Les résultats d'une expérience innovante de science citoyenne à grande échelle appelée Projet M, qui a impliqué plus de 1 000 scientifiques, 800 échantillons et 110 écoles secondaires britanniques dans une vaste expérience, ont été publiés dans la revue CrystEngComm. .

L'article s'intitule « Projet M : Enquête sur l'effet des additifs sur la cristallisation du carbonate de calcium à travers un programme scientifique citoyen scolaire. » L'article partage un ensemble géant de résultats provenant de scientifiques citoyens de l'école qui ont collaboré avec une équipe de Diamond pour découvrir comment différents additifs affectent les différentes formes de carbonate de calcium produit.

Ces additifs affectent le type de carbonate de calcium formé, et donc ses propriétés et ses applications potentielles. Être capable de produire facilement différentes formes de carbonate de calcium pourrait être très important pour la fabrication.

Les auteurs principaux Claire Murray, scientifique invitée à Diamond et Julia Parker, scientifique principale de Diamond Beamline et experte en science du carbonate de calcium qui ont conceptualisé le projet, analysé les données et rédigé et édité le manuscrit, expliquent que malgré la capacité de la nature à contrôler avec précision la formation de carbonate de calcium dans des coquilles et des squelettes, les laboratoires du monde entier sont souvent incapables d'exercer le même niveau de contrôle sur la formation du carbonate de calcium.

"La nature utilise des molécules telles que les acides aminés et les protéines pour diriger la formation du carbonate de calcium. Nous souhaitions donc découvrir comment certaines de ces molécules affectent le carbonate de calcium que nous produisons en laboratoire", ont déclaré les chercheurs.

Le projet M a engagé les étudiants et les enseignants en tant que scientifiques, préparant différents échantillons de carbonate de calcium dans diverses conditions avec différents additifs. Au total, 800 de ces échantillons ont ensuite été analysés en seulement 24 heures en avril 2017 à l'aide de la technique de diffraction des rayons X sur poudre sur la ligne de lumière I11 de Diamond Light Source, le synchrotron national du Royaume-Uni. Cela a créé un ensemble géant de résultats qui constituent la base de la publication. Une étude systématique de cette ampleur n'a jamais été réalisée nulle part ailleurs dans le monde.

Le but de ce projet était de découvrir comment l'utilisation de différents additifs comme les acides aminés affectent la structure du carbonate de calcium. Le minéral a trois formes principales appelées « polymorphes » :vatérite, calcite et aragonite, qui peuvent être identifiées par diffraction des rayons X sur poudre sur la ligne de lumière l11 de Diamond.

La source de lumière Diamond produit l'un des faisceaux de rayons X les plus brillants de la planète Terre, ce qui permet aux scientifiques de comprendre la structure atomique des matériaux. Des scientifiques viennent de tout le Royaume-Uni et d'ailleurs pour utiliser ces rayons X, ainsi que la lumière infrarouge et ultraviolette, pour fabriquer de meilleurs médicaments, comprendre le monde naturel et créer des matériaux futuristes.

Comprendre l'impact de différents additifs sur la production de polymorphes présente un énorme intérêt dans l'industrie, notamment dans la fabrication, dans les applications médicales telles que l'ingénierie tissulaire et la conception de systèmes d'administration de médicaments, et même dans les cosmétiques.

Cependant, la cartographie d’un espace de paramètres aussi vaste, en termes d’additifs et de concentrations, nécessite la synthèse d’un grand nombre d’échantillons et la mise à disposition de techniques d’analyse à haut débit. Cela représentait une opportunité passionnante de collaborer avec 110 écoles secondaires en réalisant de vrais échantillons pour démontrer la capacité à haut débit de la ligne de lumière, y compris le changement robotisé rapide des échantillons, ce qui signifie que les diagrammes de diffraction peuvent être collectés et les échantillons modifiés en moins de 90 secondes.

