Udnyttelse af polymerernes kraft

9.00 En solrig tirsdag morgen i august byder kemiingeniørprofessor Paula Hammond '84, PhD '93, kandidatstuderende Rebecca Ladewski velkommen til hendes pletfrie kontor i Building 66. Efter lidt småsnak går de i gang, fint -tuning af Ladewskis kommende afhandlingsudvalgspræsentation om hendes arbejde med at undersøge polymersamlingsteknikker til brug i solceller og batterier.

Telefonen ringer, men Hammond ignorerer den. Selvom hun har planlagt yderligere seks møder og lige er blevet ringet op med en fransk videnskabsmand, der gerne vil være med i sit laboratorium, er hun fuldstændig fokuseret på det aktuelle emne. Hun er aldrig distraheret, siger Ladewski. Når du er sammen med Paula, har du hendes fuldstændige og udelte opmærksomhed.

Mange mennesker råber efter den opmærksomhed. Hammond leder en forskningsgruppe på mere end 30 medlemmer og hjælper med at drive Institut for Kemiteknik som dets administrerende direktør. På en typisk dag – selv om sommeren – er hendes kalender en solid blå søjle af møder med studerende, potentielle samarbejdspartnere og andre administratorer. Men de fleste dage formår hun stadig at bruge tid på sin videnskabelige passion: at designe polymerer til at hjælpe med at behandle kræft eller skabe bedre brændselsceller og batterier.

Polymerer - lange kæder af gentagne strukturelle enheder - inkluderer naturlige materialer som gummi og cellulose, såvel som utallige syntetiske materialer som nylon og plast. Mange polymerer har en kulstofrygrad, som andre molekyler kan fastgøres til, hvilket giver designeren mulighed for at kontrollere, hvordan materialet opfører sig. Hammond udnytter denne alsidighed til at løse to af verdens mest presserende udfordringer. På den ene side af sit laboratorium skaber hun film og nanopartikler, der målretter tumorceller og afgiver lægemidler. På den anden side designer hun polymerer, der kan hjælpe med at udnytte og opbevare ren energi.

11:00

Hammond og en anden kandidatstuderende mødes med en gæsteforsker fra King Fahd University of Petroleum and Minerals i Saudi-Arabien for at diskutere deres igangværende projekt om at udvikle polymerer, der kan tjene som mere effektive afsaltningsmembraner. Hendes forskelligartede forskningsinteresser satte hende i høj kurs som samarbejdspartner; den følgende dag vil hun mødes med forskere fra Dana-Farber Cancer Institute, Novartis og Merrimack Pharmaceuticals for at tale om udviklingen af ​​sine lægemiddel-leverende polymerer som kræftterapi.

Hammonds interesse for videnskab har dybe rødder. Da hun voksede op i Detroit, drømte hun om at skrive børnelitteratur og deltog i skrivekonkurrencer. Men hun længtes også efter at forstå, hvordan tingene fungerer. Hun elskede sine naturfagstimer og fandt ud af, at på hendes katolske gymnasium, der kun var piger, var det nemt at blive en naturvidenskabsnørd.

Hvis du er i en gruppe af drenge og piger, og du er 15 eller 16, og en lærer stiller et spørgsmål, er det let at overlade drengene til at svare, især i [klasser som] AP-fysik, siger hun. Det var nyttigt at have den frihed til at føle, at man kunne dykke ned i det her og stille spørgsmål, og at der ikke var nogen der kunne se nedslående ud.

Hammonds far, en ph.d.-biokemiker, der drev sundhedslaboratorierne for byen Detroit, og hendes mor, som grundlagde en sygeplejeskole på Wayne County Community College, tilskyndede hendes interesse, idet de fik videnskabsvenner til at rådgive Paula om, hvordan hun kan nå hendes mål. Da hun ledte efter gymnasier, kom hun til den konklusion, at MIT var stedet at gå hen. I mit sind var det en slags teknologiens højdepunkt, siger hun.

Fra starten fokuserede Hammond på kemiteknik, det område, som hendes kemilærer på gymnasiet havde foreslået. Jeg overvejede ikke engang de andre koncentrationer, siger hun. Mens hun tog et bachelorkursus hos professor Edward Merrill, ScD '47, blev hun fascineret af polymerkemi. Det er her magten er, siger hun. Du kan designe disse materialer, og så laver de de her fede ting.

Efter endt uddannelse tilbragte Hammond to år i Florida som procesingeniør hos Motorola, hvor hun var den eneste sorte kvindelige ingeniør i en stab på tusindvis. Hun sluttede sig derefter til polymerforskningspersonalet på Georgia Tech og fik en mastergrad i kemiteknik. Overbevist om, at hun hørte til i den akademiske verden, begyndte hun på et nyt tværfagligt ph.d.-program i polymervidenskabsteknologi på MIT.

