TEDxCaltech
Angela Belcher: Using nature to grow batteries
Άντζελα Μπέλτσερ: Πώς να πείσουμε τη φύση να παράγει μπαταρίες
Filmed:
Readability: 4.7
971,791 views
Εμπνευσμένη από το όστρακο αμπαλόνε η Άντζελα Μπέλτσερ προγραμματίζει ιούς που, σε επίπεδο νανοκλίμακας, κατασκευάζουν κομψές δομές χρήσιμες στον άνθρωπο. Επιλέγοντας, μέσω διευθυνόμενης εξέλιξης, γονίδια υψηλών επιδόσεων έχει δημιουργήσει ιούς που μπορούν να κατασκευάσουν νέες ισχυρές μπαταρίες, καθαρά καύσιμα υδρογόνου και φωτοβολταϊκά στοιχεία με επιδόσεις ρεκόρ. Στο TEDxCaltech, μας δείχνει πώς γίνεται αυτό.
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
Σκέφτηκα να μιλήσω λιγάκι για το πώς φτιάχνει τα υλικά της η φύση.
00:18
I brought along with me an abalone shell.
1
3000
2000
Έχω φέρει μαζί μου ένα όστρακο αμπαλόνε.
00:20
This abalone shell is a biocomposite material
2
5000
3000
Το όστρακο αυτό είναι ένα βιοσυνθετικό υλικό
00:23
that's 98 percent by mass calcium carbonate
3
8000
3000
που είναι, κατά μάζα, 98% ανθρακικό ασβέστιο
00:26
and two percent by mass protein.
4
11000
2000
και 2%, κατά μάζα, πρωτεΐνη.
00:28
Yet, it's 3,000 times tougher
5
13000
2000
Ωστόσο, είναι 3.000 φορές ανθεκτικότερο
00:30
than its geological counterpart.
6
15000
2000
από το αντίστοιχο ορυκτό.
00:32
And a lot of people might use structures like abalone shells,
7
17000
3000
Πολλοί θα μπορούσαν να χρησιμοποιούν δομές σαν τα αμπαλόνε,
00:35
like chalk.
8
20000
2000
όπως την κιμωλία.
00:37
I've been fascinated by how nature makes materials,
9
22000
2000
Είμαι γοητευμένη με τον τρόπο που φτιάχνει η φύση τα υλικά της
00:39
and there's a lot of sequence
10
24000
2000
και είναι πολύ μακρά διαδικασία
00:41
to how they do such an exquisite job.
11
26000
2000
το πώς καταφέρνουν αυτό το εξαίσιο αποτέλεσμα.
00:43
Part of it is that these materials
12
28000
2000
Μέρος αυτού είναι ότι τα υλικά αυτά
00:45
are macroscopic in structure,
13
30000
2000
είναι μεν μακροσκοπικά στη δομή,
00:47
but they're formed at the nanoscale.
14
32000
2000
αλλά σχηματίζονται σε επίπεδο νανοκλίμακας.
00:49
They're formed at the nanoscale,
15
34000
2000
Σχηματίζονται σε επίπεδο νανοκλίμακας,
00:51
and they use proteins that are coded by the genetic level
16
36000
3000
και χρησιμοποιούν πρωτεΐνες που είναι κωδικοποιημένες από το γενετικό επίπεδο,
00:54
that allow them to build these really exquisite structures.
17
39000
3000
που τους επιτρέπουν να κατασκευάζουν αυτές τις πραγματικά εξαίσιες δομές.
00:57
So something I think is very fascinating
18
42000
2000
Και έτσι, πράγμα που μου φαίνεται πολύ συναρπαστικό,
00:59
is what if you could give life
19
44000
3000
τι θα λέγατε εάν μπορούσαμε να δώσουμε ζωή
01:02
to non-living structures,
20
47000
2000
σε αβιοτικές δομές,
01:04
like batteries and like solar cells?
21
49000
2000
όπως οι μπαταρίες και τα φωτοβολταϊκά στοιχεία;
01:06
What if they had some of the same capabilities
22
51000
2000
Σκεφτείτε να είχαν κάποιες από τις ίδιες ικανότητες
01:08
that an abalone shell did,
23
53000
2000
που έχει ένα όστρακο αμπαλόνε,
01:10
in terms of being able
24
55000
2000
από την άποψη του να είναι σε θέση
01:12
to build really exquisite structures
25
57000
2000
να υλοποιούν πραγματικά εξαίσιες δομές,
01:14
at room temperature and room pressure,
26
59000
2000
σε θερμοκρασία και ατμοσφαιρική πίεση δωματίου,
01:16
using non-toxic chemicals
27
61000
2000
χρησιμοποιώντας μη τοξικές χημικές ουσίες
01:18
and adding no toxic materials back into the environment?
28
63000
3000
και χωρίς να επιβαρύνουν το περιβάλλον με τοξικά υλικά;
01:21
So that's the vision that I've been thinking about.
