Fiorenzo Omenetto: Zijde, het oude materiaal van de toekomst

Dank je. Ik ben blij hier te zijn. Ik ga praten over een nieuw oud materiaal dat ons nog steeds blijft verbazen en dat invloed kan hebben op ons denken over materiaalwetenschap, high-tech - en dat misschien ook van belang is voor de geneeskunde, de wereldgezondheid en als hulp bij de herbebossing. Dat is een vranke bewering. Ik vertel jullie een beetje meer. Dit materiaal heeft een aantal eigenschappen die bijna te mooi zijn om waar te zijn. Het is een duurzaam materiaal dat in water en op kamertemperatuur kan worden verwerkt - en getimed biologisch afbreekbaar is: je kan het in een glas water onmiddellijk zien oplossen, of het kan voor jaren stabiel blijven. Het is eetbaar, het is implanteerbaar in het menselijk lichaam zonder enige immuunrespons. Het wordt zelfs gereïntegreerd in het lichaam. Het is technologisch, het kan toepassingen zoals micro-elektronica, en misschien wel fotonica aan. Het materiaal ziet er zo uit. In feite is dit materiaal dat je ziet, helder en transparant. Het bestaat alleen uit alleen water en proteïne.

Dit materiaal is zijde. Maar een beetje anders dan de zijde die we kennen. Hoe vind je iets dat al zo'n vijf millennia bestaat, opnieuw uit? Het proces van ontdekking vindt vaak zijn inspiratie in de natuur. We verbazen ons over zijderupsen - de zijderups die je hier haar vezel ziet spinnen. De zijderups is een opmerkelijk ding. Ze maakt gebruik van deze twee ingrediënten, proteïne en water, uit haar spinklier, om een uitzonderlijk sterk beschermingsmateriaal te maken - vergelijkbaar met technische vezels zoals Kevlar. In een reverse-engineeringproces waar we vertrouwd mee zijn in de textielindustrie, wikkelt textielindustrie de cocon af en weeft daaruit glamoureuze dingen. We willen weten hoe je van water en proteïnen aan dit vloeibaar Kevlar, dit natuurlijke Kevlar geraakt.

Het gaat om het inzicht hoe je via reverse-engineering van cocon tot klier geraakt en aan het water en proteïne, dat je uitgangsmateriaal is, komt. Dit inzicht kwam ongeveer twee decennia geleden van iemand die - ik ben een gelukzak - mijn medewerker is. David Kaplan. Zo krijgen we deze grondstof. We zetten deze om in de elementaire bouwstenen. Dan gaan we dit gebruiken om allerlei dingen te maken - zoals bijvoorbeeld deze film. We profiteren van iets dat zeer eenvoudig is. Het recept om deze films te maken doet zijn voordeel met iets waar proteïnen buitengewoon goed in zijn. Ze kunnen zichzelf assembleren. Het recept is simpel: je neemt de zijde-oplossing, je giet ze uit, en je wacht tot het proteïne zichzelf assembleert. Dan maak je het proteïne los en je verkrijgt deze film, doordat de proteïnen elkaar vinden als het water verdampt.

Maar ik zei dat de film ook technologisch is. Wat betekent dat? Het betekent dat je hem kunt koppelen met een aantal typisch technologische zaken zoals micro-elektronica en nano-technologie. Het beeld van de DVD hier demonstreert dat zijde heel subtiele topografieën van het oppervlak volgt. Dat betekent dat ze vormen op nanoschaal kan repliceren. Ze zou in staat zijn om de informatie op de DVD te repliceren. We kunnen informatie opslaan op die de film van water en proteïne. We probeerden iets uit en schreven een bericht op een stuk zijde. Hier is de boodschap. Net als bij een DVD kan je ze optisch uitlezen. Dit vereist een stabiele hand. Daarom besloot ik dat op een podium te doen, ten overstaan ​van een duizendtal mensen. Laat eens zien. Zoals je ziet is de film transparant en dan ... (Applaus) De meest opmerkelijke prestatie is dat ik mijn hand lang genoeg kon stilhouden om dat te doen.

Als dit materiaal eenmaal deze eigenschappen heeft, kun je er een heleboel dingen mee doen. Het is eigenlijk niet beperkt tot films. Het materiaal kan allerlei vormen aannemen. Je gaat dan een beetje gek doen en er verschillende optische componenten mee maken, zoals deze microprisma's, die je als reflecterende tape op je loopschoenen hebt. Of je kunt mooie dingen doen en ze op camera vastleggen. Je kunt een derde dimensie aan de film toevoegen. Als je onder de juiste hoek kijkt, kan je een hologram zien verschijnen in deze film van zijde. Maar je kunt ook andere dingen doen. Je kunt je voorstellen dat je misschien een een zuiver proteïne als lichtgeleider kunt gebruiken, en op die manier hebben we optische vezels gemaakt.

