Os resultados de um experimento inovador de Ciência Cidadã em grande escala chamado Projeto M, que envolveu mais de 1.000 cientistas, 800 amostras e 110 escolas secundárias do Reino Unido em um grande experimento, foram publicados na revista CrystEngComm .



O artigo é intitulado "Projeto M:Investigando o efeito de aditivos na cristalização de carbonato de cálcio por meio de um programa científico escolar para cidadãos". O artigo compartilha um conjunto gigante de resultados de cientistas cidadãos escolares que colaboraram com uma equipe da Diamond para descobrir como diferentes aditivos afetam as diferentes formas de carbonato de cálcio produzidas.

Esses aditivos afetam o tipo de carbonato de cálcio que se forma e, portanto, suas propriedades e aplicações potenciais. Ser capaz de produzir facilmente diferentes formas de carbonato de cálcio pode ser muito importante para a fabricação.

As autoras principais Claire Murray, cientista visitante da Diamond e Julia Parker, cientista principal da Diamond Beamline e especialista em ciência do carbonato de cálcio que conceituou o projeto, analisou os dados e escreveu e editou o manuscrito, explicam que apesar da capacidade da natureza de controlar com precisão a formação de carbonato de cálcio em conchas e esqueletos, laboratórios em todo o mundo são muitas vezes incapazes de exercer o mesmo nível de controle sobre como o carbonato de cálcio se forma.

“A natureza utiliza moléculas como aminoácidos e proteínas para direcionar a formação de carbonato de cálcio, por isso estávamos interessados ​​em descobrir como algumas destas moléculas afetam o carbonato de cálcio que produzimos em laboratório”, disseram os investigadores.

O Projeto M envolveu alunos e professores como cientistas, produzindo diferentes amostras de carbonato de cálcio sob diversas condições com diferentes aditivos. Ao todo, 800 dessas amostras foram analisadas em apenas 24 horas em abril de 2017 usando a técnica de difração de raios X em pó na linha de luz I11 da Diamond Light Source, o síncrotron nacional do Reino Unido. Isso criou um conjunto gigante de resultados que formam a base da publicação. Um estudo sistemático desta escala nunca foi concluído em nenhum outro lugar do mundo.

O objetivo deste projeto era descobrir como o uso de diferentes aditivos como aminoácidos afetam a estrutura do carbonato de cálcio. O mineral tem três formas principais chamadas "polimorfos" - vaterita, calcita e aragonita - que podem ser identificadas usando difração de raios X em pó na linha de luz l11 de Diamond.

A Diamond Light Source produz um dos feixes de raios X mais brilhantes do planeta Terra, que permite aos cientistas compreender a estrutura atômica dos materiais. Cientistas vêm de todo o Reino Unido e de outros lugares para usar esses raios X – bem como a luz infravermelha e ultravioleta – para fabricar medicamentos melhores, compreender o mundo natural e criar materiais futuristas.

Compreender o impacto de diferentes aditivos na produção de polimorfos é de enorme interesse na indústria, como na fabricação, em aplicações médicas, como engenharia de tecidos e no projeto de sistemas de administração de medicamentos, e até mesmo em cosméticos.

No entanto, mapear um espaço de parâmetros tão grande, em termos de aditivos e concentração, requer a síntese de um grande número de amostras e o fornecimento de técnicas de análise de alto rendimento. Apresentou uma excelente oportunidade de colaborar com 110 escolas secundárias fazendo amostras reais para mostrar a capacidade de alto rendimento da linha de luz, incluindo a rápida mudança robótica de amostras, o que significa que os padrões de difração podem ser coletados e as amostras alteradas em menos de 90 segundos.

“O projeto foi liderado por uma questão científica que tínhamos”, explicou Murray. "A ideia de envolver alunos e professores na preparação das amostras surgiu naturalmente, pois sabemos que os projetos de química estão sub-representados no espaço da ciência cidadã. A contribuição que os estudantes cientistas cidadãos podem dar à investigação não deve ser subestimada. Estes projetos podem fornecer uma forma poderosa para os investigadores acederem a volumes de dados que, de outra forma, teriam dificuldade em recolher, bem como inspirar futuras gerações de cientistas."

O projeto foi elaborado com kit e recursos para apoiar as escolas no aprendizado de novas técnicas e conhecimentos e proporcionar-lhes espaço para interagir e se envolver com o experimento. Após a análise na Diamond, os alunos tiveram a oportunidade de analisar os seus resultados, ver os seus picos e determinar que tipo de polimorfos produziram, e comparar os seus resultados com os resultados obtidos por diferentes amostras e diferentes escolas em diferentes locais no Reino Unido.

Gry E. Christensen, ex-aluno e cientista do Projeto M da Didcot Girls' School, Didcot comentou:"Foi uma jornada incrível e recomendo que se alguma outra escola tiver a chance de ajudar em um projeto semelhante, então embarque, porque é uma oportunidade única para os alunos, e você sente que pode fazer uma mudança positiva no mundo."

“O fato de ainda não sabermos a resposta foi um fator motivacional para os alunos”, explica Murray. "Os professores nos disseram que levavam tudo mais a sério, porque se tratava de ciência real em ação - realmente significava alguma coisa. Eles compartilharam como os alunos estavam entusiasmados em traduzir suas habilidades de laboratório para este experimento e que os alunos foram capazes de contextualizar seu aprendizado a partir de seus livros prescritos e aulas de laboratório.

"Os professores também destacaram o seu próprio interesse e curiosidade, uma vez que muitos deles se formaram como químicos na sua formação. Eles apreciaram a ligação à ciência real para si próprios e a oportunidade de desenvolvimento profissional contínuo."

Matthew Wainwright, professor e cientista do Projeto M na Kettlethorpe High School, Wakefield, acrescenta:"O projeto ofereceu aos nossos alunos uma oportunidade única de participar de pesquisas científicas genuínas e deve servir de modelo para projetos futuros que visam envolver os jovens na ciência além da sala de aula."

Explorar o papel dos aminoácidos no direcionamento da cristalização com os cientistas do Projeto M foi uma oportunidade e uma honra para os autores. Parker explicou:"Em nosso trabalho, vemos como podemos tirar novas conclusões científicas sobre o efeito dos aminoácidos na estrutura dos polimorfos de carbonato de cálcio calcita e vaterita.

"Esta capacidade de explorar um amplo espaço de parâmetros em condições de amostra, ao mesmo tempo que proporciona benefícios contínuos de envolvimento educacional e científico para os alunos e professores envolvidos, podemos esperar que no futuro seja aplicada a outras investigações de síntese de materiais."

O Projeto M permitiu às escolas realizar pesquisas reais e fazer uma experiência que nunca tinha sido feita antes, no seu próprio laboratório escolar. Foi o primeiro projecto de “ciência cidadã” gerido pela Diamond, que transportou a ciência Diamond para as escolas e permitiu a produção de um conjunto considerável de resultados, que resultou agora nesta publicação de sucesso na CrystEngComm .

Mais informações: Claire A. Murray et al, Projeto M:investigando o efeito de aditivos na cristalização de carbonato de cálcio por meio de um programa de ciência cidadã escolar, CrystEngComm (2024). DOI:10.1039/D3CE01173A
Fornecido por Diamond Light Source