At vende tilbage til MIT var bare utroligt, husker Hammond. Nogle gange, når du går væk fra et sted og så kommer tilbage, er du lidt skuffet - det er ikke, hvad du troede. Da jeg kom tilbage til MIT, var det præcis, hvad jeg havde savnet i de sidste fire år.

Michael Rubner, som blev Hammonds ph.d.-rådgiver, bemærkede, at hun havde en sjælden meningsfølelse blandt sine jævnaldrende. Alle kandidatstuderende på MIT er geniale, men det, der fik Paula til at skille sig ud, er hendes... drive, motivation og ønske om at få succes, siger Rubner, professor i materialevidenskab og ingeniørvidenskab. Paula vidste, hvad hun skulle være, og hvad hun skulle gøre for at nå dertil.

Til sin ph.d.-afhandling designede Hammond polyurethaner og polyestere, der skifter farve, når de opvarmes eller strækkes. Hun accepterede MITs tilbud om en fakultetsstilling omkring tidspunktet for sit specialeforsvar og overtog til sidst Merrills polymersyntesekursus. Men først tilbragte hun halvandet år som postdoktor i kemikeren George Whitesides' laboratorium på Harvard, hvor hun hjalp med at forfine en ny teknik til at præge overflader med mønstre i mikronskala. Kendt som blød litografi, er den nu meget brugt til at skabe mikrofluidiske enheder.

Hammond har en uhyggelig evne til at påtage sig projekter, der ikke er relateret til hendes tidligere arbejde, siger Whitesides. Hun har gjort, hvad jeg synes, gode videnskabsmænd burde gøre, siger han, som er at flytte fra felt til felt, for at finde ting, man kan bidrage til.

12:00 middag

Medlemmerne af Hammonds laboratorium drypper ind i et mødelokale på femte sal i Koch Institute til et gruppemøde hver anden uge. To kandidatstuderende fortæller om deres seneste resultater, mens deres laboratoriekammerater gumler på thaimad og kommer med forslag. Hammond kommer også med forslag og beder ofte oplægsholdere om at gennemgå en teknik mere detaljeret for at opbygge deres selvtillid og finpudse deres præsentationsevner.

I denne uge fokuserer begge præsentationer på brændselscelleforskning, selvom laboratoriet er ret ligeligt fordelt mellem energi- og biomedicinske projekter. Disse to forskningsområder udviklede sig ud fra Hammonds interesse for polymerkonstruktion. Siden hun lancerede sit forskningsprogram i 1995, er hun kommet til at blive betragtet som en pioner inden for en teknik kaldet lag-for-lag montering, hvor lag med forskellige egenskaber lægges ned ved skiftevis at udsætte en overflade for positivt og negativt ladede partikler. En metode, som hun udviklede, bruger en automatiseret spray til at afsætte tynde polymerfilm over store overfladearealer. Svaya Nanotechnologies, en virksomhed startet af en tidligere studerende i 2009, har licenseret teknologien og udvikler den til blandt andet at skabe overfladebelægninger til halvledere, højopløsningsskærme og energieffektive vinduer.

Energirelaterede anvendelser af hendes arbejde med polymerer omfatter batterier, solceller og brændselsceller. Sidste år designede Hammond og hendes studerende, i samarbejde med forskere ved Penn State, en ny polymerfilm, der dramatisk forbedrer effektiviteten af ​​methanol-brændselsceller. Fordi methanol er en væske ved stuetemperatur, kan disse brændselsceller være meget mere bærbare end brintbrændselsceller, hvilket giver dem mulighed for at drive små enheder såsom mobiltelefoner eller bærbare computere.

Hammond arbejder også sammen med Angela Belcher, en professor i biologisk ingeniørvidenskab og materialevidenskab og -teknik, om batterier og solceller, der samles selv ved hjælp af gensplejsede vira - forskning, de præsenterede for præsident Obama under hans besøg i MIT i 2009. (Det var den eneste gang, jeg nogensinde har set Paula nervøs, siger Ladewski.)

Hvad angår Hammonds interesse for medicinske applikationer, slog den rod under et sabbatår i 2002 på Caltech, hvor hun blev fascineret af ideen om at designe polymerer til lægemiddellevering. Siden da har hun udviklet polymer-nanopartikler, der zoomer ind på tumorsteder og frigiver deres last, når de kommer ind i tumorens sure miljø, samt tynde polymerfilm, der kan designes til at transportere flere lægemidler til et specifikt sted og kontrollere timingen af ​​deres frigøre. Meget af laboratoriets lægemiddelleveringsarbejde udføres med eller finansieres af farmaceutiske virksomheder, herunder Sanofi-Aventis, Johnson og Johnson, Pfizer og Ferrosan.

