתחום בישראל
מכון אילזה כץ למדע וטכנולוגיה בתחום הננומטרי באוניברסיטת בן-גוריון בנגב הוקם בשנת 2006 במסגרת התוכנית הלאומית לננוטכנולוגיה (INNI).
מטרת המכון היא למצב את אוניברסיטת בן-גוריון בנגב בחזית הפיתוח והמחקר בתחום הננו-טכנולוגיה תוך מימוש חזון הפרחת הנגב.
למכון משויכים 86 חברי סגל אקדמי והוא נותן תמיכת מחקר לכ-140 קבוצות מחקר מדיסיפלינות שונות ומגוונות (הנדסת חשמל, הנדסת חומרים, הנדסה ביו-רפואית, הנדסה כימית, ביוטכנולוגיה, ביולוגיה, רפואה, כימיה, פיזיקה, ארכאולוגיה, גאולוגיה ועוד).
בנוסף, המכון מציע שירותי אנליזה מתקדמים לתעשייה וחברות סטארט-אפ.
במכון קיימות שתי יחידות המהוות מרכז ידע ותשתיות (user facility) כלל אוניברסיטאי: המעבדות לתמיכת מחקר, ויחידת הננו-פבריקציה הכוללת חדרים נקיים.
במכון קיימת תוכנית לימודים לתואר ראשון במסלול ננוטכנולוגיה בשיתוף עם המחלקות לכימיה ולהנדסה כימית.
כמו כן פועלת תוכנית לדוקטורט בינתחומי בננוטכנולוגיה.
אוניברסיטת בר-אילן היא ביתו של המכון לננוטכנולוגיה וחומרים מתקדמים (BINA) אשר מאגד בתוכו פעילות של 40 קבוצות מחקר בכימיה, פיזיקה ומדעי החיים.
המרכז הוקם בשנת 2007 וכולל בתוכו כ-320 אנשי מחקר.
המרכז כולל מעבדות מתקדמות וציוד חדיש, כגון מאיץ חלקיקים, חדר נקי המצויים בתוך קומה צפה, המבטלת תנודות ורעש אקוסטי.
האוניברסיטה העברית היא ביתו של המרכז על שם משפחת קרוגר לננוטכנולוגיה וננומדעים אשר מאגד יותר מ-85 קבוצות מחקר בכימיה, פיזיקה, הנדסה, מדעי החיים, פרמקולוגיה ורפואה.
המרכז מספק תשתית מחקרית לעוסקים בתחום ומהווה פלטפורמה לשיתופי פעולה מחקריים בישראל ומחוצה לה.
במרכז קיימות שתי היחידות: יחידת הננו-אפיון ויחידת הננו-פבריקציה הכוללת חדר נקי שמספק גם שירותים לתעשייה וחברות סטראט-אפ (היחיד בירושלים).
באוניברסיטה העברית קיים מסלול ייחודי לתואר שני (מוסמך) בכימיה/פיזיקה/פיזיקה יישומית עם התמחות בננו-מדע וננו-טכנולוגיה.
במכון ויצמן יש שלושה מאמצים מחקריים בתחום.
מרכז בראון למחקר תת-מיקרוני אשר מאגד מחקרים בייצור חומרים ואפיון של תכונות אלקטרוניות במערכות מזוסקופיות.
מרכז קימל למדע בתחום הננומטרי אשר מאגד מחקרים הקשורים לביולוגיה מולקולרית ומרכז גולדשלגר לננופיזיקה אשר תומך במחקר תאורטי וניסיוני בפיזיקה של מערכות ננומטריות.
הטכניון הוא ביתו של מכון ראסל ברי לננו-טכנולוגיה (RBNI) אשר מאגד בתוכו פעילות של יותר ממאה קבוצות מחקר בדיסיפלינות הנדסת חשמל, הנדסת מכונות, הנדסת חומרים, הנדסה רפואית וביו-רפואית, הנדסה כימית, אווירודינמיקה, ביוטכנולוגיה, הנדסת מזון, ביולוגיה, רפואה, כימיה, פיזיקה, הנדסת מחשבים, הנדסה אזרחית ומתמטיקה.
RBNI הוקם בהשקעה חסרת תקדים של כ-78 מיליון דולר אשר התחלקו באופן שווה בין הטכניון, ממשלת ישראל דרך תל"ם ו-INNI וקרן ראסל ברי והפכו את המכון החדש לבעל אחת מקרנות המימון הגדולות בעולם בתחום זה.
מטרת המכון למצב את הטכניון ואת ישראל בחזית הפיתוח והמחקר העולמיים בתחום הננו-טכנולוגיה.
בין השאר דרך גיוס חברי סגל חדשים השקעות נרחבות בתשתיות, תמיכה ועידוד שיתופי פעולה מולטי-דיסציפלינריים אקדמיים בתוך הטכניון, מחוץ לטכניון ושיתופי פעולה עם התעשייה.
המכון תומך במרכזים הקיימים בטכניון למיקרואלקטרוניקה, מיקרוסקופיה אלקטרונית ואפיון פני שטח.
מרכז הננו של אוניברסיטת תל אביב הוא הוותיק ומהגדולים בארץ.
