ABOUT THE SPEAKER
Angela Belcher - Biological engineer
Angela 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.

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Angela Belcher: Using nature to grow batteries

安琪拉·贝尔彻:用自然来培育电池

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受到鲍鱼壳的启发,安琪拉·贝尔彻用病毒来制造人类能使用的优雅的纳米结构。通过定向进化挑选出高性能基因,她生产出一种病毒,这种病毒能构筑强大的新的电池、清洁的氢燃料和破纪录的太阳能电池。在TEDxCaltech上,她向我们展示了她是如何做到这些的。
- Biological engineer
Angela Belcher looks to nature for inspiration on how to engineer viruses to create extraordinary new materials. Full bio

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I thought I would talk a little bit about how nature性质 makes品牌 materials物料.
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0
3000
我想我应该谈一谈自然是如何制造材料的。
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I brought along沿 with me an abalone鲍鱼 shell贝壳.
1
3000
2000
我带来了一个鲍鱼壳。
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This abalone鲍鱼 shell贝壳 is a biocomposite生物复合材料 material材料
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5000
3000
这个鲍鱼壳是种生物复合材料,
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that's 98 percent百分 by mass calcium carbonate碳酸盐
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其中百分之98是碳酸钙
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and two percent百分 by mass protein蛋白.
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百分之二是蛋白质。
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Yet然而, it's 3,000 times tougher强硬
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13000
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然而,它比地质学中相对应的
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than its geological地质 counterpart副本.
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2000
物质要坚硬三千倍。
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And a lot of people might威力 use structures结构 like abalone鲍鱼 shells炮弹,
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许多人或许用过类似鲍鱼壳这样的结构,
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like chalk粉笔.
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20000
2000
如粉笔。
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I've been fascinated入迷 by how nature性质 makes品牌 materials物料,
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22000
2000
如今我为自然创造材料的方法所深深着迷,
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and there's a lot of sequence序列
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24000
2000
做到这样的精细活
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to how they do such这样 an exquisite精美 job工作.
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26000
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要经过一系列的过程。
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Part部分 of it is that these materials物料
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这些材料在结构上
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are macroscopic宏观 in structure结构体,
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2000
肉眼可见,
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but they're formed形成 at the nanoscale纳米级.
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但是它们是由纳米级材料组成的。
00:49
They're formed形成 at the nanoscale纳米级,
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34000
2000
它们是由纳米级材料组成的,
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and they use proteins蛋白质 that are coded编码 by the genetic遗传 level水平
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3000
它们使用由基因层次控制的蛋白质,
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that allow允许 them to build建立 these really exquisite精美 structures结构.
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39000
3000
这使得它们能构建非常精致的结构。
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So something I think is very fascinating迷人
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2000
因此,我觉得非常让人着迷的是
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is what if you could give life
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44000
3000
如果能赋予非生物结构
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to non-living非活 structures结构,
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以生命会发生什么,
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like batteries电池 and like solar太阳能 cells细胞?
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比如电池,比如太阳能电池?
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What if they had some of the same相同 capabilities功能
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2000
如果它们能有一些鲍鱼壳所拥有的
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that an abalone鲍鱼 shell贝壳 did,
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53000
2000
同样的能力会怎样,
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in terms条款 of being存在 able能够
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55000
2000
能够
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to build建立 really exquisite精美 structures结构
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在常温常压下
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at room房间 temperature温度 and room房间 pressure压力,
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2000
用无毒的化学物质,
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using运用 non-toxic无毒 chemicals化学制品
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2000
不添加对环境有害的材料
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and adding加入 no toxic有毒的 materials物料 back into the environment环境?
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3000
构建精致的结构。
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So that's the vision视力 that I've been thinking思维 about.
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66000
3000
这就是我曾想到过的愿景。
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And so what if you could grow增长 a battery电池 in a PetriPetri网 dish?
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69000
2000
那么,如果你能在皮氏培养皿中培养出电池将会怎样?
