Představte si neocenitelný obraz, který zdevastoval ničivý požár. Krásné barvy, pracně nanášené v mnoha odstínech, mizely pod vrstvami černých sazí. Zdálo by se, že mistrovské dílo je nenávratně ztraceno.
Science magic
Ale nezoufejte. Obraz je umístěn ve vakuové komoře, uvnitř které vzniká neviditelná mocná látka zvaná atomový kyslík. Během několika hodin nebo dnů plak pomalu, ale jistě mizí a barvy se začínají objevovat znovu. Obraz, opatřený čerstvým nátěrem bezbarvého laku, se vrací ke své bývalé slávě.
Může to vypadat jako kouzlo, ale je to věda. Metoda, kterou vyvinuli vědci z Glenn Research Center (GRC) NASA, využívá atomový kyslík k uchování a obnově jinak nenapravitelně poškozeného umění. Látka takédokáže kompletně sterilizovat chirurgické implantáty určené pro lidské tělo, čímž výrazně snižuje riziko zánětu. Pro pacienty s diabetem by to mohlo zlepšit zařízení pro monitorování glukózy, které by vyžadovalo pouze část krve, která byla dříve potřebná k testování, aby pacienti mohli sledovat svůj stav. Látka dokáže texturovat povrch polymerů pro lepší adhezi kostních buněk, což otevírá nové možnosti v medicíně.
A tuto mocnou látku lze získat přímo ze vzduchu.
Atomový a molekulární kyslík
Kyslík existuje v několika různých formách. Plyn, který dýcháme, se nazývá O2, což znamená, že se skládá ze dvou atomů. Existuje také atomový kyslík, jehož vzorec je O (jeden atom). Třetí formou tohoto chemického prvku je O3. Jedná se o ozón, který se například nachází v horních vrstvách atmosféry Země.
Atomový kyslík v přirozených podmínkách na povrchu Země nemůže dlouho existovat. Má extrémně vysokou reaktivitu. Například atomární kyslík ve vodě tvoří peroxid vodíku. Ale ve vesmíru, kde je hodně ultrafialového záření, se molekuly O2 rozpadají snadněji a tvoří atomovou formu. Atmosféru na nízké oběžné dráze Země tvoří z 96 % atomární kyslík. V prvních dnech misí raketoplánů NASA to způsobilo problémy.
Škoda k dobru
Podle Bruce Bankse, staršího fyzikaV Alphaport, pobočce Glenn Center pro výzkum vesmírného prostředí, po prvních několika letech raketoplánu materiály jeho konstrukce vypadaly, jako by byly pokryté námrazou (byly silně erodované a strukturované). Atomový kyslík reaguje s organickými materiály kůže kosmických lodí a postupně je poškozuje.
GIZ začala vyšetřovat příčiny škod. Výsledkem bylo, že výzkumníci nejen vytvořili metody ochrany kosmických lodí před atomovým kyslíkem, ale také našli způsob, jak využít potenciální destruktivní sílu tohoto chemického prvku ke zlepšení života na Zemi.
Eroze ve vesmíru
Když je kosmická loď na nízké oběžné dráze Země (kde startují pilotovaná vozidla a kde sídlí ISS), atomový kyslík vytvořený ze zbytkové atmosféry může reagovat s povrchem kosmické lodi a způsobit její poškození. Během vývoje napájecího systému stanice existovaly obavy, že pole solárních článků vyrobená z polymerů se působením tohoto aktivního okysličovadla rychle rozloží.
Flexibilní sklo
NASA našla řešení. Skupina vědců z Glenn Research Center vyvinula tenkovrstvý povlak pro solární články, který byl imunní vůči působení korozivního prvku. Oxid křemičitý, neboli sklo, je již zoxidovaný, takže jej nemůže poškodit atomární kyslík. Výzkumnícivytvořil povlak z průhledného křemíkového skla, tak tenký, že se stal pružným. Tato ochranná vrstva pevně přilne k polymeru panelu a chrání jej před erozí, aniž by došlo ke snížení jakýchkoliv jeho tepelných vlastností. Povlak dosud úspěšně chránil solární pole Mezinárodní vesmírné stanice a byl také použit k ochraně solárních článků Mir.
