Պատկերացրեք մի անգին նկար, որն ավերվել է ավերիչ հրդեհից: Գեղեցիկ ներկերը, որոնք մանրակրկիտ կիրառվել են բազմաթիվ երանգներով, անհետացել են սև մուրի շերտերի տակ: Կարծես գլուխգործոցն անդառնալիորեն կորած է։
Գիտական մոգություն
Բայց մի հուսահատվեք. Նկարը տեղադրված է վակուումային խցիկում, որի ներսում ստեղծվում է անտեսանելի հզոր նյութ, որը կոչվում է ատոմային թթվածին։ Մի քանի ժամերի կամ օրերի ընթացքում ափսեը դանդաղ, բայց հաստատ անհետանում է, և գույները սկսում են նորից հայտնվել: Ավարտված մաքուր լաքի թարմ շերտով՝ նկարը վերադառնում է իր նախկին փառքին:
Դա կարող է թվալ կախարդական, բայց դա գիտություն է: Մեթոդը, որը մշակվել է NASA-ի Գլեն հետազոտական կենտրոնի (GRC) գիտնականների կողմից, օգտագործում է ատոմային թթվածին՝ այլ կերպ անուղղելիորեն վնասված արվեստը պահպանելու և վերականգնելու համար: Նյութը նույնպեսկարողանում է ամբողջությամբ ստերիլիզացնել մարդու օրգանիզմի համար նախատեսված վիրաբուժական իմպլանտները՝ զգալիորեն նվազեցնելով բորբոքման վտանգը։ Դիաբետով հիվանդների համար այն կարող է բարելավել գլյուկոզայի մոնիտորինգի սարքը, որը կպահանջի արյան միայն մի մասը, որն անհրաժեշտ էր նախկինում թեստավորման համար, որպեսզի հիվանդները կարողանան վերահսկել իրենց վիճակը: Նյութը կարող է հյուսել պոլիմերների մակերեսը՝ ոսկրային բջիջների ավելի լավ կպչունության համար, ինչը նոր հնարավորություններ է բացում բժշկության մեջ։
Եվ այս հզոր նյութը կարելի է ձեռք բերել ուղիղ օդից։
Ատոմային և մոլեկուլային թթվածին
Թթվածինը գոյություն ունի մի քանի տարբեր ձևերով: Գազը, որը մենք շնչում ենք, կոչվում է O2, այսինքն՝ այն կազմված է երկու ատոմից: Գոյություն ունի նաև ատոմային թթվածին, որի բանաձևն է O (մեկ ատոմ)։ Այս քիմիական տարրի երրորդ ձևը O3 է: Սա օզոնն է, որն, օրինակ, գտնվում է Երկրի մթնոլորտի վերին հատվածում։
Ատոմային թթվածինը բնական պայմաններում Երկրի մակերեսի վրա երկար ժամանակ չի կարող գոյություն ունենալ։ Այն ունի չափազանց բարձր ռեակտիվություն։ Օրինակ, ատոմային թթվածինը ջրում առաջացնում է ջրածնի պերօքսիդ: Բայց տիեզերքում, որտեղ շատ ուլտրամանուշակագույն ճառագայթում կա, O2 մոլեկուլները ավելի հեշտությամբ բաժանվում են՝ ձևավորելով ատոմային ձև: Երկրի ցածր ուղեծրի մթնոլորտը կազմում է 96% ատոմային թթվածին: ՆԱՍԱ-ի տիեզերական մաքոքային առաքելությունների առաջին օրերին դա խնդիրներ առաջացրեց։
Վնաս լավի դիմաց
Ըստ Բրյուս Բենքսի, ավագ ֆիզիկոսԳլեն կենտրոնի տիեզերական միջավայրի հետազոտման մասնաճյուղ Alphaport-ում, մաքոքի առաջին մի քանի թռիչքներից հետո, դրա կառուցման նյութերը կարծես ծածկված էին ցրտահարությամբ (դրանք խիստ քայքայված և հյուսվածքային էին): Ատոմային թթվածինը փոխազդում է օրգանական տիեզերանավի մաշկի նյութերի հետ՝ աստիճանաբար վնասելով դրանք։
GIZ-ը սկսել է հետաքննել վնասի պատճառները։ Արդյունքում, հետազոտողները ոչ միայն ստեղծեցին տիեզերանավերը ատոմային թթվածնից պաշտպանելու մեթոդներ, այլ նաև գտան այս քիմիական տարրի պոտենցիալ կործանարար ուժն օգտագործելու միջոց՝ Երկրի վրա կյանքը բարելավելու համար։
Էրոզիա տիեզերքում
