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 | Speaker | TED.com
TEDxCaltech

Angela Belcher: Using nature to grow batteries

Angela Belcher談利用生物製造電池

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因為受到了齙魚殼的啟發,Angela Belcher利用病毒製造出可供人類利用的精美奈米結構。透過誘導演化﹐她挑選出含有高性能基因的病毒來製造新的強力電池、乾淨氫燃料和太陽能電池。在TEDxCaltech,她跟大家說明這是如何辦到的。
- 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性質 makes品牌 materials物料.
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3000
我想我要談一下大自然如何製造材料。
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I brought along沿 with me an abalone鮑魚 shell貝殼.
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2000
我帶來了一個鮑魚殼。
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This abalone鮑魚 shell貝殼 is a biocomposite生物複合材料 material材料
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5000
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這個鮑魚殼是一個生物複合材料,
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that's 98 percent百分 by mass calcium carbonate碳酸鹽
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它百分之98的質量是由碳酸鈣組成
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and two percent百分 by mass protein蛋白.
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另外百分之二是蛋白質。
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Yet然而, it's 3,000 times tougher強硬
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但是比起其他在同個地方成長的物質﹐
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than its geological地質 counterpart副本.
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2000
它卻硬了三千倍。
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And a lot of people might威力 use structures結構 like abalone鮑魚 shells砲彈,
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而且很多人或許會利用類似齙魚殼的東西,
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like chalk粉筆.
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2000
像是粉筆。
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I've been fascinated入迷 by how nature性質 makes品牌 materials物料,
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22000
2000
我對大自然如何製造材料感到著迷﹐
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and there's a lot of sequence序列
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對於如此精巧的工作﹐
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to how they do such這樣 an exquisite精美 job工作.
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需要透過許多步驟才能完成。
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Part部分 of it is that these materials物料
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部份的原因是因為這些材料
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are macroscopic宏觀 in structure結構體,
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雖然在結構上是肉眼可見的,
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but they're formed形成 at the nanoscale納米級.
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但卻是在奈米尺度下形成。
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They're formed形成 at the nanoscale納米級,
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34000
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它們是在奈米尺度下形成的,
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and they use proteins蛋白質 that are coded編碼 by the genetic遺傳 level水平
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3000
而且它們利用基因編碼的蛋白質
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that allow允許 them to build建立 these really exquisite精美 structures結構.
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讓它們能夠製造出這些如此精巧的結構。
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So something I think is very fascinating迷人
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2000
所以讓我感到非常著迷的是
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is what if you could give life
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44000
3000
如果你可以將生命賦予給
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to non-living非活 structures結構,
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2000
無生命結構,
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like batteries電池 and like solar太陽能 cells細胞?
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2000
像是電池和太陽能電池?
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What if they had some of the same相同 capabilities功能
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2000
又或他們擁有些像鮑魚殼一樣
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that an abalone鮑魚 shell貝殼 did,
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53000
2000
的能力,
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in terms條款 of being存在 able能夠
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55000
2000
就是說可以
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to build建立 really exquisite精美 structures結構
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2000
在室溫及室壓下
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at room房間 temperature溫度 and room房間 pressure壓力,
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利用無毒化學物質,
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using運用 non-toxic無毒 chemicals化學製品
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2000
再加上無毒材料
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and adding加入 no toxic有毒的 materials物料 back into the environment環境?
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3000
來製造非常精巧的結構。
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So that's the vision視力 that I've been thinking思維 about.
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66000
3000
這是我正在想的願景。
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And so what if you could grow增長 a battery電池 in a PetriPetri網 dish?
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69000
2000
如果可以在培養皿內製造電池會是怎樣的呢?
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Or, what if you could give genetic遺傳 information信息 to a battery電池
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71000
3000
又或如果你可以給電池基因訊息
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so that it could actually其實 become成為 better
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2000
讓它可以隨著時間
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as a function功能 of time,
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2000
表現更好,
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and do so in an environmentally環保 friendly友善 way?
