ABOUT THE SPEAKER
Angela Belcher - Biological engineer
Angela 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.

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More profile about the speaker
Angela Belcher | Speaker | TED.com
TEDxCaltech

Angela Belcher: Using nature to grow batteries

Angela Blecher: Mit der Natur Batterien schaffen

Filmed:
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Von einer Abalone-Muschel inspiriert, programmiert Angela Belcher Viren darauf, elegante Nanostrukturen zu erzeugen, die von Menschen genutzt werden können. Durch die Auswahl hochleistungsfähiger Gene mittels gesteuerter Evulotion erzeugt sie Viren, die kraftvolle neue Batterien hervorbringen, saubere Wasserstoff-Treibstoffe und rekordbrechende Solarzellen. Bei TEDxCaltech zeigt sie uns, wie das geht.
- Biological engineer
Angela Belcher looks to nature for inspiration on how to engineer viruses to create extraordinary new materials. Full bio

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00:15
I thought I would talk a little bitBit about how natureNatur makesmacht materialsMaterialien.
0
0
3000
Ich dachte, ich erzähle ein wenig davon, wie die Natur Stoffe schafft.
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I broughtgebracht alongeine lange with me an abaloneAbalone shellSchale.
1
3000
2000
Hier habe ich eine Abalone-Muschel.
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This abaloneAbalone shellSchale is a biocompositeBiokomposit materialMaterial
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5000
3000
Diese Abalone-Muschel ist ein Biokomposit,
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that's 98 percentProzent by massMasse calciumKalzium carbonateKarbonat
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8000
3000
das zu 98 Massenprozent aus Calziumkarbonat besteht
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and two percentProzent by massMasse proteinEiweiß.
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11000
2000
und zwei Massenprozent Eiweiß.
00:28
YetNoch, it's 3,000 timesmal tougherhärter
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2000
Dennoch ist es 3000 Mal so hart
00:30
than its geologicalgeologisch counterpartGegenstück.
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15000
2000
wie sein geologisches Gegenstück.
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And a lot of people mightMacht use structuresStrukturen like abaloneAbalone shellsSchalen,
7
17000
3000
Und viele Menschen nutzen wohl Strukturen wie die Abalone-Muschel,
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like chalkKreide.
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20000
2000
wie zum Beispiel Tafelkreide.
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I've been fascinatedfasziniert by how natureNatur makesmacht materialsMaterialien,
9
22000
2000
Mich fasziniert schon lang, wie die Natur Stoffe hervorbringt,
00:39
and there's a lot of sequenceSequenz
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2000
und es kommt eine Menge zusammen,
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to how they do sucheine solche an exquisiteexquisite jobJob.
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26000
2000
dass sie darin so hervorragend ist.
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PartTeil of it is that these materialsMaterialien
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28000
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Ein Teil ist, dass diese Materialien
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are macroscopicmakroskopischen in structureStruktur,
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30000
2000
eine makroskopische Struktur haben,
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but they're formedgebildet at the nanoscalenanoskalige.
14
32000
2000
jedoch auf der Nanoebene gebildet werden.
00:49
They're formedgebildet at the nanoscalenanoskalige,
15
34000
2000
Sie werden auf der Nanoebene gebildet,
00:51
and they use proteinsProteine that are codedcodiert by the geneticgenetisch levelEbene
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36000
3000
und sie nutzen Proteine, die auf genetischer Ebene kodiert sind
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that allowzulassen them to buildbauen these really exquisiteexquisite structuresStrukturen.
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39000
3000
und ihnen erlauben, diese wirklich vorzüglichen Strukturen hervorzubringen.
00:57
So something I think is very fascinatingfaszinierend
18
42000
2000
Daher bin ich manchmal fasziniert von der Idee
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is what if you could give life
19
44000
3000
diesen unbelebten Strukturen
01:02
to non-livingnicht-lebenden structuresStrukturen,
20
47000
2000
Leben einzuhauchen,
01:04
like batteriesBatterien and like solarSolar- cellsZellen?
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49000
2000
wie Batterien und Solarzellen.
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What if they had some of the samegleich capabilitiesFähigkeiten
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51000
2000
Was, wenn sie einige der Fähigkeiten
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that an abaloneAbalone shellSchale did,
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53000
2000
der Abalone-Muschel hätten,
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in termsBegriffe of beingSein ablefähig
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55000
2000
also in der Lage wären,
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to buildbauen really exquisiteexquisite structuresStrukturen
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57000
2000
diese vorzüglichen Strukturen zu schaffen,
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at roomZimmer temperatureTemperatur and roomZimmer pressureDruck,
26
59000
2000
bei Raumtemperatur und -druck,
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usingmit non-toxicnicht toxisch chemicalsChemikalien
27
61000
2000
ohne giftige Chemikalien
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and addingHinzufügen no toxicgiftig materialsMaterialien back into the environmentUmwelt?
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63000
3000
und ohne Umweltvergiftung?
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So that's the visionVision that I've been thinkingDenken about.
29
66000
3000
Das ist also die Vision, die ich seit langem habe.
