TEDxCaltech
Angela Belcher: Using nature to grow batteries
Angela Belcher: De natuur gebruiken om batterijen te laten groeien
Filmed:
Readability: 4.7
971,791 views
Angela Belcher raakte geïnspireerd door een zeeoor en programmeert nu virussen om elegante structuren op nano-schaal te maken die de mens kan gebruiken. Bij het selecteren van goedpresterende genen met geleide evolutie, maakte ze virussen die een krachtig nieuw type batterij, schone brandstofcellen en baanbrekende zonnecellen kunnen bouwen. Op TEDxCaltech laat ze ons zien hoe.
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
Ik wil wat vertellen over hoe de natuur materiaal maakt.
00:18
I brought along with me an abalone shell.
1
3000
2000
Ik heb een zeeoorschelp meegebracht.
00:20
This abalone shell is a biocomposite material
2
5000
3000
Deze zeeoorschelp is een biocomposietmateriaal
00:23
that's 98 percent by mass calcium carbonate
3
8000
3000
dat voor 98 massaprocent uit calciumcarbonaat bestaat
00:26
and two percent by mass protein.
4
11000
2000
en voor twee massaprocent uit eiwit.
00:28
Yet, it's 3,000 times tougher
5
13000
2000
Toch is het 3.000 keer sterker
00:30
than its geological counterpart.
6
15000
2000
dan zijn geologische tegenhanger.
00:32
And a lot of people might use structures like abalone shells,
7
17000
3000
Veel mensen gebruiken misschien structuren als zeeorenschelpen,
00:35
like chalk.
8
20000
2000
als krijt.
00:37
I've been fascinated by how nature makes materials,
9
22000
2000
Ik ben gefascineerd door hoe de natuur materiaal maakt,
00:39
and there's a lot of sequence
10
24000
2000
en er is veel navolging
00:41
to how they do such an exquisite job.
11
26000
2000
van hoe ze zo'n uitgelezen taak volbrengt.
00:43
Part of it is that these materials
12
28000
2000
Een onderdeel daarvan houdt in dat dit materiaal
00:45
are macroscopic in structure,
13
30000
2000
een macroscopische structuur heeft,
00:47
but they're formed at the nanoscale.
14
32000
2000
maar op nano-schaal wordt gevormd.
00:49
They're formed at the nanoscale,
15
34000
2000
Ze zijn op nano-schaal gevormd,
00:51
and they use proteins that are coded by the genetic level
16
36000
3000
en ze gebruiken eiwitten die op genetisch niveau zijn vastgelegd,
00:54
that allow them to build these really exquisite structures.
17
39000
3000
waardoor ze deze voortreffelijke structuren kunnen opbouwen.
00:57
So something I think is very fascinating
18
42000
2000
Wat ik erg fascinerend vind,
00:59
is what if you could give life
19
44000
3000
is de vraag of je niet-levende structuren
01:02
to non-living structures,
20
47000
2000
zoals batterijen en zonnecellen
01:04
like batteries and like solar cells?
21
49000
2000
een leven kunt geven.
01:06
What if they had some of the same capabilities
22
51000
2000
Als ze nou eens een paar van de capaciteiten
01:08
that an abalone shell did,
23
53000
2000
van de zeeoor zouden hebben,
01:10
in terms of being able
24
55000
2000
zoals in staat zijn
01:12
to build really exquisite structures
25
57000
2000
om bij kamertemperatuur en normale druk,
01:14
at room temperature and room pressure,
26
59000
2000
werkelijk voortreffelijke structuren op te bouwen
01:16
using non-toxic chemicals
27
61000
2000
uit niet-giftige stoffen
01:18
and adding no toxic materials back into the environment?
28
63000
3000
en zonder giftig materiaal in het milieu te brengen?
01:21
So that's the vision that I've been thinking about.
29
66000
3000
Dus ik heb over dat visioen nagedacht.
01:24
And so what if you could grow a battery in a Petri dish?
30
69000
2000
Als je nou eens een batterij kon laten groeien in een petrischaaltje?
01:26
Or, what if you could give genetic information to a battery
31
71000
3000
Of als je een batterij genetische informatie kon geven,
01:29
so that it could actually become better
32
74000
2000
zodat deze na verloop van tijd
01:31
as a function of time,
33
76000
2000
steeds beter wordt,
01:33
and do so in an environmentally friendly way?
34
78000
2000
en ook nog op een milieuvriendelijke manier?
