0:00:00.000,0:00:03.000
Jeg tænkte at jeg vil tale en lille smule om hvordan naturen laver materialer.

0:00:03.000,0:00:05.000
Jeg tog en abaloneskal med mig.

0:00:05.000,0:00:08.000
Denne abaloneskal er et biokomposit materiale

0:00:08.000,0:00:11.000
hvor massen er 98 procent kalciumkarbonat

0:00:11.000,0:00:13.000
og to procent af massen er protein.

0:00:13.000,0:00:15.000
Ja, det er 3.000 gange mere hårdfør

0:00:15.000,0:00:17.000
end sit geologiske modstykke.

0:00:17.000,0:00:20.000
Og mange mennesker bruger måske strukturer som abaloneskaller,

0:00:20.000,0:00:22.000
ligesom kridt.

0:00:22.000,0:00:24.000
Jeg er blevet fascineret af hvordan naturen laver materialer,

0:00:24.000,0:00:26.000
og der har meget at gøre med rækkefølge

0:00:26.000,0:00:28.000
måden hvorpå de laver sådan et elegant stykke arbejde.

0:00:28.000,0:00:30.000
En del af dette er at disse materialer

0:00:30.000,0:00:32.000
har en makroskopisk struktur,

0:00:32.000,0:00:34.000
men de bliver formet på nano målestoksforhold.

0:00:34.000,0:00:36.000
De bliver formet på nano målestoksforhold,

0:00:36.000,0:00:39.000
og de bruger proteiner der er kodet af det genetiske niveau

0:00:39.000,0:00:42.000
der tillader dem at bygge disse virkelig elegante strukturer.

0:00:42.000,0:00:44.000
Så noget som jeg synes er meget fascinerende

0:00:44.000,0:00:47.000
er hvis man kunne bringe liv

0:00:47.000,0:00:49.000
til ikke levende strukturer,

0:00:49.000,0:00:51.000
ligesom batterier og ligesom solceller?

0:00:51.000,0:00:53.000
Hvad hvis de havde nogle af de samme evner

0:00:53.000,0:00:55.000
som en abaloneskal havde,

0:00:55.000,0:00:57.000
med hensyn til at være i stand til

0:00:57.000,0:00:59.000
at bygge virkelig elegante strukturer

0:00:59.000,0:01:01.000
ved stuetemperatur og stue trykniveau,

0:01:01.000,0:01:03.000
ved at bruge ikke giftige kemikalier

0:01:03.000,0:01:06.000
og tillægger ikke giftige materialer tilbage til miljøet?

0:01:06.000,0:01:09.000
Så det er den vision jeg har tænkt på.

0:01:09.000,0:01:11.000
Så hvad hvis man kunne dyrke et batteri i en petriskål?

0:01:11.000,0:01:14.000
Eller, hvad hvis man kunne give genetisk information til et batteri

0:01:14.000,0:01:16.000
så det faktisk kunne blive bedre

0:01:16.000,0:01:18.000
med tiden,

0:01:18.000,0:01:20.000
og gøre det på en miljøvenlig måde?

0:01:20.000,0:01:23.000
Så, når man går tilbage til abaloneskallen,

0:01:23.000,0:01:25.000
ud over at være nanostruktureret,

0:01:25.000,0:01:27.000
en ting der er fascinerende,

0:01:27.000,0:01:29.000
er når en mandlig og en kvindelig abalone finder sammen,

0:01:29.000,0:01:31.000
giver de genetisk information videre

0:01:31.000,0:01:34.000
der siger, "Dette er hvordan man bygger et elegant materiale.

0:01:34.000,0:01:36.000
Her er hvordan man gør det ved stuetemperatur og trykniveau,

0:01:36.000,0:01:38.000
ved hjælp af ikke giftige materialer."

0:01:38.000,0:01:41.000
Det samme med kiselalger, der er vist her til højre, der er glasagtige strukturer.