המרכז הוקם בשנת 2000 בהשקעה אוניברסיטאית רחבת היקף וכיום מאגד פעילות מחקרית ענפה של כשבעים חוקרי ננו בקמפוס התל אביבי.
מחקר הננו בתל אביב מתאפיין ברב תחומיות, ואיזון בין מחקר בסיסי מוביל למחקר שימושי.
בין חוקרי המרכז: אברהם ניצן, אהוד גזית, יוסי קלפטר, פרננדו פטולסקי, גי דויטשר, דוד מנדלוביץ', דוד ברגמן, רפי קורנשטיין, עמיחי פרימן, אשל בן יעקב, אורי צ'שנובסקי, ערן רבני, דן פאר, רונית סצ'י-פאינרו ורבים נוספים מהמובילים במחקר הננו בארץ.
יעל חנין מבית הספר להנדסת חשמל מכהנת מפברואר 2012 כראש המרכז.
המרכז באוניברסיטת תל אביב משרת חוקרים מהפקולטות להנדסה, מדעים מדויקים, מדעי החיים ורפואה.
לחוקרי המרכז מספר מכובד של הצלחות בתחום המסחור הטכנולוגי כגון בטריות זעירות, ציפויים שקופים מוליכים, חיישנים, drug delivery, ואנרגיה.
המרכז מנהל תשתית מרכזית מהגדולות בארץ המשרתת כ-35 קבוצות מחקר וכ 30 חברות ישראליות הנעזרות בחוקרי המרכז בייצור ואפיון בתחום המיקרו והננו.
בין החברות המשתמשות בשירותי המרכז נמצאות חברות הזנק קטנות וכן חברות מהמובילות במשק הישראלי כגון טבע, אלביט, רפאל, והתעשייה האווירית.
התשתית כוללת מיקרוסקופיה אלקטרונית, כתיבה באמצעות יונים, מערכות מגוונות לאיכול ודפוזיציה, מערכות AFM וספקטרוסקופיית ראמאן.
תשתיות אלו פתוחות לכלל חוקרי האקדמיה בארץ והתעשייה הישראלית.
המרכז תומך בתוכנית לימודים לתואר שני בתחום החומרים והננו.
תלמידים רבים בתוכנית משלבים בין לימודים אקדמיים ועבודה בחברות העוסקות בתחום הננו.
התוכנית מצטיינת בהנגשת תחום הננו לתעשייה הישראלית.
למרכז שיתופי פעולה בינלאומיים עם מספר מוסדות.
שיתוף הפעולה עם אוניברסיטת נורת'ווסטרן, תומך בביקורים הדדים של סטודנטים וחוקרים.
המרכז מקיים מדי שנה כנס מדעי.
ביוני 2012 התקיים הכנס השמיני של המרכז.
מאז שנת 2012 נלמדים בחלק מבתי הספר של רשת אורט ישראל לימודי ננוטכנולוגיה.
תוכנית הלימודים פותחה על בסיס פרויקטים אירופאים.
התוכנית נלמדת כחלק או הרחבה ללימודי מדע וטכנולוגיה בחט"ב לכיתות מצטיינים או כתוכנית העשרה/השכלה כללית/ידע כללי לכיתות י' בדגש על יישומי ננוטכנולוגיה.
התוכנית מיועדת לחשוף בפני התלמידים נושא חדשני הנמצא בהתהוות תוך הכרות עם ידע מדעי וטכנולוגי ויישומים שונים ממגוון תחומים לצד השלכותיהם החברתיות והסביבתיות.
ננוטכנולוגיית DNA הוא תחום מחקר העוסק בעיצוב וייצור מבנים מלאכותיים של חומצות גרעין לשימושים טכנולוגיים.
בתחום זה, חומצות גרעין משמשות להנדסת מבנים שאינם ביולוגיים עבור ננוטכנולוגיה ולא כנושאי המידע הגנטי בתאים החיים.
שימוש זה מתאפשר על ידי החוקים הנוקשים של זיווג בסיסי חומצות גרעין, אשר מביאים לכך שרק אותם חלקים של גדילי חומצות גרעין עם רצפי בסיסים משלימים יתחברו יחד כדי ליצור מולקולות חזקות של חומצות גרעין מסוג סליל דו-גדילי.
הדבר מאפשר תכנון רציונלי של רצפי בסיסים אשר יוכלו באופן סלקטיבי ליצור את המבנה הרצוי, המוביל ליכולת ייחודית המאפשרת יצירת מבנים מורכבים וייחודיים בעלי בקרה מדויקת בקנה המידה הננומטרי.
DNA הוא החומר הדומיננטי בו משתמשים, אך קיימים מבנים המשלבים חומצות גרעין אחרות, כגון: RNA וחומצות פפטידו-גרעיניות (PNA).
הבסיס הרעיוני של ננוטכנולוגיית DNA נהגה לראשונה על ידי נדריאן סימן בראשית שנות ה-80, והתחום החל למשוך התעניינות נרחבת באמצע שנות ה-2000. חוקרים בתחום יצרו מבנים סטטיים כגון מבנים גבישיים דו ותלת־ממדיים, צינורות, פאונים וצורות שרירותיות שנעשו על ידי שיטת ה-DNA אוריגמי.
