Predstavljajte si neprecenljivo sliko, ki jo je uničil uničujoč požar. Čudovite barve, skrbno nanesene v mnogih odtenkih, so izginile pod plastmi črnih saj. Zdi se, da je mojstrovina nepovratno izgubljena.
Znanstvena magija
Ampak ne obupajte. Slika je postavljena v vakuumsko komoro, znotraj katere nastane nevidna močna snov, imenovana atomski kisik. V nekaj urah ali dneh obloga počasi, a zanesljivo izgine in barve se začnejo znova pojavljati. Končana s svežo plastjo prozornega laka, se slika vrne v nekdanjo slavo.
Morda se zdi čarovnija, vendar je znanost. Metoda, ki so jo razvili znanstveniki v Nasinem raziskovalnem centru Glenn (GRC), uporablja atomski kisik za ohranjanje in obnovo sicer nepopravljivo poškodovane umetnosti. Snov tudisposobni popolnoma sterilizirati kirurške vsadke, namenjene človeškemu telesu, kar močno zmanjša tveganje za vnetja. Za bolnike s sladkorno boleznijo bi lahko izboljšal napravo za spremljanje glukoze, ki bi zahtevala le del krvi, ki je bila prej potrebna za testiranje, da bi lahko bolniki spremljali svoje stanje. Snov lahko teksturira površino polimerov za boljšo oprijemljivost kostnih celic, kar odpira nove možnosti v medicini.
In to močno snov je mogoče dobiti naravnost iz zraka.
Atomski in molekularni kisik
Kisik obstaja v več različnih oblikah. Plin, ki ga vdihnemo, se imenuje O2, kar pomeni, da je sestavljen iz dveh atomov. Obstaja tudi atomski kisik, katerega formula je O (en atom). Tretja oblika tega kemičnega elementa je O3. To je ozon, ki ga na primer najdemo v zgornji atmosferi Zemlje.
Atomski kisik v naravnih razmerah na površju Zemlje ne more obstajati dolgo časa. Ima izjemno visoko reaktivnost. Na primer atomski kisik v vodi tvori vodikov peroksid. Toda v vesolju, kjer je veliko ultravijoličnega sevanja, se O2 molekule lažje razpadejo in tvorijo atomsko obliko. Atmosfera v nizki Zemljini orbiti je 96 % atomskega kisika. V zgodnjih dneh misij NASA space shuttle je povzročalo težave.
Škoda za dobro
Po besedah Brucea Banksa, višjega fizikaV Alphaportu, podružnici za raziskave vesoljskega okolja Centra Glenn, so po prvih nekaj poletih shuttlea materiali njegove konstrukcije izgledali, kot da so pokriti z zmrzaljo (bili so močno erodirani in teksturirani). Atomski kisik reagira z organskimi materiali kože vesoljskih plovil in jih postopoma poškoduje.
GIZ je začel raziskovati vzroke škode. Posledično so raziskovalci ustvarili metode za zaščito vesoljskih plovil pred atomskim kisikom, našli so tudi način, kako uporabiti potencialno uničevalno moč tega kemičnega elementa za izboljšanje življenja na Zemlji.
Erozija v vesolju
Ko je vesoljsko plovilo v nizki zemeljski orbiti (kjer se izstrelijo vozila s posadko in kjer stoji ISS), lahko atomski kisik, ki nastane iz preostale atmosfere, reagira s površino vesoljskega plovila in ga poškoduje. Med razvojem napajalnega sistema postaje so obstajali pomisleki, da bi se nizi sončnih celic iz polimerov hitro razgradili zaradi delovanja tega aktivnega oksidanta.
Fleksibilno steklo
NASA je našla rešitev. Skupina znanstvenikov iz raziskovalnega centra Glenn je razvila tankoplastno prevleko za sončne celice, ki je bila imunska na delovanje korozivnega elementa. Silicijev dioksid ali steklo je že oksidiran, zato ga atomski kisik ne more poškodovati. Raziskovalciustvaril premaz iz prozornega silikonskega stekla, tako tankega, da je postalo prožno. Ta zaščitna plast se močno oprime polimera plošče in jo ščiti pred erozijo, ne da bi pri tem ogrozila njene toplotne lastnosti. Prevleka je doslej uspešno ščitila sončne nize Mednarodne vesoljske postaje in je bila uporabljena tudi za zaščito Mirovih sončnih celic.
