Angela Belcher: Përdorimi i natyrës për të rritur bateritë

I inspiruar nga guacat e kërmillve, Angela Belcher Programon viruës për të berë struktura nano të vogla të cilat njerëzit mund ti përdorinë. Duke i zgjedhur gjenet e përformit të lartë nepërmjet evuluimit direktë, ajo prodhon virusë të cilët mund të konstruktojnë bateria të reja shumë të fuqishme, pastrimi i gazrave të hidrogjenit dhe qelizave rekorde solare. Tek TEDxCaltech, ajo na tregon neve se si bëhet.

Unë mendoj se do të flisja pak rreth asaj se si natyra i benë materialet.

kam sjallur me vete një guacë të kërmillit.

Guaca e kërmillit është një material bio i kompozuar

i cili 98 përqin e tij është nga masa e kalcuimit të karbonuar

dhe dy përqind me masë proteine.

Akom, është 3.000 herë më i fuqishem

sesa pjesa e tijë gjeologjike.

Dhe shumë njerëz mund të përdorin struktura sikurse guacat e kërmillit

sikurse shkumës.

Unë kam qen i fasjonuar sesi natyra i bën materialet,

dhe ka shumë konsekuenca

sesi bejnë aq shumë punë të lodhëshme.

Pjes e tij është se këto materiale

janë mikroskopike në strukturë,

mirpo ato janë formuar në nano-madhësi.

Ato janë formuar në nano-madhësi,

dhe ato përdorin proteina të cilat janë të koduara nga nivelet gjenetike

të cilat u lejojnë atyre të ndërtojnë këto struktura shumë të vështira.

Pra diqka që unë mendoj se është shumë fasjonuese

është ajo që qfar nëse do mund ti jepni jetë

strukturave jo-jetuese,

sikurse baterive dhe qelizave solare?

Qka nëse aot kan të njejtat mundësi

sikurse guacat e kërmijve,

në mundësit e të qenit

leht të ndertueshme të ketyre strukturave të ndërlikuara

tek temperaturat e dhomes dhe prsioni i saj,

duke përdorur kemikale jo-toksike

dhe duke i shtuar materiale jo toksite mbapa në ambientë?

Pra ky është vizjoni për të cilin kam qen duke menduar.

Dhe qfar nëse mund të rritësh një bateri në një enë plastike?

apo, qfar nese mund t'ju kishit dhën informacione gjenetike një bateria

pra ajo do kishte qen më e mirë

si funksion i kohës,

dhe bërja e kësaj në një menyrë shumë shoqërore për ambientin?

Pra, ti kthehemi prap kësaj guacës së kërmillit,

përveq të qenit nano-strukturë,

një gjë e cila është fasjonuese,

është kur një djal dhe një mashkull bëhen së bashku,

ata kalojnë në informata gjenetike

të cilat thon, " Kjo është ajo se si të ndërtosh materiale të vështira.

Këtu është se si të behet në temperatura dhe presion të dhomës,

duke përdorur materiale jo-tokësike."

e njejta me diatom, të cilat janë shfaqur mu këtu, të cilat janë struktura të gjamosura.

Gjdo herë kur një diatom replikohet,

ato i japin informatat gjentetike të cilat thonë,

"Këtu është se si të ndërtosh gjam në oqean

ajo është nano-strukturë përfekte.

Dhe ju mund ta beni poashtu, prap dhe prapë."

Pra qfarë nëse mund ta besh po të njejten gjë

me një qelizë solare apo bateri?

Më pëlqen të them se biomateriali imë i preferuar është katër vite i vjetër.

Mirpo secili që ka pasur, apo ka ditur, fëmijet të vegjel

e dinë që ata janë organizma tmerrësisht kompleksë.

Pra nëse dëshiron ti bindesh ata

që të bejnë diqka që ata nuk dëshirojnë të bejnë. Është shumë e vështirë.

Pra kur mendojmë për teknologjin e së ardhmës,

ne faktikisht mendojmë të përdorim bakterie dhe virusë,

organizma të thjeshtë.

