TEDxCaltech
Angela Belcher: Using nature to grow batteries
Angela Belcher: Sử dụng tự nhiên để "trồng" pin
Filmed:
Readability: 4.7
971,791 views
Lấy cảm hứng từ vỏ bào ngư, Angela Belcher lập trình những vi rút để tạo ra những kết cấu cỡ nano mà con người có thể sử dụng. Chọn lựa những gen tốt từ quá trình tiến hóa có định hướng, bà đã sản xuất những vi rút có thể xây dựng nên những nguồn pin mới rất khỏe, nhiên liệu hyđrô sạch và pin sử dụng năng lượng mặt trời tốt nhất.
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
Tôi nghĩ tôi sẽ nói 1 chút về cách mà tự nhiên tạo ra vật chất.
00:18
I brought along with me an abalone shell.
1
3000
2000
Tôi mang đến đây 1 vỏ bào ngư.
00:20
This abalone shell is a biocomposite material
2
5000
3000
Cái vỏ bào ngư này là 1 vật liệu phức hợp sinh học
00:23
that's 98 percent by mass calcium carbonate
3
8000
3000
nó có 98% khối lượng là canxi cacbonat
00:26
and two percent by mass protein.
4
11000
2000
và 2% là protêin.
00:28
Yet, it's 3,000 times tougher
5
13000
2000
Nhưng, nó bền gấp 3000 lần
00:30
than its geological counterpart.
6
15000
2000
những bản sao địa chất.
00:32
And a lot of people might use structures like abalone shells,
7
17000
3000
Và rất nhiều người có thể đã sử dụng những cấu trúc tương tự như những chiếc vỏ bào ngư,
00:35
like chalk.
8
20000
2000
ví dụ như phấn viết bảng.
00:37
I've been fascinated by how nature makes materials,
9
22000
2000
Tôi đã bị mê hoặc bởi cách mà tự nhiên tạo ra các vật liệu,
00:39
and there's a lot of sequence
10
24000
2000
và có rất nhiều quy trình
00:41
to how they do such an exquisite job.
11
26000
2000
để chúng thực hiện công việc đầy tinh tế này.
00:43
Part of it is that these materials
12
28000
2000
Một phần trong số đó là những vật chất này
00:45
are macroscopic in structure,
13
30000
2000
là những cấu trúc vĩ mô,
00:47
but they're formed at the nanoscale.
14
32000
2000
nhưng chúng được tạo ra ở tầm nano.
00:49
They're formed at the nanoscale,
15
34000
2000
Chúng được tạo ra ở tầm nano,
00:51
and they use proteins that are coded by the genetic level
16
36000
3000
và chúng sử dụng protêin được mã hóa trong gen
00:54
that allow them to build these really exquisite structures.
17
39000
3000
để tạo ra những cấu trúc thực sự tinh vi.
00:57
So something I think is very fascinating
18
42000
2000
Tôi nghĩ sẽ thật là tuyệt vời
00:59
is what if you could give life
19
44000
3000
nếu bạn có thể trao sự sống
01:02
to non-living structures,
20
47000
2000
cho những cấu trúc vô tri,
01:04
like batteries and like solar cells?
21
49000
2000
như pin hay pin sử dụng năng lượng mặt trời?
01:06
What if they had some of the same capabilities
22
51000
2000
Hãy thử tưởng tượng, nếu chúng có được 1 số khả năng
01:08
that an abalone shell did,
23
53000
2000
như là cái vỏ bào ngư,
01:10
in terms of being able
24
55000
2000
trong việc
01:12
to build really exquisite structures
25
57000
2000
xây dựng những cấu trúc thực sự tinh vi
01:14
at room temperature and room pressure,
26
59000
2000
ở nhiệt độ phòng và áp suất không khí,
01:16
using non-toxic chemicals
27
61000
2000
sử dụng những hóa chất không độc hại
01:18
and adding no toxic materials back into the environment?
28
63000
3000
và không thải ra bất kì hóa chất độc hại nào vào môi trường?
01:21
So that's the vision that I've been thinking about.
29
66000
3000
Đó chính là tầm nhìn mà tôi luôn nghĩ tới.
01:24
And so what if you could grow a battery in a Petri dish?
