Exploiter la puissance des polymères

9 h 00 Par un mardi matin ensoleillé d'août, la professeure de génie chimique Paula Hammond '84, PhD '93, accueille l'étudiante diplômée Rebecca Ladewski dans son bureau immaculé du bâtiment 66. Après une petite conversation, ils se mettent au travail, très bien -réglage de la prochaine présentation du comité de thèse de Ladewski sur ses travaux sur les techniques d'assemblage de polymères à utiliser dans les cellules solaires et les batteries.

Le téléphone sonne, mais Hammond l'ignore. Bien qu'elle ait encore six rendez-vous programmés et qu'elle vienne tout juste de décrocher un appel avec un scientifique français qui souhaite rejoindre son laboratoire, elle est totalement concentrée sur le sujet à l'étude. Elle n'est jamais distraite, dit Ladewski. Lorsque vous êtes avec Paula, vous avez toute son attention.

Beaucoup de gens réclament cette attention. Hammond dirige un groupe de recherche de plus de 30 membres et aide à diriger le département de génie chimique en tant que directeur général. Au cours d'une journée typique, même en été, son calendrier est une colonne bleue solide de réunions avec des étudiants, des collaborateurs potentiels et des collègues administrateurs. Mais la plupart du temps, elle parvient toujours à consacrer du temps à sa passion scientifique : concevoir des polymères pour aider à traiter le cancer ou créer de meilleures piles à combustible et batteries.

Les polymères - de longues chaînes d'unités structurelles répétitives - comprennent des matériaux naturels comme le caoutchouc et la cellulose, ainsi qu'une myriade de matériaux synthétiques tels que le nylon et les plastiques. De nombreux polymères ont un squelette de carbone auquel d'autres molécules peuvent être attachées, permettant au concepteur de contrôler le comportement du matériau. Hammond exploite cette polyvalence pour relever deux des défis les plus urgents au monde. D'un côté de son laboratoire, elle crée des films et des nanoparticules qui ciblent les cellules tumorales et délivrent des médicaments. De l'autre, elle conçoit des polymères qui peuvent aider à exploiter et à stocker une énergie propre.

11h00.

Hammond et un autre étudiant diplômé rencontrent un scientifique invité de l'Université King Fahd du pétrole et des minéraux en Arabie saoudite pour discuter de leur projet en cours de développement de polymères pouvant servir de membranes de dessalement plus efficaces. Ses divers intérêts de recherche la rendent très demandée en tant que collaboratrice; le jour suivant, elle rencontrera des scientifiques du Dana-Farber Cancer Institute, de Novartis et de Merrimack Pharmaceuticals pour parler du développement de ses polymères libérant des médicaments en tant que thérapie anticancéreuse.

L'intérêt de Hammond pour la science a des racines profondes. Ayant grandi à Detroit, elle rêvait d'écrire de la littérature pour enfants et a participé à des concours d'écriture. Mais elle avait aussi envie de comprendre comment les choses fonctionnent. Elle adorait ses cours de sciences et a découvert que dans son lycée catholique pour filles, il était facile de devenir une passionnée des sciences.

Si vous êtes dans un groupe de garçons et de filles, et que vous avez 15 ou 16 ans, et qu'un enseignant pose une question, il est facile de s'en remettre aux gars pour répondre, surtout dans [des cours comme] la physique AP, dit-elle. C'était utile d'avoir cette liberté de sentir que vous pouviez plonger dans ce genre de choses et poser des questions et qu'il n'y avait personne là pour avoir l'air décourageant.

Le père de Hammond, un biochimiste PhD qui dirigeait les laboratoires de santé de la ville de Detroit, et sa mère, qui a fondé une école d'infirmières au Wayne County Community College, ont encouragé son intérêt, en faisant appel à des amis scientifiques pour conseiller Paula sur la façon d'atteindre ses objectifs. En cherchant des collèges, elle est arrivée à la conclusion que le MIT était l'endroit où aller. Dans mon esprit, c'était en quelque sorte le summum de la technologie, dit-elle.

Dès le début, Hammond s'est concentré sur le génie chimique, le domaine suggéré par son professeur de chimie au lycée. Je n'ai même pas pris en compte les autres concentrations, dit-elle. En suivant un cours de premier cycle avec le professeur Edward Merrill, ScD '47, elle est devenue fascinée par la chimie des polymères. C'est là qu'est le pouvoir, dit-elle. Vous pouvez concevoir ces matériaux, puis ils font ces choses sympas.

Après avoir obtenu son diplôme, Hammond a passé deux ans en Floride en tant qu'ingénieure de procédés chez Motorola, où elle était la seule femme ingénieure noire parmi des milliers d'employés. Elle a ensuite rejoint le personnel de recherche sur les polymères de Georgia Tech, où elle a obtenu une maîtrise en génie chimique. Convaincue qu'elle appartenait au monde universitaire, elle s'est inscrite à un nouveau programme de doctorat interdisciplinaire en technologie des polymères au MIT.

