0:00:00.000,0:00:03.000
Eu pensei que deveria falar um pouco sobre como a natureza faz materiais.

0:00:03.000,0:00:05.000
Eu trouxe comigo uma concha de um abalone.

0:00:05.000,0:00:08.000
Esta concha do abalone é um compósito biológico

0:00:08.000,0:00:11.000
que tem 98% de sua massa constituída por carbonato de cálcio

0:00:11.000,0:00:13.000
e 2%, por massa protéica.

0:00:13.000,0:00:15.000
No entanto, ele é 3.000 vezes mais resistente

0:00:15.000,0:00:17.000
do que seu equivalente geológico.

0:00:17.000,0:00:20.000
E muitas pessoas podem usar estruturas como a concha do abalone

0:00:20.000,0:00:22.000
como giz.

0:00:22.000,0:00:24.000
Eu tenho sido fascinada pelo modo como a natureza faz os materiais

0:00:24.000,0:00:26.000
e existem muitos segredos

0:00:26.000,0:00:28.000
de como eles fazem tão refinado trabalho.

0:00:28.000,0:00:30.000
Parte dele é que estes materiais

0:00:30.000,0:00:32.000
são estruturas macroscópicas,

0:00:32.000,0:00:34.000
mas são formados na escala nanométrica.

0:00:34.000,0:00:36.000
Eles são formados na escala nanométrica

0:00:36.000,0:00:39.000
e eles usam proteínas que são codificadas pelo nível genético

0:00:39.000,0:00:42.000
isto os permite construir estas estruturas realmente refinadas.

0:00:42.000,0:00:44.000
Então, algo que eu penso ser muito fascinante

0:00:44.000,0:00:47.000
é... e se você pudesse dar vida

0:00:47.000,0:00:49.000
a estruturas inanimadas,

0:00:49.000,0:00:51.000
tais como pilhas e células fotoelétricas?

0:00:51.000,0:00:53.000
E se elas tivessem algumas das mesmas aptidões

0:00:53.000,0:00:55.000
que a concha do abalone tem,

0:00:55.000,0:00:57.000
em termos de serem capazes

0:00:57.000,0:00:59.000
de gerarem estruturas realmente refinadas

0:00:59.000,0:01:01.000
à temperatura e pressão ambientais,

0:01:01.000,0:01:03.000
usando produtos químicos não-tóxicos

0:01:03.000,0:01:06.000
e devolvendo ao ambiente estes materias não-tóxicos?

0:01:06.000,0:01:09.000
Pois bem, esta é a visão que tenho tido das coisas.

0:01:09.000,0:01:11.000
Então, e se você pudesse criar uma pilha numa placa de Petri?

0:01:11.000,0:01:14.000
Ou ainda, se você pudesse incorporar informação genética à uma pilha

0:01:14.000,0:01:16.000
de modo que ela pudesse se tornar mais eficiente

0:01:16.000,0:01:18.000
em função do tempo,

0:01:18.000,0:01:20.000
e fazer tudo isto de forma ecologicamente sustentável?

0:01:20.000,0:01:23.000
Enfim, retornando à concha do abalone,

0:01:23.000,0:01:25.000
como se não bastasse ela ser nanoestruturada,

0:01:25.000,0:01:27.000
algo fascinante acontece

0:01:27.000,0:01:29.000
quando um macho e uma fêmea abalone se encontram,

0:01:29.000,0:01:31.000
eles passam adiante informação genética

0:01:31.000,0:01:34.000
que diz: "Assim é como se constrói um material refinado.

0:01:34.000,0:01:36.000
Aqui está como fazê-lo à temperatura e pressão ambientais,

0:01:36.000,0:01:38.000
usando materiais inofensivos."

0:01:38.000,0:01:41.000
O mesmo com as diatomáceas, que são mostradas aqui, e que são estruturas vítreas.

0:01:41.000,0:01:43.000
Todas as vezes que as diatomáceas replicam,

0:01:43.000,0:01:45.000
elas transmitem informações genéticas que dizem o seguinte:

0:01:45.000,0:01:47.000
"Eis aqui como gerar vidro... no oceano

0:01:47.000,0:01:49.000
e de forma perfeitamente nanoestruturada.

0:01:49.000,0:01:51.000
E você pode fazer o mesmo, repetidas vezes."

0:01:51.000,0:01:53.000
Então, e se você pudesse fazer a mesma coisa

0:01:53.000,0:01:55.000
com uma célula fotoelétrica ou com uma pilha?

0:01:55.000,0:01:58.000
Eu gosto de dizer que o meu biomaterial favorito são minhas crianças de quatro anos de idade.

