דמיינו לעצמכם ציור שלא יסולא בפז שנחרב בשריפה הרסנית. צבעים יפים, שהוחלו בקפידה בגוונים רבים, נעלמו מתחת לשכבות של פיח שחור. נראה שיצירת המופת אבדה ללא תקנה.
קסם מדע
אבל אל תתייאשו. התמונה ממוקמת בתא ואקום, שבתוכו נוצר חומר חזק בלתי נראה הנקרא חמצן אטומי. במהלך מספר שעות או ימים, הפלאק נעלם לאט אבל בטוח והצבעים מתחילים להופיע מחדש. הציור סיים עם שכבה טריה של לכה שקופה, הציור חוזר ליושנה.
זה אולי נראה כמו קסם, אבל זה מדע. השיטה, שפותחה על ידי מדענים במרכז המחקר גלן (GRC) של נאס א, משתמשת בחמצן אטומי כדי לשמר ולשחזר אמנות שניזוקה באופן בלתי הפיך. גם חומרמסוגל לעקר לחלוטין שתלים כירורגיים המיועדים לגוף האדם, מה שמפחית מאוד את הסיכון לדלקת. עבור חולי סוכרת, זה יכול לשפר מכשיר לניטור גלוקוז שידרוש רק חלק מהדם שנדרש בעבר לבדיקה, כך שהמטופלים יוכלו לעקוב אחר מצבם. החומר יכול ליצור מרקם של פני השטח של פולימרים להדבקה טובה יותר של תאי עצם, מה שפותח אפשרויות חדשות ברפואה.
וניתן להשיג את החומר העוצמתי הזה ישר מהאוויר.
חמצן אטומי ומולקולרי
חמצן קיים בכמה צורות שונות. הגז שאנו נושמים נקרא O2, כלומר הוא מורכב משני אטומים. יש גם חמצן אטומי, שהנוסחה שלו היא O (אטום אחד). הצורה השלישית של יסוד כימי זה היא O3. זהו אוזון, אשר, למשל, נמצא באטמוספירה העליונה של כדור הארץ.
חמצן אטומי בתנאים טבעיים על פני כדור הארץ לא יכול להתקיים במשך זמן רב. יש לו תגובתיות גבוהה במיוחד. לדוגמה, חמצן אטומי במים יוצר מי חמצן. אבל בחלל, שבו יש הרבה קרינה אולטרה סגולה, מולקולות O2 מתפרקות ביתר קלות ויוצרות צורה אטומית. האטמוספירה במסלול נמוך של כדור הארץ היא 96% חמצן אטומי. בימים הראשונים של משימות מעבורת החלל של נאס א, זה גרם לבעיות.
הרע לתמיד
לפי ברוס בנקס, פיזיקאי בכירבאלפאפורט, שלוחה לחקר סביבת החלל של מרכז גלן, לאחר הטיסות הראשונות של המעבורת, חומרי הבנייה שלה נראו כאילו הם מכוסים בכפור (הם נשחקו מאוד ובעלי מרקם). חמצן אטומי מגיב עם חומרי עור אורגניים של חללית, ופוגע בהם בהדרגה.
GIZ החלה לחקור את הסיבות לנזק. כתוצאה מכך, החוקרים לא רק יצרו שיטות להגנה על חלליות מחמצן אטומי, הם גם מצאו דרך להשתמש בכוח ההרס הפוטנציאלי של יסוד כימי זה כדי לשפר את החיים על פני כדור הארץ.
שחיקה בחלל
כאשר חללית נמצאת במסלול נמוך של כדור הארץ (היכן משוגרים כלי רכב מאוישים והיכן מבוססת ה-ISS), חמצן אטומי הנוצר מהאטמוספרה השיורית יכול להגיב עם פני החללית ולגרום להם נזק. במהלך פיתוח מערכת אספקת החשמל של התחנה, היו חששות שמערכי תאים סולאריים העשויים מפולימרים יתכלו במהירות עקב פעולת המחמצן הפעיל הזה.
זכוכית גמישה
נאס א מצאה פתרון. קבוצת מדענים ממרכז המחקר גלן פיתחה ציפוי סרט דק עבור תאים סולאריים שהיה חסין בפני פעולתו של יסוד מאכל. סיליקון דו חמצני, או זכוכית, כבר מחומצן, כך שלא ניתן להינזק מחמצן אטומי. חוקריםיצרו ציפוי של זכוכית סיליקון שקופה, כל כך דק שהפך גמיש. שכבת הגנה זו נצמדת בחוזקה לפולימר של הפאנל ומגינה עליו מפני שחיקה מבלי לפגוע באף אחת מהתכונות התרמיות שלו. הציפוי הגן עד כה בהצלחה על מערכי השמש של תחנת החלל הבינלאומית ושימש גם להגנה על התאים הסולאריים של מיר.
