Doğanın nasıl materyal yarattığı hakkında konuşabileceğimi düşündüm.
Yanımda bir deniz kulağı kabuğu getirdim.
Bu deniz kulağı kabuğu kütlece
%98 kalsiyum karbonat
ve %2 protein içeren bir biyokompozit.
Yine de jeolojik benzerlerinden
3000 kat daha dayanıklı.
Ve birçok insan deniz kulağı kabukları gibi yapıları
tebeşir gibi kullanabilirler.
Doğanın malzemeleri nasıl yaptığına hayran olmuştum,
ve bu hassas işi nasıl
yaptıklarına dair bir sürü sekans var.
Mesela bu malzemeler
yapısal olarak makroskobikler,
ama nano ölçekte oluşmuşlar.
Nano ölçekte oluşmuşlar,
ve onlara bu hassas yapıları oluşturmalarına yardım edecek
genetik seviyede kodlanmış proteinleri kullanıyorlar.
Ve büyüleyici bulduğum birşey şu ki
ya bataryalar ve güneş pilleri gibi
cansız yapılara
yaşam verebilseydiniz?
Ya deniz kulağı kabuğunun yapabildiği gibi
,yapabilmek derken,
oda sıcaklığında ve basıncında
hassas yapılar oluşturmak için
toksik olmayan kimyasalları kullanıp
ve toksik olmayan malzemeleri
tekrar doğaya salabilselerdi?
Bu benim düşündüğüm bir görüştü.
Ya bir petri kabında pil yetiştirebilseydiniz?
Ya da, ya bir pile genetik bilgi verebilseydiniz
ve böylece zamanın bir fonksiyonu olarak
daha iyi olabilirdi,
ve bunu çevre dostu olacak şekilde yapabilseydiniz?
Ve böylece, tekrar deniz kulağı kabuğuna dönersek
nano ölçekte olmasının yanı sıra
büyüleyici olan bir diğer özelliği,
bir erkek ve dişi deniz kulağı yan yana geldiğinde,
birbirlerine "Bu hassas bir yapı oluşturmanın yoludur.
Oda sıcaklığı ve basıncında işte böyle yaparsın,
toksik olmayan malzemeler kullanarak."
diyen genetik bilgiyi aktarırlar.
Diatomlarda da aynı, ki burada camdan yapılar olarak gösteriliyorlar.
Diatomlar her çoğaldığında
birbirlerine "İşte mükemmel bir nano-yapıda
bir camı okyanusta inşa etmenin
yolu budur. Ve bunu aynı şekilde
tekrar tekrar yapabilirsin." diyen genetik bilgiyi aktarırlar.
Yani ya aynı şeyi bir güneş pili
ya da bataryada da yapabilseydiniz?
Favori materyalimin 4 yaşımdaki halim olduğunu söylemek istiyorum.
Çocuğu olanlar, ya da tanıyanlar onların
inanılmaz karmaşık organizmalar olduğunu bilir
Ve onları yapmak istemedikleri birşeyi
yapmaya ikna etmek isterseniz, bu çok zordur.
Gelecekteki teknoloji hakkında düşündüğümüz zaman
aslında bakteri ve virüsü kullanmayı düşünüyoruz,
basit organizmaları.
Onları benim için önemli olacak bir yapı
oluşturmaları için
çalışmaya ikna edebilir misiniz?
Aynı zamanda, gelecekteki teknolojiyi düşünürken,
Dünya'nın başlangıcıyla başlıyoruz.
Temelde, Dünya'da yaşamın oluşması
bir milyar yıl aldı.
Ve büyük bir hızla, çok hücreli oldular,
çoğalabiliyorlardı, enerji kaynaklarını elde etmek için
fotosentezi kullanabiliyorlardı.
Ama bu 500 milyon yıl öncesine kadar gerçekleşmedi --
Kambriyen jeolojik zaman süreci boyunca --
okyanustaki bu organizmalar sert malzemeler üretmeye başladılar.
Yumuşak ve kabarık olmadan önce.
Ve bu zaman boyunca
doğada kalsiyum, demir ve silikon
artışı oldu.
Ve organizmalar nasıl sert malzemeler yapacaklarını öğrendiler.
İşte benim yapabilmeyi istediğim şey bu --
biyolojiyi periyodik tablonun
geri kalanıyla çalışmaya ikna edebilmek.
Şimdi, eğer biyolojiye bakarsanız,
DNA, antikorlar, proteinler ve ribozomlar gibi
var olduğunu bildiğiniz şeyler
zaten nano-ölçekte.
Yani doğa bize nanoölçekteki hassas
yapıları zaten veriyor.
Acaba onlari HIV
gibi bir antikor olmadiklarina ikna etsek
nasil olurdu?
