Wyobraź sobie bezcenny obraz, który został zniszczony przez niszczycielski pożar. Piękne farby, pieczołowicie nakładane w wielu odcieniach, znikały pod warstwami czarnej sadzy. Wydawałoby się, że arcydzieło jest bezpowrotnie stracone.
Magia nauki
Ale nie rozpaczaj. Obraz umieszczony jest w komorze próżniowej, w której powstaje niewidzialna potężna substancja zwana tlenem atomowym. W ciągu kilku godzin lub dni płytka powoli, ale pewnie znika, a kolory zaczynają się ponownie pojawiać. Wykończony świeżą warstwą bezbarwnego lakieru obraz powraca do dawnej świetności.
Może to wyglądać jak magia, ale to nauka. Metoda, opracowana przez naukowców z NASA Glenn Research Center (GRC), wykorzystuje tlen atomowy do zachowania i przywracania w inny sposób nieodwracalnie uszkodzonej sztuki. Substancja równieżzdolny do całkowitej sterylizacji implantów chirurgicznych przeznaczonych do organizmu człowieka, co znacznie zmniejsza ryzyko wystąpienia stanów zapalnych. W przypadku pacjentów z cukrzycą mogłoby to ulepszyć urządzenie do monitorowania glukozy, które wymagałoby tylko części krwi potrzebnej wcześniej do badania, aby pacjenci mogli monitorować swój stan. Substancja może teksturować powierzchnię polimerów dla lepszej adhezji komórek kostnych, co otwiera nowe możliwości w medycynie.
I tę potężną substancję można uzyskać prosto z powietrza.
Tlen atomowy i cząsteczkowy
Tlen istnieje w kilku różnych formach. Gaz, którym oddychamy, nazywa się O2, co oznacza, że składa się z dwóch atomów. Istnieje również tlen atomowy, którego wzór to O (jeden atom). Trzecią formą tego pierwiastka chemicznego jest O3. Jest to ozon, który znajduje się na przykład w górnych warstwach atmosfery Ziemi.
Tlen atomowy w naturalnych warunkach na powierzchni Ziemi nie może istnieć przez długi czas. Posiada niezwykle wysoką reaktywność. Na przykład tlen atomowy w wodzie tworzy nadtlenek wodoru. Ale w kosmosie, gdzie występuje dużo promieniowania ultrafioletowego, cząsteczki O2 łatwiej rozpadają się, tworząc formę atomową. Atmosfera na niskiej orbicie okołoziemskiej zawiera 96% tlenu atomowego. Na początku misji wahadłowców kosmicznych NASA powodowało to problemy.
Zaszkodzić na dobre
Według Bruce'a Banksa, starszego fizykaW Alphaport, filii Glenn Center zajmującej się badaniami środowiska kosmicznego, po kilku pierwszych lotach wahadłowca materiały, z których został wykonany, wyglądały, jakby były pokryte szronem (były silnie zerodowane i miały teksturę). Tlen atomowy reaguje z organicznymi materiałami ze skóry statku kosmicznego, stopniowo je uszkadzając.
GIZ zaczął badać przyczyny szkód. W rezultacie naukowcy nie tylko stworzyli metody ochrony statku kosmicznego przed tlenem atomowym, ale także znaleźli sposób na wykorzystanie potencjalnej niszczącej mocy tego pierwiastka chemicznego do poprawy życia na Ziemi.
Erozja w kosmosie
Kiedy statek kosmiczny znajduje się na niskiej orbicie okołoziemskiej (gdzie wystrzeliwane są pojazdy załogowe i gdzie stacjonuje ISS), tlen atomowy utworzony z szczątkowej atmosfery może reagować z powierzchnią statku kosmicznego, powodując jego uszkodzenie. Podczas opracowywania systemu zasilania stacji pojawiły się obawy, że matryce ogniw słonecznych wykonane z polimerów ulegną gwałtownej degradacji w wyniku działania tego aktywnego utleniacza.
Elastyczne szkło
NASA znalazła rozwiązanie. Grupa naukowców z Glenn Research Center opracowała cienkowarstwową powłokę do ogniw słonecznych, która była odporna na działanie korozyjnego pierwiastka. Dwutlenek krzemu, czyli szkło, jest już utleniony, więc nie może zostać uszkodzony przez tlen atomowy. Badaczestworzył powłokę z przezroczystego szkła silikonowego, tak cienką, że stała się elastyczna. Ta warstwa ochronna mocno przylega do polimeru panelu i chroni go przed erozją bez uszczerbku dla jego właściwości termicznych. Powłoka do tej pory skutecznie chroniła panele słoneczne Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, a także była używana do ochrony ogniw słonecznych Mir.