29
66000
3000
Αυτό λοιπόν είναι το όραμα που έχω στο μυαλό μου.
01:24
And so what if you could grow a battery in a Petri dish?
30
69000
2000
Φαντάζεστε να μπορούμε να καλλιεργούμε μια μπαταρία σε ένα τρυβλίο Πέτρι;
01:26
Or, what if you could give genetic information to a battery
31
71000
3000
Ή, αν θα μπορούσαμε να δώσουμε γενετική πληροφορία σε μια μπαταρία,
01:29
so that it could actually become better
32
74000
2000
ώστε να μπορεί στην πράξη να γίνεται,
01:31
as a function of time,
33
76000
2000
όλο και καλύτερη με το πέρασμα του χρόνου
01:33
and do so in an environmentally friendly way?
34
78000
2000
και μάλιστα με έναν φιλικό για το περιβάλλον τρόπο;
01:35
And so, going back to this abalone shell,
35
80000
3000
Και για να επιστρέψουμε σε αυτό εδώ το κοχύλι αμπαλόνε,
01:38
besides being nano-structured,
36
83000
2000
εκτός του ότι είναι νανοδομημένο,
01:40
one thing that's fascinating,
37
85000
2000
αυτό που είναι συναρπαστικό,
01:42
is when a male and a female abalone get together,
38
87000
2000
είναι ότι όταν ένα αρσενικό και ένα θηλυκό αμπαλόνε συνευρίσκονται,
01:44
they pass on the genetic information
39
89000
2000
προωθούν τη γενετική πληροφορία
01:46
that says, "This is how to build an exquisite material.
40
91000
3000
που λέει, «Να πώς φτιάχνεται ένα εξαιρετικό υλικό.
01:49
Here's how to do it at room temperature and pressure,
41
94000
2000
Να πώς να το φτιάξετε σε συνθήκες δωματίου,
01:51
using non-toxic materials."
42
96000
2000
με τη χρήση μη τοξικών υλικών».
01:53
Same with diatoms, which are shown right here, which are glasseous structures.
43
98000
3000
Το ίδιο με αυτά εδώ τα διάτομα, τα οποία είναι υελώδεις δομές.
01:56
Every time the diatoms replicate,
44
101000
2000
Κάθε φορά που αναπαράγονται τα διάτομα,
01:58
they give the genetic information that says,
45
103000
2000
δίνουν τη γενετική πληροφορία που λέει,
02:00
"Here's how to build glass in the ocean
46
105000
2000
«Να πώς να φτιάξεις γυαλί στον ωκεανό
02:02
that's perfectly nano-structured.
47
107000
2000
που είναι τέλεια νανοδομημένο.
02:04
And you can do it the same, over and over again."
48
109000
2000
Και μπορείς να το επαναλάβεις ξανά και ξανά».
02:06
So what if you could do the same thing
49
111000
2000
Φαντάζεστε να μπορούσαμε να κάνουμε το ίδιο
02:08
with a solar cell or a battery?
50
113000
2000
με ένα φωτοβολταϊκό στοιχείο ή μια μπαταρία;
02:10
I like to say my favorite biomaterial is my four year-old.
51
115000
3000
Μου αρέσει να λέω ότι το πιο αγαπημένο μου βιοϋλικό είναι το τετράχρονο παιδί μου.
02:13
But anyone who's ever had, or knows, small children
52
118000
3000
Αλλά όποιος είναι γονιός, ή έχει γνωρίσει μικρά παιδιά,
02:16
knows they're incredibly complex organisms.
53
121000
3000
ξέρει ότι είναι απίστευτα πολύπλοκοι οργανισμοί.
02:19
And so if you wanted to convince them
54
124000
2000
Και έτσι, αν θέλετε να τα πείσετε
02:21
to do something they don't want to do, it's very difficult.
55
126000
2000
να κάνουν κάτι που δεν θέλουν να κάνουν, είναι πολύ δύσκολο.
02:23
So when we think about future technologies,
56
128000
3000
Έτσι, όταν σκεφτόμαστε για τεχνολογίες του μέλλοντος,
02:26
we actually think of using bacteria and virus,
57
131000
2000
στην πραγματικότητα σκεφτόμαστε να χρησιμοποιήσουμε βακτήρια και ιούς,
02:28
simple organisms.
58
133000
2000
απλούς οργανισμούς.
02:30
Can you convince them to work with a new toolbox,
59
135000
2000
Μπορούμε να τα πείσουμε να εργαστούν με μια νέα εργαλειοθήκη,
02:32
so that they can build a structure
60
137000
2000
έτσι ώστε να μπορούν να χτίσουν μία δομή
02:34
that will be important to me?
61
139000
2000
που θα είναι σημαντική για εμάς;
02:36
Also, when we think about future technologies,
62
141000
2000
Επίσης, όταν σκεφτόμαστε για τεχνολογίες του μέλλοντος,
02:38
we start with the beginning of Earth.
