Yu Yuan, een tweedejaars Ph.D. student aan het Wilson College of Textiles van de NC State University, werkt aan het maken van textiel dat koolstofdioxide (CO2) filtert met behulp van de nieuwste wetenschappelijke technieken op het gebied van synthese en beeldvorming. Bekend als biokatalytisch textiel, deze materialen kunnen dienen als duurzame wassers voor CO2-afvang door enzymen te gebruiken die zijn gevangen in biogebaseerde polymeren om de hydratatie van CO2 te katalyseren.

"Dit zijn nieuwe materialen die de katalytische eigenschappen van enzymen combineren met de flexibiliteit van textiel, ' zei Yuan.

Toen ze aan haar doctoraatsstudie begon, Yuan, die een onderzoeksachtergrond heeft in textielwetenschap, wilde meer te weten komen over de verschillende eigenschappen van enzymen en polymeren die kunnen worden gebruikt om de prestaties van biokatalytisch textiel te verbeteren. Dus begon ze lessen biochemie te volgen.

Zo hoorde Yuan voor het eerst over neutronenverstrooiing van Flora Meilleur, een gezamenlijk faculteitslid bij NC State. Meilleur is ook een structureel bioloog bij het Oak Ridge National Laboratory (ORNL) van het Amerikaanse Department of Energy (DOE), die gespecialiseerd is in eiwitchemie en neutronenkristallografie bij de twee neutronenbronnen van ORNL:de Spallation Neutron Source (SNS) en de High Flux Isotope Reactor ( HFIR).

SNS en HFIR zijn DOE Office of Science User Facilities die jaarlijks meer dan 1 aantrekken. 200 onderzoekers naar Oak Ridge om materialen en hun eigenschappen in beeld te brengen en te analyseren met behulp van neutronen - elektrisch neutrale deeltjes die van de atomen van een materiaal verstrooien, het genereren van structurele gegevens die vaak niet kunnen worden verkregen met andere technieken zoals röntgenstralen. De niet-invasieve aard van neutronen maakt ze een ideaal hulpmiddel voor het bestuderen van biologische materialen, zoals de polymeren waarin Yuan geïnteresseerd is voor haar onderzoek.

Bij NC State, Yuan gebruikt elektronen- en röntgentechnieken om de structuren en interacties van polymeren en enzymatische eiwitten voor haar textiel te bestuderen. maar deze methoden leverden niet alle gegevens op die ze nodig had.

"De uitdaging van het gebruik van elektronen is dat de materialen die ik onderzoek biogebaseerd zijn, en ze hebben niet genoeg elektronen om te interageren met de sonde, "Zei Yuan. "Maar neutronen kunnen dit gat in de karakterisering opvullen."

Een lid van Yuan's Ph.D. Commissie, Meilleur wees haar op het potentieel van neutronen. Meilleur deelde artikelen over neutronenverstrooiing, maar Yuan had nog steeds vragen over hoe de instrumenten werkten en hoe ze de gegevens zou interpreteren en gebruiken.

"Hoe zet je neutronenverstrooiingsgegevens om in de informatie die je wilt?" zij vroeg.

Meilleur stelde voor dat Yuan ORNL's Centre for Structural Molecular Biology (CSMB) en faciliteiten voor neutronengebruikers zou bezoeken om een ​​diepgaande introductie in de neutronenwetenschap te krijgen. CSMB exploiteert een neutronenverstrooiingsinstrument genaamd Bio-SAN's dat is bedoeld voor biologische monsters bij HFIR, en een laboratorium voor biodeuteratie voor het voorbereiden van biologische monsters voor neutronenanalyse.

"Een ontmoeting met deskundige wetenschappers en het bezoeken van faciliteiten is de best mogelijke manier voor een afgestudeerde student om nieuwe technieken te leren kennen en te ontdekken hoe deze kunnen worden toegepast in hun onderzoeksgebied, Meilleur zei. "Yue's kans om een ​​week bij ORNL door te brengen was van onschatbare waarde, concrete leerervaring."

Yuan heeft via het Ellen Rohde Leadership Initiative een subsidie ​​voor professionele ontwikkeling aangevraagd bij het Wilson College of Textiles, die tot doel heeft vrouwen in het college te ondersteunen met leiderschapstraining. Door het initiatief Yue kreeg financiering voor een reis van een week naar Oak Ridge.

"Aanvankelijk, Ik aarzelde omdat ik beperkte kennis had van neutronen, maar na een bezoek het is duidelijk wat mogelijk is, " zei Yuan. "Ik heb gesproken met experts op het gebied van enzymen, biomoleculen, en polymeren en kreeg positieve feedback over mijn werk."

Tijdens haar bezoek, Yuan bezocht beide faciliteiten voor neutronengebruikers en ontmoette wetenschappers van ORNL, waaronder Hugh O'Neill, CSMB-directeur; decaan Myles, een instrumentwetenschapper voor de IMAGINE-diffractometer voor biochemie bij HFIR; Stedelijk Volker, een instrumentwetenschapper voor Bio-SANS; Hassina Bilheux, een instrumentwetenschapper voor de Neutron Imaging Facility bij HFIR; Laura Stingaciu, een instrumentwetenschapper voor de Neutron Spin Echo Spectrometer bij SNS; Jan Ankner, een instrumentwetenschapper voor de Liquids Reflectometer bij SNS; Kevin Weiss, een CSMB-eiwitchemicus; Kunlun Hong, een materiaalwetenschapper van het Centrum voor Nanomaterialenwetenschappen; en Tomonori Saito, een synthetisch polymeerchemicus en expert in CO2-scheiding.

"Ik toerde door verschillende bundellijnen en sprak met experts over het potentieel van verschillende instrumenten voor mijn onderzoek. Wat ik vond in Oak Ridge waren instrumenten van wereldklasse, ' zei Yuan.

Tijdens haar ontmoetingen met ORNL-neutronenwetenschappers, Yuan besprak technieken als reflectometrie voor het bestuderen van oppervlakken en grensvlakken en spectroscopie voor het meten van atomaire beweging en magnetisme.

"Ik vond wetenschappers bereid om te helpen, " zei ze. "Ik heb geleerd hoe ik experimenten moet starten en met wat voor uitdagingen ik te maken kan krijgen."

Yuan en Meilleur kwamen dagelijks bij elkaar om te bespreken welke informatie Yuan nuttig vond voor haar onderzoek naar biokatalytisch textiel.

"Ik zou aan het eind van elke dag terugkomen bij Dr. Meilleur met feedback, dus we bleven mijn schema voor de volgende dag bijwerken, ' zei Yuan.

Onder de doelstellingen van Yuan voor haar week bij ORNL, ze vroeg advies over het schrijven van een voorstel voor bundeltijd bij SNS en HFIR, zodat ze haar kennis uit de eerste hand van neutronen zou kunnen toepassen bij het verzamelen van gegevens en het bevorderen van haar onderzoek.

"Nu weet ik dat er neutroneninstrumenten zijn die aan mijn onderzoek kunnen worden gekoppeld en die zullen samenwerken met elektronenmicroscopie, zodat ik de polymeerdynamica kan bestuderen, ' zei Yuan.