Angela Belcher: At bruge naturen til at dyrke batterier
-
0:00 - 0:03Jeg tænkte at jeg vil tale en lille smule om hvordan naturen laver materialer.
-
0:03 - 0:05Jeg tog en abaloneskal med mig.
-
0:05 - 0:08Denne abaloneskal er et biokomposit materiale
-
0:08 - 0:11hvor massen er 98 procent kalciumkarbonat
-
0:11 - 0:13og to procent af massen er protein.
-
0:13 - 0:15Ja, det er 3.000 gange mere hårdfør
-
0:15 - 0:17end sit geologiske modstykke.
-
0:17 - 0:20Og mange mennesker bruger måske strukturer som abaloneskaller,
-
0:20 - 0:22ligesom kridt.
-
0:22 - 0:24Jeg er blevet fascineret af hvordan naturen laver materialer,
-
0:24 - 0:26og der har meget at gøre med rækkefølge
-
0:26 - 0:28måden hvorpå de laver sådan et elegant stykke arbejde.
-
0:28 - 0:30En del af dette er at disse materialer
-
0:30 - 0:32har en makroskopisk struktur,
-
0:32 - 0:34men de bliver formet på nano målestoksforhold.
-
0:34 - 0:36De bliver formet på nano målestoksforhold,
-
0:36 - 0:39og de bruger proteiner der er kodet af det genetiske niveau
-
0:39 - 0:42der tillader dem at bygge disse virkelig elegante strukturer.
-
0:42 - 0:44Så noget som jeg synes er meget fascinerende
-
0:44 - 0:47er hvis man kunne bringe liv
-
0:47 - 0:49til ikke levende strukturer,
-
0:49 - 0:51ligesom batterier og ligesom solceller?
-
0:51 - 0:53Hvad hvis de havde nogle af de samme evner
-
0:53 - 0:55som en abaloneskal havde,
-
0:55 - 0:57med hensyn til at være i stand til
-
0:57 - 0:59at bygge virkelig elegante strukturer
-
0:59 - 1:01ved stuetemperatur og stue trykniveau,
-
1:01 - 1:03ved at bruge ikke giftige kemikalier
-
1:03 - 1:06og tillægger ikke giftige materialer tilbage til miljøet?
-
1:06 - 1:09Så det er den vision jeg har tænkt på.
-
1:09 - 1:11Så hvad hvis man kunne dyrke et batteri i en petriskål?
-
1:11 - 1:14Eller, hvad hvis man kunne give genetisk information til et batteri
-
1:14 - 1:16så det faktisk kunne blive bedre
-
1:16 - 1:18med tiden,
-
1:18 - 1:20og gøre det på en miljøvenlig måde?
-
1:20 - 1:23Så, når man går tilbage til abaloneskallen,
-
1:23 - 1:25ud over at være nanostruktureret,
-
1:25 - 1:27en ting der er fascinerende,
-
1:27 - 1:29er når en mandlig og en kvindelig abalone finder sammen,
-
1:29 - 1:31giver de genetisk information videre
-
1:31 - 1:34der siger, "Dette er hvordan man bygger et elegant materiale.
-
1:34 - 1:36Her er hvordan man gør det ved stuetemperatur og trykniveau,
-
1:36 - 1:38ved hjælp af ikke giftige materialer."
-
1:38 - 1:41Det samme med kiselalger, der er vist her til højre, der er glasagtige strukturer.
-
1:41 - 1:43Hver gang kiselalgerne formerer sig,
-
1:43 - 1:45giver de genetisk information der fortæller,
-
1:45 - 1:47"Sådan bygger man glas i havet
-
1:47 - 1:49der er perfekt nanostruktureret.
-
1:49 - 1:51Og man kan lave det ens, igen og igen."
-
1:51 - 1:53Så hvad hvis man kunne gøre det samme
-
1:53 - 1:55med en solcelle eller et batteri?
-
1:55 - 1:58Jeg kan godt lide at sige at mit yndlings biomateriale er min fire-årige.
-
1:58 - 2:01Men alle der nogensinde har haft, eller kender, små børn
-
2:01 - 2:04ved at de er utrolig komplicerede organismer.