הפאנלים הסולאריים שרדו בהצלחה יותר מעשור בחלל, אמר בנקס.
Taming the Power
על ידי הפעלת מאות בדיקות שהיו חלק מפיתוח הציפוי העמיד לחמצן אטומי, צוות מדענים במרכז המחקר גלן צבר ניסיון בהבנת אופן פעולת הכימיקל. המומחים ראו אפשרויות אחרות לשימוש באלמנט האגרסיבי.
לפי בנקס, הקבוצה התוודעה לשינוי בכימיה של פני השטח, לשחיקה של חומרים אורגניים. התכונות של חמצן אטומי הן כאלה שהוא מסוגל להסיר כל פחמימן אורגני, שאינו מגיב בקלות עם כימיקלים רגילים.
חוקרים גילו דרכים רבות להשתמש בו. הם למדו שחמצן אטומי הופך את משטחי הסיליקונים לזכוכית, מה שיכול להיות שימושי ביצירת רכיבים אטומים הרמטית מבלי שהם יידבקו זה לזה. תהליך זה פותח כדי לאטום את תחנת החלל הבינלאומית. בנוסף, מדענים גילו שחמצן אטומי יכול לתקן ולתחזק תאים פגומים.יצירות אמנות, לשפר את החומרים של מבני מטוסים, כמו גם להועיל לאנשים, שכן ניתן להשתמש בו במגוון יישומים ביו-רפואיים.
מצלמות והתקנים ניידים
ישנן דרכים שונות שבהן חמצן אטומי יכול להשפיע על משטח. תאי ואקום נמצאים בשימוש הנפוץ ביותר. הם נעים בגודל מקופסת נעליים ועד מתקן בגודל 1.2 על 1.8 על 0.9 מ' באמצעות קרינת מיקרוגל או תדר רדיו, מולקולות O2 מתפרקות למצב של חמצן אטומי. בתא מונחת דגימת פולימר שרמת השחיקה שלה מעידה על ריכוז החומר הפעיל בתוך המתקן.
דרך נוספת ליישם חומר היא מכשיר נייד המאפשר לכוון זרם צר של מחמצן למטרה ספציפית. אפשר ליצור סוללה של נחלים כאלה שיכולים לכסות שטח גדול מהמשטח המטופל.
ככל שנעשה מחקר נוסף, מספר הולך וגדל של תעשיות מגלות עניין בשימוש בחמצן אטומי. נאס א הקימה שותפויות רבות, מיזמים משותפים וחברות בנות שזכו להצלחה בתחומים מסחריים רבים ברוב המקרים.
חמצן אטומי לגוף
המחקר של היקפו של יסוד כימי זה אינו מוגבל לחלל החיצון. חמצן אטומי, שתכונותיו השימושיות זוהו, אך עוד יותר מהם נותרו לחקור, מצא רפואיים רביםיישומים.
הוא משמש לטקסטורת פני השטח של פולימרים ולגרום להם להתמזג עם עצם. פולימרים בדרך כלל דוחים תאי עצם, אך האלמנט הפעיל מבחינה כימית יוצר מרקם המשפר את ההידבקות. זה מוביל ליתרון נוסף שמביא חמצן אטומי - טיפול במחלות של מערכת השרירים והשלד.
חומר המחמצן הזה יכול לשמש גם להסרת מזהמים פעילים ביולוגית משתלים כירורגיים. אפילו עם שיטות עיקור מודרניות, זה יכול להיות קשה להסיר את כל שאריות תאי החיידק, הנקראים אנדוטוקסינים, מפני השטח של השתלים. חומרים אלו הם אורגניים, אך אינם חיים, ולכן עיקור אינו מסוגל להסירם. אנדוטוקסינים עלולים לגרום לדלקת לאחר ההשתלה, שהיא אחד הגורמים העיקריים לכאב ולסיבוכים פוטנציאליים בחולי השתלה.
חמצן אטומי, שתכונותיו המועילות מאפשרות לנקות את התותבת ולהסיר את כל עקבות החומרים האורגניים, מפחית משמעותית את הסיכון לדלקת לאחר הניתוח. זה מוביל לתוצאות טובות יותר של ניתוחים ולפחות כאב עבור המטופלים.
הקלה לחולי סוכרת
הטכנולוגיה משמשת גם בחיישני גלוקוז ובמוניטורים אחרים של מדעי החיים. הם משתמשים בסיבים אופטיים אקריליים בעלי מרקם של חמצן אטומי. עיבוד זה מאפשר לסיבים לסנן את תאי הדם האדומים, מה שמאפשר לסרום הדם ליצור קשר יעיל יותר עםרכיב של צג החישה הכימי.
