下一代科学家因医学和可再生能源的进步而获嘉奖 [幻灯片]

人工抗体、3D基因组成像、廉价的假肢、氢燃料汽车油箱内衬——莱梅尔森-麻省理工学院学生奖的获奖创意


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科学家解开的谜团越多,下一代研究人员就越有机会将新发现的知识转化为服务于社会的未来突破。莱梅尔森-麻省理工学院项目于周三表彰了几项潜在的突破,向来自加州理工学院(Caltech)、麻省理工学院(M.I.T.)、伦斯勒理工学院(R.P.I.)和伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校(U.I.U.C.)的四位学生颁发了价值 30,000 美元的莱梅尔森-麻省理工学院学生奖。

认可加州理工学院的希瑟·阿格纽、哈佛-麻省理工学院的埃雷兹·利伯曼-艾登、伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的乔纳森·纳伯和伦斯勒理工学院的凯文·拉菲的关键标准是商业应用潜力。他们尤其在对抗疾病、理解人类基因组、建造氢动力汽车和帮助残疾人方面的工作可能开辟新的途径。

28 岁的阿格纽在加州理工学院化学教授詹姆斯·希思等研究人员团队的协助下完成了她的博士研究工作,以帮助他们开发称为“蛋白质捕获剂”的合成抗体,这种抗体可以识别、结合和去除作为疾病和感染指标的蛋白质生物标志物。天然抗体非常脆弱,因为它们本身就是蛋白质,可能会因高温和其他压力而失效,来自宾夕法尼亚州阿伦敦的阿格纽说。阿格纽首先确定了这些蛋白质捕获剂核心的化学成分,这些成分有朝一日可能会在治愈过程中取代天然抗体。

当阿格纽完成她在加州理工学院的工作后,她计划加入一家名为 Integrated Diagnostics 的初创公司,该公司在西雅图和加利福尼亚州卡尔弗城设有办事处,该公司将把人工抗体技术商业化。“看到我们脑海中的想法变成对生物医学有如此多应用的东西,真是令人兴奋,”她说。

纽约市本地人利伯曼-艾登进军生物技术的成果是一种基因组测序方法,他称之为 “Hi-C”,旨在更好地理解人类基因组——包含 30 亿个字母的化学代码——如何装入细胞微小的细胞核中。30 岁的利伯曼-艾登和他的同事设计了 Hi-C 作为一种分子生物学技术,让研究人员能够收集适合重建基因组 3D 结构的信息。虽然今天可以观察到 DNA 碱基的双螺旋结构,但“在更大的尺度上,基因组是如何折叠的并不明显,”他说。

Hi-C 使观察整个基因组折叠时的全局三维视图成为可能,利伯曼-艾登说。他将于六月毕业,并将开始为期三年的哈佛学会院士研究金,在此期间他计划开发提高 3D DNA 图像分辨率的方法。作为一个副项目,利伯曼-艾登还开发了 iShoe,这是一种装有传感器的鞋垫,可以对老年人和残疾人日益恶化的平衡进行早期诊断和康复。

20 岁的纳伯是伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校材料工程专业的大三学生,他也在创造技术来帮助残疾人,尽管他的重点是帮助全球约 200 万需要假肢来替代截肢手臂的人。纳伯和他的 伊利尼假肢团队 希望创造和商业化价格实惠、功能齐全、舒适且廉价的桡骨假肢,这种假肢适用于肘部以下截肢的人(上臂假肢最终也会推出)。

“我拒绝了我们必须使用定制插座和夹钳-钩子设计的范式,这种设计自内战以来就没有太大变化,”来自伊利诺伊州滑铁卢的纳伯说。相反,纳伯的假肢将基于一种设计,即截肢者将假肢戴在背带上,并且可以在手腕处拧上不同类型的附件——例如钩子或人造手。

预计 2011 年毕业的纳伯今年夏天将前往危地马拉,在一个假肢诊所实地测试他的原型。毕业后,他和他的团队计划继续访问发展中国家进行 Beta 测试并修改他们的设计。他正在考虑将中国或台湾作为大规模生产假肢的可能地点,尽管他希望组装工作在当地完成,即在将使用人造肢体的国家完成。

正如纳伯用完全回收的材料制造假肢一样,拉菲的工作也同样具有绿色环保的色彩。拉菲正在开发一种方法,用一层原子厚的石墨烯(本质上是一层单壁碳纳米管,它们被打开并铺平)来衬氢燃料汽车的油箱,以便油箱可以更好地储存和释放氢气。他的目标是帮助汽车制造商加速氢燃料汽车上市。“氢经济是解决石油依赖性的主要关键,”他说。

机械工程博士候选人拉菲计划明年毕业,他说,制造氢动力汽车的挑战主要在于氢气的生产、储存、分配和能量转换。作为一种气体,氢气是一种密度非常低的材料,难以储存。“我们需要一种廉价、多孔的材料,在低压和室温下储存和释放氢气,而且它需要是一个可逆的过程,以便在需要重新填充油箱时使用,”他说,并补充说他和他的同事正在制定一项商业计划,以帮助他们将他们的工作商业化。

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