01:24
And so what if you could growgrößer werden a batteryBatterie in a PetriPetri dishGericht?
30
69000
2000
Und was, wenn man eine Batterie in einer Petrischale züchten könnte?
01:26
Or, what if you could give geneticgenetisch informationInformation to a batteryBatterie
31
71000
3000
Oder man einer Batterie genetische Information geben könnte,
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so that it could actuallytatsächlich becomewerden better
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74000
2000
so dass sie tatsächlich
01:31
as a functionFunktion of time,
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76000
2000
mit der Zeit besser wird,
01:33
and do so in an environmentallyUmwelt friendlyfreundlich way?
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78000
2000
und das auf umweltfreundliche Art?
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And so, going back to this abaloneAbalone shellSchale,
35
80000
3000
Und wenn wir nun zur Abalone-Muschel zurückkehren,
01:38
besidesAußerdem beingSein nano-structurednanostrukturierte,
36
83000
2000
abgesehen von ihrer Nanostruktur
01:40
one thing that's fascinatingfaszinierend,
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85000
2000
begeistert eine Sache:
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is when a malemännlich and a femaleweiblich abaloneAbalone get togetherzusammen,
38
87000
2000
wenn eine männliche und eine weibliche Abalone zusammen kommen,
01:44
they passbestehen on the geneticgenetisch informationInformation
39
89000
2000
geben sie genetische Information weiter,
01:46
that sayssagt, "This is how to buildbauen an exquisiteexquisite materialMaterial.
40
91000
3000
die sagt: "So baut man ein vorzügliches Material.
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Here'sHier ist how to do it at roomZimmer temperatureTemperatur and pressureDruck,
41
94000
2000
So macht man es bei Raumtemperatur und -druck,
01:51
usingmit non-toxicnicht toxisch materialsMaterialien."
42
96000
2000
ohne giftige Stoffe."
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SameGleichen with diatomsKieselalgen, whichwelche are showngezeigt right here, whichwelche are glasseousgläsernen structuresStrukturen.
43
98000
3000
Genauso bei Kieselalgen, gläsernen Strukturen, die man hier sieht.
01:56
EveryJedes time the diatomsKieselalgen replicatereplizieren,
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101000
2000
Jedes Mal, wenn die Kieselalgen sich vermehren,
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they give the geneticgenetisch informationInformation that sayssagt,
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103000
2000
geben sie genetische Information weiter, die sagt:
02:00
"Here'sHier ist how to buildbauen glassGlas in the oceanOzean
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105000
2000
"So wird Glas im Meer gemacht,
02:02
that's perfectlyperfekt nano-structurednanostrukturierte.
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107000
2000
das eine perfekte Nanostruktur hat.
02:04
And you can do it the samegleich, over and over again."
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109000
2000
Und das kann man beliebig wiederholen."
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So what if you could do the samegleich thing
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111000
2000
Was wäre, wenn man dassselbe
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with a solarSolar- cellZelle or a batteryBatterie?
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113000
2000
mit einer Solarzelle oder Batterie machen könnte?
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I like to say my favoriteFavorit biomaterialBiomaterial is my fourvier year-oldj hrige.
51
115000
3000
Mein liebstes Biomaterial ist ja mein Vierjähriger.
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But anyonejemand who'swer ist ever had, or knowsweiß, smallklein childrenKinder
52
118000
3000
Aber jeder der mal eins hatte, oder kleine Kinder kennt weiß,
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knowsweiß they're incrediblyunglaublich complexKomplex organismsOrganismen.
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121000
3000
dass sie unglaublich komplexe Organismen sind.
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And so if you wanted to convinceüberzeugen them
54
124000
2000
Wenn man sie also überzeugen wollte,
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to do something they don't want to do, it's very difficultschwer.
55
126000
2000
etwas zu tun, das sie nicht wollen, ist das sehr schwierig.
02:23
So when we think about futureZukunft technologiesTechnologien,
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128000
3000
Wenn wir über zukünftige Technologien nachdenken,
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we actuallytatsächlich think of usingmit bacteriaBakterien and virusVirus,
57
131000
2000
denken wir daher eher an den Gebrauch von Bakterien und Viren,
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simpleeinfach organismsOrganismen.
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133000
2000
einfachen Organismen.
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Can you convinceüberzeugen them to work with a newneu toolboxToolbox,
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135000
2000
Kann man sie dafür gewinnen, mit einem neuen Werkzeugsatz zu arbeiten,
02:32
so that they can buildbauen a structureStruktur
60
137000
2000
damit sie Strukturen hervorbringen,
02:34
that will be importantwichtig to me?
61
139000
2000
die für mich bedeutsam sind?
02:36
AlsoAuch, when we think about futureZukunft technologiesTechnologien,
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141000
2000
Daneben denken wir an zukünftige Technologien.
02:38
we startAnfang with the beginningAnfang of EarthErde.
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143000
2000
Wir beginnen beim Anfang der Welt.
02:40
BasicallyIm Grunde, it tookdauerte a billionMilliarde yearsJahre
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145000
2000
Im Grunde brauchte es eine Milliarde Jahre,
02:42
to have life on EarthErde.