-
2:04 - 2:06Så hvis man ville overbevise dem
-
2:06 - 2:08om at gøre noget de ikke vil gøre, er det meget vanskeligt.
-
2:08 - 2:11Så når vi tænker på fremtidige teknologier,
-
2:11 - 2:13vi tænker faktisk på at bruge bakterier og virusser,
-
2:13 - 2:15simple organismer.
-
2:15 - 2:17Kan man overbevise dem om at arbejde med en ny værktøjskasse,
-
2:17 - 2:19så de kan bygge en struktur
-
2:19 - 2:21der vil være vigtig for mig?
-
2:21 - 2:23Ligeledes, når vi tænker på fremtidige teknologier,
-
2:23 - 2:25begynder vi med begyndelsen på Jorden.
-
2:25 - 2:27Dybest set, tog det en milliard år
-
2:27 - 2:29før der var liv på Jorden.
-
2:29 - 2:31Og meget hurtigt, blev det multicellulær liv,
-
2:31 - 2:34som de kunne reproducere, de kunne bruge fotosyntese
-
2:34 - 2:36som deres energikilde.
-
2:36 - 2:38Men det var ikke indtil for 500 millioner år siden --
-
2:38 - 2:40i den cambriske geologiske tids periode --
-
2:40 - 2:43at organismerne i havet begyndte at lave hårde materialer.
-
2:43 - 2:46Før det, var de alle bløde, dunagtige strukturer.
-
2:46 - 2:48Og det var i denne periode
-
2:48 - 2:50at der var forhøjet kalcium og jern
-
2:50 - 2:52og silikone i miljøet,
-
2:52 - 2:55og organismerne lærte hvordan man laver hårde materialer.
-
2:55 - 2:57Så det er det jeg gerne ville være i stand til at gøre --
-
2:57 - 2:59overbevise biologi
-
2:59 - 3:01om at arbejde sammen med resten af det periodiske system.
-
3:01 - 3:03Hvis man kigger på biologi,
-
3:03 - 3:05er der mange strukturer som DNA og antistoffer
-
3:05 - 3:07og proteiner og ribosomer som man har hørt om
-
3:07 - 3:09som allerede er nanostruktureret.
-
3:09 - 3:11Så naturen giver os allerede
-
3:11 - 3:13virkelig elegante strukturer på nanoniveau.
-
3:13 - 3:15Hvad ville der sker hvis vi kunne udnytte dem
-
3:15 - 3:17og overbevise dem om ikke at være et antistof
-
3:17 - 3:19der gør noget ligesom HIV?
-
3:19 - 3:21Men hvis vi kunne overbevise dem
-
3:21 - 3:23om at bygge en solcelle for os?
-
3:23 - 3:25Så her er der nogle eksempler: dette er nogle naturlige skaller.
-
3:25 - 3:27Det er naturlige biologiske materialer.
-
3:27 - 3:29Abaloneskallen her -- og hvis man brækker det,
-
3:29 - 3:31kan man se på det faktum at det er nanostruktureret.
-
3:31 - 3:34Der er diatomer lavet af SIO2,
-
3:34 - 3:36det er magnetotaktiske bakterier
-
3:36 - 3:39der laver små, enkelt område magneter der bruges til navigation.
-
3:39 - 3:41Det som alle disse har tilfælles
-
3:41 - 3:43er at disse materialer er struktureret på nanoniveau,
-
3:43 - 3:45og de har en DNA sekvens
-
3:45 - 3:47der koder en bestemt proteinsekvens
-
3:47 - 3:49der giver dem grundtegningen
-
3:49 - 3:51til at være i stand til at bygge disse virkelig vidunderlige strukturer.
-
3:51 - 3:53Går vi tilbage til abaloneskallen,
-
3:53 - 3:56laver abalonen denne skal ved at have disse proteiner.
-
3:56 - 3:58Disse proteiner er meget negativt ladede.
-
3:58 - 4:00Og de kan trække kalcium ud af miljøet,
-
4:00 - 4:03lægge et lag kalcium og så karbonat, kalcium og karbonat.
-
4:03 - 4:06Den har den kemiske sekvens af aminosyrer,
-
4:06 - 4:08der siger, "Dette er hvordan man bygger strukturen.
