Yue Yuan, un doctorado de segundo año. estudiante de Wilson College of Textiles de NC State University, está trabajando para crear textiles que filtren el dióxido de carbono (CO2) utilizando las últimas técnicas científicas en síntesis e imágenes. Conocidos como textiles biocatalíticos, Estos materiales podrían servir como depuradores sostenibles para la captura de CO2 mediante el uso de enzimas atrapadas en polímeros de base biológica para catalizar la hidratación del CO2.

"Se trata de nuevos materiales que combinan las propiedades catalíticas de las enzimas con la flexibilidad de los textiles, "Dijo Yuan.

Cuando comenzó sus estudios de doctorado, Yuan, que tiene experiencia en investigación en ciencia textil, quería aprender más sobre las diferentes propiedades de las enzimas y los polímeros que podrían usarse para mejorar el rendimiento de los textiles biocatalíticos. Entonces ella comenzó a tomar clases de bioquímica.

Así es como Yuan escuchó por primera vez sobre la dispersión de neutrones de Flora Meilleur, un miembro de la facultad conjunta en NC State. Meilleur también es biólogo estructural en el Laboratorio Nacional Oak Ridge (ORNL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) que se especializa en química de proteínas y cristalografía de neutrones en las dos fuentes de neutrones de ORNL:la fuente de neutrones por espalación (SNS) y el reactor de isótopos de alto flujo ( HFIR).

SNS y HFIR son instalaciones para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE que atraen anualmente a más de 1, 200 investigadores a Oak Ridge para obtener imágenes y analizar materiales y sus propiedades utilizando neutrones, partículas eléctricamente neutras que se dispersan de los átomos de un material, generando datos estructurales que a menudo no se pueden obtener con otras técnicas como los rayos X. La naturaleza no invasiva de los neutrones los convierte en una herramienta ideal para estudiar materiales biológicos, como los polímeros que le interesan a Yuan para su investigación.

En el estado de Carolina del Norte, Yuan utiliza técnicas de rayos X y electrones para estudiar las estructuras e interacciones de polímeros y proteínas enzimáticas para sus textiles. pero estos métodos no producían todos los datos que necesitaba.

"El desafío de usar electrones es que los materiales que estoy investigando son de base biológica, y no tienen suficientes electrones para interactuar con la sonda, "Dijo Yuan." Pero los neutrones pueden llenar este vacío en la caracterización ".

Miembro del Ph.D. de Yuan. comité, Meilleur le señaló el potencial de los neutrones. Meilleur compartió artículos sobre la dispersión de neutrones, pero Yuan todavía tenía preguntas sobre cómo funcionaban los instrumentos y cómo interpretaría y usaría los datos.

"¿Cómo se convierten los datos de dispersión de neutrones en la información que se desea?" ella preguntó.

Meilleur sugirió que Yuan visite el Centro de Biología Molecular Estructural (CSMB) de ORNL y las instalaciones de usuarios de neutrones para obtener una introducción inmersiva a la ciencia de los neutrones. CSMB opera un instrumento de dispersión de neutrones llamado Bio-SANs que se dedica a muestras biológicas en HFIR, y un laboratorio de biodeuteración para la preparación de muestras biológicas para análisis de neutrones.

"Reunirse con científicos expertos y visitar instalaciones es la mejor manera posible para que un estudiante graduado aprenda nuevas técnicas y descubra cómo se pueden aplicar en su área de investigación, "Meilleur dijo." La oportunidad de Yue de pasar una semana en ORNL fue invaluable, experiencia de aprendizaje concreta ".

Yuan solicitó una oportunidad de subvención de desarrollo profesional de Wilson College of Textiles a través de la Iniciativa de Liderazgo Ellen Rohde, que tiene como objetivo apoyar a las mujeres en la universidad con capacitación en liderazgo. A través de la iniciativa, Yue recibió fondos para un viaje de una semana a Oak Ridge.

"En primer lugar, Dudé porque tenía un conocimiento limitado de los neutrones, pero despues de visitar, está claro lo que es posible, ", Dijo Yuan." He hablado con expertos en enzimas, biomoléculas, y polímeros y recibí comentarios positivos sobre mi trabajo ".

Durante su visita, Yuan recorrió las instalaciones de los usuarios de neutrones y se reunió con científicos de ORNL, incluido Hugh O'Neill, Director de CSMB; Dean Myles, un científico de instrumentos para el difractómetro IMAGINE para bioquímica en HFIR; Urban Volker, un científico de instrumentos para Bio-SANS; Hassina Bilheux, un científico de instrumentos para la instalación de imágenes de neutrones en HFIR; Laura Stingaciu, un científico de instrumentos para el espectrómetro de eco de espín de neutrones en SNS; John Ankner, un científico de instrumentos para el reflectómetro de líquidos del SNS; Kevin Weiss, un químico de proteínas CSMB; Kunlun Hong, un científico de materiales del Centro de Ciencias de los Nanomateriales; y Tomonori Saito, químico de polímeros sintéticos y experto en separación de CO2.

"Recorrí diferentes líneas de luz y hablé con expertos sobre el potencial de diferentes instrumentos para mi investigación. Lo que encontré en Oak Ridge fueron instrumentos de clase mundial, "Dijo Yuan.

Durante sus reuniones con científicos de neutrones ORNL, Yuan discutió técnicas como la reflectometría para estudiar superficies e interfaces y la espectroscopia para medir el movimiento atómico y el magnetismo.

"Encontré científicos dispuestos a ayudar, ", dijo." Aprendí cómo iniciar experimentos y qué tipo de desafíos puedo enfrentar ".

Yuan y Meilleur se reunían a diario para discutir qué información encontraba útil Yuan para su investigación sobre textiles biocatalíticos.

"Volvería al Dr. Meilleur al final de cada día con comentarios, así que seguimos actualizando mi horario para el día siguiente, "Dijo Yuan.

Entre los objetivos de Yuan para su semana en ORNL, buscó consejo sobre cómo redactar una propuesta de tiempo de haz en SNS y HFIR para poder aplicar su conocimiento de primera mano sobre neutrones para recopilar datos y avanzar en su investigación.

"Ahora sé que hay instrumentos de neutrones que pueden vincularse a mi investigación y que funcionarán junto con la microscopía electrónica para que pueda estudiar la dinámica de los polímeros". "Dijo Yuan.