TEDxCaltech
Angela Belcher: Using nature to grow batteries
Angela Belcher: annetaan luonnon kasvattaa akkuja
Filmed:
Readability: 4.7
971,791 views
Punamerikorvan kuoren innoittamana Angela Belcher ohjelmoi viruksia tekemään taidokkaita nanomittakaavan rakenteita, joita ihmiset voivat käyttää. Valiten parhaiten suoriutuvat geenit ohjattavan evoluution avulla, hän tuottaa viruksia, jotka voivat rakentaa tehokkaita akkuja, puhtaita vetypolttoaineita ja ennätyksiä rikkovia aurinkokennoja. TEDxCaltechissa hän näyttää, miten se tehdään.
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
Ajattelin puhua siitä, miten luonto tekee materiaaleja.
00:18
I brought along with me an abalone shell.
1
3000
2000
Toin mukanani punamerikorvan kuoren.
00:20
This abalone shell is a biocomposite material
2
5000
3000
Se on biokomposiittimateriaali,
00:23
that's 98 percent by mass calcium carbonate
3
8000
3000
joka on 98 prosenttia massaltaan kalsiumkarbonaattia
00:26
and two percent by mass protein.
4
11000
2000
ja kaksi prosenttia proteiinia.
00:28
Yet, it's 3,000 times tougher
5
13000
2000
Silti se on 3000 kertaa sitkeämpi
00:30
than its geological counterpart.
6
15000
2000
kuin sen geologinen vastine.
00:32
And a lot of people might use structures like abalone shells,
7
17000
3000
Monet ihmiset saattavat käyttää vastaavia rakenteita,
00:35
like chalk.
8
20000
2000
kuten kalkkikiveä.
00:37
I've been fascinated by how nature makes materials,
9
22000
2000
Minua kiehtoo luonnon tapa
00:39
and there's a lot of sequence
10
24000
2000
tehdä niin erinomaisia materiaaleja,
00:41
to how they do such an exquisite job.
11
26000
2000
ja siihen liittyvät salaisuudet.
00:43
Part of it is that these materials
12
28000
2000
Osa sitä on, että nämä materiaalit
00:45
are macroscopic in structure,
13
30000
2000
ovat rakenteeltaan makroskooppisia,
00:47
but they're formed at the nanoscale.
14
32000
2000
mutta ne ovat
00:49
They're formed at the nanoscale,
15
34000
2000
muodostuneet nanomittakaavassa,
00:51
and they use proteins that are coded by the genetic level
16
36000
3000
ja ne käyttävät proteiineja, jotka on koodattu geneettisesti,
00:54
that allow them to build these really exquisite structures.
17
39000
3000
mikä mahdollistaa näiden erinomaisten rakenteiden rakentamisen.
00:57
So something I think is very fascinating
18
42000
2000
Joten mielestäni olisi kiehtovaa,
00:59
is what if you could give life
19
44000
3000
jos voitaisiin puhaltaa elämää
01:02
to non-living structures,
20
47000
2000
elottomiin rakenteisiin,
01:04
like batteries and like solar cells?
21
49000
2000
kuten akkuihin tai aurinkokennoihin.
01:06
What if they had some of the same capabilities
22
51000
2000
Mitä jos niillä olisi joitain samoja
01:08
that an abalone shell did,
23
53000
2000
ominaisuuksia kuin punamerikorvan kuorella,
01:10
in terms of being able
24
55000
2000
pystyen niiden puitteissa
01:12
to build really exquisite structures
25
57000
2000
rakentamaan erinomaisia rakenteita
01:14
at room temperature and room pressure,
26
59000
2000
huoneen lämpötilassa ja paineessa,
01:16
using non-toxic chemicals
27
61000
2000
käyttäen myrkyttömiä kemikaaleja
01:18
and adding no toxic materials back into the environment?
28
63000
3000
ja päästämättä myrkyllisiä materiaaleja takaisin ympäristöön?
