TEDxCaltech
Angela Belcher: Using nature to grow batteries
Анджела Белчър: Как да използваме природата за да правим батерии
Filmed:
Readability: 4.7
971,791 views
Вдъхновена от черупката на морски охлюв, Анджела Белчър програмира вируси, за да прави елегантни структури от наномащаб, които хората могат да използват. Подбирайки най-добре представящите се гени чрез насочена еволюция, тя произвежда вируси, които могат да изграждат нови мощни батерии, чисти водородни горива и слънчеви батерии, чупещи рекорди. На TEDxCaltech тя ни показва как се прави това.
Angela Belcher - Biological engineer
Angela Belcher looks to nature for inspiration on how to engineer viruses to create extraordinary new materials. Full bio
Angela Belcher looks to nature for inspiration on how to engineer viruses to create extraordinary new materials. Full bio
Double-click the English transcript below to play the video.
00:15
I thought I would talk a little bit about how nature makes materials.
0
0
3000
Мислех, че може да поговоря малко за това как природата прави материали.
00:18
I brought along with me an abalone shell.
1
3000
2000
Донесох със себе си черупката на един морски охлюв.
00:20
This abalone shell is a biocomposite material
2
5000
3000
Черупката на този охлюв е биокомпозитен материал,
00:23
that's 98 percent by mass calcium carbonate
3
8000
3000
който е 98% калциев карбонат
00:26
and two percent by mass protein.
4
11000
2000
и два процента протеин.
00:28
Yet, it's 3,000 times tougher
5
13000
2000
И въпреки това е 3000 пъти по-здрав,
00:30
than its geological counterpart.
6
15000
2000
отколкото неговия геоложки аналог.
00:32
And a lot of people might use structures like abalone shells,
7
17000
3000
И много хора използват структури подобни на черупки на морски охлюви,
00:35
like chalk.
8
20000
2000
като тебешира.
00:37
I've been fascinated by how nature makes materials,
9
22000
2000
Очарована съм от начина, по който природата прави материали,
00:39
and there's a lot of sequence
10
24000
2000
и има много стъпки,
00:41
to how they do such an exquisite job.
11
26000
2000
за това как те правят такава изискана работа.
00:43
Part of it is that these materials
12
28000
2000
Част от това е, че тези материали
00:45
are macroscopic in structure,
13
30000
2000
са видими с просто око по структура,
00:47
but they're formed at the nanoscale.
14
32000
2000
но те са формирани в наномащаб.
00:49
They're formed at the nanoscale,
15
34000
2000
Те се образуват в наномащаб,
00:51
and they use proteins that are coded by the genetic level
16
36000
3000
и използват протеини, които са кодирани на генетично ниво,
00:54
that allow them to build these really exquisite structures.
17
39000
3000
които им позволяват да изградят тези наистина изящни структури.
00:57
So something I think is very fascinating
18
42000
2000
Така че нещо, което е много очарователно, мисля,
00:59
is what if you could give life
19
44000
3000
е какво би станало ако може да се даде живот
01:02
to non-living structures,
20
47000
2000
на неживи структури,
01:04
like batteries and like solar cells?
21
49000
2000
като батерии и слънчеви батерии?
01:06
What if they had some of the same capabilities
22
51000
2000
Какво може да стане, ако те имаха някои от възможностите,
01:08
that an abalone shell did,
23
53000
2000
които черупките на морските охлюви имаха,
01:10
in terms of being able
24
55000
2000
от гледна точка на възможността
01:12
to build really exquisite structures
25
57000
2000
да изграждат наистина изискани структури
01:14
at room temperature and room pressure,
26
59000
2000
при стайна температура и налягане,
01:16
using non-toxic chemicals
27
61000
2000
използвайки нетоксични химични вещества
01:18
and adding no toxic materials back into the environment?
28
63000
3000
и без да добавят никакви токсични материали обратно в околната среда?
01:21
So that's the vision that I've been thinking about.
29
66000
3000
Така че това е визията, за която си мислех.
01:24
And so what if you could grow a battery in a Petri dish?
30
69000
2000
И така, какво може да стане, ако се отгледа батерия в петриева паничка?
01:26
Or, what if you could give genetic information to a battery
31
71000
3000
Или, ако може да се даде генетична информация на батерия,
01:29
so that it could actually become better
32
74000
2000
така че да може всъщност да стане по-добра
01:31
as a function of time,
33
76000
2000
с течение на времето,
01:33
and do so in an environmentally friendly way?
