Forestil dig et uvurderligt maleri, der er blevet ødelagt af en ødelæggende brand. Smukke malinger, møjsommeligt påført i mange nuancer, forsvandt under lag af sort sod. Det ser ud til, at mesterværket er uigenkaldeligt tabt.
Videnskabelig magi
Men fortvivl ikke. Billedet er placeret i et vakuumkammer, hvori der skabes et usynligt kraftigt stof kaldet atomær oxygen. I løbet af flere timer eller dage forsvinder pladen langsomt, men sikkert, og farverne begynder at dukke op igen. Færdiggjort med et frisk lag klar lak vender maleriet tilbage til sin fordums herlighed.
Det kan virke som magi, men det er videnskab. Metoden, der er udviklet af videnskabsmænd ved NASAs Glenn Research Center (GRC), bruger atomart oxygen til at bevare og genoprette ellers uopretteligt beskadiget kunst. Også stofi stand til fuldstændigt at sterilisere kirurgiske implantater beregnet til den menneskelige krop, hvilket i høj grad reducerer risikoen for betændelse. For diabetespatienter kunne det forbedre en glukosemonitoreringsanordning, der kun ville kræve en del af det blod, der tidligere var nødvendigt til testning, så patienterne kan overvåge deres tilstand. Stoffet kan teksturere overfladen af polymerer for bedre adhæsion af knogleceller, hvilket åbner op for nye muligheder inden for medicin.
Og dette kraftfulde stof kan fås lige ud af den blå luft.
Atomisk og molekylær oxygen
Oxygen findes i flere forskellige former. Gassen vi indånder kaldes O2, hvilket betyder, at den består af to atomer. Der er også atomart oxygen, hvis formel er O (et atom). Den tredje form af dette kemiske grundstof er O3. Dette er ozon, som f.eks. findes i Jordens øvre atmosfære.
Atomisk ilt under naturlige forhold på Jordens overflade kan ikke eksistere i lang tid. Det har en ekstrem høj reaktivitet. For eksempel danner atomart oxygen i vand hydrogenperoxid. Men i rummet, hvor der er meget ultraviolet stråling, bryder O2 molekyler lettere fra hinanden og danner en atomform. Atmosfæren i lav kredsløb om Jorden består af 96 % atomær oxygen. I de tidlige dage af NASAs rumfærgemissioner skabte det problemer.
skade for altid
Ifølge Bruce Banks, seniorfysikerHos Alphaport, et forskningsselskab for rummiljøforskning i Glenn Center, så materialerne i dens konstruktion efter de første par flyvninger ud, som om de var dækket af frost (de var stærkt eroderet og struktureret). Atomisk ilt reagerer med organiske rumfartøjers hudmaterialer og beskadiger dem gradvist.
GIZ begyndte at undersøge årsagerne til skaden. Som et resultat heraf skabte forskerne ikke kun metoder til at beskytte rumfartøjer mod atomart oxygen, de fandt også en måde at bruge dette kemiske grundstofs potentielle ødelæggende kraft til at forbedre livet på Jorden.
Erosion i rummet
Når et rumfartøj er i lav kredsløb om Jorden (hvor bemandede køretøjer opsendes, og hvor ISS er baseret), kan atomart oxygen dannet fra den resterende atmosfære reagere med rumfartøjets overflade og forårsage skade på dem. Under udviklingen af stationens strømforsyningssystem var der bekymring for, at solcellearrays lavet af polymerer hurtigt ville nedbrydes på grund af virkningen af dette aktive oxidationsmiddel.
Fleksibelt glas
NASA fandt en løsning. En gruppe forskere fra Glenn Research Center udviklede en tyndfilmsbelægning til solceller, der var immun over for virkningen af et ætsende element. Siliciumdioxid, eller glas, er allerede oxideret, så det kan ikke blive beskadiget af atomart oxygen. Forskereskabt en belægning af gennemsigtigt siliciumglas, så tyndt, at det blev fleksibelt. Dette beskyttende lag klæber stærkt til panelets polymer og beskytter det mod erosion uden at gå på kompromis med nogen af dets termiske egenskaber. Belægningen har hidtil med succes beskyttet den internationale rumstations solpaneler og er også blevet brugt til at beskytte Mirs solceller.
