תוכן קשור
- מכשיר אנרגיה סולארית בצורת כדור זה עובד בימים המעוננים ביותר
המצאה הנקראת "משטח השמש" יכולה לעזור במניעת מיליוני הזיהומים השנתיים הנובעים מציוד רפואי מנוקה שלא כהלכה. צילום: אורה נוימן
החיטוי האוטומטי - מכשיר המייצר קיטור להרגת חיידקים ולעיקור ציוד רפואי - הומצא עוד בשנת 1879. אולם 134 שנים לאחר מכן, עדיין מעריכים כי זיהומים המתפתחים כתוצאה מציוד רפואי מעוקר שלא כהלכה משפיעים על מאות מיליוני אנשים כל אחד בשנה, בעיקר בעולם המתפתח. במקומות עם גישה מוגבלת לטכנולוגיית החיטוי האוטומטי, יחד עם אספקת חשמל לא עקבית, אנשים רבים עדיין עוברים ניתוחים עם ציוד רווי חיידקים, נגיפים ופתוגנים אחרים.
החדשות הטובות, עם זאת, הן שניתן לפתור בעיה זו בקרוב, הודות למכשיר שנקרא "שקע סולארי", שפותח על ידי קבוצת מהנדסים בראשות אורה נוימן ונעמי חלאס מאוניברסיטת רייס. המכשיר שלהם, המתואר במאמר שפורסם היום בכתב העת Proceedings of the National Academy of Sciences, רותם את כוחה של השמש - יחד עם המאפיינים הייחודיים של חלקיקים ספציפיים - לחטא ציוד רפואי ומכשירים אחרים ללא צורך במקור חשמל חיצוני.
החוקרים לא היו הצוות הראשון שקיבל את הרעיון להשתמש באנרגיה סולארית לעיקור ציוד, אך זהו האבטיפוס הראשון שמתפקד ועבר בדיקות עיקור רגילות של ה- FDA. אוטוקלאבים קונבנציונליים משתמשים בחשמל כדי לייצר קיטור, אך מכשיר זה עושה זאת על ידי הסתמכות על חלקיקי ננו-מתכת ופחמן (חלקיקים זעירים עד קוטר של עשרת אלפים סנטימטרים בקוטר) המפוזרים בתמיסה מימית.
המאפיינים התרמודינמיים של חלקיקי הננו גורמים להם לספוג אנרגיה הרבה יותר מהר מהנוזל שמסביב, ויוצר הפרש טמפרטורה גדול ככל שאור השמש נאסף על ידי צלחת שיקוף והחום שלו מועבר לתמיסה. לאחר מכן מועבר החום למולקולות המים הסמוכות לחלקיקי הננו וממיר אותם ישירות לאדים. תכנון זה מאפשר להמיר אנרגיה סולארית לקיטור בצורה יעילה במיוחד - רק 20 אחוז מהאנרגיה משמשים להעלאת הטמפרטורה של הנוזל, ושמונים האחוזים הנותרים מסייעים בייצור ותחזוקת האמבט.
שלא כמו כאשר מים רותחים בדרך כלל והופכים לאדים, חלקיקי הננו מסוגלים לייצר כמויות ניכרות של אדים בחום של 70 מעלות, כאשר הפיתרון עדיין נמצא הרחק מתחת לנקודת הרתיחה שלו (אדים מסוימים אף נוצרו כאשר החוקרים הכניסו את כמוסת הנוזל ל אמבט קרח, שמירה על מעט מעל לאפס מעלות צלזיוס). כתוצאה מכך, שקע השמש יכול לבצע את מה שהוא בדרך כלל תהליך עתיר אנרגיה - עיקור ציוד רפואי - תוך שימוש בעוצמה המוגבלת של כוח השמש בלבד.
החוקרים השתמשו בטכנולוגיה זו כדי לייצר שני אבות-טיפוס קשורים שיכולים לשמש את הרשת. האחת היא מערכת לולאה סגורה המיועדת לעקר ציוד רפואי וחפצים קטנים יחסית; השני מאפשר תשומות ומתוכנן לעקר פסולת אנושית ובעלי חיים כדי להפחית את התפשטות המחלה, בעיה מתמשכת במדינות מתפתחות. אם הוא נותח שלוש פעמים בשבוע, החוקרים מעריכים שהוא יכול לעבד את השתן והצואה המיוצרים על ידי משפחה של ארבעה מבוגרים.
האבות-טיפוס נבדקו על ידי יעילותם בהריגת Geobacillus stearothermophilus, סוג של חיידקים הגדל במעיינות חמים ובסביבות חמות אחרות, ולכן קשה יותר להסרה באמצעות חימום מאשר רוב סוגי החיידקים האחרים. שני חצאי השמש עברו את הבדיקה והרגו את כל החיידקים שבדגימה במהלך 30 דקות.
בבדיקות, המבער השמש הרג את החיידקים ביעילות, מה שמעיד שהוא יכול לעקר בהצלחה ציוד רפואי. תמונה באמצעות משתמש Flickr mynameissharsha
אם ניתן לייצר טכנולוגיה מסוג זה בהיקף המוני, יש לה פוטנציאל לעזור להפחית במידה רבה את כמות הזיהומים ברחבי העולם. חלקיקי הננו אינם נצרכים בתהליך הסטריליזציה, ולכן ניתן לעשות בהם שימוש חוזר ללא הגבלת זמן, ומשתמשים בכמויות קטנות יחסית של מים בכל מחזור. החוקרים גם ביקשו להשתמש ברכיבים בעלות נמוכה ככל האפשר, אך מכיוון שהמכשיר עדיין נמצא בשלב האב-טיפוס, קשה לומר מה יהיה תג המחיר הסופי.
במונע סוגיות של עלות, ניתן להשתמש במצע השמש בכל מיני נסיבות בהן הגישה לחשמל היא המגבלה העיקרית. היישומים המיידיים ביותר הם עיקור ציוד רפואי ופסולת אנושית, אולם החוקרים משערים כי סוג זה של טכנולוגיה יכול לשמש בסופו של דבר לטיהור מים ולהגבלת התפשטות החיידקים במוצרי מזון. יעילותם המדהימה של העיצוב בייצור קיטור, לדבריהם, יכולה אפילו להיות בשימוש בייצור חשמל.