כמו כן הם יצרו מבנים פונקציונליים, כגון מכונות מולקולריות ומחשבי DNA.
התחום מתחיל לשמש ככלי לפתרון בעיות במדע בסיסי, בביולוגיה מבנית ובביופיזיקה, כולל יישומי קריסטלוגרפיה וספקטרוסקופיה לקביעת מבנה החלבון.
פוטנציאל היישומים בתחומי האלקטרוניקה המולקולרית והננו-רפואה נחקר אף הוא.
ננוטכנולוגיה מוגדרת כתחום מחקר של חומרים ומכשירים בעלי תכונות בקנה מידה קטן מ-100 ננומטר.
ננוטכנולוגיית DNA וצורות אחרות של הרכבה עצמית מולקולארית מהווים גישה של מטה-מעלה לננוטכנולוגיה, שבה רכיבים מולקולאריים יוצרים באופן ספונטני מבנים מאורגנים ויציבים הודות לתכונות הפיזיקליות והכימיות שלהם.
חומצות גרעין, כגון ה-DNA מתאימות מאוד לבנייה בקנה מידה ננומטרי, כמו חומצות גרעין מסוג סליל דו גדילי בעלי קוטר שאורכו 2 ננומטר וסיבוב חוזר של הסליל באורך 3.5 ננומטר.
המאפיין המרכזי שהופך חומצות גרעין לשימושיות יותר מחומרים אחרים, לשם בניית מבנים הוא הקישור בין שני גדילי חומצות גרעין שתלוי בחוקים פשוטים של זיווג בסיסים, ויצירת מבנה מסוים על ידי הקישור, כך שקל לשלוט בהרכבת מבני החומצות גרעין דרך עיצוב חומצות גרעין .
מאפיין זה אינו חלק ממאפייני חומרים אחרים המשמשים בננוטכנולוגיה, כולל חלבונים, כאשר פעולת עיצוב מבנה החלבון קשה מאוד, וכן ננו-חלקיקים, שהם חסרי יכולת להרכבה ספציפית בכוחות עצמם.
המבנה של מולקולת חומצת גרעין מורכב מרצף נוקליאוטידים, כאשר ההבדל היחיד בינם הוא ברצף הבסיסים .
ב־DNA, ארבעת הבסיסים הם: אדנין (A), ציטוזין (C), גואנין (G) ותימין (T).
לחומצות גרעין קיימת התכונה ששני בסיסים מתאימים משני גדילים יקשרו זה לזה בקשרי מימן ליצירת סליל דו גדילי כאשר A נקשר רק ל-T ו־C- נקשר רק ל-G.
מכיוון שזיווג הבסיסים המתאימים הוא תהליך מועדף מבחינה אנרגטית , גדילי חומצות גרעין, במרבית המקרים, יקשרו זה לזה בקונפורמציה הממקסמת את מספר זוגות הבסיסים המותאמים זה לזה.
לפיכך, הרצף של הבסיסים בגדילים קובע את דפוס הקשר בין הבסיסים וכן את המבנה הכללי בדרך הניתנת לבקרה בקלות.
בננוטכנולוגיית DNA, רצפי הבסיסים בגדילים מעוצבים באופן מתוכנן על ידי חוקרים, כך שהאינטראקציות של זיווגי הבסיסים יגרמו לגדילים להסתדר בקונפורמציה הרצויה.
תחום הננוטכנולוגיית DNA לעיתים מחולק לשני תת-תחומים חופפים: ננוטכנולוגיית DNA מבנית וננוטכנולוגיית DNA דינמית.
ננוטכנולוגיית DNA מבנית (SDN-Structural DNA Nanotechnology), מתמקדת בסינתזה ואפיון קומפלקסים של חומצות גרעין וחומרים המגיעים בסופו של דבר לשיווי-משקל סטטי.
מאידך, ננוטכנולוגיית DNA דינמית מתמקדת בקומפלקסים שלא מגיעים לשיווי-משקל, כגון: יכולת הסידור מחדש באמצעות גירוי כימי או פיזי.
מספר קומפלקסים, כגון מכשירים ננומכניים של חומצות גרעין, משלבים תכונות של שני התת-תחומים: מבניים ודינמיים.
הקומפלקסים שנבנו על ידי ננוטכנולוגיית DNA מבנית משתמשים במבנים מסועפים של חומצות גרעין המכילים צמתים.
(לעומת זאת, רוב ה-DNA הביולוגי קיים כסליל דו גדילי לא מסועף).
אחד המבנים המסועפים הפשוטים ביותר הוא צומת בעל ארבע זרועות המורכב מארבעה גדילי DNA נפרדים, חלקים מהם משלימים זה את זה בדרך מסוימת.
שלא כמו בצומתי Holliday טבעיים, לכל זרוע בצומת המלאכותי קיים רצף בסיסים שונה, הגורם לנקודת הצומת להיות קבועה במיקום מסוים.
צמתים רבים יכולים להשתלב באותו קומפלקס, כמו השימוש הנפוץ במוטיב ה-DX) double-crossover), המכיל שני סלילים דו גדילים מקבילים בעלי גדילים בודדים שחוצים את הסלילים בשתי נקודות חיתוך.