63
143000
2000
πάντα αρχίζουμε με τη δημιουργία της Γης.
02:40
Basically, it took a billion years
64
145000
2000
Βασικά, πέρασε ένα δισεκατομμύριο χρόνια
02:42
to have life on Earth.
65
147000
2000
μέχρι να υπάρξει ζωή πάνω στη Γη.
02:44
And very rapidly, they became multi-cellular,
66
149000
2000
Και πολύ γρήγορα έγιναν οι πολυκύτταροι οργανισμοί,
02:46
they could replicate, they could use photosynthesis
67
151000
3000
μπορούσαν να αναπαράγονται και να χρησιμοποιούν
02:49
as a way of getting their energy source.
68
154000
2000
τη φωτοσύνθεση για ενέργεια.
02:51
But it wasn't until about 500 million years ago --
69
156000
2000
Αλλά μόλις πριν από περίπου 500 εκατομμύρια χρόνια --
02:53
during the Cambrian geologic time period --
70
158000
2000
κατά τη διάρκεια της Καμβρίου γεωλογικής περιόδου –
02:55
that organisms in the ocean started making hard materials.
71
160000
3000
άρχισαν οι οργανισμοί των ωκεανών να κατασκευάζουν σκληρά υλικά.
02:58
Before that, they were all soft, fluffy structures.
72
163000
3000
Πριν από αυτό, όλα είχαν μαλακές χνουδωτές δομές.
03:01
And it was during this time
73
166000
2000
Και ήταν κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου
03:03
that there was increased calcium and iron
74
168000
2000
που προέκυψε αυξημένο ασβέστιο, σίδηρος
03:05
and silicon in the environment,
75
170000
2000
και πυρίτιο στο περιβάλλον,
03:07
and organisms learned how to make hard materials.
76
172000
3000
και οι οργανισμοί έμαθαν πώς να κατασκευάζουν σκληρά υλικά.
03:10
And so that's what I would like be able to do --
77
175000
2000
Και έτσι αυτό που θα ήθελα να επιτύχω –
03:12
convince biology
78
177000
2000
είναι να μπορέσω να πείσω τη βιολογία
03:14
to work with the rest of the periodic table.
79
179000
2000
να συνεργαστεί με τον υπόλοιπο περιοδικό πίνακα.
03:16
Now if you look at biology,
80
181000
2000
Τώρα, αν ρίξουμε μια ματιά στη βιολογία,
03:18
there's many structures like DNA and antibodies
81
183000
2000
υπάρχουν πολλές δομές όπως, το DNA, τα αντισώματα,
03:20
and proteins and ribosomes that you've heard about
82
185000
2000
οι πρωτεΐνες, τα ριβοσώματα, που έχετε ακούσει
03:22
that are already nano-structured.
83
187000
2000
ότι είναι ήδη νανοδομημένα.
03:24
So nature already gives us
84
189000
2000
Έτσι, η φύση ήδη μας δίνει
03:26
really exquisite structures on the nanoscale.
85
191000
2000
πραγματικά εξαίσιες δομές σε επίπεδο νανοκλίμακας.
03:28
What if we could harness them
86
193000
2000
Φαντάζεστε αν θα μπορούσαμε να τα τιθασεύσουμε
03:30
and convince them to not be an antibody
87
195000
2000
και να τα πείσουμε να μην είναι ένα αντίσωμα
03:32
that does something like HIV?
88
197000
2000
που κάνει ό,τι κάνουν τα HIV;
03:34
But what if we could convince them
89
199000
2000
Φαντάζεστε να μπορούσαμε να τα πείσουμε
03:36
to build a solar cell for us?
90
201000
2000
να μάς φτιάχνουν φωτοβολταϊκά στοιχεία;
03:38
So here are some examples: these are some natural shells.
91
203000
2000
Ας δούμε εδώ μερικά δείγματα: μερικά κοχύλια από τη φύση.
03:40
There are natural biological materials.
92
205000
2000
Αυτά είναι φυσικά βιολογικά υλικά.
03:42
The abalone shell here -- and if you fracture it,
93
207000
2000
Αυτό εδώ το όστρακο του αμπαλόνε -- αν το θραύσετε,
03:44
you can look at the fact that it's nano-structured.
94
209000
2000
μπορείτε να διαπιστώσετε ότι είναι νανοδομημένο.
03:46
There's diatoms made out of SIO2,
95
211000
3000
Υπάρχουν διάτομα φτιαγμένα από SiO2,
03:49
and they're magnetotactic bacteria
96
214000
2000
που είναι μαγνητοτακτικά βακτήρια
03:51
that make small, single-domain magnets used for navigation.
97
216000
3000
που γίνονται μικροί μαγνήτες μεμονωμένων κουκκίδων και χρησιμοποιούνται σε συστήματα πλοήγησης.
