下一代科學家因醫學和可再生能源的進步而獲嘉獎 [幻燈片]

人工抗體、3D基因組成像、廉價的假肢、氫燃料汽車油箱內襯——萊梅爾森-麻省理工學院學生獎的獲獎創意


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科學家解開的謎團越多,下一代研究人員就越有機會將新發現的知識轉化為服務於社會的未來突破。萊梅爾森-麻省理工學院專案於週三表彰了幾項潛在的突破,向來自加州理工學院(Caltech)、麻省理工學院(M.I.T.)、倫斯勒理工學院(R.P.I.)和伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校(U.I.U.C.)的四位學生頒發了價值 30,000 美元的萊梅爾森-麻省理工學院學生獎。

認可加州理工學院的希瑟·阿格紐、哈佛-麻省理工學院的埃雷茲·利伯曼-艾登、伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校的喬納森·納伯和倫斯勒理工學院的凱文·拉菲的關鍵標準是商業應用潛力。他們尤其在對抗疾病、理解人類基因組、建造氫動力汽車和幫助殘疾人方面的工作可能開闢新的途徑。

28 歲的阿格紐在加州理工學院化學教授詹姆斯·希思等研究人員團隊的協助下完成了她的博士研究工作,以幫助他們開發稱為“蛋白質捕獲劑”的合成抗體,這種抗體可以識別、結合和去除作為疾病和感染指標的蛋白質生物標誌物。天然抗體非常脆弱,因為它們本身就是蛋白質,可能會因高溫和其他壓力而失效,來自賓夕法尼亞州阿倫敦的阿格紐說。阿格紐首先確定了這些蛋白質捕獲劑核心的化學成分,這些成分有朝一日可能會在治癒過程中取代天然抗體。

當阿格紐完成她在加州理工學院的工作後,她計劃加入一家名為 Integrated Diagnostics 的初創公司,該公司在西雅圖和加利福尼亞州卡爾弗城設有辦事處,該公司將把人工抗體技術商業化。“看到我們腦海中的想法變成對生物醫學有如此多應用的東西,真是令人興奮,”她說。

紐約市本地人利伯曼-艾登進軍生物技術的成果是一種基因組測序方法,他稱之為 “Hi-C”,旨在更好地理解人類基因組——包含 30 億個字母的化學程式碼——如何裝入細胞微小的細胞核中。30 歲的利伯曼-艾登和他的同事設計了 Hi-C 作為一種分子生物學技術,讓研究人員能夠收集適合重建基因組 3D 結構的資訊。雖然今天可以觀察到 DNA 鹼基的雙螺旋結構,但“在更大的尺度上,基因組是如何摺疊的並不明顯,”他說。

Hi-C 使觀察整個基因組摺疊時的全域性三維檢視成為可能,利伯曼-艾登說。他將於六月畢業,並將開始為期三年的哈佛學會院士研究金,在此期間他計劃開發提高 3D DNA 影像解析度的方法。作為一個副專案,利伯曼-艾登還開發了 iShoe,這是一種裝有感測器的鞋墊,可以對老年人和殘疾人日益惡化的平衡進行早期診斷和康復。

20 歲的納伯是伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校材料工程專業的大三學生,他也在創造技術來幫助殘疾人,儘管他的重點是幫助全球約 200 萬需要假肢來替代截肢手臂的人。納伯和他的 伊利尼假肢團隊 希望創造和商業化價格實惠、功能齊全、舒適且廉價的橈骨假肢,這種假肢適用於肘部以下截肢的人(上臂假肢最終也會推出)。

“我拒絕了我們必須使用定製插座和夾鉗-鉤子設計的正規化,這種設計自內戰以來就沒有太大變化,”來自伊利諾伊州滑鐵盧的納伯說。相反,納伯的假肢將基於一種設計,即截肢者將假肢戴在揹帶上,並且可以在手腕處擰上不同型別的附件——例如鉤子或人造手。

預計 2011 年畢業的納伯今年夏天將前往瓜地馬拉,在一個假肢診所實地測試他的原型。畢業後,他和他的團隊計劃繼續訪問發展中國家進行 Beta 測試並修改他們的設計。他正在考慮將中國或臺灣作為大規模生產假肢的可能地點,儘管他希望組裝工作在當地完成,即在將使用人造肢體的國家完成。

正如納伯用完全回收的材料製造假肢一樣,拉菲的工作也同樣具有綠色環保的色彩。拉菲正在開發一種方法,用一層原子厚的石墨烯(本質上是一層單壁碳奈米管,它們被開啟並鋪平)來襯氫燃料汽車的油箱,以便油箱可以更好地儲存和釋放氫氣。他的目標是幫助汽車製造商加速氫燃料汽車上市。“氫經濟是解決石油依賴性的主要關鍵,”他說。

機械工程博士候選人拉菲計劃明年畢業,他說,製造氫動力汽車的挑戰主要在於氫氣的生產、儲存、分配和能量轉換。作為一種氣體,氫氣是一種密度非常低的材料,難以儲存。“我們需要一種廉價、多孔的材料,在低壓和室溫下儲存和釋放氫氣,而且它需要是一個可逆的過程,以便在需要重新填充油箱時使用,”他說,並補充說他和他的同事正在制定一項商業計劃,以幫助他們將他們的工作商業化。

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