تغيير الألوان

وطوّر علماء المعهد طريقة تتيح إنتاج نظارات يتغير لونها وتصبح أغمق عند تعرضها لإشعاع شمسي أقوى. كل ألوان قوس قزح 

 
من اليمين: د. ديمتري فريدلاند، د. ليف بنكين، د. جوديث راتنر، بروفيسور فاليري كرونغوس، د. ألكسندر شيف، د. بوريس بيرلماتر، عمرام مسعد. في عيون الناظر

البروفيسور (المتقاعد) فاليري كرونغوس متفائل بشكل واضح، ولكن لا تزال النظارات الوردية ذات اللون الثابت لا تبدو له منتجًا قد يكون مناسبًا طوال العام. ومن أجل التعامل مع ظروف الإضاءة المتغيرة، قام بتطوير طريقة فريدة تجعل من الممكن إنتاج نظارات تتغير ألوانها وتصبح أغمق عند تعرضها لأشعة الشمس القوية.
وفي عملية التعتيم، يمكنهم الحصول على جميع ألوان قوس قزح، من الأصفر إلى الأحمر أو الأزرق.
البروفيسور كرونجاوز، من قسم الكيمياء العضوية في معهد وايزمان للعلوم، معروف بشكل رئيسي بأبحاثه حول خصائص المواد العضوية الفوتوكرومية - المواد القائمة على الكربون والتي تغير لونها نتيجة التعرض للضوء القوي. وأدى أحد اختراعاته إلى تأسيس شركة كروماتيك التي تعمل حاليا في حديقة رابين للعلوم. تقوم "كروماتيك" ببيع المواد الفوتوكرومية المستخدمة في إنتاج النظارات التي تصبح داكنة عند التعرض لأشعة الشمس في جميع أنحاء العالم.
أصبح الطلب على النظارات الداكنة أكثر في العقدين الأخيرين، مع زيادة الوعي بضرورة حماية العيون من أشعة الشمس. يتم بيع أكثر من 100 مليون زوج من هذه النظارات في جميع أنحاء العالم كل عام. اليوم، يشتري معظم الناس في البلدان المتقدمة نظارات ذات عدسات بلاستيكية، مما يشكل تحديًا كبيرًا، لأن محاولات إنتاج مادة فوتوكرومية تناسب العدسات البلاستيكية تواجه صعوبات كبيرة.
كان التعقيد والتكاليف المرتفعة التي ينطوي عليها إنتاج العدسات البلاستيكية المعتمة يعني أن عددًا قليلاً فقط من الشركات الكبيرة في العالم استثمرت في تطوير التكنولوجيا اللازمة لإنتاجها. لا تستطيع معظم الشركات المصنعة للعدسات شراء حقوق استخدام التكنولوجيا الحالية، وبالتأكيد لا يمكنها تطوير مواد فوتوكروميك
بأنفسهم. يمكن سد هذه الفجوة من قبل الشركات المصنعة لهذه النظارات - وكذلك الشركات المصنعة لطبقات التعتيم لنوافذ السيارات - باستخدام المواد التي طورها البروفيسور كرونغوس، وأنتجتها شركة "كروماتيك".
تتميز المادة التي طورها البروفيسور كرونجوس، وهي مناسبة للاستخدام في العدسات البلاستيكية وتصبح داكنة عند التعرض لأشعة الشمس، بقوة عالية من التعتيم. تتيح هذه الميزة للمصنعين استخدامه بطريقتين: صهره داخل العدسات البلاستيكية، أو استخدامه لإنشاء طبقة رقيقة جدًا على العدسات. وتتم عملية طلاء العدسة بالمادة بعملية مشابهة لتلك التي يتم من خلالها تغطية العدسة بطبقة تحميها من الخدوش. تتميز هذه المادة المعتمة أيضًا بمتانتها مع مرور الوقت وحساسيتها الكبيرة: استجابةً للتعرض للضوء القوي، فإنها تصبح داكنة بسرعة كبيرة، ولكن عندما يضعف الضوء (على سبيل المثال، عندما يدخل الشخص الذي يرتدي النظارات إلى مبنى من الشارع)، فإنها تصبح داكنة. يعود بسرعة كبيرة إلى لونه الأصلي.
تنتج هذه التغيرات السريعة في اللون عن حدث جزيئي متواضع نسبيًا: يتغير لون البنية الجزيئية الفوتوكرومية عندما يستقبل فوتونًا واحدًا من الضوء، والذي يكسر واحدًا فقط من روابطه الكيميائية. وبمجرد اختفاء الضوء، تعود الرابطة إلى مكانها، ويعود التركيب الجزيئي الفوتوكرومي إلى لونه الأصلي.