לפי שרון מילר, מהנדסת חשמל במחלקת סביבת החלל והניסויים במרכז המחקר גלן של נאס א, הדבר הופך את הבדיקה למדויקת יותר, תוך שהיא דורשת נפח דם קטן בהרבה כדי למדוד את רמת הסוכר בדם של אדם. אתה יכול לקבל זריקה כמעט בכל מקום בגוף שלך ולקבל מספיק דם כדי לקבוע את רמות הסוכר בדם.
דרך נוספת להשיג חמצן אטומי היא מי חמצן. זהו חומר מחמצן חזק הרבה יותר מאשר מולקולרי. זה נובע מהקלות שבה מי חמצן מתפרק. חמצן אטומי, שנוצר במקרה זה, פועל בצורה הרבה יותר אנרגטית מאשר חמצן מולקולרי. זו הסיבה לשימוש המעשי במי חמצן: הרס מולקולות של צבעים ומיקרואורגניזמים.
Restoration
כאשר יצירות אמנות נמצאות בסכנת נזק בלתי הפיך, ניתן להשתמש בחמצן אטומי כדי להסיר מזהמים אורגניים, ולהשאיר את חומר הציור שלם. התהליך מסיר את כל החומרים האורגניים כמו פחמן או פיח, אך בדרך כלל לא עובד על הצבע. הפיגמנטים הם ברובם אנאורגניים במקור והם כבר מחומצנים, מה שאומר שהחמצן לא יפגע בהם. ניתן להציל צבעים אורגניים גם בתזמון קפדני של החשיפה. הקנבס בטוח לחלוטין, שכן חמצן אטומי יוצר רק קשר עם פני השטח של הציור.
יצירות אמנות ממוקמות בתא ואקום, בשבו מיוצר המחמצן. בהתאם למידת הנזק, הציור יכול להישאר שם בין 20 ל-400 שעות. זרם חמצן אטומי יכול לשמש גם לטיפול מיוחד באזור פגוע הזקוק לשיקום. זה מבטל את הצורך להציב יצירות אמנות בתא ואקום.
פיח ושפתון הם לא בעיה
מוזיאונים, גלריות וכנסיות החלו ליצור קשר עם ה-GIC כדי לשמר ולשחזר את יצירות האמנות שלהם. מרכז המחקר הוכיח את היכולת לשחזר ציור פגום של ג'קסון פולק, להסיר שפתון מציור של אנדי וורהול, ולשמר קנבסים פגומים בעשן בכנסיית סנט סטניסלאוס בקליבלנד. צוות מרכז המחקר גלן השתמש בחמצן אטומי כדי לשחזר פריט שנחשב לאיבוד, עותק איטלקי בן מאות שנים של מדונה בכיסא של רפאל, בבעלות הכנסייה האפיסקופלית של סנט אלבן בקליבלנד.
לפי בנקים, היסוד הכימי הזה יעיל מאוד. בשחזור אמנותי, זה עובד בצורה מושלמת. נכון, זה לא משהו שאפשר לרכוש בבקבוק, אבל זה הרבה יותר יעיל.
חקר את העתיד
נאס א עבדה על בסיס בר-החזר עם מגוון גורמים המתעניינים בחמצן אטומי. מרכז המחקר גלן שירת אנשים שיצירות אמנות יקרות ערך שלהם נפגעו בשריפות בתים, וכן תאגידים שחיפשו שימושים בחומר.ביישומים ביו-רפואיים כגון LightPointe Medical מ-Eden Prairie, מינסוטה. החברה גילתה שימושים רבים לחמצן אטומי ומחפשת למצוא עוד.
לפי בנקים, ישנם אזורים רבים שלא נחקרו. מספר לא מבוטל של יישומים התגלו לטכנולוגיית חלל, אבל כנראה שעוד אורבים מחוץ לטכנולוגיית החלל.
חלל בשירות האדם
קבוצת המדענים מקווה להמשיך ולחקור דרכים להשתמש בחמצן אטומי, כמו גם כיוונים מבטיחים שכבר נמצאו. טכנולוגיות רבות נרשמו בפטנט, וצוות GIZ מקווה שחברות ירשינו וימסחרו חלק מהן, מה שיביא אפילו יותר יתרונות לאנושות.
בתנאים מסוימים, חמצן אטומי עלול לגרום לנזק. הודות לחוקרים של נאס א, החומר הזה תורם כעת תרומה חיובית לחקר החלל והחיים על פני כדור הארץ. בין אם מדובר בשימור של יצירות אמנות שלא יסולא בפז או בריפוי של אנשים, חמצן אטומי הוא הכלי החזק ביותר. העבודה איתו מתוגמלת פי מאה, ותוצאותיה נראות מיד.
