211service.com
De kracht van polymeren benutten
9 uur Op een zonnige dinsdagochtend in augustus verwelkomt professor scheikunde Paula Hammond '84, PhD '93, afgestudeerde studente Rebecca Ladewski in haar smetteloze kantoor in Gebouw 66. Na een beetje geklets gaan ze aan de slag, prima -afstemming van Ladewski's aanstaande presentatie van de thesiscommissie over haar onderzoek naar polymeerassemblagetechnieken voor gebruik in zonnecellen en batterijen.
De telefoon gaat, maar Hammond negeert het. Hoewel ze nog zes vergaderingen heeft gepland en net een telefoontje heeft gekregen met een Franse wetenschapper die zich bij haar lab wil voegen, is ze volledig gefocust op het onderwerp. Ze is nooit afgeleid, zegt Ladewski. Als je bij Paula bent, heb je haar volledige en onverdeelde aandacht.
Veel mensen schreeuwen om die aandacht. Hammond leidt een onderzoeksgroep van meer dan 30 leden en helpt als executive officer bij het leiden van het Department of Chemical Engineering. Op een normale dag, zelfs in de zomer, is haar agenda een effen blauwe kolom met ontmoetingen met studenten, potentiële medewerkers en collega-bestuurders. Maar de meeste dagen slaagt ze er nog steeds in om tijd te besteden aan haar wetenschappelijke passie: het ontwerpen van polymeren om kanker te helpen behandelen of om betere brandstofcellen en batterijen te maken.
Polymeren - lange ketens van herhalende structurele eenheden - omvatten natuurlijke materialen zoals rubber en cellulose, evenals talloze synthetische materialen zoals nylon en plastic. Veel polymeren hebben een koolstofruggengraat waaraan andere moleculen kunnen worden gehecht, waardoor de ontwerper kan bepalen hoe het materiaal zich gedraagt. Hammond benut die veelzijdigheid om twee van 's werelds meest urgente uitdagingen aan te gaan. Aan de ene kant van haar lab maakt ze films en nanodeeltjes die zich richten op tumorcellen en medicijnen afleveren. Anderzijds ontwerpt ze polymeren die kunnen helpen bij het benutten en opslaan van schone energie.
11.00 uur.
Hammond en een andere afgestudeerde student ontmoeten een gastwetenschapper van de King Fahd University of Petroleum and Minerals in Saoedi-Arabië om hun lopende project te bespreken om polymeren te ontwikkelen die kunnen dienen als efficiëntere ontziltingsmembranen. Door haar uiteenlopende onderzoeksinteresses was er veel vraag naar haar als medewerker; de volgende dag zal ze wetenschappers van het Dana-Farber Cancer Institute, Novartis en Merrimack Pharmaceuticals ontmoeten om te praten over de ontwikkeling van haar polymeren die medicijnen afleveren als kankertherapie.
Hammonds interesse in wetenschap heeft diepe wortels. Ze groeide op in Detroit, droomde van het schrijven van kinderliteratuur en deed mee aan schrijfwedstrijden. Maar ze verlangde er ook naar om te begrijpen hoe dingen werken. Ze hield van haar natuurwetenschappelijke lessen en ontdekte dat het op haar katholieke middelbare school voor meisjes gemakkelijk was om een wetenschapsnerd te worden.
Als je in een groep jongens en meisjes zit, en je bent 15 of 16, en een leraar stelt een vraag, dan is het gemakkelijk om de jongens te laten antwoorden, vooral in [lessen zoals] AP-fysica, zegt ze. Het was nuttig om die vrijheid te hebben om te voelen dat je in deze materie kon duiken en vragen kon stellen en dat er niemand was die ontmoedigend keek.
Hammonds vader, een gepromoveerde biochemicus die de gezondheidslaboratoria voor de stad Detroit leidde, en haar moeder, die een verpleegschool oprichtte aan het Wayne County Community College, moedigden haar interesse aan en schakelden wetenschappelijke vrienden in om Paula te adviseren over hoe ze haar doelen kon bereiken. Bij het zoeken naar hogescholen kwam ze tot de conclusie dat MIT de plek was om naartoe te gaan. In mijn gedachten was het een soort toppunt van technologie, zegt ze.