34
78000
2000
и да прави това по екологично съобразен начин?
01:35
And so, going back to this abalone shell,
35
80000
3000
И така, връщайки се към черупката на морския охлюв,
01:38
besides being nano-structured,
36
83000
2000
освен че е нано-структурирана,
01:40
one thing that's fascinating,
37
85000
2000
нещо, което е очарователно,
01:42
is when a male and a female abalone get together,
38
87000
2000
е когато мъжки и женски охлюви се съберат заедно,
01:44
they pass on the genetic information
39
89000
2000
и препредават генетичната информация,
01:46
that says, "This is how to build an exquisite material.
40
91000
3000
което казва: "Това е начина за изграждането на изискан материал.
01:49
Here's how to do it at room temperature and pressure,
41
94000
2000
Ето как се прави това при стайна температура и налягане,
01:51
using non-toxic materials."
42
96000
2000
използвайки нетоксични материали."
01:53
Same with diatoms, which are shown right here, which are glasseous structures.
43
98000
3000
Същото е и с диатомите, които са осветени тук, които са стъкловидни структури.
01:56
Every time the diatoms replicate,
44
101000
2000
Всеки път, когато диатомите се възпроизвеждат,
01:58
they give the genetic information that says,
45
103000
2000
те предават генетична информация, която казва:
02:00
"Here's how to build glass in the ocean
46
105000
2000
"Ето как да се изгради стъкло в океана,
02:02
that's perfectly nano-structured.
47
107000
2000
което е напълно наноструктурирано.
02:04
And you can do it the same, over and over again."
48
109000
2000
И можете да го правите по същия начин, отново и отново."
02:06
So what if you could do the same thing
49
111000
2000
И така, какво би станало ако можехте да направите същото нещо
02:08
with a solar cell or a battery?
50
113000
2000
със слънчева батерия или батерия?
02:10
I like to say my favorite biomaterial is my four year-old.
51
115000
3000
Ще ми се да кажа, че любимия ми биоматериал е моето четиригодишно дете.
02:13
But anyone who's ever had, or knows, small children
52
118000
3000
Но всеки, който някога е имал, или познава, малки деца,
02:16
knows they're incredibly complex organisms.
53
121000
3000
знае, че те са невероятно сложни организми.
02:19
And so if you wanted to convince them
54
124000
2000
Така че, ако искате да ги убедите
02:21
to do something they don't want to do, it's very difficult.
55
126000
2000
да направят нещо, което не искат да правят, това е много трудно.
02:23
So when we think about future technologies,
56
128000
3000
Така че, когато си мислим за бъдещите технологии,
02:26
we actually think of using bacteria and virus,
57
131000
2000
всъщност смятаме да използваме бактерии и вируси,
02:28
simple organisms.
58
133000
2000
прости организми.
02:30
Can you convince them to work with a new toolbox,
59
135000
2000
Можете ли да ги убедите да работят с нов набор от инструменти,
02:32
so that they can build a structure
60
137000
2000
така че да могат да изградят структура,
02:34
that will be important to me?
61
139000
2000
която ще бъде важна за мен?
02:36
Also, when we think about future technologies,
62
141000
2000
Също така, ние си мислим за бъдещите технологии.
02:38
we start with the beginning of Earth.
63
143000
2000
Започваме с началото на Земята.
02:40
Basically, it took a billion years
64
145000
2000
Общо-взето, били необходими един милиард години,
02:42
to have life on Earth.
65
147000
2000
за да се появят живи организми на Земята.
02:44
And very rapidly, they became multi-cellular,
66
149000
2000
И много бързо, те станали многоклетъчни,
02:46
they could replicate, they could use photosynthesis
67
151000
3000
можели да се възпроизвеждат, можели да използват фотосинтеза,
02:49
as a way of getting their energy source.
68
154000
2000
като източник на тяхната енергия.
02:51
But it wasn't until about 500 million years ago --
69
156000
2000
Но това не се случило до около преди 500 милиона години --
02:53
during the Cambrian geologic time period --
70
158000
2000
по време на камбрийския геоложки период от време --
02:55
that organisms in the ocean started making hard materials.
71
160000
3000
когато организмите в океана започнали да правят твърди материали.
02:58
Before that, they were all soft, fluffy structures.
