Los resultados de un innovador experimento de ciencia ciudadana a gran escala llamado Proyecto M, en el que participaron más de 1.000 científicos, 800 muestras y 110 escuelas secundarias del Reino Unido en un enorme experimento, se publicaron en la revista CrystEngComm. .

El artículo se titula "Proyecto M:Investigación del efecto de los aditivos en la cristalización del carbonato de calcio a través de un programa escolar de ciencia ciudadana". El artículo comparte un conjunto gigante de resultados de científicos ciudadanos escolares que colaboraron con un equipo de Diamond para descubrir cómo los diferentes aditivos afectan las diferentes formas de carbonato de calcio producido.

Estos aditivos afectan el tipo de carbonato de calcio que se forma y, por tanto, sus propiedades y posibles aplicaciones. Ser capaz de producir fácilmente diferentes formas de carbonato de calcio podría ser muy importante para la fabricación.

Las autoras principales, Claire Murray, científica visitante de Diamond y Julia Parker, científica principal de Diamond Beamline y experta en la ciencia del carbonato de calcio que conceptualizó el proyecto, analizó los datos y escribió y editó el manuscrito, explican que a pesar de la capacidad de la naturaleza para controlar con precisión la formación de carbonato de calcio en caparazones y esqueletos, los laboratorios de todo el mundo a menudo no pueden exigir el mismo nivel de control sobre cómo se forma el carbonato de calcio.

"La naturaleza utiliza moléculas como aminoácidos y proteínas para dirigir la formación de carbonato de calcio, por lo que estábamos interesados ​​en descubrir cómo algunas de estas moléculas afectan el carbonato de calcio que producimos en el laboratorio", dijeron los investigadores.

El Proyecto M involucró a estudiantes y profesores como científicos, elaborando diferentes muestras de carbonato de calcio en diferentes condiciones con diferentes aditivos. En total, 800 de estas muestras se analizaron en solo 24 horas en abril de 2017 utilizando la técnica de difracción de polvo de rayos X en la línea de luz I11 en Diamond Light Source, el sincrotrón nacional del Reino Unido. Esto creó un conjunto gigante de resultados que forman la base de la publicación. Nunca se ha completado un estudio sistemático de esta escala en ningún otro lugar del mundo.

El objetivo de este proyecto era descubrir cómo el uso de diferentes aditivos, como los aminoácidos, afecta la estructura del carbonato de calcio. El mineral tiene tres formas principales llamadas "polimorfos":vaterita, calcita y aragonita, que pueden identificarse mediante difracción de rayos X en polvo en la línea de luz l11 de Diamond.

Diamond Light Source produce uno de los rayos X más brillantes del planeta Tierra, que permite a los científicos comprender la estructura atómica de los materiales. Científicos vienen de todo el Reino Unido y de otros lugares para utilizar estos rayos X, así como la luz infrarroja y ultravioleta, para fabricar mejores medicamentos, comprender el mundo natural y crear materiales futuristas.

Comprender el impacto de los diferentes aditivos en la producción de polimorfos es de gran interés en industrias como la fabricación, aplicaciones médicas como la ingeniería de tejidos y el diseño de sistemas de administración de fármacos, e incluso en cosméticos.

Sin embargo, mapear un espacio de parámetros tan grande, en términos de aditivos y concentración, requiere la síntesis de una gran cantidad de muestras y el suministro de técnicas de análisis de alto rendimiento. Presentó una oportunidad emocionante para colaborar con 110 escuelas secundarias creando muestras reales para mostrar la capacidad de alto rendimiento de la línea de luz, incluido el cambio robótico rápido de muestras, lo que significa que se pueden recolectar patrones de difracción y cambiar muestras en menos de 90 segundos. P>

"El proyecto fue impulsado por una pregunta científica que teníamos", explicó Murray. "La idea de involucrar a los estudiantes y al personal docente en la preparación de las muestras surgió de manera natural, ya que sabemos que los proyectos de química están subrepresentados en el espacio de la ciencia ciudadana. No se debe subestimar la contribución que los estudiantes científicos ciudadanos pueden hacer a la investigación. Estos proyectos pueden proporcionar una forma poderosa para que los investigadores accedan a volúmenes de datos que de otro modo tendrían dificultades para recopilar, además de inspirar a futuras generaciones de científicos".

El proyecto fue diseñado con kit y recursos para ayudar a las escuelas a aprender nuevas técnicas y conocimientos y brindarles un espacio para interactuar y participar en el experimento. Después del análisis en Diamond, los estudiantes tuvieron la oportunidad de observar sus resultados, ver sus picos y determinar qué tipo de polimorfos habían producido, y comparar sus resultados con los resultados obtenidos por diferentes muestras y diferentes escuelas en diferentes lugares del Reino Unido. /P>

Gry E. Christensen, ex alumno y científico del Proyecto M en Didcot Girls' School, comentó:"Fue un viaje increíble y recomiendo que, si otras escuelas tienen la oportunidad de ayudar con un proyecto similar, se unan a él, porque Es una oportunidad única en la vida para los estudiantes y sienten que pueden hacer un cambio positivo en el mundo".

"El hecho de que todavía no supiéramos la respuesta fue un factor de motivación para los estudiantes", explica Murray. "Los profesores nos dijeron que se tomaron todo más en serio, porque se trataba de ciencia real en acción; realmente significaba algo. Compartieron cómo los estudiantes estaban entusiasmados de trasladar sus habilidades de laboratorio a este experimento y que los estudiantes pudieron contextualizar su aprendizaje a partir de sus libros de texto prescritos y clases de laboratorio.

"Los profesores también destacaron su propio interés y curiosidad, ya que muchos de ellos se han formado como químicos en su educación. Apreciaron la conexión con la ciencia real para ellos mismos y la oportunidad de un desarrollo profesional continuo".

Matthew Wainwright, profesor y científico del Proyecto M en Kettlethorpe High School, Wakefield, añade:"El proyecto ofreció a nuestros alumnos una oportunidad única de participar en una investigación científica genuina y debería actuar como modelo para proyectos futuros que tengan como objetivo involucrar a los jóvenes en la ciencia. más allá del aula."

Explorar el papel de los aminoácidos en la dirección de la cristalización con los científicos del Proyecto M fue una oportunidad y un honor para los autores. Parker explicó:"En nuestro trabajo vemos cómo podemos sacar conclusiones científicas novedosas sobre el efecto de los aminoácidos en la estructura de los polimorfos de carbonato de calcio de calcita y vaterita.

"Esperamos que esta capacidad de explorar un amplio espacio de parámetros en condiciones de muestra, al mismo tiempo que proporciona beneficios educativos y de participación científica continua para los estudiantes y profesores involucrados, se aplique en el futuro a otras investigaciones de síntesis de materiales".

El Proyecto M permitió a las escuelas llevar a cabo investigaciones reales y realizar un experimento que nunca antes se había realizado, en su propio laboratorio escolar. Fue el primer proyecto de "ciencia ciudadana" dirigido por Diamond, que transportó la ciencia de Diamond a las escuelas y permitió la producción de un conjunto considerable de resultados, que ahora ha dado como resultado esta exitosa publicación en CrystEngComm. .

Más información: Claire A. Murray et al, Proyecto M:investigación del efecto de los aditivos en la cristalización del carbonato de calcio a través de un programa escolar de ciencia ciudadana, CrystEngComm (2024). DOI:10.1039/D3CE01173A

Proporcionado por Diamond Light Source