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147000
2000
bis auf der Erde Leben enstand.
02:44
And very rapidlyschnell, they becamewurde multi-cellularMulti-Mobilfunk,
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149000
2000
Und sehr schnell wurde es vielzellig,
02:46
they could replicatereplizieren, they could use photosynthesisPhotosynthese
67
151000
3000
die Zellen konnten sich teilen, sie konnten Photosynthese
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as a way of gettingbekommen theirihr energyEnergie sourceQuelle.
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154000
2000
zur Energiegewinnung einsetzen.
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But it wasn'twar nicht untilbis about 500 millionMillion yearsJahre agovor --
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156000
2000
Aber erst vor etwa 500 Millionen Jahren –
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duringwährend the CambrianKambrium geologicgeologisch time periodPeriode --
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158000
2000
während der Kambrischen Ära –
02:55
that organismsOrganismen in the oceanOzean startedhat angefangen makingHerstellung hardhart materialsMaterialien.
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160000
3000
begannen Meeresorganismen, harte Stoffe zu bilden.
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Before that, they were all softweich, fluffyflauschige structuresStrukturen.
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163000
3000
Davor gab es nur weiche, flockige Strukturen.
03:01
And it was duringwährend this time
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166000
2000
Und während dieser Zeit
03:03
that there was increasederhöht calciumKalzium and ironEisen
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168000
2000
gab es vermehrt Kalzium, Eisen
03:05
and siliconSilizium in the environmentUmwelt,
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170000
2000
und Silikon in der Lebenswelt.
03:07
and organismsOrganismen learnedgelernt how to make hardhart materialsMaterialien.
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172000
3000
Da lernten die Organismen, harte Stoffe zu bilden.
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And so that's what I would like be ablefähig to do --
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175000
2000
Das würde ich also gern können –
03:12
convinceüberzeugen biologyBiologie
78
177000
2000
die Biologie dazu bringen,
03:14
to work with the restsich ausruhen of the periodicperiodisch tableTabelle.
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179000
2000
mit dem übrigen Teil des Periodensystems zu arbeiten.
03:16
Now if you look at biologyBiologie,
80
181000
2000
Wenn man nun die Biologie betrachtet,
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there's manyviele structuresStrukturen like DNADNA and antibodiesAntikörper
81
183000
2000
gibt es viele Strukturen wie DNS und Antikörper
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and proteinsProteine and ribosomesRibosomen that you've heardgehört about
82
185000
2000
und Proteine und Ribosomen von denen man gehört hat,
03:22
that are alreadybereits nano-structurednanostrukturierte.
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187000
2000
dass sie bereits nanostrukturiert sind.
03:24
So natureNatur alreadybereits givesgibt us
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189000
2000
Die Natur zeigt uns also bereits
03:26
really exquisiteexquisite structuresStrukturen on the nanoscalenanoskalige.
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191000
2000
wirklich bemerkenswerte Strukturen im Nanomaßstab.
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What if we could harnessGurt them
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193000
2000
Was, wenn wir sie einspannen könnten,
03:30
and convinceüberzeugen them to not be an antibodyAntikörper
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195000
2000
und überzeugen, kein Antikörper zu sein,
03:32
that does something like HIVHIV?
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197000
2000
der etwas wie HIV hervorbringt?
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But what if we could convinceüberzeugen them
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199000
2000
Was aber, wenn wir sie dazu bringen könnten,
03:36
to buildbauen a solarSolar- cellZelle for us?
90
201000
2000
eine Solarzelle für uns zu bauen?
03:38
So here are some examplesBeispiele: these are some naturalnatürlich shellsSchalen.
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203000
2000
Hier nun einige Beispiele: dies sind einige natürliche Muscheln.
03:40
There are naturalnatürlich biologicalbiologisch materialsMaterialien.
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205000
2000
Es gibt natürliche biologische Materialien.
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The abaloneAbalone shellSchale here -- and if you fractureFraktur it,
93
207000
2000
Die Abalone-Muschel hier – und wenn man sie bricht,
03:44
you can look at the factTatsache that it's nano-structurednanostrukturierte.
94
209000
2000
kann man feststellen, das sie eine Nanostruktur hat.
03:46
There's diatomsKieselalgen madegemacht out of SIOSIO2,
95
211000
3000
Diese Diatome sind aus Siliziumdioxid,
03:49
and they're magnetotacticMagnetotaktische bacteriaBakterien
96
214000
2000
und sie sind magnetotaktische Bakterien,
03:51
that make smallklein, single-domaineiner Domäne magnetsMagnete used for navigationNavigation.
97
216000
3000
die kleine einpolige Magneten zur Navigation ausbilden.
03:54
What all these have in commonverbreitet
98
219000
2000
Sie alle haben gemeinsam,
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is these materialsMaterialien are structuredstrukturiert at the nanoscalenanoskalige,
99
221000
2000
dass diese Materialen im Nanomaßstab strukturiert sind,
03:58
and they have a DNADNA sequenceSequenz
100
223000
2000
und sie haben eine DNS-Sequenz,
04:00
that codesCodes for a proteinEiweiß sequenceSequenz
101
225000
2000
die eine Proteinsequenz beschreibt,
04:02
that givesgibt them the blueprintBauplan
102
227000
2000
die ihnen Vorlage ist,
04:04
to be ablefähig to buildbauen these really wonderfulwunderbar structuresStrukturen.
