Predstavte si neoceniteľný obraz, ktorý zdevastoval ničivý požiar. Krásne farby, pracne nanášané v mnohých odtieňoch, zmizli pod vrstvami čiernych sadzí. Zdalo by sa, že majstrovské dielo je nenávratne stratené.
Vedecká mágia
Ale nezúfajte. Obraz je umiestnený vo vákuovej komore, v ktorej vzniká neviditeľná silná látka nazývaná atómový kyslík. V priebehu niekoľkých hodín alebo dní plak pomaly, ale isto mizne a farby sa začínajú znovu objavovať. Obraz, dokončený čerstvou vrstvou číreho laku, sa vracia k svojej bývalej sláve.
Môže sa to zdať ako mágia, ale je to veda. Metóda, ktorú vyvinuli vedci z Glenn Research Center (GRC) NASA, využíva atómový kyslík na zachovanie a obnovu inak neopraviteľne poškodeného umenia. Látka tieždokáže úplne sterilizovať chirurgické implantáty určené pre ľudské telo, čím výrazne znižuje riziko zápalu. Pre diabetických pacientov by to mohlo zlepšiť zariadenie na monitorovanie glukózy, ktoré by vyžadovalo iba časť krvi predtým potrebnej na testovanie, aby pacienti mohli sledovať svoj stav. Látka dokáže textúrovať povrch polymérov pre lepšiu priľnavosť kostných buniek, čo otvára nové možnosti v medicíne.
A túto účinnú látku možno získať priamo zo vzduchu.
Atómový a molekulárny kyslík
Kyslík existuje v niekoľkých rôznych formách. Plyn, ktorý dýchame, sa nazýva O2, čo znamená, že sa skladá z dvoch atómov. Existuje aj atómový kyslík, ktorého vzorec je O (jeden atóm). Tretia forma tohto chemického prvku je O3. Ide o ozón, ktorý sa napríklad nachádza v hornej atmosfére Zeme.
Atómový kyslík v prirodzených podmienkach na povrchu Zeme nemôže existovať dlho. Má extrémne vysokú reaktivitu. Napríklad atómový kyslík vo vode tvorí peroxid vodíka. Ale vo vesmíre, kde je veľa ultrafialového žiarenia, molekuly O2 sa ľahšie rozpadajú a vytvárajú atómovú formu. Atmosféru na nízkej obežnej dráhe Zeme tvorí z 96 % atómový kyslík. V prvých dňoch misií raketoplánov NASA to spôsobovalo problémy.
Škoda pre dobro
Podľa Brucea Banksa, hlavného fyzikaV Alphaport, pobočke Glennovho centra pre výskum kozmického prostredia, po niekoľkých prvých letoch raketoplánu materiály jeho konštrukcie vyzerali, akoby boli pokryté námrazou (boli silne erodované a štruktúrované). Atómový kyslík reaguje s organickými kožnými materiálmi kozmickej lode a postupne ich poškodzuje.
GIZ začala vyšetrovať príčiny škôd. Výsledkom bolo, že výskumníci nielenže vytvorili metódy na ochranu kozmickej lode pred atómovým kyslíkom, ale našli aj spôsob, ako využiť potenciálnu deštruktívnu silu tohto chemického prvku na zlepšenie života na Zemi.
Erózia vo vesmíre
Keď je kozmická loď na nízkej obežnej dráhe Zeme (kde štartujú pilotované vozidlá a kde sídli ISS), atómový kyslík vytvorený zo zvyškovej atmosféry môže reagovať s povrchom kozmickej lode a spôsobiť jej poškodenie. Počas vývoja napájacieho systému stanice existovali obavy, že polia solárnych článkov vyrobené z polymérov sa vplyvom tohto aktívneho okysličovadla rýchlo rozložia.
Flexibilné sklo
NASA našla riešenie. Skupina vedcov z Glenn Research Center vyvinula tenkovrstvový povlak pre solárne články, ktorý bol odolný voči pôsobeniu korozívneho prvku. Oxid kremičitý, čiže sklo, je už zoxidovaný, takže ho nemôže poškodiť atómový kyslík. Výskumnícivytvoril povlak z priehľadného kremíkového skla, taký tenký, že sa stal pružným. Táto ochranná vrstva silne priľne k polyméru panelu a chráni ho pred eróziou bez toho, aby sa narušili akékoľvek jeho tepelné vlastnosti. Povlak doteraz úspešne chránil solárne polia Medzinárodnej vesmírnej stanice a používal sa aj na ochranu solárnych článkov Mir.
