Stel je een schilderij van onschatbare waarde voor dat is verwoest door een verwoestende brand. Mooie verven, zorgvuldig aangebracht in vele tinten, verdwenen onder lagen zwart roet. Het lijkt erop dat het meesterwerk onherstelbaar verloren is.
Wetenschappelijke magie
Maar wanhoop niet. De afbeelding wordt in een vacuümkamer geplaatst, waarin een onzichtbare krachtige substantie, atomaire zuurstof genaamd, wordt gecreëerd. In de loop van enkele uren of dagen verdwijnt de plaque langzaam maar zeker en beginnen de kleuren weer te verschijnen. Afgewerkt met een nieuwe laag blanke lak, keert het schilderij terug naar zijn oude glorie.
Het lijkt misschien magie, maar het is wetenschap. De methode, ontwikkeld door wetenschappers van NASA's Glenn Research Center (GRC), gebruikt atomaire zuurstof om anders onherstelbaar beschadigde kunst te behouden en te herstellen. stof ookin staat om chirurgische implantaten die bedoeld zijn voor het menselijk lichaam volledig te steriliseren, waardoor het risico op ontstekingen aanzienlijk wordt verminderd. Voor diabetespatiënten zou het een apparaat voor glucosemonitoring kunnen verbeteren dat slechts een deel van het bloed nodig heeft dat voorheen nodig was voor het testen, zodat patiënten hun toestand kunnen controleren. De stof kan het oppervlak van polymeren textuur geven voor een betere hechting van botcellen, wat nieuwe mogelijkheden opent in de geneeskunde.
En deze krachtige stof kan rechtstreeks uit het niets worden verkregen.
Atomaire en moleculaire zuurstof
Zuurstof bestaat in verschillende vormen. Het gas dat we inademen heet O2, wat betekent dat het uit twee atomen bestaat. Er is ook atomaire zuurstof, waarvan de formule O (één atoom) is. De derde vorm van dit scheikundige element is O3. Dit is ozon, dat bijvoorbeeld wordt aangetroffen in de bovenste atmosfeer van de aarde.
Atomaire zuurstof in natuurlijke omstandigheden op het aardoppervlak kan lange tijd niet bestaan. Het heeft een extreem hoge reactiviteit. Atomaire zuurstof in water vormt bijvoorbeeld waterstofperoxide. Maar in de ruimte, waar veel ultraviolette straling is, breken O2 moleculen gemakkelijker uit elkaar om een atomaire vorm te vormen. De atmosfeer in een lage baan om de aarde is 96% atomaire zuurstof. In de begindagen van NASA-spaceshuttle-missies veroorzaakte het problemen.
Harm ten goede
Volgens Bruce Banks, senior natuurkundigeBij Alphaport, een onderzoeksfiliaal in de ruimtevaart van het Glenn Center, zagen de materialen van de constructie er na de eerste paar vluchten van de shuttle uit alsof ze bedekt waren met ijs (ze waren zwaar geërodeerd en getextureerd). Atoomzuurstof reageert met organische huidmaterialen van ruimtevaartuigen en beschadigt deze geleidelijk.
GIZ is begonnen met het onderzoeken van de oorzaken van de schade. Als gevolg hiervan hebben de onderzoekers niet alleen methoden ontwikkeld om ruimtevaartuigen te beschermen tegen atomaire zuurstof, ze hebben ook een manier gevonden om de potentiële vernietigende kracht van dit chemische element te gebruiken om het leven op aarde te verbeteren.
Erosie in de ruimte
Wanneer een ruimtevaartuig zich in een lage baan om de aarde bevindt (waar bemande voertuigen worden gelanceerd en waar het ISS is gestationeerd), kan atomaire zuurstof gevormd uit de resterende atmosfeer reageren met het oppervlak van ruimtevaartuigen, waardoor het beschadigd raakt. Tijdens de ontwikkeling van het stroomvoorzieningssysteem van het station waren er zorgen dat zonnecelreeksen gemaakt van polymeren snel zouden degraderen door de werking van deze actieve oxidator.
Flexibel glas
NASA heeft een oplossing gevonden. Een groep wetenschappers van het Glenn Research Center ontwikkelde een dunnefilmcoating voor zonnecellen die immuun was voor de werking van een corrosief element. Siliciumdioxide, of glas, is al geoxideerd, dus het kan niet worden beschadigd door atomaire zuurstof. Onderzoekerscreëerde een coating van transparant siliciumglas, zo dun dat het flexibel werd. Deze beschermende laag hecht sterk aan het polymeer van het paneel en beschermt het tegen erosie zonder afbreuk te doen aan de thermische eigenschappen. De coating heeft tot nu toe met succes de zonnepanelen van het International Space Station beschermd en is ook gebruikt om de zonnecellen van Mir te beschermen.
