Įsivaizduokite neįkainojamą paveikslą, kurį nusiaubė niokojantis gaisras. Gražūs dažai, kruopščiai pritaikyti daugeliu atspalvių, išnyko po juodų suodžių sluoksniais. Atrodytų, kad šedevras negrįžtamai prarastas.
Mokslo magija
Bet nenusiminkite. Paveikslas patalpinamas į vakuuminę kamerą, kurios viduje sukuriama nematoma galinga medžiaga, vadinama atominiu deguonimi. Per kelias valandas ar dienas apnašos lėtai, bet užtikrintai išnyksta ir vėl pradeda atsirasti spalvos. Paveikslas, padengtas nauju skaidraus lako sluoksniu, grąžina savo buvusią šlovę.
Tai gali atrodyti kaip magija, bet tai mokslas. NASA Glenno tyrimų centro (GRC) mokslininkų sukurtas metodas naudoja atominį deguonį, kad išsaugotų ir atkurtų kitaip nepataisomai pažeistą meną. Medžiaga taip patgali visiškai sterilizuoti chirurginius implantus, skirtus žmogaus organizmui, labai sumažinant uždegimo riziką. Diabetu sergantiems pacientams tai galėtų patobulinti gliukozės kiekio stebėjimo prietaisą, kuriam reiktų tik dalies kraujo, reikalingo anksčiau tirti, kad pacientai galėtų stebėti savo būklę. Medžiaga gali tekstūruoti polimerų paviršių, kad kaulinės ląstelės geriau sukibtų, o tai atveria naujas galimybes medicinoje.
Ir šios galingos medžiagos galima gauti tiesiai iš oro.
Atominis ir molekulinis deguonis
Deguonis egzistuoja keliomis skirtingomis formomis. Dujos, kuriomis įkvepiame, vadinamos O2, tai reiškia, kad jos sudarytos iš dviejų atomų. Taip pat yra atominis deguonis, kurio formulė yra O (vienas atomas). Trečioji šio cheminio elemento forma yra O3. Tai ozonas, kurio, pavyzdžiui, yra viršutinėje Žemės atmosferoje.
Atominis deguonis natūraliomis sąlygomis Žemės paviršiuje negali egzistuoti ilgą laiką. Jis pasižymi itin dideliu reaktyvumu. Pavyzdžiui, atominis deguonis vandenyje sudaro vandenilio peroksidą. Tačiau erdvėje, kur yra daug ultravioletinės spinduliuotės, O2 molekulės lengviau skyla ir susidaro atominė forma. Žemoje Žemės orbitoje esanti atmosfera sudaro 96% atominio deguonies. Pirmosiomis NASA erdvėlaivių misijų dienomis tai sukėlė problemų.
Žala visam laikui
Pasak Bruce'o Bankso, vyresniojo fizikoAlfaporte, Glenn centro kosmoso aplinkos tyrimų filiale, po kelių pirmųjų šaudyklų skrydžių jo konstrukcijos medžiagos atrodė tarsi padengtos šalčiu (jos buvo stipriai eroduotos ir tekstūruotos). Atominis deguonis reaguoja su organinėmis erdvėlaivio odos medžiagomis, palaipsniui jas pažeisdamas.
GIZ pradėjo tirti žalos priežastis. Dėl to mokslininkai ne tik sukūrė metodus, kaip apsaugoti erdvėlaivius nuo atominio deguonies, bet ir rado būdą, kaip panaudoti potencialią šio cheminio elemento griaunančią galią gyvybei Žemėje pagerinti.
Erozija erdvėje
Kai erdvėlaivis yra žemoje Žemės orbitoje (kur paleidžiamos pilotuojamos transporto priemonės ir kur yra TKS), atominis deguonis, susidaręs iš likutinės atmosferos, gali reaguoti su erdvėlaivio paviršiumi ir padaryti jiems žalos. Kuriant stoties maitinimo sistemą buvo susirūpinta, kad saulės elementų matricos, pagamintos iš polimerų, dėl šio aktyvaus oksidatoriaus veikimo greitai suirs.
Lankstus stiklas
NASA rado sprendimą. Glenno tyrimų centro mokslininkų grupė sukūrė plonasluoksnę saulės elementų dangą, kuri buvo atspari korozinio elemento poveikiui. Silicio dioksidas, arba stiklas, jau yra oksiduotas, todėl jo negali pažeisti atominis deguonis. Tyrinėtojaisukūrė skaidraus silicio stiklo dangą, tokią ploną, kad tapo lanksti. Šis apsauginis sluoksnis stipriai prilimpa prie plokštės polimero ir apsaugo jį nuo erozijos nepakenkiant jo šiluminėms savybėms. Danga iki šiol sėkmingai apsaugojo Tarptautinės kosminės stoties saulės elementus ir buvo naudojama Mir saulės elementams apsaugoti.