Vanaf het begin concentreerde Hammond zich op chemische technologie, het vakgebied dat haar scheikundeleraar op de middelbare school had voorgesteld. Ik heb de andere concentraties niet eens overwogen, zegt ze. Tijdens het volgen van een bacheloropleiding bij professor Edward Merrill, ScD '47, raakte ze gefascineerd door polymeerchemie. Hier zit de kracht, zegt ze. Je kunt deze materialen ontwerpen en dan doen ze deze coole dingen.
Na haar afstuderen bracht Hammond twee jaar door in Florida als procesingenieur bij Motorola, waar ze de enige zwarte vrouwelijke ingenieur was met duizenden medewerkers. Daarna trad ze toe tot de polymeeronderzoeksstaf bij Georgia Tech, waar ze een master in chemische technologie behaalde. Ervan overtuigd dat ze thuishoorde in de academische wereld, begon ze aan een nieuw interdisciplinair PhD-programma in polymeerwetenschapstechnologie aan het MIT.
Terugkomen naar MIT was gewoon ongelooflijk, herinnert Hammond zich. Soms, als je weggaat van een plaats en dan terugkomt, ben je een beetje teleurgesteld - het is niet wat je dacht. Toen ik terugkwam bij het MIT, was dat precies wat ik de afgelopen vier jaar had gemist.
Michael Rubner, die Hammonds PhD-adviseur werd, merkte op dat ze een gevoel van doelgerichtheid had dat zeldzaam was onder haar collega's. Alle afstudeerders aan het MIT zijn briljant, maar Paula viel op door haar... gedrevenheid, motivatie en verlangen om te slagen, zegt Rubner, een professor in materiaalkunde en techniek. Paula wist wat ze zou worden en wat ze moest doen om daar te komen.
Voor haar proefschrift ontwierp Hammond polyurethanen en polyesters die van kleur veranderen bij verhitting of rekken. Ze accepteerde het aanbod van MIT voor een faculteitspositie rond de tijd van haar proefschriftverdediging en nam uiteindelijk de cursus polymeersynthese van Merrill over. Maar eerst bracht ze anderhalf jaar door als postdoctoraal onderzoeker in het laboratorium van scheikundige George Whitesides aan Harvard, waar ze een nieuwe techniek hielp verfijnen voor het afdrukken van oppervlakken met patronen op micronschaal. Bekend als zachte lithografie, wordt het nu veel gebruikt om microfluïdische apparaten te maken.
Hammond heeft een griezelig vermogen om projecten op zich te nemen die niets met haar eerdere werk te maken hebben, zegt Whitesides. Ze heeft gedaan wat goede wetenschappers volgens mij zouden moeten doen, zegt hij, namelijk van veld naar veld gaan, om dingen te vinden waar je aan kunt bijdragen.
12:00 uur 's middags
De leden van Hammonds lab druppelen een vergaderruimte op de vijfde verdieping van het Koch Institute binnen voor een tweewekelijkse groepsbijeenkomst. Twee afstudeerders praten over hun laatste resultaten terwijl hun laboratoriumgenoten op Thais eten knabbelen en suggesties doen. Hammond doet ook suggesties en vraagt presentatoren vaak om een techniek in meer detail te bespreken om hun zelfvertrouwen op te bouwen en hun presentatievaardigheden aan te scherpen.
