Technologie Carboxen^® detekuje planetární původ a zlepšuje život na Zemi.

Ještě než se 15. října 1997 ráno rozednilo nad oblohou mysu Canaveral, zahájila sonda Cassini svou sedmiletou cestu k Saturnu, na které urazila 2,1 miliardy kilometrů. Sonda Huygens se na své palubě pokusí jako první svého druhu přistát na Titanu, jednom z ledových měsíců Saturnu. Cílem této mise je získat informace o záhadách Saturnových prstenců a jejich měsíců a možná nahlédnout do počátků naší sluneční soustavy.

Hluboko uvnitř sondy Cassini a sondy Huygens byly ukryty malé kulovité kuličky uhlíkové technologie, připravené shromažďovat a koncentrovat plyny pro analýzu. Astronauti Carboxen^® z portfolia Supelco^® byli připraveni odvážně se vydat tam, kam se dosud žádná adsorpční technologie nevydala, a poznatky, které by získali, by změnily základní teorie o tom, jak vznikla naše sluneční soustava.  

Technologie produktů Supelco^® by byla použita ve dvou analyzátorech. Iontový a neutrální hmotnostní spektrometr (INMS) na palubě sondy Cassini byl vybaven technologií Carboxen^® 1004 – vysoce propracovanou, pečlivě rovnoměrnou, vícepórovou vrstvou uhlíkových kuliček pro analýzu izotopů vodíku a uhlovodíků s malým řetězcem. Tyto výsledky by se použily k upřesnění teorie velkého třesku a k hledání indikátorů životních forem. 

Plynový chromatograf s hmotnostním spektrometrem (GC-MS) na sondě Huygens obsahoval Carboxen^® 1017 – grafitizované uhlíkové molekulové síto. Tato technologie by sestupovala na povrch Titanu 2,5 hodiny, při pádu by sbírala a koncentrovala vzorky a poté by 72 minut sbírala data na povrchu Titanu.

„Když jsme se dozvěděli výsledky, byla v místnosti cítit energie,“ vzpomíná Betz. „Huygens zjistil, že hlavními plyny v atmosféře Titanu jsou dusík a metan. Zjišťováním poměrů izotopů uhlíku a dusíku a absencí vzácných plynů kromě argonu bylo možné modelovat vývoj atmosféry Titanu. To odhalilo údaje, které byly v rozporu s údaji naměřenými na Venuši a Jupiteru, a přispělo k širším rozhovorům o vzniku planet.

„Je úžasné, že data z Titanu mohou ovlivnit náš pohled na sluneční soustavu,“ tvrdí Betz. „Dnes víme, že metan a etan prší z mraků a shromažďuje se v řekách a jezerech na pólech a pevný povrch tvoří vodní led pokrytý pískem uhlovodíků, které padají z atmosféry. To vytváří poměrně přesný obraz počátků formování Země.“

Na ISS a dál...

Sonda Cassini dokončila svou poslední misi, kdy se pohybovala mezi Saturnem a jeho prstenci a poté se zřítila na planetu, pokračovala ve vysílání dat a poté shořela jako meteorit a stala se součástí planety.

To však nebyl konec Carboxenů ve vesmíru. V roce 2018 se NASA ozvala znovu, tentokrát s misí v oblasti monitorování miniaturní atmosféry na palubě Mezinárodní vesmírné stanice (ISS). Při spolupráci s Laboratoří tryskového pohonu NASA byla společnost Merck požádána o dodání prekoncentrátoru pro plynový chromatograf s prekoncentrátorem s mikroelektrickými mechanickými systémy (MEMS PCGC). Tato perspektivní technologie by umožnila analýzu hlavních složek a stopových plynů na palubě ISS, při mimoplaveckých aktivitách a ve skafandrech.

