Связанный контент
- Это устройство солнечной энергии в форме шара работает в самые пасмурные дни
Изобретение под названием «солнечный клав» может помочь предотвратить миллионы ежегодных инфекций, возникающих в результате неправильной очистки медицинского оборудования. Фото Оары Нойманн
Автоклав - устройство, которое генерирует пар для уничтожения бактерий и стерилизации медицинского оборудования - был изобретен еще в 1879 году. Но спустя 134 года инфекции, развивающиеся в результате неправильно стерилизованного медицинского оборудования, по-прежнему, по оценкам, поражают сотни миллионов людей каждый. год, в основном в развивающихся странах. В местах с ограниченным доступом к автоклавной технологии, а также с нестабильным энергоснабжением, многие люди все еще подвергаются операции с оборудованием, кишащим бактериями, вирусами и другими патогенными микроорганизмами.
Хорошая новость заключается в том, что эта проблема может быть решена в ближайшее время благодаря устройству под названием солнечный клав, разработанному группой инженеров во главе с Оарой Нойманн и Наоми Халас из Университета Райса. Их устройство, описанное в статье, опубликованной сегодня в « Известиях Национальной академии наук», использует силу Солнца - наряду с уникальными характеристиками конкретных наночастиц - для дезинфекции медицинского оборудования и других инструментов без необходимости использования внешнего источника электричества.
Исследователи были не первой командой, которая имела идею использовать солнечную энергию для стерилизации оборудования, но это первый действующий прототип, прошедший стандартные тесты на стерилизацию на уровне FDA. Обычные автоклавы используют электричество для производства пара, но это устройство делает это, полагаясь на металлические и углеродные наночастицы (крошечные частицы размером до одной десятитысячной доли сантиметра в диаметре), которые разбросаны в водном растворе.
Термодинамические характеристики наночастиц заставляют их поглощать энергию намного быстрее, чем окружающая жидкость, создавая большую разницу температур, поскольку солнечный свет собирается зеркальной тарелкой, а его тепло направляется в раствор. Затем тепло передается молекулам воды, которые находятся рядом с наночастицами, и превращает их непосредственно в пар. Такая конструкция позволяет чрезвычайно эффективно преобразовывать солнечную энергию в пар - только 20 процентов энергии используется для повышения температуры жидкости, а оставшиеся 80 процентов помогают производить и поддерживать паровую баню.
В отличие от того, когда вода обычно кипятится и превращается в пар, наночастицы способны генерировать значительное количество пара при 70 градусах Цельсия, когда раствор все еще намного ниже его точки кипения (некоторое количество пара даже генерировалось, когда исследователи помещали капсулу с жидкостью в ледяная баня, держащая ее чуть выше нуля градусов по Цельсию). В результате солярный клав может выполнять, как правило, чрезвычайно энергоемкий процесс - стерилизацию медицинского оборудования - используя только ограниченную интенсивность солнечной энергии.
Исследователи использовали эту технологию для создания двух связанных прототипов, которые могут работать вне сети. Одна из них представляет собой замкнутую систему, предназначенную для стерилизации медицинского оборудования и других относительно небольших предметов; другая позволяет вводить данные и предназначена для стерилизации отходов человека и животных с целью снижения распространения болезней, что является постоянной проблемой в развивающихся странах. Если оперировать три раза в неделю, исследователи считают, что он может обрабатывать мочу и кал, вырабатываемые семьей из четырех взрослых.
Прототипы были проверены на их эффективность в уничтожении Geobacillus stearothermophilus, типа бактерий, которые растут в горячих источниках и других теплых средах, и, следовательно, их труднее удалить с помощью нагревания, чем большинство других типов микробов. Обе солнечные клавы прошли испытание, убив все бактерии в образце в течение 30 минут.
В ходе испытаний солнечный клав эффективно уничтожил бактерии, что свидетельствует об успешной стерилизации медицинского оборудования. Изображение через пользователя Flickr mynameissharsha
Если такого рода технология может быть произведена в массовом масштабе, она может помочь значительно сократить количество инфекций во всем мире. Наночастицы не потребляются во время процесса стерилизации, поэтому их можно повторно использовать бесконечно, и в каждом цикле используется относительно небольшое количество воды. Исследователи также стремились использовать недорогие компоненты везде, где это было возможно, но поскольку устройство все еще находится на стадии создания прототипа, трудно сказать, какой будет окончательная цена.
За исключением вопросов стоимости, солнечный клав потенциально может быть использован при любых обстоятельствах, где доступ к электричеству является основным ограничением. Самыми непосредственными применениями являются стерилизация медицинского оборудования и отходов жизнедеятельности человека, но исследователи предполагают, что в конечном итоге такая же технология может быть использована для очистки воды и ограничения распространения бактерий в пищевых продуктах. Говорят, что замечательная эффективность конструкции в производстве пара может когда-нибудь даже использоваться для производства электроэнергии.
