Sfruttare la potenza dei polimeri

9 am In un soleggiato martedì mattina di agosto, la professoressa di ingegneria chimica Paula Hammond '84, PhD '93, accoglie la studentessa laureata Rebecca Ladewski nel suo ufficio immacolato nell'edificio 66. Dopo un po' di chiacchiere, si mettono al lavoro, bene -tuning della prossima presentazione del comitato di tesi di Ladewski sul suo lavoro che studia le tecniche di assemblaggio dei polimeri da utilizzare nelle celle solari e nelle batterie.

Il telefono squilla, ma Hammond lo ignora. Anche se ha in programma altri sei incontri e ha appena ricevuto una telefonata con uno scienziato francese che vuole unirsi al suo laboratorio, è completamente concentrata sull'argomento in questione. Non è mai distratta, dice Ladewski. Quando sei con Paula, hai la sua completa e indivisa attenzione.

Molte persone chiedono a gran voce quell'attenzione. Hammond guida un gruppo di ricerca di oltre 30 membri e aiuta a gestire il Dipartimento di ingegneria chimica in qualità di funzionario esecutivo. In una giornata tipo, anche in estate, il suo calendario è una solida colonna blu di incontri con studenti, potenziali collaboratori e colleghi amministratori. Ma la maggior parte dei giorni riesce ancora a dedicare tempo alla sua passione scientifica: progettare polimeri per aiutare a curare il cancro o creare celle a combustibile e batterie migliori.

I polimeri, lunghe catene di unità strutturali ripetute, includono materiali naturali come gomma e cellulosa, oltre a una miriade di materiali sintetici come nylon e plastica. Molti polimeri hanno uno scheletro di carbonio a cui possono essere fissate altre molecole, consentendo al progettista di controllare il comportamento del materiale. Hammond sfrutta questa versatilità per affrontare due delle sfide più urgenti del mondo. Da un lato del suo laboratorio, crea film e nanoparticelle che prendono di mira le cellule tumorali e rilasciano farmaci. Dall'altro, sta progettando polimeri che possono aiutare a sfruttare e immagazzinare energia pulita.

11:00.

Hammond e un altro studente laureato si incontrano con uno scienziato in visita dalla King Fahd University of Petroleum and Minerals in Arabia Saudita per discutere del loro progetto in corso per sviluppare polimeri che possono fungere da membrane di desalinizzazione più efficienti. I suoi diversi interessi di ricerca la rendono molto richiesta come collaboratrice; il giorno seguente, incontrerà gli scienziati del Dana-Farber Cancer Institute, Novartis e Merrimack Pharmaceuticals per parlare dello sviluppo dei suoi polimeri che rilasciano farmaci come terapie contro il cancro.

L'interesse di Hammond per la scienza ha radici profonde. Cresciuta a Detroit, sognava di scrivere letteratura per bambini e partecipava a concorsi di scrittura. Ma desiderava anche capire come funzionano le cose. Amava le sue lezioni di scienze e scoprì che al liceo cattolico femminile era facile diventare una nerd della scienza.

Se sei in un gruppo di ragazzi e ragazze, e hai 15 o 16 anni, e un insegnante fa una domanda, è facile rimandare la risposta ai ragazzi, specialmente in [classi come] fisica AP, dice. È stato utile avere quella libertà di sentire che potevi immergerti in queste cose e fare domande e non c'era nessuno lì a sembrare scoraggiante.

Il padre di Hammond, un biochimico PhD che gestiva i laboratori sanitari per la città di Detroit, e sua madre, che ha fondato una scuola per infermieri al Wayne County Community College, hanno incoraggiato il suo interesse, arruolando amici scienziati per consigliare Paula su come raggiungere i suoi obiettivi. Quando cercava college, arrivò alla conclusione che il MIT era il posto dove andare. Nella mia mente, era una specie di culmine della tecnologia, dice.

Fin dall'inizio, Hammond si concentrò sull'ingegneria chimica, il campo suggerito dal suo insegnante di chimica al liceo. Non ho nemmeno considerato le altre concentrazioni, dice. Durante un corso di laurea con il professor Edward Merrill, ScD '47, rimase affascinata dalla chimica dei polimeri. È qui che sta il potere, dice. Puoi progettare questi materiali e poi loro fanno queste cose fantastiche.

Dopo la laurea, Hammond ha trascorso due anni in Florida come ingegnere di processo presso Motorola, dove era l'unica donna ingegnere nera su uno staff di migliaia di persone. Successivamente è entrata a far parte dello staff di ricerca sui polimeri presso la Georgia Tech, conseguendo un master in ingegneria chimica. Convinta di appartenere al mondo accademico, è entrata in un nuovo programma di dottorato interdisciplinare in tecnologia della scienza dei polimeri al MIT.

Tornare al MIT è stato semplicemente incredibile, ricorda Hammond. A volte quando vai via da un posto e poi torni, sei un po' deluso, non è quello che pensavi. Quando sono tornato al MIT, era esattamente quello che mi ero perso negli ultimi quattro anni.

