Képzeljen el egy felbecsülhetetlen értékű festményt, amelyet pusztító tűz pusztított. A sok árnyalatban gondosan felvitt gyönyörű festékek eltűntek a fekete koromrétegek alatt. Úgy tűnik, hogy a remekmű helyrehozhatatlanul elveszett.
Tudományos varázslat
De ne ess kétségbe. A képet egy vákuumkamrába helyezik, amelyben egy láthatatlan, erős anyag, az atomoxigén keletkezik. Néhány óra vagy nap leforgása alatt a plakk lassan, de biztosan eltűnik, és a színek újra megjelennek. Friss, átlátszó lakkréteggel bevont festmény visszanyeri korábbi fényét.
Varázslatnak tűnhet, de ez tudomány. A NASA Glenn Kutatóközpontjának (GRC) tudósai által kidolgozott módszer atomi oxigént használ az egyébként helyrehozhatatlanul károsodott műalkotások megőrzésére és helyreállítására. Anyag isképes teljesen sterilizálni az emberi testbe szánt sebészeti implantátumokat, nagymértékben csökkentve a gyulladás kockázatát. A cukorbetegek számára javíthatna egy olyan glükóz-monitorozó készüléket, amely a korábban a vizsgálathoz szükséges vérnek csak egy részét igényelné, hogy a betegek ellenőrizni tudják állapotukat. Az anyag textúrálhatja a polimerek felületét a csontsejtek jobb tapadásához, ami új lehetőségeket nyit meg az orvostudományban.
Ez az erős anyag pedig egyenesen a levegőből nyerhető.
Atom- és molekuláris oxigén
Az oxigén többféle formában létezik. A gázt, amelyet belélegzünk, O2-nak hívják, ami azt jelenti, hogy két atomból áll. Létezik atomi oxigén is, amelynek képlete O (egy atom). Ennek a kémiai elemnek a harmadik formája az O3. Ez az ózon, amely például a Föld felső légkörében található.
Az atomi oxigén természetes körülmények között a Föld felszínén nem létezhet sokáig. Rendkívül magas reakcióképességgel rendelkezik. Például a vízben lévő atomos oxigén hidrogén-peroxidot képez. De az űrben, ahol sok az ultraibolya sugárzás, az O2 molekulák könnyebben szétesnek, és atomi formát alkotnak. Az alacsony Föld körüli pályán lévő légkör 96%-a atomi oxigén. A NASA űrsikló-küldetéseinek kezdeti napjaiban ez problémákat okozott.
Végre károkozás
Bruce Banks vezető fizikus szerintAz Alphaportban, a Glenn Center űrkörnyezet-kutatási leányvállalatánál az űrsikló első néhány repülése után az építési anyagok úgy tűntek, mintha fagy borította volna őket (erősen erodálódott és texturált volt). Az atomi oxigén reakcióba lép az űrhajók szerves anyagával, fokozatosan károsítva azokat.
GIZ megkezdte a károk okainak kivizsgálását. Ennek eredményeként a kutatók nemcsak módszereket hoztak létre az űrhajók atomi oxigén elleni védelmére, hanem arra is módot találtak, hogy ennek a kémiai elemnek a potenciális pusztító erejét felhasználják a földi élet javítására.
Erózió az űrben
Amikor egy űrszonda alacsony Föld körüli pályán áll (ahol emberes járműveket indítanak fel, és ahol az ISS székhelye van), a maradék atmoszférából képződött atomi oxigén reakcióba léphet az űrjárművek felületével, és károsíthatja azokat. Az állomás áramellátó rendszerének fejlesztése során felmerült az aggodalom, hogy a polimerekből készült napelemsorok gyorsan lebomlanak ennek az aktív oxidálószernek a hatására.
Rugalmas üveg
A NASA talált megoldást. A Glenn Research Center tudósainak egy csoportja vékonyréteg-bevonatot fejlesztett ki napelemekhez, amely immunis volt a korrozív elem hatására. A szilícium-dioxid, vagyis az üveg már oxidálódott, így az atomoxigén nem tudja károsítani. Kutatókátlátszó szilíciumüveg bevonatot hozott létre, amely olyan vékony, hogy rugalmassá vált. Ez a védőréteg erősen tapad a panel polimerjéhez, és megóvja azt az eróziótól anélkül, hogy rontaná annak termikus tulajdonságait. A bevonat eddig sikeresen védte a Nemzetközi Űrállomás napelemeit, és a Mir napelemeinek védelmére is használták.