30
69000
2000
Và sẽ ra sao nếu bạn có thể "trồng" pin ở 1 cái đĩa Petri?
01:26
Or, what if you could give genetic information to a battery
31
71000
3000
Hoặc, sẽ ra sao nếu bạn có thể đưa thông tin di truyền mã hóa cho pin
01:29
so that it could actually become better
32
74000
2000
để nó thực sự trở nên tốt hơn
01:31
as a function of time,
33
76000
2000
như là 1 chức năng của thời gian,
01:33
and do so in an environmentally friendly way?
34
78000
2000
và làm như vậy bằng 1 cách thân thiện với môi trường?
01:35
And so, going back to this abalone shell,
35
80000
3000
Và giờ, quay trở lại với chiếc vỏ bào ngư này,
01:38
besides being nano-structured,
36
83000
2000
bên cạnh cấu trúc nano của nó,
01:40
one thing that's fascinating,
37
85000
2000
1 điều nữa thực sự rất hấp dẫn,
01:42
is when a male and a female abalone get together,
38
87000
2000
đó là khi bào ngư đực và cái kết đôi với nhau,
01:44
they pass on the genetic information
39
89000
2000
chúng truyền đi những thông tin di truyền
01:46
that says, "This is how to build an exquisite material.
40
91000
3000
cho thấy, "Đây là cách để tạo ra những vật chất tinh vi.
01:49
Here's how to do it at room temperature and pressure,
41
94000
2000
Là cách có thể làm ở nhiệt độ phòng và áp suất không khí,
01:51
using non-toxic materials."
42
96000
2000
sử dụng các vật liệu không độc."
01:53
Same with diatoms, which are shown right here, which are glasseous structures.
43
98000
3000
Tảo cát cũng vậy, ở trên slide này, chúng là những cấu trúc thủy tinh.
01:56
Every time the diatoms replicate,
44
101000
2000
Mỗi khi tảo cát sinh sản,
01:58
they give the genetic information that says,
45
103000
2000
chúng truyền đi những thông tin di truyền cho thấy,
02:00
"Here's how to build glass in the ocean
46
105000
2000
"Đây là cách tạo thủy tinh ở đại dương
02:02
that's perfectly nano-structured.
47
107000
2000
có cấu trúc nano hoàn hảo.
02:04
And you can do it the same, over and over again."
48
109000
2000
Và bạn có thể làm điều tương tự, lăp đi lặp lại."
02:06
So what if you could do the same thing
49
111000
2000
Vậy sẽ ra sao nếu bạn có thể làm điều tương tự
02:08
with a solar cell or a battery?
50
113000
2000
với pin mặt trời hoặc pin hóa học?
02:10
I like to say my favorite biomaterial is my four year-old.
51
115000
3000
Tôi muốn nói rằng chất liệu sinh học tôi khoái nhất là nhóc con mới 4 tuổi của tôi.
02:13
But anyone who's ever had, or knows, small children
52
118000
3000
Nhưng bất kì ai đã từng có, hay biết về trẻ con
02:16
knows they're incredibly complex organisms.
53
121000
3000
đều biết chúng là những sinh vật phức tạp đến đáng kinh ngạc.
02:19
And so if you wanted to convince them
54
124000
2000
Vậy nếu bạn muốn thuyết phục chúng
02:21
to do something they don't want to do, it's very difficult.
55
126000
2000
làm những điều chúng không muốn, điều đó là rất khó.
02:23
So when we think about future technologies,
56
128000
3000
Vì thế, khi chúng ta nghĩ đến các công nghệ tương lai,
02:26
we actually think of using bacteria and virus,
57
131000
2000
thực chất là chúng ta nghĩ đến việc sử dụng vi khuẩn và vi rút,
02:28
simple organisms.
58
133000
2000
những sinh vật đơn giản.
02:30
Can you convince them to work with a new toolbox,
59
135000
2000
Liệu bạn có thể thuyết phục chúng làm việc với 1 chiếc hộp công cụ mới
02:32
so that they can build a structure
60
137000
2000
để có thể tạo ra nhưng cấu trúc
02:34
that will be important to me?
61
139000
2000
sẽ trở nên quan trọng với tôi hay không?
02:36
Also, when we think about future technologies,
62
141000
2000
Đồng thời, chúng tôi nghĩ về những công nghệ tương lai.