0:01:41.000,0:01:43.000
Hver gang kiselalgerne formerer sig,

0:01:43.000,0:01:45.000
giver de genetisk information der fortæller,

0:01:45.000,0:01:47.000
"Sådan bygger man glas i havet

0:01:47.000,0:01:49.000
der er perfekt nanostruktureret.

0:01:49.000,0:01:51.000
Og man kan lave det ens, igen og igen."

0:01:51.000,0:01:53.000
Så hvad hvis man kunne gøre det samme

0:01:53.000,0:01:55.000
med en solcelle eller et batteri?

0:01:55.000,0:01:58.000
Jeg kan godt lide at sige at mit yndlings biomateriale er min fire-årige.

0:01:58.000,0:02:01.000
Men alle der nogensinde har haft, eller kender, små børn

0:02:01.000,0:02:04.000
ved at de er utrolig komplicerede organismer.

0:02:04.000,0:02:06.000
Så hvis man ville overbevise dem

0:02:06.000,0:02:08.000
om at gøre noget de ikke vil gøre, er det meget vanskeligt.

0:02:08.000,0:02:11.000
Så når vi tænker på fremtidige teknologier,

0:02:11.000,0:02:13.000
vi tænker faktisk på at bruge bakterier og virusser,

0:02:13.000,0:02:15.000
simple organismer.

0:02:15.000,0:02:17.000
Kan man overbevise dem om at arbejde med en ny værktøjskasse,

0:02:17.000,0:02:19.000
så de kan bygge en struktur

0:02:19.000,0:02:21.000
der vil være vigtig for mig?

0:02:21.000,0:02:23.000
Ligeledes, når vi tænker på fremtidige teknologier,

0:02:23.000,0:02:25.000
begynder vi med begyndelsen på Jorden.

0:02:25.000,0:02:27.000
Dybest set, tog det en milliard år

0:02:27.000,0:02:29.000
før der var liv på Jorden.

0:02:29.000,0:02:31.000
Og meget hurtigt, blev det multicellulær liv,

0:02:31.000,0:02:34.000
som de kunne reproducere, de kunne bruge fotosyntese

0:02:34.000,0:02:36.000
som deres energikilde.

0:02:36.000,0:02:38.000
Men det var ikke indtil for 500 millioner år siden --

0:02:38.000,0:02:40.000
i den cambriske geologiske tids periode --

0:02:40.000,0:02:43.000
at organismerne i havet begyndte at lave hårde materialer.

0:02:43.000,0:02:46.000
Før det, var de alle bløde, dunagtige strukturer.

0:02:46.000,0:02:48.000
Og det var i denne periode

0:02:48.000,0:02:50.000
at der var forhøjet kalcium og jern

0:02:50.000,0:02:52.000
og silikone i miljøet,

0:02:52.000,0:02:55.000
og organismerne lærte hvordan man laver hårde materialer.

0:02:55.000,0:02:57.000
Så det er det jeg gerne ville være i stand til at gøre --

0:02:57.000,0:02:59.000
overbevise biologi

0:02:59.000,0:03:01.000
om at arbejde sammen med resten af det periodiske system.

0:03:01.000,0:03:03.000
Hvis man kigger på biologi,

0:03:03.000,0:03:05.000
er der mange strukturer som DNA og antistoffer

0:03:05.000,0:03:07.000
og proteiner og ribosomer som man har hørt om

0:03:07.000,0:03:09.000
som allerede er nanostruktureret.

0:03:09.000,0:03:11.000
Så naturen giver os allerede

0:03:11.000,0:03:13.000
virkelig elegante strukturer på nanoniveau.

0:03:13.000,0:03:15.000
Hvad ville der sker hvis vi kunne udnytte dem

0:03:15.000,0:03:17.000
og overbevise dem om ikke at være et antistof

0:03:17.000,0:03:19.000
der gør noget ligesom HIV?