72
163000
3000
Преди това всички те били меки, пухкави структури.
03:01
And it was during this time
73
166000
2000
И по това време
03:03
that there was increased calcium and iron
74
168000
2000
е имало увеличено количество калций и желязо,
03:05
and silicon in the environment,
75
170000
2000
и силиций в околната среда.
03:07
and organisms learned how to make hard materials.
76
172000
3000
И организмите се научили как да правят твърди материали.
03:10
And so that's what I would like be able to do --
77
175000
2000
И така, това е, което бих искала да мога да направя --
03:12
convince biology
78
177000
2000
да убедя биологията
03:14
to work with the rest of the periodic table.
79
179000
2000
да заработи с останалата част от менделеевата таблица.
03:16
Now if you look at biology,
80
181000
2000
Сега, ако се вгледате в биологията,
03:18
there's many structures like DNA and antibodies
81
183000
2000
има много структури като ДНК и антитела,
03:20
and proteins and ribosomes that you've heard about
82
185000
2000
и протеини и рибозоми, за които сте чували,
03:22
that are already nano-structured.
83
187000
2000
които са вече наноструктурирани.
03:24
So nature already gives us
84
189000
2000
Така че природата ни дава
03:26
really exquisite structures on the nanoscale.
85
191000
2000
наистина изискани структури от наномащаб.
03:28
What if we could harness them
86
193000
2000
Какво ще стане, ако можем да ги впрегнем
03:30
and convince them to not be an antibody
87
195000
2000
и да ги убедим да не бъдат антитела,
03:32
that does something like HIV?
88
197000
2000
които причиняват нещо като ХИВ?
03:34
But what if we could convince them
89
199000
2000
Но какво ще стане, ако можем да ги убедим
03:36
to build a solar cell for us?
90
201000
2000
да изградят слънчеви батерии за нас?
03:38
So here are some examples: these are some natural shells.
91
203000
2000
Ето някои примери: това са някакви естествени черупки.
03:40
There are natural biological materials.
92
205000
2000
Това са естествени биологични материали.
03:42
The abalone shell here -- and if you fracture it,
93
207000
2000
Черупката на охлюва тук -- и ако я счупите,
03:44
you can look at the fact that it's nano-structured.
94
209000
2000
можете да видите факта, че е нано-структурирана.
03:46
There's diatoms made out of SIO2,
95
211000
3000
Има диатомеи, направени от SiO2,
03:49
and they're magnetotactic bacteria
96
214000
2000
и има магнетотактични бактерии,
03:51
that make small, single-domain magnets used for navigation.
97
216000
3000
които образуват малки, еднополюсни магнити, използвани за навигация.
03:54
What all these have in common
98
219000
2000
Това, което е общо за всички тези неща
03:56
is these materials are structured at the nanoscale,
99
221000
2000
е, че тези материали са структурирани в наномащаб,
03:58
and they have a DNA sequence
100
223000
2000
и те имат ДНК структура,
04:00
that codes for a protein sequence
101
225000
2000
която кодира за протеинова последователност,
04:02
that gives them the blueprint
102
227000
2000
която им дава плана,
04:04
to be able to build these really wonderful structures.
103
229000
2000
който им позволява да изградят тези наистина прекрасни структури.
04:06
Now, going back to the abalone shell,
104
231000
2000
Сега, връщайки се към черупката на морския охлюв,
04:08
the abalone makes this shell by having these proteins.
105
233000
3000
той образува черупката си от тези протеини.
04:11
These proteins are very negatively charged.
106
236000
2000
Тези протеини са много отрицателно заредени.
04:13
And they can pull calcium out of the environment,
107
238000
2000
И те могат да извличат калций от околната среда,
04:15
put down a layer of calcium and then carbonate, calcium and carbonate.
108
240000
3000
да натрупат слой от калций и след това карбонат, калций и карбонат.
04:18
It has the chemical sequences of amino acids,
109
243000
3000
Има химическата последователност на аминокиселините,
04:21
which says, "This is how to build the structure.
110
246000
2000
която казва: "Ето как да се изгради структурата.
04:23
Here's the DNA sequence, here's the protein sequence
111
248000
2000
Ето я ДНК последователността, ето я протеиновата последователност,
04:25
in order to do it."
112
250000
2000
за да се направи."
