A Carboxen® technológia felismeri a bolygó eredetét és javítja az életet a Földön
Mielőtt 1997. október 15-én reggel hajnalodott volna Cape Canaveral egén, Cassini megkezdte 7 éves, 2,1 milliárd mérföldes útját a Szaturnusz-rendszer felfedezésére. A fedélzeten a kagylószerű Huygens-szonda a maga nemében először próbálna leszállni a Titánra, a Szaturnusz egyik jeges holdjára. A küldetés célja: információt gyűjteni a Szaturnusz gyűrűinek és holdjainak rejtélyeiről, és talán bepillantást nyerni Naprendszerünk eredetébe.
A Cassini és a Huygens-szonda mélyén apró, gömb alakú karbontechnológiai gyöngyök rejtőztek, készen arra, hogy összegyűjtsék és koncentrálják a gázokat az elemzéshez. A Carboxen® űrhajósok a Supelco® portfólióból készen álltak arra, hogy bátran elmenjenek oda, ahová korábban még egyetlen adszorpciós technológia sem jutott el, hogy az általuk összegyűjtött ismeretek megváltoztassák a Naprendszerünk keletkezésének alapvető elméleteit.
A leszálló modulban található Huygens-szonda. A kép forrása és szerzői jog: European Space Agency
Amikor a NASA hív, te válaszolsz
„Nem ez volt az első NASA-projektünk, és nem is az utolsó” – magyarázza William „Bill” R. Betz, a Merck részecske-tervezési csoportjának vezetője. „A Carbosieve technológiánkat a Voyager-missziókban használták, és segítségükkel jelentős betekintést nyertünk a bolygók légkörének kémiájába. Ez a küldetés azonban megkövetelte, hogy a szénadszorpciós technológiát egy új szintre emeljük.”
„A NASA-nak olyan technológiával kellett gázok és elemi izotópok széles skáláját kimutatnia, amely elég szilárd ahhoz, hogy ellenálljon a nagy gravitációs erőknek és a Titán metánban és szerves anyagokban gazdag légkör okozta kémiai támadásnak. Természetesen megragadtuk a lehetőséget, és az egész csapat eltökélten dolgozott azon, hogy olyan megoldást hozzon létre, amely a NASA minden igényét kielégíti.”
A Supelco® terméktechnológiát két analizátorban használnák. A Cassini ion- és semleges tömegspektrométere (INMS) a Carboxen® 1004 – egy kiválóan megtervezett, aprólékosan egységesített, több pórusú széngömbökből álló réteg a hidrogénizotópok és a kis molekulájú szénhidrogének elemzésére. Ezeket az eredményeket az ősrobbanás elméletének finomítására és az életformák jelzőinek keresésére használnák fel.
A Huygens-szondán lévő gázkromatográfia-tömegspektrométer (GC-MS) Carboxen® 1017 – egy grafitizált szénmolekulaszűrő. Ez a technológia 2,5 órán keresztül ereszkedik a Titán felszínére, és esés közben mintákat gyűjt és koncentrál, majd 72 percig adatokat gyűjt a Titán felszínén.
„Az energia a teremben tapintható volt, amikor meghallottuk az eredményeket” – emlékszik vissza Betz. „A Huygens megállapította, hogy a Titán légköre elsődlegesen nitrogén és metán gázból áll. A szén- és nitrogénizotópok arányának kimutatásával és az argonon kívüli nemesgázok hiányának megállapításával modellezni lehetett a Titán légkörének kialakulását. Ez a Vénuszon és a Jupiteren mért adatokkal ellentétes adatokat mutatott, és a bolygók teremtésével kapcsolatos jelentősebb vitákban is szerepet játszott.
„Megdöbbentő belegondolni, hogy a Titánról származó adatok megváltoztathatják a Naprendszerünkről alkotott képünket” – állítja Betz. „Ma már tudjuk, hogy a metán és az etán a felhőkből esik, és a pólusoknál folyókban és tavakban gyűlik össze, a szilárd felszín pedig a légkörből lehulló szénhidrogénhomokkal borított vízjégből áll. Ez elég pontos képet fest a Föld kialakulásának kezdeti napjairól.”
A Nemzetközi Űrállomásra és azon túl...
A Cassini utolsó küldetését a Szaturnusz és a gyűrűi közötti hurokban fejezte be, ezután belezuhant a bolygóba, és folytatta az adatátvitelt, mielőtt meteorként elégett volna, és magának a bolygónak a részévé vált volna.
De ezzel még nem volt vége a Carboxenek űrbéli pályafutásának. 2018-ban a NASA ismét hívott, ezúttal a Nemzetközi Űrállomás (International Space Station, ISS) fedélzetén végzett miniatűr légkörmonitorozási feladattal. A NASA Jet Propulsion Laboratory laboratóriummal együttműködve a Merck-t felkérték, hogy a mikroelektromos mechanikai rendszerek előkoncentrátoros gázkromatográfjához (MEMS PCGC) biztosítsa az előkoncentrátort. Ez a jövőbiztos technológia kritikusan fontos összetevők és nyomokban jelenlévő gázok elemzését biztosítaná az ISS fedélzetén, az űrállomáson kívüli tevékenységek során és az űrruhák belsejében.