-
4:08 - 4:10Her er DNA sekvensen, her er proteinsekvensen
-
4:10 - 4:12til at kunne gøre det."
-
4:12 - 4:15Så en interessant ide er, hvad hvis man kunne tage et hvilket som helst materiale man ville,
-
4:15 - 4:17eller hvilket som helst element i det periodiske system,
-
4:17 - 4:20og finder dens tilsvarende DNA sekvens,
-
4:20 - 4:22og så koder den til en tilsvarende proteinsekvens
-
4:22 - 4:25for at bygge en struktur, men ikke bygger en abaloneskal --
-
4:25 - 4:27men bygger noget der, gennem naturen,
-
4:27 - 4:30har den aldrig fået muligheden til at arbejde endnu.
-
4:30 - 4:32Så her er det periodiske system.
-
4:32 - 4:34Og jeg elsker absolut det periodiske system.
-
4:34 - 4:37Hvert år ved den tiltrædende førsteårselev klasse ved MIT,
-
4:37 - 4:39har jeg lavet en periodisk tabel der siger,
-
4:39 - 4:42"Velkommen til MIT. Du er nu i dit rette element."
-
4:42 - 4:45Og man vender den om, og det er aminosyrer
-
4:45 - 4:47med PH værdien hvor de har forskellige ladninger.
-
4:47 - 4:50Så jeg giver dette til tusindevis af mennesker.
-
4:50 - 4:52Og jeg ved der står MIT, og dette er Caltech,
-
4:52 - 4:54men jeg har et par ekstra hvis folk vil have dem.
-
4:54 - 4:56Og det var virkelig heldigt
-
4:56 - 4:58at have President Obama på besøg i mit laboratorium sidste år
-
4:58 - 5:00på hans visit til MIT,
-
5:00 - 5:02og jeg ville virkelig gerne give ham det periodiske system.
-
5:02 - 5:04Så jeg blev oppe om natten, og jeg talte med min mand,
-
5:04 - 5:07"Hvordan giver jeg President Obama det periodiske system?
-
5:07 - 5:09Hvad hvis han siger, 'Åh, den har jeg allerede.'
-
5:09 - 5:11eller, 'Jeg har allerede lært den udenad'?" (Latter)
-
5:11 - 5:13Så han kom og besøgte mit laboratorium
-
5:13 - 5:15og kiggede omkring -- det var et storartet besøg.
-
5:15 - 5:17Og bagefter, sagde jeg,
-
5:17 - 5:19"Sir, jeg vil give dig det periodiske system
-
5:19 - 5:23for det tilfælde at du kommer i knibe og har brug for at beregne molekylevægt."
-
5:23 - 5:25Og jeg troede molekylær vægt lød meget mindre nørdet
-
5:25 - 5:27end molær masse.
-
5:27 - 5:29Så han kiggede på den,
-
5:29 - 5:31og han sagde,
-
5:31 - 5:33"Tak. Jeg vil kigge på det periodisk."
-
5:33 - 5:35(Latter)
-
5:35 - 5:39(Bifald)
-
5:39 - 5:42Og senere i en forelæsning som han gav om ren energi
-
5:42 - 5:44fandt han det frem og sagde,
-
5:44 - 5:46"Og folkene ved MIT, de gav mig dette periodiske system."
-
5:46 - 5:49Så det jeg dybest set ikke fortalte jer
-
5:49 - 5:52er at for cirka 500 millioner år siden, begyndte organismer at lave materialer,
-
5:52 - 5:54men det tog dem cirka 50 millioner år at blive gode til det.
-
5:54 - 5:56Det tog dem cirka 50 millioner år
-
5:56 - 5:58at lære hvordan man perfektionerer det at lave abaloneskaller.
-
5:58 - 6:00Og det er hårdt at sælge til kandidatstuderende. (Latter)
-
6:00 - 6:03"Jeg har dette imponerende projekt -- 50 millioner år."
-
6:03 - 6:05Så vi skulle udvikle en måde
-
6:05 - 6:07til at prøve at gøre dette hurtigere.
-
6:07 - 6:09Så vi bruger en virus der er en ikke giftig virus
-
6:09 - 6:11der hedder M13 bakteriofag
-
6:11 - 6:13hvis job er at inficere bakterie.