04:27
And so an interesting idea is, what if you could take any material that you wanted,
113
252000
3000
И така, една интересна идея е, какво ще стане, ако можем да вземем всякъв материал, който си поискаме,
04:30
or any element on the periodic table,
114
255000
2000
или всеки елемент от периодичната таблица,
04:32
and find its corresponding DNA sequence,
115
257000
3000
и намерим съответната последователност на ДНК,
04:35
then code it for a corresponding protein sequence
116
260000
2000
и после я кодираме за съответната протеинова последователност,
04:37
to build a structure, but not build an abalone shell --
117
262000
3000
за да изградим структура, но не да изградим черупка на охлюв --
04:40
build something that, through nature,
118
265000
2000
да построим нещо, което в природата,
04:42
it has never had the opportunity to work with yet.
119
267000
3000
никога не е имало възможността да проработи все още.
04:45
And so here's the periodic table.
120
270000
2000
И така, ето я периодичната таблица.
04:47
And I absolutely love the periodic table.
121
272000
2000
И аз безспорно обожавам периодичната таблица.
04:49
Every year for the incoming freshman class at MIT,
122
274000
3000
Всяка година за постъпващите първокурсници в Масачузетския технологичен институт (MIT)
04:52
I have a periodic table made that says,
123
277000
2000
имам направена периодична таблица, която казва:
04:54
"Welcome to MIT. Now you're in your element."
124
279000
3000
"Добре дошли в MIT. Сега сте в своя елемент."
04:57
And you flip it over, and it's the amino acids
125
282000
3000
И ако я обърнете, на гърба са аминокиселините,
05:00
with the PH at which they have different charges.
126
285000
2000
с PH стойностите, при които имат различен заряд.
05:02
And so I give this out to thousands of people.
127
287000
3000
И така, аз раздавам тези таблици на хиляди души.
05:05
And I know it says MIT, and this is Caltech,
128
290000
2000
И знам, че пише MIT, a това е Калифорнийския технологичен институт,
05:07
but I have a couple extra if people want it.
129
292000
2000
но имам няколко излишни, ако хората искат.
05:09
And I was really fortunate
130
294000
2000
И бях наистина щастлива
05:11
to have President Obama visit my lab this year
131
296000
2000
да приема президента Обама на визита в моята лаборатория през тази година,
05:13
on his visit to MIT,
132
298000
2000
по време на посещението му в MIТ,
05:15
and I really wanted to give him a periodic table.
133
300000
2000
и аз много исках да му дам периодичната таблица.
05:17
So I stayed up at night, and I talked to my husband,
134
302000
2000
Така че останах късно през нощта, и обсъждах със съпруга си:
05:19
"How do I give President Obama a periodic table?
135
304000
3000
"Как да подаря на президента Обама периодичната таблица?
05:22
What if he says, 'Oh, I already have one,'
136
307000
2000
Какво ще стане, ако той каже: "О, аз вече я имам,"
05:24
or, 'I've already memorized it'?" (Laughter)
137
309000
2000
или: "Вече съм я запомнил?"
05:26
And so he came to visit my lab
138
311000
2000
И така, той дойде на посещение в моята лаборатория,
05:28
and looked around -- it was a great visit.
139
313000
2000
и разгледа наоколо -- беше страхотна визита.
05:30
And then afterward, I said,
140
315000
2000
И тогава по-късно, аз казах:
05:32
"Sir, I want to give you the periodic table
141
317000
2000
"Сър, искам да ви подаря периодичната таблица,
05:34
in case you're ever in a bind and need to calculate molecular weight."
142
319000
4000
в случай, че някога сте в затруднение и трябва да изчислите молекулното тегло."
05:38
And I thought molecular weight sounded much less nerdy
143
323000
2000
И аз си мислех, че молекулно тегло звучи много по-малко странно,
05:40
than molar mass.
144
325000
2000
отколкото моларна маса.
05:42
And so he looked at it,
145
327000
2000
Той я погледна
05:44
and he said,
146
329000
2000
и каза:
05:46
"Thank you. I'll look at it periodically."
147
331000
2000
"Благодаря ви. Ще гледам в нея периодично."
05:48
(Laughter)
148
333000
2000
(Смях)
05:50
(Applause)
149
335000
4000
(Ръкопляскане)
05:54
And later in a lecture that he gave on clean energy,
150
339000
3000
И по-късно в лекция, която изнесе за чистата енергия,
05:57
he pulled it out and said,
151
342000
2000
той я извади и каза:
05:59
"And people at MIT, they give out periodic tables."