01:35
And so, going back to this abalone shell,
35
80000
3000
Om terug te komen op deze zeeoorschelp,
01:38
besides being nano-structured,
36
83000
2000
naast de nano-structuur
01:40
one thing that's fascinating,
37
85000
2000
is het fascinerend
01:42
is when a male and a female abalone get together,
38
87000
2000
dat als een zeeoormannetje en zeeoorvrouwtje bij elkaar komen,
01:44
they pass on the genetic information
39
89000
2000
ze genetische informatie uitwisselen
01:46
that says, "This is how to build an exquisite material.
40
91000
3000
die vertelt: "Zo kun je een voortreffelijk materiaal maken.
01:49
Here's how to do it at room temperature and pressure,
41
94000
2000
Zo doe je dat bij kamertemperatuur en normale druk,
01:51
using non-toxic materials."
42
96000
2000
met niet-giftige stoffen."
01:53
Same with diatoms, which are shown right here, which are glasseous structures.
43
98000
3000
Hetzelfde geldt voor de kiezelwieren hier, die een glasachtige structuur hebben.
01:56
Every time the diatoms replicate,
44
101000
2000
Telkens als een kiezelwier zich voortplant,
01:58
they give the genetic information that says,
45
103000
2000
geven ze de genetische informatie door die vertelt:
02:00
"Here's how to build glass in the ocean
46
105000
2000
"Zo kun je glas maken in de oceaan,
02:02
that's perfectly nano-structured.
47
107000
2000
met een perfecte nano-structuur.
02:04
And you can do it the same, over and over again."
48
109000
2000
En dat kun je steeds weer opnieuw doen."
02:06
So what if you could do the same thing
49
111000
2000
Als je dat nou eens zou kunnen doen
02:08
with a solar cell or a battery?
50
113000
2000
met een zonnecel of een batterij?
02:10
I like to say my favorite biomaterial is my four year-old.
51
115000
3000
Ik vertel graag dat mijn favoriete biomateriaal, mijn vier jaar oud kind is.
02:13
But anyone who's ever had, or knows, small children
52
118000
3000
Iedereen die ooit kleine kinderen heeft gehad of kent,
02:16
knows they're incredibly complex organisms.
53
121000
3000
weet dat ze ongelofelijk complexe organismen zijn.
02:19
And so if you wanted to convince them
54
124000
2000
Als je ze ervan wilt overtuigen
02:21
to do something they don't want to do, it's very difficult.
55
126000
2000
iets te doen waar ze geen zin in hebben, is dat heel moeilijk.
02:23
So when we think about future technologies,
56
128000
3000
Dus als we aan toekomsttechnologieën denken,
02:26
we actually think of using bacteria and virus,
57
131000
2000
denken we aan het gebruik van bacteriën en virussen,
02:28
simple organisms.
58
133000
2000
eenvoudige organismen.
02:30
Can you convince them to work with a new toolbox,
59
135000
2000
Kun je ze overtuigen om een nieuwe gereedschapskist te gebruiken,
02:32
so that they can build a structure
60
137000
2000
zodat ze structuren kunnen bouwen,
02:34
that will be important to me?
61
139000
2000
die voor mij van belang zijn?
02:36
Also, when we think about future technologies,
62
141000
2000
Ook denken we na over toekomsttechnologieën.
02:38
we start with the beginning of Earth.
63
143000
2000
We beginnen bij het ontstaan van de aarde.
02:40
Basically, it took a billion years
64
145000
2000
In wezen duurde het een miljard jaar
02:42
to have life on Earth.
65
147000
2000
tot er leven was op aarde.
02:44
And very rapidly, they became multi-cellular,
66
149000
2000
Heel snel werd het meercellig,
02:46
they could replicate, they could use photosynthesis
67
151000
3000
ze konden zich voortplanten, ze konden fotosynthese gebruiken
02:49
as a way of getting their energy source.
68
154000
2000
om aan energie te komen.
02:51
But it wasn't until about 500 million years ago --
69
156000
2000
Maar het is hooguit 500 miljoen jaar geleden --
02:53
during the Cambrian geologic time period --
70
158000
2000
tijdens het geologisch tijdperk Cambrium --
02:55
that organisms in the ocean started making hard materials.
71
160000
3000
dat organismen in de oceaan harde materialen begonnen aan te maken.
02:58
Before that, they were all soft, fluffy structures.
