تخيل لوحة لا تقدر بثمن دمرها حريق مدمر. اختفت الدهانات الجميلة ، المطبقة بشق الأنفس في العديد من الظلال ، تحت طبقات من السخام الأسود. يبدو أن التحفة ضاعت بلا رجعة.
سحر العلوم
لكن لا تيأس. يتم وضع الصورة في غرفة مفرغة ، يتم فيها تكوين مادة قوية غير مرئية تسمى الأكسجين الذري. على مدار عدة ساعات أو أيام ، تختفي اللوحة ببطء ولكن بثبات وتبدأ الألوان في الظهور مرة أخرى. منتهية بطبقة جديدة من اللك الشفاف ، تعود اللوحة إلى مجدها السابق.
قد يبدو مثل السحر ، لكنه علم. هذه الطريقة ، التي طورها العلماء في مركز أبحاث جلين (GRC) التابع لناسا ، تستخدم الأكسجين الذري للحفاظ على الفن التالف الذي لا يمكن إصلاحه واستعادته. المادة أيضاقادرة على التعقيم الكامل للزرعات الجراحية المخصصة لجسم الإنسان ، مما يقلل بشكل كبير من خطر الالتهاب. بالنسبة لمرضى السكري ، يمكن أن يحسن جهاز مراقبة الجلوكوز الذي يتطلب جزءًا فقط من الدم المطلوب سابقًا للاختبار حتى يتمكن المرضى من مراقبة حالتهم. يمكن للمادة أن تكوّن سطح البوليمرات من أجل التصاق أفضل لخلايا العظام ، مما يفتح إمكانيات جديدة في الطب.
ويمكن الحصول على هذه المادة القوية مباشرة من فراغ
الأكسجين الذري والجزيئي
يوجد الأكسجين بعدة أشكال مختلفة. يُطلق على الغاز الذي نتنفسه اسم O2، مما يعني أنه يتكون من ذرتين. يوجد أيضًا أكسجين ذري ، صيغته O (ذرة واحدة). الشكل الثالث لهذا العنصر الكيميائي هو O3. هذا هو الأوزون الموجود ، على سبيل المثال ، في الغلاف الجوي العلوي للأرض.
الأكسجين الذري في الظروف الطبيعية على سطح الأرض لا يمكن أن يوجد لفترة طويلة. لديها تفاعل عالي للغاية. على سبيل المثال ، يشكل الأكسجين الذري في الماء بيروكسيد الهيدروجين. ولكن في الفضاء ، حيث يوجد الكثير من الأشعة فوق البنفسجية ، تتفكك جزيئات O2بسهولة أكبر لتشكيل شكل ذري. يتكون الغلاف الجوي في مدار أرضي منخفض من 96٪ أكسجين ذري. في الأيام الأولى لبعثات مكوك الفضاء التابع لناسا ، تسبب في مشاكل.
ضرر من أجل الخير
وفقًا لبروس بانكس ، كبير الفيزيائيينفي Alphaport ، وهو فرع لأبحاث البيئة الفضائية لمركز جلين ، بعد الرحلات القليلة الأولى للمكوك ، بدت مواد بنائه كما لو كانت مغطاة بالصقيع (كانت شديدة التآكل والملمس). يتفاعل الأكسجين الذري مع مواد الجلد العضوية للمركبة الفضائية ، مما يؤدي إلى إتلافها تدريجياً.
بدأت GIZ بالتحقيق في أسباب الضرر. نتيجة لذلك ، لم يبتكر الباحثون طرقًا لحماية المركبات الفضائية من الأكسجين الذري فحسب ، بل وجدوا أيضًا طريقة لاستخدام القوة التدميرية المحتملة لهذا العنصر الكيميائي لتحسين الحياة على الأرض.
