Mislila sam da govorim o tome
kako priroda stvara materijale.
Donela sam jednu abalon školjku.
Ona je biokompozitni materijal,
čija je masa sastavljena
od 98 odsto kalcijum karbonata
i 2 odsto proteina.
Pa ipak, 3000 puta je jača
od svog geološkog duplikata.
Mnogi ljudi mogu koristiti strukture
poput abalon školjke,
kao što je kreda.
Fascinirana sam načinom
na koji priroda stvara materijale,
a postoji i mnogo tajni
u načinu na koji ona vrši
takav izuzetan posao.
Jedan deo ovoga jeste da su ovi materijali
po strukturi makroskopski,
međutim formirani su na nano skali.
Formirani su na nano skali
i koriste proteine koji su šifrirani
na genetskom nivou
da bi im dozvolili da izgrade
ove zaista izvrsne strukture.
Fascinira me pomisao
da bismo mogli da podarimo život
neživim strukturama,
poput baterija i solarnih ćelija.
Šta ako bi oni imali neke od sposobnosti
koje abalon školjka ima,
u pogledu mogućnosti
da izgradi veoma izvrsne strukture,
na sobnoj temperaturi i sobnom pritisku
koristeći netoksične hemikalije
i ne ispuštajućin ikakve toksine
u životno okruženje?
To je vizija o kojoj sam razmišljala.
Šta ako bismo mogli da uzgojimo
bateriju u Petrijevoj šolji?
Ili, šta ako bismo mogli bateriji
da damo genetsku informaciju
tako da zapravo postane bolja
u smislu njenog životnog veka,
a da to uradimo na način
koji je prijateljski prema okruženju?
Vratimo se sada na ovu abalon školjku,
osim što je nano strukturisana
jedna stvar koja je fascinantna
je da kada se muška i ženska
abalon školjka nađu zajedno,
one prenose genetske informacije
koje kažu: "Ovako se izgrađuje
jedan izvrstan materijal.
Ovako se to radi
na sobnoj temperaturi i pritisku,
korišćenjem netoksičnih materijala".
Isto je i sa silikatnim algama,
staklaste strukture, prikazanim ovde.
Svaki put kada se ove alge kopiraju,
daju genetsku informaciju koja kaže:
"Evo kako da u okeanu izgradite staklo
koje je savršene nano strukture.
Ovo možete da ponavljate,
iznova i iznova".
Šta ako biste mogli da uradite istu stvar
sa solarnom ćelijom ili baterijom?
Volim da kažem da je moj omiljeni
biomaterijal moj četvorogodišnjak.
Svako ko ima ili zna malu decu,
zna da su oni neverovatno
složeni organizmi.
Ako biste želeli da ih ubedite
da urade nešto što oni ne žele,
to je veoma teško.
Kada mislimo o budućim tehnologijama
zapravo mislimo na
upotrebu bakterija i virusa,
jednostavnih organizama.
Možete li ih ubediti
da rade sa novim alatom,
tako da mogu izgraditi strukturu
koja će za mene biti značajna?
Takođe, kada mislimo
o budućim tehnologijama,
počinjemo sa početkom Zemlje.
U osnovi, bilo je neophodno
milijardu godina
da se stvori život na Zemlji.
Ubrzo su nastali višećelijski organizmi,
mogli su da se reprodukuju,
da koriste fotosintezu
kao način dobijanja energetskog izvora.
Ali do pre 500 miliona godina -
tokom geološkog perioda Kambrijuma -
organizmi u okeanu nisu mogli
da formiraju čvrste materijale.
Pre toga, svi su bili mekane,
paperjaste strukture.
Tokom ovog perioda
postojale su uvećane
količine kalcijuma, gvožđa
i silikona u životnom okruženju
i organizmi su naučili kako
da naprave ove čvrste materijale.
To je ono što bih volela
da mogu da uradim -
da ubedim biologiju
da sarađuje sa ostatkom
periodnog sistema elemenata.
Sada, ako pogledate biologiju,
videćete mnoge strukture
poput DNK i antitela
i proteina i ribozoma za koje ste čuli,
a koji su već nano strukturirani.
Dakle, priroda nam već daje
zaista izvrsne strukture na nano skali.
Šta ako bismo mogli da ih iskoristimo
i ubedimo ih da ne budu antitela
koja se bave nečime poput HIV-a?
Ali šta ako bismo mogli da ih ubedimo
da za nas izgrade solarnu ćeliju?