Michael Rubner, che divenne consigliere di dottorato di Hammond, notò che aveva un senso dello scopo raro tra i suoi coetanei. Tutti gli studenti laureati al MIT sono brillanti, ma ciò che ha fatto risaltare Paula è la sua... spinta, motivazione e desiderio di avere successo, afferma Rubner, professore di scienza dei materiali e ingegneria. Paula sapeva cosa sarebbe stata e cosa doveva fare per arrivarci.

Per la sua tesi di dottorato, Hammond ha progettato poliuretani e poliesteri che cambiano colore quando vengono riscaldati o allungati. Ha accettato l'offerta del MIT di una posizione di facoltà nel periodo della sua discussione di tesi e alla fine ha preso il corso di sintesi polimerica di Merrill. Ma prima ha trascorso un anno e mezzo come ricercatrice post-dottorato nel laboratorio del chimico George Whitesides ad Harvard, aiutando a perfezionare una nuova tecnica per imprimere superfici con modelli in scala micron. Conosciuta come litografia morbida, è ora ampiamente utilizzata per creare dispositivi microfluidici.

Hammond ha una straordinaria capacità di affrontare progetti estranei al suo lavoro precedente, afferma Whitesides. Ha fatto quello che penso dovrebbero fare i bravi scienziati, dice, che è spostarsi da un campo all'altro, per trovare cose a cui puoi contribuire.

ore 12.00

I membri del laboratorio di Hammond entrano in una sala conferenze al quinto piano del Koch Institute per una riunione di gruppo bisettimanale. Due studenti laureati parlano dei loro ultimi risultati mentre i loro compagni di laboratorio sgranocchiano cibo tailandese e offrono suggerimenti. Anche Hammond dà suggerimenti, chiedendo spesso ai presentatori di esaminare una tecnica in modo più dettagliato per rafforzare la loro fiducia e affinare le loro capacità di presentazione.

Questa settimana, entrambe le presentazioni si concentrano sulla ricerca sulle celle a combustibile, sebbene il laboratorio sia diviso abbastanza equamente tra progetti energetici e biomedici. Queste due aree di ricerca si sono sviluppate dall'interesse di Hammond per la costruzione di polimeri. Dal lancio del suo programma di ricerca nel 1995, è diventata una pioniera in una tecnica chiamata assemblaggio strato per strato, in cui strati con proprietà diverse vengono depositati esponendo alternativamente una superficie a particelle cariche positivamente e negativamente. Un metodo che ha sviluppato utilizza uno spray automatizzato per depositare sottili film polimerici su ampie aree superficiali. Svaya Nanotechnologies, un'azienda fondata da un ex studente nel 2009, ha concesso in licenza la tecnologia e la sta sviluppando per creare rivestimenti superficiali per semiconduttori, display ad alta definizione e finestre ad alta efficienza energetica, tra gli altri prodotti.

Le applicazioni legate all'energia del suo lavoro con i polimeri includono batterie, celle solari e celle a combustibile. L'anno scorso, Hammond ei suoi studenti, in collaborazione con i ricercatori della Penn State, hanno progettato un nuovo film polimerico che migliora notevolmente l'efficienza delle celle a combustibile a metanolo. Poiché il metanolo è un liquido a temperatura ambiente, queste celle a combustibile potrebbero essere molto più portatili delle celle a combustibile a idrogeno, consentendo loro di alimentare piccoli dispositivi come telefoni cellulari o laptop.

Hammond sta anche lavorando con Angela Belcher, professoressa di ingegneria biologica e scienza e ingegneria dei materiali, su batterie e celle solari che si autoassemblano con l'aiuto di virus geneticamente modificati, ricerca che hanno presentato al presidente Obama durante la sua visita del 2009 al MIT. (È stata l'unica volta che ho visto Paula nervosa, dice Ladewski.)

Per quanto riguarda l'interesse di Hammond per le applicazioni mediche, ha messo radici durante un anno sabbatico del 2002 al Caltech, dove è rimasta incuriosita dall'idea di progettare polimeri per la somministrazione di farmaci. Da allora, ha sviluppato nanoparticelle polimeriche che ingrandiscono i siti tumorali e rilasciano il loro carico quando entrano nell'ambiente acido del tumore, oltre a sottili film polimerici che possono essere progettati per trasportare più farmaci in un sito specifico e controllare i tempi del loro pubblicazione. Gran parte del lavoro di consegna dei farmaci del laboratorio viene svolto o finanziato da aziende farmaceutiche, tra cui Sanofi-Aventis, Johnson and Johnson, Pfizer e Ferrosan.