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而且又是用環保的方法﹖
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And so, going back to this abalone鮑魚 shell貝殼,
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80000
3000
所以﹐講回這個鮑魚殼,
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besides除了 being存在 nano-structured納米結構,
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83000
2000
除了是奈米結構,
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one thing that's fascinating迷人,
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2000
另外一個有趣的是
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is when a male and a female abalone鮑魚 get together一起,
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87000
2000
當一公和一母的鮑魚相會時,
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they pass通過 on the genetic遺傳 information信息
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2000
他們會把「如何建造出這種精巧材料」的
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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
基因訊息傳遞下去。
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Here's這裡的 how to do it at room房間 temperature溫度 and pressure壓力,
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2000
這就是如何在室溫室壓下利用
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using運用 non-toxic無毒 materials物料."
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2000
無毒物質生產。」
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Same相同 with diatoms矽藻, which哪一個 are shown顯示 right here, which哪一個 are glasseousglasseous structures結構.
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98000
3000
在矽藻上也是一樣,就是這種玻璃般的結構。
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Every一切 time the diatoms矽藻 replicate複製,
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2000
每一次矽藻分裂,
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they give the genetic遺傳 information信息 that says,
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103000
2000
他們就會把這樣的基因訊息傳遞下去:
02:00
"Here's這裡的 how to build建立 glass玻璃 in the ocean海洋
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105000
2000
「這是如何在海裡製造玻璃。
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that's perfectly完美 nano-structured納米結構.
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107000
2000
完全是奈米尺度的。
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And you can do it the same相同, over and over again."
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2000
而且你可以一而再、再而三地做相同的事情」
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So what if you could do the same相同 thing
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2000
所以如果你可以對太陽能電池或是電池
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with a solar太陽能 cell細胞 or a battery電池?
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2000
做同樣的事情?
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I like to say my favorite喜愛 biomaterial生物材料 is my four year-old.
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3000
我會說我最喜歡的生物材料就是我的四歲小孩。
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But anyone任何人 who's誰是 ever had, or knows知道, small children孩子
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3000
任何一個有過或認識小朋友的人都知道
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knows知道 they're incredibly令人難以置信 complex複雜 organisms生物.
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3000
他們是非常複雜的個體。
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And so if you wanted to convince說服 them
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124000
2000
所以如果你想要說服他們
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to do something they don't want to do, it's very difficult.
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126000
2000
去做他們不想要做的事情﹐是非常困難的。
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So when we think about future未來 technologies技術,
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128000
3000
所以當我們在思考未來的科技,
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we actually其實 think of using運用 bacteria and virus病毒,
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2000
我們會想利用細菌和病毒
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simple簡單 organisms生物.
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133000
2000
那樣簡單的生物體。
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Can you convince說服 them to work with a new toolbox工具箱,
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2000
你能不能說服它們用新的方法
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so that they can build建立 a structure結構體
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2000
讓它們能夠建造出一個
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that will be important重要 to me?
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139000
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對我有用的結構?
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Also, when we think about future未來 technologies技術,
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141000
2000
而且,我們思考著有關未來的科技。
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we start開始 with the beginning開始 of Earth地球.
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143000
2000
我們從地球的開端講起。
02:40
Basically基本上, it took a billion十億 years年份
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145000
2000
基本上,地球經過了幾十億年
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to have life on Earth地球.
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147000
2000
才有生命。
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And very rapidly急速, they became成為 multi-cellular多細胞,
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2000
且很快的,它們變成多細胞生物,
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they could replicate複製, they could use photosynthesis光合作用
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3000
它們會複製﹐它們可以用光合作用
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as a way of getting得到 their energy能源 source資源.
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154000
2000
來取得它們能量的來源。
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But it wasn't until直到 about 500 million百萬 years年份 ago --
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2000
但直到五千萬年前--
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during the Cambrian寒武紀的 geologic地質 time period --
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158000
2000
在寒武紀地質時期--
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that organisms生物 in the ocean海洋 started開始 making製造 hard materials物料.