103
229000
2000
damit sie diese wunderbaren Strukturen bilden können.
04:06
Now, going back to the abaloneAbalone shellSchale,
104
231000
2000
Nun, kommen wir zurück zur Abalone-Muschel:
04:08
the abaloneAbalone makesmacht this shellSchale by havingmit these proteinsProteine.
105
233000
3000
die Abalone produziert diese Muschel, weil sie diese Proteine hat.
04:11
These proteinsProteine are very negativelynegativ chargedberechnet.
106
236000
2000
Diese Proteine sind stark negativ geladen.
04:13
And they can pullziehen calciumKalzium out of the environmentUmwelt,
107
238000
2000
Und sie können Kalzium aus der Umgebung anziehen,
04:15
put down a layerSchicht of calciumKalzium and then carbonateKarbonat, calciumKalzium and carbonateKarbonat.
108
240000
3000
und eine Schicht aus Kalzium und dann Karbonat bilden, Kalzium und Karbonat.
04:18
It has the chemicalchemisch sequencesSequenzen of aminoAmino acidsSäuren,
109
243000
3000
Sie hat die chemischen Strukturen von Aminosäuren
04:21
whichwelche sayssagt, "This is how to buildbauen the structureStruktur.
110
246000
2000
die sagen: "So wird diese Struktur gemacht.
04:23
Here'sHier ist the DNADNA sequenceSequenz, here'shier ist the proteinEiweiß sequenceSequenz
111
248000
2000
Hier ist die DNS-Sequenz, hier die Proteinsequenz,
04:25
in orderAuftrag to do it."
112
250000
2000
damit es klappt."
04:27
And so an interestinginteressant ideaIdee is, what if you could take any materialMaterial that you wanted,
113
252000
3000
Der interessante Aspekt ist, was man tun könnte, wenn man jedes beliebige Material
04:30
or any elementElement on the periodicperiodisch tableTabelle,
114
255000
2000
oder jedes Element der Periodentafel nehmen könnte,
04:32
and find its correspondingdazugehörigen DNADNA sequenceSequenz,
115
257000
3000
und die korrespondierende DNS-Sequenz finden,
04:35
then codeCode it for a correspondingdazugehörigen proteinEiweiß sequenceSequenz
116
260000
2000
diese dann für die entsprechende Proteinsequenz programmierte,
04:37
to buildbauen a structureStruktur, but not buildbauen an abaloneAbalone shellSchale --
117
262000
3000
damit eine Struktur einstünde, aber keine Abalone-Muschel –
04:40
buildbauen something that, throughdurch natureNatur,
118
265000
2000
etwas zu bauen, auf natürlichen Weg,
04:42
it has never had the opportunityGelegenheit to work with yetnoch.
119
267000
3000
für das es vorher keine Gelegenheit hatte.
04:45
And so here'shier ist the periodicperiodisch tableTabelle.
120
270000
2000
Hier nun die Periodentafel.
04:47
And I absolutelyunbedingt love the periodicperiodisch tableTabelle.
121
272000
2000
Und ich liebe die Periodentafel sehr.
04:49
EveryJedes yearJahr for the incomingeingehende freshmanFreshman classKlasse at MITMIT,
122
274000
3000
Jedes Jahr wenn die Neulinge ans MIT kommen,
04:52
I have a periodicperiodisch tableTabelle madegemacht that sayssagt,
123
277000
2000
lasse ich eine Periodentafel machen, auf der steht:
04:54
"WelcomeHerzlich Willkommen to MITMIT. Now you're in your elementElement."
124
279000
3000
"Wilkommen am MIT, ihr seid nun in eurem Element."
04:57
And you flipflip it over, and it's the aminoAmino acidsSäuren
125
282000
3000
Und wenn man es umschlägt sieht man die Aminosäuren
05:00
with the PHPH at whichwelche they have differentanders chargesGebühren.
126
285000
2000
mit den PH-Werten, bei denen sie verschiedene Ladungen haben.
05:02
And so I give this out to thousandsTausende of people.
127
287000
3000
So verteile ich das an tausende Leute.
05:05
And I know it sayssagt MITMIT, and this is CaltechCaltech,
128
290000
2000
Und obwohl MIT draufsteht und wir hier in Caltech sind,
05:07
but I have a couplePaar extraextra if people want it.
129
292000
2000
habe ich ein paar mehr dabei, falls jemand eins will.
05:09
And I was really fortunatedas Glück
130
294000
2000
Ich hatte das Glück,
05:11
to have PresidentPräsident ObamaObama visitBesuch my labLabor this yearJahr
131
296000
2000
dass Präsident Obama dieses Jahr mein Labor besuchte,
05:13
on his visitBesuch to MITMIT,
132
298000
2000
während seines Besuchs am MIT,
05:15
and I really wanted to give him a periodicperiodisch tableTabelle.