01:21
So that's the vision that I've been thinking about.
29
66000
3000
Sitä visiota olen pohtinut.
01:24
And so what if you could grow a battery in a Petri dish?
30
69000
2000
Mitä jos voisi kasvattaa akun?
01:26
Or, what if you could give genetic information to a battery
31
71000
3000
Mitä jos akulle voisi antaa geneettistä informaatiota
01:29
so that it could actually become better
32
74000
2000
siten, että siitä tulisi parempi
01:31
as a function of time,
33
76000
2000
ajan mittaan,
01:33
and do so in an environmentally friendly way?
34
78000
2000
ja se kävisi ympäristöystävällisesti?
01:35
And so, going back to this abalone shell,
35
80000
3000
Palatakseni punamerikorvan kuoreen,
01:38
besides being nano-structured,
36
83000
2000
sen lisäksi, että se on nanorakenteinen,
01:40
one thing that's fascinating,
37
85000
2000
on kiehtovaa,
01:42
is when a male and a female abalone get together,
38
87000
2000
että uros- ja naaraspunamerikorvan kohdatessa,
01:44
they pass on the genetic information
39
89000
2000
ne välittävät eteenpäin geneettistä tietoa,
01:46
that says, "This is how to build an exquisite material.
40
91000
3000
joka sanoo: "Näin rakennat erinomaisen materiaalin."
01:49
Here's how to do it at room temperature and pressure,
41
94000
2000
"Näin teet sen huoneen lämpötilassa ja paineessa"
01:51
using non-toxic materials."
42
96000
2000
"käyttäen myrkyttömiä materiaaleja."
01:53
Same with diatoms, which are shown right here, which are glasseous structures.
43
98000
3000
Samoin piilevät, jotka näkyvät tässä, ja jotka ovat lasisia rakenteita.
01:56
Every time the diatoms replicate,
44
101000
2000
Aina kun piilevä monistaa itsensä,
01:58
they give the genetic information that says,
45
103000
2000
se antaa geneettistä informaatiota:
02:00
"Here's how to build glass in the ocean
46
105000
2000
"Näin rakennat meressä lasia,"
02:02
that's perfectly nano-structured.
47
107000
2000
"joka on täydellinen nanorakenne."
02:04
And you can do it the same, over and over again."
48
109000
2000
"Ja voit tehdä saman uudelleen ja uudelleen."
02:06
So what if you could do the same thing
49
111000
2000
Mitä jos saman voisi tehdä
02:08
with a solar cell or a battery?
50
113000
2000
aurinkokennolle tai akulle?
02:10
I like to say my favorite biomaterial is my four year-old.
51
115000
3000
Kerron mielelläni, että biomateriaaleista lempparini on neljävuotias lapseni.
02:13
But anyone who's ever had, or knows, small children
52
118000
3000
Mutta kaikki, joilla on joskus ollut tai tuntee pieniä lapsia,
02:16
knows they're incredibly complex organisms.
53
121000
3000
tietää miten monimutkaisia organismeja he ovat.
02:19
And so if you wanted to convince them
54
124000
2000
Jos haluaa saada heidät tekemään jotain,
02:21
to do something they don't want to do, it's very difficult.
55
126000
2000
mitä he eivät halua tehdä, se on hyvin vaikeaa.
02:23
So when we think about future technologies,
56
128000
3000
Miettiessämme tulevaisuuden teknologioita,
02:26
we actually think of using bacteria and virus,
57
131000
2000
aiomme käyttää bakteereja ja viruksia --
02:28
simple organisms.
58
133000
2000
yksinkertaisia organismeja.
02:30
Can you convince them to work with a new toolbox,
59
135000
2000
Voiko ne suostutella töihin meille,
02:32
so that they can build a structure
60
137000
2000
rakentamaan rakenne,
02:34
that will be important to me?
61
139000
2000
joka on minulle tärkeä?