Երբ տիեզերանավը գտնվում է Երկրի ցածր ուղեծրում (որտեղ թռչում են մարդատար մեքենաները և որտեղ տեղակայված է ISS-ը), մնացորդային մթնոլորտից առաջացած ատոմային թթվածինը կարող է արձագանքել տիեզերանավի մակերևույթի հետ՝ վնաս պատճառելով դրանց: Կայանի էներգամատակարարման համակարգի զարգացման ընթացքում մտավախություններ կային, որ պոլիմերներից պատրաստված արևային բջիջների զանգվածները արագորեն կքայքայվեն այս ակտիվ օքսիդիչի գործողության պատճառով:
Ճկուն ապակի
NASA-ն լուծում է գտել. Գլեն հետազոտական կենտրոնի մի խումբ գիտնականներ արևային բջիջների համար մշակել են բարակ թաղանթով ծածկույթ, որն անձեռնմխելի է քայքայիչ տարրի ազդեցությունից: Սիլիցիումի երկօքսիդը կամ ապակին արդեն օքսիդացված է, ուստի այն չի կարող վնասվել ատոմային թթվածնով։ Հետազոտողներստեղծել է թափանցիկ սիլիկոնե ապակուց ծածկույթ, այնքան բարակ, որ այն դարձել է ճկուն: Այս պաշտպանիչ շերտը ամուր կպչում է վահանակի պոլիմերին և պաշտպանում է այն էրոզիայից՝ չվնասելով դրա ջերմային հատկություններից որևէ մեկը: Ծածկույթը մինչ այժմ հաջողությամբ պաշտպանել է Միջազգային տիեզերակայանի արևային զանգվածները և օգտագործվել նաև Միրի արևային բջիջները պաշտպանելու համար:
Արևային մարտկոցները հաջողությամբ գոյատևել են ավելի քան մեկ տասնամյակ տիեզերքում, ասում է Բենքսը:
Հզորության սանձահարում
Կատարելով հարյուրավոր փորձարկումներ, որոնք մաս են կազմում ատոմային թթվածին դիմացկուն ծածկույթի մշակմանը, Գլեն հետազոտական կենտրոնի գիտնականների թիմը փորձ ձեռք բերեց հասկանալու, թե ինչպես է գործում քիմիական նյութը: Փորձագետները տեսան ագրեսիվ տարրի օգտագործման այլ հնարավորություններ։
Ըստ Բենքսի, խումբը տեղեկացավ մակերեսի քիմիայի փոփոխության, օրգանական նյութերի էրոզիայի մասին։ Ատոմային թթվածնի հատկություններն այնպիսին են, որ այն կարողանում է հեռացնել ցանկացած օրգանական ածխաջրածին, որը հեշտությամբ չի փոխազդում սովորական քիմիական նյութերի հետ։
Հետազոտողները հայտնաբերել են այն օգտագործելու բազմաթիվ եղանակներ: Նրանք իմացան, որ ատոմային թթվածինը սիլիկոնների մակերեսները վերածում է ապակու, ինչը կարող է օգտակար լինել բաղադրիչները հերմետիկորեն փակելու համար՝ առանց դրանք միմյանց կպչելու: Այս գործընթացը մշակվել է Միջազգային տիեզերական կայանը փակելու համար: Բացի այդ, գիտնականները հայտնաբերել են, որ ատոմային թթվածինը կարող է վերականգնել և պահպանել վնասված բջիջները:արվեստի գործեր, կատարելագործել ինքնաթիռների կառուցվածքների նյութերը, ինչպես նաև օգուտ քաղել մարդկանց, քանի որ այն կարող է օգտագործվել կենսաբժշկական տարբեր կիրառություններում:
Տեսախցիկներ և շարժական սարքեր
Գոյություն ունեն տարբեր եղանակներ, որոնցով ատոմային թթվածինը կարող է ազդել մակերեսի վրա: Առավել հաճախ օգտագործվում են վակուումային խցիկները: Դրանք տատանվում են կոշիկի տուփից մինչև 1,2 x 1,8 x 0,9 մ չափսերի տեղադրում: Միկրոալիքային կամ ռադիոհաճախականության ճառագայթման միջոցով O2 մոլեկուլները քայքայվում են մինչև ատոմային թթվածնի վիճակ: Խցիկում տեղադրվում է պոլիմերային նմուշ, որի էրոզիայի մակարդակը ցույց է տալիս ինստալացիայի ներսում ակտիվ նյութի կոնցենտրացիան։
Նյութ կիրառելու մեկ այլ միջոց է շարժական սարքը, որը թույլ է տալիս օքսիդացնողի նեղ հոսք ուղղել կոնկրետ թիրախ: Հնարավոր է ստեղծել այնպիսի հոսքերի մարտկոց, որը կարող է ծածկել մշակված մակերեսի մեծ տարածք:
