Hóa học dòng trong không gian - Cơ hội đặc biệt để thực hiện nghiên cứu ngoài Trái đất

Journal of Flow Chemistry - Tập 7 - Trang 151-156 - 2017
Gellért Sipos1, Tamás Bihari2, Dorottya Milánkovich2, Ferenc Darvas1,3
1ThalesNano Inc., Graphisoft Park, Budapest, Hungary
2Innostudio Inc., Graphisoft Park, Budapest, Hungary
3Florida International University, College of Medicine, Miami, USA

Tóm tắt

Để khám phá không gian sâu thành công, một lượng lớn các thách thức liên quan đến hóa học phải được vượt qua. Trong hai thập kỷ qua, hóa học dòng đã phát triển đủ để dẫn đầu trong việc thực hiện nghiên cứu hóa học trong không gian. Bài báo này tóm tắt tình hình hiện tại của hóa học không gian, phân tích tính phù hợp của hóa học dòng trong môi trường ngoài Trái đất, và thảo luận về một số thách thức cũng như cơ hội trong hóa học không gian, từ việc thiết lập một nhà máy vi mô từ đầu đến khai thác tiểu hành tinh.

Từ khóa

#hóa học #không gian #hóa học dòng #khám phá không gian #nghiên cứu ngoài Trái đất