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Or, what if you could give genetic遗传 information信息 to a battery电池
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71000
3000
或者说,如果你能把基因信息赋予一个电池,
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so that it could actually其实 become成为 better
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74000
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以便确实能在一定时间内
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as a function功能 of time,
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2000
变得更好,
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and do so in an environmentally环保 friendly友善 way?
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78000
2000
并以一种环境友好的方式进行时会怎样?
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And so, going back to this abalone鲍鱼 shell贝壳,
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80000
3000
回到这个鲍鱼壳,
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besides除了 being存在 nano-structured纳米结构,
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2000
除了存在纳米结构之外,
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one thing that's fascinating迷人,
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2000
令人着迷的一件事是,
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is when a male and a female abalone鲍鱼 get together一起,
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87000
2000
当一只雄性鲍鱼和磁性鲍鱼相遇,
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they pass通过 on the genetic遗传 information信息
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89000
2000
他们相互传递基因信息
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that says, "This is how to build建立 an exquisite精美 material材料.
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91000
3000
信息中表明,“这是如何构建一个精巧的材料。
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Here's这里的 how to do it at room房间 temperature温度 and pressure压力,
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94000
2000
这就是如何在常温常压下,用无毒材料
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using运用 non-toxic无毒 materials物料."
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96000
2000
做到这些的。”
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Same相同 with diatoms硅藻, which哪一个 are shown显示 right here, which哪一个 are glasseousglasseous structures结构.
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98000
3000
与硅藻相同,有着光泽,有着玻璃状结构。
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Every一切 time the diatoms硅藻 replicate复制,
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101000
2000
每次硅藻复制时,
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they give the genetic遗传 information信息 that says,
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103000
2000
它们给出基因信息,其中表明,
02:00
"Here's这里的 how to build建立 glass玻璃 in the ocean海洋
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105000
2000
“这就是如何在海洋中
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that's perfectly完美 nano-structured纳米结构.
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107000
2000
有完美纳米结构的玻璃。
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And you can do it the same相同, over and over again."
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2000
你能同样进行,并不断重复。”
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So what if you could do the same相同 thing
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111000
2000
那么如果你能用太阳能电池或
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with a solar太阳能 cell细胞 or a battery电池?
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113000
2000
电池做同样的事会怎样?
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I like to say my favorite喜爱 biomaterial生物材料 is my four year-old.
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3000
我想说我最喜欢的生物材料是我四岁的孩子。
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But anyone任何人 who's谁是 ever had, or knows知道, small children孩子
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3000
但任何曾有过或了解小孩的人
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knows知道 they're incredibly令人难以置信 complex复杂 organisms生物.
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3000
都知道他们是多么复杂的生物体。
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And so if you wanted to convince说服 them
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2000
因此,说服他们去
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to do something they don't want to do, it's very difficult.
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126000
2000
做他们不想做的事,非常困难。
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So when we think about future未来 technologies技术,
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128000
3000
当我们思考未来科技时,
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we actually其实 think of using运用 bacteria and virus病毒,
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2000
我们会想到细菌和病毒的应用,
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simple简单 organisms生物.
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133000
2000
简单的有机体。
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Can you convince说服 them to work with a new toolbox工具箱,
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135000
2000
你能让它们使用新的工具箱吗,
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so that they can build建立 a structure结构体
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137000
2000
以使它们能构建一种
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that will be important重要 to me?
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139000
2000
对我来说很重要的结构么?
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Also, when we think about future未来 technologies技术,
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141000
2000
同样地,我们对未来科技进行思考。
02:38
we start开始 with the beginning开始 of Earth地球.
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143000
2000
我们从地球最初开始,
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Basically基本上, it took a billion十亿 years年份
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145000
2000
基本上,用了十亿年
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to have life on Earth地球.
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147000
2000
地球上才开始出现生命。
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And very rapidly急速, they became成为 multi-cellular多细胞,
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149000
2000
接着很快地就进化成了多细胞生命,
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they could replicate复制, they could use photosynthesis光合作用
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151000
3000
它们能够复制自己,能用光合作用
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as a way of getting得到 their energy能源 source资源.
