Zamislite neprocjenjivu sliku koju je uništio razorni požar. Prekrasne boje, mukotrpno nanesene u mnogo nijansi, nestale su ispod slojeva crne čađi. Čini se da je remek djelo nepovratno izgubljeno.
Naučna magija
Ali ne očajavajte. Slika je smještena u vakuumsku komoru, unutar koje se stvara nevidljiva moćna supstanca nazvana atomski kisik. Tokom nekoliko sati ili dana, plak polako, ali sigurno nestaje i boje se počinju ponovo pojavljivati. Završena sa svežim slojem prozirnog laka, slika vraća nekadašnji sjaj.
Možda izgleda kao magija, ali to je nauka. Metoda, koju su razvili naučnici iz NASA-inog Glenn istraživačkog centra (GRC), koristi atomski kiseonik za očuvanje i restauraciju inače nepopravljivo oštećene umetnosti. Supstanca takođemogu u potpunosti sterilizirati kirurške implantate namijenjene ljudskom tijelu, značajno smanjujući rizik od upale. Za dijabetičare, to bi moglo poboljšati uređaj za praćenje glukoze koji bi zahtijevao samo dio krvi koji je prethodno bio potreban za testiranje kako bi pacijenti mogli pratiti svoje stanje. Supstanca može teksturirati površinu polimera radi bolje adhezije koštanih ćelija, što otvara nove mogućnosti u medicini.
A ova moćna supstanca se može dobiti direktno iz zraka.
Atomski i molekularni kiseonik
Kisik postoji u nekoliko različitih oblika. Gas koji udišemo zove se O2, što znači da se sastoji od dva atoma. Postoji i atomski kiseonik čija je formula O (jedan atom). Treći oblik ovog hemijskog elementa je O3. Ovo je ozon, koji se, na primjer, nalazi u gornjoj atmosferi Zemlje.
Atomski kiseonik u prirodnim uslovima na površini Zemlje ne može postojati dugo vremena. Ima izuzetno visoku reaktivnost. Na primjer, atomski kisik u vodi formira vodikov peroksid. Ali u svemiru, gdje ima puno ultraljubičastog zračenja, O2 molekuli se lakše raspadaju i formiraju atomski oblik. Atmosfera u niskoj Zemljinoj orbiti je 96% atomskog kiseonika. U ranim danima NASA-inih svemirskih šatlova, to je izazvalo probleme.
Šteta za dobro
Prema Bruceu Banksu, starijem fizičaruU Alphaportu, podružnici Glenn Centra za istraživanje svemirskog okoliša, nakon prvih nekoliko letova šatla, materijali njegove konstrukcije izgledali su kao da su prekriveni mrazom (bili su jako erodirani i teksturirani). Atomski kiseonik reaguje sa organskim materijalima kože svemirskih letelica, postepeno ih oštećujući.
GIZ je počeo da istražuje uzroke štete. Kao rezultat toga, istraživači ne samo da su stvorili metode za zaštitu svemirskih letjelica od atomskog kiseonika, već su pronašli i način da iskoriste potencijalnu destruktivnu moć ovog hemijskog elementa za poboljšanje života na Zemlji.
Erozija u svemiru
Kada je svemirska letjelica u niskoj Zemljinoj orbiti (gdje se lansiraju vozila s ljudskom posadom i gdje se nalazi ISS), atomski kisik formiran iz preostale atmosfere može reagirati s površinom svemirskog broda, uzrokujući njihovu štetu. Tokom razvoja sistema napajanja stanice, postojala je zabrinutost da bi se nizovi solarnih ćelija napravljeni od polimera brzo degradirali zbog djelovanja ovog aktivnog oksidatora.
Fleksibilno staklo
NASA je pronašla rješenje. Grupa naučnika iz Glenn istraživačkog centra razvila je tankoslojni premaz za solarne ćelije koji je bio imun na djelovanje korozivnog elementa. Silicijum dioksid, ili staklo, je već oksidiran, tako da ga atomski kiseonik ne može oštetiti. Istraživačistvorio premaz od prozirnog silikonskog stakla, toliko tanak da je postao fleksibilan. Ovaj zaštitni sloj čvrsto prianja na polimer panela i štiti ga od erozije bez ugrožavanja njegovih termičkih svojstava. Premaz je do sada uspješno štitio solarne nizove Međunarodne svemirske stanice, a koristio se i za zaštitu Mirovih solarnih ćelija.