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160000
3000
生物才從海洋移到陸地。
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Before that, they were all soft柔軟的, fluffy蓬鬆 structures結構.
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163000
3000
在那之前,生物都是柔軟蓬鬆的結構。
03:01
And it was during this time
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166000
2000
也是在這個時期
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that there was increased增加 calcium and iron
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2000
環境中的鈣、鐵和矽
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and silicon in the environment環境,
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170000
2000
逐漸增加。
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and organisms生物 learned學到了 how to make hard materials物料.
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172000
3000
然後生物們學會製造出硬的材料。
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And so that's what I would like be able能夠 to do --
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175000
2000
那就是我想要做的--
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convince說服 biology生物學
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177000
2000
說服生物學界
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to work with the rest休息 of the periodic定期 table.
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179000
2000
與週期表上的其他元素合作。
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Now if you look at biology生物學,
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181000
2000
現在如果你看看生物學中,
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there's many許多 structures結構 like DNA脫氧核糖核酸 and antibodies抗體
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183000
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有很多像是DNA和抗體
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and proteins蛋白質 and ribosomes核糖體 that you've heard聽說 about
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185000
2000
還有蛋白質和核糖體這些你有聽過的東西
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that are already已經 nano-structured納米結構.
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2000
都已經是奈米結構的。
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So nature性質 already已經 gives us
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所以自然界早已經給了我們
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really exquisite精美 structures結構 on the nanoscale納米級.
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191000
2000
在奈米尺度下如此精巧的結構。
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What if we could harness馬俱 them
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193000
2000
如果我們能夠駕馭它們
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and convince說服 them to not be an antibody抗體
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195000
2000
說服它們不要當抗體
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that does something like HIVHIV?
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197000
2000
就像HIV那樣﹖
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But what if we could convince說服 them
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199000
2000
或是如果我們可以說服它們
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to build建立 a solar太陽能 cell細胞 for us?
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201000
2000
為我們製造太陽能電池﹖
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So here are some examples例子: these are some natural自然 shells砲彈.
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203000
2000
所以這是一些例子:這些自然的貝殼。
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There are natural自然 biological生物 materials物料.
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205000
2000
這是天然的生物材料。
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The abalone鮑魚 shell貝殼 here -- and if you fracture斷裂 it,
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207000
2000
這個鮑魚殼,如果你打裂它,
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you can look at the fact事實 that it's nano-structured納米結構.
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209000
2000
你可以看到它是奈米結構的。
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There's diatoms矽藻 made製作 out of SIOSIO2,
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211000
3000
而矽藻是由二氧化矽組成
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and they're magnetotactic趨磁 bacteria
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214000
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且它們是超磁細菌
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that make small, single-domain單域 magnets磁鐵 used for navigation導航.
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216000
3000
製造出微小、單一結構磁鐵來幫助導航。
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What all these have in common共同
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219000
2000
共同點是
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is these materials物料 are structured結構化的 at the nanoscale納米級,
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221000
2000
這些材料都是在奈米尺度上建造的,
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and they have a DNA脫氧核糖核酸 sequence序列
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223000
2000
且他們都有DNA序列
04:00
that codes代碼 for a protein蛋白 sequence序列
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225000
2000
可以轉譯成蛋白質序列
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that gives them the blueprint藍圖
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227000
2000
給它們製造這些
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to be able能夠 to build建立 these really wonderful精彩 structures結構.
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229000
2000
美好構造的藍圖。
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Now, going back to the abalone鮑魚 shell貝殼,
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231000
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現在,回到齙魚殼,
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the abalone鮑魚 makes品牌 this shell貝殼 by having these proteins蛋白質.
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233000
3000
鮑魚因為有這些蛋白質才能製造這個殼。
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These proteins蛋白質 are very negatively charged帶電.