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154000
2000
作为获取能源的一种方式。
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But it wasn't until直到 about 500 million百万 years年份 ago --
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156000
2000
但知道500万年前 --
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during the Cambrian寒武纪的 geologic地质 time period --
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158000
2000
在寒武纪地质时代 --
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that organisms生物 in the ocean海洋 started开始 making制造 hard materials物料.
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160000
3000
海洋中的生物开始制造坚硬的材料。
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Before that, they were all soft柔软的, fluffy蓬松 structures结构.
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163000
3000
之前它们制造的都是柔软蓬松的结构。
03:01
And it was during this time
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166000
2000
正是在这一时期内
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that there was increased增加 calcium and iron
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168000
2000
环境中的钙、铁
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and silicon in the environment环境,
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170000
2000
硅的含量增加了。
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and organisms生物 learned学到了 how to make hard materials物料.
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172000
3000
生物学会了如何制作坚硬的材料。
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And so that's what I would like be able能够 to do --
77
175000
2000
所以我希望能够 --
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convince说服 biology生物学
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177000
2000
确定生物
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to work with the rest休息 of the periodic定期 table.
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179000
2000
能与周期表中的其他元素工作。
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Now if you look at biology生物学,
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181000
2000
现在,如果查看一下生物,
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there's many许多 structures结构 like DNA脱氧核糖核酸 and antibodies抗体
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183000
2000
有许多类似DNA、抗体、
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and proteins蛋白质 and ribosomes核糖体 that you've heard听说 about
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185000
2000
蛋白质和核糖体这样你曾听说过的结构,
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that are already已经 nano-structured纳米结构.
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187000
2000
这些结构以及是纳米结构了。
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So nature性质 already已经 gives us
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2000
因此自然已经给予了我们
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really exquisite精美 structures结构 on the nanoscale纳米级.
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2000
纳米级的非常精巧的结构。
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What if we could harness马具 them
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193000
2000
如果我们控制它们
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and convince说服 them to not be an antibody抗体
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195000
2000
让他们不要变成像艾滋病病毒
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that does something like HIVHIV?
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197000
2000
这样的抗体将会怎样?
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But what if we could convince说服 them
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199000
2000
但如果我们能让它们为我们
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to build建立 a solar太阳能 cell细胞 for us?
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201000
2000
建造太阳能电池将会怎样?
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So here are some examples例子: these are some natural自然 shells炮弹.
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203000
2000
这儿有些例子:这是些天然的贝壳。
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There are natural自然 biological生物 materials物料.
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205000
2000
它们是天然的生物材料。
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The abalone鲍鱼 shell贝壳 here -- and if you fracture断裂 it,
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207000
2000
这个是鲍鱼壳 -- 如果折断它,
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you can look at the fact事实 that it's nano-structured纳米结构.
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209000
2000
会看到它是纳米结构。
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There's diatoms硅藻 made制作 out of SIOSIO2,
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211000
3000
硅藻是由二氧化硅组成,
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and they're magnetotactic趋磁 bacteria
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214000
2000
他们是趋磁细菌,
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that make small, single-domain单域 magnets磁铁 used for navigation导航.
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216000
3000
它们用微小的单极磁体导航。
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What all these have in common共同
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219000
2000
这些事物的共同之处是
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is these materials物料 are structured结构化的 at the nanoscale纳米级,
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221000
2000
这些材料的结构都是纳米级的,
03:58
and they have a DNA脱氧核糖核酸 sequence序列
100
223000
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它们拥有一个DNA序列
04:00
that codes代码 for a protein蛋白 sequence序列
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225000
2000
这是一个蛋白质序列编码,
04:02
that gives them the blueprint蓝图
102
227000
2000
这给了它们一个蓝图
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to be able能够 to build建立 these really wonderful精彩 structures结构.
