Stell dir ein Gemälde von unschätzbarem Wert vor, das von einem verheerenden Feuer zerstört wurde. Schöne Farben, sorgfältig in vielen Farbtönen aufgetragen, verschwanden unter schwarzen Rußschichten. Es scheint, dass das Meisterwerk unwiederbringlich verloren ist.
Wissenschaftsmagie
Aber verzweifle nicht. Das Bild wird in eine Vakuumkammer gelegt, in der eine unsichtbare, kraftvolle Substanz namens atomaren Sauerstoff entsteht. Im Laufe von mehreren Stunden oder Tagen verschwindet die Plaque langsam aber sicher und die Farben beginnen wieder zu erscheinen. Mit einer frischen Schicht Klarlack veredelt, erstrahlt das Gemälde wieder in altem Glanz.
Es mag magisch erscheinen, aber es ist Wissenschaft. Die Methode, die von Wissenschaftlern des Glenn Research Center (GRC) der NASA entwickelt wurde, verwendet atomaren Sauerstoff, um ansonsten irreparabel beschädigte Kunstwerke zu konservieren und wiederherzustellen. Substanz auchin der Lage, chirurgische Implantate, die für den menschlichen Körper bestimmt sind, vollständig zu sterilisieren, wodurch das Entzündungsrisiko stark reduziert wird. Für Diabetiker könnte es ein Glukoseüberwachungsgerät verbessern, das nur einen Teil des zuvor zum Testen benötigten Blutes benötigt, damit die Patienten ihren Zustand überwachen können. Die Substanz kann die Oberfläche von Polymeren für eine bessere Haftung von Knochenzellen texturieren, was neue Möglichkeiten in der Medizin eröffnet.
Und diese starke Substanz kann direkt aus dem Nichts gewonnen werden.
Atomischer und molekularer Sauerstoff
Sauerstoff existiert in verschiedenen Formen. Das Gas, das wir einatmen, heißt O2, was bedeutet, dass es aus zwei Atomen besteht. Es gibt auch atomaren Sauerstoff, dessen Formel O (ein Atom) ist. Die dritte Form dieses chemischen Elements ist O3. Das ist Ozon, das zum Beispiel in der oberen Atmosphäre der Erde vorkommt.
Atomischer Sauerstoff kann unter natürlichen Bedingungen auf der Erdoberfläche nicht lange existieren. Es hat eine extrem hohe Reaktivität. Atomarer Sauerstoff in Wasser bildet beispielsweise Wasserstoffperoxid. Aber im Weltraum, wo es viel ultraviolette Strahlung gibt, brechen O2-Moleküle leichter auseinander und bilden eine atomare Form. Die Atmosphäre im erdnahen Orbit besteht zu 96 % aus atomarem Sauerstoff. In den frühen Tagen der NASA-Space-Shuttle-Missionen verursachte es Probleme.
Schaden zum Guten
Laut Bruce Banks, leitender PhysikerBei Alphaport, einer Tochtergesellschaft des Glenn Center für Weltraumforschung, sahen die Materialien seiner Konstruktion nach den ersten Flügen des Shuttles aus, als wären sie mit Frost bedeckt (sie waren stark erodiert und strukturiert). Atomarer Sauerstoff reagiert mit organischen Hautmaterialien von Raumfahrzeugen und schädigt sie allmählich.
Die GIZ begann mit der Untersuchung der Schadensursachen. Als Ergebnis entwickelten die Forscher nicht nur Methoden zum Schutz von Raumfahrzeugen vor atomarem Sauerstoff, sondern fanden auch einen Weg, die potenzielle Zerstörungskraft dieses chemischen Elements zu nutzen, um das Leben auf der Erde zu verbessern.
Erosion im Weltraum
Wenn sich ein Raumschiff in einer niedrigen Erdumlaufbahn befindet (wo bemannte Fahrzeuge gestartet werden und wo die ISS stationiert ist), kann aus der Restatmosphäre gebildeter atomarer Sauerstoff mit der Oberfläche des Raumfahrzeugs reagieren und es beschädigen. Während der Entwicklung des Stromversorgungssystems der Station gab es Bedenken, dass Solarzellen-Arrays aus Polymeren aufgrund der Wirkung dieses aktiven Oxidationsmittels schnell abgebaut würden.
Flexibles Glas
Die NASA hat eine Lösung gefunden. Eine Gruppe von Wissenschaftlern des Glenn Research Center entwickelte eine Dünnfilmbeschichtung für Solarzellen, die immun gegen die Einwirkung eines korrosiven Elements war. Siliziumdioxid oder Glas ist bereits oxidiert, kann also nicht durch atomaren Sauerstoff beschädigt werden. Forscherschuf eine Beschichtung aus transparentem Siliziumglas, die so dünn war, dass sie flexibel wurde. Diese Schutzschicht haftet stark am Polymer der Platte und schützt sie vor Erosion, ohne ihre thermischen Eigenschaften zu beeinträchtigen. Die Beschichtung hat bisher erfolgreich die Solaranlagen der Internationalen Raumstation geschützt und wurde auch zum Schutz der Solarzellen von Mir verwendet.