Hammond tiene sotto stretto controllo tutte le ricerche nel suo laboratorio, incontrandosi individualmente con ogni membro del laboratorio ogni poche settimane. Se uno studente non ottiene buoni risultati, si concentra sul trasformare la battuta d'arresto in qualcosa di positivo, afferma il dottorando Dan Bonner. Invece di vedere un risultato negativo come un ostacolo, dice 'Cosa ci sta dicendo? Come possiamo riprogettare il nostro sistema o utilizzarlo in un contesto diverso?', afferma.

14:00

Hammond conclude la riunione di laboratorio e torna all'Edificio 66 per una breve telefonata con Darrell Irvine, uno scienziato dei materiali del MIT e frequente collaboratore, seguita da una riunione per discutere di come il dipartimento potrebbe utilizzare uno spazio di laboratorio che potrebbe diventare disponibile nel campus. Klavs Jensen, capo del dipartimento di ingegneria chimica, afferma di essere adatta a questioni amministrative così spinose.

Per voler fare quel lavoro, penso che tu debba avere molto amore e rispetto per l'Istituto e il dipartimento, perché è davvero un servizio che fai per tutti gli altri, dice Jensen. Devi anche avere le necessarie capacità diplomatiche e la forza per dire 'Questo è il modo in cui andranno le cose', ma si spera in un modo che tutti sentano di aver detto la loro.

Il desiderio di dare voce a tutti ha portato Hammond a presiedere l'iniziativa del MIT sulla gara e la diversità dei docenti, che nel 2010 ha prodotto uno studio che concludeva che mentre gli sforzi del MIT per assumere e trattenere membri di facoltà da gruppi di minoranza sottorappresentati hanno portato ad alcuni guadagni negli ultimi anni, il i risultati non sono uniformi in tutto l'Istituto. A partire dall'anno accademico 2009-2010, le minoranze sottorappresentate - neri, ispanici e nativi americani - costituivano poco più del 6% della facoltà del MIT, rispetto al 4,5 percento nel 2000-2001.

Sebbene il suo programma fosse già pieno, Hammond sentiva che se non si fosse fatta avanti per guidare il comitato, le voci di questi membri della facoltà avrebbero potuto non essere ascoltate. Il comitato ha iniziato il suo lavoro poco dopo che James Sherley, un membro della facoltà di colore, ha organizzato uno sciopero della fame per protestare contro il divieto di incarico, una decisione che credeva fosse dovuta alla sua razza. Hammond pensa che il caso Sherley non sia rappresentativo della maggior parte delle esperienze di facoltà di minoranza al MIT. Tuttavia, il MIT non è una sorta di oasi dove non ci sono problemi di razza, dice. È un argomento molto più complesso. Mi sentivo come se molte delle complessità della facoltà che stavano attraversando la loro carriera accademica al MIT fossero state completamente perse.

Sebbene il MIT abbia compiuto progressi nel reclutamento e nel mantenimento di docenti di minoranza, Hammond ritiene che si possa fare di più. Ci sono posti in cui i numeri potrebbero aumentare con un po' di pensiero e sforzo concertati, dice. Ho visto capi dipartimento che sono molto disposti a dare un'occhiata a questo e vedere se possono progettare soluzioni a questo. Questo è quello che facciamo: risolvere i problemi.

Fa anche da mentore agli studenti delle minoranze uno contro uno, sia formalmente, attraverso il programma di consulenza accademica del MIT, sia informalmente, con gli studenti che la cercano. Richiede molto tempo, ma sento che deve essere fatto, dice Hammond, il cui figlio è uno studente della Northeastern University. Ti ci abitui e sai che fa parte dell'assicurare che la prossima generazione avanzi.

18:00

Quando torna a casa dal MIT, Hammond si rilassa cucinando la cena e mangiando con suo marito, Carmon Cunningham, uno stratega di marketing diventato proprietario di una piccola impresa. Quindi si prepara per qualche ora in più di lavoro, occupandosi di cose che spesso vengono trascurate durante il giorno: leggere diari, rispondere alle e-mail e decidere su cosa concentrarsi nelle prossime settimane. Mentre pianifica le sue giornate, Hammond cerca di programmare blocchi di tempo aperti per risolvere sconcertanti risultati di laboratorio, fare piani per nuovi progetti e scrivere articoli scientifici. È il mio modo per mantenere un po' di sanità mentale, dice.

In un dato giorno, a Paula viene chiesto di fare un numero qualsiasi di cose, quindi deve dire di no, dice Robert Cohen, un professore di ingegneria chimica che ha insegnato a Hammond come studente laureato e che ora collabora occasionalmente con lei. Pensa a dove può avere il maggior impatto, non necessariamente per il suo bene, ma per l'impatto in generale. Paula sa come fare delle scelte, quindi mette assolutamente tutto il suo tempo e la sua energia nelle cose su cui sceglie di lavorare.

Avendo scelto di lavorare sulla cura del cancro, sullo sviluppo di energia più pulita e al servizio del MIT, Hammond riassume la sua strategia per adattare tutto: imparare ciò che è importante e concentrarsi su quello e trovare modi per facilitare il più possibile tutto il resto.

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