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229000
2000
使它们能够构建这些奇妙的结构。
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Now, going back to the abalone鲍鱼 shell贝壳,
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231000
2000
现在,回到鲍鱼壳,
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the abalone鲍鱼 makes品牌 this shell贝壳 by having these proteins蛋白质.
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233000
3000
鲍鱼用这些蛋白质做成壳。
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These proteins蛋白质 are very negatively charged带电.
106
236000
2000
这些蛋白质带有负电荷。
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And they can pull calcium out of the environment环境,
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238000
2000
它们能吸收环境中的钙,
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put down a layer of calcium and then carbonate碳酸盐, calcium and carbonate碳酸盐.
108
240000
3000
放上一层钙,然后是一层碳酸盐,再一层钙一层碳酸盐。
04:18
It has the chemical化学 sequences序列 of amino氨基 acids,
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243000
3000
这是氨基酸的化学序列
04:21
which哪一个 says, "This is how to build建立 the structure结构体.
110
246000
2000
其中表明,“这就是如何构建这种结构。
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Here's这里的 the DNA脱氧核糖核酸 sequence序列, here's这里的 the protein蛋白 sequence序列
111
248000
2000
这是要做到这点的DNA序列,
04:25
in order订购 to do it."
112
250000
2000
蛋白质序列。”
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And so an interesting有趣 idea理念 is, what if you could take any material材料 that you wanted,
113
252000
3000
一个有意思的想法是,如果你能选择任何材料或是
04:30
or any element元件 on the periodic定期 table,
114
255000
2000
周期表中的任何元素,
04:32
and find its corresponding相应 DNA脱氧核糖核酸 sequence序列,
115
257000
3000
依照DNA序列,
04:35
then code it for a corresponding相应 protein蛋白 sequence序列
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260000
2000
然后依照蛋白质序列
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to build建立 a structure结构体, but not build建立 an abalone鲍鱼 shell贝壳 --
117
262000
3000
建立结构,但不是构建一个鲍鱼壳,将会怎样 --
04:40
build建立 something that, through通过 nature性质,
118
265000
2000
通过自然构建某种事物,
04:42
it has never had the opportunity机会 to work with yet然而.
119
267000
3000
这是从未有机会进行的尝试。
04:45
And so here's这里的 the periodic定期 table.
120
270000
2000
这是周期表。
04:47
And I absolutely绝对 love the periodic定期 table.
121
272000
2000
我非常喜欢周期表。
04:49
Every一切 year for the incoming freshman新生 class at MITMIT,
122
274000
3000
在MIT,大一新生来的第一课,
04:52
I have a periodic定期 table made制作 that says,
123
277000
2000
我都会提供一个周期表,
04:54
"Welcome欢迎 to MITMIT. Now you're in your element元件."
124
279000
3000
“欢迎来到MIT。现在你进入你的元素了。”
04:57
And you flip翻动 it over, and it's the amino氨基 acids
125
282000
3000
把它翻过来,是带有PH值的氨基酸
05:00
with the PHPH at which哪一个 they have different不同 charges收费.
126
285000
2000
不同的PH值下带有不同的电荷。
05:02
And so I give this out to thousands数千 of people.
127
287000
3000
我把这个发给了数以千计的人。
05:05
And I know it says MITMIT, and this is Caltech加州理工学院,
128
290000
2000
我知道这上面写了MIT,写了加州理工,
05:07
but I have a couple一对 extra额外 if people want it.
129
292000
2000
但如果有人要的话我还有些额外的。
05:09
And I was really fortunate幸运
130
294000
2000
我非常荣幸的是,
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to have President主席 Obama奥巴马 visit访问 my lab实验室 this year
131
296000
2000
奥巴马总统今年访问MIT时
05:13
on his visit访问 to MITMIT,
132
298000
2000
造访了我的实验室,
05:15
and I really wanted to give him a periodic定期 table.
