Φανταστείτε έναν ανεκτίμητο πίνακα που έχει καταστραφεί από μια καταστροφική πυρκαγιά. Όμορφες βαφές, εφαρμοσμένες με κόπο σε πολλές αποχρώσεις, εξαφανίστηκαν κάτω από στρώματα μαύρης αιθάλης. Φαίνεται ότι το αριστούργημα έχει χαθεί ανεπανόρθωτα.
Επιστημονική μαγεία
Αλλά μην απελπίζεστε. Η εικόνα τοποθετείται σε ένα θάλαμο κενού, μέσα στον οποίο δημιουργείται μια αόρατη ισχυρή ουσία που ονομάζεται ατομικό οξυγόνο. Κατά τη διάρκεια αρκετών ωρών ή ημερών, η πλάκα εξαφανίζεται αργά αλλά σταθερά και τα χρώματα αρχίζουν να επανεμφανίζονται. Ολοκληρωμένος με μια φρέσκια στρώση διαφανούς λάκας, ο πίνακας επιστρέφει στην παλιά του αίγλη.
Μπορεί να φαίνεται μαγικό, αλλά είναι επιστήμη. Η μέθοδος, που αναπτύχθηκε από επιστήμονες στο Ερευνητικό Κέντρο Γκλεν (GRC) της NASA, χρησιμοποιεί ατομικό οξυγόνο για να διατηρήσει και να αποκαταστήσει ανεπανόρθωτα κατεστραμμένη τέχνη. Ουσία επίσηςικανό να αποστειρώσει πλήρως τα χειρουργικά εμφυτεύματα που προορίζονται για το ανθρώπινο σώμα, μειώνοντας σημαντικά τον κίνδυνο φλεγμονής. Για τους διαβητικούς ασθενείς, θα μπορούσε να βελτιώσει μια συσκευή παρακολούθησης της γλυκόζης που θα απαιτούσε μόνο ένα μέρος του αίματος που χρειαζόταν προηγουμένως για τις εξετάσεις, έτσι ώστε οι ασθενείς να μπορούν να παρακολουθούν την κατάστασή τους. Η ουσία μπορεί να δημιουργήσει υφή στην επιφάνεια των πολυμερών για καλύτερη πρόσφυση των οστικών κυττάρων, κάτι που ανοίγει νέες δυνατότητες στην ιατρική.
Και αυτή η ισχυρή ουσία μπορεί να ληφθεί απευθείας από τον αέρα.
Ατομικό και μοριακό οξυγόνο
Το οξυγόνο υπάρχει σε πολλές διαφορετικές μορφές. Το αέριο που εισπνέουμε ονομάζεται O2, που σημαίνει ότι αποτελείται από δύο άτομα. Υπάρχει επίσης ατομικό οξυγόνο, ο τύπος του οποίου είναι Ο (ένα άτομο). Η τρίτη μορφή αυτού του χημικού στοιχείου είναι O3. Αυτό είναι το όζον, το οποίο, για παράδειγμα, βρίσκεται στην ανώτερη ατμόσφαιρα της Γης.
Ατομικό οξυγόνο σε φυσικές συνθήκες στην επιφάνεια της Γης δεν μπορεί να υπάρξει για μεγάλο χρονικό διάστημα. Έχει εξαιρετικά υψηλή αντιδραστικότητα. Για παράδειγμα, το ατομικό οξυγόνο στο νερό σχηματίζει υπεροξείδιο του υδρογόνου. Αλλά στο διάστημα, όπου υπάρχει πολλή υπεριώδης ακτινοβολία, τα μόρια O2 διασπώνται πιο εύκολα για να σχηματίσουν ατομική μορφή. Η ατμόσφαιρα στη χαμηλή τροχιά της Γης είναι 96% ατομικό οξυγόνο. Στις πρώτες μέρες των αποστολών του διαστημικού λεωφορείου της NASA, προκάλεσε προβλήματα.
