Doktorand, der skaber skrubbertekstiler, opdager neutronanalyseteknikker på ORNL

Yue Yuan, et andet års ph.d. studerende ved NC State University's Wilson College of Textiles, arbejder på at skabe tekstiler, der filtrerer kuldioxid (CO2) ved hjælp af de nyeste videnskabelige teknikker inden for syntese og billeddannelse. Kendt som biokatalytiske tekstiler, disse materialer kunne tjene som bæredygtige skrubber til CO2-opsamling ved hjælp af enzymer fanget i biobaserede polymerer til at katalysere hydrering af CO2.

"Dette er nye materialer, der kombinerer enzymets katalytiske egenskaber med tekstilernes fleksibilitet, "Sagde Yuan.

Da hun begyndte sine doktorgradsstudier, Yuan, som har en forskningsbaggrund inden for tekstilvidenskab, ønskede at lære mere om de forskellige egenskaber ved enzymer og polymerer, der kunne bruges til at forbedre biokatalytiske tekstilers ydeevne. Så hun begyndte at tage biokemiundervisning.

Sådan hørte Yuan først om neutronspredning fra Flora Meilleur, et fælles fakultetsmedlem i NC State. Meilleur er også strukturbiolog ved US Department of Energy's (DOE's) Oak Ridge National Laboratory (ORNL), der har specialiseret sig i proteinkemi og neutronkrystallografi ved ORNLs to neutronkilder - Spallation Neutron Source (SNS) og High Flux Isotope Reactor ( HFIR).

SNS og HFIR er DOE Office of Science brugerfaciliteter, der årligt tiltrækker mere end 1, 200 forskere til Oak Ridge for at se og analysere materialer og deres egenskaber ved hjælp af neutroner - elektrisk neutrale partikler, der spreder et materiales atomer, generering af strukturelle data, der ofte ikke kan opnås med andre teknikker såsom røntgenstråler. Neutroners ikke -invasive karakter gør dem til et ideelt værktøj til at studere biologiske materialer, såsom polymererne Yuan er interesseret i for sin forskning.

I NC State, Yuan bruger elektron- og røntgenteknikker til at studere strukturer og interaktioner mellem polymerer og enzymatiske proteiner til sine tekstiler, men disse metoder producerede ikke alle de data, hun havde brug for.

"Udfordringen ved at bruge elektroner er, at de materialer, jeg undersøger, er biobaserede, og de har ikke nok elektroner til at interagere med sonden, "Yuan sagde." Men neutroner kan fylde dette hul i karakterisering. "

Et medlem af Yuans ph.d. udvalg, Meilleur påpegede hende neutrons potentiale. Meilleur delte artikler om neutronspredning, men Yuan havde stadig spørgsmål om, hvordan instrumenterne fungerede, og hvordan hun ville fortolke og bruge dataene.

"Hvordan gør du neutronspredningsdata til de oplysninger, du ønsker?" hun spurgte.

Meilleur foreslog Yuan at besøge ORNLs Center for Strukturel Molekylær Biologi (CSMB) og neutronbrugerfaciliteter for at få en fordybende introduktion til neutronvidenskab. CSMB driver et neutronspredningsinstrument kaldet Bio-SANs, der er dedikeret til biologiske prøver på HFIR, og et biodeuterationslaboratorium til forberedelse af biologiske prøver til neutronanalyse.

"Møde med ekspertforskere og besøgsfaciliteter er den bedst mulige måde for en kandidatstuderende at lære om nye teknikker og finde ud af, hvordan de kan anvendes i deres forskningsområde, "Sagde Meilleur." Yues mulighed for at tilbringe en uge på ORNL var en uvurderlig, konkret læringserfaring. "

Yuan ansøgte om mulighed for faglig udvikling fra Wilson College of Textiles gennem Ellen Rohde Leadership Initiative, som har til formål at støtte kvinder i kollegiet med lederuddannelse. Gennem initiativet Yue blev tildelt finansiering til en uges tur til Oak Ridge.

"Først, Jeg tøvede, fordi jeg havde begrænset viden om neutroner, men efter besøg, det er klart, hvad der er muligt, "Sagde Yuan." Jeg har talt med eksperter om enzymer, biomolekyler, og polymerer og modtog positiv feedback om mit arbejde. "

Under hendes besøg, Yuan turnerede både neutronbrugerfaciliteter og mødtes med ORNL -forskere, herunder Hugh O'Neill, CSMB direktør; Dean Myles, en instrumentforsker for IMAGINE -diffraktometeret for biokemi ved HFIR; Urban Volker, en instrumentforsker for Bio-SANS; Hassina Bilheux, en instrumentforsker for Neutron Imaging Facility på HFIR; Laura Stingaciu, en instrumentforsker for Neutron Spin Echo Spectrometer på SNS; John Ankner, en instrumentforsker for Liquids Reflectometer ved SNS; Kevin Weiss, en CSMB -proteinkemiker; Kunlun Hong, et Center for Nanomaterials Sciences materialeforsker; og Tomonori Saito, en syntetisk polymerkemiker og ekspert i CO2 -adskillelse.

"Jeg turnerede i forskellige strålelinjer og talte med eksperter om mulighederne for forskellige instrumenter til min forskning. Det jeg fandt i Oak Ridge var instrumenter i verdensklasse, "Sagde Yuan.

Under hendes møder med ORNL neutronforskere, Yuan diskuterede teknikker som reflektometri til undersøgelse af overflader og grænseflader og spektroskopi til måling af atomær bevægelse og magnetisme.

"Jeg fandt forskere, der var villige til at hjælpe, "sagde hun." Jeg lærte at starte eksperimenter, og hvilken slags udfordringer jeg kan blive mødt med. "

Yuan og Meilleur mødtes dagligt for at diskutere, hvilke oplysninger Yuan fandt nyttige til hendes forskning om biokatalytiske tekstiler.

"Jeg ville vende tilbage til Dr. Meilleur i slutningen af ​​hver dag med feedback, så vi blev ved med at opdatere min tidsplan for den næste dag, "Sagde Yuan.

Blandt Yuans mål for hendes uge på ORNL, hun søgte råd om at skrive et forslag til stråletid på SNS og HFIR, så hun kunne anvende sin førstehånds viden om neutroner til at indsamle data og fremme hendes forskning.

"Nu ved jeg, at der er neutroninstrumenter, der kan kobles til min forskning, og som vil fungere sammen med elektronmikroskopi, så jeg kan studere polymerdynamikken, "Sagde Yuan.