Die Solarmodule haben erfolgreich mehr als ein Jahrzehnt im Weltraum überlebt, sagte Banks.
Die Macht zähmen
Durch die Durchführung von Hunderten von Tests, die Teil der Entwicklung der gegen atomaren Sauerstoff beständigen Beschichtung waren, sammelte ein Team von Wissenschaftlern des Glenn Research Center Erfahrungen, um zu verstehen, wie die Chemikalie funktioniert. Die Experten sahen andere Möglichkeiten, das aggressive Element einzusetzen.
Laut Banks wurde die Gruppe auf die Veränderung der Oberflächenchemie aufmerksam, die Erosion organischer Materialien. Die Eigenschaften von atomarem Sauerstoff sind so, dass er in der Lage ist, alle organischen Kohlenwasserstoffe zu entfernen, die nicht leicht mit gewöhnlichen Chemikalien reagieren.
Forscher haben viele Verwendungsmöglichkeiten entdeckt. Sie erfuhren, dass atomarer Sauerstoff die Oberflächen von Silikonen in Glas verwandelt, was nützlich sein kann, um Bauteile hermetisch abzudichten, ohne dass sie aneinander kleben. Dieses Verfahren wurde entwickelt, um die Internationale Raumstation abzudichten. Darüber hinaus haben Wissenschaftler entdeckt, dass atomarer Sauerstoff beschädigte Zellen reparieren und erh alten kann. Kunstwerke, verbessert die Materialien von Flugzeugstrukturen und kommt den Menschen zugute, da es in einer Vielzahl von biomedizinischen Anwendungen eingesetzt werden kann.
Kameras und tragbare Geräte
Atomischer Sauerstoff kann auf verschiedene Weise auf eine Oberfläche einwirken. Vakuumkammern werden am häufigsten verwendet. Ihre Größe reicht von einem Schuhkarton bis zu einer Installation von 1,2 x 1,8 x 0,9 m. Mittels Mikrowellen- oder Hochfrequenzstrahlung werden O2-Moleküle in den Zustand von atomarem Sauerstoff zerlegt. In die Kammer wird eine Polymerprobe eingebracht, deren Erosionsgrad die Konzentration des Wirkstoffs in der Anlage anzeigt.
Eine andere Möglichkeit, eine Substanz aufzutragen, ist ein tragbares Gerät, mit dem Sie einen schmalen Strom von Oxidationsmittel auf ein bestimmtes Ziel richten können. Es ist möglich, eine Reihe solcher Ströme zu erzeugen, die einen großen Bereich der behandelten Oberfläche abdecken können.
Je mehr Forschung betrieben wird, desto mehr Industrien zeigen Interesse an der Verwendung von atomarem Sauerstoff. Die NASA hat viele Partnerschaften, Joint Ventures und Tochterunternehmen aufgebaut, die in den meisten Fällen in vielen kommerziellen Bereichen erfolgreich waren.
Atomischer Sauerstoff für den Körper
Die Untersuchung des Umfangs dieses chemischen Elements ist nicht auf den Weltraum beschränkt. Atomarer Sauerstoff, dessen nützliche Eigenschaften identifiziert wurden, aber noch mehr von ihnen untersucht werden müssen, hat viele Mediziner gefundenAnwendungen.
Es wird verwendet, um die Oberfläche von Polymeren zu texturieren und sie in die Lage zu versetzen, mit Knochen zu verschmelzen. Polymere stoßen normalerweise Knochenzellen ab, aber das chemisch aktive Element erzeugt eine Textur, die die Haftung verbessert. Dies führt zu einem weiteren Nutzen, den atomarer Sauerstoff mit sich bringt - der Behandlung von Erkrankungen des Bewegungsapparates.
Dieses Oxidationsmittel kann auch verwendet werden, um biologisch aktive Verunreinigungen von chirurgischen Implantaten zu entfernen. Selbst mit modernen Sterilisationsverfahren kann es schwierig sein, alle bakteriellen Zellrückstände, sogenannte Endotoxine, von der Oberfläche von Implantaten zu entfernen. Diese Substanzen sind organisch, aber nicht lebend, so dass eine Sterilisation sie nicht entfernen kann. Endotoxine können postimplantäre Entzündungen verursachen, die eine der Hauptursachen für Schmerzen und potenzielle Komplikationen bei Implantatpatienten sind.
Atomischer Sauerstoff, dessen vorteilhafte Eigenschaften es Ihnen ermöglichen, die Prothese zu reinigen und alle Spuren organischer Materialien zu entfernen, reduziert das Risiko einer postoperativen Entzündung erheblich. Dies führt zu besseren Operationsergebnissen und weniger Schmerzen für die Patienten.
Erleichterung für Diabetiker
Die Technologie wird auch in Glukosesensoren und anderen Life-Science-Monitoren verwendet. Sie verwenden optische Acrylfasern, die mit atomarem Sauerstoff texturiert sind. Diese Verarbeitung ermöglicht es den Fasern, die roten Blutkörperchen herauszufiltern, wodurch das Blutserum effektiver mit ihnen in Kontakt treten kannKomponente des chemischen Sensormonitors.
