gerelateerde inhoud
- Dit orb-vormige zonne-energie-apparaat werkt op de meest bewolkte dagen
Een uitvinding die de zonneclaaf wordt genoemd, kan de miljoenen jaarlijkse infecties helpen voorkomen die het gevolg zijn van onjuist gereinigde medische apparatuur. Foto door Oara Neumann
De autoclaaf - een apparaat dat stoom genereert om bacteriën te doden en medische apparatuur te steriliseren - werd in 1879 uitgevonden. Maar 134 jaar later worden naar schatting honderden miljoenen mensen getroffen door infecties die zich ontwikkelen als gevolg van onjuist gesteriliseerde medische apparatuur. jaar, meestal in de ontwikkelingslanden. Op plaatsen met beperkte toegang tot autoclaaftechnologie, samen met een inconsistente stroomvoorziening, ondergaan veel mensen nog steeds een operatie met apparatuur vol met bacteriën, virussen en andere ziekteverwekkers.
Het goede nieuws is echter dat dit probleem snel kan worden opgelost, dankzij een apparaat genaamd een solarclave, ontwikkeld door een groep ingenieurs onder leiding van Oara Neumann en Naomi Halas van Rice University. Hun apparaat, beschreven in een artikel dat vandaag is gepubliceerd in Proceedings van de National Academy of Sciences, maakt gebruik van de kracht van de zon - samen met de unieke kenmerken van specifieke nanodeeltjes - om medische apparatuur en andere instrumenten te zuiveren zonder een externe elektriciteitsbron.
De onderzoekers waren niet het eerste team dat het idee had om zonne-energie te gebruiken om apparatuur te steriliseren, maar dit is het eerste functionerende prototype dat de standaard sterilisatietests op FDA-niveau heeft doorstaan. Conventionele autoclaven gebruiken elektriciteit om stoom te produceren, maar dit apparaat doet dit door te vertrouwen op metalen en koolstof nanodeeltjes (kleine deeltjes die zo klein zijn als een tienduizendste van een centimeter in diameter) die worden verspreid in een waterige oplossing.
Door de thermodynamische eigenschappen van de nanodeeltjes absorberen ze veel sneller energie dan de omringende vloeistof, waardoor een groot temperatuurverschil ontstaat, omdat zonlicht wordt verzameld door een spiegelend gerecht en de warmte ervan in de oplossing wordt geleid. De warmte wordt vervolgens overgedragen aan de watermoleculen die grenzen aan de nanodeeltjes en zet deze direct om in stoom. Dit ontwerp maakt de omzetting van zonne-energie in stoom op een uiterst efficiënte manier mogelijk - slechts 20 procent van de energie wordt gebruikt om de temperatuur van de vloeistof te verhogen, en de resterende 80 procent helpt bij het produceren en onderhouden van het stoombad.
Anders dan wanneer water normaal wordt gekookt en in stoom wordt omgezet, zijn de nanodeeltjes in staat om aanzienlijke hoeveelheden stoom te genereren bij 70 graden Celsius, wanneer de oplossing nog steeds ver onder het kookpunt is (er werd zelfs wat stoom gegenereerd toen de onderzoekers de vloeistofcapsule erin deden een ijsbad, waardoor het net boven nul graden Celsius wordt gehouden). Als gevolg hiervan kan de solarclave een normaal energie-intensief proces uitvoeren - het steriliseren van medische apparatuur - met alleen de beperkte intensiteit van zonne-energie.
De onderzoekers gebruikten deze technologie om twee gerelateerde prototypes te produceren die beide buiten het net kunnen werken. Een daarvan is een gesloten-lussysteem ontworpen om medische apparatuur en andere relatief kleine objecten te steriliseren; de andere maakt invoer mogelijk en is ontworpen om menselijk en dierlijk afval te steriliseren om de verspreiding van ziekten te verminderen, een voortdurend probleem in ontwikkelingslanden. Als het driemaal per week wordt gebruikt, schatten de onderzoekers dat het de urine en uitwerpselen van een gezin van vier volwassenen kan verwerken.
De prototypes werden getest op hun werkzaamheid bij het doden van Geobacillus stearothermophilus, een type bacterie dat groeit in hete bronnen en andere warme omgevingen, en is daarom moeilijker te verwijderen via verwarming dan de meeste andere soorten microben. Beide zonneclaven slaagden voor de test en doodden alle bacteriën in het monster gedurende 30 minuten.
In tests doodde de solarclave effectief bacteriën, wat aangeeft dat het medische apparatuur met succes kon steriliseren. Afbeelding via Flickr-gebruiker mynameissharsha
Als dit soort technologie op grote schaal kan worden geproduceerd, kan dit het aantal infecties wereldwijd aanzienlijk helpen verminderen. De nanodeeltjes worden niet verbruikt tijdens het sterilisatieproces, dus ze kunnen voor onbepaalde tijd worden hergebruikt en er worden relatief kleine hoeveelheden water gebruikt tijdens elke cyclus. De onderzoekers probeerden ook waar mogelijk goedkope componenten te gebruiken, maar omdat het apparaat zich nog in de prototypefase bevindt, is het moeilijk te zeggen wat het uiteindelijke prijskaartje zou zijn.
Behalve kosten, kan de solarclave mogelijk worden gebruikt in allerlei omstandigheden waarin toegang tot elektriciteit de belangrijkste beperking is. De meest directe toepassingen zijn het steriliseren van medische apparatuur en menselijk afval, maar de onderzoekers speculeren dat dezelfde soort technologie uiteindelijk zou kunnen worden gebruikt om water te zuiveren en de verspreiding van bacteriën in voedselproducten te beperken. De opmerkelijke efficiëntie van het ontwerp bij het produceren van stoom, zeggen ze, zou ooit ooit kunnen worden gebruikt voor de opwekking van elektriciteit.