72
163000
3000
Daarvoor waren het allemaal zachte, pluizige structuren.
03:01
And it was during this time
73
166000
2000
In die tijd was er
03:03
that there was increased calcium and iron
74
168000
2000
een verhoogde concentratie calcium en ijzer
03:05
and silicon in the environment,
75
170000
2000
en silicium in het milieu.
03:07
and organisms learned how to make hard materials.
76
172000
3000
Organismen leerden hoe ze harde materialen konden maken.
03:10
And so that's what I would like be able to do --
77
175000
2000
Dat wil ik ook kunnen --
03:12
convince biology
78
177000
2000
de biologie overtuigen
03:14
to work with the rest of the periodic table.
79
179000
2000
om met de rest van het periodiek systeem te werken.
03:16
Now if you look at biology,
80
181000
2000
Als je de biologie bekijkt,
03:18
there's many structures like DNA and antibodies
81
183000
2000
zijn er veel structuren waarvan je gehoord hebt,
03:20
and proteins and ribosomes that you've heard about
82
185000
2000
zoals DNA en anti-lichaampjes en eiwitten en ribosomen,
03:22
that are already nano-structured.
83
187000
2000
die al een nano-structuur hebben.
03:24
So nature already gives us
84
189000
2000
Dus de natuur geeft ons al
03:26
really exquisite structures on the nanoscale.
85
191000
2000
werkelijk voortreffelijke structuren op nano-schaal.
03:28
What if we could harness them
86
193000
2000
Als we die nou eens konden benutten
03:30
and convince them to not be an antibody
87
195000
2000
en ze ervan te overtuigen dat ze geen anti-lichaampje zijn
03:32
that does something like HIV?
88
197000
2000
dat iets als HIV doet?
03:34
But what if we could convince them
89
199000
2000
Maar als we ze ervan konden overtuigen
03:36
to build a solar cell for us?
90
201000
2000
om voor ons een zonnecel te bouwen?
03:38
So here are some examples: these are some natural shells.
91
203000
2000
Hier zijn wat voorbeelden: dit zijn natuurlijke schelpen.
03:40
There are natural biological materials.
92
205000
2000
Het zijn natuurlijke biologische materialen.
03:42
The abalone shell here -- and if you fracture it,
93
207000
2000
De zeeoorschelp hier -- en als je die breekt,
03:44
you can look at the fact that it's nano-structured.
94
209000
2000
zie je dat ze een nano-structuur heeft.
03:46
There's diatoms made out of SIO2,
95
211000
3000
Er zijn kiezelwieren die uit siliciumdioxide bestaan,
03:49
and they're magnetotactic bacteria
96
214000
2000
en dat zijn magnetotactische bacteriën,
03:51
that make small, single-domain magnets used for navigation.
97
216000
3000
die kleine enkel-domein magneetjes maken, die ze gebruiken voor navigatie.
03:54
What all these have in common
98
219000
2000
Wat deze allemaal gemeen hebben
03:56
is these materials are structured at the nanoscale,
99
221000
2000
is dat deze materialen op een nano-schaal zijn gestructureerd.
03:58
and they have a DNA sequence
100
223000
2000
Ze hebben een DNA-sequentie
04:00
that codes for a protein sequence
101
225000
2000
die codeert voor een eiwitsequentie,
04:02
that gives them the blueprint
102
227000
2000
die hen een blauwdruk geeft
04:04
to be able to build these really wonderful structures.
103
229000
2000
om deze wonderlijke structuren zelf te kunnen bouwen.
04:06
Now, going back to the abalone shell,
104
231000
2000
Nu weer terug naar de zeeoorschelp.
04:08
the abalone makes this shell by having these proteins.
105
233000
3000
De zeeoor maakt deze schelp met eiwitten.
04:11
These proteins are very negatively charged.
106
236000
2000
Deze eiwitten zijn erg negatief geladen.
04:13
And they can pull calcium out of the environment,
107
238000
2000
Ze kunnen calcium uit hun omgeving onttrekken,
04:15
put down a layer of calcium and then carbonate, calcium and carbonate.
108
240000
3000
een laagje calcium leggen en dan carbonaat, calcium en carbonaat.
04:18
It has the chemical sequences of amino acids,
109
243000
3000
Het heeft de chemische volgorde van aminozuren
04:21
which says, "This is how to build the structure.
110
246000
2000
die vertellen: "Zo kun je de structuur opbouwen.