A napelemek sikeresen túléltek több mint egy évtizedet az űrben, mondta Banks.
Az erő megszelídítése
Az atomi oxigénálló bevonat fejlesztésének részét képező tesztek százainak lefuttatásával a Glenn Research Center tudóscsoportja tapasztalatot szerzett a vegyszer működésének megértésében. A szakértők más lehetőségeket is láttak az agresszív elem használatára.
Banks szerint a csoport tudomást szerzett a felületi kémia változásáról, a szerves anyagok eróziójáról. Az atomi oxigén tulajdonságai olyanok, hogy képes eltávolítani minden olyan szerves szénhidrogént, amely nem könnyen reagál közönséges vegyszerekkel.
A kutatók számos felhasználási módot fedeztek fel. Megtudták, hogy az atomi oxigén a szilikonok felületét üveggé alakítja, ami hasznos lehet az alkatrészek hermetikusan lezárásához anélkül, hogy egymáshoz tapadnának. Ezt az eljárást a Nemzetközi Űrállomás lezárására fejlesztették ki. Ezenkívül a tudósok felfedezték, hogy az atomi oxigén képes helyreállítani és fenntartani a sérült sejteket.műalkotások, javítják a repülőgép-szerkezetek anyagait, valamint előnyösek az emberek számára, mivel számos orvosbiológiai alkalmazásban felhasználható.
Kamerák és hordozható eszközök
Az atomi oxigén többféle módon befolyásolhatja a felületet. A leggyakrabban vákuumkamrákat használnak. Méretük a cipősdoboztól az 1,2 x 1,8 x 0,9 m-es telepítésig terjed. Mikrohullámú vagy rádiófrekvenciás sugárzással O2 molekulákat bontanak le az atom oxigén állapotára. A kamrába polimermintát helyeznek, amelynek eróziós szintje jelzi a hatóanyag koncentrációját a berendezésben.
Az anyag felvitelének másik módja egy hordozható eszköz, amely lehetővé teszi, hogy egy szűk oxidálószeráramot irányítson egy adott célpontra. Ilyen folyamokból olyan akkumulátort lehet létrehozni, amely a kezelt felület nagy területét lefedi.
Ahogy egyre több kutatás folyik, egyre több iparág mutat érdeklődést az atomi oxigén alkalmazása iránt. A NASA számos partnerséget, vegyesvállalatot és leányvállalatot hozott létre, amelyek a legtöbb esetben sikeresek voltak számos kereskedelmi területen.
Atom oxigén a szervezet számára
E kémiai elem hatókörének vizsgálata nem korlátozódik a világűrre. Az atomi oxigén, amelynek hasznos tulajdonságait azonosították, de még többet kell még tanulmányozni, számos orvosi anyagot találtakalkalmazások.
A polimerek felületének texturálására és csonttal való összeolvadására használják. A polimerek általában taszítják a csontsejteket, de a kémiailag aktív elem olyan textúrát hoz létre, amely fokozza a tapadást. Ez egy másik előnyhöz vezet, amelyet az atomi oxigén hoz: a mozgásszervi rendszer betegségeinek kezelését.
Ez az oxidálószer a biológiailag aktív szennyeződések eltávolítására is használható a sebészeti implantátumokból. Még a modern sterilizációs gyakorlatok mellett is nehéz lehet az összes bakteriális sejtmaradványt, az úgynevezett endotoxint eltávolítani az implantátumok felületéről. Ezek az anyagok szervesek, de nem élők, így a sterilizáció nem képes eltávolítani őket. Az endotoxinok beültetés utáni gyulladást okozhatnak, ami az egyik fő oka a fájdalomnak és a lehetséges szövődményeknek az implantált betegeknél.
Az atomi oxigén, amelynek előnyös tulajdonságai lehetővé teszik a protézis tisztítását és a szerves anyagok minden nyomának eltávolítását, jelentősen csökkenti a posztoperatív gyulladások kockázatát. Ez jobb műtéti kimenetelhez és kevesebb fájdalomhoz vezet a betegek számára.
Segélynyújtás cukorbetegeknek
A technológiát glükózszenzorokban és más élettudományi monitorokban is használják. Akril optikai szálakat használnak, amelyek atomi oxigénnel vannak texturálva. Ez a feldolgozás lehetővé teszi, hogy a rostok kiszűrjék a vörösvértesteket, így a vérszérum hatékonyabban érintkezik aa kémiai érzékelő monitor összetevője.
