Los productos Supelco^® vuelven al espacio

La tecnología Carboxen^® detecta los orígenes planetarios y mejora la vida sobre la Tierra

Antes de que amaneciera sobre el cielo de Cabo Cañaveral en la mañana del 15 de octubre de 1997, Cassini comenzó su viaje de 7 años y 2 100 millones de millas para explorar el sistema de Saturno. A bordo, la sonda Huygens, con forma de molusco, intentaría el primer aterrizaje de su tipo en Titán, una de las lunas heladas de Saturno. El objetivo de la misión: reunir información sobre los misterios de los anillos de Saturno y sus lunas y, quizás, vislumbrar los orígenes de nuestro sistema solar.

Ocultas en lo profundo de Cassini y la sonda Huygens había pequeñas perlas esféricas de tecnología de carbono, listas para recolectar y concentrar gases para su análisis. Los astronautas Carboxen^® de la cartera de productos Supelco^® estaban listos para llegar con valentía a donde antes no había llegado ninguna tecnología de adsorción, y los conocimientos que reunirían cambiarían las teorías fundamentales de cómo se formó nuestro sistema solar.

La tecnología de los productos Supelco^® se utilizaría en dos analizadores. El espectrómetro de masas de iones y neutros (INMS) de Cassini contenía Carboxen^® 1004, una capa multiporosa, meticulosamente uniforme y de ingeniería muy sofisticada, de esferas de carbono para analizar isótopos de hidrógeno e hidrocarburos de cadena pequeña. Estos resultados se utilizarían para refinar la teoría del Big Bang y buscar indicadores de formas de vida.

El sistema cromatografía de gases-espectrómetro de masas (GC-MS) de la sonda Huygens incluía Carboxen^® 1017, un tamiz molecular de carbono grafitizado. Esta tecnología haría el descenso de 2,5 horas a la superficie de Titán, recogiendo y concentrando muestras en su caída antes de pasar 72 minutos recogiendo datos en la superficie de Titán.

“La energía en la sala era palpable cuando escuchamos los resultados”, recuerda Betz. “Huygens estableció que los principales gases que componían la atmósfera de Titán eran el nitrógeno y el metano. Mediante la detección de las proporciones de isótopos de carbono y nitrógeno, y al observar la ausencia de gases nobles, distintos del argón, podría hacerse un modelo sobre la evolución de la atmósfera de Titán. Esto reveló datos contrarios a los medidos en Venus y Júpiter, y dio pie a extensas conversaciones en torno a la creación planetaria.

“Sorprende pensar que los datos procedentes de Titán podrían modificar nuestro concepto del sistema solar”, afirma Betz. “Ahora sabemos que llueve metano y etano de las nubes y que se acumulan en ríos y lagos en los polos; también sabemos que la superficie sólida consiste en agua helada cubierta de arenas de hidrocarburos que caen de la atmósfera. Esto dibuja una imagen bastante precisa de los primeros días de la formación de la Tierra”.

A la ISS y más allá…

Cassini completó su misión final serpenteando entre Saturno y sus anillos antes de caer en picado en el planeta, seguir transmitiendo datos antes de quemarse como un meteorito y convirtiéndose en parte del propio planeta.

Pero este no fue el final de los carboxenos en el espacio. En 2018, la NASA volvió a llamar, esta vez con una misión de vigilancia atmosférica en miniatura a bordo de la Estación Espacial Internacional (ISS). En colaboración con el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, se le pidió a Merck que suministrara el preconcentrador para el cromatógrafo de gases con sistemas microelectromecánicos (MEMS PCGC). Esta tecnología con garantía de futuro proporcionaría el análisis de los principales constituyentes y trazas de gases fundamentales a bordo de la ISS, en actividades extravehiculares y dentro de los trajes espaciales.