A mund ti bindësh ata që të punojnë me një kuti të re veglashë,

që ata të mund të ndërtojnë një strukturë

e cila do të jetë e rendësishme për mua?

Gjithashtu, kur ne mendojmë për teknologjin e së ardhmës,

ne fillojmë me fillimin e tokës.

Faktikisht, ju deshtë një miljardë vite

për tu krijuar jeta në tokë.

Dhe secilen pas tjetres, ata behet multi-qelizore,

ato mund të replikohen, ato mund të përdorin fotosintezen

si menyr për ta marrur burimet e energjisë.

Mirpo ishte deri rreth 500 miljonë vite më parë --

gjat periudhës gjeologjike të Cambrian-it

organizmat në oqeane filluan të bejnë materiale të renda.

Përpara kësaj, ato të gjitha ishin të bua, struktura të plota.

Dhe ishte gjat kësaj kohe

që kishte një rritje të kalcuimit dhe hekuri

dhe silikonit në ambient,

dhe organizmat mësuan se si të bejnë materiale të forta.

Pra kjo është ajo që unë do të dëshiroja të jem në gjendje ta bejm --

ta bindim biologjinë

që të punoj me pjesen tjetër të sistemit periodik.

Tani po ta shiqoni biologjinë,

ka shumë struktura sikurse ADN-ja dhe antitrupat

dhe proteina dhe ribozone të cilat janë të vështira

rreth asaj nano-struktures.

Pra natyra tani na ka dhën neve

struktura vërtet të rendësishme në nano-madhësi.

Qka nese do ti dëmtoje ato

dhe bindesh ato të mos-jenë një antitrupë

i cili bën diqka sikurse HIV?

Mirpo qfar nëse i bindim ato

për të ndërtuar një qelizë solare për ne?

Pra këtu kemi disa shembuj: Këto janë disa guacka natyrale.

Janë materiale natyrale biologjike.

Guacat e kërmijve këtu -- dhe nëse i thyen ato,

ju mund ti shiqoni faktet të cilat është një nano-strukturë.

Ka dietome të bëra nga SIO2,

dhe ato janë bakterje magnetotike

të cilet e bejnë një magnet të vetem të vogël të përdoret për navigim.

Qfarë kanë të përbashkëta të gjitha këto

është sepse këto materiale janë të strukturuara në nano-madhësi,

dhe ato kanë një sekuencë ADN-je

të cilat e kodojnë për një proteinë sekuncive

e cila ju jep atyre skicen

që të jenë në gjendje të ndërtojnë struktura të mrekullueshme.

Tani, ti kthehemi prap guacave të kërmillit,

Guacat e bejnë këtë kërmill të ketë këto proteina.

Këto protenia janë shumë të mbushuar në menyr shumë negative.

Dhe mund të lëshojnë kalcuim në ambient,

vendoni një shtresë të kalcuimit dhe pastaj karbonojnë, kalcuim dhe karbonim.

Ka konsekuenca kemikale të amino acideve,

të cilat thonë, "Kjo është menyra sesi këto i ndërtojnë strukturat.

Këto është sekuenca a ADN-së, këtu është ajo e proteines

dhe për ta berë atë."

Dhe një ide interesante është, qfar nese do mund të merrni ndonje material që dëshironit,

apo ndonje element në tabelen periodike,

dhe të gjeni sekuencen e ADN që i takon,

dhe pastaj kodimin e saj për proteinen qe i takon

për të ndërtuar një strukturë, jo një guacë të kërmillve --

ndërtimi i një gjëje të till, nepërmjet natyres,

akoma nuk ka pasur mundësit për të funksionuar.

Pra këtu është tabela periodike.

dhe unë apsulutisht e dashuroj tabelen periodike.

Gjdo vitë që hynë klasat e reja ne MIT,

Kam një tabel të sistemit periodik i cili thot,

"Mirësevini në MIT. Tani ju jeni në elementin tuaj."

Dhe ju e shfletoni, dhe është amino acidet

me PH tek të cilat ato kanë ngarkim të ndryshem.

Dhe unë gjithashtu ju jap mijera njerëzve.