Βλάβη για καλό
Σύμφωνα με τον Bruce Banks, ανώτερο φυσικόΣτο Alphaport, μια θυγατρική ερευνών για το διαστημικό περιβάλλον του Glenn Center, μετά τις πρώτες πτήσεις του λεωφορείου, τα υλικά της κατασκευής του έμοιαζαν σαν να ήταν καλυμμένα από παγετό (ήταν πολύ διαβρωμένα και υφή). Το ατομικό οξυγόνο αντιδρά με οργανικά υλικά δέρματος του διαστημόπλοιου, καταστρέφοντάς τα σταδιακά.
Το GIZ άρχισε να ερευνά τα αίτια της ζημιάς. Ως αποτέλεσμα, οι ερευνητές όχι μόνο δημιούργησαν μεθόδους για την προστασία των διαστημικών σκαφών από το ατομικό οξυγόνο, αλλά βρήκαν επίσης έναν τρόπο να χρησιμοποιήσουν την πιθανή καταστροφική δύναμη αυτού του χημικού στοιχείου για να βελτιώσουν τη ζωή στη Γη.
Διάβρωση στο διάστημα
Όταν ένα διαστημόπλοιο βρίσκεται σε χαμηλή τροχιά της Γης (όπου εκτοξεύονται επανδρωμένα οχήματα και όπου εδρεύει ο ISS), το ατομικό οξυγόνο που σχηματίζεται από την υπολειμματική ατμόσφαιρα μπορεί να αντιδράσει με την επιφάνεια του διαστημικού σκάφους, προκαλώντας ζημιά σε αυτά. Κατά την ανάπτυξη του συστήματος τροφοδοσίας του σταθμού, υπήρχαν ανησυχίες ότι οι συστοιχίες ηλιακών κυψελών από πολυμερή θα αποικοδομούνταν γρήγορα λόγω της δράσης αυτού του ενεργού οξειδωτικού.
Εύκαμπτο γυαλί
Η NASA βρήκε μια λύση. Μια ομάδα επιστημόνων από το Ερευνητικό Κέντρο Glenn ανέπτυξε μια επίστρωση λεπτής μεμβράνης για ηλιακά κύτταρα που ήταν ανοσία στη δράση ενός διαβρωτικού στοιχείου. Το διοξείδιο του πυριτίου, ή γυαλί, είναι ήδη οξειδωμένο, επομένως δεν μπορεί να καταστραφεί από το ατομικό οξυγόνο. Ερευνητέςδημιούργησε μια επίστρωση από διαφανές γυαλί πυριτίου, τόσο λεπτό που έγινε εύκαμπτο. Αυτό το προστατευτικό στρώμα προσκολλάται ισχυρά στο πολυμερές του πάνελ και το προστατεύει από τη διάβρωση χωρίς να διακυβεύεται καμία από τις θερμικές του ιδιότητες. Η επίστρωση έχει μέχρι στιγμής προστατεύσει με επιτυχία τις ηλιακές συστοιχίες του Διεθνούς Διαστημικού Σταθμού και έχει επίσης χρησιμοποιηθεί για την προστασία των ηλιακών κυψελών του Mir.
Τα ηλιακά πάνελ έχουν επιβιώσει με επιτυχία περισσότερο από μια δεκαετία στο διάστημα, είπε ο Banks.
Δαμάζοντας τη δύναμη
Με την εκτέλεση εκατοντάδων δοκιμών που αποτελούσαν μέρος της ανάπτυξης της ατομικής επίστρωσης ανθεκτικής στο οξυγόνο, μια ομάδα επιστημόνων στο Ερευνητικό Κέντρο Glenn απέκτησε εμπειρία στην κατανόηση του τρόπου λειτουργίας της χημικής ουσίας. Οι ειδικοί είδαν άλλες δυνατότητες για τη χρήση του επιθετικού στοιχείου.
Σύμφωνα με τον Banks, η ομάδα αντιλήφθηκε την αλλαγή στη χημεία της επιφάνειας, τη διάβρωση των οργανικών υλικών. Οι ιδιότητες του ατομικού οξυγόνου είναι τέτοιες που μπορεί να απομακρύνει κάθε οργανικό υδρογονάνθρακα, ο οποίος δεν αντιδρά εύκολα με τις συνηθισμένες χημικές ουσίες.
