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Die Kraft von Polymeren nutzen
9 Uhr An einem sonnigen Dienstagmorgen im August begrüßt die Chemieingenieurin Paula Hammond '84, PhD '93, Doktorandin Rebecca Ladewski in ihrem makellosen Büro im Gebäude 66. Nach einem kleinen Smalltalk geht es zur Sache, gut -Tuning von Ladewskis bevorstehender Präsentation im Dissertationsausschuss über ihre Arbeit zur Untersuchung von Polymermontagetechniken für den Einsatz in Solarzellen und Batterien.
Das Telefon klingelt, aber Hammond ignoriert es. Obwohl sie noch sechs weitere Treffen geplant hat und gerade einen Anruf mit einem französischen Wissenschaftler erhalten hat, der in ihr Labor möchte, konzentriert sie sich voll und ganz auf das Thema. Sie sei nie abgelenkt, sagt Ladewski. Wenn Sie mit Paula zusammen sind, haben Sie ihre volle und ungeteilte Aufmerksamkeit.
Viele Leute schreien nach dieser Aufmerksamkeit. Hammond leitet eine Forschungsgruppe mit mehr als 30 Mitgliedern und unterstützt als Executive Officer die Leitung des Department of Chemical Engineering. An einem typischen Tag – sogar im Sommer – ist ihr Kalender eine durchgehend blaue Spalte mit Treffen mit Studenten, potenziellen Mitarbeitern und Verwaltungskollegen. An den meisten Tagen schafft sie es jedoch, sich ihrer wissenschaftlichen Leidenschaft zu widmen: Polymere zu entwickeln, die bei der Behandlung von Krebs helfen oder bessere Brennstoffzellen und Batterien entwickeln.
Polymere – lange Ketten sich wiederholender Struktureinheiten – umfassen natürliche Materialien wie Gummi und Zellulose sowie unzählige synthetische Materialien wie Nylon und Kunststoffe. Viele Polymere haben ein Kohlenstoffrückgrat, an das andere Moleküle gebunden werden können, sodass der Designer das Verhalten des Materials steuern kann. Hammond nutzt diese Vielseitigkeit, um zwei der dringendsten Herausforderungen der Welt anzugehen. Auf einer Seite ihres Labors erstellt sie Filme und Nanopartikel, die auf Tumorzellen abzielen und Medikamente abgeben. Andererseits entwickelt sie Polymere, die dabei helfen können, saubere Energie zu nutzen und zu speichern.
11:00 Uhr.
Hammond und ein weiterer Doktorand treffen sich mit einem Gastwissenschaftler der King Fahd University of Petroleum and Minerals in Saudi-Arabien, um ihr laufendes Projekt zur Entwicklung von Polymeren zu besprechen, die als effizientere Entsalzungsmembranen dienen können. Ihre vielfältigen Forschungsinteressen machen sie als Mitarbeiterin sehr gefragt; Am nächsten Tag wird sie sich mit Wissenschaftlern des Dana-Farber Cancer Institute, Novartis und Merrimack Pharmaceuticals treffen, um über die Entwicklung ihrer arzneimittelabgebenden Polymere als Krebstherapeutika zu sprechen.
Hammonds Interesse an der Wissenschaft hat tiefe Wurzeln. Aufgewachsen in Detroit, träumte sie davon, Kinderliteratur zu schreiben und nahm an Schreibwettbewerben teil. Aber sie sehnte sich auch danach, zu verstehen, wie die Dinge funktionieren. Sie liebte ihren naturwissenschaftlichen Unterricht und stellte fest, dass es an ihrer katholischen High School, die nur für Mädchen war, leicht war, ein Wissenschafts-Nerd zu werden.
Wenn Sie in einer Gruppe von Jungen und Mädchen sind und Sie 15 oder 16 Jahre alt sind und ein Lehrer eine Frage stellt, ist es einfach, den Jungs die Beantwortung zu überlassen, besonders in [Klassen wie] AP-Physik, sagt sie. Es war hilfreich, die Freiheit zu haben, in diese Dinge einzutauchen und Fragen zu stellen, und es war niemand da, der entmutigend aussah.