Panele słoneczne z powodzeniem przetrwały w kosmosie ponad dekadę, powiedział Banks.
Poskromienie mocy
Przeprowadzając setki testów, które były częścią rozwoju powłoki odpornej na tlen atomowy, zespół naukowców z Glenn Research Center zdobył doświadczenie w zrozumieniu działania tej substancji chemicznej. Eksperci dostrzegli inne możliwości wykorzystania agresywnego elementu.
Według Banksa grupa uświadomiła sobie zmianę w chemii powierzchni, erozję materiałów organicznych. Właściwości tlenu atomowego są takie, że jest on w stanie usunąć wszelkie organiczne węglowodory, które nie reagują łatwo ze zwykłymi chemikaliami.
Naukowcy odkryli wiele sposobów na jego wykorzystanie. Dowiedzieli się, że tlen atomowy zamienia powierzchnie silikonów w szkło, które może być przydatne do hermetycznego uszczelniania komponentów bez ich sklejania. Proces ten został opracowany w celu uszczelnienia Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Ponadto naukowcy odkryli, że tlen atomowy może naprawiać i utrzymywać uszkodzone komórki.dzieła sztuki, ulepszają materiały konstrukcji samolotów, a także przynoszą korzyści ludziom, ponieważ mogą być wykorzystywane w różnych zastosowaniach biomedycznych.
Kamery i urządzenia przenośne
Istnieją różne sposoby, w jakie tlen atomowy może wpływać na powierzchnię. Najczęściej stosuje się komory próżniowe. Ich rozmiary wahają się od pudełka po butach do instalacji o wymiarach 1,2 x 1,8 x 0,9 m. Za pomocą promieniowania mikrofalowego lub radiowego cząsteczki O2 są rozkładane do stanu tlenu atomowego. W komorze umieszczana jest próbka polimeru, której stopień erozji wskazuje na stężenie substancji czynnej wewnątrz instalacji.
Innym sposobem aplikacji substancji jest przenośne urządzenie, które pozwala skierować wąski strumień utleniacza na określony cel. Możliwe jest stworzenie baterii takich strumieni, które mogą pokryć dużą powierzchnię obrabianej powierzchni.
Wraz z kolejnymi badaniami, coraz więcej branż wykazuje zainteresowanie wykorzystaniem tlenu atomowego. NASA ustanowiła wiele partnerstw, spółek joint venture i spółek zależnych, które w większości przypadków odniosły sukces w wielu obszarach komercyjnych.
Atomowy tlen dla organizmu
Badanie zakresu tego pierwiastka chemicznego nie ogranicza się do przestrzeni kosmicznej. Tlen atomowy, którego użyteczne właściwości zostały zidentyfikowane, ale jeszcze więcej z nich pozostaje do zbadania, znalazł wiele medycznychaplikacje.
Służy do teksturowania powierzchni polimerów i umożliwienia ich łączenia się z kością. Polimery zwykle odpychają komórki kostne, ale pierwiastek aktywny chemicznie tworzy teksturę, która poprawia przyczepność. Prowadzi to do kolejnej korzyści, jaką niesie tlen atomowy - leczenia chorób układu mięśniowo-szkieletowego.
Ten utleniacz może być również używany do usuwania biologicznie aktywnych zanieczyszczeń z implantów chirurgicznych. Nawet przy nowoczesnych praktykach sterylizacji może być trudne usunięcie wszystkich pozostałości komórek bakteryjnych, zwanych endotoksynami, z powierzchni implantów. Substancje te są organiczne, ale nie żywe, więc sterylizacja nie jest w stanie ich usunąć. Endotoksyny mogą powodować stany zapalne po implantacji, które są jedną z głównych przyczyn bólu i potencjalnych powikłań u pacjentów z implantami.
Tlen atomowy, którego dobroczynne właściwości pozwalają na oczyszczenie protezy i usunięcie wszelkich śladów materiałów organicznych, znacznie zmniejsza ryzyko wystąpienia pooperacyjnych stanów zapalnych. Prowadzi to do lepszych wyników operacji i mniejszego bólu dla pacjentów.
Pomoc dla diabetyków
Technologia ta jest również wykorzystywana w czujnikach glukozy i innych monitorach stosowanych w naukach przyrodniczych. Wykorzystują światłowody akrylowe teksturowane tlenem atomowym. To przetwarzanie umożliwia włóknom odfiltrowanie czerwonych krwinek, dzięki czemu surowica krwi może skuteczniej kontaktować się zkomponent monitora czujników chemicznych.