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236000
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這些蛋白質帶有大量負電。
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And they can pull calcium out of the environment環境,
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238000
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且它們可以在環境中吸引鈣,
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put down a layer of calcium and then carbonate碳酸鹽, calcium and carbonate碳酸鹽.
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240000
3000
鋪下一層鈣然後碳酸化、加鈣、再碳酸化。
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It has the chemical化學 sequences序列 of amino氨基 acids,
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243000
3000
它擁有氨基酸的化學序列,
04:21
which哪一個 says, "This is how to build建立 the structure結構體.
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246000
2000
說著:「這是如何建造結構。
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Here's這裡的 the DNA脫氧核糖核酸 sequence序列, here's這裡的 the protein蛋白 sequence序列
111
248000
2000
這是DNA序列、這是蛋白質序列
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in order訂購 to do it."
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250000
2000
才能完成這件事。」
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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,
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252000
3000
所以有趣的是,如果你可以選擇任何一種材料
04:30
or any element元件 on the periodic定期 table,
114
255000
2000
或是元素週期表上的任何一個元素,
04:32
and find its corresponding相應 DNA脫氧核糖核酸 sequence序列,
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257000
3000
然後找到它對應的DNA序列,
04:35
then code it for a corresponding相應 protein蛋白 sequence序列
116
260000
2000
將它轉譯成相對的蛋白質序列
04:37
to build建立 a structure結構體, but not build建立 an abalone鮑魚 shell貝殼 --
117
262000
3000
來建造一種結構,但不是建造鮑魚殼--
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build建立 something that, through通過 nature性質,
118
265000
2000
透過大自然來建造出一個
04:42
it has never had the opportunity機會 to work with yet然而.
119
267000
3000
大自然還沒有機會建造的東西。
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And so here's這裡的 the periodic定期 table.
120
270000
2000
還有這是個元素週期表。
04:47
And I absolutely絕對 love the periodic定期 table.
121
272000
2000
我超愛元素週期表的。
04:49
Every一切 year for the incoming freshman新生 class at MITMIT,
122
274000
3000
每年MIT進來的大一新生
04:52
I have a periodic定期 table made製作 that says,
123
277000
2000
我都會給他們一張元素週期表在上面寫著:
04:54
"Welcome歡迎 to MITMIT. Now you're in your element元件."
124
279000
3000
「歡迎來到MIT。現在你在你的元素中了。」
04:57
And you flip翻動 it over, and it's the amino氨基 acids
125
282000
3000
然後你把它翻過來就是氨基酸
05:00
with the PHPH at which哪一個 they have different不同 charges收費.
126
285000
2000
以及它們在不同酸鹼度時的不同電荷。
05:02
And so I give this out to thousands數千 of people.
127
287000
3000
所以我給了好幾千人這樣的表。
05:05
And I know it says MITMIT, and this is Caltech加州理工學院,
128
290000
2000
我知道它上面寫著是MIT﹐而這裡是加州理工學院,
05:07
but I have a couple一對 extra額外 if people want it.
129
292000
2000
但我這有多出來的表﹐如果有人想要的話。
05:09
And I was really fortunate幸運
130
294000
2000
且我很幸運的
05:11
to have President主席 Obama奧巴馬 visit訪問 my lab實驗室 this year
131
296000
2000
今年歐巴馬總統來MIT參觀的時候
05:13
on his visit訪問 to MITMIT,
132
298000
2000
參觀到我的實驗室,
05:15
and I really wanted to give him a periodic定期 table.
133
300000
2000
而我真的很想要給他一張元素週期表。
05:17
So I stayed up at night, and I talked to my husband丈夫,
134
302000
2000
所以我熬夜跟我老公討論:
05:19
"How do I give President主席 Obama奧巴馬 a periodic定期 table?
