Föreställ dig en ovärderlig målning som har ödelagts av en förödande brand. Vackra färger, omsorgsfullt applicerade i många nyanser, försvann under lager av svart sot. Det verkar som om mästerverket är oåterkalleligt förlorat.
Vetenskapsmagi
Men misströsta inte. Bilden placeras i en vakuumkammare, inuti vilken ett osynligt kraftfullt ämne som kallas atomärt syre skapas. Under loppet av flera timmar eller dagar försvinner placket sakta men säkert och färgerna börjar dyka upp igen. Avslutad med ett nytt lager klarlack återgår målningen till sin forna glans.
Det kan verka som magi, men det är vetenskap. Metoden, utvecklad av forskare vid NASA:s Glenn Research Center (GRC), använder atomärt syre för att bevara och återställa annars irreparabelt skadad konst. Ämnet ocksåkan fullständigt sterilisera kirurgiska implantat avsedda för människokroppen, vilket avsevärt minskar risken för inflammation. För diabetespatienter kan det förbättra en glukosövervakningsanordning som bara kräver en del av det blod som tidigare behövts för testning så att patienter kan övervaka deras tillstånd. Ämnet kan strukturera ytan på polymerer för bättre vidhäftning av benceller, vilket öppnar för nya möjligheter inom medicinen.
Och detta kraftfulla ämne kan fås direkt ur luften.
Atomiskt och molekylärt syre
Syre finns i flera olika former. Gasen vi andas in kallas O2, vilket betyder att den består av två atomer. Det finns också atomärt syre, vars formel är O (en atom). Den tredje formen av detta kemiska element är O3. Detta är ozon, som till exempel finns i jordens övre atmosfär.
Atomiskt syre under naturliga förhållanden på jordens yta kan inte existera på länge. Den har en extremt hög reaktivitet. Till exempel bildar atomärt syre i vatten väteperoxid. Men i rymden, där det finns mycket ultraviolett strålning, går O2 molekyler sönder lättare för att bilda en atomform. Atmosfären i låg omloppsbana om jorden består av 96 % atomärt syre. I början av NASAs rymdfärjauppdrag orsakade det problem.
Harm for good
Enligt Bruce Banks, senior fysikerPå Alphaport, en forskningsavdelning för rymdmiljöer till Glenn Center, såg materialen i dess konstruktion efter de första flygningarna ut som om de var täckta av frost (de var kraftigt eroderade och strukturerade). Atomiskt syre reagerar med organiska rymdfarkosters hudmaterial och skadar dem gradvis.
GIZ började undersöka orsakerna till skadan. Som ett resultat skapade forskarna inte bara metoder för att skydda rymdfarkoster från atomärt syre, de hittade också ett sätt att använda den potentiella destruktiva kraften hos detta kemiska element för att förbättra livet på jorden.
Erosion i rymden
När en rymdfarkost befinner sig i låg omloppsbana om jorden (där bemannade fordon skjuts upp och där ISS är baserat), kan atomärt syre som bildas från den kvarvarande atmosfären reagera med rymdfarkostens yta och orsaka skada på dem. Under utvecklingen av stationens strömförsörjningssystem fanns det farhågor om att solcellsarrayer gjorda av polymerer snabbt skulle brytas ned på grund av verkan av denna aktiva oxidator.
Flexibelt glas
NASA hittade en lösning. En grupp forskare från Glenn Research Center utvecklade en tunnfilmsbeläggning för solceller som var immun mot verkan av ett frätande element. Kiseldioxid, eller glas, är redan oxiderat, så det kan inte skadas av atomärt syre. Forskareskapat en beläggning av transparent kiselglas, så tunn att den blev flexibel. Detta skyddsskikt fäster starkt på panelens polymer och skyddar den från erosion utan att kompromissa med någon av dess termiska egenskaper. Beläggningen har hittills framgångsrikt skyddat den internationella rymdstationens solpaneler och har även använts för att skydda Mirs solceller.