0:01:58.000,0:02:01.000
Alguém que já teve, ou conhece, crianças pequenas

0:02:01.000,0:02:04.000
sabem que elas são organismos incrívelmente complexos.

0:02:04.000,0:02:06.000
E isso, porque se você quiser convencê-las

0:02:06.000,0:02:08.000
a fazerem algo que elas não querem fazer, é muito difícil.

0:02:08.000,0:02:11.000
Então, quando nós pensamos em tecnologias futuras,

0:02:11.000,0:02:13.000
nós pensamos, na verdade, em usar bactérias e vírus,

0:02:13.000,0:02:15.000
organismos mais simples.

0:02:15.000,0:02:17.000
Você pode convencê-los a trabalhar com uma nova caixa de ferramentas,

0:02:17.000,0:02:19.000
assim, eles poderiam gerar uma estrutura

0:02:19.000,0:02:21.000
que seria importante para mim.

0:02:21.000,0:02:23.000
Além disso, nós pensamos sobre as tecnologias futuras.

0:02:23.000,0:02:25.000
Começamos pela formação da Terra.

0:02:25.000,0:02:27.000
Basicamente, levou um bilhão de anos

0:02:27.000,0:02:29.000
para surgir vida na Terra.

0:02:29.000,0:02:31.000
E muito rapidamente, ela se tornou multicelular,

0:02:31.000,0:02:34.000
eles puderam replicar, eles puderam usar a fotossíntese

0:02:34.000,0:02:36.000
como meio de obtenção de sua energia.

0:02:36.000,0:02:38.000
Mas isto foi até cerca de 500 milhões de anos atrás --

0:02:38.000,0:02:40.000
durante o era geológica Cambriana --

0:02:40.000,0:02:43.000
quando os organismos no oceano começaram a fazer materiais resistentes.

0:02:43.000,0:02:46.000
Antes disso, todos eles tinham estrutruras macias e fofas.

0:02:46.000,0:02:48.000
E foi neste período

0:02:48.000,0:02:50.000
que ocorreu um aumento de cálcio e ferro

0:02:50.000,0:02:52.000
e sílica no ambiente.

0:02:52.000,0:02:55.000
E os organismos aprenderam a fazer materias resistentes.

0:02:55.000,0:02:57.000
E é isto o que eu gostaria de ser capaz de fazer --

0:02:57.000,0:02:59.000
convencer a biologia

0:02:59.000,0:03:01.000
a trabalhar com os demais elementos da tabela periódica.

0:03:01.000,0:03:03.000
Pois bem, quando você olha para a biologia,

0:03:03.000,0:03:05.000
existem muitas estruturas como o DNA, anticorpos,

0:03:05.000,0:03:07.000
proteínas e ribossomos, que vocês ouviram falar

0:03:07.000,0:03:09.000
que já são nanoestruturados.

0:03:09.000,0:03:11.000
Então, a natureza já nos deu

0:03:11.000,0:03:13.000
estruturas realmente refinadas na escala nanométrica.

0:03:13.000,0:03:15.000
E se nós pudéssemos aproveitá-las

0:03:15.000,0:03:17.000
e convencê-las a ser não um anticorpo

0:03:17.000,0:03:19.000
ou a não fazer como o HIV?

0:03:19.000,0:03:21.000
Mas, se pudéssemos convencê-las

0:03:21.000,0:03:23.000
a gerar células fotoelétricas para nós?

0:03:23.000,0:03:25.000
Eis aqui alguns exemplos: estas são algumas conchas naturais.

0:03:25.000,0:03:27.000
Existem aqui materias biológicos naturais.

0:03:27.000,0:03:29.000
Aqui, a concha do abalone -- e se você quebrá-la,

0:03:29.000,0:03:31.000
poderá observar o fato de que ela é nanoestruturada.

0:03:31.000,0:03:34.000
Estas são diatomáceas constituídas por SiO2,

0:03:34.000,0:03:36.000
e elas são bactérias magnetotáxicas

0:03:36.000,0:03:39.000
que fazem pequenos ímãs de domínio único, usados para orientação.

0:03:39.000,0:03:41.000
O que todos eles têm em comum

0:03:41.000,0:03:43.000
é que estes materiais são montados em escala nanométrica

0:03:43.000,0:03:45.000
e possuem uma sequência de DNA

0:03:45.000,0:03:47.000
que codifica uma sequência protéica,

0:03:47.000,0:03:49.000
que os fornece o padrão de montagem

0:03:49.000,0:03:51.000
necessário para construir estas estruturas realmente maravilhosas.