135
304000
3000
「我要如何給歐巴馬總統一張元素週期表呢?」
05:22
What if he says, 'Oh'哦, I already已經 have one,'
136
307000
2000
如果他說:「喔!我已經有一張了。」
05:24
or, 'I've'我有 already已經 memorized記憶 it'它'?" (Laughter笑聲)
137
309000
2000
或是「我已經背起來了」的話那我該怎麼辦?
05:26
And so he came來了 to visit訪問 my lab實驗室
138
311000
2000
所以他來到了我的實驗室
05:28
and looked看著 around -- it was a great visit訪問.
139
313000
2000
到處晃晃 -- 那是一個很棒的拜訪。
05:30
And then afterward之後, I said,
140
315000
2000
而之後我跟他說:
05:32
"Sir先生, I want to give you the periodic定期 table
141
317000
2000
「總統,我想要給你這張元素週期表,
05:34
in case案件 you're ever in a bind捆綁 and need to calculate計算 molecular分子 weight重量."
142
319000
4000
以備你在處於困境時會需要計算分子量。」
05:38
And I thought molecular分子 weight重量 sounded滿面 much less nerdy書呆子
143
323000
2000
而且我覺得比起分子質量
05:40
than molar磨牙 mass.
144
325000
2000
分子量聽起來比較不會有那麼書呆子的感覺。
05:42
And so he looked看著 at it,
145
327000
2000
然後他看了一下
05:44
and he said,
146
329000
2000
接著說﹐
05:46
"Thank you. I'll look at it periodically定期."
147
331000
2000
「謝謝你。我會週期性地去看它。」
05:48
(Laughter笑聲)
148
333000
2000
(笑聲)
05:50
(Applause掌聲)
149
335000
4000
(掌聲)
05:54
And later後來 in a lecture演講 that he gave on clean清潔 energy能源,
150
339000
3000
而之後他在一個乾淨能源的演講中
05:57
he pulled it out and said,
151
342000
2000
把它拿出來說:
05:59
"And people at MITMIT, they give out periodic定期 tables."
152
344000
2000
「MIT那邊的人會分發元素週期表。」
06:01
So basically基本上 what I didn't tell you
153
346000
3000
所以基本上我沒有跟你們說的是
06:04
is that about 500 million百萬 years年份 ago, organisms生物 starter起動機 making製造 materials物料,
154
349000
3000
大約五億年前,生物體開始製造材料,
06:07
but it took them about 50 million百萬 years年份 to get good at it.
155
352000
2000
但他們花了大約五千萬年才擅長製造材料。
06:09
It took them about 50 million百萬 years年份
156
354000
2000
他們花了大約五千萬年
06:11
to learn學習 how to perfect完善 how to make that abalone鮑魚 shell貝殼.
157
356000
2000
才學會如何完美地製造出鮑魚殼。
06:13
And that's a hard sell to a graduate畢業 student學生. (Laughter笑聲)
158
358000
2000
而且那樣是很難推銷給研究生的。
06:15
"I have this great project項目 -- 50 million百萬 years年份."
159
360000
3000
「我有一個很棒的方案 -- 要花五千萬年的。」
06:18
And so we had to develop發展 a way
160
363000
2000
所以我們需要發展出一個
06:20
of trying to do this more rapidly急速.
161
365000
2000
可以更快做到的方法。
06:22
And so we use a virus病毒 that's a non-toxic無毒 virus病毒
162
367000
2000
所以我們利用病毒,
06:24
called M13 bacteriophage噬菌體
163
369000
2000
一個叫做M13的無毒噬菌體,
06:26
that's job工作 is to infect感染 bacteria.
164
371000
2000
它們的工作是感染細菌。
06:28
Well it has a simple簡單 DNA脫氧核糖核酸 structure結構體
165
373000
2000
它有很簡單的DNA結構,
06:30
that you can go in and cut and paste
166
375000
2000
讓你可以在裡面複製和貼上
06:32
additional額外 DNA脫氧核糖核酸 sequences序列 into it.