02:36
Also, when we think about future technologies,
62
141000
2000
Mietimme myös tulevaisuuden teknologioita.
02:38
we start with the beginning of Earth.
63
143000
2000
Aloitamme Maapallon alusta.
02:40
Basically, it took a billion years
64
145000
2000
Kesti miljardi vuotta
02:42
to have life on Earth.
65
147000
2000
saada elämää Maapallolle.
02:44
And very rapidly, they became multi-cellular,
66
149000
2000
Hyvin nopeasti se muuttui monisoluiseksi,
02:46
they could replicate, they could use photosynthesis
67
151000
3000
se pystyi toisintamaan itseään ja pystyi
02:49
as a way of getting their energy source.
68
154000
2000
yhteyttämään tuottaakseen energiaa.
02:51
But it wasn't until about 500 million years ago --
69
156000
2000
Mutta vasta 500 miljoonaa vuotta sitten --
02:53
during the Cambrian geologic time period --
70
158000
2000
kambrikaudella --
02:55
that organisms in the ocean started making hard materials.
71
160000
3000
organismit meressä alkoivat tehdä kovia materiaaleja.
02:58
Before that, they were all soft, fluffy structures.
72
163000
3000
Sitä ennen rakenteet olivat pehmeitä.
03:01
And it was during this time
73
166000
2000
Sinä aikana
03:03
that there was increased calcium and iron
74
168000
2000
kalsiumina, rautaa ja piitä
03:05
and silicon in the environment,
75
170000
2000
oli ympäristössä enemmän.
03:07
and organisms learned how to make hard materials.
76
172000
3000
Ja organismit oppivat tekemään kovia materiaaleja.
03:10
And so that's what I would like be able to do --
77
175000
2000
Niin minäkin haluaisin tehdä --
03:12
convince biology
78
177000
2000
vakuuttaa biologian
03:14
to work with the rest of the periodic table.
79
179000
2000
työskentelemään loppujenkin alkuaineiden kanssa.
03:16
Now if you look at biology,
80
181000
2000
Jos ajatellaan biologiaa,
03:18
there's many structures like DNA and antibodies
81
183000
2000
on monia rakenteita kuten DNA ja vasta-aineita
03:20
and proteins and ribosomes that you've heard about
82
185000
2000
ja proteiineja ja ribosomeja, joista olette kuulleet,
03:22
that are already nano-structured.
83
187000
2000
jotka ovat jo nanorakenteita.
03:24
So nature already gives us
84
189000
2000
Luonto siis antaa jo meille
03:26
really exquisite structures on the nanoscale.
85
191000
2000
todella verrattomia rakenteita nanomittakaavassa.
03:28
What if we could harness them
86
193000
2000
Mitä jos voisimme valjastaa ne
03:30
and convince them to not be an antibody
87
195000
2000
ja vakuuttaa ne olemasta vasta-aineita,
03:32
that does something like HIV?
88
197000
2000
jotka tekevät sellaista kuin HIV?
03:34
But what if we could convince them
89
199000
2000
Mitä jos voisimme vakuuttaa ne
03:36
to build a solar cell for us?
90
201000
2000
rakentamaan meille aurinkokennon?
03:38
So here are some examples: these are some natural shells.
91
203000
2000
Nämä ovat luonnollisia kuoria --
03:40
There are natural biological materials.
92
205000
2000
biologisia materiaaleja.
03:42
The abalone shell here -- and if you fracture it,
93
207000
2000
Tämän punamerikorvan kuori -- jos sen halkaisee,
03:44
you can look at the fact that it's nano-structured.
94
209000
2000
näkee, että se on itse asiassa nanorakenteinen.
03:46
There's diatoms made out of SIO2,
95
211000
3000
Nämä piilevät ovat piidioksidia, ja
03:49
and they're magnetotactic bacteria
96
214000
2000
nuo ovat magneettikentille herkkiä bakteereja,
03:51
that make small, single-domain magnets used for navigation.