04:23
Here's the DNA sequence, here's the protein sequence
111
248000
2000
Hier is de DNA-sequentie, hier is de eiwitsequentie
04:25
in order to do it."
112
250000
2000
om het te doen."
04:27
And so an interesting idea is, what if you could take any material that you wanted,
113
252000
3000
Dus het is een interessante gedachte, als je elk materiaal dat je wilt kunt kiezen,
04:30
or any element on the periodic table,
114
255000
2000
of elk element uit het periodiek systeem,
04:32
and find its corresponding DNA sequence,
115
257000
3000
en er dan de overeenkomstige DNA-sequentie bij zoeken,
04:35
then code it for a corresponding protein sequence
116
260000
2000
dan daar de overeenkomstige eiwitsequentie bij coderen,
04:37
to build a structure, but not build an abalone shell --
117
262000
3000
om een structuur op te bouwen, maar geen zeeoorschelp.
04:40
build something that, through nature,
118
265000
2000
Bouw dan iets waar de natuur
04:42
it has never had the opportunity to work with yet.
119
267000
3000
nog nooit mee heeft kunnen werken.
04:45
And so here's the periodic table.
120
270000
2000
Hier is het periodiek systeem.
04:47
And I absolutely love the periodic table.
121
272000
2000
Ik hou absoluut van het periodiek systeem.
04:49
Every year for the incoming freshman class at MIT,
122
274000
3000
Elk jaar heb ik voor de nieuwe studenten, die beginnen op MIT,
04:52
I have a periodic table made that says,
123
277000
2000
een periodiek systeem gemaakt met de tekst:
04:54
"Welcome to MIT. Now you're in your element."
124
279000
3000
"Welkom op MIT. Nu voel je je in je element."
04:57
And you flip it over, and it's the amino acids
125
282000
3000
Als ik dat omsla, zie je de aminozuren
05:00
with the PH at which they have different charges.
126
285000
2000
met de zuurgraad waarop ze een andere lading krijgen.
05:02
And so I give this out to thousands of people.
127
287000
3000
Dus ik geef dit mee aan duizenden mensen.
05:05
And I know it says MIT, and this is Caltech,
128
290000
2000
Ik weet dat er MIT op staat, en dit hier is Caltech,
05:07
but I have a couple extra if people want it.
129
292000
2000
maar ik heb er een paar extra als iemand ze wil hebben.
05:09
And I was really fortunate
130
294000
2000
Ik had veel geluk
05:11
to have President Obama visit my lab this year
131
296000
2000
dat president Obama dit jaar mijn lab bezocht
05:13
on his visit to MIT,
132
298000
2000
bij zijn bezoek aan MIT.
05:15
and I really wanted to give him a periodic table.
133
300000
2000
Ik wilde hem echt een periodiek systeem geven.
05:17
So I stayed up at night, and I talked to my husband,
134
302000
2000
Ik bleef laat op en praatte met mijn man.
05:19
"How do I give President Obama a periodic table?
135
304000
3000
"Hoe geef ik president Obama een periodiek systeem?"
05:22
What if he says, 'Oh, I already have one,'
136
307000
2000
Als hij nou zegt: "O, ik heb er al eentje",
05:24
or, 'I've already memorized it'?" (Laughter)
137
309000
2000
of "Dat ken ik al uit mijn hoofd"?
05:26
And so he came to visit my lab
138
311000
2000
Hij kwam mijn lab bezoeken
05:28
and looked around -- it was a great visit.
139
313000
2000
en keek rond -- het was een geweldig bezoek.
05:30
And then afterward, I said,
140
315000
2000
Aan het einde, zei ik:
05:32
"Sir, I want to give you the periodic table
141
317000
2000
"Meneer, ik wil u een periodiek systeem geven
05:34
in case you're ever in a bind and need to calculate molecular weight."
142
319000
4000
voor het geval u ooit in de problemen bent en het moleculair gewicht moet kunnen berekenen."
05:38
And I thought molecular weight sounded much less nerdy
143
323000
2000
Ik vond dat moleculair gewicht minder nerd-achtig klonk
05:40
than molar mass.
144
325000
2000
dan molmassa.
05:42
And so he looked at it,
145
327000
2000
Dus hij keek ernaar,
05:44
and he said,
146
329000
2000
en hij zei:
05:46
"Thank you. I'll look at it periodically."