Solpanelerna har framgångsrikt överlevt mer än ett decennium i rymden, sa Banks.
Taming the Power
Genom att köra hundratals tester som var en del av utvecklingen av den atomära syreresistenta beläggningen fick ett team av forskare vid Glenn Research Center erfarenhet av att förstå hur kemikalien fungerar. Experterna såg andra möjligheter att använda det aggressiva elementet.
Enligt Banks blev gruppen medveten om förändringen i ytkemin, erosionen av organiska material. Atomiskt syre har sådana egenskaper att det kan ta bort alla organiskt kolväten som inte lätt reagerar med vanliga kemikalier.
Forskare har upptäckt många sätt att använda den. De lärde sig att atomärt syre förvandlar ytorna på silikoner till glas, vilket kan vara användbart för att göra komponenter hermetiskt förslutna utan att de klibbar vid varandra. Denna process utvecklades för att försegla den internationella rymdstationen. Dessutom har forskare upptäckt att atomärt syre kan reparera och underhålla skadade celler.konstverk, förbättra materialen i flygplansstrukturer, samt gynna människor, eftersom det kan användas i en mängd olika biomedicinska tillämpningar.
Kameror och bärbara enheter
Det finns olika sätt på vilka atomärt syre kan påverka en yta. Vakuumkammare används oftast. De varierar i storlek från en skokartong till en installation på 1,2 x 1,8 x 0,9 m. Med hjälp av mikrovågs- eller radiofrekvent strålning bryts O2 molekyler ner till atomärt syre. Ett polymerprov placeras i kammaren, vars erosionsnivå indikerar koncentrationen av den aktiva substansen inuti installationen.
Ett annat sätt att applicera ett ämne är en bärbar enhet som låter dig rikta en smal ström av oxidationsmedel till ett specifikt mål. Det är möjligt att skapa ett batteri av sådana bäckar som kan täcka ett stort område av den behandlade ytan.
När mer forskning görs visar ett växande antal industrier intresse för att använda atomärt syre. NASA har etablerat många partnerskap, joint ventures och dotterbolag som har varit framgångsrika inom många kommersiella områden i de flesta fall.
Atomsyre för kroppen
Studeringen av omfattningen av detta kemiska element är inte begränsad till yttre rymden. Atomiskt syre, vars användbara egenskaper har identifierats, men ännu fler av dem återstår att studera, har hittat många medicinskaapplikationer.
Den används för att texturera ytan på polymerer och göra dem i stånd att smälta samman med ben. Polymerer stöter vanligtvis bort benceller, men det kemiskt aktiva elementet skapar en textur som förbättrar vidhäftningen. Detta leder till en annan fördel som atomärt syre ger - behandlingen av sjukdomar i rörelseapparaten.
Detta oxidationsmedel kan också användas för att avlägsna biologiskt aktiva föroreningar från kirurgiska implantat. Även med moderna steriliseringsmetoder kan det vara svårt att ta bort alla bakteriecellsrester, så kallade endotoxiner, från implantatets yta. Dessa ämnen är organiska, men inte levande, så sterilisering kan inte ta bort dem. Endotoxiner kan orsaka inflammation efter implantatet, vilket är en av huvudorsakerna till smärta och potentiella komplikationer hos implantatpatienter.
Atomsyre, vars välgörande egenskaper gör att du kan rengöra protesen och ta bort alla spår av organiskt material, minskar risken för postoperativ inflammation avsevärt. Detta leder till bättre resultat av operationer och mindre smärta för patienterna.
Lättnad för diabetiker
Tekniken används även i glukossensorer och andra biovetenskapliga monitorer. De använder optiska akrylfibrer texturerade med atomärt syre. Denna bearbetning gör att fibrerna kan filtrera bort de röda blodkropparna, vilket gör att blodserumet mer effektivt kan komma i kontakt medkomponent i den kemiska avkänningsmonitorn.
