Iedomājieties nenovērtējamu gleznu, kuru ir izpostījis postošs ugunsgrēks. Skaistas krāsas, kas rūpīgi uzklātas daudzos toņos, pazuda zem melno kvēpu slāņiem. Šķiet, ka šedevrs ir neatgriezeniski zaudēts.
Zinātnes maģija
Bet nevajag izmisumā. Attēls tiek ievietots vakuuma kamerā, kurā tiek radīta neredzama spēcīga viela, ko sauc par atomu skābekli. Vairāku stundu vai dienu laikā aplikums lēnām, bet noteikti pazūd un krāsas sāk atkal parādīties. Pabeigta ar svaigu dzidras lakas kārtu, glezna atgriežas savā agrākajā krāšņumā.
Tas var šķist kā maģija, bet tā ir zinātne. NASA Glennas pētniecības centra (GRC) zinātnieku izstrādātā metode izmanto atomu skābekli, lai saglabātu un atjaunotu citādi neatgriezeniski bojātu mākslu. Viela arīspēj pilnībā sterilizēt cilvēka ķermenim paredzētos ķirurģiskos implantus, ievērojami samazinot iekaisuma risku. Pacientiem ar cukura diabētu tas varētu uzlabot glikozes līmeņa kontroles ierīci, kurai būtu nepieciešama tikai daļa asiņu, kas iepriekš bija nepieciešama pārbaudei, lai pacienti varētu kontrolēt savu stāvokli. Viela var teksturēt polimēru virsmu labākai kaulu šūnu adhēzijai, kas paver jaunas iespējas medicīnā.
Un šo spēcīgo vielu var iegūt tieši no zila gaisa.
Atomu un molekulārais skābeklis
Skābeklis pastāv vairākos dažādos veidos. Gāzi, ko mēs ieelpojam, sauc par O2, kas nozīmē, ka tā sastāv no diviem atomiem. Ir arī atomu skābeklis, kura formula ir O (viens atoms). Šī ķīmiskā elementa trešā forma ir O3. Tas ir ozons, kas, piemēram, atrodas Zemes atmosfēras augšējos slāņos.
Atomu skābeklis dabiskos apstākļos uz Zemes virsmas nevar pastāvēt ilgu laiku. Tam ir ārkārtīgi augsta reaktivitāte. Piemēram, atomu skābeklis ūdenī veido ūdeņraža peroksīdu. Taču kosmosā, kur ir daudz ultravioletā starojuma, O2 molekulas vieglāk sadalās, veidojot atomu formu. Zemā Zemes orbītā atmosfērā ir 96% atomu skābekļa. NASA kosmosa kuģu misiju pirmajās dienās tas radīja problēmas.
Kaitējums par labu
Pēc Brūsa Benksa, vecākais fiziķisAlfaportā, Glenn centra kosmosa vides izpētes filiālē, pēc dažiem pirmajiem atspoles lidojumiem tā konstrukcijas materiāli izskatījās tā, it kā tos klāj sarma (tie bija stipri erodēti un teksturēti). Atomu skābeklis reaģē ar organiskiem kosmosa kuģu apvalka materiāliem, pakāpeniski tos sabojājot.
GIZ sāka izmeklēt bojājumu cēloņus. Rezultātā pētnieki ne tikai radīja metodes, lai aizsargātu kosmosa kuģus no atomu skābekļa, bet arī atrada veidu, kā izmantot šī ķīmiskā elementa iespējamo postošo spēku, lai uzlabotu dzīvību uz Zemes.
Erozija kosmosā
Kad kosmosa kuģis atrodas zemā Zemes orbītā (kur tiek palaisti pilotēti transportlīdzekļi un kur atrodas SKS), atomu skābeklis, kas veidojas no atlikušās atmosfēras, var reaģēt ar kosmosa kuģa virsmu, radot tiem bojājumus. Stacijas elektroapgādes sistēmas izstrādes laikā radās bažas, ka šī aktīvā oksidētāja darbības rezultātā no polimēriem izgatavotie saules bateriju bloki strauji sabojāsies.
Elastīgs stikls
NASA atrada risinājumu. Zinātnieku grupa no Glenn pētniecības centra izstrādāja plānslāņa pārklājumu saules baterijām, kas bija imūns pret korozīvā elementa iedarbību. Silīcija dioksīds jeb stikls jau ir oksidēts, tāpēc atomu skābeklis to nevar sabojāt. Pētniekiizveidoja caurspīdīga silīcija stikla pārklājumu, tik plānu, ka kļuva elastīgs. Šis aizsargslānis stingri pielīp paneļa polimēram un pasargā to no erozijas, neapdraudot tā termiskās īpašības. Pārklājums līdz šim ir veiksmīgi aizsargājis Starptautiskās kosmosa stacijas saules blokus, kā arī ir izmantots, lai aizsargātu Mir saules baterijas.
