powiązana zawartość
- To urządzenie słoneczne w kształcie kuli działa w najchmurniejsze dni
Wynalazek zwany solarclave może pomóc w zapobieganiu milionom corocznych infekcji wynikających z niewłaściwie wyczyszczonego sprzętu medycznego. Zdjęcie Oara Neumann
Autoklaw - urządzenie wytwarzające parę wodną do zabijania bakterii i sterylizacji sprzętu medycznego - zostało wynalezione już w 1879 roku. Ale 134 lata później infekcje, które rozwijają się w wyniku niewłaściwie sterylnego sprzętu medycznego, nadal szacowane są na setki milionów ludzi rok, głównie w krajach rozwijających się. W miejscach o ograniczonym dostępie do technologii autoklawu, przy niespójnym zasilaniu, wiele osób wciąż przechodzi operacje z wyposażeniem pełnym bakterii, wirusów i innych patogenów.
Dobrą wiadomością jest to, że problem ten może zostać wkrótce rozwiązany dzięki urządzeniu zwanemu klastrem słonecznym, opracowanym przez grupę inżynierów kierowanych przez Oarę Neumann i Naomi Halas z Rice University. Ich urządzenie, opisane w artykule opublikowanym dzisiaj w Proceedings of National Academy of Sciences, wykorzystuje moc Słońca - wraz z unikalnymi właściwościami określonych nanocząstek - do dezynfekcji sprzętu medycznego i innych instrumentów bez potrzeby korzystania z zewnętrznego źródła energii elektrycznej.
Badacze nie byli pierwszym zespołem, który wpadł na pomysł wykorzystania energii słonecznej do sterylizacji sprzętu, ale jest to pierwszy działający prototyp, który przeszedł standardowe testy sterylizacji na poziomie FDA. Konwencjonalne autoklawy wykorzystują energię elektryczną do wytwarzania pary, ale to urządzenie polega na nanocząsteczkach metalu i węgla (małe cząstki o średnicy zaledwie dziesięciu tysięcznych centymetra), które są rozproszone w roztworze wodnym.
Charakterystyka termodynamiczna nanocząstek powoduje, że absorbują one energię znacznie szybciej niż otaczająca ciecz, generując dużą różnicę temperatur, gdy światło słoneczne jest gromadzone przez lustrzaną płytkę, a jej ciepło jest kierowane do roztworu. Ciepło jest następnie przekazywane do cząsteczek wody, które sąsiadują z nanocząstkami i przekształca je bezpośrednio w parę. Ta konstrukcja pozwala na konwersję energii słonecznej na parę w niezwykle wydajny sposób - tylko 20 procent energii jest zużywane na podnoszenie temperatury cieczy, a pozostałe 80 procent pomaga wytwarzać i utrzymywać kąpiel parową.
W przeciwieństwie do tego, kiedy woda jest zwykle gotowana i zamieniana w parę, nanocząstki są w stanie wytwarzać znaczne ilości pary w temperaturze 70 stopni Celsjusza, gdy roztwór jest nadal znacznie poniżej jego temperatury wrzenia (pewna para została nawet wytworzona, gdy naukowcy umieścili kapsułkę z płynem w łaźnia lodowa, utrzymująca ją nieco powyżej zera stopni Celsjusza). W rezultacie słoneczna klastra może przeprowadzić proces, który jest zwykle niezwykle energochłonny - sterylizuje sprzęt medyczny - wykorzystując jedynie ograniczoną intensywność energii słonecznej.
Naukowcy wykorzystali tę technologię do stworzenia dwóch powiązanych prototypów, które mogą działać poza siecią. Jednym z nich jest system z zamkniętą pętlą zaprojektowany do sterylizacji sprzętu medycznego i innych stosunkowo małych przedmiotów; drugi pozwala na nakłady i ma na celu sterylizację odpadów ludzkich i zwierzęcych w celu ograniczenia rozprzestrzeniania się chorób, co stanowi stały problem w krajach rozwijających się. Jeśli operacja odbywa się trzy razy w tygodniu, naukowcy szacują, że może przetwarzać mocz i kał produkowany przez rodzinę czterech dorosłych osób.
Prototypy przetestowano pod kątem skuteczności w zabijaniu Geobacillus stearothermophilus, rodzaju bakterii, która rośnie w gorących źródłach i innych ciepłych środowiskach, a zatem jest trudniejsza do usunięcia przez ogrzewanie niż większość innych rodzajów drobnoustrojów. Oba sondy słoneczne przeszły test, zabijając wszystkie bakterie w próbce w ciągu 30 minut.
W testach słoneczny klar skutecznie zabija bakterie, co wskazuje, że może skutecznie sterylizować sprzęt medyczny. Zdjęcie wykonane przez użytkownika Flickr mynameissharsha
Jeśli tego rodzaju technologię można wyprodukować na masową skalę, może ona znacznie pomóc w zmniejszeniu liczby infekcji na całym świecie. Nanocząsteczki nie są zużywane podczas procesu sterylizacji, dzięki czemu można je ponownie wykorzystywać bez końca, a podczas każdego cyklu zużywa się stosunkowo niewielkie ilości wody. Naukowcy starali się również wykorzystywać tanie komponenty, gdy tylko jest to możliwe, ale ponieważ urządzenie jest wciąż w fazie prototypu, trudno jest powiedzieć, jaka byłaby ostateczna cena.
Oprócz problemów związanych z kosztami, słonecznego klastra można potencjalnie używać we wszystkich okolicznościach, w których dostęp do energii elektrycznej jest głównym ograniczeniem. Najpilniejszymi zastosowaniami są sterylizacja sprzętu medycznego i odpadów ludzkich, ale naukowcy spekulują, że ten sam rodzaj technologii można ostatecznie zastosować do oczyszczania wody i ograniczenia rozprzestrzeniania się bakterii w produktach spożywczych. Mówią, że niezwykła wydajność tego urządzenia w wytwarzaniu pary może kiedyś zostać wykorzystana do wytwarzania energii elektrycznej.
