Supelco® 產品重返太空
Carboxen®技術可偵測行星起源並增強地球上的生命
1997 年 10 月 15 日早晨，黎明破曉前，Cassini號開始了為期 7 年、21 億英里的土星探索之旅。機上攜帶的類貝殼式Huygens探測器嘗試首次登陸泰坦—土星冰冷衛星之一。任務的目的是收集有關土星環帶及其衛星之謎的訊息，或許還能一睹太陽系的起源。
Cassini號和Huygens號探測器深處隱藏著碳技術製成的小型球形珠粒，隨時可以收集和濃縮氣體進行分析。來自 Supelco® 系列的 Carboxen® 太空人準備好勇闖吸附技術的未知領域，他們收集的洞察將改變我們對太陽系形成的基本理論。
Huygens探測器座落在其下降艙內。圖片來源與版權：歐洲太空總署
NASA呼叫，您回應
「這不是我們的第一個 NASA 專案，也不會是最後一個。」Merck 粒子設計小組負責人 William ‘Bill’ R. Betz 解釋道。「我們的 Carbosieve 技術用於航行者號任務，並得到對行星大氣化學的深入了解。但這項任務要求我們將碳吸附技術提升到另一個層次。」
「NASA 需要一種能夠承受高重力加速度和泰坦富含甲烷與有機物的惡劣化學環境的堅固技術，以偵測一系列氣體和元素同位素。當然，我們抓住了這個機會，整個團隊決心創建一個能夠滿足 NASA 所有需求的解決方案。
Supelco® 產品技術用於兩台分析儀。Cassini上的離子和中質譜儀 (INMS) 採用 Carboxen® 1004 - 一種高度工程化、精心均勻的多孔碳球層，用於分析氫同位素和小鏈碳氫化合物。這些結果將用於修正大爆炸理論並尋找生命形態的指標。
Huygens探針上的氣相層析質譜儀 (GC-MS) 包括 Carboxen®1017a 石墨化碳分子篩。這項技術將使探測器能夠在2.5小時內降落土衛六泰坦表面，同時收集並濃縮樣本，隨後在地表花費72分鐘收集數據。
「當我們聽到結果時，辦公室裡充滿了活力。」Betz 回憶道。「Huygens確定土衛六(泰坦)大氣中的主要氣體是氮氣和甲烷。透過檢測碳和氮同位素的比率，並注意到氬之外不存在惰性氣體，可以建立土衛六(泰坦)大氣演化的模型。這揭示了與金星和木星測量結果相反的數據，並引發了圍繞行星創造的更大討論。
Betz 表示：「想像一下，土衛六(泰坦)的數據可能會改變我們對太陽系的看法，真是令人驚訝。」「我們現在知道，甲烷和乙烷從雲層中降雨，聚集在兩極的河流和湖泊中，固體表面由水冰組成，水冰覆蓋著從大氣中落下的碳氫化合物沙子。這很準確地描繪了地球形成早期的情況。」
前往國際太空站及其他地方…
Cassini完成了最後的任務，在土星及其光環之間往返，然後墜入土星，繼續傳輸數據，然後像流星一樣燃燒並成為行星本身的一部分。
但這並不是 Carboxens 在太空中的終點。2018 年，NASA再次發出召喚，這次的任務是在國際太空站 (ISS) 上進行微型大氣監測。Merck 與 NASA 噴射推進實驗室合作，得到要求為微機電系統預濃縮器氣相層析儀 (MEMS PCGC) 提供預濃縮器。這項面向未來的技術將在國際太空站、艙外活動和太空衣內部提供關鍵的主要成分和微量氣體分析。
「這項發展需要巨大的技術飛躍。」吸附技術資深科學家 Leidy Peña Duque 博士回憶道。「NASA 希望在幾乎所有方面改進現有的空氣監測系統：更小、更輕的設備、更頻繁的監測和連續運作。太空人依賴這些系統的數據，即使是大氣比率的輕微不平衡也會造成快速而嚴重的後果。我們的技術需要安全可靠，也需要實現一系列的效能目標。」
團隊使用了 Carboxen 1000，這是一種單層高純度合成碳球，每個尺寸在 177 – 250 µm 之間，孔徑僅為 10 – 12 Å。這種僅有硬幣大小的微小單層結構，能夠將氣體濃縮四千倍，大幅超越前代系統的能力。
「這個新系統每兩分鐘測量一次主要氣體，提供進入太空人肺部的大氣的近實時視圖，」Duque解釋道。「先前的系統每小时只能進行3-5次測量，而現在，NASA 每周可以測試微量氣體。這款可靠的工具重量僅為前代產品的三分之一，還能自動生成數據。太空人確切地知道他們呼吸的是什麼，如果任何參數發生變化，他們可以立即採取行動。
從太空到癌症治療等等
「這些小碳珠蘊藏著巨大的潛力，它們在地球上發揮著同樣重要的作用。」Duque繼續說道。「由於在實驗室合成，因此它們的純度和形態特徵遠優於天然的活性炭，因此它們可以用於最困難的純化過程。」
Carboxens 現在用於尖端生物製劑的生產，最近用於純化單株抗體 (mAb)，以治療癌症和自體免疫疾病。宿主細胞蛋白 (HCP) 是 mAb 生產的生物產品，但如果不從最終治療中去除它們，可能會導致病人不良免疫反應。低分子量 HCP 由於其物理化學特性以及與抗體的非特異性關聯而特別難以去除。此外，上游處理會產生高度可變的 pH 值和電導率條件，導致許多純化製程不再適用。
「由於 Carboxen 具有高度客製化的特性，因此可在極端的 pH 值和親水性、疏水性條件下進行純化，其效能卓越，甚至可以省略下游的離子交換流程。這項革新技術，可提高單株抗體的安全性和有效性。」
「這只是 Carboxen® 旅程的開始，而它們僅是 Supelco® 品牌廣泛碳技術產品組合的一部分。」Duque 繼續說道。「我們目前正在研究它們在電池容量應用中的用途，以支援金屬催化劑。Carboxens 的精度使我們可以減少所需的金屬量。隨著我們利用有限資源邁向更永續的交通和能源儲存，這將變得至關重要。
Carboxen曾為太空服務，如今在土星旋轉，並勤奮地測量太空人呼吸的空氣。然而，當它們繼續在地球上執行任務，純化救命癌症治療藥物並驅動永續能源革命時，我們知道這只是它們旅程的一步。這些小碳球接下來會把我們帶向何方？
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