Атамарным кісларод: карысныя ўласцівасці. Што такое атамарным кісларод?

Уявіце сабе неацэнную карціну, якая была сапсаваная разбуральным пажарам. Выдатныя фарбы, карпатліва нанесеныя ў мностве адценняў, схаваліся пад пластамі чорнай сажы. Здавалася б, шэдэўр незваротна згублены.

навуковае чараўніцтва

Але не варта адчайвацца. Карціна змяшчаецца ў вакуумную камеру, усярэдзіне якой ствараецца нябачная магутная субстанцыя, званая атамарным кіслародам. На працягу некалькіх гадзін або дзён павольна, але дакладна налёт сыходзіць, і колеры пачынаюць з'яўляцца зноў. Пакрытая свежым пластом празрыстага лаку, карціна вяртаецца ў былой славе.

Можа здацца, што гэта чараўніцтва, але гэта навука. Метад, распрацаваны навукоўцамі ў Гленновском даследчым цэнтры (ГИЦ) НАСА, выкарыстоўвае атамарным кісларод для захавання і аднаўлення твораў мастацтва, якім інакш быў бы нанесены непапраўны ўрон. Рэчыва таксама здольна цалкам стэрылізаваць хірургічныя імплантаты, прызначаныя для чалавечага цела, што значна зніжае рызыку запалення. Для пацыентаў з цукровым дыябетам яно можа палепшыць прылада маніторынгу глюкозы, для якога спатрэбіцца толькі частка крыві, раней неабходнай для тэставання, каб хворыя маглі кантраляваць свой стан. Субстанцыя можа тэкстураванай паверхню палімераў для лепшай адгезіі касцяных клетак, што адкрывае новыя магчымасці ў медыцыне.

І гэта магутнае рэчыва можа быць атрымана прама з паветра.

Атамарным і малекулярны кісларод

Кісларод існуе ў некалькіх розных формах. Газ, які мы ўдыхаем, называецца Аб _2, гэта значыць ён складаецца з двух атамаў. Ёсць яшчэ атамарным кісларод, формула якога - O (адзін атам). Трэцяя форма дадзенага хімічнага элемента - О _3. Гэта азон, які, напрыклад, сустракаецца ў верхніх пластах атмасферы Зямлі.

Атамарным кісларод у прыродных умовах на паверхні Зямлі працяглы час існаваць не можа. Ён валодае надзвычай высокай рэакцыйнай здольнасцю. Напрыклад, атамарным кісларод у вадзе ўтварае перакіс вадароду. Але ў космасе, дзе ёсць вялікая колькасць ультрафіялетавага выпраменьвання, малекулы Аб ₂ больш лёгка распадаюцца, утвараючы атамарнага форму. Атмасфера на нізкай калязямной арбіце на 96% складаецца з атамарнага кіслароду. На світанку палётаў касмічных чоўнаў НАСА яго наяўнасць выклікала праблемы.

Шкоду на карысць

Па словах Бруса Бэнкса, старэйшага фізіка «Альфапорта», які займаецца даследаваннямі касмічнай асяроддзя ў філіяле Гленновского цэнтра, пасля першых некалькіх палётаў шатла матэрыялы яго канструкцыі выглядалі так, як быццам былі пакрытыя шэранню (яны падвергліся моцнай эрозіі і тэкстуравання). Атамарным кісларод уступае ў рэакцыю з арганічнымі матэрыяламі ашалёўкі касмічных апаратаў, паступова пашкоджваючы іх.

ГИЦ заняўся расследаваннем прычын прычынення шкоды. У выніку даследчыкі не толькі стварылі метады абароны касмічных апаратаў ад атамарнага кіслароду, яны таксама знайшлі спосаб выкарыстаць патэнцыйную разбуральную сілу гэтага хімічнага элемента для паляпшэння жыцця на Зямлі.