03:54
What all these have in common
98
219000
2000
Ο κοινός παράγοντας σε όλα αυτά
03:56
is these materials are structured at the nanoscale,
99
221000
2000
είναι ότι τα υλικά αυτά διαρθρώνονται στην νανοκλίμακα,
03:58
and they have a DNA sequence
100
223000
2000
και έχουν μια αλληλουχία DNA
04:00
that codes for a protein sequence
101
225000
2000
που κωδικοποιεί μια πρωτεϊνική αλληλουχία
04:02
that gives them the blueprint
102
227000
2000
που τους παρέχει το αρχιτεκτονικό σχέδιο κατασκευής
04:04
to be able to build these really wonderful structures.
103
229000
2000
αυτών των πραγματικά θαυμαστών δομών.
04:06
Now, going back to the abalone shell,
104
231000
2000
Τώρα, επιστρέφοντας στο όστρακο του αμπαλόνε,
04:08
the abalone makes this shell by having these proteins.
105
233000
3000
το αμπαλόνε καθότι έχει αυτές τις πρωτεΐνες φτιάχνει αυτό το όστρακο.
04:11
These proteins are very negatively charged.
106
236000
2000
Αυτές οι πρωτεΐνες κατέχουν υψηλά αρνητικά φορτία.
04:13
And they can pull calcium out of the environment,
107
238000
2000
Και εξ αυτού ελκύουν ασβέστιο από το περιβάλλον,
04:15
put down a layer of calcium and then carbonate, calcium and carbonate.
108
240000
3000
επιθέτουν μία στρώση ασβεστίου και στη συνέχεια ανθρακικό, ασβέστιο και ανθρακικό.
04:18
It has the chemical sequences of amino acids,
109
243000
3000
Έχει τις χημικές αλληλουχίες των αμινοξέων
04:21
which says, "This is how to build the structure.
110
246000
2000
οι οποίες λένε, «Να πώς να χτιστεί η δομή.
04:23
Here's the DNA sequence, here's the protein sequence
111
248000
2000
Να η ακολουθία του DNA, να η ακολουθία της πρωτεΐνης
04:25
in order to do it."
112
250000
2000
για να μπορέσεις να το κάνεις».
04:27
And so an interesting idea is, what if you could take any material that you wanted,
113
252000
3000
Επομένως, είναι ενδιαφέρουσα ιδέα να υποθέσουμε πως αν μπορούσαμε να πάρουμε όποιο υλικό θέλαμε,
04:30
or any element on the periodic table,
114
255000
2000
ή όποιο στοιχείο του περιοδικού πίνακα,
04:32
and find its corresponding DNA sequence,
115
257000
3000
και να βρούμε την αντιστοιχούσα αλληλουχία DNA,
04:35
then code it for a corresponding protein sequence
116
260000
2000
στη συνέχεια να την κωδικοποιήσουμε με την αντίστοιχη αλληλουχία πρωτεΐνης
04:37
to build a structure, but not build an abalone shell --
117
262000
3000
για να κατασκευάσουμε μια δομή, αλλά να μην κατασκευάσουμε όστρακο αμπαλόνε –
04:40
build something that, through nature,
118
265000
2000
αλλά να κατασκευάσουμε κάτι, μέσω της φύσης,
04:42
it has never had the opportunity to work with yet.
119
267000
3000
που η φύση δεν είχε ποτέ την ευκαιρία να ασχοληθεί.
04:45
And so here's the periodic table.
120
270000
2000
Λοιπόν, να ο περιοδικός πίνακας.
04:47
And I absolutely love the periodic table.
121
272000
2000
Λατρεύω απόλυτα τον περιοδικό πίνακα.
04:49
Every year for the incoming freshman class at MIT,
122
274000
3000
Κάθε χρόνο στο MIT, για τους πρωτοετείς φοιτητές,
04:52
I have a periodic table made that says,
123
277000
2000
έχω ετοιμάσει έναν περιοδικό πίνακα που λέει:
04:54
"Welcome to MIT. Now you're in your element."
124
279000
3000
«Καλώς ήρθατε στο ΜΙΤ. Τώρα είστε στο στοιχείο σας».
04:57
And you flip it over, and it's the amino acids
125
282000
3000
Και από την άλλη όψη είναι τα αμινοξέα
05:00
with the PH at which they have different charges.
126
285000
2000
με το pH όπου έχουν διαφορετικά φορτία.
05:02
And so I give this out to thousands of people.
127
287000
3000
Τα δίνω αυτά σε χιλιάδες ανθρώπους.
05:05
And I know it says MIT, and this is Caltech,
128
290000
2000
Και ξέρω ότι γράφει MIT, ενώ εδώ είναι το Caltech,
05:07
but I have a couple extra if people want it.
129
292000
2000
αλλά πάντα έχω κάνα δυο έξτρα αν μου ζητήσουν.
