Utnyttja kraften hos polymerer

9 på morgonen En solig tisdag morgon i augusti välkomnar kemiteknikprofessor Paula Hammond '84, PhD '93, doktoranden Rebecca Ladewski till hennes obefläckade kontor i byggnad 66. Efter lite småprat börjar de med saken, okej -tuning av Ladewskis kommande presentation av avhandlingskommittén om hennes arbete med att undersöka polymersammansättningstekniker för användning i solceller och batterier.

Telefonen ringer, men Hammond ignorerar den. Även om hon har sex möten inplanerade och precis har fått ett samtal med en fransk vetenskapsman som vill gå med i hennes labb, är hon helt fokuserad på ämnet. Hon är aldrig distraherad, säger Ladewski. När du är med Paula har du hennes fullständiga och odelade uppmärksamhet.

Många människor ropar efter den uppmärksamheten. Hammond leder en forskargrupp med mer än 30 medlemmar och hjälper till att driva Institutionen för kemiteknik som dess verkställande chef. En vanlig dag – även på sommaren – är hennes kalender en solid blå kolumn med möten med studenter, potentiella medarbetare och andra administratörer. Men de flesta dagar lyckas hon fortfarande ägna tid åt sin vetenskapliga passion: att designa polymerer för att behandla cancer eller skapa bättre bränsleceller och batterier.

Polymerer - långa kedjor av återkommande strukturella enheter - inkluderar naturliga material som gummi och cellulosa, såväl som otaliga syntetiska material som nylon och plast. Många polymerer har en kolryggrad till vilken andra molekyler kan fästas, vilket gör att designern kan kontrollera hur materialet beter sig. Hammond utnyttjar den mångsidigheten för att möta två av världens mest pressande utmaningar. På ena sidan av sitt labb skapar hon filmer och nanopartiklar som riktar sig mot tumörceller och levererar läkemedel. Å andra sidan designar hon polymerer som kan hjälpa till att utnyttja och lagra ren energi.

11:00 förmiddag.

Hammond och en annan doktorand träffar en gästforskare från King Fahd University of Petroleum and Minerals i Saudiarabien för att diskutera deras pågående projekt för att utveckla polymerer som kan fungera som effektivare avsaltningsmembran. Hennes olika forskningsintressen satte henne i hög efterfrågan som samarbetspartner; Följande dag kommer hon att träffa forskare från Dana-Farber Cancer Institute, Novartis och Merrimack Pharmaceuticals för att prata om att utveckla sina läkemedelslevererande polymerer som cancerterapi.

Hammonds intresse för vetenskap har djupa rötter. När hon växte upp i Detroit drömde hon om att skriva barnlitteratur och deltog i skrivartävlingar. Men hon längtade också efter att förstå hur saker och ting fungerar. Hon älskade sina naturvetenskapliga klasser och upptäckte att på hennes katolska gymnasieskola för flickor var det lätt att bli en naturvetenskapsnörd.

Om du är i en grupp pojkar och tjejer, och du är 15 eller 16, och en lärare ställer en fråga, är det lätt att skjuta upp killarna att svara, särskilt i [klasser som] AP-fysik, säger hon. Det var bra att ha den friheten att känna att man kunde dyka in i det här och ställa frågor och att det inte fanns någon där som såg nedslående ut.

Hammonds far, en doktorsexamen i biokemist som drev hälsolaboratorierna för staden Detroit, och hennes mamma, som grundade en sjuksköterskeskola vid Wayne County Community College, uppmuntrade hennes intresse och värvade forskarvänner för att ge Paula råd om hur hon skulle uppnå hennes mål. När hon letade efter högskolor kom hon till slutsatsen att MIT var rätt plats att gå. I mina tankar var det typ av teknikens höjdpunkt, säger hon.

Från början fokuserade Hammond på kemiteknik, det område som hennes kemilärare på gymnasiet hade föreslagit. Jag övervägde inte ens de andra koncentrationerna, säger hon. När hon gick en grundkurs hos professor Edward Merrill, ScD '47, blev hon fascinerad av polymerkemi. Det är här kraften finns, säger hon. Du kan designa dessa material, och sedan gör de dessa coola saker.

Efter examen tillbringade Hammond två år i Florida som processingenjör på Motorola, där hon var den enda svarta kvinnliga ingenjören i en stab på tusentals. Hon anslöt sig sedan till polymerforskaren vid Georgia Tech och tog en master i kemiteknik. Övertygad om att hon hörde hemma i akademin gick hon in på ett nytt tvärvetenskapligt doktorandprogram i polymervetenskaplig teknologi vid MIT.

