آنجلا بلچر: استفاده از طبیعت برای پرورش باتریها
-
0:00 - 0:03من فکر کردم که میخواهم با شما کمی دربارۀ چگونگی ساخت مواد در طبیعت صحبت کنم
-
0:03 - 0:05با خودم یک صدف آبالون (صدف گوش ماهی) آوردم.
-
0:05 - 0:08این صدف آبالون یک مادۀ بیوکامپوزیت (مادۀ مرکب زیست سازگار) است
-
0:08 - 0:11که ۹۸ درصد کلسیم کربنات فشرده
-
0:11 - 0:13و دو درصد پروتئین فشرده است.
-
0:13 - 0:15با این حال، ۳ هزار برابر سختر از
-
0:15 - 0:17معادل زمینشناختی خود است.
-
0:17 - 0:20بسیاری از مردم ممکن است ساختارهایی مانند
-
0:20 - 0:22صدف آبالون را استفاده کنند، مثلا گچ.
-
0:22 - 0:24من مجذوب چگونگی ساخت مواد در طبیعت شدهام
-
0:24 - 0:26اینکه آنها چطور چنین کار فوقالعادهای را انجام میدهند، مراحل زیادی دارد
-
0:26 - 0:28اینکه آنها چطور چنین کار فوقالعادهای را انجام میدهند، مراحل زیادی دارد
-
0:28 - 0:30بخشی از آن این است که این مواد
-
0:30 - 0:32ساختار میکروسکوپی دارند
-
0:32 - 0:34ولی در مقیاس نانو شکل گرفتهاند.
-
0:34 - 0:36در مقیاس نانو شکل گرفتهاند،
-
0:36 - 0:39و از پروتئینهایی استفاده میکنند که در لایۀ ژنتیکی کدگذاری میشوند.
-
0:39 - 0:42همین به آنها امکان ساخت این ساختارهای ظریف و زیبا را میدهد.
-
0:42 - 0:44پس اگر بتوان به ساختارهای غیر زنده مانند باتری و سلولهای خورشیدی زندگی بخشید، چه میشود؟
-
0:44 - 0:47پس اگر بتوان به ساختارهای غیر زنده مانند باتری و سلولهای خورشیدی زندگی بخشید، چه میشود؟
-
0:47 - 0:49پس اگر بتوان به ساختارهای غیر زنده مانند باتری و سلولهای خورشیدی زندگی بخشید، چه میشود؟
-
0:49 - 0:51پس اگر بتوان به ساختارهای غیر زنده مانند باتری و سلولهای خورشیدی زندگی بخشید، چه میشود؟
-
0:51 - 0:53چه میشود اگر آنها همان قابلیتهایی که
-
0:53 - 0:55یک صدف آبالون دارد، داشتند.
-
0:55 - 0:57از نظر توانایی ساخت
-
0:57 - 0:59ساختارهای فوقالعاده در
-
0:59 - 1:01دما و فشار اتاق
-
1:01 - 1:03با استفاده از مواد شیمیایی غیر سمی
-
1:03 - 1:06و بدون افزودن هیچ پسامد سمی به محیط؟
-
1:06 - 1:09پس من دربارۀ همچین دیدی از آینده فکر میکنم.
-
1:09 - 1:11و چه میشود اگر یک باتری را در پتری ديش (ظرف كشت ميكروب) کشت دهید؟
-
1:11 - 1:14ممکنه به یک باتری اطلاعات ژنتیکی بدهیم
-
1:14 - 1:16تا بتواند واقعا
-
1:16 - 1:18در طی یک تابع زمانی بهتر شود
-
1:18 - 1:20و این را از راهی سازگار با محیط زیست انجام دهد؟
-
1:20 - 1:23پس برگردیم به این صدف آبالون،
-
1:23 - 1:25در کنار نانو- ساختار بودن
-
1:25 - 1:27چیزی که خیلی جالب است،
-
1:27 - 1:29زمانی است که دو آبالون نر و ماده، جفت میشوند،
-
1:29 - 1:31آنها همان اطلاعات ژنتیکی را به نسل بعد منتقل میکنند
-
1:31 - 1:34که نحوۀ ساخت یک مادۀ فوقالعاده را..