133
300000
2000
und ich wollte ihm unbedingt eine Periodentafel schenken.
05:17
So I stayedblieb up at night, and I talkedsprach to my husbandMann,
134
302000
2000
Daher blieb ich die ganze Nacht auf, und redete mit meinem Mann,
05:19
"How do I give PresidentPräsident ObamaObama a periodicperiodisch tableTabelle?
135
304000
3000
"Wie gebe ich Präsident Obama eine Periodentafel?
05:22
What if he sayssagt, 'Oh"Oh, I alreadybereits have one,'
136
307000
2000
Was, wenn er sagt, 'Ah, ich habe schon eine', oder
05:24
or, 'I've"Ich habe alreadybereits memorizedauswendig gelernt it'es "?" (LaughterLachen)
137
309000
2000
'Die kenne ich schon auswendig'?"
05:26
And so he camekam to visitBesuch my labLabor
138
311000
2000
Er kam also in mein Labor,
05:28
and lookedsah around -- it was a great visitBesuch.
139
313000
2000
sah sich um – es war ein großartiger Besuch.
05:30
And then afterwardnachher, I said,
140
315000
2000
Danach sagte ich dann,
05:32
"SirSir, I want to give you the periodicperiodisch tableTabelle
141
317000
2000
"Sir, ich möchte Ihnen eine Periodentafel schenken,
05:34
in caseFall you're ever in a bindbinden and need to calculateberechnen molecularmolekular weightGewicht."
142
319000
4000
falls Sie jemals ein Molekülgewicht berechnen müssen."
05:38
And I thought molecularmolekular weightGewicht soundedklang much lessWeniger nerdyNerdy
143
323000
2000
Und ich dachte, Molekülgewicht klänge weniger streberhaft
05:40
than molarMolaren massMasse.
144
325000
2000
als Molekülmasse.
05:42
And so he lookedsah at it,
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327000
2000
Er sah es sich also an
05:44
and he said,
146
329000
2000
und sagte:
05:46
"Thank you. I'll look at it periodicallyregelmäßig."
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331000
2000
"Danke, ich werde es mir periodisch ansehen."
05:48
(LaughterLachen)
148
333000
2000
(Lachen)
05:50
(ApplauseApplaus)
149
335000
4000
(Applaus)
05:54
And laterspäter in a lectureVorlesung that he gavegab on cleanreinigen energyEnergie,
150
339000
3000
Und später bei einem Vortrag, den er zu sauberer Energie hielt,
05:57
he pulledgezogen it out and said,
151
342000
2000
nahm der die Tafel hervor und sagte:
05:59
"And people at MITMIT, they give out periodicperiodisch tablesTabellen."
152
344000
2000
"Von den Leuten am MIT bekommt man Periodentafeln."
06:01
So basicallyGrundsätzlich gilt what I didn't tell you
153
346000
3000
Also, was ich Ihnen nicht erzählt habe,
06:04
is that about 500 millionMillion yearsJahre agovor, organismsOrganismen starterAnlasser makingHerstellung materialsMaterialien,
154
349000
3000
ist dass vor etwa 500 Millionen Jahren, Organismen begannen Stoffe herzustellen,
06:07
but it tookdauerte them about 50 millionMillion yearsJahre to get good at it.
155
352000
2000
aber es dauerte fast 50 Millionen Jahre, bis sie gut darin waren.
06:09
It tookdauerte them about 50 millionMillion yearsJahre
156
354000
2000
Sie brauchten fast 50 Millionen Jahre,
06:11
to learnlernen how to perfectperfekt how to make that abaloneAbalone shellSchale.
157
356000
2000
um zu lernen wie man den Bau einer Abalone-Muschel perfektioniert.
06:13
And that's a hardhart sellverkaufen to a graduateAbsolvent studentSchüler. (LaughterLachen)
158
358000
2000
Das ist Studenten im Aufbaustudium schwer zu verkaufen.
06:15
"I have this great projectProjekt -- 50 millionMillion yearsJahre."
159
360000
3000
"Ich habe diese tolle Projekt – 50 Millionen Jahre."
06:18
And so we had to developentwickeln a way
160
363000
2000
Wir mussten daher einen Weg finden,
06:20
of tryingversuchen to do this more rapidlyschnell.
161
365000
2000
für unseren Versuch, dies schneller zu tun.
06:22
And so we use a virusVirus that's a non-toxicnicht toxisch virusVirus
162
367000
2000
Wir nehmen also ein Virus, das ungiftig ist,
06:24
callednamens M13 bacteriophageBakteriophagen
163
369000
2000
M13 Bakteriophagus heißt,
06:26
that's jobJob is to infectinfizieren bacteriaBakterien.
164
371000
2000
und Bakterien befällt.
06:28
Well it has a simpleeinfach DNADNA structureStruktur
165
373000
2000
Es hat eine einfache DNS-Struktur
06:30
that you can go in and cutschneiden and pasteEinfügen
166
375000
2000
die man teilen kann, um
06:32
additionalzusätzliche DNADNA sequencesSequenzen into it.
167
377000
2000
zusätzliche DNS-Sequenzen einzufügen.