Solpanelerne har med succes overlevet mere end et årti i rummet, sagde Banks.
Taming the Power
Ved at køre hundredvis af tests, der var en del af udviklingen af den atomare iltresistente belægning, fik et team af forskere ved Glenn Research Center erfaring med at forstå, hvordan kemikaliet virker. Eksperterne så andre muligheder for at bruge det aggressive element.
Ifølge Banks blev gruppen opmærksom på ændringen i overfladekemi, erosionen af organiske materialer. Atomisk oxygens egenskaber er sådan, at det er i stand til at fjerne enhver organisk kulbrinte, som ikke let reagerer med almindelige kemikalier.
Forskere har opdaget mange måder at bruge det på. De lærte, at atomær oxygen forvandler overfladerne af silikoner til glas, hvilket kan være nyttigt til at gøre komponenter hermetisk forseglede, uden at de klæber til hinanden. Denne proces blev udviklet til at forsegle den internationale rumstation. Derudover har forskere opdaget, at atomart oxygen kan reparere og vedligeholde beskadigede celler.kunstværker, forbedre materialerne i flystrukturer, samt gavne mennesker, da det kan bruges i en række biomedicinske applikationer.
Kameraer og bærbare enheder
Der er forskellige måder, hvorpå atomær oxygen kan påvirke en overflade. Vakuumkamre er mest almindeligt anvendt. De varierer i størrelse fra en skoæske til en installation på 1,2 x 1,8 x 0,9 m. Ved hjælp af mikrobølge- eller radiofrekvensstråling nedbrydes O2 molekyler til tilstanden af atomær oxygen. En polymerprøve anbringes i kammeret, hvis erosionsniveau angiver koncentrationen af det aktive stof inde i installationen.
En anden måde at påføre et stof på er en bærbar enhed, der giver dig mulighed for at rette en smal strøm af oxidationsmiddel til et specifikt mål. Det er muligt at skabe et batteri af sådanne vandløb, der kan dække et stort område af den behandlede overflade.
I takt med at der bliver gjort mere forskning, viser et stigende antal industrier interesse for at bruge atomær oxygen. NASA har etableret mange partnerskaber, joint ventures og datterselskaber, der i de fleste tilfælde har haft succes på mange kommercielle områder.
Atomilt til kroppen
Undersøgelsen af omfanget af dette kemiske element er ikke begrænset til det ydre rum. Atomisk oxygen, hvis nyttige egenskaber er blevet identificeret, men endnu flere af dem mangler at blive undersøgt, har fundet mange medicinskeapplikationer.
Det bruges til at teksturere overfladen af polymerer og gøre dem i stand til at smelte sammen med knogler. Polymerer frastøder norm alt knogleceller, men det kemisk aktive element skaber en tekstur, der forbedrer vedhæftningen. Dette fører til en anden fordel, som atomisk ilt bringer - behandlingen af sygdomme i bevægeapparatet.
Dette oxidationsmiddel kan også bruges til at fjerne biologisk aktive kontaminanter fra kirurgiske implantater. Selv med moderne steriliseringspraksis kan det være svært at fjerne alle bakteriecellerester, kaldet endotoksiner, fra overfladen af implantater. Disse stoffer er organiske, men ikke levende, så sterilisering er ikke i stand til at fjerne dem. Endotoksiner kan forårsage post-implantat inflammation, som er en af hovedårsagerne til smerter og potentielle komplikationer hos implantatpatienter.
Atomisk oxygen, hvis gavnlige egenskaber gør det muligt at rense protesen og fjerne alle spor af organiske materialer, reducerer risikoen for postoperativ inflammation markant. Dette fører til bedre resultater af operationer og færre smerter for patienterne.
Lettelse for diabetikere
Teknologien bruges også i glukosesensorer og andre life science-monitorer. De bruger optiske akrylfibre tekstureret med atomart oxygen. Denne behandling gør det muligt for fibrene at filtrere de røde blodlegemer fra, hvilket tillader blodserumet mere effektivt at komme i kontakt medkomponent af den kemiske registreringsmonitor.