-
1:34 - 1:36.. در دما و فشار اتاق و با ..
-
1:36 - 1:38.. استفاده از مواد غیر سمی، بیان میکند.
-
1:38 - 1:41به همین صورت " دیاتومها " (جلبکهای تک سلولی)، که اینجا نشان داده شدهاند، که ساختارهای شیشهای هستند.
-
1:41 - 1:43هر بار که " دیاتومها " تولیدمثل میکنند
-
1:43 - 1:45اطلاعات ژنتیکی را دربارۀ
-
1:45 - 1:47نحوۀ ساخت شیشه در اقیانوس که
-
1:47 - 1:49کاملا نانو ساختار است،
-
1:49 - 1:51و بارها و بارها قابل تکرار، منتقل میکنند.
-
1:51 - 1:53بنابراین ممکنه همین کار را با
-
1:53 - 1:55سلول خورشیدی یا یک باتری انجام داد؟
-
1:55 - 1:58مایلم که بگویم مادۀ زيستی محبوب من، فرزند 4 سالهام است.
-
1:58 - 2:01ولی هرکس که بچۀ کوچک داشته یا بچههای کوچک را میشناسد
-
2:01 - 2:04میداند آنان موجودات بسیار پیچیدهای هستند.
-
2:04 - 2:06و اگر بخواهید آنان را مجاب به انجام کاری کنید که
-
2:06 - 2:08نمیخواهند، خیلی سخت است.
-
2:08 - 2:11وقتی دربارۀ تکنولوژی آینده فکر میکنیم،
-
2:11 - 2:13در واقع به استفاده از ویروس و باکتری فکر میکنیم،
-
2:13 - 2:15موجودات ساده.
-
2:15 - 2:17آیا میتوانید آنها را به کار با جعبه ابزار جدید
-
2:17 - 2:19برای ایجاد یک ساختار که برای ما
-
2:19 - 2:21مهم خواهد بود، مجاب کنید؟
-
2:21 - 2:23همچنین، ما دربارۀ تکنولوژی آینده فکر میکنیم.
-
2:23 - 2:25ما با ابتدای حیات زمین شروع میکنیم
-
2:25 - 2:27اساسا، میلیاردها سال طول کشید
-
2:27 - 2:29تا حیات بر روی زمین شکل بگیرد.
-
2:29 - 2:31که به سرعت، به موجودات چندسلولی تبدیل شدند،
-
2:31 - 2:34که میتوانستند تولید مثل کنند و از فوتوسنتز
-
2:34 - 2:36به عنوان راهی برای دریافت انرژی، استفاده کنند.
-
2:36 - 2:38ولی تنها در ۵۰۰ میلیون سال پیش
-
2:38 - 2:40در طی دورۀ زمینشناسی " كامبرين " بود که
-
2:40 - 2:43موجودات در اقیانوس شروع به ساخت مواد محکم کردند
-
2:43 - 2:46قبل از آن تمام ساختارها نرم و کرک مانند بود.
-
2:46 - 2:48و در طی این زمان بود که
-
2:48 - 2:50میزان کلسیم و آهن و سیلیکن
-
2:50 - 2:52در محیط زیست زیاد شد.
-
2:52 - 2:55و موجودات یادگرفتند چگونه مواد محکم بسازند
-
2:55 - 2:57پس من میخواهم قادر به انجام این باشم
-
2:57 - 2:59مجاب کردن زیست شناسی
-
2:59 - 3:01تا با باقی عناصر جدول تناوبی هم کار کند
-
3:01 - 3:03حالا اگر به زیست شناسی نگاه کنید
-
3:03 - 3:05ساختارهایی مثل DNA و پادتنها
-
3:05 - 3:07پروتئینها و ریبوزومها (رناتن)
-
3:07 - 3:09همه نانو ساختار هستند.
-
3:09 - 3:11بنابراین طبیعت همین حالا هم
-
3:11 - 3:13ساختارهایی در مقیاس نانو در اختیار ما گذاشته است
-
3:13 - 3:15ممکنه که آنها را مهار کنیم
-
3:15 - 3:17و مجاب کنیم که پادتنی نباشند
-
3:17 - 3:19که کاری مثل ویروس ایدز انجام میدهد،
-
3:19 - 3:21بلکه ممکنه آنها را مجاب به
-
3:21 - 3:23ساختن سلول خورشیدی کنیم؟
-
3:23 - 3:25اینها چند مثال هستند: اینها چند صدف طبیعی هستند.
