Свързано съдържание
- Това слънчево захранващо устройство с форма на кълбо работи в най-дните
Изобретението, наречено слънчев клав, може да помогне за предотвратяване на милиони годишни инфекции, които са резултат от неправилно почистена медицинска апаратура. Снимка от Оара Нойман
Автоклавът - устройство, което генерира пара за убиване на бактерии и стерилизиране на медицинско оборудване - е изобретен още през 1879 г. Но 134 години по-късно инфекциите, които се развиват в резултат на неправилно стерилизирано медицинско оборудване, все още се оценяват, че засягат стотици милиони хора всеки година, най-вече в развиващия се свят. На места с ограничен достъп до автоклавна технология, наред с непостоянното захранване, много хора все още се подлагат на операция с апаратура, пълна с бактерии, вируси и други патогени.
Добрата новина обаче е, че този проблем може да бъде решен скоро благодарение на устройство, наречено слънчев клав, разработено от група инженери, ръководени от Оара Нойман и Наоми Халас от университета Райс. Устройството им, описано в статия, публикувана днес в Proceedings of the National Academy of Sciences, използва силата на Слънцето - заедно с уникалните характеристики на специфични наночастици - за дезинфекция на медицинско оборудване и други инструменти, без да има нужда от външен източник на електроенергия.
Изследователите не бяха първият екип, който има идея да използва слънчева енергия за стерилизиране на оборудване, но това е първият функциониращ прототип, който е преминал стандартните тестове за стерилизация на ниво FDA. Конвенционалните автоклави използват електричество за производството на пара, но това устройство го прави, като разчита на метални и въглеродни наночастици (малки частици с диаметър от една десет хиляди от сантиметър), които се разпръскват във воден разтвор.
Термодинамичните характеристики на наночастиците ги карат да абсорбират енергия много по-бързо от заобикалящата течност, генерирайки голяма температурна разлика, тъй като слънчевата светлина се събира от огледален съд и топлината му се насочва в разтвора. След това топлината се прехвърля във водните молекули, които са в съседство с наночастиците и ги преобразува директно в пара. Този дизайн позволява превръщането на слънчевата енергия в пара по изключително ефективен начин - само 20 процента от енергията се използва за повишаване на температурата на течността, а останалите 80 процента спомагат за производството и поддържането на парната баня.
За разлика от това, когато водата обикновено се вари и се превръща в пара, наночастиците са в състояние да генерират значителни количества пара при 70 градуса по Целзий, когато разтворът е все още далеч под точката на кипене (малко пара дори се генерира, когато изследователите поставят капсулата с течност в ледена баня, като я държите малко над нула градуса по Целзий). В резултат на това слънчевият клаб може да извърши обикновено изключително енергоемък процес - стерилизиране на медицинско оборудване - използвайки само ограничения интензитет на слънчевата енергия.
Изследователите използваха тази технология за създаване на два свързани прототипа, които могат да работят и извън мрежата. Едната е система със затворен контур, предназначена за стерилизиране на медицинско оборудване и други сравнително малки предмети; другата дава възможност за влагане и е предназначена за стерилизиране на човешки и животински отпадъци за намаляване на разпространението на болести, продължаващ проблем в развиващите се страни. Ако се оперира три пъти седмично, изследователите смятат, че той може да обработва урината и изпражненията, произведени от семейство от четирима възрастни.
Прототипите бяха тествани от тяхната ефикасност при убиване на Geobacillus stearothermophilus, вид бактерии, които растат в горещи извори и други топли среди, и по този начин е по-трудно да се отстранят чрез нагряване, отколкото повечето други видове микроби. И двата от слънчевите кланове преминаха теста, убивайки всички бактерии в пробата в продължение на 30 минути.
В тестовете слънчевият клав ефективно убива бактериите, което показва, че може успешно да стерилизира медицинско оборудване. Изображение чрез потребител на Flickr mynameissharsha
Ако този вид технология може да бъде произведена масово, тя има потенциал да помогне значително да намали количеството на инфекциите в световен мащаб. Наночастиците не се консумират по време на процеса на стерилизация, така че могат да се използват повторно за неопределено време и по време на всеки цикъл се използват сравнително малки количества вода. Изследователите също така се стремяха да използват компоненти с ниска цена, когато това беше възможно, но тъй като устройството все още е в етап на прототипа, е трудно да се каже какъв ще бъде крайният ценови маркер.
С изключение на разходите за разходи, слънчевият клапан потенциално може да се използва при всякакви обстоятелства, при които достъпът до електричество е основното ограничение. Най-непосредствените приложения са стерилизиране на медицинско оборудване и човешки отпадъци, но изследователите спекулират, че едни и същи технологии могат в крайна сметка да бъдат използвани за пречистване на водата и ограничаване на разпространението на бактерии в хранителните продукти. Според тях забележителната ефективност на дизайна при производството на пара може някой ден дори да бъде използвана при производството на електроенергия.