Revenir au MIT était tout simplement incroyable, se souvient Hammond. Parfois, lorsque vous partez d'un endroit et que vous revenez, vous êtes un peu déçu - ce n'est pas ce que vous pensiez. Quand je suis revenu au MIT, c'était exactement ce qui m'avait manqué ces quatre dernières années.

Michael Rubner, qui est devenu le directeur de doctorat de Hammond, a remarqué qu'elle avait un sens du but rare parmi ses pairs. Tous les étudiants diplômés du MIT sont brillants, mais ce qui distingue Paula, c'est son … dynamisme, sa motivation et son désir de réussir, déclare Rubner, professeur de science et d'ingénierie des matériaux. Paula savait ce qu'elle allait être et ce qu'elle devait faire pour y arriver.

Pour sa thèse de doctorat, Hammond a conçu des polyuréthanes et des polyesters qui changent de couleur lorsqu'ils sont chauffés ou étirés. Elle a accepté l'offre du MIT d'un poste de professeur au moment de sa soutenance de thèse et a finalement repris le cours de synthèse des polymères de Merrill. Mais elle a d'abord passé un an et demi en tant que chercheuse postdoctorale dans le laboratoire du chimiste George Whitesides à Harvard, aidant à affiner une nouvelle technique d'impression de surfaces avec des motifs à l'échelle du micron. Connue sous le nom de lithographie douce, elle est maintenant largement utilisée pour créer des dispositifs microfluidiques.

Hammond a une capacité étrange à entreprendre des projets sans rapport avec son travail précédent, dit Whitesides. Elle a fait ce que je pense que les bons scientifiques devraient faire, dit-il, c'est-à-dire passer d'un domaine à l'autre, pour trouver des choses auxquelles vous pouvez contribuer.

12h00

Les membres du laboratoire de Hammond se rendent dans une salle de conférence au cinquième étage de l'Institut Koch pour une réunion de groupe toutes les deux semaines. Deux étudiants diplômés parlent de leurs derniers résultats pendant que leurs camarades de laboratoire grignotent de la nourriture thaïlandaise et proposent des suggestions. Hammond fait également des suggestions, demandant souvent aux présentateurs d'examiner une technique plus en détail pour renforcer leur confiance en eux et perfectionner leurs compétences en matière de présentation.

Cette semaine, les deux présentations se concentrent sur la recherche sur les piles à combustible, bien que le laboratoire soit assez également divisé entre les projets énergétiques et biomédicaux. Ces deux domaines de recherche se sont développés à partir de l'intérêt de Hammond pour la construction en polymère. Depuis le lancement de son programme de recherche en 1995, elle est considérée comme une pionnière dans une technique appelée assemblage couche par couche, dans laquelle des couches aux propriétés différentes sont déposées en exposant alternativement une surface à des particules chargées positivement et négativement. Une méthode qu'elle a développée utilise un spray automatisé pour déposer des films polymères minces sur de grandes surfaces. Svaya Nanotechnologies, une entreprise fondée par un ancien étudiant en 2009, a autorisé la technologie et la développe pour créer des revêtements de surface pour les semi-conducteurs, les écrans haute définition et les fenêtres écoénergétiques, entre autres produits.

Les applications liées à l'énergie de son travail avec les polymères comprennent les batteries, les cellules solaires et les piles à combustible. L'année dernière, Hammond et ses étudiants, en collaboration avec des chercheurs de Penn State, ont conçu un nouveau film polymère qui améliore considérablement l'efficacité des piles à combustible au méthanol. Étant donné que le méthanol est un liquide à température ambiante, ces piles à combustible pourraient être beaucoup plus portables que les piles à combustible à hydrogène, leur permettant d'alimenter de petits appareils tels que des téléphones portables ou des ordinateurs portables.

Hammond travaille également avec Angela Belcher, professeure d'ingénierie biologique et de science et ingénierie des matériaux, sur des batteries et des cellules solaires qui s'auto-assemblent à l'aide de virus génétiquement modifiés. (C'était la seule fois où j'ai vu Paula nerveuse, dit Ladewski.)

Quant à l'intérêt de Hammond pour les applications médicales, il a pris racine lors d'un congé sabbatique en 2002 à Caltech, où elle a été intriguée par l'idée de concevoir des polymères pour l'administration de médicaments. Depuis lors, elle a développé des nanoparticules polymères qui zooment sur les sites tumoraux et libèrent leur cargaison lorsqu'elles pénètrent dans l'environnement acide de la tumeur, ainsi que des films polymères minces qui peuvent être conçus pour transporter plusieurs médicaments vers un site spécifique et contrôler le moment de leur Libération. Une grande partie du travail de délivrance de médicaments du laboratoire est réalisée avec ou financée par des sociétés pharmaceutiques, notamment Sanofi-Aventis, Johnson and Johnson, Pfizer et Ferrosan.