تآكل في الفضاء
عندما تكون المركبة الفضائية في مدار أرضي منخفض (حيث يتم إطلاق المركبات المأهولة وحيث توجد محطة الفضاء الدولية) ، يمكن أن يتفاعل الأكسجين الذري المتكون من الغلاف الجوي المتبقي مع سطح المركبة الفضائية ، مما يتسبب في تلفها. أثناء تطوير نظام تزويد الطاقة بالمحطة ، كانت هناك مخاوف من أن صفائف الخلايا الشمسية المصنوعة من البوليمرات سوف تتحلل بسرعة بسبب عمل هذا المؤكسد النشط.
زجاج مرن
وجدت ناسا حلاً. طورت مجموعة من العلماء من مركز أبحاث جلين طلاءًا رقيقًا للخلايا الشمسية كان محصنًا ضد تأثير العناصر المسببة للتآكل. إن ثاني أكسيد السيليكون ، أو الزجاج ، مؤكسد بالفعل ، لذا لا يمكن أن يتلف بالأكسجين الذري. الباحثونخلقت طلاءًا من زجاج السيليكون الشفاف ، رقيقًا جدًا لدرجة أنه أصبح مرنًا. تلتصق هذه الطبقة الواقية بشدة ببوليمر اللوحة وتحميها من التآكل دون المساس بأي من خصائصها الحرارية. نجح الطلاء حتى الآن في حماية المصفوفات الشمسية لمحطة الفضاء الدولية واستخدم أيضًا لحماية خلايا مير الشمسية.
قال بانكسنجحت الألواح الشمسية في البقاء لأكثر من عقد في الفضاء.
ترويض القوة
من خلال إجراء مئات الاختبارات التي كانت جزءًا من تطوير الطلاء المقاوم للأكسجين الذري ، اكتسب فريق من العلماء في مركز أبحاث جلين خبرة في فهم كيفية عمل المادة الكيميائية. رأى الخبراء احتمالات أخرى لاستخدام العنصر العدواني.
وفقًا للبنوك ، أصبحت المجموعة على دراية بالتغير في كيمياء السطح ، وتآكل المواد العضوية. خصائص الأكسجين الذري تجعله قادرًا على إزالة أي هيدروكربون عضوي ، والذي لا يتفاعل بسهولة مع المواد الكيميائية العادية.
اكتشف الباحثون العديد من الطرق لاستخدامه. لقد تعلموا أن الأكسجين الذري يحول أسطح السيليكون إلى زجاج ، وهو ما يمكن أن يكون مفيدًا في صنع المكونات محكمة الإغلاق دون أن تلتصق ببعضها البعض. تم تطوير هذه العملية لإغلاق محطة الفضاء الدولية. بالإضافة إلى ذلك ، اكتشف العلماء أن الأكسجين الذري يمكنه إصلاح الخلايا التالفة والحفاظ عليها.تعمل الأعمال الفنية على تحسين مواد هياكل الطائرات ، وكذلك تفيد الناس ، حيث يمكن استخدامها في مجموعة متنوعة من التطبيقات الطبية الحيوية.
كاميرات وأجهزة محمولة
هناك طرق مختلفة يمكن أن يؤثر بها الأكسجين الذري على السطح. الغرف المفرغة هي الأكثر استخدامًا. وتتراوح أحجامها من صندوق أحذية إلى تركيب 1.2 × 1.8 × 0.9 متر باستخدام الميكروويف أو إشعاع التردد اللاسلكي ، يتم تقسيم جزيئات O2إلى حالة الأكسجين الذري. يتم وضع عينة بوليمر في الحجرة ، حيث يشير مستوى تآكلها إلى تركيز المادة الفعالة داخل التركيب.
طريقة أخرى لتطبيق مادة ما هي جهاز محمول يسمح لك بتوجيه تيار ضيق من المؤكسد إلى هدف معين. من الممكن إنشاء بطارية من هذه التدفقات التي يمكن أن تغطي مساحة كبيرة من السطح المعالج.