97
216000
3000
jotka vamistavat pieniä magneetteja navigoidakseen.
03:54
What all these have in common
98
219000
2000
Näille kaikille yhteistä on se,
03:56
is these materials are structured at the nanoscale,
99
221000
2000
että niillä on rakenne nanomittakaavassa,
03:58
and they have a DNA sequence
100
223000
2000
ja niillä on DNA-sekvenssi,
04:00
that codes for a protein sequence
101
225000
2000
joka koodaa proteiinisekvenssin,
04:02
that gives them the blueprint
102
227000
2000
joka antaa niille ohjeet
04:04
to be able to build these really wonderful structures.
103
229000
2000
näiden ihanien rakenteiden rakentamiseen.
04:06
Now, going back to the abalone shell,
104
231000
2000
Palatakseni punamerikorvan kuoreen,
04:08
the abalone makes this shell by having these proteins.
105
233000
3000
punamerikorva tekee kuoren näillä proteiineilla.
04:11
These proteins are very negatively charged.
106
236000
2000
Nämä proteiinit ovat negatiivisesti varautuneita.
04:13
And they can pull calcium out of the environment,
107
238000
2000
Ne vetävät kalsiumia ympäristöstään,
04:15
put down a layer of calcium and then carbonate, calcium and carbonate.
108
240000
3000
tekevät kerroksen kalsiumia ja sitten karbonaattia, kalsiumia ja karbonaattia.
04:18
It has the chemical sequences of amino acids,
109
243000
3000
Sillä on kemiallinen aminohapposekvenssi,
04:21
which says, "This is how to build the structure.
110
246000
2000
joka sanoo: "Näin rakennat sen rakenteen."
04:23
Here's the DNA sequence, here's the protein sequence
111
248000
2000
"Tässä on DNA-sekvenssi, tässä proteiinisekvenssi"
04:25
in order to do it."
112
250000
2000
"sen tekemiseen."
04:27
And so an interesting idea is, what if you could take any material that you wanted,
113
252000
3000
Jos voisi ottaa minkä tahansa haluamansa materiaalin
04:30
or any element on the periodic table,
114
255000
2000
tai minkä tahansa alkuaineen jaksollisesta järjestelmästä
04:32
and find its corresponding DNA sequence,
115
257000
3000
ja löytäisi vastaavan DNA-sekvenssin
04:35
then code it for a corresponding protein sequence
116
260000
2000
ja koodaisi sen vastaavan proteiinisekvenssin
04:37
to build a structure, but not build an abalone shell --
117
262000
3000
rakentamaan rakenteen, ei punamerikorvan kuorta --
04:40
build something that, through nature,
118
265000
2000
vaan jotain, jota luonto
04:42
it has never had the opportunity to work with yet.
119
267000
3000
ei vielä ole saanut aikaan.
04:45
And so here's the periodic table.
120
270000
2000
Tässä jaksollinen järjestelmä.
04:47
And I absolutely love the periodic table.
121
272000
2000
Rakastan jaksollista järjestelmää.
04:49
Every year for the incoming freshman class at MIT,
122
274000
3000
Joka vuosi annan uusille opiskelijoille MIT:ssä
04:52
I have a periodic table made that says,
123
277000
2000
jaksollisen järjestelmän, jossa lukee:
04:54
"Welcome to MIT. Now you're in your element."
124
279000
3000
"Tervetuloa MIT:hin. Nyt olet elementissäsi."
04:57
And you flip it over, and it's the amino acids
125
282000
3000
Kääntöpuolella ovat aminohapot
05:00
with the PH at which they have different charges.
126
285000
2000
pH-arvoineen, missä niillä on eri varaukset.
05:02
And so I give this out to thousands of people.
127
287000
3000
Joten annan tämän tuhansille ihmisille.
05:05
And I know it says MIT, and this is Caltech,
128
290000
2000
Vaikka tämä on Caltech eikä MIT,
05:07
but I have a couple extra if people want it.