כל נקודת חיתוך היא בעצמה צומת בעל ארבע זרועות, אך מוגבלת לכיוון אחד, בניגוד לצומת גמיש יחיד בעל ארבע זרועות, המספק נוקשות שגורמת למוטיב ה-DX להתאים כבלוק לקומפלקסים גדולים יותר של DNA.
ננוטכנולוגיית DNA דינמית משתמשת במנגנון הנקרא 'מאחז מתווך של עקירת גדיל' המאפשר לקומפלקסים של חומצות הגרעין סידור מחדש בתגובה להוספת גדיל חדש של חומצת גרעין.
בתגובה זו, הגדיל הנכנס נקשר לקצה דביק של קומפלקס דו-גדילי, בעקבות כך המערך המועדף מבחינה אנרגטית ישתנה ולכן אחד גדילים הקשורים לקומפלקס המקורי יוסח באמצעות תהליך הגירת הענף .
כמו כן, סידור מחדש של מבנים ומכשירים יכול להתבצע באמצעות חומצות גרעין פונקציונליות, כגון דה-אוקסי-ריבוזימים וריבוזימים, אשר מסוגלים לבצע תגובות כימיות בדומה לאנזימים חלבוניים ואפטאמרים אשר יכולים להיקשר לחלבונים ספציפיים או למולקולות קטנות.
הבסיס הרעיוני של ננוטכנולוגיית DNA נהגה לראשונה על ידי נדריאן סימן בראשית שנות ה-80. המניע המקורי של סימן היה ליצור גביש DNA תלת־ממדי כדי להתמצא במולקולות גדולות אחרות, כך שמחקר הקריסטלוגרפיה יהפוך לפשוט יותר על ידי הפסקת התהליך הקשה של קבלת גבישים טהורים.
הרעיון הגיע אליו, על פי הדיווח, בסוף 1980, לאחר שראה דמיון בין אחת מעבודותיו של האמן הסוריאליסטי M.C.
Escher שהתמחה בטכניקת חיתוך עץ לבין מערך צומתי ה-DNA בעלי שש זרועות.
בעבודה הנקראת 'עומק חיתוך עץ' של Escher מוצגת דמות דמיונית בעלת ארבע זרועות ובתוספת הראש והזנב נראית כמבנה של צומת בעל שש זרועות.
מספר מבני DNA מסועפים באופן טבעי היו ידועים באותה עת, כולל שכפול המזלג של ה-DNA וצומת ה־Holliday , אבל התובנה של סימן הייתה שצומתי חומצות גרעין יכולים להיווצר על ידי עיצוב מלאכותי מתאים של רצפי הגדילים, וכי הצמתים הללו יכולים, באופן עקרוני, להיות משולבים כחלק מסריג גבישי נוקשה.
המאמר התאורטי הראשון המציע את התוכנית פורסם בשנת 1982, ההדגמה הניסיונית הראשונה של צומת ה-DNA הנייח פורסמה שנה לאחר מכן.
ב-1991, פרסמה מעבדתו של סימן את הסינתזה של קובייה העשויה מ־DNA, הננו-מבנה התלת-ממדי הראשון המיוצר מחומצות גרעין, עבורה קיבל את פרס פיינמן בננוטכנולוגיה בשנת 1995. בהמשך היה גם DNA אוקטהדרון קטום.
עם זאת, עד מהרה התברר כי מבנים אלה, צורות המצולעים עם צמתים גמישים כמו הקודקודים שלהם, לא היו מספיק נוקשים כדי ליצור סריגים תלת־ממדיים.
סימן פיתח מוטיב DX נוקשה יותר, ובשנת 1998, בשיתוף פעולה עם אריק ווינפרי , פרסם את יצירת אריחי DX דו־ממדיים.
יצירת הסריג התלת־ממדי פורסמה, לבסוף, על ידי סימן ב-2009, קרוב ל-30 שנה אחרי שהחל להגות אותו.
יכולות חדשות של מבני DNA המשיכו להתגלות לאורך שנות ה-2000. מכונת ה-DNA הראשונה, מוטיב שמשנה את המבנה שלו בתגובה לקלט, הוצגה בשנת 1999 על ידי סימן.
מערכת משופרת, שהייתה המכשיר הראשון של חומצות גרעין שעשה שימוש ב"מאחז מתווך של עקירת גדיל", הוצג על ידי ברנרד יורק בשנה שלאחר מכן.
ההתקדמות הבאה הייתה ליישם את זה לתנועה מכנית, וב-2004 ו-2005, מספר מערכות DNA נעות הודגמו על ידי קבוצות של סימן, נילס פירס , אנדרו טורברפילד וצ'נגדה מאו.
הרעיון של שימוש מערכי DNA לתבנית ההרכבה של מולקולות אחרות כמו ננו-חלקיקים וחלבונים, הוצע לראשונה בשנת 1987 על ידי ברוק רובינסון וסימן, והוצג ב-2006 ו-2007 על ידי הקבוצות של האו יאן, פטר דרוון , ותומאס לבין .
בשנת 2006 רותמונד הציג, לראשונה, את טכניקת ה-DNA אוריגמי בשביל ליצור בקלות ובאופן יציב מבני DNA מקופלים באופן שרירותי.