Sončni paneli so uspešno preživeli več kot desetletje v vesolju, je dejal Banks.
Taming the Power
Z izvajanjem na stotine testov, ki so bili del razvoja prevleke, odporne na atomski kisik, je skupina znanstvenikov v raziskovalnem centru Glenn pridobila izkušnje pri razumevanju delovanja kemikalije. Strokovnjaki so videli še druge možnosti uporabe agresivnega elementa.
Po mnenju Banksa se je skupina zavedala spremembe površinske kemije, erozije organskih materialov. Lastnosti atomskega kisika so takšne, da lahko odstrani vse organske ogljikovodike, ki ne reagirajo zlahka z običajnimi kemikalijami.
Raziskovalci so odkrili veliko načinov uporabe. Naučili so se, da atomski kisik spremeni površine silikonov v steklo, kar je lahko uporabno pri hermetično zaprtih komponentah, ne da bi se prilepile druga na drugo. Ta postopek je bil razvit za zapečatenje Mednarodne vesoljske postaje. Poleg tega so znanstveniki odkrili, da lahko atomski kisik popravi in vzdržuje poškodovane celice.umetniška dela, izboljšajo materiale letalskih konstrukcij in koristijo ljudem, saj se lahko uporabljajo v različnih biomedicinskih aplikacijah.
Kamere in prenosne naprave
Obstajajo različni načini, na katere lahko atomski kisik vpliva na površino. Najpogosteje se uporabljajo vakuumske komore. Njihove velikosti segajo od škatle za čevlje do namestitve 1,2 x 1,8 x 0,9 m. Z uporabo mikrovalovnega ali radiofrekvenčnega sevanja se molekule O2 razgradijo v stanje atomskega kisika. V komoro se vstavi vzorec polimera, katerega stopnja erozije kaže na koncentracijo aktivne snovi v notranjosti naprave.
Drug način za nanašanje snovi je prenosna naprava, ki vam omogoča, da usmerite ozek tok oksidanta na določeno tarčo. Možno je ustvariti baterijo takšnih tokov, ki lahko pokrijejo veliko površino obdelane površine.
Ko se izvaja več raziskav, vse več industrij kaže zanimanje za uporabo atomskega kisika. NASA je vzpostavila številna partnerstva, skupna podjetja in hčerinska podjetja, ki so bila v večini primerov uspešna na številnih komercialnih področjih.
Atomski kisik za telo
Študija obsega tega kemičnega elementa ni omejena na vesolje. Atomski kisik, katerega uporabne lastnosti so bile ugotovljene, a še več jih je treba preučiti, je našel številne medicinskeaplikacije.
Uporablja se za teksturiranje površine polimerov in omogoča, da se zlijejo s kostjo. Polimeri običajno odbijajo kostne celice, vendar kemično aktiven element ustvari teksturo, ki izboljša oprijem. To vodi do druge koristi, ki jo prinaša atomski kisik - zdravljenje bolezni mišično-skeletnega sistema.
Ta oksidant se lahko uporablja tudi za odstranjevanje biološko aktivnih kontaminantov iz kirurških vsadkov. Tudi s sodobnimi praksami sterilizacije je lahko težko odstraniti vse ostanke bakterijskih celic, imenovane endotoksini, s površine vsadkov. Te snovi so organske, vendar ne žive, zato jih sterilizacija ne more odstraniti. Endotoksini lahko povzročijo vnetje po implantaciji, ki je eden od glavnih vzrokov bolečine in možnih zapletov pri implantiranih bolnikih.
Atomski kisik, katerega koristne lastnosti vam omogočajo čiščenje proteze in odstranitev vseh sledi organskih materialov, znatno zmanjša tveganje za pooperativno vnetje. To vodi do boljših rezultatov operacij in manj bolečin za paciente.
Oprostitev za diabetike
Tehnologija se uporablja tudi v senzorjih glukoze in drugih monitorjih za naravoslovje. Uporabljajo akrilna optična vlakna, teksturirana z atomskim kisikom. Ta obdelava vlaknom omogoča filtriranje rdečih krvnih celic, kar omogoča, da krvni serum učinkoviteje pride v stik z njimikomponenta monitorja za zaznavanje kemikalij.