129
292000
2000
minulla on muutama mukana, mikäli joku haluaa sellaisen.
05:09
And I was really fortunate
130
294000
2000
Olin hyvin onnekas
05:11
to have President Obama visit my lab this year
131
296000
2000
saadessani vastaanottaa presidentti Obaman vierailun
05:13
on his visit to MIT,
132
298000
2000
labrassani tänä vuonna,
05:15
and I really wanted to give him a periodic table.
133
300000
2000
ja halusin antaa hänelle jaksollisen järjestelmän.
05:17
So I stayed up at night, and I talked to my husband,
134
302000
2000
Joten valvoessani yöllä, kysyin mieheltäni:
05:19
"How do I give President Obama a periodic table?
135
304000
3000
"Miten annan presidentti Obamalle jaksollisen järjestelmän?"
05:22
What if he says, 'Oh, I already have one,'
136
307000
2000
"Mitä jos hän sanoo: 'Minulla on jo sellainen',"
05:24
or, 'I've already memorized it'?" (Laughter)
137
309000
2000
"tai 'Muistan sen ulkoa'?"
05:26
And so he came to visit my lab
138
311000
2000
Joten hän tuli labraani
05:28
and looked around -- it was a great visit.
139
313000
2000
ja katseli ympärilleen -- se oli hieno vierailu.
05:30
And then afterward, I said,
140
315000
2000
Sen jälkeen sanoin:
05:32
"Sir, I want to give you the periodic table
141
317000
2000
"Sir, haluan antaa teille jaksollisen järjestelmän"
05:34
in case you're ever in a bind and need to calculate molecular weight."
142
319000
4000
"siltä varalta, että teidän tarvitsee laskea molekyylipaino."
05:38
And I thought molecular weight sounded much less nerdy
143
323000
2000
Arvelin, että molekyylipaino kuulostaa vähemmän nörtiltä
05:40
than molar mass.
144
325000
2000
kuin moolimassa.
05:42
And so he looked at it,
145
327000
2000
Joten hän katsoi sitä
05:44
and he said,
146
329000
2000
ja sanoi:
05:46
"Thank you. I'll look at it periodically."
147
331000
2000
"Kiitos. Aion katsoa sitä jaksollisesti."
05:48
(Laughter)
148
333000
2000
(Naurua)
05:50
(Applause)
149
335000
4000
(Aplodeja)
05:54
And later in a lecture that he gave on clean energy,
150
339000
3000
Myöhemmin pitäessään luentoa puhtaasta energiasta
05:57
he pulled it out and said,
151
342000
2000
hän otti sen esille ja sanoi:
05:59
"And people at MIT, they give out periodic tables."
152
344000
2000
"Ihmiset MIT:ssä antavat jaksollisia järjestelmiä."
06:01
So basically what I didn't tell you
153
346000
3000
En kertonut teille,
06:04
is that about 500 million years ago, organisms starter making materials,
154
349000
3000
että 500 miljoonaa vuotta sitten, organismit alkoivat tehdä materiaaleja,
06:07
but it took them about 50 million years to get good at it.
155
352000
2000
mutta niiltä meni 50 miljoonaa vuotta kehittyä hyviksi siinä.
06:09
It took them about 50 million years
156
354000
2000
Niiltä kesti 50 miljoonaa vuotta
06:11
to learn how to perfect how to make that abalone shell.
157
356000
2000
kehittyä täydellisiksi punamerikorvan kuoren tekemisessä.
06:13
And that's a hard sell to a graduate student. (Laughter)
158
358000
2000
Sitä on hankala myydä tohtoriopiskelijalle.
06:15
"I have this great project -- 50 million years."
159
360000
3000
"Minulla on tämä hieno projekti -- 50 miljoonaa vuotta."
06:18
And so we had to develop a way
160
363000
2000
Joten meidän piti keksiä tapa
06:20
of trying to do this more rapidly.