Эрозія ў космасе

Калі касмічны карабель знаходзіцца на нізкай калязямной арбіце (куды выводзяцца пілатуемыя апараты і дзе базуецца МКС), атамарным кісларод, які ўтвараецца з астаткавага атмасферы, можа рэагаваць з паверхняй касмічных апаратаў, у выніку чаго яны пашкоджваюцца. Пры распрацоўцы сістэмы электразабеспячэння станцыі былі асцярогі, што батарэі сонечных элементаў, зробленыя з палімераў, падвергнуцца хуткага разбурэння з-за дзеянні гэтага актыўнага акісляльніка.

гнуткае шкло

НАСА знайшло рашэнне. Група навукоўцаў з Гленновского даследчага цэнтра распрацавала тонкаплёнкавыя пакрыццё для сонечных батарэй, якое было неўспрымальным да дзеяння агрэсіўнага элемента. Дыяксід крэмнія, або шкло, ужо вокіслаў, таму ён не можа быць пашкоджаны атамарным кіслародам. Даследчыкі стварылі пакрыццё з празрыстага крамянёвага шкла, настолькі тонкага, што яно стала гнуткім. Гэты ахоўны пласт моцна счэплены з палімераў панэлі і абараняе яе ад эрозіі, не пагаршаючы пры гэтым якіх-небудзь яе цеплавых уласцівасцяў. Пакрыццё да гэтага часу паспяхова абараняе сонечныя батарэі Міжнароднай касмічнай станцыі, а таксама выкарыстоўвалася для засцярогі фотаэлементаў станцыі «Мір».

Па словах Бэнкса, сонечныя батарэі паспяхова вытрымалі больш чым дзесяцігадовае знаходжанне ў космасе.

Утаймаванне сілы

Правёўшы сотні тэстаў, якія былі часткай распрацоўкі пакрыцця, устойлівага да атамарным кісларод, група навукоўцаў з Гленновского даследчага цэнтра набыла вопыт у разуменні таго, як дзейнічае гэта хімічнае рэчыва. Эксперты ўбачылі іншыя магчымасці прымянення агрэсіўнага элемента.

Па словах Бэнкса, групе стала вядома аб змене хіміі паверхні, аб эрозіі арганічных матэрыялаў. Ўласцівасці атамарнага кіслароду такія, што ён здольны выдаліць любую арганіку, вуглевадарод, які не так проста рэагуе са звычайнымі хімічнымі рэчывамі.

Даследнікі выявілі мноства спосабаў яго выкарыстання. Яны даведаліся, што атамарным кісларод ператварае паверхні сіліконам у шкло, што можа быць карысна пры стварэнні кампанентаў з герметычным ушчыльненнем без іх прыліпання адзін да аднаго. Дадзены працэс распрацоўваўся для герметызацыі Міжнароднай касмічнай станцыі. Акрамя таго, навукоўцы выявілі, што атамарным кісларод можа аднаўляць і захоўваць пашкоджаныя творы мастацтва, паляпшаць матэрыялы канструкцый лятальных апаратаў, а таксама прыносіць карысць людзям, так як можа быць выкарыстаны ў мностве біямедыцынскіх ўжыванняў.

Камеры і партатыўныя прылады

Існуюць розныя спосабы ўздзеяння атамарнага кіслароду на паверхню. Часцей за ўсё выкарыстоўваюцца вакуумныя камеры. Па памеры яны вар'іруюцца ад скрынкі для абутку да ўстаноўкі 1,2 х 1,8 х 0,9 м. З дапамогай мікрахвалевага або радыёчастотнага выпраменьвання малекулы O ₂ разбіваюцца да стану атамарнага кіслароду. У камеру змяшчаюць ўзор палімера, узровень эрозіі якога сведчыць аб канцэнтрацыі дзеючага рэчыва ўнутры ўстаноўкі.

Іншым спосабам нанясення рэчывы з'яўляецца партатыўная прылада, якое дазваляе накіраваць вузкі паток акісляльніка на канкрэтную мэту. Магчыма стварэнне батарэі такіх патокаў, здольных пакрыць вялікую плошчу апрацоўванай паверхні.