Yada onlari bizim icin gunes pilleri
yapmaya ikna etsek?
iste burada bazi ornekler var: Bunlar dogal kabuklar.
bunlar dogal biyolojik maddeler
Deniz kulagu kabuklari burda- ve eger kirabilirseniz
bunlarin gercekte nano olcekli yap[lar oldugunu goreceksiniz.
bunlar SiO2 (silica) dan yapilmis diatomlar
ve bunlar yon bulmak icin kucuk,
tek alanli miknatislar yapan magnetotactic bakteriler
bunlarin sahip olduklari ortak sey ise
butun bu yapilarin ve mlzemelerin nano olcekte olmasi
ve protein dizisi uretmek icin
bir DNA dizisine sahip olmalari
Bu DNA dizisi onlara bu mukemmel yapilari
insa etmek icin gerekli plani sagliyor.
Simdi, deniz kulagi kabuguna geri donelim,
deniz kulagi bu proteinle sayesinde bu kabugu yapabiliyor.
Bu proteinler eksi yukle yuklenmis.
ve cevredeki kalsiyumu (Ca +2) kendilerine cekebilyorlar
bir sira kalsiyum, bir sira karbonat koyuyorlar, kalsiyum ve karbonat ve bu sekilde devam ediyor.
onun amino asitlerinin kimyasal sirasi
ona "iste kabugu bu sekilde yapacaksin" diye soyluyor.
Yapman icin iste DNA dizilisi, iste protein
dizilisi.
Ve boylece baska bir ilginc fikir olusuyor, Acaba istediginiz herhangi bir maddeyi
yada periodik tabladaki herhangi bir elementi alip
ona ait DNA dizilisini bulsak
ve bu dizilisile ona maddeye ait protein dizilisini kodlasak,
ve boylece deniz kulagindan baska bir yapi olustursak
doğa yoluyl daha once hic calisilma firsati olmamis
baska birsey insa etsek.
Ve burda periyodik tablo var.
Ben periyodik tabloyu kesinlikle cok seviyorum.
Her sene MIT ye yeni gelen ogrenciler icin
soyle diyen bir periyodik tablo hazirladim:
MIT ye hosgeldiniz. Simdi elementinizlesiniz.
ve tabloyu dondurduklerinde degisik PH degerliklerindeki
degisik elektrik yuklu aminoasitkeri goruyorlar.
bunu simdiye kadar binlerce ogrenciye dagittim.
Biliyorum burasi Caltech, ve biliyorum tablonun uzerinde MIT yaziyor
ama isteyen olursa yanimda fazladan bir kac tane var.
bu yil Baskan
Obama MIT i ziyaret ettigi sirada benim labaratuarimi
ziyaret ettigim icin gercekten cok sansliydim.
Ve O'na gercekten bir periyodik tablo hediye etmek istiyordum.
Bunu butun gece dusundum, esimle konustum
"Baskan Obama'ya periyodik tabloyu nasil verebilirim?"
Ya " aa ben de bir tane var" derse
yada "ben onu zaten ezbere biliyorum" derse?
Ve ziyaret zamani geldi
gercekten cok guzel bir ziyaretti
ve sonra ben soyle dedim
"Efendim, Eger zor durumda kalir ve
molekül ağırlığıni hesap etme ihtiyaciniz olur diye size periyodik tablo vermek istiyorum. "
molekül ağırlığın mol agirligina gore daha az inek
olur diye dusundum.
Baskan tabloya bakti
ve soyle dedi:
"tesekkur ederim, periyodik olarak kullanicam"
(Gulusmeler)
(Alkis)
Daha sonra temiz enerji konusunda bir konusma yapti
ve ona verdigim periodik tabloyu cikartip:
"MIT deki insanlar periyodik tablo veriyor" dedi.
Yani temel olarak size soylemedigim su ki
Organizmalarin maddeleri yapmaya baslamasi yaklasik 500 milyon yil once
fakat bu iste iyi olmalari onlarin 50 milyon senelerini almis.
Organizmalar 50 milyon senelerini
mukemmel bir deniz kulagi yapmayi ogrenmek icin vermisler.
ve bunu bir yuksek lisans ogrencisine anlatmak cok zor.
"Senin icin mukemmel bir projem var-50 milyon senelik"
iste bu yuzden bizim bunu
daha cabuk yapavak bir yol gelistirmemiz gerekli.
bu yuzden biz non-toxic M13
bakteriofaj denilen ve gorevi
bakteriyi enfekte etmek olan bir virus kullaniyoruz.
onun basit bir DNA yapisi
var ve siz baska DNA dizilerini
onun DNA sina kesip yapistirabiirsiniz.
Bu sekilde virus rastgele
protein dizilerini nakil edebilir.
bu cok basit bir biyoteknoloji.