161
365000
2000
tehdä se nopeammin.
06:22
And so we use a virus that's a non-toxic virus
162
367000
2000
Joten käytämme vaaratonta virusta
06:24
called M13 bacteriophage
163
369000
2000
nimeltä M13 bakteerifaagi,
06:26
that's job is to infect bacteria.
164
371000
2000
jonka tehtävä on infektoida bakteereja.
06:28
Well it has a simple DNA structure
165
373000
2000
Sillä on yksinkertainen DNA-rakenne,
06:30
that you can go in and cut and paste
166
375000
2000
josta voi leikata ja johon voi liittää
06:32
additional DNA sequences into it.
167
377000
2000
DNA-sekvenssejä.
06:34
And by doing that, it allows the virus
168
379000
2000
Sillä tavoin virus voi
06:36
to express random protein sequences.
169
381000
3000
ilmaista satunnaisia proteiinisekvenssejä.
06:39
And this is pretty easy biotechnology.
170
384000
2000
Tämä on melko helppoa bioteknologiaa.
06:41
And you could basically do this a billion times.
171
386000
2000
Tämän voi tehdä oleellisesti miljardi kertaa.
06:43
And so you can go in and have a billion different viruses
172
388000
2000
Joten voi saada miljardi eri virusta,
06:45
that are all genetically identical,
173
390000
2000
jotka ovat geneettisesti identtisiä,
06:47
but they differ from each other based on their tips,
174
392000
2000
mutta ne eroavat yhden sekvenssin
06:49
on one sequence
175
394000
2000
kärkien verran,
06:51
that codes for one protein.
176
396000
2000
ja se koodaa yhden proteiinin.
06:53
Now if you take all billion viruses,
177
398000
2000
Jos ottaa miljardi virusta
06:55
and you can put them in one drop of liquid,
178
400000
2000
ja laittaa ne yhdeen nestepisaraan,
06:57
you can force them to interact with anything you want on the periodic table.
179
402000
3000
ne voi pakottaa vuorovaikuttamaan minkä tahansa alkuaineen kanssa.
07:00
And through a process of selection evolution,
180
405000
2000
Evoluution valitsemana
07:02
you can pull one out of a billion that does something that you'd like it to do,
181
407000
3000
yksi noista miljardista tekee sen, mitä sen halutaan tekevän,
07:05
like grow a battery or grow a solar cell.
182
410000
2000
kuten kasvattavan akun tai aurinkokennon.
07:07
So basically, viruses can't replicate themselves; they need a host.
183
412000
3000
Virukset eivät voi monistaa itseään, ne tarvitsevat isännän.
07:10
Once you find that one out of a billion,
184
415000
2000
Kun löytää sen yhden miljardista,
07:12
you infect it into a bacteria,
185
417000
2000
sillä infektoidaan bakteeri,
07:14
and you make millions and billions of copies
186
419000
2000
ja tehdään miljoonia ja miljardeja kopioita
07:16
of that particular sequence.
187
421000
2000
siitä tietystä sekvenssistä.
07:18
And so the other thing that's beautiful about biology
188
423000
2000
Toinen asia, mikä on kaunista biologiassa,
07:20
is that biology gives you really exquisite structures
189
425000
2000
on se, että biologia antaa hienoja rakenteita,
07:22
with nice link scales.
190
427000
2000
mukavissa mittakaavoissa.
07:24
And these viruses are long and skinny,
191
429000
2000
Nämä virukset ovat pitkiä ja kapeita,
07:26
and we can get them to express the ability
192
431000
2000
saamme ne ilmentämään kykyä
07:28
to grow something like semiconductors
193
433000
2000
kasvattaa jotain, kuten puolijohteita
07:30
or materials for batteries.
194
435000
2000
tai materiaaleja akkuihin.
07:32
Now this is a high-powered battery that we grew in my lab.
195
437000
3000
Tämä on tehokas akku, jonka kasvatimme labrassani.