02:38
we start with the beginning of Earth.
63
143000
2000
Chúng tôi bắt đầu với sự hình thành Trái Đất.
02:40
Basically, it took a billion years
64
145000
2000
Về cơ bản, sẽ mất đến cả tỉ năm
02:42
to have life on Earth.
65
147000
2000
để sự sống tồn tại trên Trái Đất.
02:44
And very rapidly, they became multi-cellular,
66
149000
2000
Và rất nhanh chóng, chúng trở thành đa tế bào,
02:46
they could replicate, they could use photosynthesis
67
151000
3000
chúng có thể tái tạo, chúng có thể sử dụng sự quang hợp
02:49
as a way of getting their energy source.
68
154000
2000
như là 1 nguồn năng lượng.
02:51
But it wasn't until about 500 million years ago --
69
156000
2000
Nhưng chỉ tới 500 triệu năm trước --
02:53
during the Cambrian geologic time period --
70
158000
2000
trong thời kì địa chất Cambri --
02:55
that organisms in the ocean started making hard materials.
71
160000
3000
thì những sinh vật ở biển mới bắt đầu tạo nên những vật chất cứng.
02:58
Before that, they were all soft, fluffy structures.
72
163000
3000
Trước đó, chúng đều là những cấu trúc mềm và có lông tơ.
03:01
And it was during this time
73
166000
2000
Cũng trong khoảng thời gian đó
03:03
that there was increased calcium and iron
74
168000
2000
có sự tăng lên của canxi, sắt,
03:05
and silicon in the environment,
75
170000
2000
và silicon trong môi trường.
03:07
and organisms learned how to make hard materials.
76
172000
3000
Và những sinh vật này học cách tạo ra những vật chất cứng.
03:10
And so that's what I would like be able to do --
77
175000
2000
Và đó cũng là điều là tôi muốn làm --
03:12
convince biology
78
177000
2000
thuyết phục sinh học
03:14
to work with the rest of the periodic table.
79
179000
2000
làm việc với "phần còn lại của bảng tuần hoàn".
03:16
Now if you look at biology,
80
181000
2000
Giờ nếu bạn nhìn vào sinh học,
03:18
there's many structures like DNA and antibodies
81
183000
2000
có rất nhiều cấu trúc như DNA và kháng thể
03:20
and proteins and ribosomes that you've heard about
82
185000
2000
và prôtêin hay ri-bô-xôm mà chúng ta biết
03:22
that are already nano-structured.
83
187000
2000
chúng chính là những cấu trúc nano.
03:24
So nature already gives us
84
189000
2000
Vậy là tự nhiên đã cho chúng ta
03:26
really exquisite structures on the nanoscale.
85
191000
2000
những cấu trúc thực sự tinh vi ở mức nano rồi.
03:28
What if we could harness them
86
193000
2000
Sẽ ra sao nếu chúng ta có thể trang bị cho chúng
03:30
and convince them to not be an antibody
87
195000
2000
và thuyết phục chúng đừng trở thành những kháng nguyên
03:32
that does something like HIV?
88
197000
2000
làm những việc tương tự như HIV?
03:34
But what if we could convince them
89
199000
2000
Mà chúng ta có thể thuyết phục chúng
03:36
to build a solar cell for us?
90
201000
2000
tạo ra pin mặt trời cho chúng ta?
03:38
So here are some examples: these are some natural shells.
91
203000
2000
Và đây là 1 số ví dụ: đây là một vài cái vỏ trong tự nhiên.
03:40
There are natural biological materials.
92
205000
2000
Chúng là những vật liệu sinh học tự nhiên.
03:42
The abalone shell here -- and if you fracture it,
93
207000
2000
Cái vỏ bào ngư ở đây -- nếu bạn bẻ gãy nó,
03:44
you can look at the fact that it's nano-structured.
94
209000
2000
bạn có thể thấy nó thực sự có cấu trúc nano.
03:46
There's diatoms made out of SIO2,
95
211000
3000
Còn đây là tảo cát tạo bởi SIO2,
03:49
and they're magnetotactic bacteria
96
214000
2000
và chúng là vi khuẩn điện từ
03:51
that make small, single-domain magnets used for navigation.
97
216000
3000
có thể tạo ra những nam châm 1 cực nhỏ dùng để định vị.