167
377000
2000
新加的DNA序列。
06:34
And by doing that, it allows允許 the virus病毒
168
379000
2000
這麼做可以讓病毒
06:36
to express表現 random隨機 protein蛋白 sequences序列.
169
381000
3000
表現隨機蛋白質序列。
06:39
And this is pretty漂亮 easy簡單 biotechnology生物技術.
170
384000
2000
這是非常簡單的生化技術。
06:41
And you could basically基本上 do this a billion十億 times.
171
386000
2000
而且基本上可以重複幾億次。
06:43
And so you can go in and have a billion十億 different不同 viruses病毒
172
388000
2000
所以你可以進到幾億種
06:45
that are all genetically基因 identical相同,
173
390000
2000
基因序列相同的病毒中,
06:47
but they differ不同 from each other based基於 on their tips提示,
174
392000
2000
它們之間唯一不同的在於它們尖端上的
06:49
on one sequence序列
175
394000
2000
一個序列
06:51
that codes代碼 for one protein蛋白.
176
396000
2000
轉譯出一個蛋白質。
06:53
Now if you take all billion十億 viruses病毒,
177
398000
2000
現在如果你拿這幾億種病毒,
06:55
and you can put them in one drop下降 of liquid液體,
178
400000
2000
把它們放進一滴液體中,
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
你可以迫使他們跟週期表上的任何元素互動。
07:00
And through通過 a process處理 of selection選擇 evolution演化,
180
405000
2000
透過選擇性進化,
07:02
you can pull one out of a billion十億 that does something that you'd like it to do,
181
407000
3000
你可以在這幾億種病毒中找到一株能做到你想要它做的事的病毒,
07:05
like grow增長 a battery電池 or grow增長 a solar太陽能 cell細胞.
182
410000
2000
像是會製造電池或是生產太陽能電池的病毒。
07:07
So basically基本上, viruses病毒 can't replicate複製 themselves他們自己; they need a host主辦.
183
412000
3000
所以基本上,病毒不能自行複製,他們需要有寄主才行。
07:10
Once一旦 you find that one out of a billion十億,
184
415000
2000
當你找到你要的那株病毒,
07:12
you infect感染 it into a bacteria,
185
417000
2000
你可以感染細菌,
07:14
and you make millions百萬 and billions數十億 of copies副本
186
419000
2000
你就可以得到幾千幾萬的
07:16
of that particular特定 sequence序列.
187
421000
2000
相同序列的複製品。
07:18
And so the other thing that's beautiful美麗 about biology生物學
188
423000
2000
還有生物學上另一個有趣的地方
07:20
is that biology生物學 gives you really exquisite精美 structures結構
189
425000
2000
就是生物可以給你非常精巧的結構
07:22
with nice不錯 link鏈接 scales.
190
427000
2000
且帶有好的鏈接效應。
07:24
And these viruses病毒 are long and skinny枯瘦,
191
429000
2000
這些病毒是又長又瘦的,
07:26
and we can get them to express表現 the ability能力
192
431000
2000
且我們可以讓它們表現出
07:28
to grow增長 something like semiconductors半導體
193
433000
2000
可用來生產電池
07:30
or materials物料 for batteries電池.
194
435000
2000
像半導體或其他類似材料的能力。
07:32
Now this is a high-powered高功率 battery電池 that we grew成長 in my lab實驗室.
195
437000
3000
這是一個在我們實驗室長出來的高性能電池。
07:35
We engineered工程 a virus病毒 to pick up carbon nanotubes納米管.
196
440000
3000
我們製造出能夠撿起奈米碳管的病毒。
07:38
So one part部分 of the virus病毒 grabs爭奪 a carbon nanotube納米管.
197
443000
2000
就是說病毒的一部份可以抓住奈米碳管,
07:40
The other part部分 of the virus病毒 has a sequence序列
198
445000
2000
另外一部份有一個序列
07:42
that can grow增長 an electrode電極 material材料 for a battery電池.