Enligt Sharon Miller, en elektriker på Space Environment and Experiments Department vid NASA:s Glenn Research Center, gör detta testet mer exakt, samtidigt som det kräver en mycket mindre volym blod för att mäta en persons blodsocker. Du kan få en injektion nästan var som helst på kroppen och få tillräckligt med blod för att ställa in dina blodsockernivåer.
Ett annat sätt att få atomärt syre är väteperoxid. Det är ett mycket starkare oxidationsmedel än ett molekylärt. Detta beror på den lätthet med vilken peroxid sönderdelas. Atomiskt syre, som bildas i detta fall, verkar mycket mer energiskt än molekylärt syre. Detta är anledningen till den praktiska användningen av väteperoxid: förstörelsen av molekyler av färgämnen och mikroorganismer.
Restoration
När konstverk riskerar att få oåterkalleliga skador, kan atomärt syre användas för att avlägsna organiska föroreningar och lämna målningsmaterialet intakt. Processen tar bort alla organiska material som kol eller sot, men fungerar i allmänhet inte på färgen. Pigmenten är mestadels oorganiska och är redan oxiderade, vilket innebär att syre inte kommer att skada dem. Organiska färgämnen kan också sparas med noggrann exponeringstid. Duken är helt säker, eftersom atomärt syre bara kommer i kontakt med målningens yta.
Konstverk placeras i en vakuumkammare, isom oxidationsmedlet produceras. Beroende på graden av skada kan målningen ligga kvar där från 20 till 400 timmar. En ström av atomärt syre kan också användas för specialbehandling av ett skadat område i behov av restaurering. Detta eliminerar behovet av att placera konstverk i en vakuumkammare.
Sot och läppstift är inga problem
Museer, gallerier och kyrkor har börjat kontakta GIC för att bevara och restaurera sina konstverk. Forskningscentret har visat förmågan att återställa en skadad målning av Jackson Pollack, ta bort läppstift från en Andy Warhol-målning och bevara rökskadade dukar i St. Stanislaus Church i Cleveland. Teamet från Glenn Research Center använde atomärt syre för att återställa en bit som tros vara förlorad, en hundraårig italiensk kopia av Raphaels Madonna in the Chair, som ägs av St. Alban's Episcopal Church i Cleveland.
Enligt banker är detta kemiska element mycket effektivt. Vid konstnärlig restaurering fungerar det perfekt. Det här är visserligen inte något som kan köpas på flaska, men det är mycket effektivare.
Utforska framtiden
NASA har arbetat på återbetalningsbar basis med en mängd olika parter som är intresserade av atomärt syre. Glenn Research Center betjänade individer vars ovärderliga konstverk hade skadats i husbränder, såväl som företag som letade efter användningsområden för ämnet.i biomedicinska tillämpningar som LightPointe Medical i Eden Prairie, Minnesota. Företaget har upptäckt många användningsområden för atomärt syre och letar efter fler.
Enligt banker finns det många outforskade områden. Ett betydande antal tillämpningar har upptäckts för rymdteknik, men det finns förmodligen fler som lurar utanför rymdtekniken.
Rymden i människans tjänst
Gruppen av forskare hoppas kunna fortsätta att utforska sätt att använda atomärt syre, samt lovande anvisningar som redan hittats. Många tekniker har patenterats, och GIZ-teamet hoppas att företag kommer att licensiera och kommersialisera några av dem, vilket kommer att ge ännu fler fördelar för mänskligheten.
Under vissa förhållanden kan atomärt syre orsaka skada. Tack vare NASA-forskare ger detta ämne nu ett positivt bidrag till rymdutforskning och liv på jorden. Oavsett om det är bevarandet av ovärderliga konstverk eller helandet av människor är atomärt syre det starkaste verktyget. Att arbeta med honom belönas hundra gånger och resultatet blir synligt direkt.