147
331000
2000
"Dank u. Ik zal er periodiek naar kijken."
05:48
(Laughter)
148
333000
2000
(Gelach)
05:50
(Applause)
149
335000
4000
(Applaus)
05:54
And later in a lecture that he gave on clean energy,
150
339000
3000
Later toen hij een lezing over schone energie gaf,
05:57
he pulled it out and said,
151
342000
2000
haalde hij het tevoorschijn en zei:
05:59
"And people at MIT, they give out periodic tables."
152
344000
2000
"En de MIT-mensen delen periodieke systemen uit."
06:01
So basically what I didn't tell you
153
346000
3000
Wat ik jullie niet verteld heb,
06:04
is that about 500 million years ago, organisms starter making materials,
154
349000
3000
is dat organismen 500 miljoen jaar geleden begonnen met materialen maken,
06:07
but it took them about 50 million years to get good at it.
155
352000
2000
maar dat het ze 50 miljoen jaar kostte om er goed in te worden.
06:09
It took them about 50 million years
156
354000
2000
Het kostte ze ongeveer 50 miljoen jaar
06:11
to learn how to perfect how to make that abalone shell.
157
356000
2000
om het maken van zo'n zeeoorschelp te perfectioneren.
06:13
And that's a hard sell to a graduate student. (Laughter)
158
358000
2000
Daar heeft een student geen zin in.
06:15
"I have this great project -- 50 million years."
159
360000
3000
"Ik heb een geweldig project -- 50 miljoen jaar".
06:18
And so we had to develop a way
160
363000
2000
Daarom moesten we een manier verzinnen
06:20
of trying to do this more rapidly.
161
365000
2000
om dit sneller te kunnen doen.
06:22
And so we use a virus that's a non-toxic virus
162
367000
2000
Daarom gebruiken we een niet-giftig virus
06:24
called M13 bacteriophage
163
369000
2000
dat de M13 bacteriofaag heet,
06:26
that's job is to infect bacteria.
164
371000
2000
die als taak heeft om bacteriën te besmetten.
06:28
Well it has a simple DNA structure
165
373000
2000
Het heeft een eenvoudige DNA-structuur
06:30
that you can go in and cut and paste
166
375000
2000
die je kunt bewerken en waar je met cut en paste
06:32
additional DNA sequences into it.
167
377000
2000
DNA-sequenties aan kunt toevoegen.
06:34
And by doing that, it allows the virus
168
379000
2000
Door dat te doen, zorg je dat het virus
06:36
to express random protein sequences.
169
381000
3000
willekeurige eiwitsequenties voortbrengt.
06:39
And this is pretty easy biotechnology.
170
384000
2000
Dat is erg gemakkelijke biotechnologie.
06:41
And you could basically do this a billion times.
171
386000
2000
Je kunt dit in feite een miljard keer doen.
06:43
And so you can go in and have a billion different viruses
172
388000
2000
Je krijgt dan een miljard verschillende virussen
06:45
that are all genetically identical,
173
390000
2000
die allemaal genetisch identiek zijn,
06:47
but they differ from each other based on their tips,
174
392000
2000
maar ze verschillen van elkaar op basis van die stukjes,
06:49
on one sequence
175
394000
2000
op één sequentie
06:51
that codes for one protein.
176
396000
2000
die voor één eiwit codeert.
06:53
Now if you take all billion viruses,
177
398000
2000
Als je nu al die miljard virussen
06:55
and you can put them in one drop of liquid,
178
400000
2000
in een druppel vloeistof verzamelt,
06:57
you can force them to interact with anything you want on the periodic table.
179
402000
3000
dan kun je ze dwingen om met het hele periodiek systeem te werken.
07:00
And through a process of selection evolution,
180
405000
2000
Via een proces van selectie-evolutie,
07:02
you can pull one out of a billion that does something that you'd like it to do,
181
407000
3000
kun je er net die ene uitpikken die iets doet wat jou bevalt,
07:05
like grow a battery or grow a solar cell.
182
410000
2000
zoals een batterij of een zonnecel te laten groeien.
07:07
So basically, viruses can't replicate themselves; they need a host.
183
412000
3000
Virussen kunnen zichzelf niet vermenigvuldigen. Ze hebben een gastheer nodig.
07:10
Once you find that one out of a billion,
184
415000
2000
Als je die ene van het miljard hebt gevonden,
07:12
you infect it into a bacteria,
185
417000
2000
besmet je er een bacterie mee,
07:14
and you make millions and billions of copies
186
419000
2000
en je maakt miljoenen, miljarden kopieën
07:16
of that particular sequence.
