מולקולה כיראלית היא מולקולה חסרת סימטריית שיקוף, שלא ניתן ליצור חפיפה בינה ובין תמונת הראי שלה על-ידי סיבוב, כמו שלא ניתן ליצור חפיפה בין יד ימין ליד שמאל באמצעות סיבוב. דוגמאות מובהקות למולקולות ולמבנים כיראליים הן ה-DNA שמקודד את מידע החיים וסיבים ״עמילואידים״ שנוצרים בהתפתחות מחלות נוירודגנרטיביות כמו אלצהיימר ופרקינסון. ואכן, כיראליות היא תכונה אינהרנטית של מולקולות ביולוגיות רבות. מעניינת במיוחד היא הקבוצה של אבני בניין כיראליות שהן "אמפיפיליות" – המכילות חלק הידרופובי ("שונא מים") וחלק הידרופילי ("אוהב מים"), כלומר הן "שונאות מים" ו"אוהבות מים" גם יחד. מולקולות אלו יכולות להתארגן באופן ספונטני ליצירת מגוון מבנים ננוסקופיים (ננומטר = מיליונית המילימטר), ביניהם סיבים, סרטים וננוצינוריות, שיחדיו נקראים מבנים חד-ממדיים. מבנים אלו נוצרים בתפקוד תקין בטבע, למשל בהובלה תוך תאית, כמו גם בתפקוד לקוי, כגון במהלך היווצרות אבנים בדרכי המרה. כמו כן, יש להם פוטנציאל יישומי בטכנולוגיות מתקדמות רבות כדוגמת רפואה רגנרטיבית, מערכות להובלת תרופות, תבניות לבניית חומרים חדשים, ליצירת סיבים דקים, ארוכים וחזקים במיוחד, לאגירת אנרגיה, ועוד – ומכאן חשיבותם. במעבדה שלנו מתכננים, מייצרים וחוקרים מולקולות אמפיפיליות שמתארגנות למבנים ספציפיים ומתווכות פעילות לפי צורך. הידע שאספנו לאורך השנים תרם להבנה של הקשר בין המאפיינים הכימיים של אבני הבניין (המולקולות) לתוצר הסופי שאותו הן מרכיבות ולפעילות הנדונה. במחקר הנוכחי תכננו משפחה של מולקולות ״חכמות״ שניתן לכוון את צורת התארגנותן למבנים חד-ממדיים על-ידי גירוי כימי או שינויים בתנאי סביבה כמו טמפרטורה וריכוז. זהו מחקר בסיסי שיעדו המרכזי להעשיר את הבנתנו בתהליכי ההתארגנות העצמית של מולקולות אמפיפילות כיראליות למבנים חד-ממדיים ולהגדיר את עקרונות היסוד של תהליכים אלה. מחקרנו שם את הדגש בגילוי ובניסוח יחסי מבנה-פעילות וכללים לתכנון אופטימלי ("מתכון"), שמאפשרים בחירת המולקולה הנכונה והתנאים המתאימים ליצירת סרטים וננוצינוריות בעלי תכונות וממדים רצויים. לביצוע המחקר תכננו משפחה של אבני בניין ביומימטיות ("מחקות טבע") חדשות ומעניינות, בהתבסס על מוטיבים מבניים של פפטידים (חלבונים קצרים) וחיבור בין חומצות אמינו וחומצות שומן. מחקר ממוקד ומקיף איפשר להגדיר את הקבוצות המולקולריות היסודיות, הכוחות ומסלולי ההתארגנות העצמית שמובילים ליצירת מבנים חד-ממדיים ספציפיים ואת קינטיקת תהליך ההתארגנות העצמית. השיטה העיקרית במחקר הייתה מיקרוסקופיית אלקטרונים חודרת בטמפרטורות נמוכות, שבאמצעותה התקבל מידע מבני ברזולוציה גבוהה (ננוסקופית) של המבנים במצבם הטבעי בתמיסה. במסגרת תוצאות המחקר, זיהינו לראשונה את המסלול המבני המלא ליצירת ננוצינוריות בתהליך התארגנות עצמית והראינו באמצעות מיקרוסקופיית אלקטרונים בטמפרטורות נמוכות את כל שלבי ההתפתחות – ממולקולות בודדות ועד למבנה הסופי של ננוצינוריות, דרך אוסף מבני ביניים חד-ממדיים ארעיים. בנוסף, הצגנו הוכחה ניסיונית ראשונה למעברים בין גיאומטריות שונות ובין סרטים בעלי עקמומיות שונה, והראינו שמעבר זה קשור בפרמטר גיאומטרי – רוחב הסרט. באופן מפתיע, תהליכי איחוי זוהו כאחד משלבי המפתח בהתפתחות מבנים חד-ממדיים כיראלים. התוצאות שקיבלנו מאפשרות תכנון מושכל של חומרים כיראלים "חכמים" ויעילים, כמו גם בקרה של מסלול וקצב תהליך ההתארגנות העצמית ושל המבנה והתכונות.