03:54
What all these have in common
98
219000
2000
Chúng đều có chung 1 đặc điểm là
03:56
is these materials are structured at the nanoscale,
99
221000
2000
những vật chất này đều được kết cấu ở tầm nano,
03:58
and they have a DNA sequence
100
223000
2000
và chúng có các chuỗi DNA
04:00
that codes for a protein sequence
101
225000
2000
để mã hóa cho chuỗi protein,
04:02
that gives them the blueprint
102
227000
2000
mà mang đến cho chúng những bản thiết kế
04:04
to be able to build these really wonderful structures.
103
229000
2000
cho phép xây dựng những cấu trúc thực sự tuyệt vời.
04:06
Now, going back to the abalone shell,
104
231000
2000
Và giờ, quay trở lại với cái vỏ bào ngư,
04:08
the abalone makes this shell by having these proteins.
105
233000
3000
bào ngư tạo ra cái vỏ này bằng những protêin đó.
04:11
These proteins are very negatively charged.
106
236000
2000
Những protein này tích điện âm
04:13
And they can pull calcium out of the environment,
107
238000
2000
nên chúng có thể "hút" nguyên tử canxi từ môi trường xung quanh,
04:15
put down a layer of calcium and then carbonate, calcium and carbonate.
108
240000
3000
sắp xếp thành 1 lớp canxi rồi 1 lớp cacbon, canxi rồi cacbon.
04:18
It has the chemical sequences of amino acids,
109
243000
3000
Những protêin tạo thành bởi các axit amin
04:21
which says, "This is how to build the structure.
110
246000
2000
cho thấy, "Đây là cách để xây dựng các cấu trúc.
04:23
Here's the DNA sequence, here's the protein sequence
111
248000
2000
Đây là chuỗi DNA, còn đây là chuỗi protein
04:25
in order to do it."
112
250000
2000
để tạo nên nó."
04:27
And so an interesting idea is, what if you could take any material that you wanted,
113
252000
3000
Và ý tưởng thú vị là, sẽ ra sao nếu bạn có thể lấy bất kì vật chất nào bạn muốn,
04:30
or any element on the periodic table,
114
255000
2000
hay bất kỳ nguyên tố nào trong bảng tuần hoàn,
04:32
and find its corresponding DNA sequence,
115
257000
3000
và tìm chuỗi DNA tương ứng,
04:35
then code it for a corresponding protein sequence
116
260000
2000
sau đó mã hóa nó thành 1 chuỗi protêin
04:37
to build a structure, but not build an abalone shell --
117
262000
3000
để tạo nên 1 cấu trúc, nhưng không phải là cái vỏ bào ngư --
04:40
build something that, through nature,
118
265000
2000
mà 1 thứ khác, thông qua tự nhiên,
04:42
it has never had the opportunity to work with yet.
119
267000
3000
chưa bao giờ chúng có cơ hội thực hiện.
04:45
And so here's the periodic table.
120
270000
2000
Và đây là 1 bảng tuần hoàn hóa học.
04:47
And I absolutely love the periodic table.
121
272000
2000
Tôi yêu nó lắm.
04:49
Every year for the incoming freshman class at MIT,
122
274000
3000
Hàng năm, trong lớp học cho sinh viên mới tại MIT,
04:52
I have a periodic table made that says,
123
277000
2000
tôi cho in các bảng tuần hoàn với câu nói,
04:54
"Welcome to MIT. Now you're in your element."
124
279000
3000
"Chào mừng đến với MIT. Giờ bạn nằm trong nguyên tố của mình."
04:57
And you flip it over, and it's the amino acids
125
282000
3000
Và nếu bạn lật sang mặt bên kia thì sẽ thấy các axit amin
05:00
with the PH at which they have different charges.
126
285000
2000
với các độ pH tương ứng với điện tích của các axit amin.
05:02
And so I give this out to thousands of people.
127
287000
3000
Và tôi đã phát bảng tuần hoàn này cho hàng ngàn người.
05:05
And I know it says MIT, and this is Caltech,
128
290000
2000
Tôi nói, đây là MIT, mà đây là Caltech,
05:07
but I have a couple extra if people want it.
129
292000
2000
nhưng tôi vẫn còn thừa vài cái đấy, ai đó muốn lấy.