Dhe unë e di që thon MIT, dhe është një caltech,

mirpo kam disa më tepër nese njerëzit e dëshirojnë.

Dhe isha shumë me fatë

që kisha presidentin Obama që vizitoj laburatorin tim

në viziten e tij në MIT,

unë me të vërtet dëshiroja ti jap atij një tabel periodike.

Pra qëndrova deri vonë naten, dhe fola me burrin tim,

"Si ti jap presidentit Obama një tabel periodike?

Qfar nëse ai tho, "Oh unë kam një në shtepin time,'

apo "e kam të fikësuar atë?" (Qeshen)

Pra ai erdhi të vizito laburatorin tiim

dhe shiqonte rreth e rrotull -- ishte një vizitë e mirë.

Dhe pastaj unë i thash,

"Zotri, Dëshiroj t'ju jap një tabel periodike

në rast se jeni të verber dhe ju duhet të kalkuloni peshen e molekulave."

Unë mendova se pesha e molekulave tingllonte më tërheqse

sesa masa e dhëmballave.

Ai e shiqoj atë

dhe tha,

"Faliminderit. Do ta shiqoj në menyr perdioke."

(Qeshen)

(Duartrokitje)

Dhe më vonë në leksionin që ai dha mbi energjin e pastërt,

ai shpalosi dhe tha,

"Dhe njerëzit në MIT, japin tabela perdiodike."

Pra atë që unë nuk ju thash

është se rreth 500 milion vite më parë, organizmat filluan të prodhojnë materiale,

mirpo i'ju desht atyre rreth 50 milion vite për ta berë mirë.

I'u deshë atyre rreth 50 milion vite

për të mësuar sesi të perfeksionojnë atë guac kërmilli.

Dhe ajo është e vështir ti tregohet një studenti të diplomuar.(Qeshen)

Unë kisha këtë projekt të mrekullueshem -- 50 miljonë vite më parë."

Pra ne u dasht të zhvillojmë një menyr

për të provuar ta bejmë kohëpaskohe.

Dhe ne përodem një virus që është jo-tokësik

e quajtur M13 bakteriofagë

punë e tij është ti infekton bakteriet.

Ka një strukturë të thjeshtë ADN-je

për të cilat mund ta prsim dhe vendosim

sekuenca tjera në të.

Dhe duke e berë atë, e lejon virusin

për të shfaq sekuenca të proteinave në menyr të rendomët.

Dhe kjo është bioteknologji shumë e thjesht.

Dhe faktikisht ju mund ta beni këtë një miljardë herë.

Dhe ju mund të vazhdoni dhe të keni një miljard virusë të ndryshem

të cilet janë gjenetikishtë identikë,

mirpo ata ndryshojnë nga njëri tjetëri në majën e tyre,

në një sekuencë

e cila kodon për një proteinë.

Tani nëse i merrni të gjithë ata miljard virusët

dhe mund ti vendosni ata në një lëng,

ju mund ti detyroni ato të bashkëveprojnë me gjdogjë që ju dëshironi në tabel periodike.

Dhe nepërmjet një procesi të zgjedhëjes dhe evolvimit,

ju mund të zgjedhni një nga një miljard viruset të cilet mund të bejnë diqka që ti dëshiron të bësh me ta,

sikurse rritjen e një bateria apo qelize solare.

Pra faktikisht, viruse nuk mund të replikohen vetvetiu; atyre ju duhet një strehues.

Sapo të keni gjetur atë nga një miljardët,

ju e infektoni atë në një bakterie,

dhe ju beni miljona dhe miljarda kopje

të asaj sekuence.

Dhe gjëja tjetër e bukur rreth biologjisë

është se biologjia ju jep juve një struktur shumë eksituese

me madhësi dhe lidhje të bukura.

Dhe me këta virusë të gjatë dhe dobët,

ne mund ti marrim ata të paraqesin mundësin

për të rritur diqka sikurse gjysëmpërcjellësit

apo materiale për bateritë.

Tani kjo është një bateri e furnizimit të lartë të cilen e kemi rritur në laburatorin tim.

Ne ingjinjerum një virus për të marrur nanotubet e karboneve.