07:35
We engineered a virus to pick up carbon nanotubes.
196
440000
3000
Teimme viruksen, joka poimii hiilinanoputkia.
07:38
So one part of the virus grabs a carbon nanotube.
197
443000
2000
Yksi osa viruksesta ottaa hiilinanoputken.
07:40
The other part of the virus has a sequence
198
445000
2000
Toisessa osassa virusta on sekvenssi,
07:42
that can grow an electrode material for a battery.
199
447000
3000
joka kasvattaa materiaalia elektrodiksi akulle.
07:45
And then it wires itself to the current collector.
200
450000
3000
Sitten se yhdistää itsensä virtakollektorille.
07:48
And so through a process of selection evolution,
201
453000
2000
Valitsevan evoluution avulla
07:50
we went from being able to have a virus that made a crummy battery
202
455000
3000
me edistyimme viruksesta, joka teki kehnon akun,
07:53
to a virus that made a good battery
203
458000
2000
virukseen, joka teki hyvän akun,
07:55
to a virus that made a record-breaking, high-powered battery
204
460000
3000
virukseen, joka teki ennätykset rikkovan todella tehokkaan akun,
07:58
that's all made at room temperature, basically at the bench top.
205
463000
3000
joka on tehty täysin huoneen lämpötilassa, periaatteessa työpöydällä.
08:01
And that battery went to the White House for a press conference.
206
466000
3000
Se akku meni Valkoiseen taloon lehdistökonferenssiin.
08:04
I brought it here.
207
469000
2000
Toin sen tänne.
08:06
You can see it in this case -- that's lighting this LED.
208
471000
3000
Näette sen tässä -- se antaa virtaa tälle ledille.
08:09
Now if we could scale this,
209
474000
2000
Jos voimme tehdä tätä isommassa mittakaavassa,
08:11
you could actually use it
210
476000
2000
sitä voisi käyttää
08:13
to run your Prius,
211
478000
2000
[Toyota] Priuksessa --
08:15
which is my dream -- to be able to drive a virus-powered car.
212
480000
3000
unelmani on ajaa autoa virusvoimalla.
08:19
But it's basically --
213
484000
2000
Mutta oleellisesti --
08:21
you can pull one out of a billion.
214
486000
3000
voi vetää ulos yhden miljardista.
08:24
You can make lots of amplifications to it.
215
489000
2000
Sitä voi vahvistaa.
08:26
Basically, you make an amplification in the lab,
216
491000
2000
Laboratoriossa sitä vahvistetaan.
08:28
and then you get it to self-assemble
217
493000
2000
Sitten se saadaan itsejärjestäytymään
08:30
into a structure like a battery.
218
495000
2000
rakenteeksi -- kuten akuksi.
08:32
We're able to do this also with catalysis.
219
497000
2000
Voimme tehdä tämän myös katalyysillä.
08:34
This is the example
220
499000
2000
Tässä on esimerkki
08:36
of photocatalytic splitting of water.
221
501000
2000
fotokatalyyttisestä veden hajottamisesta.
08:38
And what we've been able to do
222
503000
2000
Olemme onnistuneet
08:40
is engineer a virus to basically take dye-absorbing molecules
223
505000
3000
tekemään viruksen, ja ottaa väriaineita absorboivia molekyylejä,
08:43
and line them up on the surface of the virus
224
508000
2000
jotka järjestäytyvät viruksen pinnalle
08:45
so it acts as an antenna,
225
510000
2000
toimien antennina,
08:47
and you get an energy transfer across the virus.
226
512000
2000
ja saadaan energian siirto viruksen läpi.
08:49
And then we give it a second gene
227
514000
2000
Sitten sille annetaan toinen geeni
08:51
to grow an inorganic material
228
516000
2000
rakentamaan epäorgaanista materiaalia,
08:53
that can be used to split water
229
518000
2000
jota voidaan käyttää veden hajottamiseen
08:55
into oxygen and hydrogen
230
520000
2000
hapeksi ja vedyksi,
08:57
that can be used for clean fuels.