05:09
And I was really fortunate
130
294000
2000
Và tôi đã thực sự may mắn
05:11
to have President Obama visit my lab this year
131
296000
2000
khi đón Tổng thống Obama đến thăm phòng thí nghiệm của mình năm nay
05:13
on his visit to MIT,
132
298000
2000
trong chuyến thăm của ngài đến MIT,
05:15
and I really wanted to give him a periodic table.
133
300000
2000
và tôi thực sự muốn đưa ông ấy 1 bảng tuần hoàn.
05:17
So I stayed up at night, and I talked to my husband,
134
302000
2000
Tôi đã thức đến tận khuya, và nói chuyện với chồng mình,
05:19
"How do I give President Obama a periodic table?
135
304000
3000
"Làm sao em có thể đưa cho Tổng thống Obama 1 bảng tuần hoàn đây?
05:22
What if he says, 'Oh, I already have one,'
136
307000
2000
Sẽ ra sao nếu ông nói, 'Oh, tôi đã có 1 cái rồi,'
05:24
or, 'I've already memorized it'?" (Laughter)
137
309000
2000
hay, 'Tôi đã thuộc nó rồi'?"
05:26
And so he came to visit my lab
138
311000
2000
Và rồi ông đến thăm phòng thí nghiệm của tôi
05:28
and looked around -- it was a great visit.
139
313000
2000
và xem xét xung quanh -- đó thực sự là 1 chuyến thăm tuyệt vời.
05:30
And then afterward, I said,
140
315000
2000
Và rồi, tôi nói,
05:32
"Sir, I want to give you the periodic table
141
317000
2000
"Thưa ngài, tôi muốn đưa cho ngài 1 bảng tuần hoàn
05:34
in case you're ever in a bind and need to calculate molecular weight."
142
319000
4000
phòng khi ngài gặp chuyện phiền phức và cần tính trọng lượng của phân tử."
05:38
And I thought molecular weight sounded much less nerdy
143
323000
2000
Và tôi đã nghĩ "trọng lượng phân tử" nghe có vẻ ít kì quặc
05:40
than molar mass.
144
325000
2000
hơn là "khối lượng phân tử gam".
05:42
And so he looked at it,
145
327000
2000
Và rồi ông ấy nhìn nó,
05:44
and he said,
146
329000
2000
và nói,
05:46
"Thank you. I'll look at it periodically."
147
331000
2000
"Cảm ơn. Tôi sẽ xem nó 1 cách định kỳ."
05:48
(Laughter)
148
333000
2000
(Tiếng cười)
05:50
(Applause)
149
335000
4000
(Vỗ tay)
05:54
And later in a lecture that he gave on clean energy,
150
339000
3000
Sau đó trong giờ thuyết trình về năng lượng sạch,
05:57
he pulled it out and said,
151
342000
2000
ông đã lấy nó ra và nói,
05:59
"And people at MIT, they give out periodic tables."
152
344000
2000
"Và những người ở MIT, họ phân phối những bảng tuần hoàn."
06:01
So basically what I didn't tell you
153
346000
3000
Về cơ bản, điều mà tôi chưa nói với bạn
06:04
is that about 500 million years ago, organisms starter making materials,
154
349000
3000
là khoảng 500 triệu năm trước, những sinh vật bắt đầu tạo nên vật chất,
06:07
but it took them about 50 million years to get good at it.
155
352000
2000
nhưng mất đến 50 triệu năm để có thể làm tốt được nó.
06:09
It took them about 50 million years
156
354000
2000
Và chúng đã mất khoảng 50 triệu năm
06:11
to learn how to perfect how to make that abalone shell.
157
356000
2000
để học cách làm sao để tạo ra cái vỏ bào ngư 1 cách hoàn hảo.
06:13
And that's a hard sell to a graduate student. (Laughter)
158
358000
2000
Và đề tài này hơi khó "bán" cho các nghiên cứu sinh.
06:15
"I have this great project -- 50 million years."
159
360000
3000
"Tôi có 1 dự án tuyệt vời -- 50 triệu năm."
06:18
And so we had to develop a way
160
363000
2000
Và chúng ta buộc phải phát triển cách nào đó
06:20
of trying to do this more rapidly.
161
365000
2000
để làm việc này nhanh hơn.