De zonnepanelen hebben met succes meer dan een decennium in de ruimte overleefd, zei Banks.
De kracht temmen
Door honderden tests uit te voeren die deel uitmaakten van de ontwikkeling van de atomaire zuurstofbestendige coating, heeft een team van wetenschappers van het Glenn Research Center ervaring opgedaan met het begrijpen hoe de chemische stof werkt. De experts zagen andere mogelijkheden om het agressieve element te gebruiken.
Volgens Banks werd de groep zich bewust van de verandering in de oppervlaktechemie, de erosie van organische materialen. De eigenschappen van atomaire zuurstof zijn zodanig dat het in staat is om alle organische koolwaterstoffen te verwijderen, die niet gemakkelijk reageren met gewone chemicaliën.
Onderzoekers hebben veel manieren ontdekt om het te gebruiken. Ze leerden dat atomaire zuurstof de oppervlakken van siliconen in glas verandert, wat handig kan zijn om componenten hermetisch af te sluiten zonder dat ze aan elkaar blijven plakken. Dit proces is ontwikkeld om het internationale ruimtestation af te dichten. Bovendien hebben wetenschappers ontdekt dat atomaire zuurstof beschadigde cellen kan repareren en onderhouden.kunstwerken, de materialen van vliegtuigconstructies verbeteren en mensen ten goede komen, omdat het kan worden gebruikt in een verscheidenheid aan biomedische toepassingen.
Camera's en draagbare apparaten
Er zijn verschillende manieren waarop atomaire zuurstof een oppervlak kan beïnvloeden. Vacuümkamers worden het meest gebruikt. Ze variëren in grootte van een schoenendoos tot een installatie van 1,2 x 1,8 x 0,9 m. Met behulp van microgolf- of radiofrequentiestraling worden O2-moleculen afgebroken tot de toestand van atomaire zuurstof. Een polymeermonster wordt in de kamer geplaatst, waarvan de mate van erosie de concentratie van de werkzame stof in de installatie aangeeft.
Een andere manier om een stof toe te passen is een draagbaar apparaat waarmee je een smalle stroom oxidatiemiddel op een specifiek doelwit kunt richten. Het is mogelijk om een batterij van dergelijke stromen te maken die een groot gebied van het behandelde oppervlak kan bedekken.
Naarmate er meer onderzoek wordt gedaan, toont een groeiend aantal industrieën interesse in het gebruik van atomaire zuurstof. NASA heeft veel partnerschappen, joint ventures en dochterondernemingen opgezet die in de meeste gevallen succesvol zijn geweest in veel commerciële gebieden.
Atomaire zuurstof voor het lichaam
De studie van de reikwijdte van dit chemische element is niet beperkt tot de ruimte. Atomaire zuurstof, waarvan de nuttige eigenschappen zijn geïdentificeerd, maar waarvan er nog meer moeten worden bestudeerd, heeft veel medischetoepassingen.
Het wordt gebruikt om het oppervlak van polymeren te textureren en ze te laten samensmelten met bot. Polymeren stoten meestal botcellen af, maar het chemisch actieve element creëert een textuur die de hechting verbetert. Dit leidt tot een ander voordeel van atomaire zuurstof: de behandeling van ziekten van het bewegingsapparaat.
Dit oxidatiemiddel kan ook worden gebruikt om biologisch actieve verontreinigingen van chirurgische implantaten te verwijderen. Zelfs met moderne sterilisatiepraktijken kan het moeilijk zijn om alle bacteriële celresten, endotoxinen genaamd, van het oppervlak van implantaten te verwijderen. Deze stoffen zijn organisch, maar niet levend, dus sterilisatie kan ze niet verwijderen. Endotoxinen kunnen post-implantaatontstekingen veroorzaken, wat een van de belangrijkste oorzaken is van pijn en mogelijke complicaties bij implantaatpatiënten.
Atomaire zuurstof, waarvan de gunstige eigenschappen u in staat stellen de prothese te reinigen en alle sporen van organisch materiaal te verwijderen, vermindert het risico op postoperatieve ontstekingen aanzienlijk. Dit leidt tot betere resultaten van operaties en minder pijn voor patiënten.
Relief voor diabetici
De technologie wordt ook gebruikt in glucosesensoren en andere biowetenschappelijke monitoren. Ze gebruiken optische acrylvezels getextureerd met atomaire zuurstof. Door deze verwerking kunnen de vezels de rode bloedcellen uitfilteren, waardoor het bloedserum effectiever in contact kan komen met deonderdeel van de chemische detectiemonitor.