06:34
And by doing that, it allowserlaubt the virusVirus
168
379000
2000
Und dadurch wird es dem Virus möglich,
06:36
to expressausdrücken randomzufällig proteinEiweiß sequencesSequenzen.
169
381000
3000
beliebige Proteinstrukturen hervor zu bringen.
06:39
And this is prettyziemlich easyeinfach biotechnologyBiotechnologie.
170
384000
2000
Das ist ziemlich einfache Biotechnologie.
06:41
And you could basicallyGrundsätzlich gilt do this a billionMilliarde timesmal.
171
386000
2000
Man könnte das im Grunde eine Million Mal machen.
06:43
And so you can go in and have a billionMilliarde differentanders virusesViren
172
388000
2000
Man kann also eine Milliarde verschiedene Viren erhalten,
06:45
that are all geneticallygenetisch identicalidentisch,
173
390000
2000
die genetisch alle identisch sind,
06:47
but they differabweichen from eachjede einzelne other basedbasierend on theirihr tipsTipps,
174
392000
2000
aber verschieden hinsichtlich der Spitzen
06:49
on one sequenceSequenz
175
394000
2000
einer Sequenz
06:51
that codesCodes for one proteinEiweiß.
176
396000
2000
die ein Protein kodiert.
06:53
Now if you take all billionMilliarde virusesViren,
177
398000
2000
Wenn man nun die Milliarde Viren nimmt –
06:55
and you can put them in one dropfallen of liquidFlüssigkeit,
178
400000
2000
und sie passen alle in einen Tropfen Flüssigkeit –
06:57
you can forceKraft them to interactinteragieren with anything you want on the periodicperiodisch tableTabelle.
179
402000
3000
kann man sie zwingen, mit irgendwas im Periodensystem zu interagieren.
07:00
And throughdurch a processverarbeiten of selectionAuswahl evolutionEvolution,
180
405000
2000
Und durch eine Abfolge von Auswahl-Evolution,
07:02
you can pullziehen one out of a billionMilliarde that does something that you'ddu würdest like it to do,
181
407000
3000
kann man eines aus einer Milliarde fischen, das tut was man will,
07:05
like growgrößer werden a batteryBatterie or growgrößer werden a solarSolar- cellZelle.
182
410000
2000
wie zum Beispiel eine Batterie oder eine Solarzelle wachsen lassen.
07:07
So basicallyGrundsätzlich gilt, virusesViren can't replicatereplizieren themselvessich; they need a hostGastgeber.
183
412000
3000
Grundsätzlich können Viren sich nicht selbst vermehren, sie brauchen einen Wirt.
07:10
OnceEinmal you find that one out of a billionMilliarde,
184
415000
2000
Sobald man das eine in der Milliarde gefunden hat,
07:12
you infectinfizieren it into a bacteriaBakterien,
185
417000
2000
infiziert man ein Bakterium,
07:14
and you make millionsMillionen and billionsMilliarden of copiesKopien
186
419000
2000
und erhält Millionen und Milliarden Kopien
07:16
of that particularinsbesondere sequenceSequenz.
187
421000
2000
dieser speziellen Sequenz.
07:18
And so the other thing that's beautifulschön about biologyBiologie
188
423000
2000
Was daher noch schön ist an der Biologie,
07:20
is that biologyBiologie givesgibt you really exquisiteexquisite structuresStrukturen
189
425000
2000
ist dass Biologie wirklich für vorzügliche Strukturen sorgt
07:22
with nicenett linkVerknüpfung scalesWaage.
190
427000
2000
mit schönen Größenordnungen der Verknüpfungen.
07:24
And these virusesViren are long and skinnydünn,
191
429000
2000
Und diese Viren sind lang und dünn,
07:26
and we can get them to expressausdrücken the abilityFähigkeit
192
431000
2000
und wir können ihnen beibringen, die Fähigkeit zu zeigen,
07:28
to growgrößer werden something like semiconductorsHalbleiter
193
433000
2000
etwas wie Halbleiter wachsen zu lassen,
07:30
or materialsMaterialien for batteriesBatterien.
194
435000
2000
oder Stoffe für Batterien.
07:32
Now this is a high-poweredleistungsstark batteryBatterie that we grewwuchs in my labLabor.
195
437000
3000
Nun, dies ist eine leistungsstarke Batterie, die wir in unserem Labor haben wachsen lassen.
07:35
We engineeredentwickelt a virusVirus to pickwähle up carbonKohlenstoff nanotubesNanoröhren.
196
440000
3000
Wir haben einen Virus so manipuliert, dass er Kohlenstoff-Nanoröhren aufnimmt.
07:38
So one partTeil of the virusVirus grabspackt a carbonKohlenstoff nanotubeNanoröhrchen.
197
443000
2000
Der eine Teil des Virus nimmt also Kohlenstoff-Nanoröhren auf,
07:40
The other partTeil of the virusVirus has a sequenceSequenz
198
445000
2000
der andere Teil des Virus hat eine Sequenz,
07:42
that can growgrößer werden an electrodeElektrode materialMaterial for a batteryBatterie.