Hammonds Vater, ein promovierter Biochemiker, der die Gesundheitslabore für die Stadt Detroit leitete, und ihre Mutter, die eine Krankenpflegeschule am Wayne County Community College gründete, förderten ihr Interesse und holten befreundete Wissenschaftler, um Paula zu beraten, wie sie ihre Ziele erreichen kann. Auf der Suche nach Hochschulen kam sie zu dem Schluss, dass das MIT der richtige Ort für sie war. In meinen Augen war es sozusagen der Gipfel der Technologie, sagt sie.
Von Anfang an konzentrierte sich Hammond auf Chemieingenieurwesen, das Gebiet, das ihr Chemielehrer an der Highschool vorgeschlagen hatte. Die anderen Konzentrationen habe ich gar nicht bedacht, sagt sie. Während ihres Bachelorstudiums bei Professor Edward Merrill, ScD ‘47, wurde sie von der Polymerchemie fasziniert. Hier ist die Macht, sagt sie. Sie können diese Materialien entwerfen und dann machen sie diese coolen Dinge.
Nach ihrem Abschluss verbrachte Hammond zwei Jahre in Florida als Verfahrensingenieurin bei Motorola, wo sie die einzige schwarze Ingenieurin mit Tausenden von Mitarbeitern war. Anschließend wechselte sie in die Polymerforschung an der Georgia Tech und erwarb einen Master in Chemieingenieurwesen. Überzeugt davon, dass sie in die akademische Welt gehört, trat sie ein neues interdisziplinäres PhD-Programm in Polymer Science Technology am MIT ein.
Die Rückkehr zum MIT war einfach unglaublich, erinnert sich Hammond. Manchmal, wenn Sie einen Ort verlassen und dann wiederkommen, sind Sie ein wenig enttäuscht – es ist nicht das, was Sie dachten. Als ich zum MIT zurückkam, war es genau das, was ich in den letzten vier Jahren vermisst hatte.
Michael Rubner, der Hammonds PhD-Berater wurde, bemerkte, dass sie eine unter ihren Kollegen seltene Zielstrebigkeit hatte. Alle Absolventen des MIT sind brillant, aber was Paula auszeichnet, ist ihr … Antrieb, Motivation und ihr Wille zum Erfolg, sagt Rubner, Professor für Materialwissenschaften und Ingenieurwissenschaften. Paula wusste, was sie werden würde und was sie tun musste, um dorthin zu gelangen.
Für ihre Doktorarbeit entwarf Hammond Polyurethane und Polyester, die beim Erhitzen oder Strecken ihre Farbe ändern. Sie nahm das Angebot des MIT für eine Fakultätsstelle um die Zeit ihrer Dissertation an und übernahm schließlich den Polymersynthesekurs von Merrill. Aber zuerst verbrachte sie anderthalb Jahre als Postdoktorandin im Labor des Chemikers George Whitesides in Harvard und half dabei, eine neue Technik zum Bedrucken von Oberflächen mit Mustern im Mikrometerbereich zu verfeinern. Als Softlithographie bekannt, wird sie heute häufig zur Herstellung mikrofluidischer Geräte verwendet.
Hammond hat eine unheimliche Fähigkeit, Projekte zu übernehmen, die nichts mit ihrer früheren Arbeit zu tun haben, sagt Whitesides. Sie hat getan, was meiner Meinung nach gute Wissenschaftler tun sollten, sagt er, nämlich von Feld zu Feld zu gehen, um Dinge zu finden, zu denen Sie beitragen können.
12:00 Uhr
Die Mitglieder von Hammonds Labor tröpfeln zu einem zweiwöchentlichen Gruppentreffen in einen Konferenzraum im fünften Stock des Koch-Instituts. Zwei Absolventen sprechen über ihre neuesten Ergebnisse, während ihre Laborkollegen thailändisches Essen knabbern und Vorschläge machen. Hammond macht auch Vorschläge und fordert die Moderatoren oft auf, eine Technik genauer durchzugehen, um ihr Selbstvertrauen aufzubauen und ihre Präsentationsfähigkeiten zu verbessern.