Volgens Sharon Miller, een elektrotechnisch ingenieur bij de afdeling Space Environment and Experiments van NASA's Glenn Research Center, maakt dit de test nauwkeuriger, terwijl er een veel kleiner bloedvolume nodig is om iemands bloedsuikerspiegel te meten. U kunt bijna overal op uw lichaam een injectie krijgen en voldoende bloed krijgen om uw bloedsuikerspiegel op peil te houden.
Een andere manier om atomaire zuurstof te krijgen is waterstofperoxide. Het is een veel sterker oxidatiemiddel dan een moleculaire. Dit komt door het gemak waarmee peroxide ontleedt. Atomaire zuurstof, die in dit geval wordt gevormd, werkt veel energetischer dan moleculaire zuurstof. Dit is de reden voor het praktische gebruik van waterstofperoxide: de vernietiging van moleculen van kleurstoffen en micro-organismen.
Restauratie
Als kunstwerken gevaar lopen op onherstelbare schade, kan atomaire zuurstof worden gebruikt om organische verontreinigingen te verwijderen, waardoor het verfmateriaal intact blijft. Het proces verwijdert alle organische materialen zoals koolstof of roet, maar werkt over het algemeen niet in op de lak. Pigmenten zijn meestal van anorganische oorsprong en zijn al geoxideerd, wat betekent dat zuurstof ze niet zal beschadigen. Organische kleurstoffen kunnen ook worden bewaard met een zorgvuldige timing van blootstelling. Het canvas is volkomen veilig, aangezien atomaire zuurstof alleen in contact komt met het oppervlak van het schilderij.
Kunstwerken worden in een vacuümkamer geplaatst, inwaaruit het oxidatiemiddel wordt geproduceerd. Afhankelijk van de mate van beschadiging kan het schilderij daar 20 tot 400 uur blijven. Een stroom atomaire zuurstof kan ook worden gebruikt voor een speciale behandeling van een beschadigd gebied dat moet worden hersteld. Dit elimineert de noodzaak om kunstwerken in een vacuümkamer te plaatsen.
Roet en lippenstift zijn geen probleem
Musea, galerijen en kerken zijn begonnen contact op te nemen met de GIC om hun kunstwerken te behouden en te restaureren. Het onderzoekscentrum heeft aangetoond dat het in staat is een beschadigd schilderij van Jackson Pollack te herstellen, lippenstift van een schilderij van Andy Warhol te verwijderen en door rook beschadigde doeken te behouden in de St. Stanislaus Church in Cleveland. Het team van Glenn Research Center gebruikte atomaire zuurstof om een verloren gewaand stuk te herstellen, een eeuwenoude Italiaanse kopie van Raphael's Madonna in the Chair, eigendom van de St. Alban's Episcopal Church in Cleveland.
Volgens Banks is dit chemische element zeer effectief. Bij artistieke restauratie werkt het perfect. Toegegeven, dit is niet iets dat in een fles kan worden gekocht, maar het is veel effectiever.
De toekomst verkennen
NASA heeft op terugbetaalbare basis samengewerkt met verschillende partijen die geïnteresseerd zijn in atomaire zuurstof. Het Glenn Research Center bediende zowel individuen van wie de kunstwerken van onschatbare waarde waren beschadigd bij woningbranden, als bedrijven die op zoek waren naar toepassingen voor de stof.in biomedische toepassingen zoals LightPointe Medical uit Eden Prairie, Minnesota. Het bedrijf heeft veel toepassingen voor atomaire zuurstof ontdekt en is op zoek naar meer.
Volgens Banks zijn er veel onontgonnen gebieden. Er is een aanzienlijk aantal toepassingen ontdekt voor ruimtetechnologie, maar waarschijnlijk liggen er meer op de loer buiten de ruimtetechnologie.
Ruimte in dienst van de mens
De groep wetenschappers hoopt door te gaan met het onderzoeken van manieren om atomaire zuurstof te gebruiken, evenals veelbelovende aanwijzingen die al zijn gevonden. Veel technologieën zijn gepatenteerd en het GIZ-team hoopt dat bedrijven een aantal ervan in licentie zullen geven en commercialiseren, wat de mensheid nog meer voordelen zal opleveren.
Onder bepaalde omstandigheden kan atomaire zuurstof schade veroorzaken. Dankzij NASA-onderzoekers levert deze stof nu een positieve bijdrage aan de verkenning van de ruimte en het leven op aarde. Of het nu gaat om het behoud van kostbare kunstwerken of het genezen van mensen, atomaire zuurstof is het sterkste hulpmiddel. Werken met hem wordt honderdvoudig beloond en het resultaat is direct zichtbaar.