-
3:25 - 3:27اینها مواد زیستی هستند
-
3:27 - 3:29صدف آبالون اینجاست -- و اگر آن را شکاف دهید
-
3:29 - 3:31این واقعیت که نانو ساختار است را میبینید.
-
3:31 - 3:34اینها دیاتومها هستند که از SIO2 (اکسید سیلیسیم) ساخته شدهاند
-
3:34 - 3:36و اینها باکتریهای مغناطیسی هستند که
-
3:36 - 3:39دانههای مغناطیسی تک حوزهای که در جهتیابی کاربرد دارند، تولید میکنند.
-
3:39 - 3:41اشتراک همۀ اینها در این است که
-
3:41 - 3:43این مواد در مقیاس نانو ساختار یافتهاند.
-
3:43 - 3:45توالی DNA دارند که
-
3:45 - 3:47توالی پروتئین را کدگذاری میکند،
-
3:47 - 3:49و این به آنها طرح ساخت
-
3:49 - 3:51این ساختارهای زیبا را میدهد.
-
3:51 - 3:53حالا، دوباره به صدف آبالون برگردیم
-
3:53 - 3:56آبالون این صدف را با داشتن این پروتئینها میسازد.
-
3:56 - 3:58این پروتئینها بار منفی زیادی دارند.
-
3:58 - 4:00و میتوانند کلسیم را از محیط جذب کنند.
-
4:00 - 4:03یک لایه کلسیم و بعد یک لایه کربنات قرار میدهند، کلسیم و کربنات.
-
4:03 - 4:06توالیِ شیمیاییِ آمینو اسیدهای موجود در آن
-
4:06 - 4:08مشخص میکند که ساختار چگونه باشد
-
4:08 - 4:10و توالی DNA و توالی پروتئین
-
4:10 - 4:12برای ساخت آن چگونه باشد.
-
4:12 - 4:15پس ایدۀ جالب این است که آیا ممکن است هر مادهای یا هر عنصری از جدول تناوبی را
-
4:15 - 4:17که میخواهیم، برداریم و
-
4:17 - 4:20توالی DNA مربوط به آن را پیدا کنیم
-
4:20 - 4:22بعد آن را برای توالی پروتئینی مربوطه، کدگذاری کنیم
-
4:22 - 4:25تا یک ساختار را بسازد، ولی این ساختار صدف آبالون نباشد
-
4:25 - 4:27بلکه چیزی باشد که هیچ وقت به طور طبیعی
-
4:27 - 4:30فرصت کار کردن با آن را تا به حال نداشته است.
-
4:30 - 4:32خب این جدول تناوبی است
-
4:32 - 4:34و من کاملا عاشق جدول تناوبی هستم
-
4:34 - 4:37هر سال برای سال اولیها در MIT
-
4:37 - 4:39یک جدول تناوبی آماده دارم که روش نوشته
-
4:39 - 4:42" به MIT خوش آمدید. شما الان در سطح عنصری هستید"
-
4:42 - 4:45و اگر برگردانید، پشتش آمینو اسیدها
-
4:45 - 4:47و PHهایی که در آنها بارهای مختلف میگیرند، است.
-
4:47 - 4:50و خب من این را به هزاران نفر میدهم
-
4:50 - 4:52و با وجود اینکه روش نوشته MIT یا " کلتک Caltech "
-
4:52 - 4:54من چندتا اضافه برای کسانی که میخواهند، دارم.
-
4:54 - 4:56و خیلی باعث خوشبختی بود که
-
4:56 - 4:58" پرزیدنت اوباما " از آزمایشگاه من
-
4:58 - 5:00در زمان بازدیدش از MIT، دیدن کرد.