199
447000
3000
讓它們能夠長出電池電極材料。
07:45
And then it wires電線 itself本身 to the current當前 collector集電極.
200
450000
3000
然後它會自己跟自己連成一個電流集電極。
07:48
And so through通過 a process處理 of selection選擇 evolution演化,
201
453000
2000
透過選擇性進化,
07:50
we went from being存在 able能夠 to have a virus病毒 that made製作 a crummy照出 battery電池
202
455000
3000
我們從一株可以致造不怎麼樣的電池的病毒
07:53
to a virus病毒 that made製作 a good battery電池
203
458000
2000
進步到一個可以製造好電池的病毒
07:55
to a virus病毒 that made製作 a record-breaking破紀錄, high-powered高功率 battery電池
204
460000
3000
再到一個破紀錄、高性能電池的病毒,
07:58
that's all made製作 at room房間 temperature溫度, basically基本上 at the bench長凳 top最佳.
205
463000
3000
且這都是在室溫下達成的,基本上就是在實驗桌上做出來的。
08:01
And that battery電池 went to the White白色 House for a press conference會議.
206
466000
3000
這個電池到白宮參加了一個記者招待會。
08:04
I brought it here.
207
469000
2000
我把它帶來這裡。
08:06
You can see it in this case案件 -- that's lighting燈光 this LED.
208
471000
3000
你可以在這個盒子裡看到--正在照亮這個LED。
08:09
Now if we could scale規模 this,
209
474000
2000
如果我們可以有規模的做,
08:11
you could actually其實 use it
210
476000
2000
你可以用這電池
08:13
to run your Prius普銳斯,
211
478000
2000
來驅動你的普銳斯,
08:15
which哪一個 is my dream夢想 -- to be able能夠 to drive駕駛 a virus-powered病毒供電 car汽車.
212
480000
3000
這是我的夢想:可以開一臺病毒驅動的車。
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十億.
214
486000
3000
你可以從幾億種病毒裡面挑出一株。
08:24
You can make lots of amplifications擴增 to it.
215
489000
2000
你可以大量放大它。
08:26
Basically基本上, you make an amplification放大 in the lab實驗室,
216
491000
2000
基本上,你可以在實驗室裡放大。
08:28
and then you get it to self-assemble自組裝
217
493000
2000
然後你讓它自己組裝
08:30
into a structure結構體 like a battery電池.
218
495000
2000
成為一個類似電池的結構。
08:32
We're able能夠 to do this also with catalysis催化.
219
497000
2000
我們可以利用催化劑來做到。
08:34
This is the example
220
499000
2000
就像是利用光能
08:36
of photocatalytic光催化 splitting分裂 of water.
221
501000
2000
分解水分子。
08:38
And what we've我們已經 been able能夠 to do
222
503000
2000
我們目前正在做的是
08:40
is engineer工程師 a virus病毒 to basically基本上 take dye-absorbing染料吸收 molecules分子
223
505000
3000
製造出一株病毒﹐讓可以吸收染料的分子們在
08:43
and line them up on the surface表面 of the virus病毒
224
508000
2000
它表面上排排站
08:45
so it acts行為 as an antenna天線,
225
510000
2000
作用像是個接收器,
08:47
and you get an energy能源 transfer轉讓 across橫過 the virus病毒.
226
512000
2000
這樣就能將能量轉移到病毒全身。
08:49
And then we give it a second第二 gene基因
227
514000
2000
然後我們給它第二段基因,
08:51
to grow增長 an inorganic無機 material材料
228
516000
2000
讓它能夠長出無機材料,
08:53
that can be used to split分裂 water
229
518000
2000
可以用來將水分解成
08:55
into oxygen and hydrogen
230
520000
2000
氧氣和氫氣,
08:57
that can be used for clean清潔 fuels燃料.
231
522000
2000
可以作為乾淨能源。
08:59
And I brought an example with me of that today今天.
232
524000
2000
我今天帶來了一個樣本。
09:01
My students學生們 promised許諾 me it would work.
