I risultati di un innovativo esperimento di Citizen Science su larga scala chiamato Project M, che ha coinvolto più di 1.000 scienziati, 800 campioni e 110 scuole secondarie del Regno Unito in un vasto esperimento, sono stati pubblicati sulla rivista CrystEngComm .
L'articolo è intitolato "Progetto M:Investigare l'effetto degli additivi sulla cristallizzazione del carbonato di calcio attraverso un programma scientifico per i cittadini delle scuole". L'articolo condivide un'enorme serie di risultati forniti dagli scienziati cittadini delle scuole che hanno collaborato con un team della Diamond per scoprire in che modo i diversi additivi influenzano le diverse forme di carbonato di calcio prodotte.
Questi additivi influenzano il tipo di carbonato di calcio che si forma, e quindi le sue proprietà e potenziali applicazioni. Essere in grado di produrre facilmente diverse forme di carbonato di calcio potrebbe essere molto importante per la produzione.
Gli autori principali Claire Murray, Visiting Scientist presso Diamond e Julia Parker, Principal Beamline Scientist di Diamond ed esperta nella scienza del carbonato di calcio che hanno concettualizzato il progetto, analizzato i dati e scritto e modificato il manoscritto, spiegano che, nonostante la capacità della natura di controllare con precisione la formazione di carbonato di calcio in conchiglie e scheletri, i laboratori di tutto il mondo spesso non sono in grado di esigere lo stesso livello di controllo sul modo in cui si forma il carbonato di calcio.
"La natura utilizza molecole come amminoacidi e proteine per dirigere la formazione del carbonato di calcio, quindi eravamo interessati a scoprire come alcune di queste molecole influenzano il carbonato di calcio che produciamo in laboratorio", hanno affermato i ricercatori.
Il Progetto M ha coinvolto studenti e insegnanti come scienziati, producendo diversi campioni di carbonato di calcio in condizioni variabili con diversi additivi. In tutto, 800 di questi campioni sono stati poi analizzati in sole 24 ore nell'aprile 2017 utilizzando la tecnica di diffrazione di raggi X su polvere sulla linea di luce I11 del Diamond Light Source, il sincrotrone nazionale del Regno Unito. Ciò ha creato un’enorme serie di risultati che costituiscono la base della pubblicazione. Uno studio sistematico di questa portata non è mai stato completato in nessun'altra parte del mondo.
L'obiettivo di questo progetto era scoprire come l'utilizzo di diversi additivi come gli amminoacidi influisce sulla struttura del carbonato di calcio. Il minerale ha tre forme principali chiamate "polimorfi" - vaterite, calcite e aragonite - che possono essere identificate utilizzando la diffrazione di raggi X su polvere sulla linea di luce l11 del diamante.
Diamond Light Source produce uno dei fasci di raggi X più luminosi del pianeta Terra, che consentono agli scienziati di comprendere la struttura atomica dei materiali. Gli scienziati provengono da tutto il Regno Unito e da altri paesi per utilizzare questi raggi X, nonché la luce infrarossa e ultravioletta, per produrre farmaci migliori, comprendere il mondo naturale e creare materiali futuristici.
Comprendere l'impatto dei diversi additivi sulla produzione di polimorfi è di grande interesse per l'industria come quella manifatturiera, per le applicazioni mediche come l'ingegneria dei tessuti e la progettazione di sistemi di somministrazione di farmaci e persino per i cosmetici.
Tuttavia, la mappatura di uno spazio parametrico così ampio, in termini di additivo e concentrazione, richiede la sintesi di un gran numero di campioni e la fornitura di tecniche di analisi ad alta produttività. Ha rappresentato un'entusiasmante opportunità di collaborare con 110 scuole secondarie realizzando campioni reali per mostrare la capacità ad alto rendimento della linea di luce, incluso il rapido cambio robotizzato dei campioni, il che significa che è possibile raccogliere modelli di diffrazione e modificare i campioni in meno di 90 secondi.
