Kuvittele korvaamaton maalaus, jonka tuhoisa tulipalo on tuhonnut. Kauniit, monissa sävyissä huolellisesti levitetyt maalit katosivat mustan nokikerrosten alle. Näyttäisi siltä, että mestariteos on peruuttamattomasti kadonnut.
Tieteen magia
Mutta älä vaivu. Kuva sijoitetaan tyhjiökammioon, jonka sisään syntyy näkymätön voimakas aine, nimeltään atominen happi. Useiden tuntien tai päivien kuluessa plakki katoaa hitaasti mutta varmasti ja värit alkavat ilmaantua uudelleen. Tuoreella kirkkaalla lakalla viimeistelty maalaus palaa entiseen loistoonsa.
Se voi tuntua taik alta, mutta se on tiedettä. NASAn Glenn Research Centerin (GRC) tutkijoiden kehittämä menetelmä käyttää atomihappea säilyttämään ja palauttamaan muuten korjaamattomasti vahingoittunutta taidetta. Aine myöspystyy steriloimaan kokonaan ihmiskehoon tarkoitetut kirurgiset implantit, mikä vähentää merkittävästi tulehdusriskiä. Diabeetikoille se voisi parantaa glukoosin seurantalaitetta, joka vaatisi vain osan aiemmin testaukseen tarvittavasta verestä, jotta potilaat voivat seurata tilaansa. Aine voi teksturoida polymeerien pinnan luusolujen paremman kiinnittymisen varmistamiseksi, mikä avaa uusia mahdollisuuksia lääketieteessä.
Ja tämä voimakas aine voidaan saada suoraan tyhjästä.
Atominen ja molekyylihappi
Happea on useissa eri muodoissa. Kaasua, jota hengitämme, kutsutaan O2, mikä tarkoittaa, että se koostuu kahdesta atomista. On myös atomihappea, jonka kaava on O (yksi atomi). Tämän kemiallisen alkuaineen kolmas muoto on O3. Tämä on otsonia, jota löytyy esimerkiksi maan yläilmakehästä.
Atomien happea ei voi luonnollisissa olosuhteissa olla maan pinnalla pitkään aikaan. Sillä on erittäin korkea reaktiivisuus. Esimerkiksi atomihappi vedessä muodostaa vetyperoksidia. Mutta avaruudessa, jossa on paljon ultraviolettisäteilyä, O2 molekyylit hajoavat helpommin muodostaen atomimuodon. Matalan kiertoradan ilmakehässä on 96 % atomista happea. NASAn avaruussukkuloiden alkuaikoina se aiheutti ongelmia.
Haitata hyvää
Bruce Banksin, vanhempi fyysikon, mukaanAlphaportissa, Glenn Centerin avaruusympäristötutkimuksen tytäryhtiössä, sukkulan ensimmäisten lentojen jälkeen sen rakennusmateriaalit näyttivät olevan huurteen peitossa (ne olivat voimakkaasti kuluneita ja teksturoituja). Atomihappi reagoi orgaanisten avaruusalusten pintamateriaalien kanssa ja vaurioittaa niitä vähitellen.
GIZ alkoi tutkia vahingon syitä. Tämän tuloksena tutkijat eivät vain luoneet menetelmiä avaruusalusten suojelemiseksi atomihapelta, vaan he löysivät myös tavan käyttää tämän kemiallisen alkuaineen mahdollista tuhovoimaa elämän parantamiseksi maapallolla.
Eroosio avaruudessa
Kun avaruusalus on matalalla Maan kiertoradalla (jossa miehitetyt ajoneuvot laukaistaan ja missä ISS sijaitsee), jäännösilmakehästä muodostuva atomihappi voi reagoida avaruusalusten pinnan kanssa ja vahingoittaa niitä. Aseman virransyöttöjärjestelmää kehitettäessä pelättiin, että polymeereistä valmistetut aurinkokennojärjestelmät hajoavat nopeasti tämän aktiivisen hapettimen vaikutuksesta.
Joustava lasi
NASA löysi ratkaisun. Glenn Research Centerin tutkijaryhmä kehitti aurinkokennoille ohutkalvopinnoitteen, joka oli immuuni syövyttävälle elementille. Piidioksidi eli lasi on jo hapettunut, joten atomihappi ei voi vahingoittaa sitä. Tutkijatloi läpinäkyvän piilasin pinnoitteen, joka oli niin ohut, että siitä tuli joustava. Tämä suojakerros kiinnittyy vahvasti paneelin polymeeriin ja suojaa sitä eroosiolta vaarantamatta sen lämpöominaisuuksia. Pinnoite on tähän mennessä onnistunut suojaamaan Kansainvälisen avaruusaseman aurinkokennoja, ja sitä on käytetty myös Mirin aurinkokennojen suojaamiseen.