187
421000
2000
van die specifieke sequentie.
07:18
And so the other thing that's beautiful about biology
188
423000
2000
Wat verder zo mooi is aan biologie,
07:20
is that biology gives you really exquisite structures
189
425000
2000
is dat biologie je werkelijk voortreffelijke structuren geeft
07:22
with nice link scales.
190
427000
2000
met een leuke verbindingsschaal.
07:24
And these viruses are long and skinny,
191
429000
2000
Deze virussen zijn lang en mager,
07:26
and we can get them to express the ability
192
431000
2000
en we kunnen ze de mogelijkheid geven
07:28
to grow something like semiconductors
193
433000
2000
om zoiets als halfgeleiders te laten groeien
07:30
or materials for batteries.
194
435000
2000
of materialen voor batterijen.
07:32
Now this is a high-powered battery that we grew in my lab.
195
437000
3000
Dit is een sterke batterij die we in ons lab lieten groeien.
07:35
We engineered a virus to pick up carbon nanotubes.
196
440000
3000
We sleutelden aan een virus om het koolstof nanobuisjes te laten opnemen.
07:38
So one part of the virus grabs a carbon nanotube.
197
443000
2000
Dus één deel van het virus pakt het koolstof nanobuisje.
07:40
The other part of the virus has a sequence
198
445000
2000
Het andere deel van het virus heeft een sequentie
07:42
that can grow an electrode material for a battery.
199
447000
3000
die een elektrode voor een batterij kan laten groeien.
07:45
And then it wires itself to the current collector.
200
450000
3000
Daarna sluit het zichzelf aan op de stroomverzamelaar.
07:48
And so through a process of selection evolution,
201
453000
2000
Dus met een proces van selectie-evolutie,
07:50
we went from being able to have a virus that made a crummy battery
202
455000
3000
hebben we een virus dat een zwakke batterij maakte,
07:53
to a virus that made a good battery
203
458000
2000
veranderd in een virus dat een goede batterij maakt.
07:55
to a virus that made a record-breaking, high-powered battery
204
460000
3000
Een virus dat een recordbrekende, sterke batterij maakt
07:58
that's all made at room temperature, basically at the bench top.
205
463000
3000
op kamertemperatuur, eigenlijk op een werkblad.
08:01
And that battery went to the White House for a press conference.
206
466000
3000
Die batterij ging naar het Witte Huis voor een persconferentie.
08:04
I brought it here.
207
469000
2000
Ik heb ze meegebracht.
08:06
You can see it in this case -- that's lighting this LED.
208
471000
3000
Je ziet in dit geval -- dat doet deze LED oplichten.
08:09
Now if we could scale this,
209
474000
2000
Als we dit konden opschalen,
08:11
you could actually use it
210
476000
2000
zou je het kunnen gebruiken
08:13
to run your Prius,
211
478000
2000
om je Prius op te laten lopen.
08:15
which is my dream -- to be able to drive a virus-powered car.
212
480000
3000
Dat is mijn droom -- om in een virus-aangedreven auto te rijden.
08:19
But it's basically --
213
484000
2000
Maar eigenlijk --
08:21
you can pull one out of a billion.
214
486000
3000
je kunt er eentje van het miljard uitpikken.
08:24
You can make lots of amplifications to it.
215
489000
2000
Je kunt er allerlei aanpassingen op aanbrengen.
08:26
Basically, you make an amplification in the lab,
216
491000
2000
Je maakt een aanpassing in het lab.
08:28
and then you get it to self-assemble
217
493000
2000
Daarna laat je het structuren als
08:30
into a structure like a battery.
218
495000
2000
een batterij zelf in elkaar zetten.
08:32
We're able to do this also with catalysis.
219
497000
2000
We kunnen dit ook doen met katalyse.
08:34
This is the example
220
499000
2000
Dit is het voorbeeld
08:36
of photocatalytic splitting of water.
221
501000
2000
van fotokatalytische splitsing van water.
08:38
And what we've been able to do
222
503000
2000
Wat we hebben gedaan,
08:40
is engineer a virus to basically take dye-absorbing molecules
223
505000
3000
is een virus in elkaar knutselen dat kleurstofabsorberende moleculen pakt,
08:43
and line them up on the surface of the virus
224
508000
2000
en die opstelt op het oppervlak van het virus.
