0:00:00.000,0:00:03.130
Pensei em falar-vos um pouco[br]de como a Natureza cria os materiais.

0:00:03.130,0:00:05.000
Trouxe comigo uma concha de haliote.

0:00:05.000,0:00:08.000
Esta concha é um material "biocompósito":

0:00:08.000,0:00:11.000
98% da massa é carbonato de cálcio

0:00:11.000,0:00:13.530
e os restantes 2% são proteínas.

0:00:13.530,0:00:16.000
Com esta constituição,[br]é 3000 vezes mais resistente

0:00:16.000,0:00:17.820
do que o carbonato de cálcio simples.

0:00:17.820,0:00:20.310
E muitas pessoas usam estruturas[br]como estas conchas,

0:00:20.310,0:00:22.280
como o giz.

0:00:22.280,0:00:24.870
Fascina-me saber como a Natureza[br]cria estes materiais,

0:00:24.870,0:00:28.010
e há muitos segredos para os criar[br]de forma tão complexa.

0:00:28.010,0:00:30.100
Um aspecto relevante é que estes materiais

0:00:30.100,0:00:32.000
apresentam uma estrutura macroscópica,

0:00:32.000,0:00:34.570
mas o processo de formação[br]ocorre a uma "nano-escala".

0:00:34.570,0:00:36.780
Estes materiais formam-se[br]a uma "nano-escala",

0:00:36.780,0:00:39.230
e usam proteínas,[br]codificadas a nível genético,

0:00:39.230,0:00:42.960
que lhes permite a criação[br]destas estruturas complexas.

0:00:42.960,0:00:44.810
Uma coisa que considero fascinante

0:00:44.810,0:00:48.660
é o que aconteceria se pudéssemos dar vida[br]a estruturas não-vivas,

0:00:48.660,0:00:51.000
como pilhas, baterias,[br]e células fotovoltaicas?

0:00:51.000,0:00:53.310
Como seria se elas tivessam[br]as mesmas capacidades

0:00:53.310,0:00:55.530
que a concha de haliote,

0:00:55.530,0:00:58.880
em termos de serem capazes[br]de construir estruturas complexas

0:00:58.890,0:01:01.000
à pressão e temperatura ambientes,

0:01:01.000,0:01:03.000
usando materiais não-tóxicos

0:01:03.000,0:01:06.000
e não poluindo o ambiente[br]com resíduos tóxicos?

0:01:06.000,0:01:09.000
Esta é a perspectiva[br]que tenho aprofundado.

0:01:09.000,0:01:12.120
E se fosse possível fazer crescer[br]uma bateria numa placa de Petri?

0:01:12.120,0:01:15.290
Ou se fosse possível passar[br]informação genética para uma bateria,

0:01:15.290,0:01:18.430
de forma a que ela pudesse melhorar[br]o desempenho ao longo do tempo

0:01:18.430,0:01:20.970
e fazer isso de forma amiga do ambiente?

0:01:20.970,0:01:23.000
Assim, voltando a esta concha de haliote,

0:01:23.000,0:01:25.270
além da sua estrutura "nanoscópica",

0:01:25.270,0:01:27.000
outro aspecto fascinante

0:01:27.000,0:01:29.340
é que quando um haliote macho[br]e uma haliote fêmea

0:01:29.340,0:01:31.000
passam a informação genética,

0:01:31.000,0:01:34.000
dizem: "É assim que se constrói[br]um material complexo.

0:01:34.000,0:01:36.620
"É assim que se faz,[br]à pressão e temperatura ambientes,

0:01:36.620,0:01:38.350
"utilizando materiais não tóxicos".

0:01:38.350,0:01:41.530
O mesmo se passa com as diatomáceas,[br]que são estruturas vítreas.

0:01:41.530,0:01:43.530
Sempre que uma diatomácea se reproduz,

0:01:43.530,0:01:45.000
a sua informação genética diz:

0:01:45.000,0:01:47.210
"Aqui está a forma de construir vidro[br]no oceano

0:01:47.210,0:01:49.460
"com uma nano-estrutura[br]perfeitamente definida.

0:01:49.460,0:01:51.850
"E este processo é transferível,[br]vezes sem conta."

0:01:51.850,0:01:53.780
E se fosse possível fazer a mesma coisa

0:01:53.780,0:01:56.040
com uma célula fotovoltaica[br]ou com uma bateria?

0:01:56.040,0:01:59.440
Gosto de dizer que o meu biomaterial[br]preferido é o meu filho de 4 anos.

0:01:59.440,0:02:01.920
Todos os que conhecem crianças pequenas

0:02:01.920,0:02:04.450
sabem que as crianças[br]são organismos muito complexos.