Evo nekih primera: ovo su neki
od prirodnih bioloških materijala.
Ova abalon školjka ovde - ako je polomite,
možete videti da je zapravo
nano strukturirana.
Ima silikatnih algi koje su
napravljene od silikon dioksida,
i one su magnetotaktične bakterije
koje stvaraju male magnete
u jednom području radi navigacije.
Ono što im je svima zajedničko
jeste da su svi ovi materijali
strukturisani na nano skali,
i imaju DNK niz
koji šifrira proteinski niz
i daje im šemu
da bi mogle da naprave
ove zaista divne strukture.
Sada, vratimo se na abalon školjku,
koja stvara svoju ljušturu
od ovih proteina.
Ovi proteini su jako
negativno naelektrisani.
Mogu da privuku kalcijum iz okruženja,
deponuju sloj kalcijuma onda karbonata,
kalcijuma pa karbonata.
Ima hemijske nizove amino kiselina,
koje kažu: "Evo kako
da izgradite tu strukturu.
Evo DNK niza, evo proteinskog niza
da biste ih napravili".
Jedna interesantna ideja je,
šta ako biste mogli da uzmete
koji god materijal poželite,
ili bilo koji element
periodnog sistema elemenata,
i da nađete njegov odgovarajući DNK niz,
onda ga šifrirate
za odgovarajući proteinski niz
da biste izgradili strukturu,
ali ne abalon školjku -
da biste izgradili nešto sa čime
do sada priroda
nije imala prilike da radi.
Ovo je periodni sistem elemenata.
Ja ga apsolutno obožavam.
Svake godine za brucoše
na Masačusetskom tehnološkom institutu
imam periodni sistem koji kaže:
"Dobrodošli na MTI.
Sada ste u svom elementu".
Ako ga okrenete, videćete amino kiseline
sa pH na kome prolaze
kroz različite promene.
Ovo podelim hiljadama ljudi.
Znam da piše MTI, a da je ovo Kaltek,
ali imam nešto viška
za ljude koji ih žele.
Bila sam veoma srećna
kada je predsednik Obama posetio
moju laboratoriju ove godine
tokom njegove posete MTI-u,
i zaista sam želela da mu dam
periodni sistem elemenata.
Cele noći sam pričala s mužem:
"Kako da dam predsedniku
Obami periodni sistem?
Šta ako kaže: "Oh, već imam jedan",
ili: "Već sam ga zapamtio"?
(Smeh)
I tako je on došao
da poseti moju laboratoriju
i razgledao je okolo -
bila je to sjajna poseta.
Nakon toga, rekla sam:
"Gospodine, želela bih
da vam dam periodni sistem
u slučaju da ste ikada u teškoj situaciji
i treba da izračunate molekularnu težinu".
Mislila sam da molekularna težina
zvuči manje štreberski
od molarne mase.
(Smeh)
On ga je pogledao i rekao:
"Hvala Vam. Pogledaću ga periodično".
(Smeh)
(Aplauz)
Kasnije ga je, u predavanju
koje je držao na temu čiste energije,
izvukao i rekao:
"A ljudi na MTI-ju,
oni dele periodne sisteme".
Ono što vam nisam rekla je da su
pre oko 500 miliona godina,
organizmi počeli da stvaraju materijale,
ali im je trebalo oko 50 miliona
godina da bi postali dobri u tome.
I trebalo im je 50 miliona godina
da bi usavršili stvaranje
te abalon školjke.
Studente je teško ubediti u ovo.
"Imam ovaj izvanredan projekat -
50 miliona godina."
Morali smo da razvijemo način
da pokušamo da uradimo ovo brže.
Tako koristimo viruse,
tj. netoksične viruse
nazvane M13 bakteriofazi
čiji je posao da zaraze bakteriju.
Ima jednostavnu DNK strukturu
koju možete iseći i na nju nalepiti
dodatne DNK nizove.
Radeći ovo, dozvoljavate virusu
da izrazi različite proteinske nizove.
Ovo je veoma laka biotehnologija.
Ovo doslovce možete
uraditi milijardu puta.
Tako, imate milijardu virusa
koji su genetski isti,
ali koji se malo razlikuju
međusobno na vrhovima,
na jednom nizu
koji šifrira jedan protein.
Ako uzmete milijardu virusa
i stavite ih u jednu kap tečnosti,
možete ih naterati da reaguju
sa bilo čime iz periodnog sistema.