“Este desarrollo requirió un enorme salto tecnológico”, recuerda el Dra. Leidy Peña Duque, Científica senior de Adsorption Technologies. “La NASA quería mejorar en casi todos los sentidos los sistemas de control del aire existentes: unidades más pequeñas y ligeras, supervisión más frecuente y funcionamiento continuo. Los astronautas dependen de los datos de estos sistemas: incluso ligeros desequilibrios en las proporciones atmosféricas pueden tener consecuencias rápidas y graves. Nuestras tecnologías tenían que ser a prueba de fallos, pero también debían cumplir una amplia variedad de objetivos de rendimiento”.

El equipo utilizó Carboxen 1000, una monocapa de esferas de carbono sintético de gran pureza, cada una de las cuales mide entre 177 y 250 µm y tiene un diámetro de poro de sólo 10 – 12 Å. Esta diminuta monocapa, proporcionada en un chip no más grande que una moneda pequeña, concentra los gases por un factor de 4000, un enorme salto con respecto a las capacidades del sistema anterior.

“Este nuevo sistema mide los gases principales cada dos minutos, proporcionando una visión casi en tiempo real de la atmósfera que entra en los pulmones de los astronautas”, explica Duque. “Los sistemas anteriores sólo podían gestionar de 3 a 5 lecturas por hora y, además, ahora la NASA puede analizar trazas de gases cada semana. Este compañero fiable representa un tercio de la masa de su predecesor y genera datos automáticamente. Los astronautas saben exactamente lo que están respirando y, si cambia algún parámetro, pueden tomar medidas de inmediato”.

Del espacio al tratamiento del cáncer, y mucho más

“Estas pequeñas microesferas de carbono encierran tanto potencial y tienen papeles igualmente importantes aquí en la Tierra”, continúa Duque. “Dado que se sintetizan en el laboratorio, tienen una pureza y un perfil morfológico muy superior al carbono activo de origen natural, por lo que pueden utilizarse en los procesos de purificación más difíciles”.

Los carboxenos se utilizan en la actualidad en la producción de productos biológicos de vanguardia, más recientemente en la purificación de anticuerpos monoclonales (AcM) para tratar cánceres y enfermedades autoinmunitarias. Las proteínas de las células huésped (HCP) son un bioproducto de la producción de AcM, pero pueden causar una respuesta inmunitaria adversa en los pacientes si no se eliminan del tratamiento final. Las HCP de bajo peso molecular son particularmente difíciles de eliminar debido a sus propiedades fisicoquímicas y a su asociación inespecífica a los anticuerpos. Además, el procesamiento en las primeras etapas crea condiciones muy variables de pH y conductividad, lo que hace que muchos procesos de purificación sean inadecuados.

“Con la naturaleza altamente personalizable de los carboxenos, la purificación puede realizarse en condiciones de pH extremos y en condiciones hidrófilas e hidrófobas, y son tan eficaces que cabe la posibilidad de que no sean necesarios procesos de intercambio iónico posteriores. Esto podría cambiar las reglas del juego en la mejora de la seguridad y la eficacia de los AcM”.

“Este es sólo el comienzo del viaje de los carboxenos y son sólo una parte de una amplia cartera de tecnología de carbono de la marca Supelco^® ”, continúa Duque. “Actualmente estamos investigando su uso en aplicaciones de capacidad de batería para soportar catalizadores de metales preciosos. Con la precisión de los carboxenos, podemos reducir la cantidad de metales preciosos necesarios. Esto será fundamental a medida que utilicemos estas fuentes finitas para avanzar hacia un transporte y almacenamiento de energía más sostenibles”.

Los carboxenos nos han servido bien en el espacio, girando ahora dentro de Saturno y midiendo con diligencia el aire que respiran los astronautas. Pero a medida que continúan su misión aquí en la Tierra, purificando los tratamientos contra el cáncer que salvan vidas y potenciando la revolución energética sostenible, sabemos que estos son sólo etapas de su viaje. ¿A dónde nos llevarán estas pequeñas esferas de carbono?