Pra një pjesë e virusit mbledhë një nano karbonë.

Pjesa tjetër e virusit ka një sekuencë

e cila mund të rritë një elektrod për një bateri.

Dhe pastaj e lidhë vetveten më mbëledhësin momental.

Pra nepërmjet procesit të zgjedhëjes dhe evolvimit,

ne kaluam nga të pasurit e një virusa i cili prodhonte një bateri e dobet

tek një virus i cili mund të bejë një bateri të mirë

deri tek një virusë i cili mund të bejë një bateri të cilësis së lartë rekorde

e gjithë kjo është ndërtuar në temperaturen e dhomës, faktikisht tek një bankë në krye.

Dhe ajo bateri shkoi tek shtëpia e bardhë për një konferenc gazetarësh.

Kam sjellur me vete këtu.

Ju mund ta shihni në këtë rast -- po e ndriqon këtë LED.

Tani po të mund të rrisnim këtë,

ju faktikisht mund ta përdorni atë

për të lëvizur një Honda Prius,

e cila është ëndrra ime -- të jemi në gjendje të vozisim një makinë të lëvizur më virusë.

Mirpo është faktike --

që mund të zgjedhësh një nga një miljardët.

Ju mund të bëni shumë amplifikime tek ajo.

Faktikisht, ju mund të beni një amplifikim në laburatorë,

dhe pataj ta mbëledhësh sëbashku

në një struktur sikurse një bateri.

Ne jemi në gjendje ta bejmë atë gjithashtu edhe me katalysis.

Ky është një shembull

i një fotokatalysi i ndarë nga uji.

Dhe ajo që kemi qen në gjendje të bejmë

është ingjinjerimi i një virusi i cili mund të merr molekulat e vdekura

dhe ti vendoni në sipërfaqen e një virusi

pra vepron sikurse një antenë,

dhe ju përfitoni një transfer energjie nepërmjet virusit.

Dhe pastaj ne i japim gjenin e dytë

për të rritur një material jo-organik

i cili mund të përdoret për të ndarë ujin

në oksigjen dhe hidrogjen

i cili mund të përoret për karburantet e pastërta.

Dhe kam sjellur një shembull të tij me vete sotë.

Studentët e mij më premtuan mua so do të funksionon.

Këta janë virusët të mbledhur në nano-lidhje.

Kur shëndrrisni dritë në ta, ju mund ti shini ata duke u përdredhur.

Në këtë rast, ju po shihni oksigjenin duke përdredhur jashtë.

Dhe faktikisht, duke i kontrolluar këto gjene,

ju mund të kontrolloni shumë materiale për të përmisuar përformancat e paisjes suaj.

Shembulli i fundit është qeliza solare.

Ju gjithashtu mund ta bëni këtë me qeliza solare.

Ne kemi arritur ta ingjinjerojmë një virusë

i cili mbledhë nanotubat e karbonit

dhe pastaj rritë dioksidet e titaniumit rreth vetit--

dhe përdor një menyr për të marrur elektronet nepërmjet paisjes.

Dhe atë që ne gjetur është se nepërmjet ingjinjerimit gjenetikë,

ne mund të rrisim

përsosëshmerin e këtyre qelizave solare

në numëra rekord

për këto lloje të sistemeve dy-sentuese.

Dhe unë kam sjellur një prej tyre me veti

me të cilin mund të luani jashtë pastaj.

Pra ky është një virusë i bazuar në qeliza solare.

Nepërmjet evolvimit dhe zgjedhëjes,

ne e morem nga një tetë përqind përfekshmeri e qelizave solare

deri në 11 përqind eficient të qeliës solare.

Pra shpresoj që ju kam bindur juve

që ka shumë gjëra të bukura, itneresante që duhet mësuar

në atë sesi natyra krijonë materiale --

dhe quarjen në hapin e ardhëshem

për të parë nese mund ta detyrojmë,

apo mund ta marrim përparësin e asaj se si natyral krijonë materialet,

për të berë gjëra për të cilat natyra nuk ka ëndërruar për ti krijuar ato.

Faliminderit.