0:03:19.000,0:03:21.000
Men hvis vi kunne overbevise dem

0:03:21.000,0:03:23.000
om at bygge en solcelle for os?

0:03:23.000,0:03:25.000
Så her er der nogle eksempler: dette er nogle naturlige skaller.

0:03:25.000,0:03:27.000
Det er naturlige biologiske materialer.

0:03:27.000,0:03:29.000
Abaloneskallen her -- og hvis man brækker det,

0:03:29.000,0:03:31.000
kan man se på det faktum at det er nanostruktureret.

0:03:31.000,0:03:34.000
Der er diatomer lavet af SIO2,

0:03:34.000,0:03:36.000
det er magnetotaktiske bakterier

0:03:36.000,0:03:39.000
der laver små, enkelt område magneter der bruges til navigation.

0:03:39.000,0:03:41.000
Det som alle disse har tilfælles

0:03:41.000,0:03:43.000
er at disse materialer er struktureret på nanoniveau,

0:03:43.000,0:03:45.000
og de har en DNA sekvens

0:03:45.000,0:03:47.000
der koder en bestemt proteinsekvens

0:03:47.000,0:03:49.000
der giver dem grundtegningen

0:03:49.000,0:03:51.000
til at være i stand til at bygge disse virkelig vidunderlige strukturer.

0:03:51.000,0:03:53.000
Går vi tilbage til abaloneskallen,

0:03:53.000,0:03:56.000
laver abalonen denne skal ved at have disse proteiner.

0:03:56.000,0:03:58.000
Disse proteiner er meget negativt ladede.

0:03:58.000,0:04:00.000
Og de kan trække kalcium ud af miljøet,

0:04:00.000,0:04:03.000
lægge et lag kalcium og så karbonat, kalcium og karbonat.

0:04:03.000,0:04:06.000
Den har den kemiske sekvens af aminosyrer,

0:04:06.000,0:04:08.000
der siger, "Dette er hvordan man bygger strukturen.

0:04:08.000,0:04:10.000
Her er DNA sekvensen, her er proteinsekvensen

0:04:10.000,0:04:12.000
til at kunne gøre det."

0:04:12.000,0:04:15.000
Så en interessant ide er, hvad hvis man kunne tage et hvilket som helst materiale man ville,

0:04:15.000,0:04:17.000
eller hvilket som helst element i det periodiske system,

0:04:17.000,0:04:20.000
og finder dens tilsvarende DNA sekvens,

0:04:20.000,0:04:22.000
og så koder den til en tilsvarende proteinsekvens

0:04:22.000,0:04:25.000
for at bygge en struktur, men ikke bygger en abaloneskal --

0:04:25.000,0:04:27.000
men bygger noget der, gennem naturen,

0:04:27.000,0:04:30.000
har den aldrig fået muligheden til at arbejde endnu.

0:04:30.000,0:04:32.000
Så her er det periodiske system.

0:04:32.000,0:04:34.000
Og jeg elsker absolut det periodiske system.

0:04:34.000,0:04:37.000
Hvert år ved den tiltrædende førsteårselev klasse ved MIT,

0:04:37.000,0:04:39.000
har jeg lavet en periodisk tabel der siger,

0:04:39.000,0:04:42.000
"Velkommen til MIT. Du er nu i dit rette element."

0:04:42.000,0:04:45.000
Og man vender den om, og det er aminosyrer

0:04:45.000,0:04:47.000
med PH værdien hvor de har forskellige ladninger.

0:04:47.000,0:04:50.000
Så jeg giver dette til tusindevis af mennesker.

0:04:50.000,0:04:52.000
Og jeg ved der står MIT, og dette er Caltech,

0:04:52.000,0:04:54.000
men jeg har et par ekstra hvis folk vil have dem.