Deze week richten beide presentaties zich op brandstofcelonderzoek, al is het lab redelijk gelijk verdeeld over energie- en biomedische projecten. Die twee onderzoeksgebieden zijn ontstaan uit Hammonds interesse in polymeerconstructie. Sinds de lancering van haar onderzoeksprogramma in 1995, wordt ze beschouwd als een pionier in een techniek die laag-voor-laag assemblage wordt genoemd, waarbij lagen met verschillende eigenschappen worden vastgelegd door een oppervlak afwisselend bloot te stellen aan positief en negatief geladen deeltjes. Een door haar ontwikkelde methode gebruikt een geautomatiseerde spray om dunne polymeerfilms over grote oppervlakken af te zetten. Svaya Nanotechnologies, een bedrijf dat in 2009 door een voormalige student is opgericht, heeft een licentie voor de technologie verkregen en ontwikkelt deze om onder meer oppervlaktecoatings te maken voor halfgeleiders, high-definition displays en energiezuinige ramen.
Energiegerelateerde toepassingen van haar werk met polymeren zijn onder meer batterijen, zonnecellen en brandstofcellen. Vorig jaar ontwierpen Hammond en haar studenten, in samenwerking met onderzoekers van Penn State, een nieuwe polymeerfilm die de efficiëntie van methanolbrandstofcellen drastisch verbetert. Omdat methanol bij kamertemperatuur een vloeistof is, kunnen deze brandstofcellen veel draagbaarder zijn dan waterstofbrandstofcellen, waardoor ze kleine apparaten zoals mobiele telefoons of laptops van stroom kunnen voorzien.
Hammond werkt ook samen met Angela Belcher, een professor in biologische engineering en materiaalwetenschap en engineering, aan batterijen en zonnecellen die zichzelf assembleren met behulp van genetisch gemanipuleerde virussen - onderzoek dat ze aan president Obama hebben gepresenteerd tijdens zijn bezoek aan MIT in 2009. (Het was de enige keer dat ik Paula ooit nerveus heb gezien, zegt Ladewski.)
Wat Hammonds interesse in medische toepassingen betreft, deze vond wortel tijdens een sabbatical in 2002 bij Caltech, waar ze geïntrigeerd raakte door het idee om polymeren te ontwerpen voor medicijnafgifte. Sindsdien heeft ze polymere nanodeeltjes ontwikkeld die inzoomen op tumorlocaties en hun lading vrijgeven wanneer ze de zure omgeving van de tumor binnenkomen, evenals dunne polymeerfilms die kunnen worden ontworpen om meerdere medicijnen naar een specifieke locatie te vervoeren en de timing van hun vrijlating. Een groot deel van het werk voor de levering van geneesmiddelen in het laboratorium wordt uitgevoerd met of gefinancierd door farmaceutische bedrijven, waaronder Sanofi-Aventis, Johnson en Johnson, Pfizer en Ferrosan.
Hammond houdt al het onderzoek in haar laboratorium nauwlettend in de gaten en vergadert om de paar weken individueel met elk laboratoriumlid. Als een student geen goede resultaten behaalt, richt ze zich op het omzetten van de tegenslag in iets positiefs, zegt afstudeerder Dan Bonner. In plaats van een negatief resultaat als een wegversperring te zien, zegt ze: ‘Wat zegt dit ons? Hoe kunnen we ons systeem herontwerpen of in een andere context gebruiken?’ zegt hij.
2:00.
Hammond rondt de laboratoriumbijeenkomst af en keert terug naar Gebouw 66 voor een snel telefoontje met Darrell Irvine, een materiaalwetenschapper van het MIT en een frequente medewerker, gevolgd door een vergadering om te bespreken hoe de afdeling laboratoriumruimte zou kunnen gebruiken die op de campus beschikbaar zou kunnen komen. Klavs Jensen, hoofd van de afdeling Chemical Engineering, zegt dat ze goed geschikt is voor dergelijke netelige administratieve vraagstukken.
Om dat werk te willen doen, denk ik dat je veel liefde en respect moet hebben voor het Instituut en de afdeling, want het is echt een dienst die je aan iedereen doet, zegt Jensen. Je moet ook de nodige diplomatieke vaardigheden hebben en de kracht om te zeggen: 'Dit is de manier waarop het gaat', maar hopelijk op een manier dat iedereen het gevoel heeft dat hij zijn zegje heeft gedaan.