233
526000
2000
我的學生跟我保證這個樣本是能運作的。
09:03
These are virus-assembled病毒組裝 nanowires納米線.
234
528000
2000
這些是病毒組裝的奈米電線。
09:05
When you shine閃耀 light on them, you can see them bubbling冒泡.
235
530000
3000
當光照設在上面的時候,你可以看到這些氣泡。
09:08
In this case案件, you're seeing眼看 oxygen bubbles泡泡 come out.
236
533000
3000
在這個例子中,你看到的是氧氣氣泡。
09:12
And basically基本上, by controlling控制 the genes基因,
237
537000
3000
基本上利用控制基因,
09:15
you can control控制 multiple materials物料 to improve提高 your device設備 performance性能.
238
540000
3000
你可以控制多種材料來改善你的器具效能。
09:18
The last example are solar太陽能 cells細胞.
239
543000
2000
最後一個例子是太陽能電池。
09:20
You can also do this with solar太陽能 cells細胞.
240
545000
2000
你也可以對太陽能電池這麼做。
09:22
We've我們已經 been able能夠 to engineer工程師 viruses病毒
241
547000
2000
我們可以製造
09:24
to pick up carbon nanotubes納米管
242
549000
2000
可以拿起奈米碳管的病毒,
09:26
and then grow增長 titanium dioxide二氧化碳 around them --
243
551000
4000
然後在周圍形成二氧外鈦,
09:30
and use as a way of getting得到 electrons電子 through通過 the device設備.
244
555000
4000
就可以用在器具中來傳遞電子。
09:34
And what we've我們已經 found發現 is through通過 genetic遺傳 engineering工程,
245
559000
2000
我們發現,透過基因工程,
09:36
we can actually其實 increase增加
246
561000
2000
我們真的可以增加
09:38
the efficiencies效率 of these solar太陽能 cells細胞
247
563000
3000
這些太陽能電池的效能
09:41
to record記錄 numbers數字
248
566000
2000
讓這類染色敏感的系統
09:43
for these types類型 of dye-sensitized染料敏化的 systems系統.
249
568000
3000
達到新的境界。
09:46
And I brought one of those as well
250
571000
2000
我也帶來了一個這樣的東西,
09:48
that you can play around with outside afterward之後.
251
573000
3000
演講完畢後你們可以到外面玩一玩。
09:51
So this is a virus-based病毒為主 solar太陽能 cell細胞.
252
576000
2000
這是個以病毒為建立基礎的太陽能電池。
09:53
Through通過 evolution演化 and selection選擇,
253
578000
2000
透過演化和挑選,
09:55
we took it from an eight percent百分 efficiency效率 solar太陽能 cell細胞
254
580000
3000
我們將一個百分之八效能的太陽能電池
09:58
to an 11 percent百分 efficiency效率 solar太陽能 cell細胞.
255
583000
3000
增加到百分之11效能。
10:01
So I hope希望 that I've convinced相信 you
256
586000
2000
所以我希望我已經說服了你們,
10:03
that there's a lot of great, interesting有趣 things to be learned學到了
257
588000
3000
關於大自然如何製造材料﹐
10:06
about how nature性質 makes品牌 materials物料 --
258
591000
2000
有很多很棒、很有趣的事情等著我們去學習。
10:08
and taking服用 it the next下一個 step
259
593000
2000
然後再進一步的,
10:10
to see if you can force,
260
595000
2000
看你們是否可以用強迫的方式,
10:12
or whether是否 you can take advantage優點 of how nature性質 makes品牌 materials物料,
261
597000
2000
或是利用大自然製造材料的方法
10:14
to make things that nature性質 hasn't有沒有 yet然而 dreamed夢見 of making製造.
262
599000
3000
來製造出一些大自然還沒想到要去做的東西。
10:17
Thank you.
263
602000
2000
謝謝。
Translated by Joan Liu
Reviewed by Lisa Wu

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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.

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

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