"Le projet était dirigé par une question scientifique que nous avions", a expliqué Murray. « L'idée d'impliquer les élèves et le personnel enseignant dans la préparation des échantillons est venue naturellement puisque nous savons que les projets de chimie sont sous-représentés dans l'espace de la science citoyenne. La contribution que les étudiants scientifiques citoyens peuvent apporter à la recherche ne doit pas être sous-estimée. un moyen puissant pour les chercheurs d'accéder à des volumes de données qu'ils auraient du mal à collecter autrement, et d'inspirer les futures générations de scientifiques."

Le projet a été conçu avec un kit et des ressources pour aider les écoles à apprendre de nouvelles techniques et connaissances et pour leur fournir un espace pour interagir et s'engager dans l'expérience. Après analyse à Diamond, les étudiants ont eu l'occasion d'examiner leurs résultats, de voir leurs pics et de déterminer quel type de polymorphes ils avaient produit, et de comparer leurs résultats avec les résultats obtenus par différents échantillons et différentes écoles à différents endroits au Royaume-Uni. /P>

Gry E. Christensen, ancien élève et scientifique du projet M à l'école de filles de Didcot, a commenté :« Ce fut un voyage incroyable et je recommande que si d'autres écoles ont la chance de contribuer à un projet similaire, elles se joignent à nous, car c'est une opportunité unique pour les étudiants, et vous sentez que vous pouvez apporter un changement positif au monde."

"Le fait que nous ne connaissions pas encore la réponse a été un facteur de motivation pour les étudiants", explique Murray. « Les enseignants nous ont dit qu'ils prenaient tout plus au sérieux, car il s'agissait d'une véritable science en action – cela signifiait vraiment quelque chose. Ils ont expliqué à quel point les étudiants étaient enthousiastes à l'idée de mettre en pratique leurs compétences en laboratoire dans cette expérience et qu'ils étaient capables de contextualiser leur apprentissage à partir de leurs manuels et cours de laboratoire prescrits.

"Les enseignants ont également souligné leur propre intérêt et leur curiosité, car beaucoup d'entre eux ont suivi une formation de chimiste au cours de leur formation. Ils ont apprécié le lien avec la vraie science et l'opportunité de développement professionnel continu."

Matthew Wainwright, enseignant et scientifique du projet M à l'école secondaire Kettlethorpe de Wakefield, ajoute :« Le projet a offert à nos élèves une opportunité unique de participer à une véritable recherche scientifique et devrait servir de modèle pour de futurs projets visant à impliquer les jeunes dans la science. au-delà de la salle de classe."

Explorer le rôle des acides aminés dans la direction de la cristallisation avec les scientifiques du Projet M a été une opportunité et un honneur pour les auteurs. Parker a expliqué :"Dans notre travail, nous voyons comment nous pouvons tirer de nouvelles conclusions scientifiques concernant l'effet des acides aminés sur la structure des polymorphes de carbonate de calcium de calcite et de vatérite.

"Cette capacité à explorer un large espace de paramètres dans des conditions d'échantillonnage, tout en offrant des avantages pédagogiques et scientifiques continus aux étudiants et aux enseignants impliqués, pouvons-nous, espérons-le, être appliquées à l'avenir à d'autres recherches sur la synthèse de matériaux."

Le Projet M a permis aux écoles de mener de véritables recherches et de réaliser une expérience jamais réalisée auparavant, dans leur propre laboratoire scolaire. Il s'agissait du premier projet de « science citoyenne » mené par Diamond, qui a transporté la science Diamond dans les écoles et a permis de produire un ensemble considérable de résultats, qui ont maintenant abouti à cette publication à succès dans CrystEngComm. .

Plus d'informations : Claire A. Murray et al, Projet M :étude de l'effet des additifs sur la cristallisation du carbonate de calcium à travers un programme scolaire de science citoyenne, CrystEngComm (2024). DOI :10.1039/D3CE01173A

Fourni par Diamond Light Source