De resultaten van een grootschalig innovatief Citizen Science-experiment genaamd Project M, waarbij meer dan 1.000 wetenschappers, 800 steekproeven en 110 Britse middelbare scholen betrokken waren bij een enorm experiment, werden gepubliceerd in het tijdschrift CrystEngComm .

Het artikel is getiteld "Project M:Onderzoek naar het effect van additieven op de kristallisatie van calciumcarbonaat via een wetenschappelijk programma voor schoolburgers." Het artikel deelt een gigantische reeks resultaten van de burgerwetenschappers van de school die met een team van Diamond hebben samengewerkt om uit te vinden hoe verschillende additieven de verschillende geproduceerde vormen van calciumcarbonaat beïnvloeden.

Deze additieven beïnvloeden het type calciumcarbonaat dat wordt gevormd, en daarmee de eigenschappen en mogelijke toepassingen ervan. Het gemakkelijk kunnen produceren van verschillende vormen van calciumcarbonaat kan van groot belang zijn voor de productie.

Hoofdauteurs Claire Murray, Visiting Scientist bij Diamond en Julia Parker, Diamond Principal Beamline Scientist en expert in calciumcarbonaatwetenschap die het project conceptualiseerde, de gegevens analyseerde en het manuscript schreef en redigeerde, leggen uit dat ondanks het vermogen van de natuur om de vorming van calciumcarbonaat nauwkeurig te beheersen schelpen en skeletten zijn laboratoria over de hele wereld vaak niet in staat om hetzelfde niveau van controle te verkrijgen over de manier waarop calciumcarbonaat wordt gevormd.

"De natuur gebruikt moleculen zoals aminozuren en eiwitten om de vorming van calciumcarbonaat te sturen, dus we waren geïnteresseerd om te ontdekken hoe sommige van deze moleculen het calciumcarbonaat beïnvloeden dat we in het laboratorium maken", aldus de onderzoekers.

Project M schakelde de studenten en docenten in als wetenschappers en maakte onder verschillende omstandigheden verschillende monsters van calciumcarbonaat met verschillende additieven. In totaal werden vervolgens in april 2017 in slechts 24 uur 800 van deze monsters geanalyseerd met behulp van de röntgenpoederdiffractietechniek op bundellijn I11 bij Diamond Light Source, de nationale synchrotron van het Verenigd Koninkrijk. Hierdoor ontstond een gigantische reeks resultaten die de basis vormen van de publicatie. Een systematisch onderzoek van deze omvang is nog nooit ergens anders ter wereld voltooid.

Het doel van dit project was om erachter te komen hoe het gebruik van verschillende additieven zoals aminozuren de structuur van calciumcarbonaat beïnvloedt. Het mineraal heeft drie hoofdvormen die 'polymorfen' worden genoemd:vateriet, calciet en aragoniet. Deze kunnen worden geïdentificeerd met behulp van röntgenpoederdiffractie op Diamond's bundellijn l11.

Diamond Light Source produceert een van de helderste röntgenstralen op planeet Aarde, waardoor wetenschappers de atomaire structuur van materialen kunnen begrijpen. Wetenschappers komen uit het hele Verenigd Koninkrijk en daarbuiten om deze röntgenstraling – evenals infrarood- en ultraviolet licht – te gebruiken om betere medicijnen te maken, de natuurlijke wereld te begrijpen en futuristische materialen te creëren.

Het begrijpen van de impact van verschillende additieven op de productie van polymorfen is van groot belang in de industrie, zoals in de productie, medische toepassingen zoals weefselmanipulatie en het ontwerp van systemen voor medicijnafgifte, en zelfs in de cosmetica.

