TED2011
Fiorenzo Omenetto: Silk, the ancient material of the future
フィオレンゾ・オメネト 「絹―歴史ある、未来の素材」
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自然界で最もエレガントな素材の１つ、絹。フィオレンゾ・オメネトが、光の伝送・持続可能性の向上・耐久性の増加・医療の飛躍や限界への挑戦など、20以上の驚くべき絹の新利用法を紹介し、ステージではこの万能素材でできた品々を披露します。
Fiorenzo Omenetto - Biomedical engineer
Fiorenzo G. Omenetto's research spans nonlinear optics, nanostructured materials (such as photonic crystals and photonic crystal fibers), biomaterials and biopolymer-based photonics. Most recently, he's working on high-tech applications for silk. Full bio
Fiorenzo G. Omenetto's research spans nonlinear optics, nanostructured materials (such as photonic crystals and photonic crystal fibers), biomaterials and biopolymer-based photonics. Most recently, he's working on high-tech applications for silk. Full bio
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ありがとう
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I'm thrilled to be here.
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ここに来れてうれしいです
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I'm going to talk about a new, old material
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古くて新しい素材についてお話します
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that still continues to amaze us,
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私たちを驚嘆させ続けていて
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and that might impact the way we think
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材料科学や高度技術に対する
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about material science, high technology --
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考え方に影響を与えるかもしれない素材です
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and maybe, along the way,
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今後もしかすると 医学や
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also do some stuff for medicine and for global health and help reforestation.
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世界的保健や森林再生にも貢献するかもしれません
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So that's kind of a bold statement.
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少し大胆な発言ですね
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I'll tell you a little bit more.
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もう少しお話しましょう
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This material actually has some traits that make it seem almost too good to be true.
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この素材は実際信じられない特性を備えています
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It's sustainable; it's a sustainable material
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素材は持続可能で
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that is processed all in water and at room temperature --
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全ての加工は常温の水の中でされます
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and is biodegradable with a clock,
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時間設定した生分解ができ
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so you can watch it dissolve instantaneously in a glass of water
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コップの水に瞬時に溶けるようにも
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or have it stable for years.
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何年も変化しないようにもできます
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It's edible; it's implantable in the human body
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食べることもでき 免疫反応を起こさず
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without causing any immune response.
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人体に埋め込むこともできます
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It actually gets reintegrated in the body.
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実際 身体と一体化してしまいます
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And it's technological,
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技術的な特性もあるので
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so it can do things like microelectronics,
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ミクロ電子工学にも使え
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and maybe photonics do.
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光通信学的なこともできそうです
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And the material
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その素材は
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looks something like this.
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このようなものです
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In fact, this material you see is clear and transparent.
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見たとおり この素材は透明です
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The components of this material are just water and protein.
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3000
構成要素は水分とタンパク質のみです
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So this material is silk.
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この素材は絹でできています
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So it's kind of different
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なじみのある絹とは
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from what we're used to thinking about silk.
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2000
少し違います
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So the question is, how do you reinvent something
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67000
2000
では５千年の歴史があるものを
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that has been around for five millennia?
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69000
3000
どうやって作り変えるのか？
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The process of discovery, generally, is inspired by nature.
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72000
3000
発見過程とは概して自然からヒントを得るものです
01:30
And so we marvel at silk worms --
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75000
2000
そこで蚕の興味を向けます
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the silk worm you see here spinning its fiber.
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77000
3000
この蚕は繊維を紡いでいるところです
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The silk worm does a remarkable thing:
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80000
2000
蚕は驚くことをします
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it uses these two ingredients, protein and water,
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82000
2000
分泌腺から出るタンパク質と
01:39
that are in its gland,
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84000
2000
水の２つの材料を使い
01:41
to make a material that is exceptionally tough for protection --
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86000
3000
非常に耐久性のある保護素材を作るのです
01:44
so comparable to technical fibers
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2000
ケブラーのような
01:46
like Kevlar.
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2000
工業用繊維に匹敵します
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And so in the reverse engineering process
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93000
2000
私たちが知っていて
01:50
that we know about,
41
95000
2000
なじみのある
01:52
and that we're familiar with,
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97000
2000
リバースエンジニアリングで
01:54
for the textile industry,
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99000
2000
繊維工業を見ると
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the textile industry goes and unwinds the cocoon
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3000
繊維工業は繭をほぐして
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and then weaves glamorous things.