Па меры правядзення далейшых даследаванняў усё большая колькасць галін прамысловасці праяўляе зацікаўленасць у выкарыстанні атамарнага кіслароду. НАСА арганізавала мноства партнёрскіх, сумесных і даччыных прадпрыемстваў, якія ў большасці выпадкаў сталі паспяховымі ў розных камерцыйных абласцях.

Атамарным кісларод для арганізма

Даследаванне сфер прымянення дадзенага хімічнага элемента не абмяжоўваецца касмічнай прасторай. Атамарным кісларод, карысныя ўласцівасці якога вызначаны, але яшчэ больш іх трэба будзе вывучыць, знайшоў мноства медыцынскіх ужыванняў.

Ён выкарыстоўваецца для тэкстуравання паверхні палімераў і робіць іх здольнымі зрастаюцца з косткай. Палімеры звычайна адштурхваюць клеткі касцяной тканіны, але хімічна актыўны элемент стварае фактуру, узмацняецца адгезію. Гэта абумоўлівае яшчэ адну карысць, якую прыносіць атамарным кісларод, - лячэнне захворванняў апорна-рухальнай сістэмы.

Дадзены акісляльнік таксама можа выкарыстоўвацца для выдалення біялагічна актыўных забруджванняў з хірургічных імплантатаў. Нават пры сучаснай практыцы стэрылізацыі з паверхні імплантатаў бывае складана прыбраць усе рэшткі бактэрыяльных клетак, званыя эндатаксінамі. Гэтыя рэчывы арганічныя, але не жывыя, таму стэрылізацыя не здольная іх выдаліць. Эндатаксіны могуць выклікаць послеимплантационное запаленне, якое з'яўляецца адной з асноўных прычын болевых адчуванняў і патэнцыйных ускладненняў у пацыентаў з усталяваным імплантатам.

Атамарным кісларод, карысныя ўласцівасці якога дазваляюць ачысціць пратэз і выдаліць усе сляды арганічных матэрыялаў, значна зніжае рызыку пасляаперацыйнага запалення. Гэта прыводзіць да паляпшэння вынікаў аперацый і памяншэння болю ў пацыентаў.

Палёгку для хворых на дыябет

Тэхналогія таксама выкарыстоўваецца ў датчыках глюкозы і іншых медыка-біялагічных маніторах. У іх ужываюцца акрылавыя аптычныя валакна, тэкстураваных атамарным кіслародам. Такая апрацоўка дазваляе валокнах адфільтроўваць чырвоныя крывяныя цельцы, забяспечваючы сыроватцы крыві больш эфектыўны кантакт з кампанентам хімічнага зандзіравання манітора.

Па словах Шарона Мілера, інжынера-электрыка ў аддзяленні касмічнай асяроддзя і эксперыментаў Гленновского даследчага цэнтра НАСА, гэта робіць тэст больш дакладным, і пры гэтым для замеру ўзроўню цукру ў крыві тэставага патрабуецца нашмат меншы аб'ём крыві. Можна зрабіць укол практычна на любым участку цела і атрымаць дастатковую колькасць крыві, каб усталяваць ўзровень цукру.

Яшчэ адзін спосаб атрымаць атамарным кісларод - перакіс вадароду. Яна з'яўляецца значна больш моцным акісляльнікам, чым малекулярны. Гэта тлумачыцца тым, з якой лёгкасцю раскладаецца перакіс. Атамарным кісларод, які ўтвараецца пры гэтым, дзейнічае нашмат энергічней малекулярнага. Гэтым і абумоўліваецца практычнае прымяненне перакісу вадароду: разбурэнне малекул фарбуюць рэчываў і мікраарганізмаў.