Solární panely úspěšně přežily více než deset let ve vesmíru, řekl Banks.
Zkrocení síly
Provedením stovek testů, které byly součástí vývoje povlaku odolného atomovému kyslíku, získal tým vědců z Glenn Research Center zkušenosti s pochopením toho, jak tato chemikálie funguje. Odborníci viděli další možnosti použití agresivního prvku.
Podle Bankse si skupina uvědomila změnu v chemii povrchu, erozi organických materiálů. Vlastnosti atomárního kyslíku jsou takové, že je schopen odstranit jakýkoli organický uhlovodík, který snadno nereaguje s běžnými chemikáliemi.
Výzkumníci objevili mnoho způsobů, jak to využít. Zjistili, že atomární kyslík mění povrchy silikonů na sklo, což může být užitečné při výrobě hermeticky uzavřených součástí, aniž by se k sobě lepily. Tento proces byl vyvinut k utěsnění Mezinárodní vesmírné stanice. Kromě toho vědci zjistili, že atomový kyslík dokáže opravit a udržet poškozené buňky.umělecká díla, zlepšují materiály leteckých konstrukcí a jsou také přínosem pro lidi, protože mohou být použity v různých biomedicínských aplikacích.
Fotoaparáty a přenosná zařízení
Existují různé způsoby, jak může atomární kyslík ovlivnit povrch. Nejčastěji se používají vakuové komory. Jejich velikost se pohybuje od krabice od bot až po instalaci 1,2 x 1,8 x 0,9 m. Pomocí mikrovlnného nebo radiofrekvenčního záření se molekuly O2 rozkládají do stavu atomárního kyslíku. Do komory je umístěn vzorek polymeru, jehož úroveň eroze udává koncentraci účinné látky uvnitř zařízení.
Dalším způsobem aplikace látky je přenosné zařízení, které umožňuje nasměrovat úzký proud okysličovadla na konkrétní cíl. Je možné vytvořit baterii takových proudů, které mohou pokrýt velkou plochu ošetřovaného povrchu.
S tím, jak se provádí další výzkum, stále větší počet průmyslových odvětví projevuje zájem o používání atomového kyslíku. NASA navázala mnoho partnerství, společných podniků a dceřiných společností, které byly ve většině případů úspěšné v mnoha komerčních oblastech.
Atomový kyslík pro tělo
Studium rozsahu tohoto chemického prvku není omezeno na vesmír. Atomový kyslík, jehož užitečné vlastnosti byly identifikovány, ale ještě více z nich zbývá prostudovat, našel mnoho lékařskýchaplikace.
Používá se k texturování povrchu polymerů a umožňuje jejich spojení s kostí. Polymery obvykle odpuzují kostní buňky, ale chemicky aktivní prvek vytváří texturu, která zvyšuje přilnavost. To vede k dalšímu benefitu, který atomový kyslík přináší – léčbě nemocí pohybového aparátu.
Toto oxidační činidlo lze také použít k odstranění biologicky aktivních nečistot z chirurgických implantátů. I při moderních sterilizačních postupech může být obtížné odstranit všechny zbytky bakteriálních buněk, nazývané endotoxiny, z povrchu implantátů. Tyto látky jsou organické, ale neživé, sterilizace je tedy nedokáže odstranit. Endotoxiny mohou způsobit poimplantační zánět, který je jednou z hlavních příčin bolesti a potenciálních komplikací u pacientů s implantátem.
Atomový kyslík, jehož blahodárné vlastnosti umožňují vyčistit protézu a odstranit všechny stopy organických materiálů, výrazně snižuje riziko pooperačních zánětů. To vede k lepším výsledkům operací a menší bolesti pro pacienty.
Úleva pro diabetiky
Tato technologie se také používá v glukózových senzorech a dalších biologických monitorech. Používají akrylová optická vlákna texturovaná atomárním kyslíkem. Toto zpracování umožňuje vláknům odfiltrovat červené krvinky, což krevnímu séru umožňuje efektivnější kontakt s červenými krvinkamisoučást monitoru chemického snímání.