133
300000
2000
我很想给他一张周期表。
05:17
So I stayed up at night, and I talked to my husband丈夫,
134
302000
2000
我熬夜思索,对我的丈夫说
05:19
"How do I give President主席 Obama奥巴马 a periodic定期 table?
135
304000
3000
“我怎么才能给奥巴马总统一张周期表呢?
05:22
What if he says, 'Oh'哦, I already已经 have one,'
136
307000
2000
如果他说,‘哦,我已经有一张了’
05:24
or, 'I've'我有 already已经 memorized记忆 it'它'?" (Laughter笑声)
137
309000
2000
或是‘我已经背下来了’该怎么办?”
05:26
And so he came来了 to visit访问 my lab实验室
138
311000
2000
因此他到访我的实验室
05:28
and looked看着 around -- it was a great visit访问.
139
313000
2000
四处浏览 -- 这是个很棒的访问。
05:30
And then afterward之后, I said,
140
315000
2000
后来,我说,
05:32
"Sir先生, I want to give you the periodic定期 table
141
317000
2000
“先生,我想给你张周期表
05:34
in case案件 you're ever in a bind捆绑 and need to calculate计算 molecular分子 weight重量."
142
319000
4000
以备你陷入困境,需要计算分子量时使用。”
05:38
And I thought molecular分子 weight重量 sounded满面 much less nerdy书呆子
143
323000
2000
我觉得分子量听起来不像摩尔质量
05:40
than molar磨牙 mass.
144
325000
2000
那么呆板。
05:42
And so he looked看着 at it,
145
327000
2000
他看了看它,
05:44
and he said,
146
329000
2000
说到,
05:46
"Thank you. I'll look at it periodically定期."
147
331000
2000
“谢谢。我会定期看看它的。”
05:48
(Laughter笑声)
148
333000
2000
(笑声)
05:50
(Applause掌声)
149
335000
4000
(掌声)
05:54
And later后来 in a lecture演讲 that he gave on clean清洁 energy能源,
150
339000
3000
之后在一次关于清洁能源的演讲中,
05:57
he pulled it out and said,
151
342000
2000
他把它拿出来,说道,
05:59
"And people at MITMIT, they give out periodic定期 tables."
152
344000
2000
“在MIT时有人给了我周期表。”
06:01
So basically基本上 what I didn't tell you
153
346000
3000
所以基本上我没有告诉各位的是
06:04
is that about 500 million百万 years年份 ago, organisms生物 starter起动机 making制造 materials物料,
154
349000
3000
大约五亿年前,生物就开始制造材料,
06:07
but it took them about 50 million百万 years年份 to get good at it.
155
352000
2000
大概花了五千万年变得擅长于此。
06:09
It took them about 50 million百万 years年份
156
354000
2000
花了五千万年时间
06:11
to learn学习 how to perfect完善 how to make that abalone鲍鱼 shell贝壳.
157
356000
2000
学会了完美地制造出鲍鱼壳。
06:13
And that's a hard sell to a graduate毕业 student学生. (Laughter笑声)
158
358000
2000
这对研究生来说很难理解
06:15
"I have this great project项目 -- 50 million百万 years年份."
159
360000
3000
“我拥有这个伟大的项目 -- 五千万年。”
06:18
And so we had to develop发展 a way
160
363000
2000
因此我们不得不找出一种
06:20
of trying to do this more rapidly急速.
161
365000
2000
更快速的方式来完成这些。
06:22
And so we use a virus病毒 that's a non-toxic无毒 virus病毒
162
367000
2000
因此我们使用了一种病毒,
06:24
called M13 bacteriophage噬菌体
163
369000
2000
一种名为M13噬菌体的无毒病毒,
06:26
that's job工作 is to infect感染 bacteria.
164
371000
2000
用它去感染细菌。
06:28
Well it has a simple简单 DNA脱氧核糖核酸 structure结构体
165
373000
2000
它有简单的DNA结构,
06:30
that you can go in and cut and paste
166
375000
2000
可以剪切、粘贴
06:32
additional额外 DNA脱氧核糖核酸 sequences序列 into it.