Diese Woche konzentrieren sich beide Präsentationen auf die Brennstoffzellenforschung, obwohl das Labor ziemlich gleichmäßig auf Energie- und biomedizinische Projekte aufgeteilt ist. Diese beiden Forschungsbereiche entwickelten sich aus Hammonds Interesse am Polymerbau. Seit dem Start ihres Forschungsprogramms im Jahr 1995 gilt sie als Pionierin einer Technik namens Layer-by-Layer-Assembly, bei der Schichten mit unterschiedlichen Eigenschaften aufgebracht werden, indem eine Oberfläche abwechselnd positiv und negativ geladenen Teilchen ausgesetzt wird. Eine von ihr entwickelte Methode verwendet ein automatisiertes Spray, um dünne Polymerfilme auf großen Oberflächen abzuscheiden. Svaya Nanotechnologies, ein 2009 von einem ehemaligen Studenten gegründetes Unternehmen, hat die Technologie lizenziert und entwickelt sie, um unter anderem Oberflächenbeschichtungen für Halbleiter, hochauflösende Displays und energieeffiziente Fenster herzustellen.
Energiebezogene Anwendungen ihrer Arbeit mit Polymeren umfassen Batterien, Solarzellen und Brennstoffzellen. Letztes Jahr haben Hammond und ihre Studenten in Zusammenarbeit mit Forschern der Penn State einen neuen Polymerfilm entwickelt, der die Effizienz von Methanol-Brennstoffzellen dramatisch verbessert. Da Methanol bei Raumtemperatur flüssig ist, könnten diese Brennstoffzellen viel tragbarer sein als Wasserstoff-Brennstoffzellen, sodass sie kleine Geräte wie Mobiltelefone oder Laptops mit Strom versorgen könnten.
Hammond arbeitet auch mit Angela Belcher, Professorin für Bioingenieurwesen und Materialwissenschaften und -technik, an Batterien und Solarzellen, die sich mithilfe gentechnisch veränderter Viren selbst zusammenbauen – Forschungsergebnisse, die sie Präsident Obama 2009 bei seinem Besuch am MIT präsentierten. (Es war das einzige Mal, dass ich Paula nervös gesehen habe, sagt Ladewski.)
Was Hammonds Interesse an medizinischen Anwendungen angeht, so entstand es 2002 während eines Sabbaticals am Caltech, wo sie von der Idee fasziniert war, Polymere für die Wirkstoffabgabe zu entwickeln. Seitdem hat sie Polymer-Nanopartikel entwickelt, die an Tumorstellen heranzoomen und ihre Ladung freisetzen, wenn sie in die saure Umgebung des Tumors eindringen, sowie dünne Polymerfilme, die so gestaltet werden können, dass sie mehrere Medikamente an eine bestimmte Stelle transportieren und den Zeitpunkt ihrer Wirkung kontrollieren Freisetzung. Ein Großteil der Arzneimittelabgabearbeiten des Labors wird mit Pharmaunternehmen durchgeführt oder von diesen finanziert, darunter Sanofi-Aventis, Johnson and Johnson, Pfizer und Ferrosan.
Hammond behält die gesamte Forschung in ihrem Labor genau im Auge und trifft sich alle paar Wochen mit jedem Labormitglied einzeln. Wenn eine Studentin keine guten Ergebnisse erzielt, konzentriert sie sich darauf, den Rückschlag in etwas Positives zu verwandeln, sagt Doktorand Dan Bonner. Anstatt ein negatives Ergebnis als Hindernis zu sehen, sagt sie: „Was sagt uns das? Wie können wir unser System neu gestalten oder in einem anderen Kontext einsetzen?“, sagt er.
14:00 Uhr
Hammond beendet die Laborversammlung und kehrt zu Gebäude 66 für ein kurzes Telefonat mit Darrell Irvine, einem Materialwissenschaftler des MIT und regelmäßiger Mitarbeiter, zurück. Klavs Jensen, Leiterin des Fachbereichs Chemieingenieurwesen, sagt, sie sei für solche heiklen Verwaltungsaufgaben gut geeignet.
Um diesen Job machen zu wollen, muss man meiner Meinung nach sehr viel Liebe und Respekt für das Institut und die Abteilung haben, denn es ist wirklich ein Dienst, den man für alle anderen tut, sagt Jensen. Sie müssen auch das nötige diplomatische Geschick mitbringen und die Eindringlichkeit haben, zu sagen: „So werden die Dinge sein“, aber hoffentlich so, dass jeder das Gefühl hat, zu Wort gekommen zu sein.