152
344000
2000
"А хората в MIT, те раздават периодични таблици."
06:01
So basically what I didn't tell you
153
346000
3000
Така че в основни линии, това, което не ви казах бе,
06:04
is that about 500 million years ago, organisms starter making materials,
154
349000
3000
че преди около 500 милиона години, организмите започнали да правят материали,
06:07
but it took them about 50 million years to get good at it.
155
352000
2000
но им били необходими около 50 милиона години, за да станат добри в това.
06:09
It took them about 50 million years
156
354000
2000
Необходими са им били около 50 милиона години,
06:11
to learn how to perfect how to make that abalone shell.
157
356000
2000
за да се научат как да усъвършенстват как се прави черупката на морския охлюв.
06:13
And that's a hard sell to a graduate student. (Laughter)
158
358000
2000
И това е трудно за рекламиране сред студентите.
06:15
"I have this great project -- 50 million years."
159
360000
3000
"Имам този страхотен проект -- 50 милиона години."
06:18
And so we had to develop a way
160
363000
2000
Така че трябва да разработим начин,
06:20
of trying to do this more rapidly.
161
365000
2000
да се опитаме да правим това по-бързо.
06:22
And so we use a virus that's a non-toxic virus
162
367000
2000
И така, ние използваме вирус, който е нетоксичен вирус,
06:24
called M13 bacteriophage
163
369000
2000
наречен М13 бактериофаг,
06:26
that's job is to infect bacteria.
164
371000
2000
чиято задача е да заразява бактерии.
06:28
Well it has a simple DNA structure
165
373000
2000
Той има проста структура на ДНК,
06:30
that you can go in and cut and paste
166
375000
2000
от която можете да изрязвате и добавяте
06:32
additional DNA sequences into it.
167
377000
2000
допълнителни ДНК последователности.
06:34
And by doing that, it allows the virus
168
379000
2000
И правейки това, се позволява на вируса
06:36
to express random protein sequences.
169
381000
3000
да изразява случайни последователности от протеини.
06:39
And this is pretty easy biotechnology.
170
384000
2000
И това е доста лесна биотехнология.
06:41
And you could basically do this a billion times.
171
386000
2000
Човек може да прави това буквално милиарди пъти.
06:43
And so you can go in and have a billion different viruses
172
388000
2000
И така, ние можем да се сдобием с един милиард различни вируси,
06:45
that are all genetically identical,
173
390000
2000
които са всички генетично идентични,
06:47
but they differ from each other based on their tips,
174
392000
2000
но те се различават един от друг по техните върхове,
06:49
on one sequence
175
394000
2000
по една последователност,
06:51
that codes for one protein.
176
396000
2000
която кодира за един протеин.
06:53
Now if you take all billion viruses,
177
398000
2000
Сега, ако вземете всички милиард вируси,
06:55
and you can put them in one drop of liquid,
178
400000
2000
и ги поставите в една капка течност,
06:57
you can force them to interact with anything you want on the periodic table.
179
402000
3000
можете да ги принудите да си взаимодействат с всичко, което искате от периодичната таблица.
07:00
And through a process of selection evolution,
180
405000
2000
И чрез процеса на селективна еволюция,
07:02
you can pull one out of a billion that does something that you'd like it to do,
181
407000
3000
можете да изолирате един на един милиард, който да прави нещо, което искате да прави,
07:05
like grow a battery or grow a solar cell.
182
410000
2000
като да прави батерия или да прави слънчева батерия.
07:07
So basically, viruses can't replicate themselves; they need a host.
183
412000
3000
В основни линии, вируси не могат да се самовъзпроизвеждат, те се нуждаят от гостоприемник.
07:10
Once you find that one out of a billion,
184
415000
2000
Веднъж след като откриете този един на един милиард,
07:12
you infect it into a bacteria,
185
417000
2000
го инфектирате в бактерия,
07:14
and you make millions and billions of copies
186
419000
2000
и правите милиони и милиарди копия
07:16
of that particular sequence.
187
421000
2000
на тази определена последователност.
07:18
And so the other thing that's beautiful about biology
188
423000
2000
Другото нещо, което е прекрасно в биологията е,
07:20
is that biology gives you really exquisite structures
189
425000
2000
че тя ви дава наистина изискани структури,
07:22
with nice link scales.
190
427000
2000
с хубави мащабни връзки.