167
377000
2000
附加的DNA序列到其中。
06:34
And by doing that, it allows允许 the virus病毒
168
379000
2000
这样做后,它允许病毒
06:36
to express表现 random随机 protein蛋白 sequences序列.
169
381000
3000
表达随机的蛋白质序列。
06:39
And this is pretty漂亮 easy简单 biotechnology生物技术.
170
384000
2000
这是很简单的生物技术。
06:41
And you could basically基本上 do this a billion十亿 times.
171
386000
2000
可以这么做个十亿次。
06:43
And so you can go in and have a billion十亿 different不同 viruses病毒
172
388000
2000
这样就能得到十亿个不同的病毒
06:45
that are all genetically基因 identical相同,
173
390000
2000
它们具有相同的遗传基因,
06:47
but they differ不同 from each other based基于 on their tips提示,
174
392000
2000
但它们可以基于它们的标签相互区分,
06:49
on one sequence序列
175
394000
2000
为一个蛋白质
06:51
that codes代码 for one protein蛋白.
176
396000
2000
编码的序列。
06:53
Now if you take all billion十亿 viruses病毒,
177
398000
2000
现在,收集起所有这些病毒,
06:55
and you can put them in one drop下降 of liquid液体,
178
400000
2000
可以把它们放入一滴液体中,
06:57
you can force them to interact相互作用 with anything you want on the periodic定期 table.
179
402000
3000
可以强制它们与周期表中的任何元素交互。
07:00
And through通过 a process处理 of selection选择 evolution演化,
180
405000
2000
通过一个选择性进化的过程,
07:02
you can pull one out of a billion十亿 that does something that you'd like it to do,
181
407000
3000
可以从十亿中选出一个符合你期望的病毒,
07:05
like grow增长 a battery电池 or grow增长 a solar太阳能 cell细胞.
182
410000
2000
比如长出一个电池或是一个太阳能电池。
07:07
So basically基本上, viruses病毒 can't replicate复制 themselves他们自己; they need a host主办.
183
412000
3000
所以,基本上,病毒不能复制自身,它们需要宿主。
07:10
Once一旦 you find that one out of a billion十亿,
184
415000
2000
一旦有亿万中的一个
07:12
you infect感染 it into a bacteria,
185
417000
2000
感染了一个细菌,
07:14
and you make millions百万 and billions数十亿 of copies副本
186
419000
2000
就会产生不计其数的那种
07:16
of that particular特定 sequence序列.
187
421000
2000
特定序列的复制体。
07:18
And so the other thing that's beautiful美丽 about biology生物学
188
423000
2000
生物学的另一个美妙之处是
07:20
is that biology生物学 gives you really exquisite精美 structures结构
189
425000
2000
生物学可以以一种良好的比例
07:22
with nice不错 link链接 scales.
190
427000
2000
呈现精致的结构。
07:24
And these viruses病毒 are long and skinny枯瘦,
191
429000
2000
这些病毒长且瘦,
07:26
and we can get them to express表现 the ability能力
192
431000
2000
我们能让它们表达生长出一些事物的能力
07:28
to grow增长 something like semiconductors半导体
193
433000
2000
比如半导体
07:30
or materials物料 for batteries电池.
194
435000
2000
或是制作电池的材料。
07:32
Now this is a high-powered高功率 battery电池 that we grew成长 in my lab实验室.
195
437000
3000
这是我们在实验室培育的高能电池。
07:35
We engineered工程 a virus病毒 to pick up carbon nanotubes纳米管.
196
440000
3000
我们让病毒收集碳纳米管。
07:38
So one part部分 of the virus病毒 grabs争夺 a carbon nanotube纳米管.
197
443000
2000
病毒的一部分抓住一个碳纳米管。
07:40
The other part部分 of the virus病毒 has a sequence序列
198
445000
2000
另一部分拥有一个
07:42
that can grow增长 an electrode电极 material材料 for a battery电池.
