Как же удалось хомяку покорить "водную стихию"? Почему этот маленький обитатель суши, находясь в течение нескольких часов на дне аквариума, не проявлял никаких признаков беспокойства? Все объяснялось предельно просто: хомяк был заключен в предварительно наполненный воздухом ящик, стенки которого были изготовлены из тончайшей, гибкой, полупрозрачной пленки, обладающей поистине волшебными свойствами.
Рис. 12. Хомяк, окруженный со всех сторон водой, преспокойно грызет лист салата
Изобретенную Раббом кремнийорганическую пленку называют селективной мембраной. Она получена путем многократного растягивания, состоит из 6 слоев, толщина каждого слоя равна всего лишь 0,025 мм, суммарная толщина — 0,15 мм. У кремнийорганической мембраны нет пор (в обычном понимании этого слова), и поэтому она не пропускает воду. Вместе с тем она проницаема для газов. Правда, не для всех. В первую очередь для кислорода и углекислого газа. Молекулы О2 и СО2 могут "протиснуться" между молекулами мембраны, переходя из области более высокого парциального давления в область, где давление этого газа ниже (рис. 13).
Рис. 13. Схема действия обычной пористой (а) и селективной (6) мембраны
Именно совокупность этих ценных свойств селективной мембраны и обеспечила столь благоприятные условия для долговременного пребывания хомяка в кремнийорганической клетке, окруженной водой. Мембрана, отделявшая воду от воздуха при атмосферном давлении, извлекала кислород из воды и вместе с тем почти не пропускала воду. Этим кислородом и дышал хомяк, а убыль живительного газа в домике непрерывно восполнялась притоком кислорода, растворенного в воде аквариума. Углекислый же газ, выдыхаемый хомяком, проходил сквозь мембрану в обратном направлении — в воду (ведь в воде парциальное давление СО2 практически равно нулю; по существу, его там нет). Таким образом, в поставленном эксперименте кремнииорганическая пленка выполняла те же функции, что и жабры у рыб. Создание сверхтонкой селективной мембраны открывает новые широкие возможности в различных областях науки и техники. Например, пленка Рабба позволяет значительно упростить существующие конструкции аппаратов "сердце — легкие" и уменьшить их размеры. Из этой пленки можно изготовлять компактные, дешевые и надежные кислородные палатки для больных. А если учесть, что кислород проходит сквозь мембрану вдвое быстрее, чем азот[14], составляющий примерно 80% того воздуха, которым мы дышим, то кремнийорганическую пленку с успехом можно использовать, скажем, для обогащения кислородом воздуха больничных палат, полевых госпиталей, а также домов, обитатели которых боятся открывать форточку зимой. Для этого лишь надо вставить в оконные рамы вместо стекол полупрозрачную селективную мембрану и приобрести недорогой насос, он будет отсасывать испорченный воздух из помещения. Весьма эффективно можно использовать кремнийорганическую пленку для получения благородных газов из воздуха без холодильных машин, при применении кислородного дутья в домнах, для усовершенствования системы снабжения воздухом на космических кораблях и подводных лодках. Нетрудно изготовить и мембрану, которая будет пропускать воду, оставляя "за бортом" соли, растворенные в морской воде. Таким образом, появляется еще одно возможное решение проблемы опреснения воды. Но, пожалуй, самая заманчивая перспектива — использование селективной мембраны в качестве "жабр" для человека.
Уолтер Рабб утверждает, что изобретенная им крем-нийорганическая мембрана позволит человеку находиться под водой без пополнения запасов воздуха для дыхания неопределенно долгое время. Для этого достаточно 2 — 2,5 м2 пленки, которая будет отгораживать пространство, заполненное воздухом, от окружающей воды. Разумеется, прежде чем будут созданы надежные подводные аппараты с такой мембраной, придется преодолеть еще немало трудностей, разрешить ряд сложных задач. Но современные ученые нетерпеливы. Они спешат и, как знать, быть может, уже в самые ближайшие годы подарят людям надежно работающие искусственные жабры, откроющие человеку путь в глубины голубого континента.
Недавно патент на "пластмассовые жабры" получил американский изобретатель Эйрес (штат Нью-Джерси). Изучая более десяти лет механизм дыхания рыб, он создал аппарат, позволяющий находиться под водой без кислородных баллонов. Эйрес рассчитал, что для обеспечения потребности человека в кислороде под водой потребуется мембрана площадью в 6 м2. Ее он прикрепил к нижней стороне четырех длинных лент из пластмассовой пленки, непроницаемой для газов. Получился своеобразный мешок. Ленты укладывают на воду так, что единственным источником кислорода, поглощающим вместе с тем углекислый газ, является вода. Полости, образующиеся между двумя пленками, проницаемой и непроницаемой, изобретатель соединил шлангами.
14
Различные газы проходят через кремнийорганическую пленку Рабба с различными скоростями.