07:24
And these viruses are long and skinny,
191
429000
2000
И тези вируси са дълги и оскъдни,
07:26
and we can get them to express the ability
192
431000
2000
и ние можем да ги накараме да изразяват способността
07:28
to grow something like semiconductors
193
433000
2000
да правят неща като полупроводници,
07:30
or materials for batteries.
194
435000
2000
или материали за батерии.
07:32
Now this is a high-powered battery that we grew in my lab.
195
437000
3000
Това е батерия с висока мощност, която отгледахме в моята лаборатория.
07:35
We engineered a virus to pick up carbon nanotubes.
196
440000
3000
Ние направихме вирус, който улавя въглеродни нанотръби.
07:38
So one part of the virus grabs a carbon nanotube.
197
443000
2000
Така че една част от вируса улавя въглеродни нанотръби.
07:40
The other part of the virus has a sequence
198
445000
2000
Другата част на вируса има последователност,
07:42
that can grow an electrode material for a battery.
199
447000
3000
която може да отглежда електроден материал за батерия.
07:45
And then it wires itself to the current collector.
200
450000
3000
И после се свързва сам към колектора на тока.
07:48
And so through a process of selection evolution,
201
453000
2000
И така, чрез процес на селективна еволюция,
07:50
we went from being able to have a virus that made a crummy battery
202
455000
3000
ние започнахме от вирус, който прави кофти батерия,
07:53
to a virus that made a good battery
203
458000
2000
до вирус, който прави добра батерия,
07:55
to a virus that made a record-breaking, high-powered battery
204
460000
3000
до такъв, който прави разбиваща рекорди, високомощна батерия,
07:58
that's all made at room temperature, basically at the bench top.
205
463000
3000
направена при стайна температура, върху лабораторен плот.
08:01
And that battery went to the White House for a press conference.
206
466000
3000
И тази батерия отиде в Белия дом за пресконференция.
08:04
I brought it here.
207
469000
2000
Аз я донесох тук.
08:06
You can see it in this case -- that's lighting this LED.
208
471000
3000
Можете да я видите тук, осветява този светодиод.
08:09
Now if we could scale this,
209
474000
2000
Ако можем да направим това в мащаб,
08:11
you could actually use it
210
476000
2000
ще можете всъщност да я използвате,
08:13
to run your Prius,
211
478000
2000
за да задвижвате вашия Prius,
08:15
which is my dream -- to be able to drive a virus-powered car.
212
480000
3000
което е моята мечта -- да можем да караме автомобил, задвижван от вирус.
08:19
But it's basically --
213
484000
2000
Но в основни линии --
08:21
you can pull one out of a billion.
214
486000
3000
можем да извадим един на един милиард.
08:24
You can make lots of amplifications to it.
215
489000
2000
Можете да направите много допълнения към него.
08:26
Basically, you make an amplification in the lab,
216
491000
2000
По принцип, можем да го усилим в лабораторията.
08:28
and then you get it to self-assemble
217
493000
2000
И след това да го накараме да се самосглоби
08:30
into a structure like a battery.
218
495000
2000
в структура като батерия.
08:32
We're able to do this also with catalysis.
219
497000
2000
Можем да правим това и с катализата.
08:34
This is the example
220
499000
2000
Това е пример
08:36
of photocatalytic splitting of water.
221
501000
2000
за фотокаталитично разделяне на водата.
08:38
And what we've been able to do
222
503000
2000
И това, което успяхме да направим,
08:40
is engineer a virus to basically take dye-absorbing molecules
223
505000
3000
беше да разработим вирус, който да усвоява молекули, абсорбиращи багрилни вещества,
08:43
and line them up on the surface of the virus
224
508000
2000
и да ги подреди на повърхността на вируса,
08:45
so it acts as an antenna,
225
510000
2000
така че да действа като антена,
08:47
and you get an energy transfer across the virus.
226
512000
2000
и се получава енергиен трансфер по целия вирус.
08:49
And then we give it a second gene
227
514000
2000
И после му дадохме втори ген,
08:51
to grow an inorganic material
228
516000
2000
за да отглежда неорганичен материал,
08:53
that can be used to split water
229
518000
2000
който може да се използва за разделяне на водата
08:55
into oxygen and hydrogen
230
520000
2000
на кислород и водород,
08:57
that can be used for clean fuels.