Ερευνητές έχουν ανακαλύψει πολλούς τρόπους για να το χρησιμοποιήσουν. Έμαθαν ότι το ατομικό οξυγόνο μετατρέπει τις επιφάνειες των σιλικονών σε γυαλί, το οποίο μπορεί να είναι χρήσιμο στο να γίνουν ερμητικά σφραγισμένα εξαρτήματα χωρίς να κολλάνε μεταξύ τους. Αυτή η διαδικασία αναπτύχθηκε για να σφραγίσει τον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό. Επιπλέον, οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι το ατομικό οξυγόνο μπορεί να επισκευάσει και να διατηρήσει τα κατεστραμμένα κύτταρα.έργα τέχνης, βελτιώνουν τα υλικά των κατασκευών των αεροσκαφών, καθώς και ωφελούν τους ανθρώπους, καθώς μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε ποικίλες βιοϊατρικές εφαρμογές.
Κάμερες και φορητές συσκευές
Υπάρχουν διάφοροι τρόποι με τους οποίους το ατομικό οξυγόνο μπορεί να επηρεάσει μια επιφάνεια. Οι θάλαμοι κενού χρησιμοποιούνται συχνότερα. Κυμαίνονται σε μεγέθη από κουτί παπουτσιών έως εγκατάσταση 1,2 x 1,8 x 0,9 m. Χρησιμοποιώντας ακτινοβολία μικροκυμάτων ή ραδιοσυχνοτήτων, τα μόρια O2 διασπώνται στην κατάσταση ατομικού οξυγόνου. Ένα δείγμα πολυμερούς τοποθετείται στον θάλαμο, το επίπεδο διάβρωσης του οποίου υποδηλώνει τη συγκέντρωση της δραστικής ουσίας μέσα στην εγκατάσταση.
Ένας άλλος τρόπος εφαρμογής μιας ουσίας είναι μια φορητή συσκευή που σας επιτρέπει να κατευθύνετε ένα στενό ρεύμα οξειδωτικού σε έναν συγκεκριμένο στόχο. Είναι δυνατό να δημιουργηθεί μια μπαταρία τέτοιων ρευμάτων που μπορεί να καλύψει μια μεγάλη περιοχή της επεξεργασμένης επιφάνειας.
Καθώς γίνεται περισσότερη έρευνα, ένας αυξανόμενος αριθμός βιομηχανιών δείχνει ενδιαφέρον για τη χρήση ατομικού οξυγόνου. Η NASA έχει δημιουργήσει πολλές συνεργασίες, κοινοπραξίες και θυγατρικές που σημείωσαν επιτυχία σε πολλούς εμπορικούς τομείς στις περισσότερες περιπτώσεις.
Ατομικό οξυγόνο για το σώμα
Η μελέτη του εύρους αυτού του χημικού στοιχείου δεν περιορίζεται στο διάστημα. Το ατομικό οξυγόνο, του οποίου οι χρήσιμες ιδιότητες έχουν εντοπιστεί, αλλά ακόμη περισσότερες από αυτές παραμένουν προς μελέτη, έχει βρει πολλά ιατρικάεφαρμογές.
Χρησιμοποιείται για την υφή της επιφάνειας των πολυμερών και τα καθιστά ικανά να συντήκονται με το κόκκαλο. Τα πολυμερή συνήθως απωθούν τα κύτταρα των οστών, αλλά το χημικά ενεργό στοιχείο δημιουργεί μια υφή που ενισχύει την πρόσφυση. Αυτό οδηγεί σε ένα άλλο όφελος που φέρνει το ατομικό οξυγόνο - τη θεραπεία ασθενειών του μυοσκελετικού συστήματος.
Αυτός ο οξειδωτικός παράγοντας μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την αφαίρεση βιολογικά ενεργών ρύπων από χειρουργικά εμφυτεύματα. Ακόμη και με τις σύγχρονες πρακτικές αποστείρωσης, μπορεί να είναι δύσκολο να αφαιρεθούν όλα τα υπολείμματα βακτηριακών κυττάρων, που ονομάζονται ενδοτοξίνες, από την επιφάνεια των εμφυτευμάτων. Αυτές οι ουσίες είναι οργανικές, αλλά όχι ζωντανές, επομένως η αποστείρωση δεν μπορεί να τις αφαιρέσει. Οι ενδοτοξίνες μπορούν να προκαλέσουν φλεγμονή μετά την εμφύτευση, η οποία είναι μία από τις κύριες αιτίες πόνου και πιθανών επιπλοκών σε ασθενείς με εμφύτευση.
