Yue Yuan, un doctorat de deuxième année. étudiant au Wilson College of Textiles de la NC State University, travaille à créer des textiles qui filtrent le dioxyde de carbone (CO2) en utilisant les dernières techniques scientifiques de synthèse et d'imagerie. Connus sous le nom de textiles biocatalytiques, ces matériaux pourraient servir de laveurs durables pour la capture du CO2 en utilisant des enzymes piégées dans des polymères biosourcés pour catalyser l'hydratation du CO2.

« Ce sont de nouveaux matériaux qui allient les propriétés catalytiques des enzymes à la souplesse des textiles, " dit Yuan.

Lorsqu'elle a commencé ses études de doctorat, Yuan, qui a une formation de recherche en science textile, voulait en savoir plus sur les différentes propriétés des enzymes et des polymères qui pourraient être utilisés pour améliorer les performances des textiles biocatalytiques. Elle a donc commencé à suivre des cours de biochimie.

C'est ainsi que Yuan a entendu parler pour la première fois de la diffusion des neutrons par Flora Meilleur, un membre du corps professoral conjoint à NC State. Meilleur est également biologiste structurale au Laboratoire national d'Oak Ridge (ORNL) du Département de l'énergie des États-Unis (DOE) qui se spécialise dans la chimie des protéines et la cristallographie des neutrons aux deux sources de neutrons de l'ORNL :la source de neutrons de spallation (SNS) et le réacteur à isotope à haut flux ( HFIR).

SNS et HFIR sont des installations d'utilisateurs du DOE Office of Science qui attirent chaque année plus de 1, 200 chercheurs à Oak Ridge pour imager et analyser les matériaux et leurs propriétés à l'aide de neutrons, des particules électriquement neutres qui se dispersent sur les atomes d'un matériau, générer des données structurelles qui ne peuvent souvent pas être obtenues avec d'autres techniques telles que les rayons X. La nature non invasive des neutrons en fait un outil idéal pour étudier les matériaux biologiques, tels que les polymères auxquels Yuan s'intéresse pour ses recherches.

À l'état NC, Yuan utilise des techniques d'électrons et de rayons X pour étudier les structures et les interactions des polymères et des protéines enzymatiques pour ses textiles, mais ces méthodes ne produisaient pas toutes les données dont elle avait besoin.

"Le défi de l'utilisation des électrons est que les matériaux que je recherche sont biosourcés, et ils n'ont pas assez d'électrons pour interagir avec la sonde, ", a déclaré Yuan. "Mais les neutrons peuvent combler ce trou dans la caractérisation."

Un membre du doctorat de Yuan. Comité, Meilleur lui a fait remarquer le potentiel des neutrons. Meilleur a partagé des articles sur la diffusion des neutrons, mais Yuan avait encore des questions sur le fonctionnement des instruments et sur la manière dont elle interpréterait et utiliserait les données.

« Comment transformer les données de diffusion des neutrons en informations que vous voulez ? » elle a demandé.

Meilleur a suggéré à Yuan de visiter le Centre de biologie moléculaire structurelle (CSMB) de l'ORNL et les installations des utilisateurs de neutrons pour obtenir une introduction immersive à la science neutronique. CSMB exploite un instrument de diffusion de neutrons appelé Bio-SANs qui est dédié aux échantillons biologiques à HFIR, et un laboratoire de bio-deutération pour la préparation d'échantillons biologiques pour l'analyse neutronique.

« Rencontrer des scientifiques experts et visiter des installations est le meilleur moyen pour un étudiant diplômé d'apprendre de nouvelles techniques et de découvrir comment elles peuvent être appliquées dans leur domaine de recherche, " a déclaré Meilleur. " L'opportunité pour Yue de passer une semaine à l'ORNL a été une expérience d'apprentissage concrète."

Yuan a postulé pour une opportunité de subvention de développement professionnel du Wilson College of Textiles dans le cadre de l'Initiative de leadership Ellen Rohde, qui vise à soutenir les femmes au collège avec une formation en leadership. Par l'initiative, Yue a reçu un financement pour un voyage d'une semaine à Oak Ridge.

"En premier, J'hésitais car j'avais une connaissance limitée des neutrons, mais après visite, c'est clair ce qui est possible, " Yuan a dit. " J'ai parlé à des experts sur les enzymes, biomolécules, et des polymères et j'ai reçu des retours positifs sur mon travail."

Lors de sa visite, Yuan a visité les deux installations d'utilisateurs de neutrons et a rencontré des scientifiques de l'ORNL, dont Hugh O'Neill, directeur de la CSMB; Doyen Myles, un scientifique instrumentiste pour le diffractomètre IMAGINE pour la biochimie à HFIR; Volker Urbain, un scientifique instrumentiste pour Bio-SANS; Hassina Bilheux, un scientifique instrumentiste pour l'installation d'imagerie neutronique à HFIR; Laura Stingaciu, un scientifique instrumentiste pour le spectromètre d'écho de spin à neutrons au SNS; John Ankner, un scientifique des instruments pour le réflectomètre des liquides au SNS ; Kévin Weiss, un chimiste des protéines CSMB; Kunlun Hong, un scientifique des matériaux du Centre des sciences des nanomatériaux ; et Tomonori Saito, un chimiste des polymères synthétiques et expert en séparation du CO2.

"J'ai visité différentes lignes de lumière et discuté avec des experts du potentiel de différents instruments pour mes recherches. Ce que j'ai trouvé à Oak Ridge étaient des instruments de classe mondiale, " dit Yuan.

Lors de ses rencontres avec les scientifiques neutroniques de l'ORNL, Yuan a discuté de techniques telles que la réflectométrie pour étudier les surfaces et les interfaces et la spectroscopie pour mesurer le mouvement atomique et le magnétisme.

"J'ai trouvé des scientifiques prêts à aider, " dit-elle. " J'ai appris comment démarrer des expériences et quels types de défis je peux rencontrer. "

Yuan et Meilleur se rencontraient quotidiennement pour discuter des informations que Yuan trouvait utiles pour ses recherches sur les textiles biocatalytiques.

"Je revenais au Dr Meilleur à la fin de chaque journée avec un retour d'expérience, nous avons donc continué à mettre à jour mon emploi du temps pour le lendemain, " dit Yuan.

Parmi les objectifs de Yuan pour sa semaine à l'ORNL, elle a demandé conseil sur la rédaction d'une proposition de temps de faisceau au SNS et au HFIR afin qu'elle puisse appliquer ses connaissances de première main sur les neutrons à la collecte de données et à l'avancement de ses recherches.

« Maintenant, je sais qu'il existe des instruments à neutrons qui peuvent être liés à mes recherches et qui fonctionneront avec la microscopie électronique pour que je puisse étudier la dynamique des polymères, " dit Yuan.