0:04:54.000,0:04:56.000
Og det var virkelig heldigt

0:04:56.000,0:04:58.000
at have President Obama på besøg i mit laboratorium sidste år

0:04:58.000,0:05:00.000
på hans visit til MIT,

0:05:00.000,0:05:02.000
og jeg ville virkelig gerne give ham det periodiske system.

0:05:02.000,0:05:04.000
Så jeg blev oppe om natten, og jeg talte med min mand,

0:05:04.000,0:05:07.000
"Hvordan giver jeg President Obama det periodiske system?

0:05:07.000,0:05:09.000
Hvad hvis han siger, 'Åh, den har jeg allerede.'

0:05:09.000,0:05:11.000
eller, 'Jeg har allerede lært den udenad'?" (Latter)

0:05:11.000,0:05:13.000
Så han kom og besøgte mit laboratorium

0:05:13.000,0:05:15.000
og kiggede omkring -- det var et storartet besøg.

0:05:15.000,0:05:17.000
Og bagefter, sagde jeg,

0:05:17.000,0:05:19.000
"Sir, jeg vil give dig det periodiske system

0:05:19.000,0:05:23.000
for det tilfælde at du kommer i knibe og har brug for at beregne molekylevægt."

0:05:23.000,0:05:25.000
Og jeg troede molekylær vægt lød meget mindre nørdet

0:05:25.000,0:05:27.000
end molær masse.

0:05:27.000,0:05:29.000
Så han kiggede på den,

0:05:29.000,0:05:31.000
og han sagde,

0:05:31.000,0:05:33.000
"Tak. Jeg vil kigge på det periodisk."

0:05:33.000,0:05:35.000
(Latter)

0:05:35.000,0:05:39.000
(Bifald)

0:05:39.000,0:05:42.000
Og senere i en forelæsning som han gav om ren energi

0:05:42.000,0:05:44.000
fandt han det frem og sagde,

0:05:44.000,0:05:46.000
"Og folkene ved MIT, de gav mig dette periodiske system."

0:05:46.000,0:05:49.000
Så det jeg dybest set ikke fortalte jer

0:05:49.000,0:05:52.000
er at for cirka 500 millioner år siden, begyndte organismer at lave materialer,

0:05:52.000,0:05:54.000
men det tog dem cirka 50 millioner år at blive gode til det.

0:05:54.000,0:05:56.000
Det tog dem cirka 50 millioner år

0:05:56.000,0:05:58.000
at lære hvordan man perfektionerer det at lave abaloneskaller.

0:05:58.000,0:06:00.000
Og det er hårdt at sælge til kandidatstuderende. (Latter)

0:06:00.000,0:06:03.000
"Jeg har dette imponerende projekt -- 50 millioner år."

0:06:03.000,0:06:05.000
Så vi skulle udvikle en måde

0:06:05.000,0:06:07.000
til at prøve at gøre dette hurtigere.

0:06:07.000,0:06:09.000
Så vi bruger en virus der er en ikke giftig virus

0:06:09.000,0:06:11.000
der hedder M13 bakteriofag

0:06:11.000,0:06:13.000
hvis job er at inficere bakterie.

0:06:13.000,0:06:15.000
Jamen den har en simpel DNA struktur

0:06:15.000,0:06:17.000
som man kan gå ind og klippe og klistre

0:06:17.000,0:06:19.000
yderligere DNA sekvenser i.

0:06:19.000,0:06:21.000
Og ved at gøre det, tillader det viruset

0:06:21.000,0:06:24.000
at udtrykke tilfældige protein sekvenser.

0:06:24.000,0:06:26.000
Og dette er ret nem bioteknologi.

0:06:26.000,0:06:28.000
Og man kunne dybest set gøre dette en milliard gange.

0:06:28.000,0:06:30.000
Så man kan gå ind og have en milliard forskellige virusser

0:06:30.000,0:06:32.000
der alle er genetisk identiske,

0:06:32.000,0:06:34.000
men de er forskellige fra hinanden baseret på deres spids,

0:06:34.000,0:06:36.000
på en sekvens

0:06:36.000,0:06:38.000
der koder et protein.