Ifølge Sharon Miller, en elektrisk ingeniør i afdelingen for rummiljø og eksperimenter ved NASA's Glenn Research Center, gør dette testen mere nøjagtig, mens det kræver en meget mindre mængde blod for at måle en persons blodsukker. Du kan få en injektion næsten hvor som helst på din krop og få nok blod til at indstille dit blodsukkerniveau.
En anden måde at få atomær oxygen på er hydrogenperoxid. Det er et meget stærkere oxidationsmiddel end et molekylært. Dette skyldes den lethed, hvormed peroxid nedbrydes. Atomisk oxygen, som er dannet i dette tilfælde, virker meget mere energisk end molekylær oxygen. Dette er grunden til den praktiske brug af hydrogenperoxid: ødelæggelsen af molekyler af farvestoffer og mikroorganismer.
Restoration
Når kunstværker er i fare for irreversibel beskadigelse, kan atomart oxygen bruges til at fjerne organiske forurenende stoffer og efterlade malematerialet intakt. Processen fjerner alle organiske materialer som kul eller sod, men virker generelt ikke på malingen. Pigmenter er for det meste uorganiske og er allerede oxiderede, hvilket betyder, at ilt ikke vil beskadige dem. Organiske farvestoffer kan også reddes med omhyggelig timing af eksponering. Lærredet er fuldstændig sikkert, da atomart ilt kun kommer i kontakt med overfladen af maleriet.
Kunstværker placeres i et vakuumkammer, isom oxidanten produceres. Afhængigt af skadesgraden kan maleriet forblive der fra 20 til 400 timer. En strøm af atomær oxygen kan også bruges til specialbehandling af et beskadiget område med behov for restaurering. Dette eliminerer behovet for at placere kunstværker i et vakuumkammer.
Sod og læbestift er ikke et problem
Museer, gallerier og kirker er begyndt at kontakte GIC for at bevare og restaurere deres kunstværker. Forskningscentret har demonstreret evnen til at restaurere et beskadiget maleri af Jackson Pollack, fjerne læbestift fra et Andy Warhol-maleri og bevare røgbeskadigede lærreder i St. Stanislaus Church i Cleveland. Glenn Research Center-holdet brugte atomart ilt til at genoprette et stykke, der menes at være tabt, en århundreder gammel italiensk kopi af Raphaels Madonna in the Chair, ejet af St. Alban's Episcopal Church i Cleveland.
Ifølge banker er dette kemiske element meget effektivt. Ved kunstnerisk restaurering fungerer det perfekt. Det er ganske vist ikke noget, der kan købes på flaske, men det er meget mere effektivt.
Udforsker fremtiden
NASA har arbejdet på et refusionsberettiget grundlag med en række forskellige parter, der er interesserede i atomær oxygen. Glenn Research Center betjente personer, hvis uvurderlige kunstværker var blevet beskadiget i husbrande, såvel som virksomheder, der ledte efter anvendelser af stoffet.i biomedicinske applikationer såsom LightPointe Medical fra Eden Prairie, Minnesota. Virksomheden har opdaget mange anvendelsesmuligheder for atomær oxygen og søger at finde mere.
Ifølge banker er der mange uudforskede områder. Et betydeligt antal applikationer er blevet opdaget for rumteknologi, men der lurer sandsynligvis flere uden for rumteknologi.
Rum i menneskets tjeneste
Gruppen af videnskabsmænd håber at fortsætte med at udforske måder at bruge atomær oxygen på, såvel som lovende retninger, der allerede er fundet. Mange teknologier er blevet patenteret, og GIZ-teamet håber, at virksomheder vil licensere og kommercialisere nogle af dem, hvilket vil bringe endnu flere fordele for menneskeheden.
Under visse forhold kan atomart oxygen forårsage skade. Takket være NASA-forskere yder dette stof nu et positivt bidrag til udforskning af rummet og livet på Jorden. Uanset om det er bevarelse af uvurderlige kunstværker eller helbredelse af mennesker, er atomart ilt det stærkeste værktøj. At arbejde med ham belønnes hundrede gange, og dets resultater bliver synlige med det samme.