06:22
And so we use a virus that's a non-toxic virus
162
367000
2000
Chúng tôi sử dụng những vi rút không độc
06:24
called M13 bacteriophage
163
369000
2000
tên là M13
06:26
that's job is to infect bacteria.
164
371000
2000
có chức năng nhiễm vào vi khuẩn.
06:28
Well it has a simple DNA structure
165
373000
2000
Và nó có 1 cấu trúc DNA rất đơn giản
06:30
that you can go in and cut and paste
166
375000
2000
cho phép bạn thâm nhập để cắt và dán thêm
06:32
additional DNA sequences into it.
167
377000
2000
những chuỗi DNA bổ sung.
06:34
And by doing that, it allows the virus
168
379000
2000
Bằng cách này, nó cho phép vi rút
06:36
to express random protein sequences.
169
381000
3000
phiên mã các chuỗi protêin bất kì.
06:39
And this is pretty easy biotechnology.
170
384000
2000
Đó chỉ là công nghệ sinh học rất đơn giản mà thôi.
06:41
And you could basically do this a billion times.
171
386000
2000
Và về cơ bản, bạn có thể làm việc đó cả tỷ lần.
06:43
And so you can go in and have a billion different viruses
172
388000
2000
Bạn có thể thâm nhập và có hàng tỉ các vi rút khác loại
06:45
that are all genetically identical,
173
390000
2000
nhưng đều giống nhau về mặt di truyền,
06:47
but they differ from each other based on their tips,
174
392000
2000
chỉ khác nhau ở
06:49
on one sequence
175
394000
2000
ở 1 chuỗi DNA
06:51
that codes for one protein.
176
396000
2000
mã hóa cho 1 protêin.
06:53
Now if you take all billion viruses,
177
398000
2000
Giờ, nếu bạn lấy tất cả 1 tỉ vi rút đó,
06:55
and you can put them in one drop of liquid,
178
400000
2000
và đặt chúng trong 1 giọt chất lỏng,
06:57
you can force them to interact with anything you want on the periodic table.
179
402000
3000
bạn có thể bắt chúng tương tác với bất kì thứ gì bạn muốn trong bảng tuần hoàn.
07:00
And through a process of selection evolution,
180
405000
2000
Dựa trên quá trình của sự tiến hóa chọn lọc này,
07:02
you can pull one out of a billion that does something that you'd like it to do,
181
407000
3000
bạn có thể làm được điều gì đó bạn muốn,
07:05
like grow a battery or grow a solar cell.
182
410000
2000
như là "trồng" pin hay các pin năng lượng mặt trời.
07:07
So basically, viruses can't replicate themselves; they need a host.
183
412000
3000
Thực ra vi rút không thể tái tạo chính mình, chúng cần 1 vật chủ.
07:10
Once you find that one out of a billion,
184
415000
2000
Một khi bạn đã tìm ra 1 trong số một tỷ đó,
07:12
you infect it into a bacteria,
185
417000
2000
bạn có thể gây nhiễm nó vào 1 vi khuẩn,
07:14
and you make millions and billions of copies
186
419000
2000
và tạo ra hàng triệu hay hàng tỉ phiên bản
07:16
of that particular sequence.
187
421000
2000
của chuỗi đặc biệt đó.
07:18
And so the other thing that's beautiful about biology
188
423000
2000
Vậy điều tuyệt vời khác về sinh học
07:20
is that biology gives you really exquisite structures
189
425000
2000
là sinh học mang đến cho bạn những cấu trúc thực sự tinh tế
07:22
with nice link scales.
190
427000
2000
với những mạng lưới tuyệt vời.
07:24
And these viruses are long and skinny,
191
429000
2000
Và với những vi rút dài và nhỏ này,
07:26
and we can get them to express the ability
192
431000
2000
chúng ta có thể khiến chúng thể hiện khả năng
07:28
to grow something like semiconductors
193
433000
2000
"trồng" thứ gì đó như là chất bán dẫn
07:30
or materials for batteries.
194
435000
2000
hay nguyên liệu cho pin.
07:32
Now this is a high-powered battery that we grew in my lab.
195
437000
3000
Và đây là 1 cục pin năng lượng lớn mà chúng tôi đã trồng trong phòng thí nghiệm.
