Produtos Supelco® voltam ao espaço
A tecnologia Carboxen® detecta origens planetárias e aprimora a vida na Terra
Antes do amanhecer no céu sobre o Cabo Canaveral na manhã de 15 de outubro de 1997, a espaçonave Cassini iniciou sua jornada de 7 anos e 2,1 bilhões de milhas para explorar o sistema de Saturno. A bordo, a sonda Huygens, que se parece com um molusco, faria a primeira tentativa desse tipo de pouso em Titã, uma das luas geladas de Saturno. O objetivo desta missão: coletar informações sobre os mistérios dos anéis de Saturno, suas luas e, talvez, vislumbrar as origens de nosso sistema solar.
Escondidas nas profundezas da Cassini e da sonda Huygens, estavam pequenas esferas de tecnologia de carbono, prontas para coletar e concentrar gases para análise. Os astronautas Carboxen® do portfólio Supelco® estavam prontos para ir, bravamente, aonde nenhuma tecnologia de adsorção havia estado antes e as informações que estavam prestes a compilar alterariam as teorias fundamentais de como nosso sistema solar se formou.
Sonda Huygens acoplada a seu módulo de descida. Crédito e direitos autorais da imagem: Agência Espacial Europeia
Quando a NASA chama, você atende
“Este não foi nosso primeiro projeto com a NASA e não seria o último”, explica William ‘Bill’ R. Betz, diretor do grupo de design de partículas da Merck. “Nossa tecnologia Carbosieve foi usada nas missões da Voyager e adquiriu uma quantidade enorme de conhecimento sobre a química de atmosferas planetárias. Mas essa missão nos obrigou a levar a tecnologia de adsorção de carbono para outro patamar”.
“A NASA precisava detectar diversos gases e isótopos elementares com uma tecnologia que fosse robusta o suficiente para suportar forças g elevadas e a ofensiva química da atmosfera rica em materiais orgânicos e metano de Titã. Evidentemente, aproveitamos a oportunidade e toda a equipe estava determinada a criar uma solução que atendesse a todas as necessidades da NASA”.
A tecnologia dos produtos Supelco® seria usada em dois analisadores. O espectrômetro de massa iônica e neutra (INMS) em Cassini incluía Carboxen® 1004 – uma camada multiporosa, altamente desenvolvida e meticulosamente uniforme de esferas de carbono para analisar isótopos de hidrogênio e hidrocarbonetos de cadeia pequena. Esses resultados seriam usados para refinar a teoria do Big Bang e buscar indicadores de formas de vida.
A cromatografia gasosa com espectrometria de massa (GC-MS) na sonda Huygens incluiu Carboxen® 1017 - uma peneira molecular de carbono grafitizado. Essa tecnologia realizaria a descida de 2,5 horas até a superfície de Titã, reunindo e concentrando amostras à medida que caía, antes de passar 72 minutos coletando dados na superfície de Titã.
“A energia na sala era palpável quando ouvimos os resultados”, recorda Betz. “Huygens determinou que nitrogênio e metano eram os principais gases na atmosfera de Titã. A evolução da atmosfera de Titã pôde ser modelada detectando-se as proporções de isótopos de carbono e nitrogênio e observando a ausência de gases nobres, exceto argônio. Isso revelou dados contrários àqueles medidos em Vênus e Júpiter e corroborou conversas mais sérias em relação à criação planetária.
“É espantoso pensar que os dados de Titã podem moldar a forma pela qual vemos nosso sistema solar”, afirma Betz. “Sabemos agora que a chuva de metano e etano se forma nas nuvens e se acumula em rios e lagos nos polos e a superfície sólida consiste em gelo formado a partir de água coberta com areia de hidrocarbonetos que caem da atmosfera. Esta é uma ilustração bastante precisa dos dias iniciais da formação da Terra”.
Para a ISS e além…
A Cassini concluiu sua missão final percorrendo de baixo a cima entre Saturno e seus anéis antes de despencar no planeta, continuando a transmitir dados antes de se desintegrar como um meteoro e se tornar parte do próprio planeta.