199
447000
3000
die ein Elektrodenmaterial für eine Batterie wachsen lassen kann.
07:45
And then it wiresDrähte itselfselbst to the currentStrom collectorSammler.
200
450000
3000
Und dann verbindet es sich mit dem Spannungskollektor.
07:48
And so throughdurch a processverarbeiten of selectionAuswahl evolutionEvolution,
201
453000
2000
Und so kamen über einen Prozess selektiver Evolution
07:50
we wentging from beingSein ablefähig to have a virusVirus that madegemacht a crummymieses batteryBatterie
202
455000
3000
von einem Virus, das eine lausige Batterie machte,
07:53
to a virusVirus that madegemacht a good batteryBatterie
203
458000
2000
zu einem Virus, das eine gute Batterie machte,
07:55
to a virusVirus that madegemacht a record-breakingrekordverdächtige, high-poweredleistungsstark batteryBatterie
204
460000
3000
zu einem Virus, das eine Rekord brechende, leistungsstarke Batterie machte,
07:58
that's all madegemacht at roomZimmer temperatureTemperatur, basicallyGrundsätzlich gilt at the benchBank topoben.
205
463000
3000
und das alles bei Raumtemperatur, im Grunde auf der Werkbank.
08:01
And that batteryBatterie wentging to the WhiteWeiß HouseHaus for a pressDrücken Sie conferenceKonferenz.
206
466000
3000
Und diese Batterie ging ans Weiße Haus anlässlich einer Pressekonferenz.
08:04
I broughtgebracht it here.
207
469000
2000
Ich hab sie mitgebracht.
08:06
You can see it in this caseFall -- that's lightingBeleuchtung this LED.
208
471000
3000
Sie können sie hier in diesem Gehäuse sehen – sie treibt diese LED.
08:09
Now if we could scaleRahmen this,
209
474000
2000
Wenn wir das nun skalieren könnten,
08:11
you could actuallytatsächlich use it
210
476000
2000
könnte man es tatsächlich benutzen,
08:13
to runLauf your PriusPrius,
211
478000
2000
um einen Prius anzutreiben,
08:15
whichwelche is my dreamTraum -- to be ablefähig to driveFahrt a virus-poweredVirus powered- carAuto.
212
480000
3000
was mein Traum ist – in der Lage zu sein, ein virusgetriebenes Auto zu fahren.
08:19
But it's basicallyGrundsätzlich gilt --
213
484000
2000
Aber im Grunde –
08:21
you can pullziehen one out of a billionMilliarde.
214
486000
3000
man nimmt einen aus einer Milliarde.
08:24
You can make lots of amplificationsAmplifikationen to it.
215
489000
2000
Man kann es auf vielerlei Weise verstärken.
08:26
BasicallyIm Grunde, you make an amplificationVerstärkung in the labLabor,
216
491000
2000
Normalerweise macht man die Verstärkung im Labor,
08:28
and then you get it to self-assembleselbst zusammenbauen
217
493000
2000
und dann bringt man es dazu, sich selbst
08:30
into a structureStruktur like a batteryBatterie.
218
495000
2000
in die Struktur einer Batterie zusammenzufügen.
08:32
We're ablefähig to do this alsoebenfalls with catalysisKatalyse.
219
497000
2000
Wir können das auch katalysieren.
08:34
This is the exampleBeispiel
220
499000
2000
Hier ist ein Beispiel
08:36
of photocatalyticphotokatalytische splittingAufteilung of waterWasser.
221
501000
2000
von photokatalytischer Wassertrennung.
08:38
And what we'vewir haben been ablefähig to do
222
503000
2000
Und wir haben es geschafft,
08:40
is engineerIngenieur a virusVirus to basicallyGrundsätzlich gilt take dye-absorbingFarbstoff absorbiert moleculesMoleküle
223
505000
3000
das Virus dazu zu bringen, im Grunde farbabsorbierende Moleküle
08:43
and lineLinie them up on the surfaceOberfläche of the virusVirus
224
508000
2000
zu nehmen, und diese auf der Oberfläche des Virus aufzureihen,
08:45
so it actshandelt as an antennaAntenne,
225
510000
2000
damit es als Antenne fungiert,
08:47
and you get an energyEnergie transferÜbertragung acrossüber the virusVirus.
226
512000
2000
und man einen Energietransfer durch das Virus bekommt.
08:49
And then we give it a secondzweite geneGen
227
514000
2000
Dann bringen wir ein zweites Gen ein,
08:51
to growgrößer werden an inorganicanorganisch materialMaterial
228
516000
2000
um ein anorganisches Material zu erzeugen,
08:53
that can be used to splitTeilt waterWasser
229
518000
2000
dass für die Spaltung des Wassers in Sauerstoff
08:55
into oxygenSauerstoff and hydrogenWasserstoff
230
520000
2000
und Wasserstoff benutzt werden kann,
08:57
that can be used for cleanreinigen fuelsBrennstoffe.
231
522000
2000
der für saubere Treibstoffe verwendet werden kann.
08:59
And I broughtgebracht an exampleBeispiel with me of that todayheute.