Według Sharon Miller, inżyniera elektryka w Wydziale Środowiska Kosmicznego i Eksperymentów w NASA Glenn Research Center, sprawia to, że test jest dokładniejszy, a jednocześnie wymaga znacznie mniejszej objętości krwi do pomiaru poziomu cukru we krwi. Możesz zrobić zastrzyk prawie w dowolnym miejscu na ciele i uzyskać wystarczającą ilość krwi, aby ustawić poziom cukru we krwi.
Innym sposobem na uzyskanie tlenu atomowego jest nadtlenek wodoru. Jest znacznie silniejszym środkiem utleniającym niż molekularny. Wynika to z łatwości rozkładu nadtlenku. Powstający w tym przypadku tlen atomowy działa znacznie bardziej energetycznie niż tlen cząsteczkowy. To jest powód praktycznego zastosowania nadtlenku wodoru: niszczenie cząsteczek barwników i mikroorganizmów.
Renowacja
Gdy dzieła sztuki są zagrożone nieodwracalnym uszkodzeniem, do usunięcia zanieczyszczeń organicznych można użyć tlenu atomowego, pozostawiając nienaruszony materiał malarski. Proces usuwa wszystkie materiały organiczne, takie jak węgiel lub sadza, ale generalnie nie działa na farbę. Pigmenty są w większości pochodzenia nieorganicznego i są już utlenione, co oznacza, że tlen ich nie uszkodzi. Barwniki organiczne można również zachować, zachowując ostrożny czas ekspozycji. Płótno jest całkowicie bezpieczne, ponieważ tlen atomowy styka się tylko z powierzchnią obrazu.
Dzieła są umieszczane w komorze próżniowej, wktóry utleniacz jest wytwarzany. W zależności od stopnia zniszczenia, malowanie może tam pozostawać od 20 do 400 godzin. Strumień tlenu atomowego można również wykorzystać do specjalnego leczenia uszkodzonego obszaru wymagającego odbudowy. Eliminuje to konieczność umieszczania grafiki w komorze próżniowej.
Sadza i szminka to nie problem
Muzea, galerie i kościoły zaczęły kontaktować się z GIC w celu zachowania i renowacji swoich dzieł sztuki. Centrum badawcze wykazało zdolność do odrestaurowania uszkodzonego obrazu Jacksona Pollacka, usunięcia szminki z obrazu Andy'ego Warhola i zachowania płócien uszkodzonych przez dym w kościele św. Stanisława w Cleveland. Zespół Glenn Research Center użył tlenu atomowego, aby przywrócić fragment, który uważano za zaginiony, wiekową włoską kopię Madonny na krześle Rafaela, należącą do kościoła episkopalnego św. Albana w Cleveland.
Według Banksa ten pierwiastek chemiczny jest bardzo skuteczny. W renowacji artystycznej sprawdza się doskonale. To prawda, że nie jest to coś, co można kupić w butelce, ale jest o wiele bardziej skuteczne.
Odkrywanie przyszłości
NASA współpracowała na zasadzie zwrotu kosztów z różnymi stronami zainteresowanymi tlenem atomowym. Centrum Badawcze Glenna służyło osobom, których bezcenne dzieła sztuki zostały zniszczone w pożarach domów, a także korporacjom poszukującym zastosowań substancji.w zastosowaniach biomedycznych, takich jak LightPointe Medical of Eden Prairie, Minnesota. Firma odkryła wiele zastosowań tlenu atomowego i chce znaleźć więcej.
Według banków jest wiele niezbadanych obszarów. Odkryto znaczną liczbę zastosowań technologii kosmicznych, ale prawdopodobnie więcej czai się poza technologią kosmiczną.
Przestrzeń w służbie człowieka
Grupa naukowców ma nadzieję kontynuować badanie sposobów wykorzystania tlenu atomowego, a także obiecujących kierunków już odnalezionych. Wiele technologii zostało opatentowanych, a zespół GIZ ma nadzieję, że firmy będą licencjonować i skomercjalizować niektóre z nich, co przyniesie ludzkości jeszcze więcej korzyści.
W pewnych warunkach tlen atomowy może spowodować uszkodzenia. Dzięki naukowcom NASA substancja ta wnosi teraz pozytywny wkład w eksplorację kosmosu i życie na Ziemi. Niezależnie od tego, czy chodzi o zachowanie bezcennych dzieł sztuki, czy o uzdrawianie ludzi, tlen atomowy jest najsilniejszym narzędziem. Praca z nim jest wynagradzana stokrotnie, a jej rezultaty widoczne są od razu.