Tài liệu tham khảo

Gundel, A.; Polyakov, V. V.; Zulley, J. J. Sleep Res. 1997, 6, 1–8. Lackner, J. R.; DiZio, P. Exp. Brain Res. 2006, 175, 377–399. Wotring, V. E. Space Pharmacology; Springer: United States, 2012. Jones, R.; Darvas, F.; Janáky, C. Nat. Rev. Chem. 2017, 1, article number: 0055. Downey, J. P.; Pojman, J. A. Polymer Research in Microgravity: Polymerization and Processing, ACS Symposium Series No. 793; American Chemical Society: Washington, D. C., United States, 2001. Lowe, D. Nature 2015, 521, 422–422. Shematovich, V. I. Solar Sys. Res. 2012, 46, 391–407. Gurnett, D. A.; Kurth, W. S.; Burlaga, L. F.; Ness, N. F. Science 2013, 341, 1489–1492. Öberg, K. I. Chem. Rev. 2016, 116, 9631–9663 Shock, E. L. Nature 2002, 416, 380–381 Bernstein, M. P.; Dworkin, J. P.; Sanford, S. A.; Cooper, G. W.; Allamandola, L. J. Nature 2002, 416, 401–403 Munoz Caro, G. M. Nature 2002, 416, 403–406. van Dishoeck, E. F. Faraday Discuss. 2014, 168, 9–47. Sherrill, C. D. J. Chem. Phys. 2010, 132, 110902. van Dishoeck, E. F.; Jonkheid, B.; van Hemen, M. C. Faraday Discuss. 2006, 133, 231–243. Lauck, T.; Karssemeijer, L.; Shulenberger, K.; Rajappan, M.; Öberg, K. I.; Cuppen, H. M. Astrophys. J. 2015, 801, 118–129. Meeting Updates of the 253rd American Chemical Society National Meeting & Exposition Meeting Updates, http://sanfrancisco2017.acs.org/lt/191217-acs-national-meeting-san-francisco-2017 (accessed November 2017) Meeting Updates of the 254th American Chemical Society National Meeting & Exposition, http://washingtondc2017.acs.org/lt/197077-acs-national-meeting-washington-dc-2017. Pater, R. H.; Curto, P. A. Acta Astronaut. 2007, 61, 1121–1129. Sutton, G. P.; Biblarz, O. Rocket Propulsion Elements; John Wiley & Sons: United States, 2017. Conrath, M.; Canfield, P. J.; Bronowicki, P. M.; Dreyer, M. E.; Weislogel, M. M.; Grah, A. Phys. Rev. E. 2013, 88, 063009. Klatte, J.; Haake, D.; Weislogel, M. M.; Dreyer, M. E. Acta Mechanica 2008, 201, 269–276. Mohan, D. A.; Ashok, K. B.; Ravindra, B. L.; Penn, B. G.; Frazier, O. D. In Handbook of Crystal Growth; Dhanaraj, G.; Byrappa, K.; Prasad, V.; Dudley, M., Eds.; Springer-Verlag: Berlin, Heidelberg, 2010 McPherson, A.; DeLucas, L. J. NPJ Microgravity; 2015, 1, 15010 Strelov, V. I.; Kuranova, I. P.; Zakharov, B. G.; Voloshin, A. E. Crystallogr. Rep. 2014, 59, 781–806. Littke, W.; John, C. J. Cryst. Growth 1986, 76, 663–672. Tanaka, H.; Tsurumura, T.; Aritake, K.; Furubayashi, N.; Takahashi, S.; Yamanaka, M.; Hirota, E.; Sano, S.; Sato, M.; Kobayashi, T.; Tanaka, T.; Inaka, K.; Urade, Y. J. Synchrotron Rad. 2011, 18, 88–91. Robinson, A. J.; Four surprising things we learned from research aboard the International Space Station in 2015, https://biogs.nasa.gov/ISS_Science_Blog/tag/duchenne-muscular-dystrophy/ (accessed November 2017) Taiho Pharmaceutical Co., Ltd.; A Study of TAS-205 for Duchenne Muscular Dystrophy, https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT02246478 (accessed November 2017) Taiho Pharmaceutical Co., Ltd.; A Phase IIa Study of TAS-205 for Duchenne Muscular Dystrophy, https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT02752048 (accessed November 2017). Meng, Z.; Petrov, G. I.; Cheng, S.; Jo, J. A.; Lehmann, K. K.; Yakovlev, V. V.; Scully, M. O. Proc. Natl. Acad. Sci. 2015, 112, 12315–12320. Di Tana, V.; Hall, J. J. Space Saf. Eng. 2015, 2, 39–44. Just, J.; Deans, B. J.; Olivier, W. J.; Paull, B.; Bissember, A. C.; Smith, J. A. Org. Lett. 2015, 17, 2428–2430. SpacePharma Inc., http://space4p.com (accessed November 2017). Department of Indian Space Research Organisation, http://www.isro.gov.in/ (accessed November 2017). See SpacePharma Newsroom at http://space4p.com/#/updates (accessed November 2017). Digital chemistry set reaches new heights with space launch, http://www.gla.ac.uk/news/headline_513633_en.html (accessed November 2017). Lange, K. K.; Tellgren, E. I.; Hoffmann, M. R.; Helgaker, T. Nature 2012, 337, 327–331. Schreiner, P. R.; Reisenauer, H. P.; Pickard, F. C.; Simmonett, A. C.; Allen, W. D.; Mátyus, E.; Császár, A. G. Nature 2008, 453, 906–909 Ley, D.; Gerbig, D.; Schreiner, P. R. Org. Biomol. Chem. 2012, 10, 3781–3790 Meisner, J.; Kästner, J. Angew. Chem., Int. Ed. 2016, 55, 5400–5413 Schreiner, P. R. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 15276–15283. Hessel, V.; Kralisch, D.; Kockmann, N. Novel Process Windows: Innovative Gates to Intensified and Sustainable Chemical Processes; Wiley-VCH Verlag: Weinheim, Germany, 2014. Kockmann, N.; Roberge, D. Chem. Eng. Technol. 