Ve bunu isterseni milyarlarca kere yapabilirsiniz.
Buna devam ediyorsunuz ve genetik yapisi ayni olan
milyarlarca virus elde ediyorsunuz..
fakat sadece
bir protein dizilisini
saglayan kodlari farkli.
simdibu milyarlarca virusu
bir damla sivinin icine koysak
onlari periyodik tabla uzerindeki istediginiz herhangi bir element ile etkilesmeye zorlayabilir
ve seleksiyon evriminin isleyisine gore
sizin hosunuza giden bir tanesini bu milarlarca virusun icinden cekip alabiliriz.
bu sanki bir pil yada gunes pil yetistirmeye benziyor.
basitce, virusler kendi kendilerine cogalamazlar. onlara bir ev sahibi gereklidir.
Ne zaman aradiginiz isi yapan virusu bir milyarin icinde buldunuz
onu bir bakteriye enfekte edersiniz.
ve ondan belli dizilisi olan milyonlarca
ve milyarlarca kopya elde etmis olursunuz.
Biolojinin diger bir guzelligi de
size gercekten cok zarif yapilari
uygun olcekteki baglantilari ile verir.
bu virusler uzun ve ince
bu ozelliklerini yariiletken maddeler
yada piller icin materyeller
elde etmekte kullanabiliriz.
Iste bu gordugunuz laboratuvarda urettigimiz yuksek guclu bir pil.
bir virusu karbon nanotupleri tutan bir muhendis haline getirdik.
yani virusuun bir kismi karbon nanotubleri tutarken
diger kismi pil icin gerekli materyeli uretecek
diziye sahip.
materyal buyudukce akim iletkeninin uzerinde bir tel seklini aliyor
secici evrim sayesinde
siradan bir pil insa eden virusten
kaliteli pil, yuksek guce sahip
pil yapabilen bir virus elde ettik.
ve bunlarin hepsi basit bir laboratuar tezgahinda ve oda sicakliginda yapildi.
Bu yaptigimiz pil, Beyaz Sarayi bir basin toplantisi icin ziyaret etti.
onu buraya da getirdim.
iste bu gordugunuz LED isigini calistiran pil o pil.
Eger bunun olculerini degistirirsek
bunu Prius da (Toyota prius hibrid araba)
kullanabilecesiniz
ki virus gucu ile calitirilan bir araba benim hayallimdi.
ama bu basitce
milyarda birini cekip cikarmak.
Bunu birçok ilâvelerle yapabilirsiniz.
bu ilaveleri laboratuarda yapmaniz mumkun.
daha sonra bu yapiyi birlestirip
pil seklini veriyorsunuz.
Bunu katalizorlerle de yapmaniz mumkun
bu ornekte gordugunuz gibi
bu suyun fotokatalik parcalanmasi.
bunu su sekilde yapmayi basardik:
virus boya emen molekulleri tutmasi icin dizayn edildi.
ve bu molekuller virusun uzerine dizildi
ve anten gibi davrandi
boylece virus uzerinden enerji transferini sagladik.
ve viruse suyu
hidrijen ve oksijene ayiracak
inorganik materyeli olusturmasi icin
ikinci bir gen verdik.
bu yapi temiz yakitlar icin kullanilabilir.
Buraya bir ornegini getirdim.
Ogrencilerim bana calisacagina dair soz verdiler.
bunlar viruslerden olusmus nanoteller.
uzerlerine isik tuttugumuda baloncuklar cikardiklarini goreceksiniz.
oksiyen gazi olusuyor.
verilen geni kontrol ederek
olusturdugunuz maddenin ozelliklerini cihazinizin performansi icin gelistirebilirsiniz.
son ornegim gunes pilleri.
bunu gunes pilleri icin de yapabilirsiniz.
biz karbon nanotubleri tutacak
virusleri olusturduk
ve onlarin cevresine titanyum dioksit ile kapladik
bu sayede aletten elektron akisini elde elebiliriz.
ve anladik ki, gen muhendisligi ile
boya hassasiyetli
gunes pillerinin
performansini
arttirabilirsiniz.
Size bunlardan da bir tane getirdim.
Bunlarla birazdan goz atabilirsiniz.
bu virus tabanli gunes pili.
Seleksiyon ve evrim yolu ile
biz % 8 performansligunes pillerini
% 11 lik performansa cikartabildik.
Umarim sizi pgrenilecek bircok mukemmel
ve ilginc sey
Ve dohanin nasil maddeleri yaptigi hakkinda
ve eger zorlarsaniz
bir sonraki basamaga gecebilecegimiz hakkinda
yada doganin bile henuz yapmayi hayal edemedigi maddeleri
insa etmek ve kullanmak konusunda ikna edebilmisimdir.
Teşekkür ederim.