-
6:13 - 6:15Jamen den har en simpel DNA struktur
-
6:15 - 6:17som man kan gå ind og klippe og klistre
-
6:17 - 6:19yderligere DNA sekvenser i.
-
6:19 - 6:21Og ved at gøre det, tillader det viruset
-
6:21 - 6:24at udtrykke tilfældige protein sekvenser.
-
6:24 - 6:26Og dette er ret nem bioteknologi.
-
6:26 - 6:28Og man kunne dybest set gøre dette en milliard gange.
-
6:28 - 6:30Så man kan gå ind og have en milliard forskellige virusser
-
6:30 - 6:32der alle er genetisk identiske,
-
6:32 - 6:34men de er forskellige fra hinanden baseret på deres spids,
-
6:34 - 6:36på en sekvens
-
6:36 - 6:38der koder et protein.
-
6:38 - 6:40Hvis man nu tager alle en milliard virusser,
-
6:40 - 6:42og man kan putte dem i en dråbe væske,
-
6:42 - 6:45kan man tvinge dem til at interagere med hvad som helst man vil i det periodiske system.
-
6:45 - 6:47Og gennem en evolutionær udvælgelsesproces,
-
6:47 - 6:50kan man vælge en ud af en milliard der gør noget man vil have det til,
-
6:50 - 6:52som at dyrke et batteri eller en solcelle.
-
6:52 - 6:55Så i bund og grund, kan virusser ikke reproducere; de har brug for en vært.
-
6:55 - 6:57Når man finder den ene ud af milliarden,
-
6:57 - 6:59inficerer man den ind i en bakterie,
-
6:59 - 7:01og man laver millioner af millioner af kopier
-
7:01 - 7:03af den bestemte sekvens.
-
7:03 - 7:05Så den anden ting der er smuk ved biologi,
-
7:05 - 7:07er at biologi giver os virkelig elegante strukturer
-
7:07 - 7:09med flotte sammenkædede niveauer.
-
7:09 - 7:11Og disse virusser er lange og tynde,
-
7:11 - 7:13og vi kan få dem til at udtrykke evnen
-
7:13 - 7:15til at dyrke noget som halvledere
-
7:15 - 7:17eller materialer til batterier.
-
7:17 - 7:20Nu er dette et kraftigt batteri vi dyrkede i mit laboratorium.
-
7:20 - 7:23Vi designede et virus til at samle kulstof nanorør.
-
7:23 - 7:25Så en del af virussen snupper et kulstof nanorør.
-
7:25 - 7:27Den anden del af virussen har en sekvens
-
7:27 - 7:30der kan dyrke et elektrode materiale til et batteri.
-
7:30 - 7:33Og så tilslutter den sig selv til den nuværende samler.
-
7:33 - 7:35Så gennem en evolutionær udvælgelsesproces,
-
7:35 - 7:38gik vi fra at være i stand til at have en virus der lavede usselt batteri
-
7:38 - 7:40til en virus der lavede et godt batteri
-
7:40 - 7:43til en virus der lavede kraftige batterier der slog tidlige rekorder,
-
7:43 - 7:46der alt sammen bliver lavet ved stuetemperatur, dybest set på brugsstedet.
-
7:46 - 7:49Og det batteri var med ved det Hvide Hus til en pressekonference.
-
7:49 - 7:51Jeg tog det med her.
-
7:51 - 7:54Man kan se den i denne kasse -- den giver lys til denne LED.
-
7:54 - 7:56Hvis man nu kunne lave det i et andet størrelsesforhold,
-
7:56 - 7:58kunne man faktisk bruge det
-
7:58 - 8:00til at drive ens Prius,
-
8:00 - 8:03hvilket er min drøm -- at være i stand til at køre en virus drevet bil.
-
8:04 - 8:06Men det er i bund og grund --
-
8:06 - 8:09man kan vælge en ud af milliard.
-
8:09 - 8:11Man kan lave mange suppleringer til det.
-
8:11 - 8:13Dybest set, kunne man lave en supplering i laboratoriet,
-
8:13 - 8:15og så kunne man få det til at samle sig selv
-
8:15 - 8:17til en struktur ligesom et batteri.
-
8:17 - 8:19Vi er i stand til også at gøre dette med katalyse.
