09:42
TED2011

Fiorenzo Omenetto: Silk, the ancient material of the future

フィオレンゾ・オメネト 「絹―歴史ある、未来の素材」

Filmed:

自然界で最もエレガントな素材の1つ、絹。フィオレンゾ・オメネトが、光の伝送・持続可能性の向上・耐久性の増加・医療の飛躍や限界への挑戦など、20以上の驚くべき絹の新利用法を紹介し、ステージではこの万能素材でできた品々を披露します。

- Biomedical engineer
Fiorenzo G. Omenetto's research spans nonlinear optics, nanostructured materials (such as photonic crystals and photonic crystal fibers), biomaterials and biopolymer-based photonics. Most recently, he's working on high-tech applications for silk. Full bio

Thank you.
ありがとう
00:15
I'm thrilled to be here.
ここに来れてうれしいです
00:17
I'm going to talk about a new, old material
古くて新しい素材についてお話します
00:19
that still continues to amaze us,
私たちを驚嘆させ続けていて
00:22
and that might impact the way we think
材料科学や高度技術に対する
00:24
about material science, high technology --
考え方に影響を与えるかもしれない素材です
00:26
and maybe, along the way,
今後もしかすると 医学や
00:29
also do some stuff for medicine and for global health and help reforestation.
世界的保健や森林再生にも貢献するかもしれません
00:31
So that's kind of a bold statement.
少し大胆な発言ですね
00:34
I'll tell you a little bit more.
もう少しお話しましょう
00:36
This material actually has some traits that make it seem almost too good to be true.
この素材は実際信じられない特性を備えています
00:38
It's sustainable; it's a sustainable material
素材は持続可能で
00:41
that is processed all in water and at room temperature --
全ての加工は常温の水の中でされます
00:43
and is biodegradable with a clock,
時間設定した生分解ができ
00:45
so you can watch it dissolve instantaneously in a glass of water
コップの水に瞬時に溶けるようにも
00:47
or have it stable for years.
何年も変化しないようにもできます
00:50
It's edible; it's implantable in the human body
食べることもでき 免疫反応を起こさず
00:52
without causing any immune response.
人体に埋め込むこともできます
00:54
It actually gets reintegrated in the body.
実際 身体と一体化してしまいます
00:56
And it's technological,
技術的な特性もあるので
00:58
so it can do things like microelectronics,
ミクロ電子工学にも使え
01:00
and maybe photonics do.
光通信学的なこともできそうです
01:02
And the material
その素材は
01:04
looks something like this.
このようなものです
01:06
In fact, this material you see is clear and transparent.
見たとおり この素材は透明です
01:09
The components of this material are just water and protein.
構成要素は水分とタンパク質のみです
01:12
So this material is silk.
この素材は絹でできています
01:15
So it's kind of different
なじみのある絹とは
01:18
from what we're used to thinking about silk.
少し違います
01:20
So the question is, how do you reinvent something
では5千年の歴史があるものを
01:22
that has been around for five millennia?
どうやって作り変えるのか?
01:24
The process of discovery, generally, is inspired by nature.
発見過程とは概して自然からヒントを得るものです
01:27
And so we marvel at silk worms --
そこで蚕の興味を向けます
01:30
the silk worm you see here spinning its fiber.
この蚕は繊維を紡いでいるところです
01:32
The silk worm does a remarkable thing:
蚕は驚くことをします
01:35
it uses these two ingredients, protein and water,
分泌腺から出るタンパク質と
01:37
that are in its gland,
水の2つの材料を使い
01:39
to make a material that is exceptionally tough for protection --
非常に耐久性のある保護素材を作るのです
01:41
so comparable to technical fibers
ケブラーのような
01:44
like Kevlar.
工業用繊維に匹敵します
01:46
And so in the reverse engineering process
私たちが知っていて
01:48
that we know about,
なじみのある
01:50
and that we're familiar with,
リバースエンジニアリングで
01:52
for the textile industry,
繊維工業を見ると
01:54
the textile industry goes and unwinds the cocoon
繊維工業は繭をほぐして
01:56
and then weaves glamorous things.
華やかなものを作り出しています
01:59
We want to know how you go from water and protein
知りたいのは どうやって水とタンパク質を
02:01
to this liquid Kevlar, to this natural Kevlar.
ケブラーの溶液 この自然ケブラーにするかです
02:03
So the insight
実際にこれをどのように
02:06
is how do you actually reverse engineer this
リバースエンジニアして
02:08
and go from cocoon to gland
繭から分泌腺へと逆行し
02:11
and get water and protein that is your starting material.
出発物質である水とタンパク質にたどり着くかです
02:13
And this is an insight
これに関しては
02:16
that came, about two decades ago,
私も一緒に働く光栄にあずかった
02:18
from a person that I'm very fortunate to work with,
デイビッド・カプランという人物が
02:20
David Kaplan.
約20年前に解き明かしました
02:24
And so we get this starting material.
そして出発物質が得られ
02:27