05:09
And I was really fortunate
130
294000
2000
Ήμουν πραγματικά τυχερή
05:11
to have President Obama visit my lab this year
131
296000
2000
που ο Πρόεδρος Ομπάμα φέτος επισκέφτηκε το εργαστήριό μου
05:13
on his visit to MIT,
132
298000
2000
κατά την επίσκεψή του στο MIT,
05:15
and I really wanted to give him a periodic table.
133
300000
2000
και ήθελα πραγματικά να του χαρίσω έναν περιοδικό πίνακα.
05:17
So I stayed up at night, and I talked to my husband,
134
302000
2000
Έτσι έμεινα ξύπνια το βράδυ, και λέω στον άντρα μου,
05:19
"How do I give President Obama a periodic table?
135
304000
3000
«Πώς χαρίζεις έναν περιοδικό πίνακα στον Πρόεδρο Ομπάμα;
05:22
What if he says, 'Oh, I already have one,'
136
307000
2000
Τι γίνεται αν μου πει, “Ω, ήδη έχω έναν,”
05:24
or, 'I've already memorized it'?" (Laughter)
137
309000
2000
ή, “Τον έχω ήδη μάθει απέξω;”» (Γέλια)
05:26
And so he came to visit my lab
138
311000
2000
Έτσι όταν ήρθε να επισκεφτεί το εργαστήριό μου
05:28
and looked around -- it was a great visit.
139
313000
2000
και το περιεργάστηκε -- ήταν μια θαυμάσια επίσκεψη.
05:30
And then afterward, I said,
140
315000
2000
Και μετά του λέω,
05:32
"Sir, I want to give you the periodic table
141
317000
2000
«Κύριε, θέλω να σας δώσω τον περιοδικό πίνακα
05:34
in case you're ever in a bind and need to calculate molecular weight."
142
319000
4000
αν ποτέ βρεθείτε σε δύσκολη θέση και χρειάζεται να υπολογίσετε μοριακό βάρος.»
05:38
And I thought molecular weight sounded much less nerdy
143
323000
2000
Σκέφτηκα πως το μοριακό βάρος ακούγεται πολύ λιγότερο σπαστικό
05:40
than molar mass.
144
325000
2000
από ό,τι η μοριακή μάζα.
05:42
And so he looked at it,
145
327000
2000
Έτσι του έριξε μια ματιά
05:44
and he said,
146
329000
2000
και είπε,
05:46
"Thank you. I'll look at it periodically."
147
331000
2000
«Σας ευχαριστώ. Θα το συμβουλεύομαι περιοδικά».
05:48
(Laughter)
148
333000
2000
(Γέλια)
05:50
(Applause)
149
335000
4000
(Χειροκρότημα)
05:54
And later in a lecture that he gave on clean energy,
150
339000
3000
Και αργότερα, σε μια διάλεξη που έδωσε περί καθαρής ενέργειας,
05:57
he pulled it out and said,
151
342000
2000
το βγάζει από την τσέπη και λέει,
05:59
"And people at MIT, they give out periodic tables."
152
344000
2000
«Και οι άνθρωποι του MIT, μοιράζουν περιοδικούς πίνακες».
06:01
So basically what I didn't tell you
153
346000
3000
Έτσι, ουσιαστικά αυτό που δεν σας έχω πει
06:04
is that about 500 million years ago, organisms starter making materials,
154
349000
3000
είναι ότι πριν από περίπου 500 εκατομμύρια χρόνια, οι οργανισμοί άρχισαν μεν να κατασκευάζουν υλικά,
06:07
but it took them about 50 million years to get good at it.
155
352000
2000
αλλά τους πήρε περίπου 50 εκατομμύρια χρόνια για να γίνουν καλοί μάστορες.
06:09
It took them about 50 million years
156
354000
2000
Τους πήρε 50 εκατομμύρια χρόνια περίπου
06:11
to learn how to perfect how to make that abalone shell.
157
356000
2000
μέχρι να μάθουν πώς να τελειοποιήσουν αυτό το όστρακο αμπαλόνε.
06:13
And that's a hard sell to a graduate student. (Laughter)
158
358000
2000
Και αυτό είναι δύσπεπτο μάθημα για ένα μεταπτυχιακό φοιτητή. (Γέλια)
06:15
"I have this great project -- 50 million years."
159
360000
3000
"Ανέλαβα αυτό το μεγάλο έργο – χρονοδιάγραμμα, 50 εκατομμύρια χρόνια"
06:18
And so we had to develop a way
160
363000
2000
Έπρεπε λοιπόν ν' αναπτύξουμε έναν τρόπο
06:20
of trying to do this more rapidly.
161
365000
2000
να προσπαθήσουμε να γίνει αυτό ταχύτερα.
06:22
And so we use a virus that's a non-toxic virus
162
367000
2000
Και γι' αυτό χρησιμοποιούμε έναν ιό που είναι μη τοξικός,
06:24
called M13 bacteriophage
163
369000
2000
λέγεται βακτηριοφάγος Μ13
06:26
that's job is to infect bacteria.