2009, 32, 1682–1694. For further references and on flow chemistry in general, see: (a) Darvas, F.; Hessel, V.; Dormán, G. Flow Chemistry Volume 1: Fundamentals; De Gruyter: Berlin, Boston, 2014 Darvas, F.; Hessel, V.; Dormán, G. Flow Chemistry Volume 2: Applications; De Gruyter: Berlin, Boston, 2014 Plutschack, M. B.; Pieber, B.; Gilmore, K.; Seeberger, P. H. Chem. Rev. 2017, 117, 11796–11893. Mahaffy, P. R.; Webster, C. R.; Atreya, S. K.; Franz, H.; Wong, M.; Conrad, P. G.; Harpold, D.; Jones, J. J.; Leshin, L. A.; Manning, H.; Owen, T.; Pepin, R. O.; Squyres, S.; Trainer, M. Science 2013, 341, 263–266. Sala, S. E.; Chapin, F. S.; Armesto, J. J.; Berlow, E.; Bloomfield, J.; Dirzo, R.; Huber-Sanwald, E.; Huenneke, L. F.; Jackson, R. B.; Kinzig, A.; Leemans, R.; Lodge, D. M.; Mooney, H. A.; Oesterheld, M.; Poff, N. L.; Sykes, M. T.; Walker, B. H.; Walker, M.; Wall, D. H. Science 2000, 287, 1770–1174 Cox, P. M.; Betts, R. A.; Jones, C. D.; Spall, S. A.; Totterdell, I. J. Nature 2000, 408, 184–187 Solomona, S.; Plattnerb, G.-K.; Knuttic, R.; Friedlingsteind, P. Proc. Natl. Acad. Sci. 2009, 106, 1704–1709. Olah, G. A. Chem. Eng. News 2003, 81, 5–5 Olah, G. A. Angew. Chem., Int. Ed. 2005, 44, 2636–2639 Olah, G. A.; Goeppert, A.; Prakash, G. K. S. Beyond Oil and Gas: The Methanol Economy; Wiley-VCH Verlag: Weinheim, Germany, 2009. Sakakura, T.; Choi, J.-C.; Yasuda, H. Chem. Rev. 2007, 107, 2365–2387. Boston, D.; Huang, K.; de Tacconi, N.; Myung, N.; Macdonell, F.; Rajeshwar, K. In Photoelectrochemical Water Splitting: Materials, Processes and Architectures; Lewerenz, H.-J.; Peter, L. Eds.; The Royal Society of Chemistry: UK, 2013. Ghadimkhani, G.; de Tacconi, N. R.; Chanmanee, W.; Janáky, C.; Rajeshwar, K. Chem. Commun. 2013, 49, 1297–1299. Endrödi, B.; Bencsik, G.; Darvas, F.; Jones, R.; Rajeshwar, K.; Janáky, C. Prog. Energ. Combust. 2017, 62, 133–154. Cambié, D.; Bottecchia, C.; Straathof, N. J. W.; Hessel, V.; Noël, T. Chem. Rev. 2016, 116, 10276–10341. Skrabalak, S. E.; Brutchey, R. L. Chem. Mater. 2016, 28, 1003–1005 Tantra, R.; Robinson, K. N.; Jarman, J. C.; Sainsbury, T. In Nanomaterial Characterization: An Introduction; Tantra, R., Ed.; John Wiley & Sons: Hoboken, NJ, USA, 2016 Filipcsei, G.; Otvos, Z.; Angi, R.; Darvas, F. In Flow Chemistry Volume 2: Applications; Darvas, F.; Hessel, V.; Dormán, G., Eds.; De Gruyter: Berlin, Boston, 2014 Zhao, C.-X.; He, L.; Qiao, S. Z.; Middelberg, A. P. J. Chem. Eng. Sci. 2011, 66, 1463–1479. Dantuma, D.; Elmaddawi, R.; Pathak, Y.; Grenha, A.; de Oliveira, R.; Paludo, C.; dos Santos, M. A. Am. J. Med. Biol. Res. 2015, 3, 102–106. Monje, O.; Stutte, G. W.; Goins, G. D.; Porterfield, D. M.; Bingham, G. E. Adv. Space Res. 2003, 31, 151–167. An, T.; Zhou, L.; Li, G.; Fu, J.; Sheng, G. Recent Pat. Eng. 2008, 2, 28–35. Petterson, M.; Maçôas, E. M. S.; Khriachtchev, L.; Lundell, J.; Fausto, R.; Räsänen, M. J. Chem. Phys. 2002, 117, 9095–9098. Carpenter, B. K. J. Am. Chem. Soc. 1983, 105, 1700–1701. Maier, G.; Reisenauer, H. P.; De Marco, M. Chem. Eur J. 2000, 6, 800–808. Schreiner, P. R.; Reisenauer, H. P.; Pickard IV, F. C.; Simmonett, A. C.; Allen, W. D.; Mátyus, E.; Császár, A. G. Nature 2008, 453, 906–909. Peplow, M. Nature 2014, 512, 20–22 Sans, V; Cronin, L. Chem. Soc. Rev 2016, 45, 2032–2043 Conroy, M. P. Chem. Eng. News 2017, 95, 24–25. Li, J.; Ballmer, S. G.; Gillis, E. P.; Fujii, S.; Schmidt, M. J.; Palazzolo, A. M. E.; Lehmann, J. W.; Morehouse, G. F.; Burke, M. D. Science 2015, 347, 1221–1226. Cole, K. P.; McClary Groh, J.; Johnson, M. D.; Burcham, C. L.; Campbell, B. M.; Diseroad, W. D.; Heller, M. R.; Howell, J. R.; Kallman, N. J.; Koenig, T. M.; May, S. A.; Miller, R. D.; Mitchell, D.; Myers, D. P.; Myers, S. S.; Phillips, J. L.; Polster, C. S.; White, T. D.; Cashman, J.; Hurley, D.; Moylan, R.; Sheehan, P.; Spencer, R. D.; Desmond, K.; Desmond, P.; Gowran, O. Science 2017, 356, 1144–1150. Mascia, S.; Heider, P. L.; Zhang, H.; Lakerveld, R.; Benyahia, B.; Barton, P. I.; Braatz, R. D.; Cooney, C. L.; Evans, J. M. B.; Jamison, T. F.; Jensen, K. F.; Myerson, A. S.; Trout, B. L. Angew. Chem., Int. Ed. 2013, 52, 12359–12363 Adamo, A.; Beingessner, R. L.; Behnam, M.; Chen, J.; Jamison, T. F.; Jensen, K. F.; Monbaliu, J.-C. M.; Myerson, A. S.; Revalor, E. M.; Snead, D. R.; Stelzer, T.; Weeranoppanant, N.; Wong, S. Y.; Zhang, P. Science 2016, 352, 61–67. Fitzpatrick, D. E.; Ley, S. V. React. Chem. Eng. 2016, 1, 629–635. Homepage of the Space Chemistry Project, http://spaceflow.org/ (accessed November 2017).