רותמונד הציע ששיטה זו תהיה שיטת ביניים בין סריגי ה-DX של סימן, שהשתמשה בגדילים קצרים רבים, וה-DNA אוקטהדרון של ויליאם שי, שכללה בעיקר גדיל אחד ארוך מאוד.
ה-DNA אוריגמי של רותמונד מכיל גדיל ארוך אשר הקיפול שלו נעזר בכמה גדילים קצרים.
שיטה זו אפשרה יצירת מבנים גדולים יותר מאלו שהיו בעבר, שפחות דורשים טכניקות של עיצוב וסנתוז.
DNA אוריגמי היה סיפור השער של מגזין Nature ב-15 במרץ 2006. המחקר של רותמונד הציג מבנים דו-ממדיים של ה-DNA אוריגמי בעקבות הדגמה של DNA אוריגמי מוצק תלת-ממדי שהוצג ב-2009 על ידי דאגלס, בעוד המעבדות של יורגן קמס ויאן הציגו מבנים תלת־ממדיים חלולים שנעשו ממבנים דו-ממדיים.
ננוטכנולוגיית DNA נתקלה בתחילה בסקפטיות מסוימת עקב השימוש הלא ביולוגי החריג של חומצות גרעין כחומרים המשמשים לבניית מבנים וכמייצגים תהליכי חישוב.
מאמרו של סימן ב-1991 על סינתזה של קוביית DNA נדחתה על ידי כתב העת Science לאחר שמבקר אחד שיבח את המקוריות שלו, בעוד אחר מתח ביקורת על היעדר קשר ביולוגי.
רצפי הגדילים הבודדים של DNA המרכיבים את המבנה הסופי תוכננו באמצעות הדמיה מולקולארית ותוכנה המדמה את המודל התרמודינמי .
לאחר תכנון הרצפים, הם סונתזו על ידי השיטות הרגילות ליצירת אוליגו-נוקלאוטידים .
תהליך זה הוא אוטומטי בדרך כלל באמצעות מכונה שנקראת oligonucleotide synthesizer, וחומצות גרעין של רצף מותאם אישית, הזמינים מסחרית על ידי ספקים רבים.
עבור שיטות הדורשות גדילים טבעיים, טהורים בריכוז ידוע, יש צורך לנקות את הגדילים באמצעות דנטורציה על ידי ג'ל אלקטרופורזה.
הריכוזים נקבעים באמצעות אחת מכמה שיטות המכמתות חומצות גרעין , אחת מהן היא השיטה הספקטרוסקופית בה מודדים את בליעת אורכי הגל בתחום האולטרה סגול המאפיינים את ספקטרום הבליעה של רצפי הנוקליאוטידים.
מבני היעד הסופיים מאופיינים בדרך כלל על ידי ג'ל אלקטרופורזה מתאים, אשר מספק מידע על גודל וצורת הקומפלקסים של חומצות הגרעין.
שיטת EMSA יכולה לציין אם המבנה כולל את כל הגדילים הרצויים.
בתיוג פלואורסצנטי ו־FRET משמשים לעיתים לאפיון המבנה והקומפלקסים.
ניתן לדמות מבני חומצות גרעין על ידי מיקרוסקופ כוח אטומי, המתאים למבנים ארוכים דו-ממדיים, אך הוא פחות שימושי עבור מבנים תלת־ממדיים עקב האינטראקציה של טיפ המיקרוסקופ עם מבנה חומצות הגרעין השבריריות.
עבור הדמיה תלת־ממדית, מיקרוסקופ אלקטרונים חודר, TEM, וקריו מיקרוסקופ אלקטרונים cryo-EM הן שיטות חשובות.
סריגים תלת־ממדיים מורחבים מנותחים על ידי קריסטלוגרפיה בקרני רנטגן.
ננו-מבני DNA חייבים להיות מעוצבים באופן רציונלי , כך שגדילים בודדים של חומצות גרעין ירכיבו את המבנים הרצויים.
תהליך זה מתחיל בדרך כלל עם מפרט של מבנה היעד הרצוי או הפונקציונליות שלו.
לאחר מכן נקבע המבנה השניוני הכולל של הקומפלקס, תוך פירוט סידור הגדילים של החומצות גרעין בתוך המבנה והחלקים מהגדילים הללו שצריכים להקשר זה לזה.
השלב האחרון הוא תכנון המבנה הראשוני , המהווה את פירוט רצפי הבסיסים בפועל של כל גדיל חומצות גרעין.
הצעד הראשון בעיצוב ננו-מבני חומצות גרעין הוא להחליט כיצד מבנה נתון צריך להיות מיוצג על ידי סידור מסוים של גדילי חומצות גרעין.
שלב זה קובע את המבנה השניוני או את עמדותיהם של זוגות בסיסים אשר מחזיקים את הגדילים בודדים יחד לצורה הרצויה.
גישה זו מחלקת את המבנה הרצוי הסופי לתת יחידות קטנות יותר בעלות קשר חזק בין הגדילים בכל תת-יחידה ואינטראקציות חלשות יותר בין התת-יחידות.