Το ατομικό οξυγόνο, του οποίου οι ευεργετικές ιδιότητες σας επιτρέπουν να καθαρίσετε την πρόθεση και να αφαιρέσετε όλα τα ίχνη οργανικών υλικών, μειώνει σημαντικά τον κίνδυνο μετεγχειρητικής φλεγμονής. Αυτό οδηγεί σε καλύτερα αποτελέσματα των επεμβάσεων και λιγότερο πόνο για τους ασθενείς.
Ανακούφιση για διαβητικούς
Η τεχνολογία χρησιμοποιείται επίσης σε αισθητήρες γλυκόζης και άλλες οθόνες βιοεπιστημών. Χρησιμοποιούν ακρυλικές οπτικές ίνες με υφή ατομικού οξυγόνου. Αυτή η επεξεργασία επιτρέπει στις ίνες να φιλτράρουν τα ερυθρά αιμοσφαίρια, επιτρέποντας στον ορό του αίματος να έρθει σε πιο αποτελεσματική επαφή μεεξάρτημα της οθόνης χημικής ανίχνευσης.
Σύμφωνα με τη Sharon Miller, ηλεκτρολόγο μηχανικό στο Τμήμα Διαστημικού Περιβάλλοντος και Πειραμάτων στο Ερευνητικό Κέντρο Glenn της NASA, αυτό καθιστά το τεστ πιο ακριβές, ενώ απαιτεί πολύ μικρότερο όγκο αίματος για τη μέτρηση του σακχάρου στο αίμα ενός ατόμου. Μπορείτε να κάνετε μια ένεση σχεδόν οπουδήποτε στο σώμα σας και να πάρετε αρκετό αίμα για να ρυθμίσετε τα επίπεδα σακχάρου στο αίμα σας.
Ένας άλλος τρόπος για να αποκτήσετε ατομικό οξυγόνο είναι το υπεροξείδιο του υδρογόνου. Είναι πολύ πιο ισχυρός οξειδωτικός παράγοντας από έναν μοριακό. Αυτό οφείλεται στην ευκολία με την οποία το υπεροξείδιο αποσυντίθεται. Το ατομικό οξυγόνο, το οποίο σχηματίζεται σε αυτή την περίπτωση, δρα πολύ πιο ενεργειακά από το μοριακό οξυγόνο. Αυτός είναι ο λόγος για την πρακτική χρήση του υπεροξειδίου του υδρογόνου: η καταστροφή μορίων βαφών και μικροοργανισμών.
Αποκατάσταση
Όταν τα έργα τέχνης κινδυνεύουν να υποστούν μη αναστρέψιμη ζημιά, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ατομικό οξυγόνο για την απομάκρυνση οργανικών ρύπων, αφήνοντας ανέπαφο το υλικό της ζωγραφικής. Η διαδικασία αφαιρεί όλα τα οργανικά υλικά όπως άνθρακα ή αιθάλη, αλλά γενικά δεν λειτουργεί στο χρώμα. Οι χρωστικές είναι ως επί το πλείστον ανόργανης προέλευσης και έχουν ήδη οξειδωθεί, πράγμα που σημαίνει ότι το οξυγόνο δεν θα τις βλάψει. Οι οργανικές βαφές μπορούν επίσης να εξοικονομηθούν με προσεκτικό χρονοδιάγραμμα έκθεσης. Ο καμβάς είναι απολύτως ασφαλής, καθώς το ατομικό οξυγόνο έρχεται σε επαφή μόνο με την επιφάνεια του πίνακα.
Τα έργα τέχνης τοποθετούνται σε θάλαμο κενού, σεπου παράγεται το οξειδωτικό. Ανάλογα με τον βαθμό της ζημιάς, το βάψιμο μπορεί να παραμείνει εκεί από 20 έως 400 ώρες. Ένα ρεύμα ατομικού οξυγόνου μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για ειδική επεξεργασία μιας κατεστραμμένης περιοχής που χρειάζεται αποκατάσταση. Αυτό εξαλείφει την ανάγκη τοποθέτησης έργων τέχνης σε θάλαμο κενού.