199
447000
3000
能长出电池的电极材料的序列。
07:45
And then it wires电线 itself本身 to the current当前 collector集电极.
200
450000
3000
然后它把自己缠绕成集电器。
07:48
And so through通过 a process处理 of selection选择 evolution演化,
201
453000
2000
然后通过一个选择性进化的过程,
07:50
we went from being存在 able能够 to have a virus病毒 that made制作 a crummy照出 battery电池
202
455000
3000
我们就从一个制造低劣电池的病毒
07:53
to a virus病毒 that made制作 a good battery电池
203
458000
2000
得到了一个制造良好电池的病毒
07:55
to a virus病毒 that made制作 a record-breaking破纪录, high-powered高功率 battery电池
204
460000
3000
一个制造破纪录的高能电池的病毒
07:58
that's all made制作 at room房间 temperature温度, basically基本上 at the bench长凳 top最佳.
205
463000
3000
这些都是在常温下,实验台上进行的。
08:01
And that battery电池 went to the White白色 House for a press conference会议.
206
466000
3000
那个电池去白宫参加过一次记者招待会。
08:04
I brought it here.
207
469000
2000
我把它带到这里来了。
08:06
You can see it in this case案件 -- that's lighting灯光 this LED.
208
471000
3000
各位能在这个盒子里看到它 -- 亮着的是个LED等。
08:09
Now if we could scale规模 this,
209
474000
2000
如果我们能放大这个,
08:11
you could actually其实 use it
210
476000
2000
就能用它来
08:13
to run your Prius普锐斯,
211
478000
2000
驱动普瑞斯车,
08:15
which哪一个 is my dream梦想 -- to be able能够 to drive驾驶 a virus-powered病毒供电 car汽车.
212
480000
3000
这是我的梦想 -- 能驾驶一辆病毒驱动的汽车。
08:19
But it's basically基本上 --
213
484000
2000
但基本上 --
08:21
you can pull one out of a billion十亿.
214
486000
3000
能从十亿中选出一个。
08:24
You can make lots of amplifications扩增 to it.
215
489000
2000
能把它放大许多倍。
08:26
Basically基本上, you make an amplification放大 in the lab实验室,
216
491000
2000
基本上,能在实验室进行放大。
08:28
and then you get it to self-assemble自组装
217
493000
2000
然后让它自组装
08:30
into a structure结构体 like a battery电池.
218
495000
2000
成一个如电池这样的结构。
08:32
We're able能够 to do this also with catalysis催化.
219
497000
2000
我们也能通过催化作用做到这些。
08:34
This is the example
220
499000
2000
这是光触媒
08:36
of photocatalytic光催化 splitting分裂 of water.
221
501000
2000
分离水的例子。
08:38
And what we've我们已经 been able能够 to do
222
503000
2000
我们已经能做到的是
08:40
is engineer工程师 a virus病毒 to basically基本上 take dye-absorbing染料吸收 molecules分子
223
505000
3000
设计一个病毒,能吸收染色分子
08:43
and line线 them up on the surface表面 of the virus病毒
224
508000
2000
并把染色分子在病毒的表面排成一列,
08:45
so it acts行为 as an antenna天线,
225
510000
2000
就像个触须,
08:47
and you get an energy能源 transfer转让 across横过 the virus病毒.
226
512000
2000
然后就能让能量转移穿过这些病毒了。
08:49
And then we give it a second第二 gene基因
227
514000
2000
接着我们给它第二段基因
08:51
to grow增长 an inorganic无机 material材料
228
516000
2000
以生长出无机材料
08:53
that can be used to split分裂 water
229
518000
2000
这能用于把水分离成
08:55
into oxygen and hydrogen
230
520000
2000
氢气和氧气,
08:57
that can be used for clean清洁 fuels燃料.
231
522000
2000
氢气和氧气能用作清洁燃料。
08:59
And I brought an example with me of that today今天.
232
524000
2000
今天我带来了一个样本。
09:01
My students学生们 promised许诺 me it would work.