231
522000
2000
които могат да бъдат използвани за чисти горива.
08:59
And I brought an example with me of that today.
232
524000
2000
И аз донесох един пример с мен днес.
09:01
My students promised me it would work.
233
526000
2000
Моите студенти ми обещаха, че ще проработи.
09:03
These are virus-assembled nanowires.
234
528000
2000
Това са наножици, направени от вируси.
09:05
When you shine light on them, you can see them bubbling.
235
530000
3000
Когато ги осветите, можете да ги видите да бълбукат.
09:08
In this case, you're seeing oxygen bubbles come out.
236
533000
3000
В този случай, виждате кислородни мехурчета, които излизат.
09:12
And basically, by controlling the genes,
237
537000
3000
И чрез контролиране на гените,
09:15
you can control multiple materials to improve your device performance.
238
540000
3000
можете да контролирате различните материали, за да подобрите производителността на устройството.
09:18
The last example are solar cells.
239
543000
2000
Последният пример са слънчеви батерии.
09:20
You can also do this with solar cells.
240
545000
2000
Можете да правите това и със слънчеви батерии.
09:22
We've been able to engineer viruses
241
547000
2000
Успяхме да направим вируси,
09:24
to pick up carbon nanotubes
242
549000
2000
които да уловят въглеродните нанотръби
09:26
and then grow titanium dioxide around them --
243
551000
4000
и да натрупат титанов диоксид около тях --
09:30
and use as a way of getting electrons through the device.
244
555000
4000
и да го използват като начин за получаване на електрони към устройството.
09:34
And what we've found is through genetic engineering,
245
559000
2000
И това, което открихме е, че чрез генното инженерство,
09:36
we can actually increase
246
561000
2000
всъщност можем да увеличим
09:38
the efficiencies of these solar cells
247
563000
3000
ефективността на тези слънчеви батерии,
09:41
to record numbers
248
566000
2000
до рекордни стойности
09:43
for these types of dye-sensitized systems.
249
568000
3000
за този тип чувствителни към багрилни вещества системи.
09:46
And I brought one of those as well
250
571000
2000
И аз ви донесох една от тези батерии,
09:48
that you can play around with outside afterward.
251
573000
3000
с която можете да си поиграете навън по-късно.
09:51
So this is a virus-based solar cell.
252
576000
2000
Така че това е слънчева батерия, базирана на вирус.
09:53
Through evolution and selection,
253
578000
2000
Чрез развитие и подбор,
09:55
we took it from an eight percent efficiency solar cell
254
580000
3000
ние я подобрихме от осем процента ефективна слънчева батерия,
09:58
to an 11 percent efficiency solar cell.
255
583000
3000
до 11% ефективна слънчева батерия.
10:01
So I hope that I've convinced you
256
586000
2000
Така че се надявам, че ви убедих,
10:03
that there's a lot of great, interesting things to be learned
257
588000
3000
че има много страхотни, интересни неща, които могат да се научат,
10:06
about how nature makes materials --
258
591000
2000
за това как природата прави материалите --
10:08
and taking it the next step
259
593000
2000
и да отведем това на следващо ниво,
10:10
to see if you can force,
260
595000
2000
за да видим дали можем да насилим,
10:12
or whether you can take advantage of how nature makes materials,
261
597000
2000
или дали можем да се възползваме от това как природата прави материалите,
10:14
to make things that nature hasn't yet dreamed of making.
262
599000
3000
за да направим неща, които природата все още не си е мечтала да направи.
10:17
Thank you.
263
602000
2000
Благодаря ви.
ABOUT THE SPEAKER
Angela Belcher - Biological engineerAngela Belcher looks to nature for inspiration on how to engineer viruses to create extraordinary new materials.
Why you should listen
With a bachelors in Creative Studies and a Ph.D. in Inorganic Chemistry, Angela Belcher has made a career out of finding surprising and innovative solutions to energy problems.
As head of the Biomolecular Materials Group at MIT, Belcher brings together the fields of materials chemistry, electrical engineering and molecular biology to engineer viruses that can create batteries and clean energy sources. A MacArthur Fellow, she also founded Cambrios Technologies, a Cambridge-based startup focused on applying her work with natural biological systems to the manufacture and assembly of electronic, magnetic and other commercially important materials. TIME magazine named her a climate-change hero in 2007.
Watch an animation of Angela Belcher's life story >>
Angela Belcher | Speaker | TED.com