משתמשים בשיטה זו, לעיתים קרובות, כדי ליצור, באופן זמני, סריגים בעלי מבנה מחזורי, אך יכול לשמש גם כדי ליישם אלגוריתמית הרכבה עצמית של מבנה.
דבר זה הופך אותם לפלטפורמה לחישוב על ידי DNA.
שיטה זו הייתה השיטה הדומיננטית מאמצע שנות ה-90 עד אמצע שנות ה-2000, כאשר שיטת ה-DNA אוריגמי התפתחה.
אלטרנטיבות לשיטה הקודמת הן שיטות קיפול, בהן גדיל ארוך יחיד מתקפל לננו-מבנה.
הגדיל הארוך יכול להיות רצף מתוכנן המתקפל לפי האינטראקציות שלו עם עצמו, או שזה יכול להתקפל לצורה הרצויה על ידי שימוש בגדילים קצרים יותר.
שיטה נוספת נקראת DNA אוריגמי, המאפשרת יצירת צורות דו ותלת-ממדיות בקנה מידה ננומטרי.
שיטה זו שולטת באופן ישיר בקינטיקה של ההרכבה העצמית של ה-DNA, תוך פירוט כל חומרי הביניים של מנגנון התגובה נוסף על התוצר הסופי.
הדבר נעשה באמצעות מבנה Stem-loop של חומצות הגרעין בחומר בתחילת התגובה, אשר מסתדר לאחר קסקדת התגובה בסדר מסוים.
לשיטות הללו יש את היתרון של הליך איזותרמי, ולכן לא כולל את שלב ה־Annealing , הנדרש על ידי גישות תרמודינמיות בלבד.
אחרי כל השיטות הנ"ל, המשמשות לתכנון המבנה השניוני של קומפלקס מסוים יש צורך לתכנן את רצף הנוקליאוטידים שייצור את המבנה הרצוי.
בתכנון מקצים רצף בסיסי חומצות גרעין לכל אחד מהגדילים המרכיבים את המבנה כך שהם יצרו את הקונפורמציה הרצויה.
הצד השווה בכל שיטות התכנון הוא המטרה שהמבנה הסופי המתוכנן יהיה בעל האנרגיה הנמוכה ביותר מבין כל המבנים האפשריים, ולכן הוא יועדף מבחינה תרמודינמית.
הדבר נעשה הן באמצעות שיטות יוריסטיות פשוטות ומהירות, כגון מזעור הסימטריה ברצף המאפשרת קיפול הגדיל על עצמו או על ידי שימוש במודל התרמודינמי nearest-neighbor, שהוא מדויק יותר אך איטי יותר ואף יותר אינטנסיבי מבחינה חישובית.
מודלים גאומטריים משמשים לבחינת מבנה שלישוני של הננו-מבנים ועל מנת להבטיח שהקומפלקסים לא מתוחים יתר על המידה.
עיצוב חומצות גרעין דומה לעיצוב חלבונים .
בשניהם רצף של מונומרים מתוכנן כך שהוא יעדיף את המבנה הרצוי ולא יעדיף אף מבנה אחר.
לעיצוב חומצות גרעין יש יתרון על עיצוב חלבון בשל כך שהוא קל יותר מבחינה התכנון, כי חוקי הזיווג בסיסים מספיקים כדי לחזות את המבנה המועדף, ואין צורך במידע מפורט על קיפול תלת־ממדי של המבנה.
דבר זה מאפשר שימוש בשיטות יוריסטיות פשוטות, שמניבות עיצובים יציבים מבחינה ניסויית.
עם זאת, מבני חומצות גרעין הם פחות מגוונים מבחינה פונקציונלית מהחלבונים בגלל היכולת של חלבונים להתקפל למבנים מורכבים, כמו גם מגוון כימי מוגבל של ארבעת הנוקליאוטידים, לעומת 20 חומצות אמינו המרכיבות חלבון .
ננוטכנולוגיית DNA מבנית, נקראת באופן מקוצר Structural DNA Nanotechnology -SDN, מתמקדת בסינתזת ואפיון קומפלקסים של חומצות גרעין.
לסליל הכפול של חומצות הגרעין יש גאומטריה תלת־ממדית יציבה ומוגדרת המאפשרת לחזות ולתכנן את המבנים של קומפלקסים מורכבים יותר של חומצות גרעין.
מבנים רבים כאלה נוצרו, כולל מבנים דו ותלת-ממדיים, מחזוריים, לא מחזוריים ומבנים בדידים.
קומפלקסים קטנים של חומצות גרעין יכולים להיות בעלי קצוות דביקים ומשולבים בסריגים דו-ממדיים גדולים יותר, המכילים דפוס מסוים של פסיפס מהאריחים המולקולאריים הבודדים.
הדוגמה הראשונה לזה הייתה קומפלקסי ה־DX- ששמשו כאריחי הבסיס, המכילים כל אחד ארבעה קצוות דביקים עם רצפים שגרמו ליחידות ה-DX ליצור יחד יריעות שטוחות דו-ממדיות שהם בעצם גביש קשיח דו־ממדי של DNA.מערכים דו-ממדיים נוצרו מתוך מוטיבים שונים, כולל סריג מעויני צומת Holliday , ומגוון מערכים המבוססים על DX.