08:45
so it acts as an antenna,
225
510000
2000
Dus het werkt als een antenne,
08:47
and you get an energy transfer across the virus.
226
512000
2000
en je krijgt een energie-uitwisseling over het virus.
08:49
And then we give it a second gene
227
514000
2000
Dan geven we het een tweede gen,
08:51
to grow an inorganic material
228
516000
2000
om het anorganisch materiaal te laten groeien,
08:53
that can be used to split water
229
518000
2000
dat gebruikt kan worden om water te splitsen
08:55
into oxygen and hydrogen
230
520000
2000
in zuurstof en waterstof,
08:57
that can be used for clean fuels.
231
522000
2000
voor schone brandstof.
08:59
And I brought an example with me of that today.
232
524000
2000
Ik heb vandaag een voorbeeld meegebracht.
09:01
My students promised me it would work.
233
526000
2000
Mijn studenten beloofden me dat het zal werken.
09:03
These are virus-assembled nanowires.
234
528000
2000
Dit zijn nano-draadjes die door virussen in elkaar zijn gezet.
09:05
When you shine light on them, you can see them bubbling.
235
530000
3000
Als je er licht op laat vallen, zie je ze bubbelen.
09:08
In this case, you're seeing oxygen bubbles come out.
236
533000
3000
In dit geval zie je zuurstofbelletjes vrijkomen.
09:12
And basically, by controlling the genes,
237
537000
3000
In feite kun je door de genen te controleren,
09:15
you can control multiple materials to improve your device performance.
238
540000
3000
de vele materialen controleren om de prestaties van je apparaat te verbeteren.
09:18
The last example are solar cells.
239
543000
2000
Het laatste voorbeeld zijn zonnecellen.
09:20
You can also do this with solar cells.
240
545000
2000
Je kunt dit ook doen met zonnecellen.
09:22
We've been able to engineer viruses
241
547000
2000
We hebben virussen ontwikkeld
09:24
to pick up carbon nanotubes
242
549000
2000
om koolstof nano-buisjes op te halen
09:26
and then grow titanium dioxide around them --
243
551000
4000
en daar titaniumdioxide omheen te laten groeien --
09:30
and use as a way of getting electrons through the device.
244
555000
4000
en gebruiken als een manier om elektronen door het apparaat te krijgen.
09:34
And what we've found is through genetic engineering,
245
559000
2000
We hebben ontdekt dat we met genetische engineering,
09:36
we can actually increase
246
561000
2000
de efficiëntie van deze
09:38
the efficiencies of these solar cells
247
563000
3000
zonnecellen laten toenemen
09:41
to record numbers
248
566000
2000
tot recordhoogte
09:43
for these types of dye-sensitized systems.
249
568000
3000
voor deze types kleurstofgevoelige systemen.
09:46
And I brought one of those as well
250
571000
2000
Zo een heb ik ook meegebracht.
09:48
that you can play around with outside afterward.
251
573000
3000
Straks kun je er buiten wat mee spelen.
09:51
So this is a virus-based solar cell.
252
576000
2000
Dit is een op virussen gebaseerde zonnecel.
09:53
Through evolution and selection,
253
578000
2000
Door evolutie en selectie,
09:55
we took it from an eight percent efficiency solar cell
254
580000
3000
hebben we een zonnecel met acht procent efficiëntie
09:58
to an 11 percent efficiency solar cell.
255
583000
3000
tot 11 procent efficiëntie verhoogd.
10:01
So I hope that I've convinced you
256
586000
2000
Dus ik hoop dat ik jullie ervan overtuigd heb
10:03
that there's a lot of great, interesting things to be learned
257
588000
3000
dat er een hoop geweldige, interessante dingen te leren zijn
10:06
about how nature makes materials --
258
591000
2000
over hoe de natuur materialen maakt.
10:08
and taking it the next step
259
593000
2000
Om de volgende stap te nemen
10:10
to see if you can force,
260
595000
2000
om te kijken of je kunt dwingen,
10:12
or whether you can take advantage of how nature makes materials,
261
597000
2000
of dat je voordeel kunt hebben van hoe de natuur materialen maakt,
10:14
to make things that nature hasn't yet dreamed of making.
262
599000
3000
om dingen te maken waarvan de natuur zelf niet durft te dromen.
10:17
Thank you.
263
602000
2000
Dank je.
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