Solarni paneli su uspješno preživjeli više od decenije u svemiru, rekao je Banks.
Taming the Power
Izvođenjem stotina testova koji su bili dio razvoja premaza otpornog na atomski kisik, tim naučnika iz Glenn istraživačkog centra stekao je iskustvo u razumijevanju kako hemikalija djeluje. Stručnjaci su vidjeli i druge mogućnosti korištenja agresivnog elementa.
Prema Banksu, grupa je postala svjesna promjene u površinskoj hemiji, erozije organskih materijala. Svojstva atomskog kiseonika su takva da je u stanju da ukloni bilo koji organski, ugljovodonik, koji ne reaguje lako sa običnim hemikalijama.
Istraživači su otkrili mnogo načina da ga koriste. Naučili su da atomski kisik pretvara površine silikona u staklo, što može biti korisno u pravljenju komponenti hermetički zatvorenih bez lijepljenja jedna za drugu. Ovaj proces je razvijen da zapečati Međunarodnu svemirsku stanicu. Osim toga, naučnici su otkrili da atomski kisik može popraviti i održavati oštećene stanice.umjetnička djela, poboljšavaju materijale konstrukcija aviona, kao i koriste ljudima, jer se mogu koristiti u raznim biomedicinskim primjenama.
Kamere i prenosivi uređaji
Postoje različiti načini na koje atomski kiseonik može uticati na površinu. Najčešće se koriste vakuumske komore. Njihove veličine variraju od kutije za cipele do instalacije dimenzija 1,2 x 1,8 x 0,9 m. Koristeći mikrotalasno ili radiofrekventno zračenje, O2 molekuli se razlažu do stanja atomskog kiseonika. U komoru se stavlja uzorak polimera, čiji nivo erozije ukazuje na koncentraciju aktivne supstance unutar instalacije.
Drugi način primjene supstance je prijenosni uređaj koji vam omogućava da usmjerite uski tok oksidatora na određenu metu. Moguće je napraviti bateriju takvih tokova koja može pokriti veliku površinu tretirane površine.
Kako se radi sve više istraživanja, sve veći broj industrija pokazuje interesovanje za korišćenje atomskog kiseonika. NASA je uspostavila mnoga partnerstva, zajednička ulaganja i podružnice koje su u većini slučajeva bile uspješne u mnogim komercijalnim područjima.
Atomski kiseonik za tijelo
Proučavanje opsega ovog hemijskog elementa nije ograničeno na svemir. Atomski kisik, čija su korisna svojstva identificirana, ali još više njih treba proučiti, pronašao je mnoge medicinskeaplikacije.
Koristi se za teksturiranje površine polimera i omogućavanje da se stapaju s kostima. Polimeri obično odbijaju koštane stanice, ali kemijski aktivni element stvara teksturu koja poboljšava prianjanje. Ovo dovodi do još jedne koristi koju atomski kiseonik donosi - lečenja bolesti mišićno-koštanog sistema.
Ovo oksidaciono sredstvo se takođe može koristiti za uklanjanje biološki aktivnih kontaminanata iz hirurških implantata. Čak i uz moderne prakse sterilizacije, može biti teško ukloniti sve ostatke bakterijskih stanica, zvane endotoksini, s površine implantata. Ove tvari su organske, ali nisu žive, pa ih sterilizacija ne može ukloniti. Endotoksini mogu uzrokovati postimplantacijske upale, što je jedan od glavnih uzroka boli i potencijalnih komplikacija kod pacijenata sa implantacijom.
Atomski kiseonik, čija blagotvorna svojstva omogućavaju čišćenje proteze i uklanjanje svih tragova organskih materijala, značajno smanjuje rizik od postoperativne upale. To dovodi do boljih ishoda operacija i manje boli za pacijente.
Olakšanje za dijabetičare
Tehnologija se također koristi u senzorima glukoze i drugim monitorima za nauku o životu. Koriste akrilna optička vlakna teksturirana atomskim kisikom. Ova obrada omogućava vlaknima da filtriraju crvena krvna zrnca, omogućavajući krvnom serumu da efikasnije kontaktirakomponenta hemijskog senzora.
