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ソーラークレーブと呼ばれる発明は、不適切に洗浄された医療機器に起因する数百万の年間感染を防ぐのに役立ちます。 写真：オアラ・ノイマン
蒸気を発生させて細菌を殺し、医療機器を滅菌する装置であるオートクレーブは1879年に発明されました。しかし、134年後、医療機器の不適切な滅菌の結果として発生する感染症は、まだ数億人に及ぶと推定されています年、主に発展途上国で。 オートクレーブ技術へのアクセスが制限されている場所では、一貫性のない電力供給に加えて、多くの人々が、細菌、ウイルス、その他の病原体でいっぱいの機器で手術を受けています。
しかし、良いニュースは、ライス大学のオアラ・ノイマンとナオミ・ハラスが率いるエンジニアのグループによって開発されたソーラークレーブと呼ばれるデバイスのおかげで、この問題はすぐに解決できることです。 米国科学アカデミー論文集で本日発表された記事に記載されている彼らのデバイスは、特定のナノ粒子のユニークな特性とともに太陽の力を利用して、外部電源を必要とせずに医療機器やその他の機器を消毒します。
研究者は、太陽光発電を使用して機器を滅菌することを考えた最初のチームではありませんでしたが、これは標準的なFDAレベルの滅菌テストに合格した最初の機能プロトタイプです。 従来のオートクレーブは、蒸気を生成するために電気を使用しますが、このデバイスは、水溶液中に散在する金属およびカーボンナノ粒子（直径1万分の1の小さな粒子）に依存することにより、蒸気を生成します。
ナノ粒子の熱力学的特性により、周囲の液体よりもはるかに速くエネルギーを吸収し、太陽光が鏡面皿に集められ、その熱が溶液に注がれるため、大きな温度差が生じます。 熱は、ナノ粒子に隣接する水分子に伝達され、それらを直接蒸気に変換します。 この設計により、非常に効率的な方法で太陽エネルギーを蒸気に変換できます。エネルギーのわずか20％が液体の温度上昇に使用され、残りの80％は蒸気浴の生成と維持に役立ちます。
水が通常沸騰して蒸気に変わるときとは異なり、ナノ粒子は、溶液がまだ沸点をはるかに下回っているときに、摂氏70度でかなりの量の蒸気を生成することができます（研究者が液体カプセルを入れると蒸気も生成されました）氷浴、摂氏0度以上に保つ）。 その結果、ソーラークレーブは、限られた強度の太陽光発電のみを使用して、通常は非常にエネルギー集約型のプロセスである医療機器の滅菌を実行できます。
研究者は、このテクノロジーを使用して、両方ともグリッド外で動作できる2つの関連するプロトタイプを作成しました。 1つは、医療機器やその他の比較的小さな物体を滅菌するために設計された閉ループシステムです。 もう1つは入力を可能にし、開発途上国で進行中の問題である病気のspread延を減らすために、人間と動物の廃棄物を殺菌するように設計されています。 週に3回手術した場合、研究者は、大人4人の家族によって生成された尿と糞便を処理できると推定しています。
プロトタイプは、温泉やその他の暖かい環境で増殖するバクテリアの一種であるGeobacillus stearothermophilusを殺す効果によりテストされました。 両方のソーラークレーブはテストに合格し、30分間でサンプル中のすべての細菌を殺しました。
テストでは、ソーラークレーブは細菌を効果的に殺し、医療機器を正常に殺菌できることを示しました。 Flickrユーザーmynameissharsha経由の画像
この種の技術を大規模に生産できれば、世界中の感染量を大幅に削減できる可能性があります。 ナノ粒子は滅菌プロセス中に消費されないため、無期限に再利用でき、各サイクルで比較的少量の水が使用されます。 また、研究者は可能な限り低コストのコンポーネントを使用しようとしましたが、デバイスはまだプロトタイプ段階にあるため、最終的な価格がどうなるかを言うのは困難です。
コストの問題がなければ、ソーラークレーブは、電気へのアクセスが主な制限となるあらゆる状況で使用できる可能性があります。 最も差し迫った用途は医療機器と人間の排泄物の殺菌ですが、研究者は最終的に同じ種類の技術を使用して水を浄化し、食品中の細菌の拡散を制限できると推測しています。 蒸気を生成する際の設計の驚くべき効率は、いつの日か発電にも使用できると彼らは言う。