And so this starting material is back to the basic building block.
これが基本的な構成要素に戻ります
02:29
And then we use this to do a variety of things --
そしてこれを使って様々なもの
02:32
like, for example, this film.
例えばフィルムなどを作ります
02:34
And we take advantage of something that is very simple.
非常に簡単なことを利用します
02:36
The recipe to make those films
フィルムの作り方は
02:38
is to take advantage of the fact
タンパク質に高度な特性が
02:40
that proteins are extremely smart at what they do.
あることを活用したものなのです
02:42
They find their way to self-assemble.
自己組織化ができることです
02:44
So the recipe is simple: you take the silk solution, you pour it,
レシピは簡単で 絹の溶液を流し込み タンパク質が
02:46
and you wait for the protein to self-assemble.
自己組織化するのを待ちます
02:49
And then you detach the protein and you get this film,
そして水分が蒸発しタンパク質が集合したら
02:51
as the proteins find each other as the water evaporates.
フィルムになったタンパク質を取り外します
02:54
But I mentioned that the film is also technological.
フィルムは技術的でもあると言いましたが
02:57
And so what does that mean?
それはどういう意味か?
02:59
It means that you can interface it
それは典型的な技術のいくつかと
03:01
with some of the things that are typical of technology,
連結できるということです
03:04
like microelectronics and nanoscale technology.
ミクロ電子工学やナノスケール技術などです
03:06
And the image of the DVD here
このDVDの画像は
03:09
is just to illustrate a point
絹は表面の非常に僅かな
03:11
that silk follows very subtle topographies of the surface,
起伏をたどることを説明するためで このため
03:13
which means that it can replicate features on the nanoscale.
ナノスケールで起伏を複製できるということです
03:17
So it would be able to replicate the information
つまりDVDに記録された
03:20
that is on the DVD.
情報を複製できるということです
03:22
And we can store information that's film with water and protein.
情報を水とタンパク質のフィルムに記録できるのです
03:25
So we tried something out, and we wrote a message in a piece of silk,
試しに絹の一片にメッセージを書いてみました
03:28
which is right here, and the message is over there.
これです メッセージはここです
03:31
And much like in the DVD, you can read it out optically.
DVDのように光学的に情報を読み取れます
03:33
And this requires a stable hand,
手が震えるとダメなので
03:36
so this is why I decided to do it onstage in front of a thousand people.
ステージで大勢の人たちを前にしてやれるか
03:38
So let me see.
やってみましょう
03:42
So as you see the film go in transparently through there,
透明のフィルムですが
03:44
and then ...
こうすると―
03:46
(Applause)
(拍手)
03:53
And the most remarkable feat
ここで一番すごい業は
04:00
is that my hand actually stayed still long enough to do that.
やっている間 手が震えなかったことです
04:02
So once you have these attributes
そして一旦 素材のこのような
04:05
of this material,
特性が手に入ると
04:08
then you can do a lot of things.
たくさんのことができます
04:10
It's actually not limited to films.
実際フィルムに限られません
04:12
And so the material can assume a lot of formats.
この素材は様々な形態にすることができます
04:14
And then you go a little crazy, and so you do various optical components
ちょっと凝ったことをして 色々な光学素子や
04:17
or you do microprism arrays,
ランニングシューズの反射テープのような
04:20
like the reflective tape that you have on your running shoes.
マイクロプリズムを作ったりできます
04:22
Or you can do beautiful things
美しいものも作れます
04:24
that, if the camera can capture, you can make.
カメラで写せますか?
04:26
You can add a third dimensionality to the film.
フィルムに立体感を加えて
04:28
And if the angle is right,
ちょうどいい角度で見ると
04:31
you can actually see a hologram appear in this film of silk.
絹のフィルムにホログラムが浮かび上がります
04:33
But you can do other things.
他のこともでできます
04:38
You can imagine that then maybe you can use a pure protein to guide light,
純タンパク質で光を導くことが
04:40
and so we've made optical fibers.
できるかもと考え 光ファイバーも作りました
04:42
But silk is versatile and it goes beyond optics.
でも絹は万能で光学以上のことができます
04:44
And you can think of different formats.
様々な形態が考えられます
04:47
So for instance, if you're afraid of going to the doctor and getting stuck with a needle,
例えば医者に行って注射されるのが怖いなら
04:49
we do microneedle arrays.
極細の針を作ればよいのです
04:52
What you see there on the screen is a human hair
画面にあるのは人間の髪の毛に
04:54
superimposed on the needle that's made of silk --
絹でできた針を重ね合わせたものです
04:56
just to give you a sense of size.
細さが分かると思います
04:58
You can do bigger things.
もっと大きなものも作れます