Saules paneļi kosmosā ir veiksmīgi izturējuši vairāk nekā desmit gadus, sacīja Benks.
Spēka pieradināšana
Veicot simtiem testu, kas bija daļa no atomu skābekli izturīga pārklājuma izstrādes, Glennas pētniecības centra zinātnieku komanda ieguva pieredzi, lai izprastu ķīmiskās vielas darbību. Eksperti saskatīja citas agresīvā elementa izmantošanas iespējas.
Saskaņā ar Benksa teikto, grupa apzinājās virsmas ķīmijas izmaiņas, organisko materiālu eroziju. Atomu skābekļa īpašības ir tādas, ka tas spēj atdalīt jebkuru organisko ogļūdeņražu, kas nereaģē ar parastajām ķīmiskajām vielām.
Pētnieki ir atklājuši daudzus veidus, kā to izmantot. Viņi uzzināja, ka atomu skābeklis pārvērš silikonu virsmas stiklā, kas var būt noderīgs, lai padarītu sastāvdaļas hermētiski noslēgtas, nelīpējot viena pie otras. Šis process tika izstrādāts, lai noslēgtu Starptautisko kosmosa staciju. Turklāt zinātnieki ir atklājuši, ka atomu skābeklis var labot un uzturēt bojātās šūnas.mākslas darbus, uzlabo lidaparātu konstrukciju materiālus, kā arī dod labumu cilvēkiem, jo to var izmantot dažādos biomedicīnas lietojumos.
Kameras un portatīvās ierīces
Ir dažādi veidi, kā atomu skābeklis var ietekmēt virsmu. Visbiežāk tiek izmantotas vakuuma kameras. To izmērs ir no apavu kastes līdz 1,2 x 1,8 x 0,9 m instalācijai. Izmantojot mikroviļņu vai radiofrekvences starojumu, O2 molekulas tiek sadalītas līdz atomu skābekļa stāvoklim. Kamerā tiek ievietots polimēra paraugs, kura erozijas līmenis norāda uz aktīvās vielas koncentrāciju iekārtas iekšpusē.
Cits veids, kā lietot vielu, ir pārnēsājama ierīce, kas ļauj novirzīt šauru oksidētāja plūsmu uz konkrētu mērķi. Ir iespējams izveidot tādu straumju akumulatoru, kas var aptvert lielu apstrādātās virsmas laukumu.
Kad tiek veikti vairāk pētījumu, arvien vairāk nozaru izrāda interesi par atomu skābekļa izmantošanu. NASA ir izveidojusi daudzas partnerības, kopuzņēmumus un meitasuzņēmumus, kas vairumā gadījumu ir bijuši veiksmīgi daudzās komerciālās jomās.
Atomu skābeklis ķermenim
Šī ķīmiskā elementa darbības jomas izpēte neaprobežojas tikai ar kosmosu. Atomu skābeklis, kura derīgās īpašības ir identificētas, bet vēl vairāk no tām vēl ir jāizpēta, ir atradis daudzas medicīnaspieteikumi.
To izmanto, lai teksturētu polimēru virsmu un padarītu tos spējīgus saplūst ar kauliem. Polimēri parasti atgrūž kaulu šūnas, bet ķīmiski aktīvais elements rada tekstūru, kas uzlabo adhēziju. Tas rada vēl vienu ieguvumu, ko sniedz atomu skābeklis - muskuļu un skeleta sistēmas slimību ārstēšanai.
Šo oksidētāju var izmantot arī bioloģiski aktīvo piesārņotāju noņemšanai no ķirurģiskajiem implantiem. Pat ar modernām sterilizācijas metodēm var būt grūti noņemt visus baktēriju šūnu atlikumus, ko sauc par endotoksīniem, no implantu virsmas. Šīs vielas ir organiskas, bet nedzīvas, tāpēc sterilizācija nespēj tās izņemt. Endotoksīni var izraisīt pēcimplantācijas iekaisumu, kas ir viens no galvenajiem sāpju un iespējamo komplikāciju cēloņiem pacientiem ar implantāciju.
Atomu skābeklis, kura labvēlīgās īpašības ļauj notīrīt protēzi un noņemt visas organisko materiālu pēdas, ievērojami samazina pēcoperācijas iekaisuma risku. Tas nodrošina labākus operāciju rezultātus un mazāk sāpju pacientiem.
Atvieglojums diabēta slimniekiem
Šo tehnoloģiju izmanto arī glikozes sensoros un citos dzīvības zinātnes monitoros. Tie izmanto akrila optiskās šķiedras, kas teksturētas ar atomu skābekli. Šī apstrāde ļauj šķiedrām filtrēt sarkanās asins šūnas, ļaujot asins serumam efektīvāk sazināties arķīmiskā sensora monitora sastāvdaļa.