Hammond surveille de près toutes les recherches dans son laboratoire, rencontrant individuellement chaque membre du laboratoire toutes les quelques semaines. Si un étudiant n'obtient pas de bons résultats, elle se concentre sur la transformation de l'échec en quelque chose de positif, explique l'étudiant diplômé Dan Bonner. Au lieu de voir un résultat négatif comme un barrage routier, elle dit « Qu'est-ce que cela nous dit ? Comment pouvons-nous reconcevoir notre système ou l'utiliser dans un contexte différent ? », dit-il.

14h00.

Hammond termine la réunion de laboratoire et retourne au bâtiment 66 pour un appel téléphonique rapide avec Darrell Irvine, un scientifique des matériaux du MIT et collaborateur fréquent, suivi d'une réunion pour discuter de la façon dont le département pourrait utiliser un espace de laboratoire qui pourrait devenir disponible sur le campus. Klavs Jensen, chef du département de génie chimique, dit qu'elle est bien adaptée à de telles questions administratives épineuses.

Pour vouloir faire ce travail, je pense qu'il faut avoir beaucoup d'amour et de respect pour l'Institut et le département, car c'est vraiment un service que l'on rend à tout le monde, dit Jensen. Vous devez également avoir les compétences diplomatiques nécessaires et la force de dire « C'est ainsi que les choses vont se passer », mais j'espère d'une manière que tout le monde a l'impression d'avoir eu son mot à dire.

Le désir de donner la parole à chacun a conduit Hammond à présider l'Initiative du MIT sur la race et la diversité des professeurs, qui en 2010 a produit une étude concluant que si les efforts du MIT pour embaucher et retenir des membres du corps professoral issus de groupes minoritaires sous-représentés ont conduit à des gains ces dernières années, le les résultats sont inégaux à travers l'Institut. À partir de l'année universitaire 2009-2010, les minorités sous-représentées - Noirs, Hispaniques et Amérindiens - représentaient un peu plus de 6 % du corps professoral du MIT, contre 4,5 % en 2000-2001.

Bien que son emploi du temps soit déjà chargé, Hammond a estimé que si elle ne prenait pas la direction du comité, les voix de ces membres du corps professoral pourraient ne pas être entendues. Le comité a commencé ses travaux peu de temps après que James Sherley, un membre noir du corps professoral, ait entamé une grève de la faim pour protester contre le refus de titularisation, une décision qui, selon lui, était due à sa race. Hammond pense que le cas Sherley n'est pas représentatif de la plupart des expériences de professeurs minoritaires au MIT. Cependant, le MIT n'est pas une sorte d'oasis où il n'y a pas de problèmes de race, dit-elle. C'est un sujet beaucoup plus complexe. J'avais l'impression que beaucoup de complexités du corps professoral qui effectuaient leur carrière universitaire au MIT étaient complètement ignorées.

Alors que le MIT a fait des progrès dans le recrutement et la rétention des professeurs des minorités, Hammond pense qu'il est possible de faire plus. Il y a des endroits où les chiffres pourraient augmenter avec une réflexion et des efforts concertés, dit-elle. J'ai vu des chefs de service qui sont très disposés à examiner cela et à voir s'ils peuvent concevoir des solutions à cela. C'est ce que nous faisons : résoudre des problèmes.

Elle encadre également les étudiants des minorités individuellement, à la fois formellement, par le biais du programme de conseil académique du MIT, et de manière informelle, avec les étudiants qui la recherchent. Cela prend du temps, mais j'ai l'impression que cela doit être fait, dit Hammond, dont le fils est un junior à l'Université Northeastern. Vous vous y habituez et vous savez que cela fait partie de la garantie que la prochaine génération va de l'avant.

18h00

Lorsqu'elle rentre du MIT, Hammond se détend en préparant le dîner et en mangeant avec son mari, Carmon Cunningham, un stratège marketing devenu propriétaire d'une petite entreprise. Elle se prépare ensuite pour quelques heures de travail supplémentaires, traitant de choses qui sont souvent négligées pendant la journée : lire des journaux, répondre aux e-mails et décider sur quoi se concentrer dans les semaines à venir. Alors qu'elle planifie ses journées, Hammond essaie de planifier des blocs de temps ouverts pour déchiffrer des résultats de laboratoire déroutants, faire des plans pour de nouveaux projets et rédiger des articles scientifiques. C'est ma façon de garder un peu de raison, dit-elle.

Au cours d'une journée donnée, on demande à Paula de faire un certain nombre de choses, elle doit donc dire non, explique Robert Cohen, professeur de génie chimique qui a enseigné à Hammond en tant qu'étudiant diplômé et collabore maintenant occasionnellement avec elle. Elle réfléchit à l'endroit où elle peut avoir le plus d'impact, pas nécessairement pour son propre bien, mais l'impact en général. Paula sait faire des choix, puis elle consacre tout son temps et son énergie aux choses sur lesquelles elle choisit de travailler.

Ayant choisi de travailler sur la guérison du cancer, le développement d'une énergie plus propre et le service au MIT, Hammond résume sa stratégie pour tout intégrer : apprendre ce qui est important et se concentrer sur cela, et trouver des moyens de faciliter autant que possible tout le reste.

cacher