„Tento vývoj vyžadoval obrovský technologický skok,“ vzpomíná Dr. Leidy Peña Duqueová, vedoucí vědecká pracovnice oddělení adsorpčních technologií. „NASA chtěla vylepšit současné systémy monitorování ovzduší téměř ve všech ohledech: menší a lehčí jednotky, častější monitorování a nepřetržitý provoz. Astronauti jsou na údajích z těchto systémů závislí, i nepatrná nerovnováha v poměrech atmosféry může mít rychlé a vážné následky. Naše technologie musely být bezpečné, ale zároveň splňovat celou řadu výkonnostních cílů.“

Tým použil Carboxen 1000, monovrstvu vysoce čistých syntetických uhlíkových kuliček, z nichž každá měří 177 až 250 µm a průměr pórů je pouhých 10–12 Å. Tato malá monovrstva, umístěná na čipu o velikosti ne větší než malá mince, koncentruje plyny 4000krát, což je obrovský skok oproti možnostem předchozího systému.

„Tento nový systém měří hlavní plyny každé dvě minuty a poskytuje tak téměř v reálném čase přehled o atmosféře, která se dostává do plic astronautů,“ vysvětluje Duqueová. „Předchozí systémy zvládaly pouze 3–5hodinových měření a NASA nyní navíc může testovat stopové plyny každý týden. Tento spolehlivý společník je o třetinu lehčí než jeho předchůdce a data získává automaticky. Astronauti přesně vědí, co dýchají, a v případě změny jakéhokoli parametru mohou okamžitě jednat.“

Od vesmíru po léčbu nádorových onemocnění a mnoho dalšího

„Tyto malé uhlíkové kuličky v sobě skrývají obrovský potenciál a mají stejně důležitou roli i zde na Zemi,“ pokračuje Duqueová. „Vzhledem k tomu, že jsou syntetizovány v laboratoři, mají čistotu a morfologický profil, který je mnohem lepší než u aktivního uhlí z přírodních zdrojů, takže je lze použít v nejnáročnějších čisticích procesech.“

Karboxeny se nyní používají při výrobě špičkových biologických léčiv, v poslední době například při čištění monoklonálních protilátek (mAbs) k léčbě nádorových a autoimunitních onemocnění. Proteiny hostitelských buněk (HCP) jsou bioproduktem výroby mAb, ale pokud nejsou z konečné léčby odstraněny, mohou u pacientů vyvolat nežádoucí imunitní reakci. Nízkomolekulární HCP se odstraňují obzvláště obtížně kvůli svým fyzikálně-chemickým vlastnostem a nespecifickému spojení s protilátkami. Navíc při předřazeném zpracování vznikají velmi proměnlivé podmínky pH a vodivosti, což způsobuje, že mnoho purifikačních procesů je nevhodných.

„Díky vysoce přizpůsobivé povaze karboxenů může čištění probíhat v extrémních hodnotách pH a v hydrofilních i hydrofobních podmínkách a jsou tak účinné, že nemusí být zapotřebí navazující procesy iontové výměny. To by mohlo mít zásadní vliv na zvýšení bezpečnosti a účinnosti mAbs.“

„Pro Carboxens je to jen začátek cesty a jsou jen jednou ze součástí širokého portfolia karbonových technologií značky Supelco^®,“ pokračuje Duqueová. „V současné době zkoumáme jejich využití v aplikacích pro podporu kapacity baterií a katalyzátorů z drahých kovů. Díky přesnosti systému Carboxens můžeme snížit množství potřebných drahých kovů. To bude mít zásadní význam při využívání těchto omezených zdrojů na cestě k udržitelnější dopravě a skladování energie."

Carboxeny nám dobře posloužily ve vesmíru, nyní se pohybují uvnitř Saturnu a pilně měří vzduch, který astronauti dýchají. Ale protože pokračují ve své misi zde na Zemi, čistí život zachraňující léčbu nádorových onemocnění a pohánějí revoluci v oblasti udržitelné energie, víme, že to jsou jen kroky na jejich cestě. Kam nás tyto malé uhlíkové kuličky zavedou příště?