添加剂对碳酸钙结晶的影响

一项名为ProjectM的大规模创新公民科学实验的结果发表在《CrystEngComm》杂志上，该实验涉及1000多名科学家、800个样本和110所英国中学。

该论文的标题是“M项目：通过学校公民科学计划研究添加剂对碳酸钙结晶的影响”。该论文分享了学校公民科学家与Diamond团队合作的大量结果，以了解不同添加剂如何影响所产生的不同形式的碳酸钙。

这些添加剂影响形成的碳酸钙的类型，从而影响其特性和潜在应用。能够轻松生产不同形式的碳酸钙对于制造业来说非常重要。

主要作者克莱尔·默里(ClaireMurray)(钻石公司的访问科学家)和朱莉娅·帕克(JuliaParker)(钻石公司的首席光束线科学家和碳酸钙科学专家)构思了该项目，分析了数据，并撰写和编辑了手稿，他们解释说，尽管大自然有能力精确控制碳酸钙的形成，但由于贝壳和骨骼，世界各地的实验室往往无法对碳酸钙的形成方式进行同样水平的控制。

研究人员说：“大自然利用氨基酸和蛋白质等分子来指导碳酸钙的形成，因此我们有兴趣发现其中一些分子如何影响我们在实验室中制造的碳酸钙。”

M项目让学生和教师扮演科学家的角色，在不同条件下使用不同添加剂制备不同的碳酸钙样品。2017年4月，在英国国家同步加速器DiamondLightSource的光束线I11上，使用X射线粉末衍射技术，在短短24小时内总共分析了800个样品。这创造了一系列巨大的结果，构成了出版物的基础。世界其他地方从未完成过如此规模的系统研究。

该项目的目标是找出使用氨基酸等不同添加剂如何影响碳酸钙的结构。该矿物具有三种主要形态，称为“多晶型物”——球霰石、方解石和霰石——可以使用钻石光束线l11处的X射线粉末衍射来识别。

钻石光源产生地球上最亮的X射线束之一，使科学家能够了解材料的原子结构。来自英国各地和更远地区的科学家利用这些X射线以及红外线和紫外线来制造更好的药物、了解自然世界并创造未来材料。

了解不同添加剂对多晶型物生产的影响引起了工业界的极大兴趣，例如制造业、组织工程等医疗应用和药物输送系统的设计，甚至化妆品。

然而，在添加剂和浓度方面映射如此大的参数空间需要合成大量样品并提供高通量分析技术。它提供了一个令人兴奋的机会，可以与110所中学合作制作真实样品，以展示光束线的高通量能力，包括快速机器人更换样品，这意味着可以在90秒内收集衍射图案并更换样品。

“这个项目是由我们提出的一个科学问题引导的，”默里解释道。“让学校学生和教职员工参与样本准备的想法自然而然地出现，因为我们知道化学项目在公民科学领域的代表性不足。学生公民科学家对研究的贡献不应被低估。这些项目可以提供对于研究人员来说，这是一种强大的方式来获取他们可能难以收集的大量数据，并激励未来几代科学家。”

该项目的设计提供了工具包和资源，以支持学校学习新技术和知识，并为他们提供互动和参与实验的空间。在Diamond进行分析后，学生们有机会查看他们的结果，查看他们的峰值并确定他们产生了什么样的多晶型物，并将他们的结果与英国不同地点的不同样本和不同学校获得的结果进行比较

迪德科特迪德科特女子学校的前学生兼M项目科学家GryE.Christensen评论道：“这是一次奇妙的旅程，我建议如果其他学校有机会帮助开展类似项目，那就加入吧，因为这对学生来说是一生一次的机会，你会觉得自己可以为世界做出积极的改变。”

“事实上，我们还不知道答案，这对学生来说是一个激励因素，”默里解释道。“老师们告诉我们，他们更加认真地对待一切，因为这是真正的科学实践——它确实有意义。他们分享了学生们如何兴奋地将他们的实验室技能转化为这个实验，并且学生们能够将他们的学习融入到这个实验中。”他们指定的教科书和实验课。

“老师们还强调了他们自己的兴趣和好奇心，因为他们中的许多人在他们的教育中接受了化学家的培训。他们很欣赏自己与真正科学的联系以及持续专业发展的机会。”

韦克菲尔德Kettlethorpe高中的教师兼ProjectM科学家MatthewWainwright补充道：“该项目为我们的学生提供了参与真正科学研究的独特机会，并且应该成为未来旨在让年轻人参与科学的项目的蓝图超越教室。”

与M科学家计划一起探索氨基酸在指导结晶中的作用对作者来说是一个机会和荣誉。帕克解释说：“在我们的工作中，我们看到如何就氨基酸对方解石和球霰石碳酸钙多晶型物结构的影响得出新的科学结论。

“这种在样本条件下探索广泛参数空间的能力，同时为所涉及的学生和教师提供持续的教育和科学参与效益，我们希望将来能够应用于其他材料合成研究。”

M项目使学校能够在自己的学校实验室中进行真正的研究并进行以前从未做过的实验。这是Diamond运营的第一个“公民科学”项目，该项目将Diamond科学传播到学校并产生了大量成果，现在已在CrystEngComm上成功发表。