"Il progetto è stato guidato da una domanda scientifica che avevamo", ha spiegato Murray. "L'idea di coinvolgere gli studenti delle scuole e il personale docente nella preparazione dei campioni è stata naturale poiché sappiamo che i progetti di chimica sono sottorappresentati nello spazio della scienza cittadina. Il contributo che gli studenti scienziati cittadini possono dare alla ricerca non deve essere sottovalutato. Questi progetti possono fornire un modo efficace per consentire ai ricercatori di accedere a volumi di dati che altrimenti avrebbero difficoltà a raccogliere, oltre a ispirare le future generazioni di scienziati."
Il progetto è stato progettato con kit e risorse per supportare le scuole nell'apprendimento di nuove tecniche e conoscenze e per fornire loro lo spazio per interagire e impegnarsi con l'esperimento. Dopo l'analisi al Diamond, gli studenti hanno avuto l'opportunità di osservare i risultati, vedere i loro picchi e determinare che tipo di polimorfi avevano prodotto e confrontare i loro risultati con quelli ottenuti da diversi campioni e diverse scuole in diverse località del Regno Unito.
Gry E. Christensen, ex studente e scienziato del Project M presso la Didcot Girls' School, Didcot ha commentato:"È stato un viaggio fantastico e consiglio a se qualsiasi altra scuola ha la possibilità di aiutare con un progetto simile, di salire a bordo, perché è un'opportunità unica per gli studenti e senti di poter apportare un cambiamento positivo al mondo."
"Il fatto che non conoscessimo ancora la risposta è stato un fattore motivante per gli studenti", spiega Murray. "Gli insegnanti ci hanno detto che prendevano tutto più sul serio, perché si trattava di vera scienza in azione:significava davvero qualcosa. Hanno raccontato di come gli studenti fossero entusiasti di tradurre le loro competenze di laboratorio in questo esperimento e che gli studenti fossero in grado di contestualizzare ciò che hanno imparato da i libri di testo e le lezioni di laboratorio prescritti.
"Gli insegnanti hanno anche evidenziato il proprio interesse e la propria curiosità poiché molti di loro hanno studiato come chimici nel corso della loro formazione. Hanno apprezzato il collegamento con la scienza reale per se stessi e l'opportunità di uno sviluppo professionale continuo."
Matthew Wainwright, insegnante e scienziato del Project M presso la Kettlethorpe High School di Wakefield, aggiunge:"Il progetto ha offerto ai nostri alunni un'opportunità unica di prendere parte a una vera ricerca scientifica e dovrebbe fungere da modello per progetti futuri che mirano a coinvolgere i giovani nella scienza oltre l'aula."
Esplorare il ruolo degli amminoacidi nel dirigere la cristallizzazione con gli scienziati del Progetto M è stata un'opportunità e un onore per gli autori. Parker ha spiegato:"Nel nostro lavoro vediamo come possiamo trarre nuove conclusioni scientifiche riguardo all'effetto degli amminoacidi sulla struttura dei polimorfi di carbonato di calcio di calcite e vaterite.
"Questa capacità di esplorare un ampio spazio di parametri in condizioni campione, fornendo allo stesso tempo benefici continui in termini di impegno educativo e scientifico per gli studenti e gli insegnanti coinvolti, possiamo sperare che in futuro venga applicata ad altre indagini sulla sintesi dei materiali."
Il Progetto M ha consentito alle scuole di svolgere una vera ricerca e di realizzare un esperimento mai realizzato prima nel proprio laboratorio scolastico. È stato il primo progetto di "scienza dei cittadini" gestito da Diamond, che ha portato la scienza del diamante nelle scuole e ha consentito la produzione di una serie considerevole di risultati, che ora hanno portato a questa pubblicazione di successo su CrystEngComm .
Ulteriori informazioni: Claire A. Murray et al, Progetto M:studio dell'effetto degli additivi sulla cristallizzazione del carbonato di calcio attraverso un programma scientifico per i cittadini nelle scuole, CrystEngComm (2024). DOI:10.1039/D3CE01173A
Fornito da Diamond Light Source