05:00
You can do gears and nuts and bolts --
歯車やネジやボルト
05:02
that you can buy at Whole Foods.
これらはWhole Foodsで買うことができます
05:04
And the gears work in water as well.
歯車は水中でも使用できます
05:07
So you think of alternative mechanical parts.
機械の代替部品について考えると
05:10
And maybe you can use that liquid Kevlar if you need something strong
ケブラーの溶液は 例えば末梢静脈や
05:12
to replace peripheral veins, for example,
骨丸ごと1本を交換する耐久性のあるものとして
05:15
or maybe an entire bone.
使えるかもしれません
05:18
And so you have here a little example
ちょっとした見本として
05:20
of a small skull --
ミニチュアの頭蓋骨があります
05:22
what we call mini Yorick.
ミニ・ヨリックと呼んでいます
05:24
(Laughter)
(笑)
05:26
But you can do things like cups, for example,
でも例えばカップのようなものも作れます
05:29
and so, if you add a little bit of gold, if you add a little bit of semiconductors
金と半導体を少し加えれば
05:32
you could do sensors that stick on the surfaces of foods.
食品の表面に貼り付けられるセンサーが作れます
05:35
You can do electronic pieces
折り曲げたり包んだりできる
05:38
that fold and wrap.
電子装置も作れます
05:40
Or if you're fashion forward, some silk LED tattoos.
ファッションに敏感な人なら絹のLEDタトゥーでも
05:42
So there's versatility, as you see,
ご覧のとおり 絹には
05:45
in the material formats,
素材形態の
05:48
that you can do with silk.
多用途性があります
05:50
But there are still some unique traits.
まだ他にも独特の特性があります
05:53
I mean, why would you want to do all these things for real?
どうして実際にこれが役立つのか?
05:55
I mentioned it briefly at the beginning;
最初に少し述べましたが
05:58
the protein is biodegradable and biocompatible.
タンパク質は生分解性や生体適合性があります
06:00
And you see here a picture of a tissue section.
これは組織切片の写真です
06:02
And so what does that mean, that it's biodegradable and biocompatible?
生分解性と生体適合性があるから何だと言うのか?
06:05
You can implant it in the body without needing to retrieve what is implanted.
身体に埋め込んだ後 取り除く必要がないということです
06:08
Which means that all the devices that you've seen before and all the formats,
つまりお見せしたすべての装置や形態は理論上では
06:11
in principle, can be implanted and disappear.
身体に埋め込まれた後 消えてしまうということです
06:15
And what you see there in that tissue section,
この組織切片に見えるのは
06:18
in fact, is you see that reflector tape.
実は反射テープです
06:20
So, much like you're seen at night by a car,
車からあなたのことが見えるように
06:23
then the idea is that you can see, if you illuminate tissue,
光を当てれば組織の奥まで見ることが
06:26
you can see deeper parts of tissue
できるというアイデアです
06:29
because there is that reflective tape there that is made out of silk.
絹でできた反射テープがあるからです
06:31
And you see there, it gets reintegrated in tissue.
更にこれは組織と一体化します
06:33
And reintegration in the human body
人体と
06:35
is not the only thing,
一体化するだけではなく
06:37
but reintegration in the environment is important.
環境と一体化することも重要です
06:39
So you have a clock, you have protein,
タンパク質の時間設定をすると
06:42
and now a silk cup like this
このような絹のカップができ
06:44
can be thrown away without guilt --
罪悪感なしで捨てることができます
06:46
(Applause)
(拍手)
06:49
unlike the polystyrene cups
残念なことに埋立地に日々溜まっていく
06:56
that unfortunately fill our landfills everyday.
発砲スチロールのカップとは違います
06:59
It's edible,
食べることもできるので
07:02
so you can do smart packaging around food
そのまま調理できる
07:04
that you can cook with the food.
食品用のスマート包装も作れます
07:06
It doesn't taste good,
味はよくないので
07:08
so I'm going to need some help with that.
助けが必要なんですが
07:10
But probably the most remarkable thing is that it comes full circle.
でも最も素晴らしい点は元に戻るということです
07:12
Silk, during its self-assembly process,
絹は自己組織化の過程で
07:15
acts like a cocoon for biological matter.
生体物質の繭として機能します
07:17
And so if you change the recipe,
そこでレシピを変えて
07:19
and you add things when you pour --
流し込む時に何か加え―
07:21
so you add things to your liquid silk solution --
絹の溶液に何か加え
07:23
where these things are enzymes
それが酵素であろうが
07:25
or antibodies or vaccines,
抗体やワクチンであろうが
07:27
the self-assembly process
自己組織化の過程が
07:30
preserves the biological function of these dopants.
これらのドーパントの生体機能を守ります
07:32
So it makes the materials environmentally active
つまり素材は環境に対して活性を持つようにも
07:35
and interactive.
持たないようにもできるのです
07:38
So that screw that you thought about beforehand