233
526000
2000
我的学生对我保证说它能运作。
09:03
These are virus-assembled病毒组装 nanowires纳米线.
234
528000
2000
这些是由病毒组装的纳米线。
09:05
When you shine闪耀 light on them, you can see them bubbling冒泡.
235
530000
3000
当用光照向它们时,能看到他们在冒着泡泡。
09:08
In this case案件, you're seeing眼看 oxygen bubbles泡泡 come out.
236
533000
3000
这样的情况表明,所看到的是氧气正在冒出。
09:12
And basically基本上, by controlling控制 the genes基因,
237
537000
3000
基本上通过控制基因
09:15
you can control控制 multiple materials物料 to improve提高 your device设备 performance性能.
238
540000
3000
就能够控制多种材料来改进设备性能。
09:18
The last example are solar太阳能 cells细胞.
239
543000
2000
最后一个例子是太阳能电池。
09:20
You can also do this with solar太阳能 cells细胞.
240
545000
2000
也可以这样制造太阳能电池。
09:22
We've我们已经 been able能够 to engineer工程师 viruses病毒
241
547000
2000
我们已经能够设计病毒
09:24
to pick up carbon nanotubes纳米管
242
549000
2000
来收集碳纳米管
09:26
and then grow增长 titanium dioxide二氧化碳 around them --
243
551000
4000
然后再外面附着上二氧化钛 --
09:30
and use as a way of getting得到 electrons电子 through通过 the device设备.
244
555000
4000
并作为通过设备收集电子的一种方式。
09:34
And what we've我们已经 found发现 is through通过 genetic遗传 engineering工程,
245
559000
2000
我们的发现是,通过基因工程
09:36
we can actually其实 increase增加
246
561000
2000
我们能真正的增加
09:38
the efficiencies效率 of these solar太阳能 cells细胞
247
563000
3000
这些太阳能电池的效率
09:41
to record记录 numbers数字
248
566000
2000
为各种类型的
09:43
for these types类型 of dye-sensitized染料敏化的 systems系统.
249
568000
3000
染色敏化系统记录数字。
09:46
And I brought one of those as well
250
571000
2000
我也带了一个到这儿来
09:48
that you can play around with outside afterward之后.
251
573000
3000
稍后各位可以在外面摆弄一下。
09:51
So this is a virus-based病毒为主 solar太阳能 cell细胞.
252
576000
2000
这是个基于病毒的太阳能电池。
09:53
Through通过 evolution演化 and selection选择,
253
578000
2000
通过进化和选择,
09:55
we took it from an eight percent百分 efficiency效率 solar太阳能 cell细胞
254
580000
3000
我们把这个太阳能电池由效能百分之八
09:58
to an 11 percent百分 efficiency效率 solar太阳能 cell细胞.
255
583000
3000
变为了百分之十一。
10:01
So I hope希望 that I've convinced相信 you
256
586000
2000
我希望我已经让各位相信
10:03
that there's a lot of great, interesting有趣 things to be learned学到了
257
588000
3000
关于如何让自然制作材料
10:06
about how nature性质 makes品牌 materials物料 --
258
591000
2000
有许多美好的、有趣的事情要学习--
10:08
and taking服用 it the next下一个 step
259
593000
2000
更进一步
10:10
to see if you can force,
260
595000
2000
看看能否你能够推行,
10:12
or whether是否 you can take advantage优点 of how nature性质 makes品牌 materials物料,
261
597000
2000
或是利用自然制作材料的方式
10:14
to make things that nature性质 hasn't有没有 yet然而 dreamed梦见 of making制造.
262
599000
3000
来制作一些自然还未被要求制作的东西。
10:17
Thank you.
263
602000
2000
谢谢。
Translated by Felix Chen
Reviewed by Jenny Yang

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ABOUT THE SPEAKER
Angela Belcher - Biological engineer
Angela 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 >>

More profile about the speaker
Angela Belcher | Speaker | TED.com

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