Prema Sharon Miller, inženjeru elektrotehnike u Odjeljenju za svemirsko okruženje i eksperimente u NASA-inom istraživačkom centru Glenn, ovo čini test preciznijim, dok je za mjerenje šećera u krvi potreban mnogo manji volumen krvi. Možete dobiti injekciju gotovo bilo gdje na tijelu i dobiti dovoljno krvi da postavite nivo šećera u krvi.
Drugi način da dobijete atomski kiseonik je vodikov peroksid. Mnogo je jači oksidant od molekularnog. To je zbog lakoće s kojom se peroksid razlaže. Atomski kiseonik, koji nastaje u ovom slučaju, deluje mnogo energičnije od molekularnog kiseonika. To je razlog praktične upotrebe vodikovog peroksida: uništavanje molekula boja i mikroorganizama.
Restauracija
Kada su umjetnička djela u opasnosti od nepovratnog oštećenja, atomski kisik se može koristiti za uklanjanje organskih zagađivača, ostavljajući slikarski materijal netaknutim. Proces uklanja sve organske materijale kao što su ugljik ili čađ, ali općenito ne djeluje na boju. Pigmenti su uglavnom neorganskog porijekla i već su oksidirani, što znači da ih kisik neće oštetiti. Organske boje se takođe mogu sačuvati uz pažljivo vreme izlaganja. Platno je potpuno bezbedno, jer atomski kiseonik dolazi u kontakt samo sa površinom slike.
Umjetnička djela se stavljaju u vakuumsku komoru, ukoje proizvodi oksidans. U zavisnosti od stepena oštećenja, slika može ostati tamo od 20 do 400 sati. Struja atomskog kisika može se koristiti i za poseban tretman oštećenog područja kojem je potrebna restauracija. Ovo eliminiše potrebu za postavljanjem umetničkog dela u vakuumsku komoru.
Čađ i ruž za usne nisu problem
Muzeji, galerije i crkve počeli su kontaktirati GIC kako bi sačuvali i restaurirali svoja umjetnička djela. Istraživački centar je pokazao sposobnost restauracije oštećene slike Jacksona Pollacka, uklanjanja karmina sa slike Andyja Warhola i očuvanja platna oštećenih dimom u crkvi St. Stanislaus u Clevelandu. Tim Glenn Research Center koristio je atomski kiseonik da obnovi komad za koji se smatralo da je izgubljen, vekovima staru italijansku kopiju Rafaelove Madone u stolici, u vlasništvu Episkopalne crkve Svetog Albana u Klivlendu.
Prema Banksu, ovaj hemijski element je veoma efikasan. U umjetničkoj restauraciji radi savršeno. Istina, ovo nije nešto što se može kupiti u boci, ali je mnogo efikasnije.
Istraživanje budućnosti
NASA je radila na nadoknadivoj osnovi sa raznim stranama zainteresiranim za atomski kisik. Glenn istraživački centar služio je pojedincima čija su neprocjenjiva umjetnička djela oštećena u požarima u kućama, kao i korporacijama koje su tražile upotrebu te supstance.u biomedicinskim aplikacijama kao što je LightPointe Medical iz Eden Prairie, Minnesota. Kompanija je otkrila mnoge upotrebe atomskog kiseonika i traži da pronađe više.
Prema bankama, postoji mnogo neistraženih područja. Otkriven je značajan broj aplikacija za svemirsku tehnologiju, ali ih vjerovatno još vreba izvan svemirske tehnologije.
Prostor u službi čovjeka
Grupa naučnika se nada da će nastaviti da istražuje načine korišćenja atomskog kiseonika, kao i obećavajuće već pronađene pravce. Mnoge tehnologije su patentirane, a GIZ tim se nada da će kompanije licencirati i komercijalizirati neke od njih, što će donijeti još više koristi čovječanstvu.
Pod određenim uvjetima, atomski kisik može uzrokovati štetu. Zahvaljujući NASA-inim istraživačima, ova supstanca sada daje pozitivan doprinos istraživanju svemira i životu na Zemlji. Bilo da se radi o očuvanju neprocjenjivih umjetničkih djela ili o liječenju ljudi, atomski kisik je najjače oruđe. Rad sa njim je stostruko nagrađen, a rezultati postaju vidljivi odmah.