Saskaņā ar NASA Glennas pētniecības centra Kosmosa vides un eksperimentu nodaļas elektroinženiere Šērona Millere teikto, tas padara testu precīzāku, vienlaikus lai izmērītu cilvēka cukura līmeni asinīs, ir nepieciešams daudz mazāks asins daudzums. Jūs varat veikt injekciju gandrīz jebkurā ķermeņa vietā un iegūt pietiekami daudz asiņu, lai iestatītu cukura līmeni asinīs.
Cits veids, kā iegūt atomu skābekli, ir ūdeņraža peroksīds. Tas ir daudz spēcīgāks oksidētājs nekā molekulārais. Tas ir saistīts ar to, ka peroksīds sadalās viegli. Atomu skābeklis, kas veidojas šajā gadījumā, darbojas daudz enerģiskāk nekā molekulārais skābeklis. Tas ir iemesls ūdeņraža peroksīda praktiskajai izmantošanai: krāsvielu un mikroorganismu molekulu iznīcināšana.
Restaurācija
Ja mākslas darbiem draud neatgriezenisks bojājums, organisko piesārņotāju noņemšanai var izmantot atomu skābekli, atstājot gleznas materiālu neskartu. Process noņem visus organiskos materiālus, piemēram, oglekli vai kvēpus, bet parasti nedarbojas uz krāsu. Pigmenti pārsvarā ir neorganiskas izcelsmes un jau ir oksidēti, kas nozīmē, ka skābeklis tos nesabojās. Organiskās krāsvielas var arī ietaupīt, rūpīgi nosakot iedarbības laiku. Audekls ir pilnīgi drošs, jo atomu skābeklis saskaras tikai ar gleznas virsmu.
Mākslas darbi tiek ievietoti vakuuma kamerā, iekšākurā tiek ražots oksidētājs. Atkarībā no bojājuma pakāpes glezna tur var noturēties no 20 līdz 400 stundām. Atomiskā skābekļa plūsmu var izmantot arī bojātas vietas īpašai apstrādei, kurai nepieciešama atjaunošana. Tas novērš nepieciešamību ievietot mākslas darbus vakuuma kamerā.
Kvēpi un lūpu krāsa nav problēma
Muzeji, galerijas un baznīcas ir sākuši sazināties ar GIC, lai saglabātu un atjaunotu savus mākslas darbus. Pētniecības centrs ir pierādījis spēju atjaunot bojātu Džeksona Polaka gleznu, noņemt lūpu krāsu no Endija Vorhola gleznas un saglabāt dūmu bojātos audeklus Svētā Staņislava baznīcā Klīvlendā. Glena pētniecības centra komanda izmantoja atomu skābekli, lai atjaunotu gabalu, kas, domājams, ir pazaudēts - gadsimtiem veco itāļu Rafaela Madonnas krēslā kopiju, kas pieder Klīvlendas Svētā Albāna episkopālajai baznīcai.
Pēc Bankas domām, šis ķīmiskais elements ir ļoti efektīvs. Mākslinieciskajā restaurācijā strādā perfekti. Tiesa, tas nav kaut kas tāds, ko var iegādāties pudelē, taču tas ir daudz efektīvāks.
Nākotnes izpēte
NASA ir sadarbojusies ar dažādām pusēm, kuras interesējas par atomu skābekli. Glennas pētniecības centrs apkalpoja personas, kuru nenovērtējamie mākslas darbi tika bojāti māju ugunsgrēkos, kā arī korporācijas, kas meklēja šīs vielas lietojumu.biomedicīnas lietojumos, piemēram, LightPointe Medical no Eden Prairie, Minesota. Uzņēmums ir atklājis daudzus atomu skābekļa lietojumus un vēlas atrast vairāk.
Saskaņā ar Banks teikto, ir daudz neizpētītu apgabalu. Kosmosa tehnoloģijām ir atklāts ievērojams pielietojumu skaits, taču, iespējams, vēl vairāk slēpjas ārpus kosmosa tehnoloģijām.
Kosmoss kalpo cilvēkam
Zinātnieku grupa cer turpināt pētīt veidus, kā izmantot atomu skābekli, kā arī jau atrastos daudzsološos virzienus. Daudzas tehnoloģijas ir patentētas, un GIZ komanda cer, ka uzņēmumi dažas no tām licencēs un komercializēs, kas sniegs cilvēcei vēl lielāku labumu.
Noteiktos apstākļos atomu skābeklis var izraisīt bojājumus. Pateicoties NASA pētniekiem, šī viela tagad dod pozitīvu ieguldījumu kosmosa izpētē un dzīvē uz Zemes. Neatkarīgi no tā, vai tā ir nenovērtējamo mākslas darbu saglabāšana vai cilvēku dziedināšana, atomu skābeklis ir spēcīgākais līdzeklis. Darbs ar viņu tiek atalgots simtkārtīgi, un tā rezultāti kļūst redzami uzreiz.