164
371000
2000
και το καθήκον του είναι να μολύνει βακτηρίδια.
06:28
Well it has a simple DNA structure
165
373000
2000
Λοιπόν, έχει DNA απλής δομής
06:30
that you can go in and cut and paste
166
375000
2000
που σου επιτρέπει να πας και να κόψεις και να του επικολλήσεις
06:32
additional DNA sequences into it.
167
377000
2000
πρόσθετες αλληλουχίες DNA.
06:34
And by doing that, it allows the virus
168
379000
2000
Και κάνοντας αυτό, επιτρέπεις στον ιό
06:36
to express random protein sequences.
169
381000
3000
να εκφράσει τυχαίες αλληλουχίες πρωτεϊνών.
06:39
And this is pretty easy biotechnology.
170
384000
2000
Αυτό είναι αρκετά εύκολη βιοτεχνολογία.
06:41
And you could basically do this a billion times.
171
386000
2000
Θα μπορούσατε βασικά να το κάνετε αυτό δισεκατομμύρια φορές.
06:43
And so you can go in and have a billion different viruses
172
388000
2000
Μπορείτε έτσι να συνεχίσετε και να έχετε δισεκατομμύρια διαφορετικούς ιούς
06:45
that are all genetically identical,
173
390000
2000
όλοι τους γενετικά όμοιοι,
06:47
but they differ from each other based on their tips,
174
392000
2000
αλλά διαφορετικοί μεταξύ τους βάσει της πληροφορίας,
06:49
on one sequence
175
394000
2000
σε μια αλληλουχία
06:51
that codes for one protein.
176
396000
2000
που κωδικοποιεί για μία πρωτεΐνη.
06:53
Now if you take all billion viruses,
177
398000
2000
Τώρα, εάν πάρουμε όλα αυτά τα δισεκατομμύρια ιών,
06:55
and you can put them in one drop of liquid,
178
400000
2000
και τα βάλουμε σε μια σταγόνα υγρού,
06:57
you can force them to interact with anything you want on the periodic table.
179
402000
3000
μπορούμε να τα αναγκάσουμε να αλληλεπιδράσουν με όποιο στοιχείο του περιοδικού πίνακα θέλουμε.
07:00
And through a process of selection evolution,
180
405000
2000
Και μέσω της διαδικασίας της επιλεκτικής εξέλιξης,
07:02
you can pull one out of a billion that does something that you'd like it to do,
181
407000
3000
μπορούμε να ξεχωρίσουμε από το δισεκατομμύριο, αυτό που κάνει κάτι που θα θέλαμε να κάνει,
07:05
like grow a battery or grow a solar cell.
182
410000
2000
π.χ. το να μπορεί να αναπτύξει μια μπαταρία ή ένα φωτοβολταϊκό στοιχείο.
07:07
So basically, viruses can't replicate themselves; they need a host.
183
412000
3000
Έτσι, βασικά, οι ιοί αδυνατούν να αναπαράγουν τον εαυτό τους: Χρειάζονται έναν ξενιστή.
07:10
Once you find that one out of a billion,
184
415000
2000
Μόλις ξεχωρίσουμε αυτό το ένα από το δισεκατομμύριο,
07:12
you infect it into a bacteria,
185
417000
2000
μολύνουμε μ’ αυτό βακτήρια,
07:14
and you make millions and billions of copies
186
419000
2000
και παράγουμε εκατομμύρια και δισεκατομμύρια αντίγραφα
07:16
of that particular sequence.
187
421000
2000
αυτής της συγκεκριμένης αλληλουχίας.
07:18
And so the other thing that's beautiful about biology
188
423000
2000
Κάτι άλλο που είναι πανέμορφο στη βιολογία
07:20
is that biology gives you really exquisite structures
189
425000
2000
είναι ότι η βιολογία μας δίνει πραγματικά εξαίσιες δομές
07:22
with nice link scales.
190
427000
2000
με αρμονικό σύνδεσμο κλιμάκων.
07:24
And these viruses are long and skinny,
191
429000
2000
Οι ιοί αυτοί είναι μακρουλοί και λεπτοί,
07:26
and we can get them to express the ability
192
431000
2000
και μπορούμε να τους κάνουμε να εκφράσουν την ικανότητα
07:28
to grow something like semiconductors
193
433000
2000
ν' αναπτύξουν κάτι όπως είναι οι ημιαγωγοί
07:30
or materials for batteries.
194
435000
2000
ή υλικά για μπαταρίες.
07:32
Now this is a high-powered battery that we grew in my lab.
195
437000
3000
Τώρα, αυτό εδώ είναι μια μπαταρία υψηλής ισχύος που αναπτύξαμε στο εργαστήριό μου.
07:35
We engineered a virus to pick up carbon nanotubes.