Hammond holder tæt øje med al forskningen i sit laboratorium og mødes individuelt med hvert laboratoriumsmedlem hver par uger. Hvis en elev ikke får gode resultater, fokuserer hun på at vende tilbageslaget til noget positivt, siger kandidatstuderende Dan Bonner. I stedet for at se et negativt resultat som en vejspærring, siger hun 'Hvad fortæller det os? Hvordan kan vi redesigne vores system eller bruge det i en anden sammenhæng?’ siger han.

14.00

Hammond afslutter laboratoriemødet og vender tilbage til bygning 66 for et hurtigt telefonopkald med Darrell Irvine, en MIT-materialeforsker og hyppig samarbejdspartner, efterfulgt af et møde for at diskutere, hvordan afdelingen kan bruge noget laboratorieplads, der kunne blive tilgængeligt på campus. Klavs Jensen, der er leder af Institut for Kemiteknik, siger, at hun er velegnet til så vanskelige administrative spørgsmål.

For at ville udføre det job, tror jeg, man skal have en stor kærlighed og respekt for Instituttet og instituttet, for det er virkelig en service, man gør for alle andre, siger Jensen. Du skal også have de nødvendige diplomatiske evner og styrke til at sige 'Sådan bliver tingene', men forhåbentlig på en måde, så alle føler, at de har sagt deres mening.

Et ønske om at give alle medbestemmelse fik Hammond til at være formand for MIT's Initiative on Faculty Race and Diversity, som i 2010 producerede en undersøgelse, der konkluderede, at mens MIT's indsats for at ansætte og fastholde fakultetsmedlemmer fra underrepræsenterede minoritetsgrupper har ført til nogle gevinster i de senere år, resultaterne er ujævne på tværs af instituttet. Fra det akademiske år 2009-2010 udgjorde underrepræsenterede minoriteter - sorte, latinamerikanere og indianere - lidt over 6 procent af MITs fakultet, op fra 4,5 procent i 2000-2001.

Selvom hendes tidsplan allerede var fyldt, følte Hammond, at hvis hun ikke gik op for at lede udvalget, ville disse fakultetsmedlemmers stemmer måske ikke blive hørt. Komiteen begyndte sit arbejde kort efter, at James Sherley, et sort fakultetsmedlem, iscenesatte en sultestrejke i protest mod at blive nægtet embedsperiode - en beslutning, som han mente skyldtes hans race. Hammond mener, at Sherley-sagen ikke er repræsentativ for de fleste minoritetsfakultetserfaringer ved MIT. MIT er dog ikke en slags oase, hvor der ikke er problemer omkring race, siger hun. Det er et meget mere komplekst emne. Jeg følte det, som om en masse af kompleksiteten på fakultetet, der gennemgik deres akademiske karriere på MIT, blev fuldstændig savnet.

Mens MIT har gjort fremskridt med at rekruttere og fastholde minoritetsfakultetet, mener Hammond, at der kan gøres mere. Der er steder, hvor tallene kunne stige med nogle fælles tanker og kræfter, siger hun. Jeg har set afdelingsledere, der er meget villige til at tage et kig på det og se, om de kan lave løsninger på det. Det er det, vi gør - løse problemer.

Hun vejleder også minoritetsstuderende én til én, både formelt gennem MITs akademiske rådgivningsprogram og uformelt med studerende, der opsøger hende. Det er tidskrævende, men jeg føler, at det skal gøres, siger Hammond, hvis søn er junior på Northeastern University. Man vænner sig til det, og man ved, at det er en del af at sikre, at næste generation kommer videre.

18.00

Da hun kommer hjem fra MIT, slapper Hammond af ved at lave aftensmad og spise sammen med sin mand, Carmon Cunningham, en marketingstrateg, der blev ejer af små virksomheder. Så forbereder hun sig på et par timers arbejde, hvor hun beskæftiger sig med ting, der ofte bliver overset i løbet af dagen: læse journaler, besvare e-mails og beslutte, hvad hun skal fokusere på i de kommende uger. Mens hun planlægger sine dage, forsøger Hammond at planlægge åbne blokke af tid til at pusle over forvirrende laboratorieresultater, lægge planer for nye projekter og skrive videnskabelige artikler. Det er min måde at bevare noget fornuft på, siger hun.

På en given dag bliver Paula bedt om at gøre en række ting, så hun er nødt til at sige nej, siger Robert Cohen, professor i kemiteknik, der underviste Hammond som kandidatstuderende og nu lejlighedsvis samarbejder med hende. Hun tænker på, hvor hun kan have størst indflydelse – ikke nødvendigvis for sit eget bedste, men påvirkning generelt. Paula ved, hvordan man træffer valg, og så bruger hun absolut al sin tid og energi på de ting, hun vælger at arbejde med.

Efter at have valgt at arbejde på at kurere kræft, udvikle renere energi og betjene MIT, opsummerer Hammond sin strategi for at passe det hele ind: At lære, hvad der er vigtigt og fokusere på det, og finde måder at facilitere så meget af alt andet, som du kan.

skjule