مع إجراء المزيد من الأبحاث ، يظهر عدد متزايد من الصناعات اهتمامًا باستخدام الأكسجين الذري. أنشأت وكالة ناسا العديد من الشراكات والمشاريع المشتركة والشركات التابعة التي نجحت في العديد من المجالات التجارية في معظم الحالات.
الأكسجين الذري للجسم
لا تقتصر دراسة نطاق هذا العنصر الكيميائي على الفضاء الخارجي. وجد الأكسجين الذري ، الذي تم التعرف على خصائصه المفيدة ، ولكن لا يزال هناك الكثير منها قيد الدراسة ، العديد من الأدويةالتطبيقات.
يتم استخدامه لتنسيق سطح البوليمرات وجعلها قادرة على الاندماج مع العظام. عادة ما تصد البوليمرات خلايا العظام ، لكن العنصر النشط كيميائيًا يخلق نسيجًا يعزز الالتصاق. وهذا يؤدي إلى فائدة أخرى يجلبها الأكسجين الذري - علاج أمراض الجهاز العضلي الهيكلي.
يمكن أيضًا استخدام عامل الأكسدة هذا لإزالة الملوثات النشطة بيولوجيًا من الغرسات الجراحية. حتى مع ممارسات التعقيم الحديثة ، قد يكون من الصعب إزالة جميع بقايا الخلايا البكتيرية ، والتي تسمى السموم الداخلية ، من سطح الغرسات. هذه المواد عضوية ولكنها ليست حية ، لذلك لا يمكن للتعقيم إزالتها. يمكن أن تسبب السموم الداخلية التهاب ما بعد الزرع ، وهو أحد الأسباب الرئيسية للألم والمضاعفات المحتملة لمرضى الزرع.
الأكسجين الذري ، الذي تسمح خواصه المفيدة بتنظيف الطرف الاصطناعي وإزالة جميع آثار المواد العضوية ، يقلل بشكل كبير من خطر التهاب ما بعد الجراحة. وهذا يؤدي إلى نتائج أفضل للعمليات وألم أقل للمرضى.
اغاثة مرضى السكر
تُستخدم التكنولوجيا أيضًا في مستشعرات الجلوكوز وأجهزة مراقبة علوم الحياة الأخرى. يستخدمون ألياف بصرية أكريليك محكم بالأكسجين الذري. تسمح هذه المعالجة للألياف بتصفية خلايا الدم الحمراء ، مما يسمح لمصل الدم بالاتصال بكفاءة أكبرمكون مراقب الاستشعار الكيميائي.
وفقًا لشارون ميللر ، مهندس كهربائي في قسم البيئة والتجارب الفضائية في مركز غلين للأبحاث التابع لناسا ، فإن هذا يجعل الاختبار أكثر دقة ، بينما يتطلب حجمًا أصغر بكثير من الدم لقياس نسبة السكر في دم الشخص. يمكنك الحصول على حقنة في أي مكان في جسمك تقريبًا والحصول على ما يكفي من الدم لضبط مستويات السكر في الدم.
طريقة أخرى للحصول على الأكسجين الذري هي بيروكسيد الهيدروجين. إنه عامل مؤكسد أقوى بكثير من العامل الجزيئي. هذا بسبب السهولة التي يتحلل بها البيروكسيد. يعمل الأكسجين الذري ، الذي يتكون في هذه الحالة ، بقوة أكبر بكثير من الأكسجين الجزيئي. هذا هو سبب الاستخدام العملي لبيروكسيد الهيدروجين: تدمير جزيئات الأصباغ والكائنات الحية الدقيقة.