Aurinkopaneelit ovat selviytyneet menestyksekkäästi yli vuosikymmenen avaruudessa, Banks sanoi.
Voiman kesyttäminen
Glenn Research Centerin tutkijaryhmä sai kokemusta kemikaalin toiminnan ymmärtämisestä suorittamalla satoja testejä, jotka olivat osa atomihapenkestävän pinnoitteen kehitystä. Asiantuntijat näkivät muita mahdollisuuksia käyttää aggressiivista elementtiä.
Banksin mukaan ryhmä tuli tietoiseksi pintakemian muutoksesta, orgaanisten materiaalien eroosioinnista. Atomihapen ominaisuudet ovat sellaiset, että se pystyy poistamaan kaikki orgaaniset hiilivedyt, jotka eivät helposti reagoi tavallisten kemikaalien kanssa.
Tutkijat ovat löytäneet monia tapoja käyttää sitä. He oppivat, että atomihappi muuttaa silikonien pinnat lasiksi, mikä voi olla hyödyllistä komponenttien tekemisessä hermeettisesti ilman, että ne tarttuvat toisiinsa. Tämä prosessi kehitettiin kansainvälisen avaruusaseman sulkemiseksi. Lisäksi tutkijat ovat havainneet, että atomihappi voi korjata ja ylläpitää vaurioituneita soluja.taideteoksia, parantaa lentokoneiden rakenteiden materiaaleja sekä hyödyttää ihmisiä, koska sitä voidaan käyttää erilaisissa biolääketieteen sovelluksissa.
Kamerat ja kannettavat laitteet
On olemassa useita tapoja, joilla atomihappi voi vaikuttaa pintaan. Yleisimmin käytetään tyhjiökammioita. Niiden koko vaihtelee kenkälaatikosta 1,2 x 1,8 x 0,9 m asennukseen. Mikroa alto- tai radiotaajuussäteilyä käyttämällä O2 molekyylejä hajotetaan atomihapen tilaan. Kammioon asetetaan polymeerinäyte, jonka eroosion taso osoittaa vaikuttavan aineen pitoisuuden laitoksen sisällä.
Toinen tapa levittää ainetta on kannettava laite, jonka avulla voit ohjata kapean hapetusaineen virran tiettyyn kohteeseen. Tällaisista virroista on mahdollista luoda paristo, joka voi peittää suuren alueen käsitellystä pinnasta.
Kun enemmän tutkimusta tehdään, yhä useammat teollisuudenalat osoittavat kiinnostusta atomihapen käyttöön. NASA on perustanut monia kumppanuuksia, yhteisyrityksiä ja tytäryhtiöitä, jotka ovat useimmissa tapauksissa menestyneet monilla kaupallisilla aloilla.
Atominen happi keholle
Tämän kemiallisen alkuaineen laajuuden tutkimus ei rajoitu ulkoavaruuteen. Atomihappi, jonka hyödylliset ominaisuudet on tunnistettu, mutta vielä enemmän niistä on vielä tutkimatta, on löydetty monia lääketieteellisiäsovellukset.
Käytetään polymeerien pinnan teksturointiin ja niiden yhteensulautumiseen luun kanssa. Polymeerit yleensä hylkivät luusoluja, mutta kemiallisesti aktiivinen elementti luo rakenteen, joka parantaa tarttuvuutta. Tämä johtaa toiseen hyötyyn, jonka atomihappi tuo mukanaan - tuki- ja liikuntaelinten sairauksien hoitoon.
Tätä hapettavaa ainetta voidaan käyttää myös biologisesti aktiivisten kontaminanttien poistamiseen kirurgisista implanteista. Jopa nykyaikaisilla sterilointikäytännöillä voi olla vaikeaa poistaa kaikkia bakteerisolujäämiä, joita kutsutaan endotoksiineiksi, implanttien pinn alta. Nämä aineet ovat orgaanisia, mutta eivät eläviä, joten sterilointi ei pysty poistamaan niitä. Endotoksiinit voivat aiheuttaa implantin jälkeistä tulehdusta, joka on yksi tärkeimmistä kivun ja mahdollisten komplikaatioiden syistä implanttipotilailla.
Atomihappi, jonka hyödyllisten ominaisuuksien avulla voit puhdistaa proteesin ja poistaa kaikki orgaanisten materiaalien jäämät, vähentää merkittävästi postoperatiivisen tulehduksen riskiä. Tämä johtaa parempiin leikkaustuloksiin ja vähentää potilaiden kipua.
Apua diabeetikoille
Teknologiaa käytetään myös glukoosiantureissa ja muissa life science -monitoreissa. He käyttävät akryylioptisia kuituja, jotka on teksturoitu atomisella hapella. Tämän käsittelyn avulla kuidut suodattavat punasolut pois, jolloin veriseerumi pääsee tehokkaammin kosketuksiinkemiallisen tunnistusmonitorin komponentti.