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104000
2000
華やかなものを作り出しています
02:01
We want to know how you go from water and protein
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106000
2000
知りたいのは どうやって水とタンパク質を
02:03
to this liquid Kevlar, to this natural Kevlar.
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108000
3000
ケブラーの溶液 この自然ケブラーにするかです
02:06
So the insight
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2000
実際にこれをどのように
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is how do you actually reverse engineer this
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113000
3000
リバースエンジニアして
02:11
and go from cocoon to gland
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2000
繭から分泌腺へと逆行し
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and get water and protein that is your starting material.
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出発物質である水とタンパク質にたどり着くかです
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And this is an insight
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2000
これに関しては
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that came, about two decades ago,
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2000
私も一緒に働く光栄にあずかった
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from a person that I'm very fortunate to work with,
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デイビッド・カプランという人物が
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David Kaplan.
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3000
約20年前に解き明かしました
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And so we get this starting material.
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そして出発物質が得られ
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And so this starting material is back to the basic building block.
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これが基本的な構成要素に戻ります
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And then we use this to do a variety of things --
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137000
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そしてこれを使って様々なもの
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like, for example, this film.
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2000
例えばフィルムなどを作ります
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And we take advantage of something that is very simple.
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2000
非常に簡単なことを利用します
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The recipe to make those films
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2000
フィルムの作り方は
02:40
is to take advantage of the fact
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145000
2000
タンパク質に高度な特性が
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that proteins are extremely smart at what they do.
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147000
2000
あることを活用したものなのです
02:44
They find their way to self-assemble.
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2000
自己組織化ができることです
02:46
So the recipe is simple: you take the silk solution, you pour it,
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3000
レシピは簡単で 絹の溶液を流し込み タンパク質が
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and you wait for the protein to self-assemble.
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自己組織化するのを待ちます
02:51
And then you detach the protein and you get this film,
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156000
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そして水分が蒸発しタンパク質が集合したら
02:54
as the proteins find each other as the water evaporates.
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159000
3000
フィルムになったタンパク質を取り外します
02:57
But I mentioned that the film is also technological.
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162000
2000
フィルムは技術的でもあると言いましたが
02:59
And so what does that mean?
70
164000
2000
それはどういう意味か？
03:01
It means that you can interface it
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166000
3000
それは典型的な技術のいくつかと
03:04
with some of the things that are typical of technology,
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169000
2000
連結できるということです
03:06
like microelectronics and nanoscale technology.
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171000
3000
ミクロ電子工学やナノスケール技術などです
03:09
And the image of the DVD here
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2000
このDVDの画像は
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is just to illustrate a point
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176000
2000
絹は表面の非常に僅かな
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that silk follows very subtle topographies of the surface,
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178000
4000
起伏をたどることを説明するためで このため
03:17
which means that it can replicate features on the nanoscale.
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182000
3000
ナノスケールで起伏を複製できるということです
03:20
So it would be able to replicate the information
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185000
2000
つまりDVDに記録された
03:22
that is on the DVD.
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187000
3000
情報を複製できるということです
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And we can store information that's film with water and protein.
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190000
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情報を水とタンパク質のフィルムに記録できるのです
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So we tried something out, and we wrote a message in a piece of silk,
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試しに絹の一片にメッセージを書いてみました
03:31
which is right here, and the message is over there.
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196000
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これです メッセージはここです
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And much like in the DVD, you can read it out optically.
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DVDのように光学的に情報を読み取れます
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And this requires a stable hand,
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手が震えるとダメなので
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so this is why I decided to do it onstage in front of a thousand people.
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3000
ステージで大勢の人たちを前にしてやれるか
03:42
So let me see.
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207000
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やってみましょう
03:44
So as you see the film go in transparently through there,
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209000
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透明のフィルムですが
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and then ...
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こうすると―
03:53
(Applause)
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218000
7000
（拍手）
04:00
And the most remarkable feat
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225000
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ここで一番すごい業は
04:02
is that my hand actually stayed still long enough to do that.
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やっている間 手が震えなかったことです
04:05
So once you have these attributes
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230000
3000
そして一旦 素材のこのような
04:08
of this material,
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233000
2000
特性が手に入ると
04:10
then you can do a lot of things.
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235000
2000
たくさんのことができます
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It's actually not limited to films.