231
522000
2000
joita voidaan käyttää puhtaina polttoaineina.
08:59
And I brought an example with me of that today.
232
524000
2000
Toin mukanani esimerkin.
09:01
My students promised me it would work.
233
526000
2000
Opiskelijani lupasivat, että tämä toimisi.
09:03
These are virus-assembled nanowires.
234
528000
2000
Nämä ovat viruksen järjestämiä nanokaapeleita.
09:05
When you shine light on them, you can see them bubbling.
235
530000
3000
Kun sen valaisee, se kuplii.
09:08
In this case, you're seeing oxygen bubbles come out.
236
533000
3000
Tässä tapauksessa näette happikuplien tulevan ulos.
09:12
And basically, by controlling the genes,
237
537000
3000
Oleellisesti geenejä kontrolloiden
09:15
you can control multiple materials to improve your device performance.
238
540000
3000
voi kontrolloida monia materiaaleja parantaakseen laitteiden suoritustasoa.
09:18
The last example are solar cells.
239
543000
2000
Viimeinen esimerkki ovat aurinkokennot.
09:20
You can also do this with solar cells.
240
545000
2000
Tämän voi tehdä myös aurinkokennoilla.
09:22
We've been able to engineer viruses
241
547000
2000
Olemme onnistuneet tekemään viruksia,
09:24
to pick up carbon nanotubes
242
549000
2000
jotka ottavat hiilinanoputkia
09:26
and then grow titanium dioxide around them --
243
551000
4000
ja kasvattavat titaanidioksidia niiden ympärille --
09:30
and use as a way of getting electrons through the device.
244
555000
4000
ja siten elektronit pääsevät laitteen läpi.
09:34
And what we've found is through genetic engineering,
245
559000
2000
Löysimme, että geneettisellä muokkauksella
09:36
we can actually increase
246
561000
2000
voimme itse asiassa lisätä
09:38
the efficiencies of these solar cells
247
563000
3000
näiden aurinkokennojen tehokkuuksia
09:41
to record numbers
248
566000
2000
ennätyslukemiin
09:43
for these types of dye-sensitized systems.
249
568000
3000
tämän tyyppisille väriainepohjaisille systeemeille.
09:46
And I brought one of those as well
250
571000
2000
Toin myös yhden noista,
09:48
that you can play around with outside afterward.
251
573000
3000
ja voitte leikkiä sillä myöhemmin --
09:51
So this is a virus-based solar cell.
252
576000
2000
tämä on viruspohjainen aurinkokenno.
09:53
Through evolution and selection,
253
578000
2000
Evoluution ja valinnan kautta
09:55
we took it from an eight percent efficiency solar cell
254
580000
3000
saimme kahdeksan prosentin tehoisesta aurinkokennosta
09:58
to an 11 percent efficiency solar cell.
255
583000
3000
11 prosentin tehoisen aurinkokennon.
10:01
So I hope that I've convinced you
256
586000
2000
Toivoakseni olen vakuuttanut teidät siitä,
10:03
that there's a lot of great, interesting things to be learned
257
588000
3000
että on paljon hienoja, mielenkiintoisia asioita opittavana
10:06
about how nature makes materials --
258
591000
2000
luonnon tavoista tehdä materiaaleja --
10:08
and taking it the next step
259
593000
2000
ja viedä sen seuraavalle tasolle
10:10
to see if you can force,
260
595000
2000
nähdäkseen voiko sitä pakottaa,
10:12
or whether you can take advantage of how nature makes materials,
261
597000
2000
tai jotenkin hyödyntää luontoa
10:14
to make things that nature hasn't yet dreamed of making.
262
599000
3000
tekemään asioita, joista se ei vielä unelmoinut.
10:17
Thank you.
263
602000
2000
Kiitos.
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