Asiaan liittyvä sisältö
- Tämä orb-muotoinen aurinkovoimalaite toimii pilvisinä päivinä
Aurinkoklaveriksi kutsuttu keksintö voi auttaa estämään miljoonia vuotuisia infektioita, jotka johtuvat väärin puhdistetuista lääkinnällisistä laitteista. Kuva: Oara Neumann
Autoklaavi - laite, joka tuottaa höyryä tappamaan bakteereja ja steriloimaan lääketieteellisiä laitteita - keksittiin jo vuonna 1879. Mutta 134 vuotta myöhemmin, infektioiden, jotka kehittyvät väärin steriloitujen lääkinnällisten laitteiden seurauksena, arvioidaan edelleen vaikuttavan satoihin miljooniin ihmisiin kukin vuosi, lähinnä kehitysmaissa. Paikoissa, joilla on rajoitettu pääsy autoklaavitekniikkaan, ja epäjohdonmukaisen virtalähteen kanssa, monille ihmisille tehdään edelleen leikkaus laitteilla, joissa on bakteereja, viruksia ja muita taudinaiheuttajia.
Hyvä uutinen on kuitenkin, että tämä ongelma voitaisiin ratkaista pian, koska aurinkosähkölaite, jota kehitti insinööriryhmä, jota johtivat Oara Neumann ja Naomi Halas Rice-yliopistosta. Heidän laitteensa, joka on kuvattu tänään julkaisussa Proceedings of the National Academy of Sciences, valjastaa Auringon voiman - yhdessä tiettyjen nanohiukkasten ainutlaatuisten ominaisuuksien kanssa - puhdistamaan lääketieteelliset laitteet ja muut instrumentit ilman, että tarvitsisi ulkoista sähkölähdettä.
Tutkijat eivät olleet ensimmäisiä joukkueita, joilla oli ajatus aurinkovoiman käytöstä laitteiden sterilointiin, mutta tämä on ensimmäinen toimiva prototyyppi, joka on läpäissyt standardit FDA-tason sterilointitestit. Tavanomaiset autoklaavit käyttävät sähköä höyryn tuottamiseen, mutta tämä laite tekee sen luottamalla metalli- ja hiiliananohiukkasiin (pieniin hiukkasiin, joiden halkaisija on vähintään yksi kymmenestuhannes senttimetriä), jotka ovat hajallaan vesiliuoksessa.
Nanohiukkasten termodynaamiset ominaisuudet saavat ne absorboimaan energiaa paljon nopeammin kuin ympäröivä neste, mikä tuottaa suuren lämpötilaeron, kun peilimalja kerää auringonvaloa ja sen lämpö kanavoidaan liuokseen. Lämpö siirtyy sitten vesimolekyyleihin, jotka ovat nanohiukkasten vieressä ja muuntavat ne suoraan höyryksi. Tämä malli mahdollistaa aurinkoenergian muuntamisen höyryksi erittäin tehokkaalla tavalla - vain 20 prosenttia energiasta käytetään nesteen lämpötilan nostamiseen, ja loput 80 prosenttia auttavat tuottamaan ja ylläpitämään höyrykylpyä.
Toisin kuin silloin, kun vesi normaalisti keitetään ja muuttuu höyryksi, nanohiukkaset kykenevät tuottamaan huomattavia määriä höyryä 70 celsiusasteessa, kun liuos on edelleen kaukana sen kiehumispisteestä (jonkin verran höyryä syntyi jopa, kun tutkijat panivat nestekapselin jäähaude, pitäen sen hieman nollan asteen yläpuolella). Seurauksena on, että aurinkokerros voi suorittaa sen, mikä on normaalisti erittäin energiaintensiivinen prosessi - lääketieteellisten laitteiden sterilointi - pelkästään aurinkoenergian rajoitetun intensiteetin avulla.
Tutkijat käyttivät tätä tekniikkaa tuottamaan kaksi samanlaista prototyyppiä, jotka molemmat voivat toimia verkon ulkopuolella. Yksi on suljetun silmukan järjestelmä, joka on suunniteltu lääketieteellisten laitteiden ja muiden suhteellisen pienten esineiden sterilointiin; toinen mahdollistaa syötteet, ja se on tarkoitettu steriloimaan ihmis- ja eläinjätteet taudin leviämisen vähentämiseksi, mikä on kehitysmaissa jatkuva ongelma. Jos tutkimusta suoritetaan kolme kertaa viikossa, tutkijoiden arvion mukaan se pystyy käsittelemään neljän aikuisen perheen tuottamaa virtsaa ja ulosteita.
Prototyyppejä testattiin niiden tehokkuudella tappaa Geobacillus stearothermophilus, eräs bakteerityyppi, joka kasvaa kuumissa lähteissä ja muissa lämpimissä ympäristöissä, ja sitä on siten vaikeampi poistaa lämmityksen kautta kuin useimmat muun tyyppiset mikrobit. Molemmat aurinkokeräimet läpäisivät testin, tappaen kaikki näytteessä olevat bakteerit 30 minuutin aikana.
Kokeissa aurinkokanta tappoi tehokkaasti bakteereja osoittaen, että se voisi steriloida lääketieteelliset laitteet onnistuneesti. Kuva Flickrin käyttäjän mynameissharsha kautta
Jos tällaista tekniikkaa voidaan tuottaa massasuunnassa, sillä on potentiaalia auttaa vähentämään huomattavasti infektioiden määrää maailmanlaajuisesti. Nanohiukkasia ei kuluteta sterilointiprosessin aikana, joten niitä voidaan käyttää uudelleen toistaiseksi, ja jokaisessa jaksossa käytetään suhteellisen pieniä määriä vettä. Tutkijat pyrkivät myös käyttämään edullisia komponentteja aina kun mahdollista, mutta koska laite on edelleen prototyyppivaiheessa, on vaikea sanoa, mikä lopullinen hintalappu olisi.
Sellaisia kustannuskysymyksiä lukuun ottamatta aurinkohelmiä voidaan käyttää kaikenlaisissa tilanteissa, joissa sähkön saatavuus on suurin rajoitus. Välitöntä käyttöä ovat lääketieteellisten laitteiden ja ihmisjätteiden sterilointi, mutta tutkijat spekuloivat, että samantyyppistä tekniikkaa voitaisiin lopulta käyttää veden puhdistamiseen ja bakteerien leviämisen rajoittamiseen elintarvikkeissa. Heidän mukaansa suunnittelun huomattava tehokkuus höyryn tuottamisessa voitaisiin joskus käyttää jopa sähköntuotannossa.