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237000
2000
実際フィルムに限られません
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And so the material can assume a lot of formats.
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3000
この素材は様々な形態にすることができます
04:17
And then you go a little crazy, and so you do various optical components
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242000
3000
ちょっと凝ったことをして 色々な光学素子や
04:20
or you do microprism arrays,
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245000
2000
ランニングシューズの反射テープのような
04:22
like the reflective tape that you have on your running shoes.
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247000
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マイクロプリズムを作ったりできます
04:24
Or you can do beautiful things
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249000
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美しいものも作れます
04:26
that, if the camera can capture, you can make.
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251000
2000
カメラで写せますか？
04:28
You can add a third dimensionality to the film.
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253000
3000
フィルムに立体感を加えて
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And if the angle is right,
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256000
2000
ちょうどいい角度で見ると
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you can actually see a hologram appear in this film of silk.
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絹のフィルムにホログラムが浮かび上がります
04:38
But you can do other things.
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263000
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他のこともでできます
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You can imagine that then maybe you can use a pure protein to guide light,
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265000
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純タンパク質で光を導くことが
04:42
and so we've made optical fibers.
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267000
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できるかもと考え 光ファイバーも作りました
04:44
But silk is versatile and it goes beyond optics.
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でも絹は万能で光学以上のことができます
04:47
And you can think of different formats.
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272000
2000
様々な形態が考えられます
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So for instance, if you're afraid of going to the doctor and getting stuck with a needle,
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274000
3000
例えば医者に行って注射されるのが怖いなら
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we do microneedle arrays.
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277000
2000
極細の針を作ればよいのです
04:54
What you see there on the screen is a human hair
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279000
2000
画面にあるのは人間の髪の毛に
04:56
superimposed on the needle that's made of silk --
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281000
2000
絹でできた針を重ね合わせたものです
04:58
just to give you a sense of size.
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283000
2000
細さが分かると思います
05:00
You can do bigger things.
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285000
2000
もっと大きなものも作れます
05:02
You can do gears and nuts and bolts --
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287000
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歯車やネジやボルト
05:04
that you can buy at Whole Foods.
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289000
3000
これらはWhole Foodsで買うことができます
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And the gears work in water as well.
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292000
3000
歯車は水中でも使用できます
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So you think of alternative mechanical parts.
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295000
2000
機械の代替部品について考えると
05:12
And maybe you can use that liquid Kevlar if you need something strong
120
297000
3000
ケブラーの溶液は 例えば末梢静脈や
05:15
to replace peripheral veins, for example,
121
300000
3000
骨丸ごと１本を交換する耐久性のあるものとして
05:18
or maybe an entire bone.
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303000
2000
使えるかもしれません
05:20
And so you have here a little example
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305000
2000
ちょっとした見本として
05:22
of a small skull --
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307000
2000
ミニチュアの頭蓋骨があります
05:24
what we call mini Yorick.
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309000
2000
ミニ・ヨリックと呼んでいます
05:26
(Laughter)
126
311000
3000
（笑）
05:29
But you can do things like cups, for example,
127
314000
3000
でも例えばカップのようなものも作れます
05:32
and so, if you add a little bit of gold, if you add a little bit of semiconductors
128
317000
3000
金と半導体を少し加えれば
05:35
you could do sensors that stick on the surfaces of foods.
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320000
3000
食品の表面に貼り付けられるセンサーが作れます
05:38
You can do electronic pieces
130
323000
2000
折り曲げたり包んだりできる
05:40
that fold and wrap.
131
325000
2000
電子装置も作れます
05:42
Or if you're fashion forward, some silk LED tattoos.
132
327000
3000
ファッションに敏感な人なら絹のLEDタトゥーでも
05:45
So there's versatility, as you see,
133
330000
3000
ご覧のとおり 絹には
05:48
in the material formats,
134
333000
2000
素材形態の
05:50
that you can do with silk.
135
335000
3000
多用途性があります
05:53
But there are still some unique traits.
136
338000
2000
まだ他にも独特の特性があります
05:55
I mean, why would you want to do all these things for real?
137
340000
3000
どうして実際にこれが役立つのか？
05:58
I mentioned it briefly at the beginning;
138
343000
2000
最初に少し述べましたが
06:00
the protein is biodegradable and biocompatible.
139
345000
2000
タンパク質は生分解性や生体適合性があります
06:02
And you see here a picture of a tissue section.