-
5:00 - 5:02و من خیلی دلم میخواست یک جدول تناوبی به او بدهم
-
5:02 - 5:04بنابراین شب بیدار ماندم و با شوهرم صحبت کردم که
-
5:04 - 5:07چطور به " پرزیدنت اوباما " یک جدول تناوبی بدهم؟
-
5:07 - 5:09اگر بگوید " من خودم یکی دارم "
-
5:09 - 5:11یا " من قبلا این را از حفظ کردم" چه؟
-
5:11 - 5:13و پس او از آزمایشگاه من بازدید کرد
-
5:13 - 5:15و اطراف را گشت -- بازدید خیلی خوبی بود
-
5:15 - 5:17و بعد از آن من گفتم :
-
5:17 - 5:19" آقا، من میخواهم به شما جدول تناوبی بدهم
-
5:19 - 5:23برای وقتی که در یک مخمصه بودید و نیاز به محاسبۀ وزن مولکولی داشتید "
-
5:23 - 5:25و فکر کردم که وزن مولکولی کمتر از جرم مولی
-
5:25 - 5:27خشک به نظر میرسد.
-
5:27 - 5:29و او به من نگاه کرد
-
5:29 - 5:31و گفت
-
5:31 - 5:33" ممنون، به صورت متناوب بهش نگاه خواهم کرد. "
-
5:33 - 5:35( خنده )
-
5:35 - 5:39( تشویق )
-
5:39 - 5:42و بعدا در یک سخنرانی که دربارۀ انرژی پاک انجام داد
-
5:42 - 5:44آن را بیرون آورد و گفت
-
5:44 - 5:46" و مردم در MIT، جدول تناوبی پخش میکنند "
-
5:46 - 5:49خب پس چیزی که در اصل به شما نگفتم
-
5:49 - 5:52این است که ۵۰۰ میلیون سال پیش، موجودات شروع به ساخت مواد کردند،
-
5:52 - 5:54ولی ۵۰ میلیون سال طول کشید تا در این کار خبره شوند
-
5:54 - 5:56۵۰ میلیون سال طول کشید
-
5:56 - 5:58تا یاد بگیرند چطور بینقص باشند، چطور صدف آبالون بسازند
-
5:58 - 6:00و این کار برای یک دانشجوی فوق لیسانس خیلی سخته.
-
6:00 - 6:03"من یه پروژه بزرگ دارم -- 50 میلیون سال"
-
6:03 - 6:05و بنابراین ما باید راهی را برای انجام سریعتر
-
6:05 - 6:07این کار، توسعه میدادیم.
-
6:07 - 6:09بنابراین ما از یک ویروس غیر سمی
-
6:09 - 6:11به نام " ام ۱۳ باکتریوفگ " استفاده میکنیم
-
6:11 - 6:13که کارش مبتلا کردن باکتری است.
-
6:13 - 6:15خب آن یک ساختار سادۀ DNA دارد
-
6:15 - 6:17که شما میتوانید قسمتی از آن را ببرید و
-
6:17 - 6:19توالی DNA اضافه کنید و بچسبانید.
-
6:19 - 6:21و با این کار، به ویروس اجازه دهید
-
6:21 - 6:24توالیهای پروتئینی تصادفی را از خود بروز دهند
-
6:24 - 6:26و این یک فرآیند ساده در زیستفناوری (بیوتکنولوژی) است.
-
6:26 - 6:28و میتوان یک میلیارد دفعه این کار را تکرار کرد.
-
6:28 - 6:30بنابراین میتوان یک میلیارد ویروس مختلف داشت
-
6:30 - 6:32که از نظر ژنتیکی همسان هستند
-
6:32 - 6:34ولی انتهای آنها، یک توالی
-
6:34 - 6:36که یک پروتئین را کدگذاری میکند،
-
6:36 - 6:38با هم فرق دارد.
-
6:38 - 6:40حالا اگر تمام یک میلیارد ویروس را
-
6:40 - 6:42در یک قطره مایع قرار دهید
-
6:42 - 6:45میتوانید آنها را به کار کردن با هر عنصری از جدول تناوبی واداشت.
-
6:45 - 6:47و از طریق فرآیند تکامل گزینشی
-
6:47 - 6:50میتوان از میان یک میلیارد، یکی را بیرون کشید که آنچه میخواهید انجام میدهد
-
6:50 - 6:52مثلا تولید و پرورش یک باتری یا یک سلول خورشیدی.