рэстаўрацыя

Калі творы мастацтва падвяргаюцца небяспекі незваротнага пашкоджання, для выдалення арганічных забруджванняў можа быць выкарыстаны атамарным кісларод, які пакіне ў захаванасці матэрыял карціны. Працэс выдаляе ўсе арганічныя матэрыялы, такія як вуглярод або сажа, але, як правіла, не дзейнічае на фарбу. Пігменты ў асноўным маюць неарганічнае паходжанне і ўжо акіслены, а гэта азначае, што кісларод іх не пашкодзіць. Арганічныя фарбавальнікі таксама могуць быць захаваны пры дбайным адліку часу ўздзеяння. Палатно знаходзіцца ў поўнай бяспецы, бо атамарным кісларод кантактуе толькі з паверхняй карціны.

Творы мастацтва змяшчаюцца ў вакуумную камеру, у якой утвараецца дадзены акісляльнік. У залежнасці ад ступені пашкоджання карціна можа заставацца там ад 20 да 400 гадзін. Для спецыяльнай апрацоўкі пашкоджанага ўчастка, якое мае патрэбу ў рэстаўрацыі, таксама можа быць выкарыстаны паток атамарнага кіслароду. Гэта выключае неабходнасць размяшчаць мастацкія работы ў вакуумнай камеры.

Курава і памада - не праблема

Музеі, галерэі і царквы пачалі звяртацца ў ГИЦ, каб захаваць і аднавіць свае творы мастацтва. Даследчы цэнтр прадэманстраваў здольнасць рэстаўраваць пашкоджаную карціну Джэксана Поллака, зняць губную памаду з палатна Эндзі Уорхола і захаваць пашкоджаныя дымам палотны царквы Святога Станіслава ў Кліўлендзе. Каманда Гленновского даследчага цэнтра выкарыстала атамарным кісларод для аднаўлення фрагмента, які лічыўся згубленым, - шматвяковай даўніны італьянскай копіі карціны Рафаэля "Мадонна ў крэсле», якая належыць епіскапальную царквы Сьв. Альбан ў Кліўлендзе.

Па словах Бэнкса, дадзены хімічны элемент вельмі эфектыўны. У мастацкай рэстаўрацыі ён працуе выдатна. Праўда, гэта не тое, што можна набыць у бутэльцы, але затое нашмат больш эфектыўна.

вывучэнне будучага

НАСА на платнай аснове працавала з мноствам бакоў, зацікаўленых у атамарным кіслародзе. Гленновский даследчы цэнтр абслугоўваў прыватных асоб, чые бясцэнныя творы мастацтва былі пашкоджаныя ў выніку хатніх пажараў, а таксама карпарацыі, тыя, што шукалі магчымасці прымянення гэтага рэчыва ў біямедыцынскіх прыкладаннях, такія як LightPointe Medical з Ідэн-прэрый, штат Мінесота. Кампанія выявіла мноства ужыванняў атамарнага кіслароду і збіраецца адшукаць яшчэ больш.

Па словах Бэнкса, засталося нямала недаследаваных абласцей. Было адкрыта значная колькасць ужыванняў для касмічнай тэхнікі, але, верагодна, яшчэ большае іх лік тоіцца па-за касмічных тэхналогій.

Космас на службе ў чалавека

Група навукоўцаў спадзяецца працягнуць вывучэнне спосабаў выкарыстання атамарнага кіслароду, а таксама ўжо знойдзеных перспектыўных напрамкаў. Шматлікія тэхналогіі былі запатэнтаваны, і каманда ГИЦ спадзяецца, што кампаніі будуць ліцэнзаваць і камерцыялізаваць некаторыя з іх, што прынясе яшчэ больш карысці чалавецтву.

Пры пэўных умовах атамарным кісларод можа прычыніць пашкоджанні. Дзякуючы даследчыкам НАСА, гэта рэчыва ў цяперашні час уносіць станоўчы ўклад у асваенне космасу і жыццё на Зямлі. Няхай гэта будзе захаванне неацэнных твораў мастацтва або аздараўленне людзей, атамарным кісларод з'яўляецца наймацнейшым сродкам. Праца з ім ўзнагароджваецца сто разоў, а яе вынікі становяцца бачныя неадкладна.