NASA:n Glenn Research Centerin avaruusympäristö- ja -kokeiden osaston sähköinsinöörin Sharon Millerin mukaan tämä tekee testistä tarkemman, mutta vaatii paljon pienemmän verimäärän ihmisen verensokerin mittaamiseen. Voit saada ruiskeen melkein minne tahansa kehossasi ja saada tarpeeksi verta verensokeritasosi asettamiseksi.
Toinen tapa saada atomihappea on vetyperoksidi. Se on paljon vahvempi hapetin kuin molekyyli. Tämä johtuu siitä, että peroksidi hajoaa helposti. Atomihappi, joka muodostuu tässä tapauksessa, toimii paljon energisemmin kuin molekyylihappi. Tämä on syy vetyperoksidin käytännön käyttöön: väriainemolekyylien ja mikro-organismien tuhoaminen.
Restaurointi
Kun taideteokset ovat vaarassa vaurioitua peruuttamattomasti, atomihappea voidaan käyttää poistamaan orgaaniset epäpuhtaudet, jolloin maalausmateriaali jää ennalleen. Prosessi poistaa kaikki orgaaniset materiaalit, kuten hiilen tai noen, mutta ei yleensä toimi maaliin. Pigmentit ovat enimmäkseen epäorgaanista alkuperää ja ovat jo hapettuneet, mikä tarkoittaa, että happi ei vahingoita niitä. Orgaaniset väriaineet voidaan myös säästää huolellisella altistumisajoituksella. Kangas on täysin turvallinen, koska atomihappi koskettaa vain maalauksen pintaa.
Taideteokset sijoitetaan tyhjiökammioon, sisäänjossa hapetin muodostuu. Vaurioasteesta riippuen maalaus voi pysyä siellä 20 - 400 tuntia. Atomihappivirtausta voidaan käyttää myös ennallistamisen tarpeessa olevan vahingoittuneen alueen erikoiskäsittelyyn. Tämä eliminoi tarpeen sijoittaa taideteoksia tyhjiökammioon.
Noki ja huulipuna eivät ole ongelma
Museot, galleriat ja kirkot ovat alkaneet ottaa yhteyttä GIC:hen säilyttääkseen ja restauroidakseen taideteoksiaan. Tutkimuskeskus on osoittanut kyvyn entisöidä Jackson Pollackin vahingoittunut maalaus, poistaa huulipuna Andy Warholin maalauksesta ja säilyttää savuvaurioita kankaita St. Stanislausin kirkossa Clevelandissa. Glenn Research Centerin tiimi käytti atomihappea palauttaakseen kadonneen palan, vuosisatoja vanhan italialaisen kopion Rafaelin Madonna tuolissa, jonka omistaa Clevelandin St. Alban's Episcopal Church.
Banksin mukaan tämä kemiallinen alkuaine on erittäin tehokas. Taiteellisessa restauroinnissa se toimii täydellisesti. Totta, tätä ei voi ostaa pullossa, mutta se on paljon tehokkaampi.
Tulevaisuuteen tutustuminen
NASA on työskennellyt korvattavalla perusteella useiden atomihapesta kiinnostuneiden tahojen kanssa. Glenn Research Center palveli henkilöitä, joiden korvaamattomat taideteokset olivat vaurioituneet talopaloissa, sekä yrityksiä, jotka etsivät aineille käyttöä.biolääketieteen sovelluksissa, kuten LightPointe Medical of Eden Prairie, Minnesota. Yritys on löytänyt monia käyttötapoja atomiselle hapelle ja etsii lisää.
Pankkien mukaan tutkimattomia alueita on monia. Avaruusteknologialle on löydetty huomattava määrä sovelluksia, mutta avaruusteknologian ulkopuolella niitä luultavasti piilee enemmänkin.
Avaruus ihmisen palveluksessa
Tutkijaryhmä toivoo voivansa jatkaa atomihapen käyttötapojen sekä jo löydettyjen lupaavien ohjeiden tutkimista. Monet tekniikat on patentoitu, ja GIZ-tiimi toivoo, että yritykset lisensoivat ja kaupallistavat osan niistä, mikä tuo ihmiskunnalle entistä enemmän hyötyä.
Tietyissä olosuhteissa atomihappi voi aiheuttaa vahinkoa. NASAn tutkijoiden ansiosta tämä aine vaikuttaa nyt myönteisesti avaruustutkimukseen ja elämään maan päällä. Olipa kyseessä korvaamattomien taideteosten säilyttäminen tai ihmisten parantaminen, atomihappi on vahvin työkalu. Hänen kanssaan työskentely palkitaan satakertaisesti, ja sen tulokset näkyvät välittömästi.