-
6:52 - 6:55بنابراین اصولا، ویروسها نمیتوانند تولید مثل کنند، آنها به میزبان احتیاج دارند
-
6:55 - 6:57وقتی همان یکی که میخواهید از میان یک میلیارد پیدا کردید
-
6:57 - 6:59آن را به یک باکتری منتقل میکنید
-
6:59 - 7:01و میلیاردها و میلیونها نسخه از
-
7:01 - 7:03آن توالی مخصوص میگیرید
-
7:03 - 7:05و پس چیز دیگری که دربارۀ زیستشناسی زیباست
-
7:05 - 7:07این است که زیستشناسی ساختارهای فوقالعاده با
-
7:07 - 7:09اندازههای مرتبط زیبا به شما میدهد؟؟؟؟
-
7:09 - 7:11و این ویروسها که بلند و باریک هستند
-
7:11 - 7:13و ما می توانیم آنها را وادار به نشان دادن توانایی
-
7:13 - 7:15پرورش چیزی مثل نیمه رساناها
-
7:15 - 7:17یا موادی برای باتریها کنیم.
-
7:17 - 7:20این یک باتری پرقدرت است که ما در آزمایشگاه رشد دادیم
-
7:20 - 7:23ما یک ویروس را برای برداشتن " نانولولههای کربنی " مهندسی کردیم
-
7:23 - 7:25بنابراین یک قسمت از ویروس یک نانولولۀ کربنی را در چنگ میگیرد
-
7:25 - 7:27قسمت دیگر دارای آن توالی است که میتواند
-
7:27 - 7:30برای یک باتری مواد الکترودی تولید کند.
-
7:30 - 7:33و بعد ویروس خود را به صورت " جمع کنندۀ جریان " در می آورد
-
7:33 - 7:35بنابراین از طریق یک فرآیند تکامل گزینشی
-
7:35 - 7:38ما از یک ویروس که باتری بیکیفیت میساخت
-
7:38 - 7:40به ویروسی که باتری خوب میساخت، رسیدیم
-
7:40 - 7:43و بعد به ویروسی که باتری پرقدرت و رکورد شکن میساخت، رسیدیم
-
7:43 - 7:46و تمام اینها در دمای اتاق و در اصل بر روی یک میز کار انجام شد
-
7:46 - 7:49و باتری برای یک کنفرانس به " کاخ سفید " فرستاده شد.
-
7:49 - 7:51من اینجا آوردمش.
-
7:51 - 7:54می توانید در این جعبه آن را ببینید که به این " الایدی " نور میدهد.
-
7:54 - 7:56حالا اگر این را درجه بندی کنیم
-
7:56 - 7:58شما عملا میتوانید از این برای
-
7:58 - 8:00راه انداختن " تویوتا پریوس " استفاده کنید.
-
8:00 - 8:03این رویای من است. که بتوانم یک ماشین نیروگرفته از ویروس را برانم.
-
8:04 - 8:06ولی موضوع اینجا در اصل این است:
-
8:06 - 8:09شما میتوانید یکی را از میان یک میلیارد بیرون بکشید
-
8:09 - 8:11میتوانید به صورتهای مختلف آن را تقویت کنید
-
8:11 - 8:13و عملا میتوانید در آزمایشگاه آن را تقویت کنید
-
8:13 - 8:15و بعد کاری کنید که خود را به صورت
-
8:15 - 8:17یک ساختار مثلا یک باتری، در آورد
-
8:17 - 8:19ما قادریم این کار را با کاتالیزورها هم انجام دهیم
-
8:19 - 8:21این یک مثال از
-
8:21 - 8:23تجزیۀ فوتوکاتالیزوری آب است
-
8:23 - 8:25و آنچه ما قادر به انجامش هستیم
-
8:25 - 8:28مهندسی یک ویروس برای کنترل مولکولهای جاذب در رنگدانه
-
8:28 - 8:30و ردیف کردن آنها در سطح ویروس است
-
8:30 - 8:32تا مثل یک آنتن عمل کند.
-
8:32 - 8:34و انتقال انرژی را در ویروس داشته باشید.