0:03:51.000,0:03:53.000
Agora, retornando para a concha do abalone,

0:03:53.000,0:03:56.000
o abalone faz esta concha porque ele tem estas proteínas.

0:03:56.000,0:03:58.000
Estas proteínas são bem carregadas negativamente.

0:03:58.000,0:04:00.000
E elas podem assimilar o cálcio do ambiente,

0:04:00.000,0:04:03.000
montam uma camada de cálcio, depois uma de carbonato, cálcio e carbonato.

0:04:03.000,0:04:06.000
Elas têm as sequências químicas de aminoácidos

0:04:06.000,0:04:08.000
que dizem: "Assim é que se constrói a estrutura.

0:04:08.000,0:04:10.000
Eis aqui a sequência de DNA, eis aqui a seqüência de proteínas

0:04:10.000,0:04:12.000
para que isto seja feito."

0:04:12.000,0:04:15.000
E então, uma ideia interessante é: e se você pudesse pegar qualquer material que você quisesse,

0:04:15.000,0:04:17.000
ou qualquer elemento da tabela periódica,

0:04:17.000,0:04:20.000
e encontrar sua sequência de DNA correspondente,

0:04:20.000,0:04:22.000
em seguida, codificá-la em uma sequência protéica correspondente,

0:04:22.000,0:04:25.000
para criar uma estrutura, mas não uma concha de abalone --

0:04:25.000,0:04:27.000
criar algo que, por meio da natureza,

0:04:27.000,0:04:30.000
ainda nunca houve a oportunidade de se trabalhar com ela.

0:04:30.000,0:04:32.000
E então, eis aqui a tabela periódica.

0:04:32.000,0:04:34.000
E eu absolutamente amo a tabela periódica.

0:04:34.000,0:04:37.000
Todos os anos, na aula inagural para os calouros do MIT,

0:04:37.000,0:04:39.000
Eu tenho pronta uma tabela periódica que diz:

0:04:39.000,0:04:42.000
"Bem-vindo ao MIT. Agora você está em seu elemento."

0:04:42.000,0:04:45.000
E você a vira, e aqui estão aminoácidos

0:04:45.000,0:04:47.000
com os valores de pH nos quais eles possuem diferentes cargas.

0:04:47.000,0:04:50.000
E eu também distribuo isto para milhares de pessoas.

0:04:50.000,0:04:52.000
E eu sei que ela tem escrito MIT, e aqui é o Caltech...

0:04:52.000,0:04:54.000
mas eu tenho algumas extras, caso alguém queira.

0:04:54.000,0:04:56.000
E eu fiquei realmente feliz

0:04:56.000,0:04:58.000
em receber a visita do presidente Obama em meu laboratório, este ano,

0:04:58.000,0:05:00.000
em sua visita ao MIT,

0:05:00.000,0:05:02.000
e eu realmente queria dar-lhe uma tabela periódica.

0:05:02.000,0:05:04.000
Então, na noite anterior eu fiquei acordada e perguntei ao meu marido:

0:05:04.000,0:05:07.000
"Como é que eu faço para dar, para o presidente Obama, uma tabela periódica?

0:05:07.000,0:05:09.000
E se ele disser: 'Ah, mas eu já tenho uma'

0:05:09.000,0:05:11.000
ou então: 'Eu já memorizei ela toda'?"

0:05:11.000,0:05:13.000
E então, ele veio até meu laboratório

0:05:13.000,0:05:15.000
viu os arredores -- foi uma grande visita.

0:05:15.000,0:05:17.000
E então, eu finalmente disse:

0:05:17.000,0:05:19.000
"Sir, eu gostaria de dar-lhe a tabela periódica

0:05:19.000,0:05:23.000
caso o senhor se encontre em apuros e precise calcular um peso molecular."

0:05:23.000,0:05:25.000
E imaginei que o termo 'peso-molecular' soaria menos 'nerd'

0:05:25.000,0:05:27.000
do que 'massa molar'.

0:05:27.000,0:05:29.000
Então, ele olhou para ela

0:05:29.000,0:05:31.000
e disse:

0:05:31.000,0:05:33.000
"Obrigado. Eu a consultarei periodicamente."

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

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

0:05:39.000,0:05:42.000
E posteriormente, em uma palestra que ele deu sobre energias limpas,

0:05:42.000,0:05:44.000
ele a tirou e disse:

0:05:44.000,0:05:46.000
"E as pessoas no MIT, distribuem tabelas periódicas."

0:05:46.000,0:05:49.000
Então, basicamente o que eu ainda não lhes disse

0:05:49.000,0:05:52.000
é que cerca de 500 milhões de anos atrás, os organinsmos começaram a sintetizar materiais,

0:05:52.000,0:05:54.000
mas levaram cerca de 50 milhões de anos para ficarem bons nisto.