0:02:04.450,0:02:06.000
É muito difícil convencê-los

0:02:06.000,0:02:08.000
a fazer algo que não queiram

0:02:08.000,0:02:11.000
Assim, quando pensamos[br]em tecnologias do futuro,

0:02:11.000,0:02:14.260
e pensamos em utilizar[br]bactérias, e e vírus, organismos simples.

0:02:14.260,0:02:17.450
Conseguiremos convencê-los a trabalhar[br]com outras matérias-primas,

0:02:17.460,0:02:19.000
para construírem uma estrutura

0:02:19.000,0:02:21.000
que seja importante para nós?

0:02:21.000,0:02:23.000
Para projectar as tecnologias do futuro

0:02:23.000,0:02:25.490
baseamo-nos no nascimento[br]do nosso planeta, a Terra.

0:02:25.490,0:02:27.330
Foram necessários mil milhões de anos

0:02:27.330,0:02:29.000
para que a vida surgisse na Terra.

0:02:29.000,0:02:31.520
Rapidamente, tornou-se multi-celular,

0:02:31.520,0:02:33.270
pôde reproduzir-se,

0:02:33.270,0:02:36.000
utilizou a fotossíntese[br]como forma de obter energia

0:02:36.000,0:02:38.000
mas foi só há cerca de 500 milhões de anos

0:02:38.000,0:02:40.000
-- durante o Câmbrico --

0:02:40.000,0:02:43.120
que os organismos marinhos[br]começaram a produzir materiais rígidos.

0:02:43.120,0:02:46.680
Antes disso, os organismos marinhos[br]apresentavam estruturas moles e fofas.

0:02:46.680,0:02:48.000
Foi durante esse período,

0:02:48.000,0:02:50.000
com grandes quantidades de cálcio, ferro

0:02:50.000,0:02:52.000
e silício disponíveis no ambiente,

0:02:52.000,0:02:55.000
que os organismos vivos[br]aprenderam a produzir materiais rígidos.

0:02:55.000,0:02:57.000
E é isto que eu pretendo fazer

0:02:57.000,0:02:58.780
-- convencer os organismos vivos

0:02:58.780,0:03:01.000
a trabalhar com o resto[br]da Tabela Periódica.

0:03:01.000,0:03:03.000
Na perspectiva da Biologia,

0:03:03.000,0:03:05.210
há muitas estruturas[br]como o ADN e anticorpos,

0:03:05.210,0:03:08.180
proteínas e ribossomas[br]-- de que já devem ter ouvido falar --

0:03:08.180,0:03:09.720
com uma estrutura "nanoscópica";

0:03:09.720,0:03:11.660
A Natureza apresenta muitas alternativas

0:03:11.660,0:03:13.480
de estruturas nanoscópicas complexas.

0:03:13.480,0:03:15.220
E se fosse possível "domesticá-las"

0:03:15.220,0:03:18.040
convencê-las a não serem anticorpos

0:03:18.040,0:03:20.240
que provocam algo indesejado[br]como a SIDA/HIV?

0:03:20.240,0:03:21.820
E se as conseguíssemos convencer

0:03:21.820,0:03:24.030
a construir uma célula solar para nós?

0:03:24.030,0:03:26.900
Aqui estão alguns exemplos:[br]estas são conchas naturais

0:03:26.900,0:03:27.890
materiais biológicos

0:03:27.890,0:03:30.000
A concha do haliote[br]-- se nós a quebrarmos,

0:03:30.000,0:03:32.000
podemos constatar a sua nano-estrutura.

0:03:32.000,0:03:34.420
Estas diatomáceas[br]são essencialmente feitas de SiO2

0:03:34.420,0:03:36.780
e estas são bactérias[br]com propriedades magnéticas

0:03:36.780,0:03:39.000
que podem ser utilizadas para a navegação.

0:03:39.000,0:03:41.000
Todas estas conchas têm em comum

0:03:41.000,0:03:43.000
o facto de apresentarem uma nanoestrutura

0:03:43.000,0:03:45.520
e terem uma sequência de ADN

0:03:45.520,0:03:47.600
que codifica uma sequência de proteínas

0:03:47.600,0:03:49.850
que lhes dá um plano,[br]uma ordem de construção,

0:03:49.850,0:03:52.560
que lhes permite contruir[br]estas estruturas maravilhosas.

