Carboxen®技术探测行星起源并造福地球生命
1997年10月15日清晨，当美国卡纳维拉尔角的天空尚未破晓之际，卡西尼号太空船穿越夜空，开启了历时7年、穿越21亿英里的太空之旅，最终成功抵达土星。其搭载的贝壳状惠更斯探测器即将尝试人类历史上在土星的冰封卫星之一土卫六上的首次登陆。此次任务的目标是收集神秘的土星环及其卫星的数据并一窥太阳系起源的奥秘。
深藏于卡西尼号和惠更斯探测器中的球形碳材料微珠跃跃欲试，准备采集和浓缩星系气体以备分析。来自Supelco®系列的Carboxen®“宇航员”准备勇敢地探索吸附技术以往从未涉足的领域，通过采集深度信息来改变太阳系起源的根本理论。
惠更斯探测器及其降落模块图片来源和版权：欧洲空间局
响应NASA号召，提交满意答卷
“这不是我们和NASA合作的第一个项目，也不是最后一个，”Merck粒子设计组负责人William ‘Bill’ R. Betz表示，“我们的Carbosieve碳吸附技术曾经用于旅行者号任务，帮助NASA深入了解行星大气的化学成分。但这项任务要求我们将碳吸附技术提升到新的高度。”
“NASA需要强大的技术来探测一系列气体和元素同位素，足以承受高强度离心力和土卫六富含甲烷和有机物的大气化学冲击。我们当然不会错过这个机会，整个团队都决心打造满足NASA所有需求的解决方案。
有两台分析仪将采用Supelco®产品技术。卡西尼号上的离子和中性质谱仪(INMS)都采用Carboxen® 1004——高度改性的、十分均匀的多孔碳球层来分析氢同位素和短链碳氢化合物。这些分析结果将用来更新大爆炸理论及寻找生命迹象。
惠更斯探测器上的气相色谱-质谱仪(GC-MS)采用Carboxen® 1017，一种石墨化碳分子筛。该技术会在探测器2.5小时的降落过程中收集和浓缩样品，登陆后继续花72分钟采集土卫六地表数据。
“一听到结果，我们立即感受到了房间内的兴奋之情，”Betz回忆到。“惠更斯号证实土卫六大气的主要气体是氮气和甲烷。通过检测碳和氮同位素的比例并发现不存在氩气之外的惰性气体，就可以对土卫六大气的演化进行建模。这揭示了与金星和木星测量数据相反的结论，引发了关于行星形成的大讨论。”
“令人惊讶，来自土卫六的数据居然有可能重塑我们对太阳系的看法，”Betz表示。“现在我们知道，来自云层的甲烷和乙烷形成降雨落到地面，汇集到两极的河流和湖泊，地表由水冰组成，覆盖着大气降落的碳氢化合物沙子。这幅画面相当准确地描绘了地球形成的早期图景。”
国际空间站之旅，以及未完待续……
卡西尼号最后绕行土星和土星环内外后，一边向行星坠落，一边继续传输着数据，直到它像流星一样烧毁，静静地成为土星的一部分，完成了它的终极任务。
不过，这不是Carboxen太空旅行的终点。2018年，NASA再次召唤，这次的任务是在国际空间站(ISS)上监测微量大气。与NASA的喷气推进实验室合作，Merck需要为微电机系统预浓缩仪气相色谱(micro-electrical mechanical systems preconcentrator gas chromatograph, MEMS PCGC)提供预浓缩仪。这种面向未来的科技将在空间站上、舱外活动中和宇航服内执行生死攸关的主要成分和痕量气体分析。
“该研发任务需要重大的技术飞跃才能成功，”吸附技术高级研究员Leidy Peña Duque博士回忆道，“NASA希望在几乎各个方面改进现有的空气监测系统：装置更小更轻，监测频率更高并连续运行。宇航员离不开这些系统的监测数据，哪怕一丝大气比例失衡都会很快造成严重后果。我们的技术既要有安全保障，又要达到各项性能指标。”
团队采用Carboxen 1000，一种高纯度的合成碳珠单层分子，每颗约177 – 250 µm大小，孔径仅10 – 12 Å。这一细层分子铺在不足一枚小硬币大小的芯片上，可以将气体浓缩4000倍，相比之前的系统性能有了巨大的飞跃。
“这款新系统每隔2分钟测量一次主要气体，几乎实时地监测宇航员肺部吸入的大气成分，”Duque解释道。“旧系统只能每小时检测3-5次，此外NASA现在还能每周检测痕量气体。这个可靠的伙伴重量仅为之前的三分之一，并能自动生成大量数据。由此，宇航员可以准确了解他们正在呼吸的气体成分，一旦发现任何参数变化，及时采取措施。”
从太空探索到癌症治疗，未来还有无限可能
“这些碳珠小身材、大能量，在我们地球上同样能发挥重要作用，”Duque说道，“由于是在实验室人工合成的，其纯度和性状都远超天然来源的活性碳，因此十分适合那些棘手的纯化流程。”
Carboxen正广泛应用于前沿的生物药物生产，例如最近用于纯化单克隆抗体(mAb)来治疗癌症和自身免疫病。宿主细胞残留蛋白(HCP)是单抗生产的副产物，如果它们没有从药物成品中清除，会导致患者产生不良免疫反应。低分子量HCP因其理化特性和对抗体的非特异性，而更加难以去除。此外，上游工艺中多变的pH和导电性令许多纯化方法都无用武之地。
“而高度可定制的Carboxen则可以在极端pH及亲水和疏水条件下进行纯化，纯化效率之高甚至免除了下游的离子交换流程。这对于提高单抗药物的安全性和有效性具有颠覆性意义。”
“Carboxen的旅程不过才刚开始，而它们又不过是Supelco®品牌丰富的碳技术产品系列的冰山一角，”Duque接着说道。“目前我们正在研究Carboxen在电池容量中的应用，利用其负载贵金属催化剂。借助Carboxen的高精密度，我们可以减少贵金属的用量。这一点的重要性在于，我们可以更加充分地利用这些有限的资源，促进可持续性交通和储能的发展。
Carboxen在太空中表现不凡，在土星中旋转着，勤勤恳恳地监测着宇航员呼吸的空气。回到地球，它们依然发挥力量，提纯救命治癌药物，赋能可持续能源革命，让我们知道，这些不过是其旅程刚开始的几小步。下一次，这些小小的碳珠又会带给我们怎样的惊喜呢？
Supelco®产品重返太空
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