0:05:54.000,0:05:56.000
Eles levaram cerca de 50 milhões de anos

0:05:56.000,0:05:58.000
aprendendo como fazer, como aperfeiçoar aquela concha do abalone.

0:05:58.000,0:06:00.000
Ei, isto é 'difícil de vender' para um estudante de pós-graduação.

0:06:00.000,0:06:03.000
"Eu tenho este projeto fantástico -- 50 milhões de anos."

0:06:03.000,0:06:05.000
E então, nós temos que desenvolver um modo

0:06:05.000,0:06:07.000
de fazer isto mais rapidamente.

0:06:07.000,0:06:09.000
E então, nós usamos um vírus, um vírus não-tóxico

0:06:09.000,0:06:11.000
chamado 'Bacteriófago M13'

0:06:11.000,0:06:13.000
que tem como trabalho infectar bactérias.

0:06:13.000,0:06:15.000
Bem, ele tem uma estrutura de DNA simples

0:06:15.000,0:06:17.000
que você pode vir, cortar e colar

0:06:17.000,0:06:19.000
a ela seqüências adicionais de DNA.

0:06:19.000,0:06:21.000
E, fazendo-se isto, permite-se ao vírus

0:06:21.000,0:06:24.000
que ele expresse seqüências protéicas aleatórias.

0:06:24.000,0:06:26.000
E isto é uma biotecnologia muito fácil.

0:06:26.000,0:06:28.000
E você pode basicamente fazer isto um bilhão de vezes.

0:06:28.000,0:06:30.000
E assim você pode ir e ter um bilhão de diferentes vírus

0:06:30.000,0:06:32.000
que são todos geneticamente idênticos

0:06:32.000,0:06:34.000
mas diferem, entre si, em suas extremidades,

0:06:34.000,0:06:36.000
em uma única seqüência

0:06:36.000,0:06:38.000
que codifica uma proteína apenas.

0:06:38.000,0:06:40.000
Agora, se você pegar todo o bilhão de vírus

0:06:40.000,0:06:42.000
e você pode colocá-los em uma gota de um líquido,

0:06:42.000,0:06:45.000
você pode forçá-los a interagir com qualquer coisa que você queria da tabela periódica.

0:06:45.000,0:06:47.000
E através de um processo de seleção evolutiva,

0:06:47.000,0:06:50.000
você pode pinçar um em um bilhão, e que faz algo que você gostaria que ele fizesse,

0:06:50.000,0:06:52.000
como construir uma pilha ou uma células fotoelétrica.

0:06:52.000,0:06:55.000
Então, basicamente, os vírus não se replicam sozinhos, eles precisam de um hospedeiro.

0:06:55.000,0:06:57.000
Uma vez que você encontre um em um bilhão,

0:06:57.000,0:06:59.000
você o introduz em uma bactéria,

0:06:59.000,0:07:01.000
e você faz milhões e bilhões de cópias

0:07:01.000,0:07:03.000
daquela seqüência particular.

0:07:03.000,0:07:05.000
E assim, a outra coisa que é bonita sobre a biologia

0:07:05.000,0:07:07.000
é que a biologia lhe oferece estruturas realmente requintadas

0:07:07.000,0:07:09.000
com boas escalas de ligação.

0:07:09.000,0:07:11.000
e estes vírus são compridos e magrelos,

0:07:11.000,0:07:13.000
e nós podemos fazê-los expressar a capacidade

0:07:13.000,0:07:15.000
de gerar algo como semicondutores

0:07:15.000,0:07:17.000
ou materiais para baterias.

0:07:17.000,0:07:20.000
Agora, esta é uma pilha de alta-potência criada no meu laboratório.

0:07:20.000,0:07:23.000
Nós construímos um vírus capaz de pegar nanotubos de carbono.

0:07:23.000,0:07:25.000
Pois bem, uma parte do vírus agarra o nanotubo de carbono.

0:07:25.000,0:07:27.000
E a outra parte do vírus tem uma seqüência

0:07:27.000,0:07:30.000
que pode gerar um eletrodo para uma pilha.

0:07:30.000,0:07:33.000
E depois ele o conecta, por si, ao coletor de corrente.

0:07:33.000,0:07:35.000
E assim, através de um processo de seleção evolutiva,

0:07:35.000,0:07:38.000
nós partimos de um vírus que fazia uma bateria horrível

0:07:38.000,0:07:40.000
para um vírus que fazia uma boa bateria,

0:07:40.000,0:07:43.000
(e depois) para um vírus que fazia uma bateria recordista, uma pilha de alta-potência

0:07:43.000,0:07:46.000
tudo isto feito à temperatura ambiente, basicamente sobre a bancada (do laboratório)

0:07:46.000,0:07:49.000
E aquela pilha foi para a Casa Branca, para uma conferência de imprensa.

