Yue Yuan, ett andra års doktorsexamen student vid NC State University's Wilson College of Textiles, arbetar med att skapa textilier som filtrerar koldioxid (CO2) med hjälp av de senaste vetenskapliga teknikerna inom syntes och bildbehandling. Känd som biokatalytiska textilier, dessa material kan fungera som hållbara skrubber för CO2-avskiljning genom att använda enzymer som är fångade i biobaserade polymerer för att katalysera hydratisering av CO2.

"Det här är nya material som kombinerar enzymets katalytiska egenskaper med textiliernas flexibilitet, "Sa Yuan.

När hon började doktorera, Yuan, som har en forskningsbakgrund inom textilvetenskap, ville lära sig mer om de olika egenskaperna hos enzymer och polymerer som kan användas för att förbättra prestanda för biokatalytiska textilier. Så hon började ta biokemikurser.

Det var så Yuan först hörde talas om neutronspridning från Flora Meilleur, en gemensam fakultetsmedlem vid NC State. Meilleur är också strukturbiolog vid US Department of Energy's (DOE) Oak Ridge National Laboratory (ORNL) som specialiserat sig på proteinkemi och neutronkristallografi vid ORNLs två neutronkällor - Spallation Neutron Source (SNS) och High Flux Isotope Reactor ( HFIR).

SNS och HFIR är DOE Office of Science User Facilities som årligen lockar mer än 1, 200 forskare till Oak Ridge för att avbilda och analysera material och deras egenskaper med hjälp av neutroner - elektriskt neutrala partiklar som sprider av ett materials atomer, generera strukturella data som ofta inte kan erhållas med andra tekniker som röntgenstrålar. Neutronernas icke -invasiva natur gör dem till ett idealiskt verktyg för att studera biologiska material, som polymererna Yuan är intresserade av för sin forskning.

På NC State, Yuan använder elektron- och röntgentekniker för att studera strukturer och interaktioner mellan polymerer och enzymatiska proteiner för sina textilier, men dessa metoder producerade inte all information hon behövde.

"Utmaningen med att använda elektroner är att materialen jag forskar om är biobaserade, och de har inte tillräckligt med elektroner för att interagera med sonden, "Sade Yuan." Men neutroner kan fylla det här hålet i karakterisering. "

En medlem av Yuans doktorand. utskott, Meilleur påpekade för henne neutroners potential. Meilleur delade artiklar om neutronspridning, men Yuan hade fortfarande frågor om hur instrumenten fungerade och hur hon skulle tolka och använda data.

"Hur gör du neutronspridningsdata till den information du vill ha?" hon frågade.

Meilleur föreslog Yuan att besöka ORNL:s centrum för strukturell molekylärbiologi (CSMB) och neutronanvändaranläggningar för att få en uppslukande introduktion till neutronvetenskap. CSMB driver ett neutronspridningsinstrument som kallas Bio-SANs som är tillägnat biologiska prover vid HFIR, och ett biodeuterationslaboratorium för att förbereda biologiska prover för neutronanalys.

"Att träffa expertforskare och besöksanläggningar är det bästa möjliga sättet för en doktorand att lära sig om nya tekniker och ta reda på hur de kan tillämpas inom sitt forskningsområde, "Sa Meilleur." Yues möjlighet att tillbringa en vecka på ORNL var ovärderlig, konkret inlärningsupplevelse. "

Yuan ansökte om ett professionellt utvecklingsbidrag från Wilson College of Textiles genom Ellen Rohde Leadership Initiative, som syftar till att stödja kvinnor i högskolan med ledarskapsutbildning. Genom initiativet, Yue fick finansiering för en veckas resa till Oak Ridge.

"I början, Jag tvekade eftersom jag hade begränsad kunskap om neutroner, men efter ett besök, det är klart vad som är möjligt, "Sa Yuan." Jag har pratat med experter på enzymer, biomolekyler, och polymerer och fick positiv feedback om mitt arbete. "

Under hennes besök, Yuan turnerade både neutronanvändaranläggningar och träffade ORNL -forskare, inklusive Hugh O'Neill, CSMB -chef; Dean Myles, en instrumentforskare för IMAGINE -diffraktometern för biokemi vid HFIR; Urban Volker, en instrumentvetare för Bio-SANS; Hassina Bilheux, en instrumentforskare för Neutron Imaging Facility vid HFIR; Laura Stingaciu, en instrumentforskare för Neutron Spin Echo Spectrometer vid SNS; John Ankner, en instrumentforskare för Liquids Reflectometer vid SNS; Kevin Weiss, en CSMB -proteinkemist; Kunlun Hong, ett Center for Nanomaterials Sciences materialvetare; och Tomonori Saito, en syntetisk polymerkemiker och expert på CO2 -separation.

"Jag turnerade i olika strållinjer och pratade med experter om potentialen hos olika instrument för min forskning. Det jag hittade i Oak Ridge var instrument i världsklass, "Sa Yuan.

Under hennes möten med ORNL neutronforskare, Yuan diskuterade tekniker som reflektometri för att studera ytor och gränssnitt och spektroskopi för att mäta atomrörelse och magnetism.

"Jag hittade forskare som var villiga att hjälpa, "sa hon." Jag lärde mig att starta experiment och vilken typ av utmaningar jag kan mötas av. "

Yuan och Meilleur träffades dagligen för att diskutera vilken information Yuan tyckte var användbar för hennes forskning om biokatalytiska textilier.

"Jag skulle komma tillbaka till Dr Meilleur i slutet av varje dag med feedback, så vi fortsatte att uppdatera mitt schema för nästa dag, "Sa Yuan.

Bland Yuans mål för hennes vecka på ORNL, hon sökte råd om att skriva ett förslag för stråltid på SNS och HFIR så att hon kunde tillämpa sin första kunskap om neutroner för att samla in data och främja sin forskning.

"Nu vet jag att det finns neutroninstrument som kan kopplas till min forskning och som kommer att fungera tillsammans med elektronmikroskopi så att jag kan studera polymerdynamiken, "Sa Yuan.