Solárne panely úspešne prežili viac ako desaťročie vo vesmíre, povedal Banks.
Krotenie sily
Vykonaním stoviek testov, ktoré boli súčasťou vývoja povlaku odolného voči atómovému kyslíku, tím vedcov z výskumného centra Glenn získal skúsenosti s pochopením toho, ako chemikália funguje. Odborníci videli ďalšie možnosti využitia agresívneho prvku.
Podľa Banks si skupina uvedomila zmenu v chémii povrchu, eróziu organických materiálov. Vlastnosti atómového kyslíka sú také, že je schopný odstrániť akýkoľvek organický uhľovodík, ktorý len ťažko reaguje s bežnými chemikáliami.
Výskumníci objavili mnoho spôsobov, ako to využiť. Dozvedeli sa, že atómový kyslík premieňa povrchy silikónov na sklo, čo môže byť užitočné pri výrobe hermeticky uzavretých komponentov bez toho, aby sa k sebe lepili. Tento proces bol vyvinutý na utesnenie Medzinárodnej vesmírnej stanice. Okrem toho vedci zistili, že atómový kyslík dokáže opraviť a udržať poškodené bunky.umelecké diela, zlepšujú materiály leteckých konštrukcií a tiež prinášajú úžitok ľuďom, keďže sa dajú použiť v rôznych biomedicínskych aplikáciách.
Fotoaparáty a prenosné zariadenia
Existujú rôzne spôsoby, akými môže atómový kyslík ovplyvniť povrch. Najčastejšie sa používajú vákuové komory. Ich veľkosť sa pohybuje od krabice od topánok až po inštaláciu s rozmermi 1,2 x 1,8 x 0,9 m. Pomocou mikrovlnného alebo rádiofrekvenčného žiarenia sa molekuly O2 rozložia do stavu atómového kyslíka. Vzorka polyméru sa umiestni do komory, ktorej úroveň erózie indikuje koncentráciu účinnej látky vo vnútri zariadenia.
Ďalším spôsobom aplikácie látky je prenosné zariadenie, ktoré vám umožňuje nasmerovať úzky prúd okysličovadla na konkrétny cieľ. Je možné vytvoriť batériu takých prúdov, ktoré dokážu pokryť veľkú plochu ošetrovaného povrchu.
S pribúdajúcim výskumom čoraz viac priemyselných odvetví prejavuje záujem o používanie atómového kyslíka. NASA vytvorila mnoho partnerstiev, spoločných podnikov a dcérskych spoločností, ktoré boli vo väčšine prípadov úspešné v mnohých komerčných oblastiach.
Atómový kyslík pre telo
Štúdium rozsahu tohto chemického prvku nie je obmedzené na vesmír. Atómový kyslík, ktorého užitočné vlastnosti boli identifikované, ale ešte viac z nich je potrebné študovať, našiel mnoho medicínskychaplikácie.
Používa sa na textúrovanie povrchu polymérov a umožňuje ich spojenie s kosťou. Polyméry zvyčajne odpudzujú kostné bunky, ale chemicky aktívny prvok vytvára textúru, ktorá zvyšuje priľnavosť. To vedie k ďalšej výhode, ktorú atómový kyslík prináša – liečbe ochorení pohybového aparátu.
Toto oxidačné činidlo možno použiť aj na odstránenie biologicky aktívnych nečistôt z chirurgických implantátov. Dokonca aj pri moderných sterilizačných postupoch môže byť ťažké odstrániť všetky zvyšky bakteriálnych buniek, nazývané endotoxíny, z povrchu implantátov. Tieto látky sú organické, ale nie živé, takže sterilizácia ich nedokáže odstrániť. Endotoxíny môžu spôsobiť poimplantačný zápal, ktorý je jednou z hlavných príčin bolesti a potenciálnych komplikácií u pacientov s implantátom.
Atómový kyslík, ktorého prospešné vlastnosti umožňujú vyčistiť protézu a odstrániť všetky stopy organických materiálov, výrazne znižuje riziko pooperačných zápalov. To vedie k lepším výsledkom operácií a menšej bolesti pre pacientov.
Úľava pre diabetikov
Táto technológia sa používa aj v glukózových senzoroch a iných biologických monitoroch. Používajú akrylové optické vlákna s textúrou atómového kyslíka. Toto spracovanie umožňuje vláknam odfiltrovať červené krvinky, čo umožňuje, aby sa krvné sérum účinnejšie dostalo do kontaktu skomponent monitora chemického snímania.