140
347000
3000
これは組織切片の写真です
06:05
And so what does that mean, that it's biodegradable and biocompatible?
141
350000
3000
生分解性と生体適合性があるから何だと言うのか？
06:08
You can implant it in the body without needing to retrieve what is implanted.
142
353000
3000
身体に埋め込んだ後 取り除く必要がないということです
06:11
Which means that all the devices that you've seen before and all the formats,
143
356000
4000
つまりお見せしたすべての装置や形態は理論上では
06:15
in principle, can be implanted and disappear.
144
360000
3000
身体に埋め込まれた後 消えてしまうということです
06:18
And what you see there in that tissue section,
145
363000
2000
この組織切片に見えるのは
06:20
in fact, is you see that reflector tape.
146
365000
3000
実は反射テープです
06:23
So, much like you're seen at night by a car,
147
368000
3000
車からあなたのことが見えるように
06:26
then the idea is that you can see, if you illuminate tissue,
148
371000
3000
光を当てれば組織の奥まで見ることが
06:29
you can see deeper parts of tissue
149
374000
2000
できるというアイデアです
06:31
because there is that reflective tape there that is made out of silk.
150
376000
2000
絹でできた反射テープがあるからです
06:33
And you see there, it gets reintegrated in tissue.
151
378000
2000
更にこれは組織と一体化します
06:35
And reintegration in the human body
152
380000
2000
人体と
06:37
is not the only thing,
153
382000
2000
一体化するだけではなく
06:39
but reintegration in the environment is important.
154
384000
3000
環境と一体化することも重要です
06:42
So you have a clock, you have protein,
155
387000
2000
タンパク質の時間設定をすると
06:44
and now a silk cup like this
156
389000
2000
このような絹のカップができ
06:46
can be thrown away without guilt --
157
391000
3000
罪悪感なしで捨てることができます
06:49
(Applause)
158
394000
7000
（拍手）
06:56
unlike the polystyrene cups
159
401000
3000
残念なことに埋立地に日々溜まっていく
06:59
that unfortunately fill our landfills everyday.
160
404000
3000
発砲スチロールのカップとは違います
07:02
It's edible,
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407000
2000
食べることもできるので
07:04
so you can do smart packaging around food
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409000
2000
そのまま調理できる
07:06
that you can cook with the food.
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411000
2000
食品用のスマート包装も作れます
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It doesn't taste good,
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413000
2000
味はよくないので
07:10
so I'm going to need some help with that.
165
415000
2000
助けが必要なんですが
07:12
But probably the most remarkable thing is that it comes full circle.
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417000
3000
でも最も素晴らしい点は元に戻るということです
07:15
Silk, during its self-assembly process,
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420000
2000
絹は自己組織化の過程で
07:17
acts like a cocoon for biological matter.
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422000
2000
生体物質の繭として機能します
07:19
And so if you change the recipe,
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424000
2000
そこでレシピを変えて
07:21
and you add things when you pour --
170
426000
2000
流し込む時に何か加え―
07:23
so you add things to your liquid silk solution --
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428000
2000
絹の溶液に何か加え
07:25
where these things are enzymes
172
430000
2000
それが酵素であろうが
07:27
or antibodies or vaccines,
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432000
3000
抗体やワクチンであろうが
07:30
the self-assembly process
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435000
2000
自己組織化の過程が
07:32
preserves the biological function of these dopants.
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437000
3000
これらのドーパントの生体機能を守ります
07:35
So it makes the materials environmentally active
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440000
3000
つまり素材は環境に対して活性を持つようにも
07:38
and interactive.
177
443000
2000
持たないようにもできるのです
07:40
So that screw that you thought about beforehand
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445000
2000
先ほどお見せしたネジも
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can actually be used
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447000
2000
実際に折れた骨を
07:44
to screw a bone together -- a fractured bone together --
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449000
3000
繋ぎ合わせるネジとして使えるのです
07:47
and deliver drugs at the same,
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452000
2000
骨が治癒している間
07:49
while your bone is healing, for example.
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454000
3000
同時に薬品を投与することもできます
07:52
Or you could put drugs in your wallet and not in your fridge.
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457000
3000
要冷蔵の薬品を財布に入れておくこともできます
07:55
So we've made a silk card
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460000
3000
そこでペニシリンの入った
07:58
with penicillin in it.