استعادة
عندما تكون الأعمال الفنية معرضة لضرر لا رجعة فيه ، يمكن استخدام الأكسجين الذري لإزالة الملوثات العضوية ، وترك مادة الطلاء سليمة. تزيل العملية جميع المواد العضوية مثل الكربون أو السخام ، لكنها لا تعمل بشكل عام على الطلاء. تكون الأصباغ في الغالب غير عضوية وهي مؤكسدة بالفعل ، مما يعني أن الأكسجين لن يتلفها. يمكن أيضًا حفظ الأصباغ العضوية مع توقيت دقيق للتعرض. اللوحة القماشية آمنة تمامًا ، لأن الأكسجين الذري يتلامس فقط مع سطح اللوحة.
يتم وضع الأعمال الفنية في غرفة فراغ ، فيالذي ينتج المؤكسد. اعتمادًا على درجة الضرر ، يمكن أن تبقى اللوحة هناك من 20 إلى 400 ساعة. يمكن أيضًا استخدام تيار من الأكسجين الذري لمعالجة خاصة للمنطقة المتضررة التي تحتاج إلى ترميم. هذا يلغي الحاجة إلى وضع العمل الفني في غرفة فراغ.
السخام وأحمر الشفاه ليسا مشكلة
بدأت المتاحف والمعارض والكنائس في الاتصال بمركز الخليج للاستثمار للحفاظ على أعمالهم الفنية وترميمها. أظهر مركز الأبحاث القدرة على استعادة لوحة تالفة لجاكسون بولاك ، وإزالة أحمر الشفاه من لوحة آندي وارهول ، والحفاظ على اللوحات التالفة بسبب الدخان في كنيسة سانت ستانيسلاوس في كليفلاند. استخدم فريق مركز أبحاث جلين الأكسجين الذري لاستعادة قطعة يعتقد أنها ضاعت ، وهي نسخة إيطالية عمرها قرون من رفاييل مادونا في الكرسي ، مملوكة لكنيسة القديس ألبان الأسقفية في كليفلاند.
وفقًا للبنوك ، فإن هذا العنصر الكيميائي فعال للغاية. في الترميم الفني ، يعمل بشكل مثالي. صحيح ، هذا ليس شيئًا يمكن شراؤه في زجاجة ، لكنه أكثر فاعلية.
استكشاف المستقبل
عملت ناسا على أساس السداد مع مجموعة متنوعة من الأطراف المهتمة بالأكسجين الذري. خدم مركز أبحاث جلين الأفراد الذين تضررت أعمالهم الفنية التي لا تقدر بثمن في حرائق المنازل ، وكذلك الشركات التي تبحث عن استخدامات لهذه المادة.في التطبيقات الطبية الحيوية مثل LightPointe Medical of Eden Prairie ، مينيسوتا. اكتشفت الشركة العديد من الاستخدامات للأكسجين الذري وتتطلع للعثور على المزيد.
وفقًا للبنوك ، هناك العديد من المناطق غير المستكشفة. تم اكتشاف عدد كبير من التطبيقات لتكنولوجيا الفضاء ، ولكن ربما يكون هناك المزيد من التطبيقات الكامنة خارج تكنولوجيا الفضاء.
فضاء في خدمة الرجل
تأمل مجموعة العلماء في مواصلة استكشاف طرق استخدام الأكسجين الذري ، بالإضافة إلى الاتجاهات الواعدة التي تم العثور عليها بالفعل. تم تسجيل العديد من التقنيات ببراءات اختراع ، ويأمل فريق GIZ أن تقوم الشركات بترخيص بعضها وتسويقها ، الأمر الذي سيجلب المزيد من الفوائد للبشرية.
في ظل ظروف معينة ، يمكن أن يتسبب الأكسجين الذري في حدوث ضرر. بفضل باحثي ناسا ، تقدم هذه المادة الآن مساهمة إيجابية في استكشاف الفضاء والحياة على الأرض. سواء كان الأمر يتعلق بالحفاظ على الأعمال الفنية التي لا تقدر بثمن أو شفاء الناس ، فإن الأكسجين الذري هو أقوى أداة. العمل معه يكافأ مائة ضعف وتظهر نتائجه على الفور