先ほどお見せしたネジも
07:40
can actually be used
実際に折れた骨を
07:42
to screw a bone together -- a fractured bone together --
繋ぎ合わせるネジとして使えるのです
07:44
and deliver drugs at the same,
骨が治癒している間
07:47
while your bone is healing, for example.
同時に薬品を投与することもできます
07:49
Or you could put drugs in your wallet and not in your fridge.
要冷蔵の薬品を財布に入れておくこともできます
07:52
So we've made a silk card
そこでペニシリンの入った
07:55
with penicillin in it.
絹カードを作りました
07:58
And we stored penicillin at 60 degrees C,
これを2ヶ月間摂氏60度
08:00
so 140 degrees Fahrenheit,
つまり華氏140度で保存しましたが
08:02
for two months without loss of efficacy of the penicillin.
ペニシリンの薬効は失われませんでした
08:04
And so that could be ---
ですからこれは―
08:07
(Applause)
(拍手)
08:09
that could be potentially a good alternative
これはソーラー冷蔵庫を背負った
08:13
to solar powered refrigerated camels. (Laughter)
ラクダより良い案かもしれません
08:15
And of course, there's no use in storage if you can't use [it].
もちろん使用できなければ保存の意味はありません
08:18
And so there is this other unique material trait
それにはもう1つの独特の素材特性があります
08:21
that these materials have, that they're programmably degradable.
素材の分解を設定することができるのです
08:25
And so what you see there is the difference.
ここに見えるのがその差です
08:28
In the top, you have a film that has been programmed not to degrade,
上は分解しないよう設定されたフィルムで
08:30
and in the bottom, a film that has been programmed to degrade in water.
下は水中で分解するよう設定されたフィルムです
08:33
And what you see is that the film on the bottom
ご覧のとおり 下のフィルムは
08:36
releases what is inside it.
中身を放出しています
08:38
So it allows for the recovery of what we've stored before.
このように保存したものを使用することができます
08:40
And so this allows for a controlled delivery of drugs
時間制御した薬品投与や
08:43
and for reintegration in the environment
環境への還元も可能となります
08:46
in all of these formats that you've seen.
見て頂いた形態のどれでも可能です
08:49
So the thread of discovery that we have really is a thread.
これらの発見を繋いでいるのは実際に糸なのです
08:51
We're impassioned with this idea that whatever you want to do,
静脈や骨の差し替えや もっと持続可能な
08:54
whether you want to replace a vein or a bone,
ミクロ電子学を行うこと
08:57
or maybe be more sustainable in microelectronics,
コーヒーを飲んだあと罪悪感なく
08:59
perhaps drink a coffee in a cup
カップを捨てたり
09:02
and throw it away without guilt,
薬をポケットに入れて持ち歩て
09:04
maybe carry your drugs in your pocket,
それをそのまま飲んだり
09:06
deliver them inside your body
そのまま砂漠を渡って届けたり
09:08
or deliver them across the desert,
したいことが何であれ 答えは絹糸に
09:10
the answer may be in a thread of silk.
あるかもしれないことには感動させられます
09:12
Thank you.
ありがとう
09:14
(Applause)
(拍手)
09:16
Translated by Sawa Horibe
Reviewed by Hidetoshi Yamauchi

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About the Speaker:

Fiorenzo Omenetto - Biomedical engineer
Fiorenzo G. Omenetto's research spans nonlinear optics, nanostructured materials (such as photonic crystals and photonic crystal fibers), biomaterials and biopolymer-based photonics. Most recently, he's working on high-tech applications for silk.

Why you should listen

Fiorenzo Omenetto is a Professor of Biomedical Engineering and leads the laboratory for Ultrafast Nonlinear Optics and Biophotonics at Tufts University and also holds an appointment in the Department of Physics. Formerly a J. Robert Oppenheimer Fellow at Los Alamos National Laboratory before joining Tufts, his research is focused on interdisciplinary themes that span nonlinear optics, nanostructured materials (such as photonic crystals and photonic crystal fibers), optofluidics and biopolymer based photonics. He has published over 100 papers and peer-review contributions across these various disciplines.

Since moving to Tufts at the end of 2005, he has proposed and pioneered (with David Kaplan) the use of silk as a material platform for photonics, optoelectronics and high-technology applications. This new research platform has recently been featured in MIT's Technology Review as one of the 2010 "top ten technologies likely to change the world."

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