196
440000
3000
Σχεδιάσαμε έναν ιό που συλλέγει νανοσωλήνες άνθρακα.
07:38
So one part of the virus grabs a carbon nanotube.
197
443000
2000
Έτσι, το ένα τμήμα του ιού αρπάζει ένα νανοσωλήνα άνθρακα.
07:40
The other part of the virus has a sequence
198
445000
2000
Το άλλο τμήμα του ιού έχει αλληλουχία
07:42
that can grow an electrode material for a battery.
199
447000
3000
που μπορεί να αναπτύξει υλικό ηλεκτροδίου μπαταρίας.
07:45
And then it wires itself to the current collector.
200
450000
3000
Και μετά αυτοσυνδεσμολογείται στον συλλέκτη ρεύματος.
07:48
And so through a process of selection evolution,
201
453000
2000
Έτσι, μέσω της διαδικασίας επιλεκτικής εξέλιξης,
07:50
we went from being able to have a virus that made a crummy battery
202
455000
3000
πήγαμε από το να έχουμε έναν ιό που παρήγαγε μια οικτρή μπαταρία
07:53
to a virus that made a good battery
203
458000
2000
σε έναν ιό ικανό για καλή μπαταρία,
07:55
to a virus that made a record-breaking, high-powered battery
204
460000
3000
σε έναν ιό που επέτυχε μια μπαταρία υψηλής ισχύος ρεκόρ,
07:58
that's all made at room temperature, basically at the bench top.
205
463000
3000
όλα φτιαγμένα σε θερμοκρασία δωματίου, βασικά σε εργαστηριακό πάγκο.
08:01
And that battery went to the White House for a press conference.
206
466000
3000
Και η μπαταρία αυτή πήγε για συνέντευξη τύπου στον Λευκό Οίκο.
08:04
I brought it here.
207
469000
2000
Την έχω φέρει εδώ.
08:06
You can see it in this case -- that's lighting this LED.
208
471000
3000
Μπορείτε να τη δείτε σε αυτό το κουτί – αυτή ανάβει το φωτάκι LED.
08:09
Now if we could scale this,
209
474000
2000
Τώρα, αν θα μπορούσαμε να το μεγαλώσουμε σε κλίμακα,
08:11
you could actually use it
210
476000
2000
θα μπορούσαμε να το χρησιμοποιήσουμε
08:13
to run your Prius,
211
478000
2000
για να κινήσουμε το δικό μας Τογιότα Πράιους,
08:15
which is my dream -- to be able to drive a virus-powered car.
212
480000
3000
κάτι που ονειρεύομαι - να μπορέσω να οδηγήσω ένα ιό-κινούμενο αυτοκίνητο.
08:19
But it's basically --
213
484000
2000
Βασικά αυτό είναι --
08:21
you can pull one out of a billion.
214
486000
3000
ξεχωρίζουμε ένα από το δισεκατομμύριο.
08:24
You can make lots of amplifications to it.
215
489000
2000
Του κάνουμε πολλές ενισχύσεις.
08:26
Basically, you make an amplification in the lab,
216
491000
2000
Βασικά, κάνουμε μια ενίσχυση στο εργαστήριο,
08:28
and then you get it to self-assemble
217
493000
2000
και μετά το αφήνουμε να αυτοσυναρμολογηθεί
08:30
into a structure like a battery.
218
495000
2000
σε μια δομή όπως η μπαταρία.
08:32
We're able to do this also with catalysis.
219
497000
2000
Είμαστε επίσης σε θέση να το κάνουμε και με την κατάλυση.
08:34
This is the example
220
499000
2000
Αυτό είναι ένα δείγμα
08:36
of photocatalytic splitting of water.
221
501000
2000
φωτοκαταλυτικής διάσπασης ύδατος.
08:38
And what we've been able to do
222
503000
2000
Και αυτό που καταφέραμε να κάνουμε
08:40
is engineer a virus to basically take dye-absorbing molecules
223
505000
3000
είναι ότι σχεδιάσαμε έναν ιό που βασικά παίρνει μόρια που απορροφούν χρωστικές
08:43
and line them up on the surface of the virus
224
508000
2000
και τα αραδιάζουμε επάνω στην επιφάνεια του ιού
08:45
so it acts as an antenna,
225
510000
2000
ώστε να δρά σαν κεραία,
08:47
and you get an energy transfer across the virus.
226
512000
2000
και έτσι πραγματοποιείται μεταφορά ενέργειας κατά μήκος του ιού.
08:49
And then we give it a second gene
227
514000
2000
Κατόπιν του δίνουμε ένα δεύτερο γονίδιο
08:51
to grow an inorganic material
228
516000
2000
για να αναπτύξει ένα ανόργανο υλικό
08:53
that can be used to split water
229
518000
2000
που μπορεί να χρησιμοποιηθεί στη διάσπαση ύδατος
08:55
into oxygen and hydrogen
230
520000
2000
σε οξυγόνο και υδρογόνο
08:57
that can be used for clean fuels.