0:03:52.560,0:03:54.190
Regressando à concha de haliote,

0:03:54.190,0:03:56.310
o haliote produz estas conchas[br]com proteínas

0:03:56.310,0:03:58.580
Estas proteínas[br]têm uma carga eléctrica negativa

0:03:58.580,0:04:01.580
o que lhes permite "puxar",[br]absorver, o cálcio do seu ambiente

0:04:01.580,0:04:05.430
e criar alternadamente camadas de cálcio /[br]carbonato / cálcio / carbonato, etc...

0:04:05.430,0:04:07.400
O haliote tem uma sequência[br]de aminoácidos

0:04:07.400,0:04:09.480
que diz: "É assim[br]que se constrói a concha.

0:04:09.480,0:04:12.560
"Aqui está a sequência de ADN,[br]aqui está a sequência de proteínas

0:04:12.560,0:04:14.010
"para construir a concha".

0:04:14.010,0:04:17.070
O que aconteceria se fosse possível[br]escolher qualquer material,

0:04:17.070,0:04:19.200
ou qualquer elemento da Tabela Periódica,

0:04:19.200,0:04:20.890
encontrar a sua sequência de ADN,

0:04:20.890,0:04:23.340
codificar a respectiva[br]sequência de proteínas

0:04:23.340,0:04:24.910
para construir uma estrutura

0:04:24.910,0:04:27.760
-- não uma concha[br]mas algo que nunca foi produzido --

0:04:27.760,0:04:29.960
de forma natural?

0:04:31.050,0:04:33.240
Aqui está a Tabela Periódica.

0:04:33.470,0:04:35.330
Acho a Tabela Periódica uma maravilha!

0:04:35.330,0:04:37.660
Todos os anos,[br]para receber os Caloiros no MIT,

0:04:37.660,0:04:39.480
tenho uma Tabela Periódica que diz:

0:04:39.480,0:04:42.220
"Bem-vindo ao MIT.[br]Agora estás no teu elemento." (Risos)

0:04:42.220,0:04:45.000
Do outro lado, uma tabela que indica

0:04:45.000,0:04:47.740
as cargas dos aminoácidos[br]para diferentes valores de pH.

0:04:47.740,0:04:50.490
E distribuo estas Tabelas[br]a milhares de alunos.

0:04:50.490,0:04:53.870
Eu sei que estas Tabelas dizem "MIT",[br]e que nós estamos no "CalTech",

0:04:53.870,0:04:56.110
mas tenho mais algumas,[br]se alguém as quiser...

0:04:56.110,0:04:56.950
Tive muita sorte

0:04:56.950,0:04:59.810
por o Presidente Obama[br]visitar o meu laboratório, este ano.

0:04:59.810,0:05:01.040
Quando ele visitou o MIT,

0:05:01.040,0:05:03.160
eu queria mesmo dar-lhe[br]uma Tabela Periódica.

0:05:03.160,0:05:05.590
Por isso, durante a noite,[br]perguntei ao meu marido:

0:05:05.590,0:05:08.440
"-- Como vou dar uma Tabela Periódica[br]ao Presidente Obama?"

0:05:08.440,0:05:10.560
E se ele me diz:[br]"- Oh, eu já tenho uma..."

0:05:10.560,0:05:12.660
Ou: "-- Já a memorizei, obrigado!" (Risos)

0:05:12.660,0:05:15.590
No dia seguinte, o Presidente Obama[br]visitou o meu laboratório,

0:05:15.590,0:05:16.890
-- foi uma ótima visita! --

0:05:16.890,0:05:20.430
e, no final, eu disse: "Sr. Presidente,[br]quero dar-lhe uma Tabela Periódica

0:05:20.430,0:05:22.820
"para numa dificuldade[br]calcular o peso molecular".

0:05:22.820,0:05:23.590
(Risos)

0:05:23.590,0:05:25.940
Pensei que "peso molecular"[br]soaria menos técnico

0:05:25.940,0:05:27.550
do que "massa molecular".

0:05:27.550,0:05:28.300
(Risos)

0:05:28.300,0:05:30.250
Ele olhou para a Tabela Periódica

0:05:30.250,0:05:33.620
e disse: "-- Obrigado.[br]Vou olhar para ela periodicamente."

0:05:33.620,0:05:35.250
(Risos)

0:05:35.250,0:05:37.520
(Aplausos)

0:05:39.810,0:05:42.980
Mais tarde, o Presidente fez um discurso[br]sobre "energia limpa",

0:05:42.980,0:05:44.770
mostrou a Tabela Periódica e disse:

0:05:44.770,0:05:47.710
"-- E as pessoas do MIT[br]oferecem Tabelas Periódicas". (Risos)

0:05:47.710,0:05:49.090
O que eu não vos disse

0:05:49.090,0:05:52.570
é que os organismos começaram a construir[br]conchas há 500 milhões de anos,

0:05:52.570,0:05:55.860
mas demoraram cerca de 50 milhões de anos[br]para serem bem sucedidos.