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463000
2000
絹カードを作りました
08:00
And we stored penicillin at 60 degrees C,
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465000
2000
これを２ヶ月間摂氏60度
08:02
so 140 degrees Fahrenheit,
187
467000
2000
つまり華氏140度で保存しましたが
08:04
for two months without loss of efficacy of the penicillin.
188
469000
3000
ペニシリンの薬効は失われませんでした
08:07
And so that could be ---
189
472000
2000
ですからこれは―
08:09
(Applause)
190
474000
4000
（拍手）
08:13
that could be potentially a good alternative
191
478000
2000
これはソーラー冷蔵庫を背負った
08:15
to solar powered refrigerated camels. (Laughter)
192
480000
3000
ラクダより良い案かもしれません
08:18
And of course, there's no use in storage if you can't use [it].
193
483000
3000
もちろん使用できなければ保存の意味はありません
08:21
And so there is this other unique material trait
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486000
4000
それにはもう１つの独特の素材特性があります
08:25
that these materials have, that they're programmably degradable.
195
490000
3000
素材の分解を設定することができるのです
08:28
And so what you see there is the difference.
196
493000
2000
ここに見えるのがその差です
08:30
In the top, you have a film that has been programmed not to degrade,
197
495000
3000
上は分解しないよう設定されたフィルムで
08:33
and in the bottom, a film that has been programmed to degrade in water.
198
498000
3000
下は水中で分解するよう設定されたフィルムです
08:36
And what you see is that the film on the bottom
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501000
2000
ご覧のとおり 下のフィルムは
08:38
releases what is inside it.
200
503000
2000
中身を放出しています
08:40
So it allows for the recovery of what we've stored before.
201
505000
3000
このように保存したものを使用することができます
08:43
And so this allows for a controlled delivery of drugs
202
508000
3000
時間制御した薬品投与や
08:46
and for reintegration in the environment
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511000
3000
環境への還元も可能となります
08:49
in all of these formats that you've seen.
204
514000
2000
見て頂いた形態のどれでも可能です
08:51
So the thread of discovery that we have really is a thread.
205
516000
3000
これらの発見を繋いでいるのは実際に糸なのです
08:54
We're impassioned with this idea that whatever you want to do,
206
519000
3000
静脈や骨の差し替えや もっと持続可能な
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whether you want to replace a vein or a bone,
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522000
2000
ミクロ電子学を行うこと
08:59
or maybe be more sustainable in microelectronics,
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524000
3000
コーヒーを飲んだあと罪悪感なく
09:02
perhaps drink a coffee in a cup
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527000
2000
カップを捨てたり
09:04
and throw it away without guilt,
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529000
2000
薬をポケットに入れて持ち歩て
09:06
maybe carry your drugs in your pocket,
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531000
2000
それをそのまま飲んだり
09:08
deliver them inside your body
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533000
2000
そのまま砂漠を渡って届けたり
09:10
or deliver them across the desert,
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535000
2000
したいことが何であれ 答えは絹糸に
09:12
the answer may be in a thread of silk.
214
537000
2000
あるかもしれないことには感動させられます
09:14
Thank you.
215
539000
2000
ありがとう
09:16
(Applause)
216
541000
18000
（拍手）
ABOUT THE SPEAKER
Fiorenzo Omenetto - Biomedical engineerFiorenzo G. Omenetto's research spans nonlinear optics, nanostructured materials (such as photonic crystals and photonic crystal fibers), biomaterials and biopolymer-based photonics. Most recently, he's working on high-tech applications for silk.
Why you should listen
Fiorenzo Omenetto is a Professor of Biomedical Engineering and leads the laboratory for Ultrafast Nonlinear Optics and Biophotonics at Tufts University and also holds an appointment in the Department of Physics. Formerly a J. Robert Oppenheimer Fellow at Los Alamos National Laboratory before joining Tufts, his research is focused on interdisciplinary themes that span nonlinear optics, nanostructured materials (such as photonic crystals and photonic crystal fibers), optofluidics and biopolymer based photonics. He has published over 100 papers and peer-review contributions across these various disciplines.
Since moving to Tufts at the end of 2005, he has proposed and pioneered (with David Kaplan) the use of silk as a material platform for photonics, optoelectronics and high-technology applications. This new research platform has recently been featured in MIT's Technology Review as one of the 2010 "top ten technologies likely to change the world."
Fiorenzo Omenetto | Speaker | TED.com