Att komma tillbaka till MIT var helt otroligt, minns Hammond. Ibland när du går bort från en plats och sedan kommer tillbaka, blir du lite besviken - det är inte vad du trodde. När jag kom tillbaka till MIT var det precis vad jag hade saknat de senaste fyra åren.

Michael Rubner, som blev Hammonds doktorandrådgivare, märkte att hon hade en känsla av syfte som var sällsynt bland sina kamrater. Alla doktorander vid MIT är briljanta, men det som fick Paula att sticka ut är hennes ... drivkraft, motivation och önskan att lyckas, säger Rubner, professor i materialvetenskap och teknik. Paula visste vad hon skulle bli och vad hon behövde göra för att komma dit.

För sin doktorsavhandling designade Hammond polyuretaner och polyestrar som ändrar färg när de värms eller sträcks. Hon tackade ja till MIT:s erbjudande om en fakultetstjänst runt tidpunkten för hennes avhandlingsförsvar och tog så småningom över Merrills kurs i polymersyntes. Men först tillbringade hon ett och ett halvt år som postdoktor i kemisten George Whitesides labb vid Harvard, och hjälpte till att förfina en ny teknik för att prägla ytor med mönster i mikronskala. Känd som mjuk litografi, används den nu i stor utsträckning för att skapa mikrofluidiska enheter.

Hammond har en otrolig förmåga att ta sig an projekt som inte är relaterade till hennes tidigare arbete, säger Whitesides. Hon har gjort det jag tycker att bra forskare borde göra, säger han, vilket är att flytta från fält till fält, för att hitta saker man kan bidra till.

Kl 12.00

Medlemmarna i Hammonds labb sipprar in i ett konferensrum på femte våningen i Koch Institute för ett gruppmöte varannan vecka. Två studenter pratar om sina senaste resultat medan deras labbkompisar mumsar på thailändsk mat och ger förslag. Hammond kommer också med förslag och ber ofta presentatörer att gå igenom en teknik mer i detalj för att bygga upp deras självförtroende och finslipa deras presentationsförmåga.

Den här veckan fokuserar båda presentationerna på bränslecellsforskning, även om labbet är ganska jämnt fördelat mellan energi- och biomedicinska projekt. Dessa två forskningsområden utvecklades ur Hammonds intresse för polymerkonstruktion. Sedan lanseringen av sitt forskningsprogram 1995 har hon kommit att betraktas som en pionjär inom en teknik som kallas lager-för-lager-montering, där lager med olika egenskaper läggs ned genom att växelvis exponera en yta för positivt och negativt laddade partiklar. En metod som hon utvecklade använder en automatiserad spray för att avsätta tunna polymerfilmer över stora ytor. Svaya Nanotechnologies, ett företag som startades av en tidigare student 2009, har licensierat tekniken och utvecklar den för att skapa ytbeläggningar för bland annat halvledare, högupplösta skärmar och energieffektiva fönster.

Energirelaterade tillämpningar av hennes arbete med polymerer inkluderar batterier, solceller och bränsleceller. Förra året designade Hammond och hennes studenter, tillsammans med forskare vid Penn State, en ny polymerfilm som dramatiskt förbättrar effektiviteten hos metanolbränsleceller. Eftersom metanol är en vätska vid rumstemperatur kan dessa bränsleceller vara mycket mer bärbara än vätebränsleceller, vilket gör att de kan driva små enheter som mobiltelefoner eller bärbara datorer.

Hammond arbetar också med Angela Belcher, en professor i biologisk ingenjörskonst och materialvetenskap och ingenjörskonst, på batterier och solceller som självmonteras med hjälp av genetiskt modifierade virus – forskning som de presenterade för president Obama under hans besök på MIT 2009. (Det var enda gången jag någonsin sett Paula nervös, säger Ladewski.)

När det gäller Hammonds intresse för medicinska tillämpningar, slog det rot under ett sabbatsår 2002 på Caltech, där hon blev fascinerad av idén att designa polymerer för läkemedelstillförsel. Sedan dess har hon utvecklat polymer-nanopartiklar som zoomar in på tumörställen och släpper ut sin last när de kommer in i tumörens sura miljö, samt tunna polymerfilmer som kan utformas för att transportera flera läkemedel till en specifik plats och kontrollera tidpunkten för deras släpp. Mycket av labbets läkemedelsleveransarbete utförs med eller finansieras av läkemedelsföretag, inklusive Sanofi-Aventis, Johnson och Johnson, Pfizer och Ferrosan.