Saulės baterijos sėkmingai išgyveno daugiau nei dešimtmetį kosmose, sakė Banksas.
Jėgos prisijaukinimas
Atlikdama šimtus bandymų, kurie buvo atominės deguonies atsparios dangos kūrimo dalis, Glenn tyrimų centro mokslininkų komanda įgijo patirties, kaip suprasti, kaip veikia cheminė medžiaga. Ekspertai įžvelgė kitas agresyvaus elemento naudojimo galimybes.
Pasak Bankso, grupė sužinojo apie paviršiaus chemijos pokyčius, organinių medžiagų eroziją. Atominio deguonies savybės yra tokios, kad jis gali pašalinti bet kokį organinį angliavandenilį, kuris nelengvai reaguoja su įprastomis cheminėmis medžiagomis.
Tyrėjai atrado daug būdų, kaip jį panaudoti. Jie sužinojo, kad atominis deguonis silikonų paviršius paverčia stiklu, o tai gali būti naudinga norint sandariai užsandarinti komponentus, kad jie nepriliptų vienas prie kito. Šis procesas buvo sukurtas siekiant užsandarinti Tarptautinę kosminę stotį. Be to, mokslininkai atrado, kad atominis deguonis gali atstatyti ir palaikyti pažeistas ląsteles.meno kūriniai, pagerina orlaivių konstrukcijų medžiagas, taip pat naudinga žmonėms, nes gali būti naudojamas įvairiose biomedicinos srityse.
Kameros ir nešiojamieji įrenginiai
Yra įvairių būdų, kaip atominis deguonis gali paveikti paviršių. Dažniausiai naudojamos vakuuminės kameros. Jų dydis įvairus – nuo batų dėžės iki 1,2 x 1,8 x 0,9 m instaliacijos. Naudojant mikrobangų arba radijo dažnių spinduliuotę, O2 molekulės suskaidomos iki atominio deguonies būsenos. Į kamerą dedamas polimero mėginys, kurio erozijos lygis rodo veikliosios medžiagos koncentraciją įrenginio viduje.
Kitas būdas naudoti medžiagą yra nešiojamasis įrenginys, leidžiantis nukreipti siaurą oksidatoriaus srautą į konkretų tikslą. Galima sukurti tokių srautų bateriją, kuri gali apimti didelį apdoroto paviršiaus plotą.
Atliekant daugiau tyrimų, vis daugiau pramonės šakų domisi atominio deguonies naudojimu. NASA sukūrė daug partnerysčių, bendrų įmonių ir dukterinių įmonių, kurios daugeliu atvejų buvo sėkmingos daugelyje komercinių sričių.
Atominis deguonis kūnui
Šio cheminio elemento apimties tyrimas neapsiriboja kosmosu. Atominis deguonis, kurio naudingos savybės buvo nustatytos, bet dar daugiau jų liko ištirti, rado daug medicininiųprogramos.
Naudojamas polimerų paviršiui tekstūruoti, kad jie galėtų susilieti su kaulu. Polimerai dažniausiai atbaido kaulų ląsteles, tačiau chemiškai aktyvus elementas sukuria tekstūrą, kuri pagerina sukibimą. Tai lemia dar vieną atominio deguonies teikiamą naudą – raumenų ir kaulų sistemos ligų gydymą.
Šis oksidatorius taip pat gali būti naudojamas biologiškai aktyviems teršalams pašalinti iš chirurginių implantų. Net ir taikant šiuolaikinę sterilizavimo praktiką, gali būti sunku pašalinti visus bakterijų ląstelių likučius, vadinamus endotoksinais, nuo implantų paviršiaus. Šios medžiagos yra organinės, bet negyvos, todėl sterilizacija nepajėgi jų pašalinti. Endotoksinai gali sukelti uždegimą po implantacijos, kuri yra viena iš pagrindinių skausmo ir galimų komplikacijų priežasčių pacientams, kuriems yra implantas.
Atominis deguonis, kurio naudingos savybės leidžia išvalyti protezą ir pašalinti visus organinių medžiagų pėdsakus, žymiai sumažina pooperacinio uždegimo riziką. Tai pagerina operacijų rezultatus ir sumažina pacientų skausmą.
Pagalba diabetikams
Ši technologija taip pat naudojama gliukozės jutikliuose ir kituose gyvybės mokslų monitoriuose. Jie naudoja akrilo optinius pluoštus, tekstūruotus atominiu deguonimi. Šis apdorojimas leidžia skaiduloms filtruoti raudonuosius kraujo kūnelius, o tai leidžia kraujo serumui veiksmingiau susisiekti sucheminio jutimo monitoriaus komponentas.