0:05:55.860,0:05:58.750
Demoraram cerca de 50 milhões de anos[br]a conseguirem perfeição

0:05:58.750,0:06:00.530
na produção desta concha de haliote.

0:06:00.530,0:06:03.640
Isto é difícil de explicar a um aluno:[br]"este projecto é para fazer

0:06:03.640,0:06:05.260
"em 50 milhões de anos"...[br](Risos)

0:06:05.260,0:06:06.960
Temos que desenvolver uma forma

0:06:06.960,0:06:08.360
de fazê-lo mais rapidamente.

0:06:08.360,0:06:09.850
Utilizamos um vírus inofensivo[br]

0:06:09.850,0:06:11.090
chamado bacteriófago M13,

0:06:11.090,0:06:13.000
cuja função é infectar bactérias,

0:06:13.000,0:06:15.000
que tem uma estrutura de ADN simples

0:06:15.000,0:06:19.470
que podemos cortar, e onde[br]podemos inserir porções adicionais.

0:06:19.470,0:06:21.000
Ao fazê-lo, permitimos ao vírus

0:06:21.000,0:06:24.320
codificar estruturas aleatórias[br]de proteínas.

0:06:24.320,0:06:26.580
Esta é uma forma muito básica[br]de biotecnologia.

0:06:26.580,0:06:28.390
Podemos fazer isto milhões de vezes.

0:06:28.390,0:06:30.750
Podemos ter milhões de variantes[br]do mesmo vírus,

0:06:30.750,0:06:32.500
geneticamente idênticas,

0:06:32.500,0:06:34.660
diferindo uma das outras[br]num pequeno detalhe,

0:06:34.660,0:06:36.000
numa sequência

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

0:06:38.000,0:06:40.000
Se tomarmos todas estas variantes,

0:06:40.000,0:06:42.000
as colocarmos numa gota[br]de um meio de crescimento,

0:06:42.000,0:06:45.000
podemos forçá-las a interagir[br]com os elementos que quisermos

0:06:45.000,0:06:47.490
e, através de um processo[br]de selecção, de evolução,

0:06:47.490,0:06:50.600
podemos escolher de entre um milhão[br]o que faz o que nós queremos,

0:06:50.600,0:06:53.240
como produzir uma bateria[br]ou uma célula foto-voltaica.

0:06:53.240,0:06:56.580
Para que os vírus se possam replicar,[br]eles precisam de um hospedeiro.

0:06:56.580,0:07:00.150
Assim que identificamos o vírus,[br]podemos usá-lo para infectar uma bactéria,

0:07:00.160,0:07:03.480
e fazer milhões e milhões de cópias[br]dessa sequência em particular.

0:07:03.500,0:07:05.250
Uma coisa maravilhosa na biologia

0:07:05.250,0:07:07.000
é que produz estruturas complexas

0:07:07.000,0:07:09.000
com ligações entre diferentes escalas.

0:07:09.000,0:07:11.000
Estes vírus são longos e finos

0:07:11.000,0:07:13.000
pelo que podemos utilizá-los

0:07:13.000,0:07:15.000
para produzir materiais[br]como semicondutores

0:07:15.000,0:07:17.630
ou componentes para baterias

0:07:17.630,0:07:20.440
Esta é uma bateria[br]que eu fiz crescer no meu laboratório.

0:07:20.440,0:07:23.000
Criámos um vírus para montar[br]nanotubos de carbono.

0:07:23.000,0:07:25.660
De cada vez que o vírus[br]encontra um nanotubo de carbono,

0:07:25.660,0:07:27.840
a outra parte do vírus tem uma sequência

0:07:27.840,0:07:30.890
que produz um material[br]para o eléctrodo de uma bateria

0:07:30.890,0:07:33.000
e que se liga ao colector.

0:07:33.000,0:07:35.000
Através de um processo de selecção,

0:07:35.000,0:07:38.000
conseguimos partir de um vírus[br]que fazia uma bateria tosca

0:07:38.000,0:07:40.190
e chegar a um vírus[br]que faz uma boa bateria;

0:07:40.190,0:07:42.860
uma bateria capaz de bater recordes,[br]de alto desempenho,

0:07:42.860,0:07:46.900
construída a temperatura ambiente,[br]numa bancada de laboratório.

0:07:46.900,0:07:50.070
Essa bateria foi à Casa Branca,[br]para uma conferência de imprensa,

0:07:50.070,0:07:51.500
e eu trouxe-a aqui, hoje.