Laut Sharon Miller, einer Elektroingenieurin in der Abteilung für Weltraumumgebung und -experimente am Glenn Research Center der NASA, macht dies den Test genauer, während ein viel geringeres Blutvolumen benötigt wird, um den Blutzucker einer Person zu messen. Sie können fast überall am Körper eine Injektion bekommen und genug Blut bekommen, um Ihren Blutzuckerspiegel einzustellen.
Eine andere Möglichkeit, atomaren Sauerstoff zu erh alten, ist Wasserstoffperoxid. Es ist ein viel stärkeres Oxidationsmittel als ein molekulares. Dies liegt an der Leichtigkeit, mit der sich Peroxid zersetzt. Atomarer Sauerstoff, der dabei entsteht, wirkt viel energischer als molekularer Sauerstoff. Dies ist der Grund für die praktische Verwendung von Wasserstoffperoxid: die Zerstörung von Molekülen von Farbstoffen und Mikroorganismen.
Wiederherstellung
Wenn Kunstwerke von irreversiblen Schäden bedroht sind, kann atomarer Sauerstoff verwendet werden, um organische Verunreinigungen zu entfernen und das Malmaterial intakt zu lassen. Das Verfahren entfernt alle organischen Materialien wie Kohlenstoff oder Ruß, wirkt sich jedoch im Allgemeinen nicht auf den Lack aus. Pigmente sind meist anorganischen Ursprungs und bereits oxidiert, was bedeutet, dass Sauerstoff sie nicht schädigt. Auch organische Farbstoffe können bei sorgfältiger Belichtungszeit eingespart werden. Die Leinwand ist absolut sicher, da atomarer Sauerstoff nur mit der Oberfläche des Gemäldes in Kontakt kommt.
Kunstwerke werden in eine Vakuumkammer gelegt, inaus denen das Oxidationsmittel entsteht. Je nach Beschädigungsgrad kann die Lackierung dort 20 bis 400 Stunden verbleiben. Ein Strahl aus atomarem Sauerstoff kann auch zur speziellen Behandlung einer sanierungsbedürftigen Schadstelle eingesetzt werden. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, Kunstwerke in eine Vakuumkammer zu legen.
Ruß und Lippenstift sind kein Problem
Museen, Galerien und Kirchen haben damit begonnen, das GIC zu kontaktieren, um ihre Kunstwerke zu erh alten und zu restaurieren. Das Forschungszentrum hat die Fähigkeit bewiesen, ein beschädigtes Gemälde von Jackson Pollack zu restaurieren, Lippenstift von einem Gemälde von Andy Warhol zu entfernen und durch Rauch beschädigte Leinwände in der St. Stanislaus Church in Cleveland zu konservieren. Das Team des Glenn Research Center verwendete atomaren Sauerstoff, um ein verloren geglaubtes Stück wiederherzustellen, eine jahrhunderte alte italienische Kopie von Raphaels Madonna in the Chair, die der St. Alban's Episcopal Church in Cleveland gehört.
Laut Banks ist dieses chemische Element sehr effektiv. In der künstlerischen Restaurierung funktioniert es einwandfrei. Das gibt es zwar nicht in der Flasche zu kaufen, aber es ist viel effektiver.
Die Zukunft erkunden
Die NASA hat auf erstattungsfähiger Basis mit einer Vielzahl von Parteien zusammengearbeitet, die an atomarem Sauerstoff interessiert sind. Das Glenn Research Center diente Einzelpersonen, deren unbezahlbare Kunstwerke bei Hausbränden beschädigt worden waren, sowie Unternehmen, die nach Verwendungsmöglichkeiten für die Substanz suchten.in biomedizinischen Anwendungen wie LightPointe Medical aus Eden Prairie, Minnesota. Das Unternehmen hat viele Verwendungsmöglichkeiten für atomaren Sauerstoff entdeckt und sucht nach weiteren.
Laut Banks gibt es viele unerforschte Gebiete. Für die Weltraumtechnologie wurde eine beträchtliche Anzahl von Anwendungen entdeckt, aber außerhalb der Weltraumtechnologie lauern wahrscheinlich noch mehr.
Raum im Dienste des Menschen
Die Gruppe von Wissenschaftlern hofft, weiterhin Möglichkeiten zur Verwendung von atomarem Sauerstoff sowie bereits gefundene vielversprechende Richtungen zu erforschen. Viele Technologien wurden patentiert, und das GIZ-Team hofft, dass Unternehmen einige davon lizenzieren und kommerzialisieren, was der Menschheit noch mehr Nutzen bringen wird.
Atomischer Sauerstoff kann unter bestimmten Bedingungen Schäden anrichten. Dank NASA-Forschern leistet diese Substanz nun einen positiven Beitrag zur Weltraumforschung und zum Leben auf der Erde. Ob es um die Erh altung unbezahlbarer Kunstwerke oder die Heilung von Menschen geht, atomarer Sauerstoff ist das stärkste Werkzeug. Die Arbeit mit ihm wird hundertfach belohnt und die Ergebnisse werden sofort sichtbar.