Maar zijde is veelzijdig en gaat verder dan optica. Je kunt verschillende vormen bedenken. Als je bijvoorbeeld bang bent om naar de dokter te gaan voor een naaldprik, kunnen we micronaalden gebruiken. Op het scherm zie je een mensenhaar bovenop een naald die van zijde is gemaakt - gewoon om je een gevoel van de grootte ervan te geven. Maar je kunt ook grotere dingen maken. Je kunt tandwielen, bouten en moeren maken - die je bij Whole Foods kunt kopen. Die tandwielen werken ook in water. Je kan aan alternatieve mechanische onderdelen denken. Misschien vind je wel een toepassing voor dat vloeibare Kevlar als je iets sterks nodig hebt om bijvoorbeeld perifere aderen te vervangen, of misschien zelfs een heel bot. Zo heb je hier een voorbeeld van een kleine schedel - laten we hem mini-Yorick noemen. (Gelach) Je kunt er dingen als bekertjes van maken, en als je er wat goud en halfgeleiders aan toevoegt, kan je er sensoren van maken die je op oppervlakken van voedingsmiddelen kan kleven. Je kunt er plooibare elektronica mee maken en er zelfs dingen mee inpakken. Of als je de mode wil volgen, maak je er zijden LEDtatoeages mee.

Veelzijdigheid troef dus in de materiaalvormen van zijde. Maar er zijn nog enkele unieke eigenschappen. Waarom zou je het voor al deze dingen gaan gebruiken? Ik vermeldde het al even: proteïne is biologisch afbreekbaar en biocompatibel. Hier zie je een foto van een weefselsectie. Wat betekent het dat het biologisch afbreekbaar en biocompatibel is? Je kunt het in het lichaam implanteren zonder dat je het geïmplanteerde weer moet weghalen. Dit betekent dat alle apparaten en alle vormen die je eerder hebt gezien, in principe geïmplanteerd en weer geabsorbeerd kunnen worden. Je ziet daar in die weefselsectie in feite een reflectortape. Daardoor ben je 's nachts beter zichtbaar voor auto's. Op dezelfde manier kan je, als je weefsel verlicht, de diepere delen van het weefsel beter zien door die reflecterende tape van zijde. Je ziet dat het gereïntegreerd wordt in het weefsel. Reïntegratie in het menselijk lichaam is niet het enige. Ook reïntegratie in het milieu is belangrijk. Proteïne heeft een beperkte levensduur, en zo'n zijden beker kan zonder schuldgevoel worden weggegooid. (Applaus) In tegenstelling tot de polystyreenbekers die onze stortplaatsen helaas opvullen. Het is eetbaar, zodat je voedsel slim kan verpakken en het voedsel in de verpakking koken. Het smaakt niet goed, daar heb ik nog wat hulp bij nodig.

Maar waarschijnlijk het meest opmerkelijke is dat het volledig recycleerbaar is. Zijde vormt tijdens het zelfassemblageproces een cocon voor biologisch materiaal. Als je het recept wijzigt, en dingen toevoegt bij het gieten - door dingen toe te voegen aan je vloeibare zijdeoplossing - of deze dingen nu enzymen zijn of antilichamen of vaccins, het zelfassemblageproces zorgt ervoor dat de biologische functie van deze bijmengingen behouden blijft. Dat maakt het materiaal actief en interactief voor het milieu. Daardoor kan die schroef waar je te voren aan dacht, worden gebruikt om een bot - een gebroken bot - aan elkaar te schroeven, maar ook om aan datzelfde bot geneesmiddelen af te leveren, terwijl het aan het genezen is bijvoorbeeld. Je zou geneesmiddelen in je portemonnee kunnen bewaren in plaats van in je koelkast. Zo hebben we een zijden kaartje met penicilline in. We hebben penicilline twee maanden lang opgeslagen bij 60 graden Celsius of 140 graden Fahrenheit zonder verlies aan werkzaamheid van de penicilline. Dat zou --- (Applaus) een goed alternatief kunnen zijn voor met zonne-energie gekoelde kamelen. Natuurlijk heeft opslag geen zin als je het niet kan gebruiken.

Een andere unieke eigenschap van dit materiaal is dat deze materialen programmeerbaar afbreekbaar zijn. Hier zie je het verschil. Bovenaan heb je een film die geprogrammeerd is om niet te worden afgebroken en beneden een film die is geprogrammeerd om te worden afgebroken in water. Je ziet dat de film op de bodem vrijgeeft wat erin zit. We krijgen dus wat we eerder hadden opgeslagen, terug. Dit zorgt voor een gecontroleerde afgifte van medicijnen en voor reïntegratie in het milieu van al deze vormen die je hebt gezien.

De 'draad' van de ontdekking is dat we hier een echte draad hebben. We zijn gepassioneerd door dit idee: wat je ook wil doen, of je nu een ader of een bot wil vervangen, of misschien meer duurzame micro-elektronica wil ontwerpen, of misschien koffie wil drinken uit een bekertje en het weggooien zonder scrupules, of je geneesmiddelen bijhouden in je zak, ze afleveren in je lichaam of ze vervoeren door de woestijn, het antwoord kan misschien worden gevonden in een zijdedraad.

Dank je.

(Applaus)