-
8:34 - 8:36و بعد به آن یک ژن دیگر میدهیم
-
8:36 - 8:38تا مواد غیر آلی و معدنی تولید کند
-
8:38 - 8:40که می تواند برای تجزیۀ آب به
-
8:40 - 8:42هیدروژن و اکسیژن استفاده شود.
-
8:42 - 8:44می تواند برای سوختهای پاک استفاده شود.
-
8:44 - 8:46من امروز یک نمونه با خودم آورده ام
-
8:46 - 8:48شاگردم قول داده کار کند
-
8:48 - 8:50اینها نانوسیمهای گردآوری شده توسط ویروس هستند.
-
8:50 - 8:53وقتی نور به آنها بتابانید میبینید که حباب تولید میکنند
-
8:53 - 8:56و در این نمونه، حبابهای اکسیژن بالا میآیند.
-
8:57 - 9:00و در واقع با کنترل ژنها
-
9:00 - 9:03می توانید مواد چندگانه را برای بالابردن عملکرد وسیله تان کنترل کنید.
-
9:03 - 9:05آخرین مثال سلولهای خورشیدی هستند.
-
9:05 - 9:07همین کار را می توانید با سلولهای خورشیدی انجام دهید
-
9:07 - 9:09ما قادر بودهایم که ویروسها را مهندسی کنیم
-
9:09 - 9:11تا نانولولههای کربنی را بردارند و
-
9:11 - 9:15دی اکسید تیتانیوم در اطراف آنها تولید کنند.
-
9:15 - 9:19برای استفاده به عنوان راهی برای عبور الکترونها از وسیله
-
9:19 - 9:21و چیزی که دریافتهایم این است که از طریق مهندسی ژنتیک
-
9:21 - 9:23می توانیم واقعا کارآییهای این
-
9:23 - 9:26سلولهای خورشیدی را
-
9:26 - 9:28تا رکوردهای بی سابقه
-
9:28 - 9:31برای این نوع سیستمهای رنگدانه سنتز ( گریتسل ) بالا ببریم.
-
9:31 - 9:33من یکی از آنها را همراه آورده ام
-
9:33 - 9:36که بعدا می توانید با آن ور بروید و امتحان کنید
-
9:36 - 9:38خب این یک سلول خورشیدی با پایۀ ویروسی است.
-
9:38 - 9:40از طریق تکامل و گزینش
-
9:40 - 9:43ما آن را از یک سلول خورشیدی با هشت درصد کارآیی
-
9:43 - 9:46به سلول خورشیدی با 11 درصد کارآیی رساندیم
-
9:46 - 9:48بنابراین امیدوارم شما را قانع کرده باشم
-
9:48 - 9:51که نکات عالی و جالب زیادی میشود از
-
9:51 - 9:53چگونگی ساخت مواد در طبیعت آموخت
-
9:53 - 9:55و آن را یک قدم به جلو برد
-
9:55 - 9:57تا دید آیا میشود مجبور کرد
-
9:57 - 9:59یا آیا می توان از چگونگی ساخت مواد در طبیعت استفاده کرد
-
9:59 - 10:02برای ساخت چیزهایی که طبیعت هنوز رویای ساخت شان را ندارد.
-
10:02 - 10:04ممنون.
- Title:
- آنجلا بلچر: استفاده از طبیعت برای پرورش باتریها
- Speaker:
- Angela Belcher
- Description:
-
" آنجلا بلچر " با الهام گرفتن از یک صدف " آبالون " (نوعی گوش ماهی خوراکی) ویروسها را برای به وجود آوردن ساختارهایی در مقیاس نانو برای استفاده انسانها، برنامهریزی میکند. با انتخاب ژنهایی با عملکرد بالا از طریق فرآیند تکاملی هدایت شده، او ویروسهایی تولید کرده که میتوانند باتریهای جدید و پرقدرت، سوختهای پاک هیدروژنی و سلولهای خورشیدی رکورددار و بیسابقه بهوجود آورند. در TEDxCaltech، او به ما نشان میدهد که چگونه این کار انجام میشود.
- Video Language:
- English
- Team:
closed TED
- Project:
- TEDTalks
- Duration:
- 10:05