Het in kaart brengen van zo'n grote parameterruimte, in termen van additief en concentratie, vereist echter de synthese van een groot aantal monsters en het verschaffen van analysetechnieken met hoge doorvoer. Het bood een opwindende kans om samen te werken met 110 middelbare scholen die echte monsters maakten om de hoge doorvoercapaciteit van de bundellijn te demonstreren, inclusief het snel wisselen van monsters door robots, wat betekent dat diffractiepatronen kunnen worden verzameld en monsters kunnen worden gewijzigd in minder dan 90 seconden. P>

"Het project werd geleid door een wetenschappelijke vraag die we hadden", legt Murray uit. “Het idee om scholieren en onderwijzend personeel te betrekken bij de voorbereiding van de monsters volgde vanzelf, omdat we weten dat scheikundeprojecten ondervertegenwoordigd zijn in de burgerwetenschap. De bijdrage die student-burgerwetenschappers kunnen leveren aan het onderzoek mag niet worden onderschat. Deze projecten kunnen een krachtige manier voor onderzoekers om toegang te krijgen tot hoeveelheden gegevens die ze anders moeilijk zouden kunnen verzamelen, en om toekomstige generaties wetenschappers te inspireren."

Het project werd ontworpen met materiaal en middelen om de scholen te ondersteunen bij het leren van nieuwe technieken en kennis en om hen ruimte te bieden voor interactie en deelname aan het experiment. Na analyse bij Diamond kregen de studenten de gelegenheid om naar hun resultaten te kijken, hun pieken te zien en te bepalen wat voor soort polymorfen ze hadden geproduceerd, en hun resultaten te vergelijken met de resultaten verkregen door verschillende monsters en verschillende scholen op verschillende locaties in het Verenigd Koninkrijk. /P>

Gry E. Christensen, voormalig student en Project M-wetenschapper aan de Didcot Girls' School, Didcot, merkte op:"Het was een geweldige reis en ik raad aan dat als andere scholen de kans krijgen om te helpen met een soortgelijk project, je dan aan boord springt, want het is een unieke kans voor de studenten en je hebt het gevoel dat je een positieve verandering in de wereld kunt bewerkstelligen."

"Het feit dat we het antwoord nog niet wisten, was een motiverende factor voor de studenten", legt Murray uit. "De leraren vertelden ons dat ze alles serieuzer namen, omdat dit echte wetenschap in actie was - het betekende echt iets. Ze vertelden hoe de studenten enthousiast waren om hun laboratoriumvaardigheden naar dit experiment te vertalen en dat de studenten hun leerproces konden contextualiseren door hun voorgeschreven leerboeken en laboratoriumlessen.

"Leraren benadrukten ook hun eigen interesse en nieuwsgierigheid, aangezien velen van hen tijdens hun opleiding een opleiding tot scheikundige hebben gevolgd. Ze waardeerden de verbinding met echte wetenschap voor zichzelf en de mogelijkheid voor voortdurende professionele ontwikkeling."

Matthew Wainwright, docent en Project M-wetenschapper aan de Kettlethorpe High School, Wakefield, voegt hieraan toe:"Het project bood onze leerlingen een unieke kans om deel te nemen aan echt wetenschappelijk onderzoek en zou moeten dienen als blauwdruk voor toekomstige projecten die erop gericht zijn jongeren bij de wetenschap te betrekken. buiten het klaslokaal."

Het onderzoeken van de rol van aminozuren bij het sturen van kristallisatie met de Project M Scientists was een kans en een eer voor de auteurs. Parker legt uit:"In ons werk zien we hoe we nieuwe wetenschappelijke conclusies kunnen trekken over het effect van aminozuren op de structuur van calciet- en vateriet-calciumcarbonaatpolymorfen.

"Dit vermogen om een ​​brede parameterruimte in monsteromstandigheden te verkennen, terwijl het voortdurende educatieve en wetenschappelijke betrokkenheidsvoordelen biedt voor de betrokken studenten en docenten, kunnen we hopen dat het in de toekomst kan worden toegepast op andere onderzoeken naar materiaalsynthese."

Project M stelde scholen in staat om echt onderzoek uit te voeren en een experiment uit te voeren dat nog nooit eerder was gedaan, in hun eigen schoollaboratorium. Het was het eerste "citizen science"-project van Diamond, dat de Diamond-wetenschap naar scholen bracht en de productie van een aanzienlijke reeks resultaten mogelijk maakte, wat nu heeft geresulteerd in deze succesvolle publicatie in CrystEngComm .

Meer informatie: Claire A. Murray et al, Project M:onderzoek naar het effect van additieven op de kristallisatie van calciumcarbonaat via een burgerwetenschappelijk programma voor scholen, CrystEngComm (2024). DOI:10.1039/D3CE01173A

Geleverd door Diamond Light Source