ניתן להציג על ידי מערכים דו-ממדיים מבנים לא מחזוריים אשר הרכבתם מיישמת אלגוריתם לוגי או חישובי.
אריחי ה-DX יכולים להכיל רצפי קצוות דביקים נבחרים, כך שהם משמשים כאריחי ואנג, המאפשרים להם לבצע חישוב.
הוצג מערך DX שהרכבתו מקודדת לפעולה ; XOR זה מאפשר למערך ה-DNA ליישם את האוטומט התאי שיוצר פרקטל המכונה משולש שרפינסקי.
למערכת אחרת יש את הפונקציה של מונה בינארי, המציגה מספר שגדל בינארית ככל שהיא גדלה.
תוצאות אלו מראות כי החישוב יכול להיות משולב בתוך מכלול של מערכי ה-DNA.
מערכי DX נעשו כדי ליצור צינורות חלולים בקוטר 4–20 ננומטר, שהם סריגים דו־ממדיים שמסתובבים סביב עצמם.
צינורות ה־DNA הללו דומים במקצת בגודלם ובצורתם לננו צינורות פחמן.
לעומת ננו צינורות פחמן, צינוריות ה־DNA משתנים בקלות רבה יותר ומתחברים למבנים אחרים.
אחת הדרכים לבניית צינורות ה־DNA משתמשת בסריג של אריחי DX מעוקלים שמסתובבים סביב עצמו ונסגרים לידי צינור.
יצירת סריגים תלת־ממדיים של DNA הייתה המטרה הראשונה בננוטכנולוגיית DNA, אך התברר שזה אחד הדברים הקשים להבנה.
הצלחה, באמצעות השימוש במוטיב, מבוססת על רעיון של טנסגריטי, איזון בין מתח ודחיסת כוחות, דווח לבסוף ב-2009.
חוקרים סנתזו מספר קומפלקסים תלת־ממדיים של DNA במבנה של פאונים, כמו קובייה או אוקטהדרון.
ההצגות הראשונות של ה-DNA רבפאון היו לאחר עבודה מאוד אינטנסיבית, הדורשת DNA ליגאז ושלבים של סינתזת פאזת מוצק כדי ליצור רבפאון catenated .
עבודה רצופה הניבה רבפאון שהסינתזה שלו הייתה הרבה יותר קלה.
היא כללה DNA אוקטהדרון עשוי מגדיל אחד ארוך שנועד להתקפל לקונפורמציה נכונה, וטטרהדרון שניתן להפיק מארבעה גדילי DNA בצעד אחד, כפי שמתואר בראש מאמר זה.
ננו-מבנים שרירותיים, בעלי צורות לא רגילות עשויים בדרך כלל בשיטת ה-DNA אוריגמי.
מבנים אלה כוללים גדיל ארוך וטבעי של נגיף, שעשוי להתקפל לצורה הרצויה על ידי גדילים בסיסיים קצרים שנועדו לצורך חישוב.
לשיטה זו יש את היתרונות של הקלות בעיצוב, כמו רצף הבסיסים שנקבע מראש בגדיל הארוך, ולא דורש ניקיון גבוה של הגדיל וסטויכיומטריה מדויקת, כמו שרוב שיטות ננוטכנולוגיית DNA האחרות עושות.
DNA אוריגמי הוצג לראשונה עבור צורות דו־ממדיות, כמו סמיילי ומפה מחוספסת של צפון אמריקה.
מבנים מוצקים תלת־ממדיים יכולים להיווצר באמצעות סלילי DNA מקבילים מסודרים בתבנית חלת דבש, ומבנים עם מעטפת דו־ממדית שניתן לקפל לתוך צורה חלולה תלת־ממדית, הדומה לקופסת קרטון.
אלה יכולים להיות מתוכננים לפתוח ולחשוף או לשחרר מטען מולקולרי בתגובה לגירוי, מה שהופך אותם לפוטנציאליים כמו כלובים מולקולריים מתוכננים.
במבני חומצות גרעין ניתן לשלב מולקולות אחרות מאשר חומצות גרעין, שלעיתים מכונות "הטרואלמנטים", הכוללים חלבונים, ננו-חלקיקים מתכתיים, נקודות קוונטיות, ופולרנים.
דבר זה מאפשר בנייה של חומרים ומכשירים עם מגוון פונקציות גדול יותר משל חומצות גרעין בלבד.
המטרה היא להשתמש בהרכבה עצמית של מבני חומצות גרעין לתבנית אשר בה הננו-חלקיקים "מתארחים" בהם, ושולטים במיקומם ואף בכיוונם של האלמנטים.
רבים מהמערכות האלה השתמשו בקשר קוולנטי, באמצעות אוליגונוקלאוטידים עם אמיד או תיול המשמשים כעין נקודת אחיזה כימית כדי לחבר את ההטרואלמנטים.
שיטת זו המשתמשת בקשרים קוולנטיים שימשה כדי לארגן ננו-חלקיקי זהב על מערך DX, וכן לארגן חלבון סטרפטאבידין בתבניות מסוימות במערך DX.
מערכת מארחת שאינה קוולנטית המיושמת באמצעות פוליאמידי Dervan על מערך DX שימשה לארגון חלבוני סטרפטאבידין בתבנית ספציפית על מערך DX.