0:06:38.000,0:06:40.000
Hvis man nu tager alle en milliard virusser,

0:06:40.000,0:06:42.000
og man kan putte dem i en dråbe væske,

0:06:42.000,0:06:45.000
kan man tvinge dem til at interagere med hvad som helst man vil i det periodiske system.

0:06:45.000,0:06:47.000
Og gennem en evolutionær udvælgelsesproces,

0:06:47.000,0:06:50.000
kan man vælge en ud af en milliard der gør noget man vil have det til,

0:06:50.000,0:06:52.000
som at dyrke et batteri eller en solcelle.

0:06:52.000,0:06:55.000
Så i bund og grund, kan virusser ikke reproducere; de har brug for en vært.

0:06:55.000,0:06:57.000
Når man finder den ene ud af milliarden,

0:06:57.000,0:06:59.000
inficerer man den ind i en bakterie,

0:06:59.000,0:07:01.000
og man laver millioner af millioner af kopier

0:07:01.000,0:07:03.000
af den bestemte sekvens.

0:07:03.000,0:07:05.000
Så den anden ting der er smuk ved biologi,

0:07:05.000,0:07:07.000
er at biologi giver os virkelig elegante strukturer

0:07:07.000,0:07:09.000
med flotte sammenkædede niveauer.

0:07:09.000,0:07:11.000
Og disse virusser er lange og tynde,

0:07:11.000,0:07:13.000
og vi kan få dem til at udtrykke evnen

0:07:13.000,0:07:15.000
til at dyrke noget som halvledere

0:07:15.000,0:07:17.000
eller materialer til batterier.

0:07:17.000,0:07:20.000
Nu er dette et kraftigt batteri vi dyrkede i mit laboratorium.

0:07:20.000,0:07:23.000
Vi designede et virus til at samle kulstof nanorør.

0:07:23.000,0:07:25.000
Så en del af virussen snupper et kulstof nanorør.

0:07:25.000,0:07:27.000
Den anden del af virussen har en sekvens

0:07:27.000,0:07:30.000
der kan dyrke et elektrode materiale til et batteri.

0:07:30.000,0:07:33.000
Og så tilslutter den sig selv til den nuværende samler.

0:07:33.000,0:07:35.000
Så gennem en evolutionær udvælgelsesproces,

0:07:35.000,0:07:38.000
gik vi fra at være i stand til at have en virus der lavede usselt batteri

0:07:38.000,0:07:40.000
til en virus der lavede et godt batteri

0:07:40.000,0:07:43.000
til en virus der lavede kraftige batterier der slog tidlige rekorder,

0:07:43.000,0:07:46.000
der alt sammen bliver lavet ved stuetemperatur, dybest set på brugsstedet.

0:07:46.000,0:07:49.000
Og det batteri var med ved det Hvide Hus til en pressekonference.

0:07:49.000,0:07:51.000
Jeg tog det med her.

0:07:51.000,0:07:54.000
Man kan se den i denne kasse -- den giver lys til denne LED.

0:07:54.000,0:07:56.000
Hvis man nu kunne lave det i et andet størrelsesforhold,

0:07:56.000,0:07:58.000
kunne man faktisk bruge det

0:07:58.000,0:08:00.000
til at drive ens Prius,

0:08:00.000,0:08:03.000
hvilket er min drøm -- at være i stand til at køre en virus drevet bil.

0:08:04.000,0:08:06.000
Men det er i bund og grund --

0:08:06.000,0:08:09.000
man kan vælge en ud af milliard.

0:08:09.000,0:08:11.000
Man kan lave mange suppleringer til det.

0:08:11.000,0:08:13.000
Dybest set, kunne man lave en supplering i laboratoriet,

0:08:13.000,0:08:15.000
og så kunne man få det til at samle sig selv

0:08:15.000,0:08:17.000
til en struktur ligesom et batteri.