Pasak Sharon Miller, NASA Gleno tyrimų centro Kosmoso aplinkos ir eksperimentų skyriaus elektros inžinieriaus, dėl to testas tampa tikslesnis, o cukraus kiekiui kraujyje matuoti reikia daug mažesnio kraujo tūrio. Galite susišvirkšti beveik bet kurioje kūno vietoje ir gauti pakankamai kraujo, kad nustatytumėte cukraus kiekį kraujyje.
Kitas būdas gauti atominį deguonį yra vandenilio peroksidas. Tai daug stipresnis oksidatorius nei molekulinis. Taip yra dėl to, kad peroksidas lengvai suyra. Atominis deguonis, kuris susidaro šiuo atveju, veikia daug energingiau nei molekulinis deguonis. Tai yra praktinio vandenilio peroksido naudojimo priežastis: sunaikinamos dažiklių ir mikroorganizmų molekulės.
Restauravimas
Kai meno kūriniams gresia negrįžtama žala, organiniams teršalams pašalinti gali būti naudojamas atominis deguonis, todėl tapybos medžiaga lieka nepažeista. Procesas pašalina visas organines medžiagas, tokias kaip anglis ar suodžiai, bet dažniausiai neveikia dažų. Pigmentai dažniausiai yra neorganinės kilmės ir jau oksiduoti, vadinasi, deguonis jų nepažeis. Organinius dažus taip pat galima išsaugoti atsargiai parinkus jų poveikį. Drobė yra visiškai saugi, nes atominis deguonis liečiasi tik su paveikslo paviršiumi.
Meno kūriniai dedami į vakuuminę kamerąkuriame susidaro oksidatorius. Priklausomai nuo pažeidimo laipsnio, paveikslas gali išlikti nuo 20 iki 400 valandų. Atominio deguonies srautas taip pat gali būti naudojamas specialiam pažeistos vietos, kurią reikia atkurti, apdorojimui. Taip nebereikia dėti meno kūrinių į vakuuminę kamerą.
Suodžiai ir lūpų dažai nėra problema
Muziejai, galerijos ir bažnyčios pradėjo susisiekti su GIC, kad išsaugotų ir restauruotų savo meno kūrinius. Tyrimų centras įrodė gebėjimą atkurti pažeistą Jacksono Pollacko paveikslą, pašalinti lūpų dažus nuo Andy Warholo paveikslo ir išsaugoti dūmų pažeistas drobes Klivlando Šv. Stanislovo bažnyčioje. Glenno tyrimų centro komanda panaudojo atominį deguonį, kad atkurtų, kaip manoma, prarastą, šimtmečių senumo itališką Rafaelio Madonos kėdėje kopiją, priklausančią Šv. Albano episkopalinei bažnyčiai Klivlande.
Pasak Bankso, šis cheminis elementas yra labai efektyvus. Meninio restauravimo metu puikiai veikia. Tiesa, tai nėra kažkas, ko galima nusipirkti buteliuke, bet tai yra daug efektyvesnė.
Ateities tyrinėjimas
NASA kompensuojamai dirbo su įvairiomis šalimis, besidominčiomis atominiu deguonimi. Glenno tyrimų centras aptarnavo asmenis, kurių neįkainojami meno kūriniai buvo sugadinti per namų gaisrus, taip pat korporacijas, ieškančias šios medžiagos panaudojimo.biomedicinos programose, tokiose kaip LightPointe Medical iš Eden Prairie, Minesota. Bendrovė atrado daugybę atominio deguonies panaudojimo būdų ir nori rasti daugiau.
Pasak Bankų, yra daug neištirtų sričių. Buvo rasta daug pritaikymų kosmoso technologijoms, tačiau tikriausiai jų yra daugiau už kosmoso technologijų ribų.
Erdvė tarnauja žmogui
Mokslininkų grupė tikisi toliau tyrinėti atominio deguonies panaudojimo būdus, taip pat jau rastas daug žadančių krypčių. Daugelis technologijų buvo patentuotos, o GIZ komanda tikisi, kad įmonės kai kurias iš jų licencijuos ir komercializuos, o tai atneš dar daugiau naudos žmonijai.
Tam tikromis sąlygomis atominis deguonis gali pakenkti. NASA tyrėjų dėka ši medžiaga dabar teigiamai prisideda prie kosmoso tyrinėjimų ir gyvybės Žemėje. Nesvarbu, ar tai būtų neįkainojamų meno kūrinių išsaugojimas, ar žmonių gydymas, atominis deguonis yra stipriausia priemonė. Darbas su juo atlyginamas šimteriopai, o rezultatai tampa matomi iš karto.