Podľa Sharon Miller, elektroinžinierky v oddelení vesmírneho prostredia a experimentov v Glennovom výskumnom centre NASA, to robí test presnejším a zároveň vyžaduje oveľa menší objem krvi na meranie hladiny cukru v krvi človeka. Môžete dostať injekciu takmer kdekoľvek na tele a získať dostatok krvi na nastavenie hladín cukru v krvi.
Ďalším spôsobom, ako získať atómový kyslík, je peroxid vodíka. Je to oveľa silnejšie oxidačné činidlo ako molekulárne. Je to kvôli ľahkosti, s akou sa peroxid rozkladá. Atómový kyslík, ktorý v tomto prípade vzniká, pôsobí oveľa energickejšie ako molekulárny kyslík. Toto je dôvod praktického využitia peroxidu vodíka: ničenie molekúl farbív a mikroorganizmov.
Restoration
Keď umeleckým dielam hrozí nenávratné poškodenie, na odstránenie organických nečistôt možno použiť atómový kyslík, pričom náterový materiál zostane nedotknutý. Proces odstraňuje všetky organické materiály, ako je uhlík alebo sadze, ale vo všeobecnosti nefunguje na laku. Pigmenty sú väčšinou anorganického pôvodu a sú už oxidované, čo znamená, že kyslík ich nepoškodí. Organické farbivá sa dajú zachrániť aj starostlivým načasovaním expozície. Plátno je úplne bezpečné, pretože atómový kyslík sa dotýka iba povrchu obrazu.
Umelecké diela sú umiestnené vo vákuovej komore, vktorý oxidant vzniká. V závislosti od stupňa poškodenia tam môže maľba zostať 20 až 400 hodín. Prúd atómového kyslíka možno použiť aj na špeciálne ošetrenie poškodeného miesta, ktoré potrebuje obnovu. To eliminuje potrebu umiestňovať umelecké diela do vákuovej komory.
Saze a rúž nie sú problém
Múzeá, galérie a kostoly začali kontaktovať GIC, aby zachovali a zreštaurovali svoje umelecké diela. Výskumné centrum preukázalo schopnosť obnoviť poškodený obraz od Jacksona Pollacka, odstrániť rúž z obrazu Andyho Warhola a zachovať dymom poškodené plátna v kostole St. Stanislaus v Clevelande. Tím Glennovho výskumného centra použil atómový kyslík na obnovenie kúska, ktorý sa považoval za stratený, stáročnú taliansku kópiu Raphaelovej Madony v kresle, ktorú vlastní biskupský kostol sv. Albana v Clevelande.
Podľa bánk je tento chemický prvok veľmi účinný. Pri umeleckom reštaurovaní to funguje perfektne. Je pravda, že to nie je niečo, čo sa dá kúpiť vo fľaši, ale je to oveľa efektívnejšie.
Skúmanie budúcnosti
NASA spolupracovala na princípe refundácie s rôznymi stranami, ktoré sa zaujímali o atómový kyslík. Výskumné centrum Glenn slúžilo jednotlivcom, ktorých neoceniteľné umelecké diela boli poškodené pri požiaroch v dome, ako aj korporáciám, ktoré hľadali využitie tejto látky.v biomedicínskych aplikáciách, ako je LightPointe Medical z Eden Prairie, Minnesota. Spoločnosť objavila mnoho spôsobov využitia atómového kyslíka a hľadá ďalšie.
Podľa bánk existuje veľa neprebádaných oblastí. Značný počet aplikácií bol objavený pre vesmírne technológie, ale pravdepodobne ich číha viac mimo vesmírnych technológií.
Priestor v službách človeka
Skupina vedcov dúfa, že bude pokračovať v skúmaní spôsobov využitia atómového kyslíka, ako aj v už nájdených sľubných smeroch. Mnoho technológií bolo patentovaných a tím GIZ dúfa, že spoločnosti budú niektoré z nich licencovať a komercializovať, čo prinesie ľudstvu ešte viac výhod.
Za určitých podmienok môže atómový kyslík spôsobiť poškodenie. Vďaka výskumníkom z NASA táto látka teraz pozitívne prispieva k prieskumu vesmíru a životu na Zemi. Či už ide o záchranu neoceniteľných umeleckých diel alebo liečenie ľudí, atómový kyslík je tým najsilnejším nástrojom. Práca s ním je stonásobne odmenená a jej výsledky sú viditeľné okamžite.