07:35
We engineered a virus to pick up carbon nanotubes.
196
440000
3000
Chúng tôi đã thiết kế 1 con vi rút có thể thu được ống cacbon nano.
07:38
So one part of the virus grabs a carbon nanotube.
197
443000
2000
Thực ra 1 phần trong con vi rút đó tóm được cái ống cacbon nano.
07:40
The other part of the virus has a sequence
198
445000
2000
Còn phần còn lại mang 1 chuỗi
07:42
that can grow an electrode material for a battery.
199
447000
3000
có khả năng trồng vật liệu điện cực cho 1 cục pin.
07:45
And then it wires itself to the current collector.
200
450000
3000
Và sau đó nó tự kết nối với đầu thu.
07:48
And so through a process of selection evolution,
201
453000
2000
Vậy là thông qua quá trình tiến hóa có chọn lọc,
07:50
we went from being able to have a virus that made a crummy battery
202
455000
3000
chúng tôi đã đi từ 1 vi rút có khả năng tạo ra 1 cục pin không giá trị
07:53
to a virus that made a good battery
203
458000
2000
đến 1 vi rút có thể tạo ra 1 cục pin tốt
07:55
to a virus that made a record-breaking, high-powered battery
204
460000
3000
rồi đến vi rút tạo ra những pin năng lượng cao
07:58
that's all made at room temperature, basically at the bench top.
205
463000
3000
và tất cả được tạo ra ở nhiệt độ phòng, về cơ bản là ngay trên mặt bàn thí nghiệm.
08:01
And that battery went to the White House for a press conference.
206
466000
3000
Và cục pin này đã tới Nhà Trắng trong 1 buổi họp báo,
08:04
I brought it here.
207
469000
2000
chính tôi đã mang nó tới.
08:06
You can see it in this case -- that's lighting this LED.
208
471000
3000
Bạn có thể nhìn thấy -- nó đang chiếu sáng cái đèn LED này.
08:09
Now if we could scale this,
209
474000
2000
Và nếu chúng ta có thể đo tỉ lệ nó,
08:11
you could actually use it
210
476000
2000
chúng ta thực sự có thể dùng nó
08:13
to run your Prius,
211
478000
2000
để chạy Prius của bạn,
08:15
which is my dream -- to be able to drive a virus-powered car.
212
480000
3000
đó chính là ước mơ của tôi -- có thể lái 1 chiếc xe lấy năng lượng từ vi rút.
08:19
But it's basically --
213
484000
2000
Về cơ bản,
08:21
you can pull one out of a billion.
214
486000
3000
bạn có thể lấy 1 trong số 1 tỉ,
08:24
You can make lots of amplifications to it.
215
489000
2000
rồi khuyếch đại lên.
08:26
Basically, you make an amplification in the lab,
216
491000
2000
Bạn có thể khuếch đại nó ở trong phòng thí nghiệm.
08:28
and then you get it to self-assemble
217
493000
2000
Rồi để nó tự "lắp ráp"
08:30
into a structure like a battery.
218
495000
2000
thành những cấu trúc như 1 cục pin.
08:32
We're able to do this also with catalysis.
219
497000
2000
Chúng tôi có khả năng làm việc đó với chất xúc tác.
08:34
This is the example
220
499000
2000
Đây là ví dụ
08:36
of photocatalytic splitting of water.
221
501000
2000
của phương pháp tách nước bằng phương pháp quang xúc tác (photocatalytic).
08:38
And what we've been able to do
222
503000
2000
Và chúng tôi đã có thể
08:40
is engineer a virus to basically take dye-absorbing molecules
223
505000
3000
thiết kế 1 con vi rút để lấy các phân tử hấp thụ ánh sáng
08:43
and line them up on the surface of the virus
224
508000
2000
rồi xếp chúng trên bề mặt của vi rút
08:45
so it acts as an antenna,
225
510000
2000
và biến nó thành 1 cái ăng ten,
08:47
and you get an energy transfer across the virus.
226
512000
2000
và bạn có thể vận chuyển năng lượng thông qua vi rút.