Hammond håller noga koll på all forskning i sitt labb och träffar varje labbmedlem individuellt med några veckors mellanrum. Om en elev inte får bra resultat fokuserar hon på att vända bakslaget till något positivt, säger doktorand Dan Bonner. Istället för att se ett negativt resultat som en vägspärr, säger hon 'Vad säger detta oss? Hur kan vi designa om vårt system eller använda det i ett annat sammanhang?’ säger han.

14.00

Hammond avslutar labbsamlingen och återvänder till byggnad 66 för ett snabbt telefonsamtal med Darrell Irvine, en materialforskare vid MIT och ofta samarbetspartner, följt av ett möte för att diskutera hur avdelningen kan använda lite labbutrymme som kan bli tillgängligt på campus. Klavs Jensen, prefekt för Institutionen för kemiteknik, säger att hon är väl lämpad för så tuffa administrativa frågor.

För att vilja göra det jobbet tror jag att man måste ha mycket kärlek och respekt för institutet och institutionen, för det är verkligen en tjänst som man gör för alla andra, säger Jensen. Du måste också ha de nödvändiga diplomatiska färdigheterna och kraften att säga 'Så här kommer det att bli', men förhoppningsvis på ett sätt så att alla känner att de har sagt sitt.

En önskan att ge alla att säga sitt ledde till att Hammond blev ordförande för MIT:s initiativ om fakultetsras och mångfald, som 2010 tog fram en studie som drog slutsatsen att även om MIT:s ansträngningar att anställa och behålla lärare från underrepresenterade minoritetsgrupper har lett till vissa vinster de senaste åren, men resultaten är ojämna över hela institutet. Från och med läsåret 2009–2010 utgjorde underrepresenterade minoriteter – svarta, latinamerikaner och indianer – drygt 6 procent av MIT:s fakultet, upp från 4,5 procent 2000–2001.

Även om hennes schema redan var fullspäckat, kände Hammond att om hon inte steg upp för att leda kommittén, kanske rösterna från dessa fakultetsmedlemmar inte skulle höras. Kommittén började sitt arbete kort efter att James Sherley, en svart fakultetsmedlem, genomförde en hungerstrejk i protest mot att han nekades tjänstgöring – ett beslut som han trodde berodde på hans ras. Hammond tycker att Sherley-fallet inte är representativt för de flesta minoritetsfakultetserfarenheter vid MIT. Men MIT är inte en sorts oas där det inte finns några problem kring ras, säger hon. Det är ett mycket mer komplext ämne. Det kändes som om mycket av komplexiteten hos fakulteten som gick igenom sin akademiska karriär vid MIT helt missades.

Medan MIT har gjort framsteg när det gäller att rekrytera och behålla minoritetsfakulteten, tror Hammond att mer kan göras. Det finns ställen där siffrorna skulle kunna öka med lite samlad eftertanke och ansträngning, säger hon. Jag har sett avdelningschefer som är väldigt villiga att ta en titt på det och se om de kan konstruera lösningar på det. Det är vad vi gör – lösa problem.

Hon mentor också minoritetsstudenter en på en, både formellt, genom MIT:s akademiska rådgivningsprogram, och informellt, med studenter som söker upp henne. Det är tidskrävande, men jag känner att det måste göras, säger Hammond, vars son är junior vid Northeastern University. Du vänjer dig vid det, och du vet att det är en del av att se till att nästa generation går framåt.

18:00

När hon kommer hem från MIT kopplar Hammond av genom att laga middag och äta med sin man, Carmon Cunningham, en marknadsföringsstrateg som blev småföretagare. Hon förbereder sig sedan för ytterligare några timmars arbete, och tar itu med saker som ofta förbises under dagen: läsa journaler, svara på e-post och bestämma vad hon ska fokusera på de kommande veckorna. När hon planerar sina dagar, försöker Hammond schemalägga öppna tidsblock för att pussla fram förvirrande labbresultat, planera för nya projekt och skriva vetenskapliga artiklar. Det är mitt sätt att behålla lite förnuft, säger hon.

Under en viss dag blir Paula ombedd att göra hur många saker som helst, så hon måste säga nej, säger Robert Cohen, professor i kemiteknik som undervisade Hammond som doktorand och nu ibland samarbetar med henne. Hon funderar på var hon kan ha störst inverkan – inte nödvändigtvis för sitt eget bästa, utan inverkan i allmänhet. Paula vet hur man gör val, och sedan lägger hon absolut all sin tid och energi på de saker som hon väljer att arbeta med.

Efter att ha valt att arbeta med att bota cancer, utveckla renare energi och tjäna MIT, sammanfattar Hammond sin strategi för att passa in allt: Lär dig vad som är viktigt och fokusera på det, och hitta sätt att underlätta så mycket av allt annat du kan.

Dölj