Որքան ավելի շատ հետազոտություններ են կատարվում, աճող թվով արդյունաբերություններ հետաքրքրություն են ցուցաբերում ատոմային թթվածնի օգտագործման նկատմամբ: NASA-ն ստեղծել է բազմաթիվ գործընկերություններ, համատեղ ձեռնարկություններ և դուստր ձեռնարկություններ, որոնք շատ դեպքերում հաջողակ են եղել բազմաթիվ առևտրային ոլորտներում:
Ատոմային թթվածին մարմնի համար
Այս քիմիական տարրի շրջանակի ուսումնասիրությունը չի սահմանափակվում միայն արտաքին տարածությամբ: Ատոմային թթվածինը, որի օգտակար հատկությունները հայտնաբերվել են, բայց դրանցից ավելին դեռ պետք է ուսումնասիրվի, գտել է բազմաթիվ բժշկականհավելվածներ։
Այն օգտագործվում է պոլիմերների մակերեսը տեքստուրացնելու և դրանք ոսկորին միաձուլվելու համար: Պոլիմերները սովորաբար վանում են ոսկրային բջիջները, սակայն քիմիապես ակտիվ տարրը ստեղծում է հյուսվածք, որն ուժեղացնում է կպչունությունը: Սա հանգեցնում է մեկ այլ օգուտի, որը բերում է ատոմային թթվածինը` հենաշարժական համակարգի հիվանդությունների բուժումը:
Այս օքսիդացնող նյութը կարող է օգտագործվել նաև վիրաբուժական իմպլանտներից կենսաբանական ակտիվ աղտոտիչները հեռացնելու համար: Նույնիսկ ժամանակակից ստերիլիզացման պրակտիկաների դեպքում, իմպլանտների մակերեսից կարող է դժվար լինել հեռացնել բակտերիալ բջիջների բոլոր մնացորդները, որոնք կոչվում են էնդոտոքսիններ: Այս նյութերը օրգանական են, բայց ոչ կենդանի, ուստի ստերիլիզացումը ի վիճակի չէ հեռացնել դրանք։ Էնդոտոքսինները կարող են առաջացնել հետիմպլանտային բորբոքում, որը իմպլանտով հիվանդների մոտ ցավի և հնարավոր բարդությունների հիմնական պատճառներից մեկն է:
Ատոմային թթվածինը, որի օգտակար հատկությունները թույլ են տալիս մաքրել պրոթեզը և հեռացնել օրգանական նյութերի բոլոր հետքերը, զգալիորեն նվազեցնում է հետվիրահատական բորբոքման վտանգը։ Սա հանգեցնում է վիրահատությունների ավելի լավ արդյունքների և հիվանդների համար ավելի քիչ ցավի:
Օժանդակություն շաքարախտով հիվանդներին
Տեխնոլոգիան օգտագործվում է նաև գլյուկոզայի սենսորների և կյանքի գիտության այլ մոնիտորների մեջ: Նրանք օգտագործում են ակրիլային օպտիկական մանրաթելեր, որոնք հյուսված են ատոմային թթվածնով: Այս մշակումը թույլ է տալիս մանրաթելերին զտել կարմիր արյան բջիջները՝ թույլ տալով արյան շիճուկին ավելի արդյունավետ կապ հաստատելքիմիական զգայական մոնիտորի բաղադրիչ։
Ըստ NASA-ի Գլեն հետազոտական կենտրոնի Տիեզերական միջավայրի և փորձերի բաժնի էլեկտրիկ ինժեներ Շերոն Միլլերի, սա թեստն ավելի ճշգրիտ է դարձնում, մինչդեռ մարդու արյան շաքարը չափելու համար արյան շատ ավելի փոքր ծավալ է պահանջվում: Դուք կարող եք ներարկում կատարել ձեր մարմնի գրեթե ցանկացած կետում և ստանալ այնքան արյուն, որպեսզի ձեր արյան շաքարի մակարդակը սահմանվի:
Ատոմային թթվածին ստանալու մեկ այլ միջոց ջրածնի պերօքսիդն է: Այն շատ ավելի ուժեղ օքսիդացնող նյութ է, քան մոլեկուլայինը: Դա պայմանավորված է պերօքսիդի քայքայման հեշտությամբ: Ատոմային թթվածինը, որը ձևավորվում է այս դեպքում, շատ ավելի էներգետիկ է գործում, քան մոլեկուլային թթվածինը։ Սա է ջրածնի պերօքսիդի գործնական օգտագործման պատճառը՝ ներկանյութերի և միկրոօրգանիզմների մոլեկուլների ոչնչացումը։
Վերականգնում