Der Wunsch, allen ein Mitspracherecht zu geben, führte Hammond zum Vorsitz der MIT-Initiative on Faculty Race and Diversity, die 2010 eine Studie hervorbrachte, die zu dem Schluss kam, dass die Bemühungen des MIT, Fakultätsmitglieder aus unterrepräsentierten Minderheitengruppen einzustellen und zu halten, in den letzten Jahren zu einigen Gewinnen geführt haben, die Die Ergebnisse sind im Institut uneinheitlich. Im akademischen Jahr 2009–2010 machten unterrepräsentierte Minderheiten – Schwarze, Hispanics und Indianer – etwas mehr als 6 Prozent der Fakultät des MIT aus, gegenüber 4,5 Prozent in den Jahren 2000-2001.
Obwohl ihr Terminkalender bereits voll war, hatte Hammond das Gefühl, dass die Stimmen dieser Fakultätsmitglieder möglicherweise nicht gehört würden, wenn sie nicht an die Spitze des Ausschusses trat. Das Komitee begann seine Arbeit, kurz nachdem James Sherley, ein schwarzes Fakultätsmitglied, aus Protest gegen die Verweigerung der Amtszeit in einen Hungerstreik getreten war – eine Entscheidung, die seiner Meinung nach auf seine Rasse zurückzuführen war. Hammond ist der Meinung, dass der Fall Sherley nicht repräsentativ für die Erfahrungen der meisten Minderheiten-Fakultäten am MIT ist. Das MIT ist jedoch keine Art Oase, in der es keine Probleme mit der Rasse gibt, sagt sie. Es ist ein viel komplexeres Thema. Ich hatte das Gefühl, dass viele der Komplexitäten der Fakultät, die ihre akademische Karriere am MIT durchliefen, völlig übersehen wurden.
Während das MIT Fortschritte bei der Rekrutierung und Bindung von Lehrkräften aus Minderheiten gemacht hat, glaubt Hammond, dass noch mehr getan werden kann. Es gibt Orte, an denen die Zahl mit einigen konzertierten Überlegungen und Anstrengungen steigen könnte, sagt sie. Ich habe Abteilungsleiter gesehen, die sehr bereit sind, sich das anzuschauen und zu sehen, ob sie dafür Lösungen entwickeln können. Das ist, was wir tun – Probleme lösen.
Sie betreut auch Minderheitsstudenten einzeln, sowohl formell durch das akademische Beratungsprogramm des MIT als auch informell mit Studenten, die sie aufsuchen. Es ist zeitaufwändig, aber ich habe das Gefühl, dass es getan werden muss, sagt Hammond, dessen Sohn ein Junior an der Northeastern University ist. Man gewöhnt sich daran und weiß, dass es dazu beiträgt, dass die nächste Generation vorankommt.
18:00 Uhr
Als sie vom MIT nach Hause kommt, entspannt sich Hammond beim Kochen und Essen mit ihrem Ehemann Carmon Cunningham, einem Marketingstrategen, der zum Inhaber eines kleinen Unternehmens wurde. Dann bereitet sie sich auf ein paar Stunden Arbeit vor, erledigt Dinge, die tagsüber oft übersehen werden: Zeitschriften lesen, E-Mails beantworten und entscheiden, worauf sie sich in den nächsten Wochen konzentrieren wollen. Während sie ihre Tage plant, versucht Hammond, offene Zeitblöcke einzuplanen, um verblüffende Laborergebnisse auszurätseln, Pläne für neue Projekte zu schmieden und wissenschaftliche Arbeiten zu verfassen. Es ist meine Art, meinen Verstand zu bewahren, sagt sie.
An einem bestimmten Tag werde Paula viele Aufgaben gestellt, also muss sie nein sagen, sagt Robert Cohen, Professor für Chemieingenieurwesen, der Hammond als Doktorand unterrichtete und jetzt gelegentlich mit ihr zusammenarbeitet. Sie denkt darüber nach, wo sie die größte Wirkung erzielen kann – nicht unbedingt zu ihrem eigenen Wohl, sondern allgemein. Paula weiß, wie man Entscheidungen trifft, und dann steckt sie ihre ganze Zeit und Energie in die Dinge, an denen sie arbeitet.
Hammond hat sich entschieden, an der Heilung von Krebs zu arbeiten, saubere Energie zu entwickeln und dem MIT zu dienen, und fasst ihre Strategie zusammen, um alles zu integrieren: Lernen, was wichtig ist und sich darauf konzentrieren und Wege finden, so viel wie möglich von allem anderen zu erleichtern.