0:07:51.500,0:07:54.950
Podem vê-la nesta caixa -- produz[br]electricidade para manter o LED aceso.

0:07:54.950,0:07:57.720
Se fôssemos capazes de aumentar[br]a escala desta bateria,

0:07:57.720,0:08:00.320
poderíamos usá-la para alimentar um Prius

0:08:00.320,0:08:03.910
-- é o meu sonho -- conduzir um carro[br]eléctrico alimentado por um vírus.

0:08:03.910,0:08:04.760
(Risos)

0:08:04.760,0:08:06.910
Essencialmente, é este o princípio:

0:08:06.910,0:08:09.000
podemos escolher um vírus num milhão

0:08:09.000,0:08:11.000
e produzir inúmeras cópias...

0:08:11.000,0:08:13.000
Podemos amplificar o processo,

0:08:13.000,0:08:15.000
criar condições para auto-organização

0:08:15.000,0:08:17.000
numa estrutura como uma bateria.

0:08:17.000,0:08:19.210
Somos capazes de fazer isto[br]com catalizadores.

0:08:19.210,0:08:20.980
Isto é um exemplo

0:08:20.980,0:08:23.750
de um separador catalítico de água.

0:08:23.750,0:08:25.410
O que fomos capazes de fazer

0:08:25.410,0:08:28.000
foi criar um vírus que absorve[br]moléculas de pigmentos

0:08:28.000,0:08:30.000
armazenando-as na superfície do vírus

0:08:30.000,0:08:32.000
o que funciona como uma antena

0:08:32.000,0:08:34.510
conseguindo um mecanismo[br]de transferência de energia.

0:08:34.510,0:08:36.000
Associamos um segundo gene

0:08:36.000,0:08:38.000
que permite acumular[br]um material inorgânico

0:08:38.000,0:08:41.030
que pode ser utilizado[br]para separar a água nos seus componentes,

0:08:41.030,0:08:42.290
oxigénio e hidrogénio,

0:08:42.290,0:08:45.000
e que pode ser utilizado[br]para produzir combustível limpo.

0:08:45.000,0:08:46.520
Trouxe um exemplo comigo, hoje.

0:08:46.520,0:08:49.120
Os meus estudantes[br]garantiram-me que iria funcionar.

0:08:49.120,0:08:51.160
Isto são nanofilamentos criados por vírus.

0:08:51.160,0:08:53.540
Quando os iluminamos,[br]podemos vê-los borbulhar

0:08:53.540,0:08:55.800
-- neste caso, vemos bolhas de oxigénio.

0:08:55.800,0:08:57.520
(Aplausos)

0:08:57.870,0:09:00.510
Através da manipulação dos genes,

0:09:00.510,0:09:03.430
podemos controlar muitos materiais[br]para melhorar o desempenho

0:09:03.430,0:09:04.950
dos mais diversos dispositivos.

0:09:04.950,0:09:08.570
O último exemplo: células foto-voltaicas,[br]com que também podemos fazer isto.

0:09:08.590,0:09:11.640
Conseguimos manipular vírus[br]para utilizarem nanotubos de carbono

0:09:11.640,0:09:15.000
e fazerem crescer[br]dióxido de titânio à volta deles,

0:09:15.000,0:09:19.000
o que permite obter electrões livres.

0:09:19.000,0:09:21.400
Descobrimos que,[br]através de manipulação genética,

0:09:21.400,0:09:25.990
foi aumentar a eficiência[br]destas células foto-voltaicas

0:09:26.000,0:09:28.000
para valores recorde

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

0:09:31.000,0:09:33.000
Cá está uma célula desse tipo

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que poderemos experimentar lá fora,[br]daqui a pouco.

0:09:37.230,0:09:39.440
Uma célula foto-voltaica[br]produzida por vírus.

0:09:39.440,0:09:41.310
Através de manipulação e selecção,

0:09:41.310,0:09:44.480
conseguimos levar uma célula foto-voltaica[br]com 8% de eficiência,

0:09:44.480,0:09:46.000
a apresentar 11% de eficiência.

0:09:46.000,0:09:48.000
Espero tê-los convencido

0:09:48.000,0:09:51.990
de que há um grande número de coisas[br]interessantíssimas a aprender

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sobre como alguns materiais[br]são produzidos na Natureza

0:09:54.510,0:09:55.580
e, no passo seguinte,

0:09:55.580,0:09:58.130
compreender se somos capazes[br]de usar a forma

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como a Natureza produz[br]estes materiais,

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para produzir materiais[br]com que a Natureza nunca sonhou.

0:10:03.270,0:10:04.770
Obrigada! (Aplausos)