Relateret indhold
- Denne orbformede solenergienhed fungerer på de skyeste dage
En opfindelse kaldet solclaven kunne hjælpe med at forhindre de millioner af årlige infektioner, der skyldes forkert rengjort medicinsk udstyr. Foto af Oara Neumann
Autoklaven - en enhed der genererer damp til at dræbe bakterier og sterilisere medicinsk udstyr - blev opfundet helt tilbage i 1879. Men 134 år senere vurderes infektioner, der udvikler sig som et resultat af forkert steriliseret medicinsk udstyr, stadig at påvirke hundreder af millioner mennesker hver år, mest i udviklingslandene. På steder med begrænset adgang til autoklavteknologi sammen med en inkonsekvent strømforsyning gennemgår mange mennesker stadig kirurgi med udstyr, der vrimler af bakterier, vira og andre patogener.
Den gode nyhed er dog, at dette problem snart kunne løses takket være en enhed kaldet en solclave, udviklet af en gruppe ingeniører ledet af Oara Neumann og Naomi Halas fra Rice University. Deres enhed, der er beskrevet i en artikel offentliggjort i dag i Proceedings of the National Academy of Sciences, udnytter solens magt - sammen med de unikke egenskaber ved specifikke nanopartikler - til at desinficere medicinsk udstyr og andre instrumenter uden behov for en ekstern strømkilde.
Forskerne var ikke det første team, der havde ideen om at bruge solenergi til sterilisering af udstyr, men dette er den første fungerende prototype, der har bestået standard steriliseringstests på FDA-niveau. Konventionelle autoklaver bruger elektricitet til at producere damp, men denne enhed gør det ved at stole på metal- og kulstof-nanopartikler (små partikler, der er så små som en ti tusindedel af en centimeter i diameter), der er spredt i en vandig opløsning.
Nanopartiklernes termodynamiske egenskaber får dem til at absorbere energi meget hurtigere end den omgivende væske, hvilket frembringer en stor temperaturforskel, når sollys opsamles af spejlet skål, og dens varme tragtes ind i opløsningen. Varmen overføres derefter til vandmolekylerne, der støder op til nanopartiklerne og omdanner dem direkte til damp. Dette design tillader konvertering af solenergi til damp på en ekstremt effektiv måde - kun 20 procent af energien bruges til at hæve væskens temperatur, og de resterende 80 procent hjælper med at producere og opretholde dampbadet.
I modsætning til, når vand normalt koges og omdannes til damp, er nanopartiklerne i stand til at generere betydelige mængder damp ved 70 grader Celsius, når opløsningen stadig er langt under dens kogepunkt (noget damp blev endda genereret, da forskerne satte væskekapslen i et isbad, der holder det lige over nul grader Celsius). Som et resultat kan solclaven udføre, hvad der normalt er en ekstremt energikrævende proces - sterilisering af medicinsk udstyr - ved hjælp af den begrænsede intensitet af solenergi alene.
Forskerne brugte denne teknologi til at producere to relaterede prototyper, der begge kan fungere ud fra nettet. Det ene er et lukket loop-system designet til sterilisering af medicinsk udstyr og andre relativt små genstande; den anden giver mulighed for input og er designet til at sterilisere menneskeligt og animalsk affald for at reducere spredningen af sygdomme, der er et vedvarende problem i udviklingslandene. Hvis de opereres tre gange om ugen, vurderer forskerne, at den kan behandle urinen og fæces produceret af en familie på fire voksne.
Prototyperne blev testet ud fra deres effektivitet ved at dræbe Geobacillus stearothermophilus, en type bakterier, der vokser i varme kilder og andre varme miljøer, og er derfor vanskeligere at fjerne via opvarmning end de fleste andre typer mikrober. Begge solclaver bestod testen og dræbte alle bakterier i prøven i løbet af 30 minutter.
I test dræbte solclaven effektivt bakterier, hvilket indikerede, at den med succes kunne sterilisere medicinsk udstyr. Billede via Flickr-bruger mynameissharsha
Hvis denne type teknologi kan produceres i masseskala, har den potentialet til at hjælpe kraftigt med at reducere mængden af infektioner over hele verden. Nanopartiklerne forbruges ikke under steriliseringsprocessen, så de kan genbruges på ubestemt tid, og der anvendes relativt små mængder vand i hver cyklus. Forskerne forsøgte også at bruge lave omkostningskomponenter, når det var muligt, men fordi enheden stadig er i prototype, er det svært at sige, hvad den endelige prislapp ville være.
Solclaven kan potentielt bruges under alle mulige omstændigheder, hvor adgang til elektricitet er den største begrænsning, hvis der er problemer med omkostninger. De mest umiddelbare anvendelser er sterilisering af medicinsk udstyr og menneskeligt affald, men forskerne spekulerer i, at den samme slags teknologi til sidst kan bruges til at rense vand og begrænse spredning af bakterier i fødevarer. Designets bemærkelsesværdige effektivitet i at producere damp, siger de, kan en dag endda bruges til elproduktion.