Procesom selektivne
evolucije možete izvući
jednog iz milijarde koji će
da radi tačno ono što biste želeli,
kao na primer, da uzgoji
bateriju ili solarnu ćeliju.
U osnovi, virusi ne mogu
da se razmnožavaju, treba im domaćin.
Jednom kada nađete tog jednog u milijardi,
zarazite bakteriju njime
i stvorite milione i milijarde
kopija upravo tog niza.
Druga stvar koja je divna
u vezi sa biologijom
jeste što vam biologija pruža
izvanredne strukture
sa veoma finim vezama skala.
Ovi virusi su dugi i mršavi,
i možemo ih naterati da izraze sposobnost
izgradnje nečega poput poluprovodnika
ili materijale za baterije.
Ovo je baterija visokog napona
koju sam uzgojila u laboratoriji.
Napravili smo virus koji može
da podigne ugljenične nano cevčice.
Dakle, jedan deo virusa podigne
ugljeničnu nano cevčicu.
Drugi deo virusa ima niz
koji može da izgradi
elektrodu za bateriju.
Onda se poveže za kolektor struje.
Tako, kroz proces selektivne evolucije,
smo napredovali od virusa
koji je mogao da napravi jadnu bateriju,
preko virusa koji može
da napravi dobru bateriju,
do virusa koji je napravio jaku bateriju,
koja obara rekorde,
a sve ovo je napravljeno
na sobnoj temperaturi,
praktično na radnoj površini.
Ta baterija je poslata u Belu kuću,
na konferenciju za štampu.
Ja sam je donela ovde.
Ovde je možete videti
kako osvetljava ovu "LED" diodu.
Ako bismo mogli da repliciramo ovo,
mogli biste da je koristite
za pokretanje vašeg Prijusa,
što je moj san - da vozimo
automobile pokrenute virusima.
(Smeh)
U osnovi -
možete da dobijete jednog u milijardi.
Možete napraviti puno pojačanja na ovome.
U osnovi, možete napraviti
pojačanje u laboratoriji
i možete je naterati da se sama sastavi
u strukturu nalik bateriji.
U mogućnosti smo da
ovo uradimo i sa katalizom.
Ovo je primer
fotokatalitičkog razdvajanja vode.
Ono što smo u mogućnosti da uradimo je da
napravimo virus koji može
da uhvati molekule koji vezuju boju
i poređa ih po površini virusa
tako da se ponašaju kao antena,
a vi dobijete protok
energije preko virusa.
Onda mu damo još jedan gen
da bi uzgojio neorganski materijal
koji se može koristiti da razdvoji vodu
na kiseonik i vodonik
koji se mogu upotrebiti za čista goriva.
Danas sam sa sobom donela jedan primerak.
Moji studenti su mi obećali da će raditi.
Ovo su nano žice
sastavljene uz pomoć virusa.
Kada ih obasjate svetlošću,
vidite kako se formiraju mehurići.
U ovom slučaju, vidite mehuriće
kiseonika kako izlaze.
(Aplauz)
U osnovi, kontrolišući gene,
možete kontrolisati
mnogo materijala da biste
unapredili učinak vašeg uređaja.
Poslednji primer su solarne ćelije.
Ovo takođe možete uraditi
sa solarnim ćelijama.
Možemo da napravimo viruse
koji podižu ugljenične nano cevčice
i onda uzgoje titanijum-dioksid oko sebe -
i koriste ga kao način da pokrenu
elektrone kroz uređaj.
Otkrili smo da kroz genetski inženjering,
zapravo možemo povećati
učinak ovih solarnih ćelija
do rekordnih brojeva
za ove tipove sistema osetljivih na boje.
Donela sam i jednu od njih takođe
sa kojom posle možete
da se igrate napolju.
Dakle, ovo je solarna ćelija
zasnovana na virusima.
Kroz evoluciju i selekciju
došli smo od solarne ćelije
sa učinkom od 8 odsto
do solarne ćelije sa učinkom od 11 odsto.
Nadam se da sam vas ubedila
da postoji mnogo velikih,
interesantnih stvari koje se mogu naučiti
o tome kako priroda pravi materijale -
i dovođenja proizvodnje na sledeći nivo
da bismo videli da li možete da prisilite
ili da iskoristite prednost načina
na koji priroda to radi,
da biste stvorili materijale
o kojima priroda još i ne sanja.
Hvala vam.