Երբ արվեստի գործերն անդառնալի վնասման վտանգի տակ են, ատոմային թթվածինը կարող է օգտագործվել օրգանական աղտոտիչները հեռացնելու համար՝ թողնելով նկարչական նյութը անձեռնմխելի: Գործընթացը հեռացնում է բոլոր օրգանական նյութերը, ինչպիսիք են ածխածինը կամ մուրը, բայց հիմնականում ներկի վրա չի գործում: Գունանյութերը հիմնականում անօրգանական ծագում ունեն և արդեն օքսիդացված են, ինչը նշանակում է, որ թթվածինը չի վնասի դրանք։ Օրգանական ներկերը կարող են պահպանվել նաև բացահայտման զգույշ ժամանակացույցով: Կտավը լիովին անվտանգ է, քանի որ ատոմային թթվածինը շփվում է միայն նկարի մակերեսի հետ։
Արվեստի գործերը տեղադրվում են վակուումային խցիկում, ներսորը արտադրվում է օքսիդանտ: Կախված վնասի աստիճանից՝ նկարը կարող է այնտեղ մնալ 20-ից 400 ժամ։ Ատոմային թթվածնի հոսքը կարող է օգտագործվել նաև վերականգնման կարիք ունեցող վնասված տարածքի հատուկ բուժման համար: Սա վերացնում է արվեստի գործերը վակուումային խցիկում տեղադրելու անհրաժեշտությունը:
Մուրն ու շրթներկը խնդիր չեն
Թանգարանները, պատկերասրահները և եկեղեցիները սկսել են կապ հաստատել GIC-ի հետ՝ պահպանելու և վերականգնելու իրենց արվեստի գործերը: Հետազոտական կենտրոնը ցուցադրել է Ջեքսոն Փոլաքի վնասված նկարը վերականգնելու, Էնդի Ուորհոլի նկարից շրթներկը հեռացնելու և Քլիվլենդի Սուրբ Ստանիսլաուս եկեղեցում ծխից վնասված կտավները պահպանելու կարողությունը։ Գլեն հետազոտական կենտրոնի թիմը ատոմային թթվածին է օգտագործել՝ վերականգնելու համար կորած մի կտոր՝ Ռաֆայելի Մադոննայի Աթոռում դարավոր իտալական կրկնօրինակը, որը պատկանում էր Քլիվլենդի Սուրբ Ալբան եպիսկոպոսական եկեղեցուն::
Ըստ Բենքսի՝ այս քիմիական տարրը շատ արդյունավետ է։ Գեղարվեստական ռեստավրացիայի ժամանակ այն հիանալի է աշխատում։ Ճիշտ է, սա այն չէ, որ կարելի է գնել շշով, բայց շատ ավելի արդյունավետ է։
Բացահայտում ապագան
NASA-ն աշխատել է փոխհատուցվող հիմունքներով ատոմային թթվածնով հետաքրքրված տարբեր կողմերի հետ: Գլեն հետազոտական կենտրոնը սպասարկել է այն անհատներին, որոնց արվեստի անգին գործերը տուժել են տների հրդեհների հետևանքով, ինչպես նաև այն կորպորացիաներին, որոնք փնտրում են նյութի օգտագործումը:կենսաբժշկական ծրագրերում, ինչպիսին է LightPointe Medical of Eden Prairie, Մինեսոտա: Ընկերությունը հայտնաբերել է ատոմային թթվածնի բազմաթիվ կիրառություններ և փնտրում է ավելին:
Ըստ Բենքսի, կան բազմաթիվ չուսումնասիրված տարածքներ. Տիեզերական տեխնոլոգիաների համար զգալի թվով կիրառություններ են հայտնաբերվել, բայց տիեզերական տեխնոլոգիաներից դուրս, հավանաբար, ավելի շատ են թաքնված:
Տիեզերքը մարդու ծառայության մեջ
Գիտնականների խումբը հույս ունի շարունակել ատոմային թթվածնի օգտագործման ուղիների ուսումնասիրությունը, ինչպես նաև արդեն իսկ գտնված խոստումնալից ուղղությունները: Շատ տեխնոլոգիաներ արտոնագրվել են, և GIZ-ի թիմը հուսով է, որ ընկերությունները լիցենզավորելու և առևտրայնացնելու են դրանցից մի քանիսը, ինչը էլ ավելի մեծ օգուտներ կբերի մարդկությանը:
Որոշակի պայմաններում ատոմային թթվածինը կարող է վնաս պատճառել: ՆԱՍԱ-ի հետազոտողների շնորհիվ այս նյութն այժմ դրական ներդրում է ունենում տիեզերական հետազոտության և Երկրի վրա կյանքի գործում: Լինի դա արվեստի անգին գործերի պահպանում, թե մարդկանց բուժում, ատոմային թթվածինը ամենաուժեղ գործիքն է։ Նրա հետ աշխատելը հարյուրապատիկ պարգևատրվում է, և դրա արդյունքներն անմիջապես տեսանելի են դառնում։