232
524000
2000
Davon habe ich heute ein Exemplar dabei.
09:01
My studentsStudenten promisedversprochen me it would work.
233
526000
2000
Meine Studenten haben mir versprochen, dass es funktioniert.
09:03
These are virus-assembledVirus montiert nanowiresNanodrähte.
234
528000
2000
Das sind Nanokabel, die von Viren verlegt wurden.
09:05
When you shinescheinen lightLicht on them, you can see them bubblingsprudeln.
235
530000
3000
Wenn man sie Licht aussetzt, kann man Blasen sehen.
09:08
In this caseFall, you're seeingSehen oxygenSauerstoff bubblesBlasen come out.
236
533000
3000
In diesem Fall sieht man Sauerstoffblasen heraus kommen.
09:12
And basicallyGrundsätzlich gilt, by controllingControlling the genesGene,
237
537000
3000
Im Prinzip kann man durch Steuerung der Gene
09:15
you can controlsteuern multiplemehrere materialsMaterialien to improveverbessern your deviceGerät performancePerformance.
238
540000
3000
verschiedene Materialien steuern, um die Geräteleistung zu verbessern.
09:18
The last exampleBeispiel are solarSolar- cellsZellen.
239
543000
2000
Das letzte Beispiel sind Solarzellen.
09:20
You can alsoebenfalls do this with solarSolar- cellsZellen.
240
545000
2000
Man kann dies auch mit Solarzellen machen.
09:22
We'veWir haben been ablefähig to engineerIngenieur virusesViren
241
547000
2000
Wir konnten Viren dazu bringen,
09:24
to pickwähle up carbonKohlenstoff nanotubesNanoröhren
242
549000
2000
Nanoröhren aufzunehmen
09:26
and then growgrößer werden titaniumTitan dioxideDioxid around them --
243
551000
4000
und auf ihnen Titaniumdioxid anzulagern –
09:30
and use as a way of gettingbekommen electronsElektronen throughdurch the deviceGerät.
244
555000
4000
damit Elektronen durch das Gerät hindurch können.
09:34
And what we'vewir haben foundgefunden is throughdurch geneticgenetisch engineeringIngenieurwesen,
245
559000
2000
Wir haben herausgefunden – mittels Gentechnik –
09:36
we can actuallytatsächlich increaseerhöhen, ansteigen
246
561000
2000
dass wir tatsächlich die Effizienz
09:38
the efficienciesWirkungsgrade of these solarSolar- cellsZellen
247
563000
3000
dieser Solarzellen auf Rekordzahlen
09:41
to recordAufzeichnung numbersNummern
248
566000
2000
erhöhen können,
09:43
for these typesTypen of dye-sensitizedfarbstoffsensibilisierten systemsSysteme.
249
568000
3000
bei dieser Art farbsensitivierter Systeme.
09:46
And I broughtgebracht one of those as well
250
571000
2000
Und davon habe ich auch eins mitgebracht,
09:48
that you can playspielen around with outsidedraußen afterwardnachher.
251
573000
3000
mit dem Sie später draußen herumspielen können.
09:51
So this is a virus-basedVirus-basierte solarSolar- cellZelle.
252
576000
2000
Dies ist also eine Solarzelle auf Basis eines Virus.
09:53
ThroughDurch evolutionEvolution and selectionAuswahl,
253
578000
2000
Mittels Evolution und Selektion
09:55
we tookdauerte it from an eightacht percentProzent efficiencyEffizienz solarSolar- cellZelle
254
580000
3000
haben wir aus einer Solarzelle mit acht Prozent Wirkungsgrad
09:58
to an 11 percentProzent efficiencyEffizienz solarSolar- cellZelle.
255
583000
3000
eine Solarzelle mit elf Prozent Wirkungsgrad gemacht.
10:01
So I hopeHoffnung that I've convincedüberzeugt you
256
586000
2000
Ich hoffe, ich konnte Sie überzeugen,
10:03
that there's a lot of great, interestinginteressant things to be learnedgelernt
257
588000
3000
dass es eine Menge großartiger, interessanter Dinge zu lernen gibt,
10:06
about how natureNatur makesmacht materialsMaterialien --
258
591000
2000
darüber wie die Natur Stoffe bildet –
10:08
and takingunter it the nextNächster stepSchritt
259
593000
2000
und wie man das auf die nächste Stufe hebt,
10:10
to see if you can forceKraft,
260
595000
2000
um zu sehen, ob man die Art der natürlichen Stofferzeugung
10:12
or whetherob you can take advantageVorteil of how natureNatur makesmacht materialsMaterialien,
261
597000
2000
forcieren kann, oder sie dazu nutzen,
10:14
to make things that natureNatur hasn'that nicht yetnoch dreamedgeträumt of makingHerstellung.
262
599000
3000
Dinge herzustellen, deren Herstellung die Natur sich bislang nicht hat träumen lassen.
10:17
Thank you.
263
602000
2000
Ich danke Ihnen.
Translated by Lex Asobo
Reviewed by Karin Friedli

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ABOUT THE SPEAKER
Angela Belcher - Biological engineer
Angela 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 >>

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