על פי ארגון הבריאות העולמי, חיידקים מעוררי מחלות שמקורם במים ומזון מזוהמים גורמים לתמותה של מיליוני אנשים ברחבי העולם. השיטה המקובלת היום לזיהוי וניטור של חיידקים בדוגמאות מזון ומים מתבצעת על ידי דיגום בשטח ומשלוח הדוגמאות לאנליזה במעבדה מיקרוביולוגית. תהליך זיהוי וכימות הזיהום במעבדה הוא אמנם מדויק אך דורש זמן רב (בין יומיים לשבוע), כוח אדם מיומן, ולעיתים גם שימוש במכשור מעבדתי מורכב ויקר. השימוש בחיישנים ביולוגיים (ביוסנסורים) עשוי לאפשר זיהוי מהיר ורגיש של חיידק המטרה ״בשטח״, מחוץ לסביבת מעבדה. חיישנים אלו הם התקנים הבנויים לרוב מקולטן ביולוגי, כדוגמת נוגדן המסוגל לזהות באופן סלקטיבי את חומר המטרה, המקובע למתמר המאפשר את תרגום התגובה בין הקולטן לחומר המטרה לסיגנל מדיד. החיישנים הביולוגיים שפותחו בטכניון מבוססים על שבבי סיליקון בעלי נקבוביות בקנה מידה ננומטרי (ננומטר הוא מיליונית המילימטר). הסיליקון הנקבובי מיוצר בתהליך איכול אלקטרוכימי של פרוסות סיליקון, כאשר תנאי האיכול מכתיבים את מאפייני המבנה המתקבל. בתום תהליך האיכול מתקבלת שכבה נקבובית דקה בעלת שטח פנים ונפח גדולים; שטח הפנים הגדול מאפשר לקבע מגוון קולטנים לזיהוי של חיידקי מטרה או רעלנים המופרשים על ידי החיידק. בנוסףֿ לשבב הסיליקון הנקבובי יש טביעה אופטית אופיינית בתחום האור הנראה. בהארה של השבב על ידי אלומת אור לבן מתקבל ספקטרום החזרה אופייני, כלומר תבנית אופיינית של צבעים. לפיכך, קישור של חיידקים או מולקולות לשבב גורם לשינוי בספקטרום החזרת האור. באופן זה ניתן לעקוב אופטית אחר קישור חומרי המטרה לשבב באמצעות מִכשור פשוט וזמין. כיום, אחד האתגרים העיקריים העומדים בפני החוקרים הוא פיתוח ביוסנסורים המסוגלים לנטר יותר ממולקולת מטרה אחת. לכן מטרת מחקר זה היא לפתח ביוסנסור המסוגל לזהות ולכמת מספר מולקולות מטרה שונות בבת אחת. המבנה המתואר הוא מבנה גנרי, אשר ניתן לתכננו ולהתאימו לחישה של מולקולות ביולוגיות רבות; לדוגמה, חישה של חיידק מטרה ובמקביל חישה של רעלנים המופרשים מהחיידק החוצה. במהלך המחקר פיתחנו מבנים שונים של סיליקון נקבובי, ערכנו בדיקות פני שטח שונות וקשרנו קולטנים שונים ומגוונים לפני השטח הנקבוביים. לבסוף אתגרנו את החיישנים וערכנו ניסויי חישה עם מולקולות מטרה שונות: חיידקים ומולקולות המצביעים על קיומו של זיהום חיידקי, כגון רעלנים המופרשים מהחיידק, חלבונים וחומצות גרעין. ביצועי החיישנים נבדקו עם תמיסות חיידקים מעבדתיות, וכן עם מי שטיפת ירקות שסופקו ממפעלי מזון. לסיכום, המחקר שערכנו מציע גישה חלוצית לשימוש בחיישנים ביולוגיים מבוססי סיליקון נקבובי לחישה של חיידקים במזון ובמים. הצלחנו לבנות ולאפיין מערכות חישה שונות המבוססות על סיליקון ננו-נקבובי. החיישנים הראו תוצאות מבטיחות הן מבחינת סף חישה והן מבחינת מהירות הבדיקה. החיישנים המוצעים הם אוניברסאליים, וניתן להמירם לזיהוי וכימות מהיר של מגוון חיידקים ורעלנים על ידי התאמת הקולטנים לחיידק המטרה הרצוי.