0:08:17.000,0:08:19.000
Vi er i stand til også at gøre dette med katalyse.

0:08:19.000,0:08:21.000
Dette er eksemplet

0:08:21.000,0:08:23.000
på fotokatalytisk deling af vand.

0:08:23.000,0:08:25.000
Og det vi har været i stand til at gøre

0:08:25.000,0:08:28.000
er at designe et virus til dybest set at tage farvestof absorberende molekyler

0:08:28.000,0:08:30.000
og sætte dem på linje på virussets overflade

0:08:30.000,0:08:32.000
så det virker som en antenne,

0:08:32.000,0:08:34.000
og man kan få en energi overførsel hen over virusset.

0:08:34.000,0:08:36.000
Og så giver vi det et andet gen

0:08:36.000,0:08:38.000
til at dyrke et uorganisk materiale

0:08:38.000,0:08:40.000
der kan bruges til at dele vand

0:08:40.000,0:08:42.000
til oxygen og hydrogen

0:08:42.000,0:08:44.000
der kan bruges til ren brændstof.

0:08:44.000,0:08:46.000
Og jeg har taget et eksempel med mig i dag.

0:08:46.000,0:08:48.000
Mine studerende lovede mig at det ville virke.

0:08:48.000,0:08:50.000
Der er virus samlede nanotråde.

0:08:50.000,0:08:53.000
Når man skinner lys på dem, kan man se at de bobler.

0:08:53.000,0:08:56.000
I dette tilfælde, ser man oxygen boblerne komme ud.

0:08:57.000,0:09:00.000
Og dybest set, ved at kontrollere generne,

0:09:00.000,0:09:03.000
kan man kontrollere adskillige materialer til at forbedre ens apparats præstation.

0:09:03.000,0:09:05.000
Det sidste eksempel er solceller.

0:09:05.000,0:09:07.000
Man kan også gøre dette med solceller.

0:09:07.000,0:09:09.000
Vi har været i stand til at designe virusser

0:09:09.000,0:09:11.000
til at samle kulfiber nanorørene

0:09:11.000,0:09:15.000
og så dyrke titaniumdioxid omkring dem --

0:09:15.000,0:09:19.000
og bruge som en måde til at få elektronerne gennem apparatet.

0:09:19.000,0:09:21.000
Og det vi har fundet ud af gennem genetisk design,

0:09:21.000,0:09:23.000
er at vi faktisk kan forhøje

0:09:23.000,0:09:26.000
effektiviteten af disse solceller

0:09:26.000,0:09:28.000
til rekordhøje tal

0:09:28.000,0:09:31.000
for denne type farvestof følsomme systemer.

0:09:31.000,0:09:33.000
Og jeg medbragte en af dem også

0:09:33.000,0:09:36.000
som man kan lege rundt med udenfor bagefter.

0:09:36.000,0:09:38.000
Dette er en virusbaseret solcelle.

0:09:38.000,0:09:40.000
Gennem evolution og udvælgelse,

0:09:40.000,0:09:43.000
vi det fra en otte procent effektiv solcelle

0:09:43.000,0:09:46.000
til en 11 procent effektiv solcelle.

0:09:46.000,0:09:48.000
Så jeg håber at jeg overbeviste jer

0:09:48.000,0:09:51.000
om at der er mange gode, interessante ting at lære

0:09:51.000,0:09:53.000
om hvordan naturen laver materialer --

0:09:53.000,0:09:55.000
og tage det næste skridt

0:09:55.000,0:09:57.000
for at se om man kan påvirke,

0:09:57.000,0:09:59.000
eller om man kan udnytte hvordan naturen laver materialer,

0:09:59.000,0:10:02.000
til at lave ting som naturen endnu ikke har drømmet om at lave.

0:10:02.000,0:10:04.000
Tak.