08:49
And then we give it a second gene
227
514000
2000
Sau đó chúng tôi cho nó gen thứ 2
08:51
to grow an inorganic material
228
516000
2000
để trồng 1 hợp chất vô cơ
08:53
that can be used to split water
229
518000
2000
có thể sử dụng để tách nước
08:55
into oxygen and hydrogen
230
520000
2000
thành oxy và hydro,
08:57
that can be used for clean fuels.
231
522000
2000
hay có thể dùng trong nhiên liệu sạch.
08:59
And I brought an example with me of that today.
232
524000
2000
Tôi mang ví dụ này tới đây.
09:01
My students promised me it would work.
233
526000
2000
Và những sinh viên của tôi hứa chắc rằng nó sẽ hoạt động.
09:03
These are virus-assembled nanowires.
234
528000
2000
Đây là những dây nano lắp ráp bởi vi rút.
09:05
When you shine light on them, you can see them bubbling.
235
530000
3000
Khi bạn chiếu sáng chúng, bạn có thể thấy chúng nổi bong bóng.
09:08
In this case, you're seeing oxygen bubbles come out.
236
533000
3000
Trong trường hợp này, bạn có thể thấy những bọt khí oxy nổi lên.
09:12
And basically, by controlling the genes,
237
537000
3000
Và bằng cách kiểm soát gen,
09:15
you can control multiple materials to improve your device performance.
238
540000
3000
bạn có thể kiểm soát nhiều vật liệu khác nhau để cải tiến hiệu suất của thiết bị.
09:18
The last example are solar cells.
239
543000
2000
Và ví dụ cuối cùng là những pin sử dụng năng lượng mặt trời.
09:20
You can also do this with solar cells.
240
545000
2000
Bạn có thể làm điều này với chúng.
09:22
We've been able to engineer viruses
241
547000
2000
Chúng tôi đã thiết kế các vi rút
09:24
to pick up carbon nanotubes
242
549000
2000
có thể thu được các ống cacbon nano
09:26
and then grow titanium dioxide around them --
243
551000
4000
và sau đó trồng Ti02 xung quanh chúng --
09:30
and use as a way of getting electrons through the device.
244
555000
4000
và sử dụng cách này để thu điện tử dựa vào các thiết bị.
09:34
And what we've found is through genetic engineering,
245
559000
2000
Và chúng tôi nhận ra rằng, thông qua các ứng dụng của liệu pháp di truyền,
09:36
we can actually increase
246
561000
2000
chúng tôi thực sự có thể tăng
09:38
the efficiencies of these solar cells
247
563000
3000
hiệu suất của các pin mặt trời này
09:41
to record numbers
248
566000
2000
để lưu lại các con số
09:43
for these types of dye-sensitized systems.
249
568000
3000
cho các hệ thống nhạy sáng kiểu này.
09:46
And I brought one of those as well
250
571000
2000
Và tôi cũng mang tới đây 1 trong số chúng
09:48
that you can play around with outside afterward.
251
573000
3000
để bạn xem chơi sau bài nói này.
09:51
So this is a virus-based solar cell.
252
576000
2000
Đây chính là 1 cục pin mặt trời lấy gốc từ vi rút.
09:53
Through evolution and selection,
253
578000
2000
Thông qua sự tiến hóa và chọn lọc,
09:55
we took it from an eight percent efficiency solar cell
254
580000
3000
chúng ta có thể tăng hiệu suất của pin mặt trời từ 8%
09:58
to an 11 percent efficiency solar cell.
255
583000
3000
lên tới 11%.
10:01
So I hope that I've convinced you
256
586000
2000
Và tôi mong rằng tôi đã có thể thuyết phục bạn
10:03
that there's a lot of great, interesting things to be learned
257
588000
3000
rằng có rất nhiều điều thú vị và tuyệt vời cần học hỏi
10:06
about how nature makes materials --
258
591000
2000
về cách mà tự nhiên tạo ra vật chất --
10:08
and taking it the next step
259
593000
2000
và tiến tới bước tiếp theo
10:10
to see if you can force,
260
595000
2000
để xem liệu bạn có thể thúc đẩy,
10:12
or whether you can take advantage of how nature makes materials,
261
597000
2000
hay lợi dụng việc này,
10:14
to make things that nature hasn't yet dreamed of making.
262
599000
3000
để tạo ra những thứ mà tự nhiên chưa từng mơ tới.
10:17
Thank you.
263
602000
2000
Cảm ơn các bạn.
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