-
8:19 - 8:21Dette er eksemplet
-
8:21 - 8:23på fotokatalytisk deling af vand.
-
8:23 - 8:25Og det vi har været i stand til at gøre
-
8:25 - 8:28er at designe et virus til dybest set at tage farvestof absorberende molekyler
-
8:28 - 8:30og sætte dem på linje på virussets overflade
-
8:30 - 8:32så det virker som en antenne,
-
8:32 - 8:34og man kan få en energi overførsel hen over virusset.
-
8:34 - 8:36Og så giver vi det et andet gen
-
8:36 - 8:38til at dyrke et uorganisk materiale
-
8:38 - 8:40der kan bruges til at dele vand
-
8:40 - 8:42til oxygen og hydrogen
-
8:42 - 8:44der kan bruges til ren brændstof.
-
8:44 - 8:46Og jeg har taget et eksempel med mig i dag.
-
8:46 - 8:48Mine studerende lovede mig at det ville virke.
-
8:48 - 8:50Der er virus samlede nanotråde.
-
8:50 - 8:53Når man skinner lys på dem, kan man se at de bobler.
-
8:53 - 8:56I dette tilfælde, ser man oxygen boblerne komme ud.
-
8:57 - 9:00Og dybest set, ved at kontrollere generne,
-
9:00 - 9:03kan man kontrollere adskillige materialer til at forbedre ens apparats præstation.
-
9:03 - 9:05Det sidste eksempel er solceller.
-
9:05 - 9:07Man kan også gøre dette med solceller.
-
9:07 - 9:09Vi har været i stand til at designe virusser
-
9:09 - 9:11til at samle kulfiber nanorørene
-
9:11 - 9:15og så dyrke titaniumdioxid omkring dem --
-
9:15 - 9:19og bruge som en måde til at få elektronerne gennem apparatet.
-
9:19 - 9:21Og det vi har fundet ud af gennem genetisk design,
-
9:21 - 9:23er at vi faktisk kan forhøje
-
9:23 - 9:26effektiviteten af disse solceller
-
9:26 - 9:28til rekordhøje tal
-
9:28 - 9:31for denne type farvestof følsomme systemer.
-
9:31 - 9:33Og jeg medbragte en af dem også
-
9:33 - 9:36som man kan lege rundt med udenfor bagefter.
-
9:36 - 9:38Dette er en virusbaseret solcelle.
-
9:38 - 9:40Gennem evolution og udvælgelse,
-
9:40 - 9:43vi det fra en otte procent effektiv solcelle
-
9:43 - 9:46til en 11 procent effektiv solcelle.
-
9:46 - 9:48Så jeg håber at jeg overbeviste jer
-
9:48 - 9:51om at der er mange gode, interessante ting at lære
-
9:51 - 9:53om hvordan naturen laver materialer --
-
9:53 - 9:55og tage det næste skridt
-
9:55 - 9:57for at se om man kan påvirke,
-
9:57 - 9:59eller om man kan udnytte hvordan naturen laver materialer,
-
9:59 - 10:02til at lave ting som naturen endnu ikke har drømmet om at lave.
-
10:02 - 10:04Tak.
- Title:
- Angela Belcher: At bruge naturen til at dyrke batterier
- Speaker:
- Angela Belcher
- Description:
-
Inspireret af abaloneskaller, programmerer Angela Belcher virusser til at lave strukturer i nanomålestoksforhold som mennesker kan bruge. Ved at vælge højeffektive gener gennem dirigeret evolution, producerer hun virusser der kan bygge kraftige nye batterier, ren hydrogenbrændstof og solceller der slår alle tidligere rekorder. Ved TEDxCaltech, viser hun os hvordan man gør.
- Video Language:
- English
- Team:
- closed TED
- Project:
- TEDTalks
- Duration:
- 10:05
Dimitra Papageorgiou approved Danish subtitles for Using nature to grow batteries | ||
Anders Finn Jørgensen accepted Danish subtitles for Using nature to grow batteries | ||
Anders Finn Jørgensen edited Danish subtitles for Using nature to grow batteries | ||
David J. Kreps Finnemann edited Danish subtitles for Using nature to grow batteries | ||
David J. Kreps Finnemann added a translation |