تم اكتشاف المواد العضوية الفوتوكرومية في معهد وايزمان للعلوم عام 1952 على يد البروفيسور إرنست فيشر والبروفيسور يهودا هيرشبيرج. عندما كانت الحرب الباردة على قدم وساق، اهتم العلماء السوفييت بهذه المواد، وأرادوا تطوير نظارات من شأنها حماية العيون من الإشعاع المسببة للعمى المنبعث بعد الانفجار الذري. كان البروفيسور كرونغوز يعمل آنذاك في معهد أبحاث كبير للكيمياء الفيزيائية في موسكو، لكنه مثل العديد من العلماء اليهود الآخرين، ابتعد عن الأبحاث العسكرية، خوفًا من أن يمنعه الوصول إلى أسرار الجيش السوفيتي من مغادرة الاتحاد السوفيتي في عام المستقبل. البروفيسور كرونغوس: "بعيدًا عن هذه الاعتبارات، كنت دائمًا مهتمًا أكثر بالأبحاث الأساسية، وفضلت التركيز على البحث النظري للمواد الفوتوكرومية، التي جذبت انتباهي ليس فقط بسبب الأسئلة العلمية المثيرة للاهتمام التي تمثلها، ولكن أيضًا بسبب تأثيرها. الجمال الجمالي."
وهكذا، سواء في عمله العلمي في موسكو، أو أيضًا بعد الهجرة إلى إسرائيل والانضمام إلى معهد وايزمان للعلوم في عام 1976، قدم البروفيسور كرونغوز مساهمات مهمة في نظرية اللونية الضوئية ومجالات أخرى من الكيمياء العضوية. وكان أول من قام بتصنيع البوليمرات الفوتوكرومية. وفي عمل آخر، اكتشف نوعًا جديدًا من المواد العضوية تسمى أشباه البلورات، والتي لها خصائص كهروضوئية فريدة. وكانت هذه الدراسات، في الواقع، الخطوات الأولى في العلم الذي ظهر في تلك الأيام والذي نسميه اليوم "علم النانو": البحث وتصميم المواد على مستوى التنظيم الجزيئي. ومع ذلك، وفي نفس الوقت الذي كان يقوم فيه بأبحاثه الأساسية، أمضى البروفيسور كرونجاوس عدة فترات تفرغ في شركات كبيرة مثل زيروكس وداو، وكان مهتمًا أيضًا بالأبحاث التطبيقية. وأدى أحد مشاريعه التطبيقية (عام 1999) إلى تأسيس شركة "كروماتيك" حيث يشغل حاليا منصب كبير العلماء. وتوظف هذه الشركة التي تأسست بترخيص من شركة "ياد" الذراع التطبيقي لمعهد وايزمان للعلوم، وبالتعاون مع عمرام مسعد، خبير العدسات البصرية الذي يشغل منصب الرئيس التنفيذي ورئيس الشركة، حاليا موظفين حوالي ستة كيميائيين، جميعهم حاصلون على درجة الدكتوراه، وجميعهم من روسيا.
وقد طورت الشركة بالفعل حوالي 500 جزيء فوتوكروميك مختلف، ويمكنها تكييف هذه الجزيئات مع احتياجات العملاء عند الطلب. لذا، على سبيل المثال، يمكنهم التحكم في سرعة التعتيم، والظل الذي سيتم الحصول عليه مع التعتيم. في أجزاء مختلفة من العالم، يفضل الناس النظارات الشمسية بظلال مختلفة. في الولايات المتحدة يفضلون اللون الرمادي، وفي أوروبا يفضلون اللون البني، وفي البرازيل يطلبون العدسات الخضراء، وفي الهند هناك طلب على العدسات
في ظلال عصرية، مثل الأرجواني والبرتقالي والبورجوندي. بالإضافة إلى كل هذا، هناك طلب في العديد من البلدان على "نظارات السائق"، والتي يتغير لونها من الأصفر إلى الرمادي أثناء عملية التعتيم.
ويعمل البروفيسور كرونجاوس وأعضاء مجموعته البحثية في الوقت نفسه على التطبيقات المستقبلية. أحد الاتجاهات المحتملة هو تطوير بلورات داكنة تكون مناسبة لزراعتها داخل العين في جراحة إزالة الساد بدلاً من البلورة الطبيعية، لحماية العين من الإشعاع القوي. الاتجاه الواعد الآخر هو تطوير تكنولوجيا البلازما التي تسمح بتغطية الأسطح بطبقة رقيقة من مادة داكنة باستخدام البخار - في ظل ظروف الفراغ.
تُباع المواد الفوتوكرومية حاليًا في السوق العالمية بسعر يبلغ حوالي 50 ألف دولار للكيلوغرام الواحد - أي ضعف سعر الذهب تقريبًا. يعد حجم المبيعات المتزايد بشكل مطرد بمثابة تذكير آخر بالطريقة التي تساهم بها الأبحاث الأساسية في تطوير المنتجات الاستهلاكية المتقدمة.