Mas este não foi o fim do Carboxen no espaço. Em 2018, recebemos um novo chamado da NASA, dessa vez com uma missão em monitoramento de atmosfera em miniatura a bordo da Estação Espacial Internacional (do inglês, ISS). Trabalhando com o Laboratório de propulsão a jato da NASA, foi solicitado que a Merck fornecesse o pré-concentrador para sistemas microelétricos mecânicos e cromatógrafo gasoso (MEMS PCGC). Essa tecnologia preparada para o futuro ofereceria um importante constituinte crítico e análise de gás em nível de traço a bordo da ISS, em atividades extraveiculares e no interior de trajes espaciais.
“Esse desenvolvimento exigiu um imenso salto tecnológico”, recorda a Dra. Leidy Peña Duque, cientista sênior de tecnologias de adsorção. “A NASA desejava aprimorar os sistemas de monitoramento de ar atuais de quase todas as formas: unidades menores e mais leves, monitoramento mais frequente e operação contínua. Astronautas dependem dos dados provenientes desses sistemas, e mesmo desequilíbrios discretos nas proporções atmosféricas podem ter consequências rápidas e graves. Nossas tecnologias precisavam ser à prova de falhas, mas também cumprir toda uma gama de metas de desempenho”.
A equipe utilizou Carboxen 1000, uma monocamada de esferas de carbono sintético de alta pureza, cada uma medindo entre 177 e 250 µm com um diâmetro de poro de apenas 10 – 12 Å. Essa pequena monocamada, incluída em um chip do tamanho de uma moeda pequena, concentra gases com um fator de 4000, um salto grandioso em relação aos recursos do sistema anterior.
“Esse novo sistema mede os principais gases a cada dois minutos, oferecendo uma visão em tempo quase real da atmosfera que entra no pulmão dos astronautas”, explica Duque. “Os sistemas anteriores eram capazes de gerenciar apenas 3-5 leituras por hora e, além disso, a NASA agora pode testar gases em nível de traço semanalmente. Este acessório confiável tem um terço da massa de seu antecessor e analisa dados automaticamente. Os astronautas sabem exatamente o que estão respirando e caso haja mudança em algum parâmetro, eles podem agir imediatamente”.
Do espaço para o tratamento de câncer, e muito mais
“Estas pequenas esferas de carbono têm tanto potencial e possuem papéis igualmente importantes aqui na Terra”, continua Duque. “Por serem sintetizadas no laboratório, elas apresentam uma pureza e perfil morfológico que são muito superiores ao carvão ativado obtido de forma natural, de forma que elas podem ser usadas nos mais complexos processos de purificação”.
Na atualidade, o Carboxen está sendo usado na produção de biológicos de última geração, mais recentemente na purificação de anticorpos monoclonais (mAbs) para o tratamento de câncer e doenças autoimunes. As proteínas de células hospedeiras (do inglês, HCPs) são um produto biológico da produção de mAbs, mas elas podem causar uma resposta imune adversa nos pacientes se não forem removidas do tratamento final. A remoção de HCPs de baixo peso molecular é especialmente difícil devido às suas propriedades físico-químicas e associação não específica com anticorpos. Além disso, o processamento upstream cria condições altamente variáveis de pH e condutividade, tornando inadequados muitos processos de purificação.
“Com a natureza altamente customizável do Carboxen, a purificação pode ocorrer em extremos de pH e em condições hidrofílicas e hidrofóbicas e ele é tão eficiente que pode não haver necessidade de processos de troca iônica downstream. Isso pode ser revolucionário no aprimoramento da segurança e eficácia de mAbs”.
“Esse é apenas o início da jornada do Carboxen e ele é somente parte de um extenso portfólio de tecnologia de carbono da marca Supelco®”, complementa Duque. “Atualmente, estamos investigando seu uso em aplicações de capacidade de bateria quanto à compatibilidade com catalisadores de metais preciosos. Com a precisão do Carboxen, conseguimos reduzir a quantidade de metais preciosos necessários. Isso será essencial à medida que usamos estas fontes finitas na jornada em busca de transporte e armazenamento de energia mais sustentáveis.
O Carboxen vem nos servindo bem no espaço, atualmente transitando em Saturno e medindo o ar que os astronautas respiram de forma diligente. Mas à medida que ele continua sua missão aqui na Terra, purificando tratamentos antineoplásicos que salvam vidas e alimentando a revolução da energia sustentável, sabemos que estes são apenas passos em sua jornada. Para onde estas pequenas esferas de carbono podem nos levar depois?
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