„Ez a fejlesztés hatalmas technológiai ugrást igényelt” – emlékszik vissza Dr. Leidy Peña Duque, az Adsorption Technologies vezető kutatója. „A NASA a jelenlegi levegőmonitorozó rendszereket szinte minden tekintetben javítani akarta: kisebb és könnyebb egységek, gyakoribb ellenőrzés és folyamatos működés. Az űrhajósok élete függ ezeknek a rendszereknek az adataitól, a légköri arányok kismértékű kiegyensúlyozatlansága is gyors és súlyos következményekkel járhat. A technológiáinknak üzembiztosnak kellett lenniük, ugyanakkor a teljesítménycélok egész sorát is teljesíteniük kellett.”
A kutatócsoport a Carboxen 1000-et használta, amely egyrétegű, nagy tisztaságú, szintetikus széngömbökből álló, egyenként 177-250 µm méretű, mindössze 10-12 Å pórusátmérőjű anyag. Ez az apró, egy kis érménél nem nagyobb chipen elhelyezett miniatűr monoréteg 4000-szeresére koncentrálja a gázokat, ami hatalmas ugrás a korábbi rendszer képességeihez képest.
„Ez az új rendszer kétpercenként méri a főbb gázokat, így szinte valós idejű képet ad az űrhajósok tüdejébe jutó légkörről” – magyarázza Duque. „A korábbi rendszerek csak 3–5 óránkénti leolvasást tudtak kezelni, és ezenfelül a NASA most már hetente tudja vizsgálni a nyomokban jelenlévő gázokat. Ez a megbízható társ egyharmadával kisebb tömegű, mint elődje, és automatikusan adatokat szolgáltat. Az űrhajósok pontosan tudják, hogy mit lélegeznek be, és ha bármelyik paraméter megváltozik, azonnal képesek cselekedni.”
Az űrtől a daganatellenes kezelésig, és még sok minden másig
„Ezekben a kis széngyöngyökben rengeteg lehetőség rejlik, és ugyanilyen fontos szerepük van itt a Földön” – folytatja Duque. „Mivel laboratóriumban szintetizálják őket, tisztaságuk és morfológiai profiljuk sokkal jobb, mint a természetes eredetű aktív széné, így a legnehezebb tisztítási folyamatokban is felhasználhatók.”
A Carboxeneket ma már a legmodernebb biológiai termékek előállítására használják, legutóbb a rákos és autoimmun betegségek kezelésére szolgáló monoklonális antitestek (mAbs) tisztítására. A gazdasejtfehérjék (HCP-k) a mAb-gyártás biotermékei, de káros immunválaszt okozhatnak a betegekben, ha nem távolítják el őket a végső kezelésből. Az alacsony molekulatömegű HCP-ket különösen nehéz eltávolítani fizikai-kémiai tulajdonságaik és az antitestekkel való nem specifikus kapcsolódásuk miatt. Ehhez jön még az upstream feldolgozás, amely rendkívül változó pH- és vezetőképességi feltételeket teremt, ami számos tisztítási eljárást alkalmatlanná tesz.
„A Carboxenek nagymértékben testre szabható jellegének köszönhetően a tisztítás szélsőséges pH-értékek, hidrofil és hidrofób körülmények között is elvégezhető, és olyan hatékonyak, hogy a későbbi ioncsere-folyamatokra nem feltétlenül van szükség. Ez a monoklonális antitestek biztonságosságának és hatékonyságának javítása szempontjából döntő jelentőségű lehet.”
„Ez csak az út kezdete a Carboxenek számára, és csak egy része a Supelco® márka széles széntechnológiai portfóliójának” – folytatja Duque. „Jelenleg vizsgáljuk a nemesfém-katalizátorok támogatására történő felhasználásukat akkumulátor-kapacitásnövelő alkalmazásokban. A Carboxenek precizitásával csökkenthetjük a szükséges nemesfémek mennyiségét. Ez kritikus fontosságú lesz, mivel ezeket a véges forrásokat a fenntarthatóbb közlekedés és energiatárolás felé vezető úton használjuk fel.”
A Carboxenek jól szolgáltak minket az űrben, most a Szaturnuszban kavarognak, és szorgalmasan mérik a levegőt, amelyet az űrhajósok belélegeznek. Miközben ahogy folytatják küldetésüket itt a Földön, életmentő daganatellenes kezelésekkel és a fenntartható energia forradalmával, tudjuk, hogy ezek csak lépések az útjukon. Hová vihetnek minket ezek a kis széngömbök legközelebb?
A Supelco® Termékek visszatérnek az űrbe
Az olvasás folytatásához jelentkezzen be vagy hozzon létre egy felhasználói fiókot.
Még nem rendelkezik fiókkal?