Po besedah Sharon Miller, inženirke elektrotehnike v oddelku za vesoljsko okolje in eksperimente v Nasinem raziskovalnem centru Glenn, je s tem test bolj natančen, hkrati pa je za merjenje krvnega sladkorja potreben veliko manjši volumen krvi. Dobite lahko injekcijo skoraj kjer koli na telesu in dobite dovolj krvi za nastavitev ravni sladkorja v krvi.
Drug način za pridobivanje atomskega kisika je vodikov peroksid. Je veliko močnejši oksidant kot molekularni. To je posledica enostavnosti, s katero se peroksid razgradi. Atomski kisik, ki pri tem nastane, deluje veliko bolj energično kot molekularni kisik. To je razlog za praktično uporabo vodikovega peroksida: uničenje molekul barvil in mikroorganizmov.
Obnova
Ko so umetniška dela v nevarnosti nepopravljive poškodbe, se lahko atomski kisik uporabi za odstranjevanje organskih onesnaževalcev, pri čemer slikarski material ostane nedotaknjen. Postopek odstrani vse organske materiale, kot so ogljik ali saje, vendar na splošno ne deluje na barvo. Pigmenti so večinoma anorganskega izvora in so že oksidirani, kar pomeni, da jih kisik ne bo poškodoval. Organska barvila je mogoče shraniti tudi s previdnim časom izpostavljenosti. Platno je popolnoma varno, saj atomski kisik pride v stik samo s površino slike.
Umetnine so postavljene v vakuumsko komoro, vki nastane oksidant. Glede na stopnjo poškodbe lahko slika ostane tam od 20 do 400 ur. Tok atomskega kisika se lahko uporabi tudi za posebno obdelavo poškodovanega območja, ki ga je treba obnoviti. To odpravlja potrebo po postavitvi umetnine v vakuumsko komoro.
Saje in šminka niso problem
Muzeji, galerije in cerkve so začeli kontaktirati GIC, da bi ohranili in obnovili svoja umetniška dela. Raziskovalni center je pokazal zmožnost obnoviti poškodovano sliko Jacksona Pollacka, odstraniti šminko s slike Andyja Warhola in ohraniti od dima poškodovana platna v cerkvi St. Stanislaus v Clevelandu. Ekipa Glennovega raziskovalnega centra je uporabila atomski kisik za obnovitev dela, ki naj bi bil izgubljen, stoletja staro italijansko kopijo Rafaelove Madone na stolu, ki je v lasti Episkopalne cerkve sv. Albana v Clevelandu.
Po mnenju Banks je ta kemični element zelo učinkovit. Pri umetniški restavriranju deluje odlično. Res je, to ni nekaj, kar je mogoče kupiti v steklenici, je pa veliko bolj učinkovito.
Raziskovanje prihodnosti
NASA je delala na podlagi povračila stroškov z različnimi strankami, ki jih zanima atomski kisik. Raziskovalni center Glenn je služil posameznikom, katerih neprecenljiva umetniška dela so bila poškodovana v hišnih požarih, pa tudi korporacijam, ki so iskale uporabo snovi.v biomedicinskih aplikacijah, kot je LightPointe Medical iz Eden Prairie, Minnesota. Podjetje je odkrilo veliko uporab za atomski kisik in išče več.
Po mnenju Banks je veliko neraziskanih področij. Za vesoljsko tehnologijo je bilo odkritih veliko število aplikacij, vendar se jih verjetno skriva več zunaj vesoljske tehnologije.
Vesolje v službi človeka
Skupina znanstvenikov upa, da bo nadaljevala z raziskovanjem načinov uporabe atomskega kisika, pa tudi že najdenih obetavnih smeri. Številne tehnologije so patentirane in ekipa GIZ upa, da bodo podjetja nekatere od njih licencirala in komercializirala, kar bo človeštvu prineslo še več koristi.
Pod določenimi pogoji lahko atomski kisik povzroči škodo. Zahvaljujoč raziskovalcem NASA ta snov zdaj pozitivno prispeva k raziskovanju vesolja in življenju na Zemlji. Ne glede na to, ali gre za ohranjanje neprecenljivih umetnin ali zdravljenje ljudi, je atomski kisik najmočnejše orodje. Delo z njim je stokratno nagrajeno, rezultati pa so vidni takoj.