Podle Sharon Millerové, elektroinženýrky z oddělení kosmického prostředí a experimentů v Glenn Research Center NASA, je díky tomu test přesnější a zároveň vyžaduje mnohem menší objem krve k měření hladiny cukru v krvi člověka. Injekci můžete dostat téměř kamkoli do těla a získat dostatek krve k nastavení hladiny cukru v krvi.
Dalším způsobem, jak získat atomový kyslík, je peroxid vodíku. Je to mnohem silnější oxidační činidlo než molekulární. To je způsobeno snadností, s jakou se peroxid rozkládá. Atomový kyslík, který v tomto případě vzniká, působí mnohem energetičtěji než molekulární kyslík. To je důvod pro praktické použití peroxidu vodíku: ničení molekul barviv a mikroorganismů.
Restaurování
Pokud uměleckým dílům hrozí nevratné poškození, lze k odstranění organických kontaminantů použít atomový kyslík, přičemž nátěrový materiál zůstane nedotčený. Tento proces odstraňuje všechny organické materiály, jako je uhlík nebo saze, ale obecně nefunguje na laku. Pigmenty jsou většinou anorganického původu a jsou již oxidované, což znamená, že je kyslík nepoškodí. Organická barviva lze také ušetřit pečlivým načasováním expozice. Plátno je zcela bezpečné, protože atomový kyslík se dotýká pouze povrchu obrazu.
Umělecká díla jsou umístěna ve vakuové komoře, vve kterém se oxidant vyrábí. V závislosti na stupni poškození zde může nátěr zůstat 20 až 400 hodin. Proud atomárního kyslíku lze také použít pro speciální ošetření poškozené oblasti, která potřebuje obnovu. To eliminuje potřebu umístit umělecká díla do vakuové komory.
Saze a rtěnka nejsou problém
Muzea, galerie a kostely začaly kontaktovat GIC, aby zachovaly a restaurovaly svá umělecká díla. Výzkumné centrum prokázalo schopnost obnovit poškozený obraz od Jacksona Pollacka, odstranit rtěnku z obrazu Andyho Warhola a uchovat kouřem poškozená plátna v kostele St. Stanislaus v Clevelandu. Tým Glenn Research Center použil atomový kyslík k obnově kusu, který se považoval za ztracený, staletou italskou kopii Raphaelovy Madony v křesle, kterou vlastní biskupská církev St. Alban's Episcopal Church v Clevelandu.
Podle Banks je tento chemický prvek velmi účinný. V uměleckém restaurování to funguje perfektně. Pravda, nejde o něco, co se dá koupit v lahvi, ale je to mnohem efektivnější.
Zkoumání budoucnosti
NASA spolupracovala na principu proplácení s různými stranami, které se zajímají o atomový kyslík. Výzkumné centrum Glenn sloužilo jednotlivcům, jejichž neocenitelná umělecká díla byla poškozena při požáru domu, i korporacím, které hledaly využití této látky.v biomedicínských aplikacích, jako je LightPointe Medical z Eden Prairie, Minnesota. Společnost objevila mnoho způsobů využití atomového kyslíku a hledá další.
Podle bank existuje mnoho neprobádaných oblastí. Pro vesmírné technologie bylo objeveno značné množství aplikací, ale pravděpodobně jich číhá více mimo vesmírné technologie.
Prostor ve službách člověka
Skupina vědců doufá, že bude pokračovat ve zkoumání způsobů využití atomového kyslíku, stejně jako v již nalezených slibných směrech. Mnoho technologií bylo patentováno a tým GIZ doufá, že společnosti některé z nich licencují a komercializují, což lidstvu přinese ještě více výhod.
Za určitých podmínek může atomový kyslík způsobit poškození. Díky výzkumníkům NASA tato látka nyní pozitivně přispívá k průzkumu vesmíru a životu na Zemi. Atomový kyslík je nejsilnějším nástrojem, ať už jde o uchování cenných uměleckých děl nebo o léčení lidí. Práce s ním je stokrát odměněna a její výsledky jsou okamžitě viditelné.