Η αιθάλη και το κραγιόν δεν είναι πρόβλημα
Μουσεία, γκαλερί και εκκλησίες έχουν αρχίσει να επικοινωνούν με το GIC για να διατηρήσουν και να αποκαταστήσουν τα έργα τέχνης τους. Το ερευνητικό κέντρο έχει επιδείξει την ικανότητα να αποκαταστήσει έναν κατεστραμμένο πίνακα του Τζάκσον Πόλακ, να αφαιρέσει το κραγιόν από έναν πίνακα του Άντι Γουόρχολ και να διατηρήσει καμβάδες κατεστραμμένους από τον καπνό στην εκκλησία St. Stanislaus στο Κλίβελαντ. Η ομάδα του Ερευνητικού Κέντρου Glenn χρησιμοποίησε ατομικό οξυγόνο για να αποκαταστήσει ένα κομμάτι που πιστεύεται ότι είχε χαθεί, ένα ιταλικό αντίγραφο αιώνων της Παναγίας του Ραφαήλ στην καρέκλα, που ανήκει στην Επισκοπική Εκκλησία του Αγίου Άλμπαν στο Κλίβελαντ.
Σύμφωνα με τον Banks, αυτό το χημικό στοιχείο είναι πολύ αποτελεσματικό. Στην καλλιτεχνική αποκατάσταση λειτουργεί άψογα. Είναι αλήθεια ότι αυτό δεν είναι κάτι που μπορεί να αγοραστεί σε μπουκάλι, αλλά είναι πολύ πιο αποτελεσματικό.
Εξερευνώντας το μέλλον
Η NASA έχει συνεργαστεί με ανταποδοτική βάση με διάφορα μέρη που ενδιαφέρονται για το ατομικό οξυγόνο. Το Ερευνητικό Κέντρο Glenn εξυπηρετούσε άτομα των οποίων τα ανεκτίμητα έργα τέχνης είχαν καταστραφεί σε πυρκαγιές σπιτιών, καθώς και εταιρείες που αναζητούσαν χρήσεις για την ουσία.σε βιοϊατρικές εφαρμογές όπως το LightPointe Medical of Eden Prairie, Minnesota. Η εταιρεία έχει ανακαλύψει πολλές χρήσεις για το ατομικό οξυγόνο και ψάχνει να βρει περισσότερες.
Σύμφωνα με τον Banks, υπάρχουν πολλές ανεξερεύνητες περιοχές. Ένας σημαντικός αριθμός εφαρμογών έχει ανακαλυφθεί για τη διαστημική τεχνολογία, αλλά πιθανώς υπάρχουν περισσότερες εφαρμογές εκτός της διαστημικής τεχνολογίας.
Διάστημα στην υπηρεσία του ανθρώπου
Η ομάδα των επιστημόνων ελπίζει να συνεχίσει να διερευνά τρόπους χρήσης του ατομικού οξυγόνου, καθώς και υποσχόμενες οδηγίες που έχουν ήδη βρεθεί. Πολλές τεχνολογίες έχουν κατοχυρωθεί με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας και η ομάδα της GIZ ελπίζει ότι οι εταιρείες θα χορηγήσουν άδεια και θα εμπορευματοποιήσουν ορισμένες από αυτές, κάτι που θα φέρει ακόμη περισσότερα οφέλη στην ανθρωπότητα.
Υπό ορισμένες συνθήκες, το ατομικό οξυγόνο μπορεί να προκαλέσει βλάβη. Χάρη στους ερευνητές της NASA, αυτή η ουσία συμβάλλει τώρα θετικά στην εξερεύνηση του διαστήματος και στη ζωή στη Γη. Είτε πρόκειται για τη διατήρηση ανεκτίμητων έργων τέχνης είτε για τη θεραπεία ανθρώπων, το ατομικό οξυγόνο είναι το ισχυρότερο εργαλείο. Η συνεργασία μαζί του ανταμείβεται εκατονταπλάσια και τα αποτελέσματά της γίνονται ορατά αμέσως.