231
522000
2000
που χρησιμοποιούνται για καθαρά καύσιμα.
08:59
And I brought an example with me of that today.
232
524000
2000
Έφερα μαζί μου σήμερα το δείγμα.
09:01
My students promised me it would work.
233
526000
2000
Οι φοιτητές μου μού υποσχέθηκαν ότι θα λειτουργήσει.
09:03
These are virus-assembled nanowires.
234
528000
2000
Αυτά είναι νανοσύρματα συναρμολογημένα από ιούς.
09:05
When you shine light on them, you can see them bubbling.
235
530000
3000
Όταν λάμψει φως πάνω τους, μπορείτε να τα δείτε να βγάζουν φυσαλίδες.
09:08
In this case, you're seeing oxygen bubbles come out.
236
533000
3000
Στην περίπτωση αυτή, πρόκειται για φυσαλίδες οξυγόνου.
09:12
And basically, by controlling the genes,
237
537000
3000
Βασικά, ελέγχοντας τα γονίδια,
09:15
you can control multiple materials to improve your device performance.
238
540000
3000
μπορούμε να ελέγχουμε πολλαπλά υλικά για τη βελτιώση των επιδόσεων της συσκευής μας.
09:18
The last example are solar cells.
239
543000
2000
Το τελευταίο δειγμα είναι φωτοβολταϊκά στοιχεία.
09:20
You can also do this with solar cells.
240
545000
2000
Επίσης κάνουμε το ίδιο με τα φωτοβολταϊκά στοιχεία.
09:22
We've been able to engineer viruses
241
547000
2000
Ήμαστε σε θέση να σχεδιάσουμε ιούς
09:24
to pick up carbon nanotubes
242
549000
2000
που λαμβάνουν νανοσωλήνες άνθρακα
09:26
and then grow titanium dioxide around them --
243
551000
4000
και στη συνέχεια τους επικαλύπτουν με διοξείδιο τιτανίου –
09:30
and use as a way of getting electrons through the device.
244
555000
4000
και τους χρησιμοποιούν σαν μέσον διακίνησης ηλεκτρονίων μέσω της συσκευής.
09:34
And what we've found is through genetic engineering,
245
559000
2000
Αυτό που βρήκαμε είναι ότι μέσω της γενετικής μηχανικής,
09:36
we can actually increase
246
561000
2000
μπορούμε ενεργά να αυξήσουμε
09:38
the efficiencies of these solar cells
247
563000
3000
την αποδοτικότητα αυτών των φωτοβολταϊκών στοιχείων
09:41
to record numbers
248
566000
2000
σε μεγέθη ρεκόρ
09:43
for these types of dye-sensitized systems.
249
568000
3000
γι’ αυτούς τους τύπους συστημάτων ευαισθητοποιημένων χρωστικών.
09:46
And I brought one of those as well
250
571000
2000
Έφερα κι ένα από αυτά
09:48
that you can play around with outside afterward.
251
573000
3000
ώστε αργότερα να μπορέσετε να παίξετε έξω μαζί του.
09:51
So this is a virus-based solar cell.
252
576000
2000
Έτσι, αυτό είναι ένα φωτοβολταϊκό στοιχείο που βασίζεται σε ιούς.
09:53
Through evolution and selection,
253
578000
2000
Μέσω εξέλιξης και επιλογής,
09:55
we took it from an eight percent efficiency solar cell
254
580000
3000
πήγαμε από φωτοβολταϊκό στοιχείο αποδοτικότητας 8 τοις εκατό
09:58
to an 11 percent efficiency solar cell.
255
583000
3000
σε μια αποδοτικότητα 11 τοις εκατό.
10:01
So I hope that I've convinced you
256
586000
2000
Ελπίζω να σας έπεισα
10:03
that there's a lot of great, interesting things to be learned
257
588000
3000
ότι υπάρχουν πολλά σπουδαία, ενδιαφέροντα πράγματα που έχουμε να μάθουμε
10:06
about how nature makes materials --
258
591000
2000
για το πώς φτιάχνει υλικά η φύση –
10:08
and taking it the next step
259
593000
2000
και προχωρώντας το στο επόμενο επίπεδο
10:10
to see if you can force,
260
595000
2000
να δούμε αν μπορούμε να προκαλέσουμε,
10:12
or whether you can take advantage of how nature makes materials,
261
597000
2000
ή μάλλον αν μπορούμε να ωφεληθούμε από το πώς φτιάχνει υλικά η φύση,
10:14
to make things that nature hasn't yet dreamed of making.
262
599000
3000
ώστε να επιτύχουμε πράγματα που η φύση δεν έχει ακόμη ονειρευτεί να κάνει.
10:17
Thank you.
263
602000
2000
Σας ευχαριστώ.
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