De wens om iedereen inspraak te geven leidde ertoe dat Hammond voorzitter werd van MIT's Initiative on Faculty Race and Diversity, dat in 2010 een onderzoek opleverde waarin werd geconcludeerd dat hoewel de inspanningen van MIT om faculteitsleden van ondervertegenwoordigde minderheidsgroepen aan te nemen en te behouden de afgelopen jaren tot enige winst hebben geleid, de de resultaten zijn ongelijk over het Instituut. Vanaf het studiejaar 2009-2010 vormden ondervertegenwoordigde minderheden - zwarten, Iberiërs en indianen - iets meer dan 6 procent van de faculteit van het MIT, tegen 4,5 procent in 2000-2001.
Hoewel haar agenda al vol was, had Hammond het gevoel dat als ze niet optrad om de commissie te leiden, de stemmen van deze faculteitsleden misschien niet zouden worden gehoord. De commissie begon haar werk kort nadat James Sherley, een zwarte faculteitslid, een hongerstaking had gehouden uit protest tegen het feit dat hem een aanstelling werd geweigerd - een beslissing waarvan hij dacht dat die te wijten was aan zijn ras. Hammond denkt dat de Sherley-zaak niet representatief is voor de meeste ervaringen van minderheden aan het MIT. MIT is echter geen soort oase waar er geen problemen zijn rond racen, zegt ze. Het is een veel complexer onderwerp. Ik had het gevoel dat veel van de complexiteiten van de faculteit die hun academische carrière aan het MIT doormaakten, volledig werden gemist.
Hoewel MIT vooruitgang heeft geboekt bij het werven en behouden van minderheden, is Hammond van mening dat er meer kan worden gedaan. Er zijn plaatsen waar het aantal zou kunnen toenemen met wat overleg en inspanning, zegt ze. Ik heb afdelingshoofden gezien die daar heel graag naar willen kijken en kijken of ze daar oplossingen voor kunnen bedenken. Dat is wat we doen: problemen oplossen.
Ze begeleidt ook minderheidsstudenten één op één, zowel formeel via het academische adviesprogramma van MIT, als informeel met studenten die haar zoeken. Het is tijdrovend, maar ik heb het gevoel dat het moet, zegt Hammond, wiens zoon een junior is aan de Northeastern University. Je raakt eraan gewend en je weet dat het een onderdeel is om ervoor te zorgen dat de volgende generatie vooruit gaat.
18:00 uur
Wanneer ze thuiskomt van MIT, ontspant Hammond door te koken en te eten met haar man, Carmon Cunningham, een marketingstrateeg die eigenaar is geworden van een klein bedrijf. Daarna maakt ze zich op voor nog een paar uur werk, waarbij ze zich bezighoudt met dingen die overdag vaak over het hoofd worden gezien: tijdschriften lezen, e-mail beantwoorden en beslissen waar ze zich de komende weken op gaat concentreren. Terwijl ze haar dagen plant, probeert Hammond open blokken in te plannen om verbijsterende laboratoriumresultaten uit te puzzelen, plannen te maken voor nieuwe projecten en wetenschappelijke artikelen te schrijven. Het is mijn manier om een beetje gezond te blijven, zegt ze.
Op een bepaalde dag wordt Paula gevraagd om een aantal dingen te doen, dus moet ze nee zeggen, zegt Robert Cohen, een professor in de chemische technologie die Hammond doceerde als een afgestudeerde student en nu af en toe met haar samenwerkt. Ze denkt na over waar ze de meeste impact kan hebben - niet per se voor haar eigen bestwil, maar impact in het algemeen. Paula weet hoe ze keuzes moet maken en steekt dan ook absoluut al haar tijd en energie in de dingen waar ze aan wil werken.
Nadat ze ervoor heeft gekozen om te werken aan het genezen van kanker, schonere energie te ontwikkelen en MIT te dienen, vat Hammond haar strategie samen om het allemaal in te passen: leren wat belangrijk is en daarop focussen, en manieren vinden om zoveel mogelijk van al het andere mogelijk te maken.