Sharon Miller, a NASA Glenn Kutatóközpontjának Űrkörnyezet- és Kísérleti Osztályának villamosmérnöke szerint ez pontosabbá teszi a tesztet, miközben sokkal kisebb mennyiségű vérre van szükség a vércukorszint méréséhez. Szinte bárhol kaphat injekciót a testében, és elegendő vért kaphat a vércukorszint beállításához.
Az atomi oxigén beszerzésének másik módja a hidrogén-peroxid. Sokkal erősebb oxidálószer, mint a molekuláris. Ez annak köszönhető, hogy a peroxid könnyen lebomlik. Az ebben az esetben képződő atomi oxigén sokkal energikusabban hat, mint a molekuláris oxigén. Ez az oka a hidrogén-peroxid gyakorlati felhasználásának: a festékek és mikroorganizmusok molekuláinak elpusztítása.
Restaurálás
Amikor a műalkotásokat visszafordíthatatlan károsodás fenyegeti, atomi oxigént lehet használni a szerves szennyeződések eltávolítására, így a festményanyag érintetlen marad. Az eljárás eltávolít minden szerves anyagot, például szenet vagy kormot, de általában nem működik a festéken. A pigmentek többnyire szervetlen eredetűek és már oxidáltak, ami azt jelenti, hogy az oxigén nem károsítja őket. A szerves festékek is megtakaríthatók az expozíció gondos időzítésével. A vászon teljesen biztonságos, mivel az atomos oxigén csak a festmény felületével érintkezik.
A műalkotásokat vákuumkamrában helyezik elamelyben az oxidálószer keletkezik. A sérülés mértékétől függően a festmény 20-400 óráig maradhat ott. Az atomi oxigénáramot a helyreállításra szoruló sérült terület speciális kezelésére is lehet használni. Így nincs szükség arra, hogy a műalkotásokat vákuumkamrában helyezzék el.
A korom és a rúzs nem jelent problémát
A múzeumok, galériák és egyházak megkezdték a kapcsolatot a GIC-vel műalkotásaik megőrzése és helyreállítása érdekében. A kutatóközpont bebizonyította, hogy képes helyreállítani Jackson Pollack sérült festményét, eltávolítani a rúzst egy Andy Warhol festményről, és megőrizni a füsttől sérült vásznakat a clevelandi St. Stanislaus templomban. A Glenn Research Center csapata atomoxigén segítségével helyreállította az elveszettnek hitt darabot, Raphael Madonna in the Chair című művének évszázados olasz másolatát, amely a clevelandi St. Alban Episcopal Church tulajdonában volt.
Banks szerint ez a kémiai elem nagyon hatékony. Művészi restaurálásban tökéletesen működik. Igaz, ezt nem lehet palackban megvásárolni, de sokkal hatékonyabb.
A jövő felfedezése
A NASA visszatérítendő alapon dolgozott együtt számos, az atomoxigén iránt érdeklődő féllel. A Glenn Kutatóközpont olyan személyeket szolgált ki, akiknek felbecsülhetetlen értékű műalkotásai háztüzek következtében megsérültek, valamint olyan vállalatokat, amelyek az anyag felhasználását keresték.orvosbiológiai alkalmazásokban, mint például a LightPointe Medical of Eden Prairie, Minnesota. A vállalat számos felhasználási lehetőséget fedezett fel az atomoxigénnek, és még többet keres.
Banks szerint sok a feltáratlan terület. Jelentős számú alkalmazást fedeztek fel az űrtechnológiára vonatkozóan, de valószínűleg az űrtechnológián kívül még több is rejtőzik.
Tér az ember szolgálatában
A tudósok csoportja azt reméli, hogy folytatni tudják az atomi oxigén felhasználásának módjait, valamint a már talált ígéretes irányokat. Sok technológiát szabadalmaztattak, és a GIZ csapata reméli, hogy a vállalatok licencet adnak és értékesítenek néhányat, ami még több hasznot hoz az emberiség számára.
Bizonyos körülmények között az atomi oxigén károsodást okozhat. A NASA kutatóinak köszönhetően ez az anyag most pozitívan járul hozzá az űrkutatáshoz és a földi élethez. Legyen szó felbecsülhetetlen értékű műalkotások megőrzéséről vagy emberek gyógyításáról, az atomoxigén a legerősebb eszköz. A vele végzett munka százszoros jutalomban részesül, és az eredménye azonnal láthatóvá válik.