0:07:49.000,0:07:51.000
Eu trouxe ela aqui.

0:07:51.000,0:07:54.000
Você pode vê-la neste estojo -- ela que está acendendo este LED.

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Agora, se nós pudermos escalonar isto,

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você poderia, na verdade, usá-la

0:07:58.000,0:08:00.000
para fazer funcionar seu 'Prius',

0:08:00.000,0:08:03.000
que é o meu sonho -- ser capaz de dirigir um carro movido a vírus.

0:08:04.000,0:08:06.000
Basicamente --

0:08:06.000,0:08:09.000
você pode pegar um em meio a um bilhão.

0:08:09.000,0:08:11.000
Você pode fazer inúmeras amplificações dele.

0:08:11.000,0:08:13.000
Basicamente, você faz uma amplificação no laboratório.

0:08:13.000,0:08:15.000
E depois você consegue que ele faça a auto-montagem

0:08:15.000,0:08:17.000
de uma estrutura como uma pilha.

0:08:17.000,0:08:19.000
Nós podemos fazer isto também através de catálise.

0:08:19.000,0:08:21.000
Este é um exemplo

0:08:21.000,0:08:23.000
de separação fotocatalítica da água.

0:08:23.000,0:08:25.000
E o que nós fomos capazes de fazer

0:08:25.000,0:08:28.000
foi programar um vírus para basicamente incorporar moléculas absorventes de corante

0:08:28.000,0:08:30.000
e alinhá-las sobre a superfície do vírus

0:08:30.000,0:08:32.000
então, isto age como uma antena,

0:08:32.000,0:08:34.000
e você consegue uma transferência de energia ao longo do vírus.

0:08:34.000,0:08:36.000
E depois, nós inserimos um segundo gene

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para fazer crescer um material inorgânico

0:08:38.000,0:08:40.000
que pode ser usado para separar água

0:08:40.000,0:08:42.000
em oxigênio e hidrogênio,

0:08:42.000,0:08:44.000
que podem ser usados como combustíveis limpos.

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E eu trouxe um exemplo disso comigo hoje.

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Meus alunos me prometeram que isto funcionaria.

0:08:48.000,0:08:50.000
Estes são nano-fios montados por vírus.

0:08:50.000,0:08:53.000
Quando você joga luz sobre eles, você pode vê-los borbulhando.

0:08:53.000,0:08:56.000
Neste caso, você está vendo bolhas de oxigênio saindo.

0:08:57.000,0:09:00.000
E, basicamente, manipulando os genes,

0:09:00.000,0:09:03.000
você pode controlar múltiplos materiais para melhorar o desempenho do seu aparelho.

0:09:03.000,0:09:05.000
O último exemplo são as células fotoelétricas.

0:09:05.000,0:09:07.000
Você também pode fazer isto com células fotoelétricas.

0:09:07.000,0:09:09.000
Nós fomos capazes de engenhar os vírus

0:09:09.000,0:09:11.000
para que eles pegassem nanotubos de carbono

0:09:11.000,0:09:15.000
e depois, depositassem dióxido de titânio entorno deles --

0:09:15.000,0:09:19.000
e usar como meio para os elétrons passarem através do aparelho.

0:09:19.000,0:09:21.000
E o que nós descobrimos é que, através da engenharia genética,

0:09:21.000,0:09:23.000
nós podemos realmente aumentar

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a eficiência destas células fotoelétricas

0:09:26.000,0:09:28.000
para gravar números

0:09:28.000,0:09:31.000
para estes tipos de sistemas sensibilizados por corantes.

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E eu trouxe também um destes

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para que vocês possam depois brincar por aí.

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Então, esta é uma célula fotoelétrica baseada em um vírus.

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Através de evolução e seleção,

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nós a levamos de uma célula fotoelétrica com eficiência de 8%

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para uma célula com eficiência de 11%.

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Pois bem, eu espero ter convencido vocês

0:09:48.000,0:09:51.000
de que existem muitas coisas admiráveis e interessantes para se aprender

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sobre como a natureza faz materiais --

0:09:53.000,0:09:55.000
e levar isto para um próximo passo

0:09:55.000,0:09:57.000
para ver se você pode forçar,

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ou se você pode tirar proveito de como a natureza faz materiais,

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para fazer coisas que a natureza ainda nem sonhou em fazer.

0:10:02.000,0:10:04.000
Obrigada.