ננו-צינורות פחמן המתארחים על מערכי DNA בתבנית המאפשרת הרכבה, משמשים ליצירת טרנזיסטור אלקטרוני מולקולרי , הנקרא carbon nanotube field-effect transistor .
בנוסף, ישנן שיטות בהן חומצת גרעין מוחלפת במתכת המחליפה את הצורה הכללית של מבנה חומצת הגרעין המקורית, וכן מתוכנן שימוש בננו-מבני חומצות גרעין כדי ליישם מסכות ליתוגרפיה מולקולרית המאפשרות את העברת התבנית של המבנים אל משטח מוצק.
ננוטכנולוגיית DNA דינאמית מתמקדת ביצירת מערכות חומצות גרעין בעלות פונקציונליות דינאמית הקשורה למבנה שלהם, כגון יצירת מודלים חישוביים ואלגוריתמיים ותנועה מכנית.
קיימת חפיפה בין ננוטכנולוגיה DNA מבנית ודינאמית, כמו מבנים שיכולים להיווצר באמצעות annealing ואז יסתדרו מחדש באופן דינמי, או שניתן ליצור אותם באופן דינאמי מלכתחילה.
קומפלקסי ה-DNA הללו משנים את הקונפורמציה שלהם בעקבות גירוי כלשהו מה שהופך אותם לסוג של ננורובוטים.
מבנים אלה נוצרים תחילה באופן זהה למבנים סטטיים שנעשו על ידי ננוטכנולוגיית DNA מבנית, אלא שהם מתוכננים כך שיוכלו לשנות קונפורמציה באופן דינמי לאחר הסידור הראשוני.
המכשיר הראשון מסוג זה עשה שימוש במעבר בין צורות B-DNA ו-Z-DNA על ידי תנועת פיתול כתגובה לשינוי בתנאי הבופר.
מערכות נוספות המשנות מצב קיים מתבססות על נוכחותם של גדילי בקרה, המאפשרים למספר מכשירים לפעול באופן עצמאי בתמיסה.
כמה דוגמאות של מערכות כאלה הן "פינצטות מולקולאריות" שבהן יש מצב פתוח וסגור, מכשיר שיכול לעבור מקונפורמית PX לקונפורמציית JK2, תוך כדי שימוש בתנועה סיבובית, ומערך דו-ממדי שיכול באופן דינמי להתרחב ולהתכווץ בתגובה לגדילי הבקרה.
מבנים דינמיים בהם יש מצב פתוח וסגור, הם בעלי פוטנציאל להתנהג כמו כלוב מולקולרי, כלומר לשחרר או לחשוף את המטען הפונקציונלי בעת הפתיחה.
הליכוני DNA הם קבוצת ננו-מכונות של חומצות גרעין שמופיעה בהן תנועה כיוונית לאורך מסלול ליניארי.
מספר רב של תוכניות הוצגו: אסטרטגיה אחת היא לשלוט בתנועת ההליכון לאורך המסלול באמצעות גדילי בקרה שצריך להוסיף באופן ידני לרצף.
גישה אחרת היא להשתמש באנזימי רסטריקציה או בדה-אוקסי-ריבוזימים כדי להדביק את הגדילים ולגרום להליכון לנוע קדימה, וכך יש לו את היתרון שהוא פועל באופן עצמאי.
מערכת שהופיעה מאוחר יותר יכולה ללכת על משטח דו־ממדי ולא במסלול ליניארי, ומציגה את היכולת להרים ולהזיז מטען מולקולרי באופן סלקטיבי.
בנוסף, הוצג הליכון ליניארי שמבצע סינתזת DNA בתבניות ככל שמתקדם לאורך המסלול, וכך מאפשר ביצוע שלבים רבים בסינתזה כימית ישירות על ידי ההליכון.
תגובות של קסקדות עקירת גדילים יכולות לשמש עבור מטרות חישוביות או מבניות.
תגובה אחת של עקירת גדיל כרוכה בחשיפת רצף חדש בתגובה לנוכחות של חלק מגדיל אחר.
תגובות רבות מסוג זה ניתן לקשר לקסקדה שבה כאשר נחשף רצף פלט חדש מתגובה אחת ניתן ליצור תגובה אחרת של עקירת גדיל במקום אחר.
זה בתורו מאפשר בניית רשתות של תגובות כימיות עם מרכיבים רבים, המציגות יכולות של חישובים מורכבים ועיבוד אינפורמציה.
הקסקדות האלה נעשות תחת העדפה אנרגטית דרך היווצרות של זוגות בסיסים חדשים או רווח האנטרופיה הנובע מתגובות פירוק.
קסקדות עקירת גדילים מאפשר פעולה איזותרמית של ההרכבה או תהליך חישובי, לעומת דרישת הרכבת חומצת גרעין המסורתית לשלב annealing תרמי, שבו הטמפרטורה עולה ואז לאט יורדת כדי להבטיח היווצרות נכונה של המבנה הרצוי.
עקירת קומפלקסים יכולה לשמש להכנת שערים לוגיים מולקולריים המסוגלים לבצע חישוב מורכב.