Фиоренцо Оменетто: шелк, древний материал будущего

Спасибо. Я очень рад быть здесь. Я расскажу о материале одновременно старом и новом, который не перестаёт удивлять нас и который может повлиять на наше понятие о науке о материалах, о высоких технологиях, и, возможно, по ходу дела, немного помочь медицине, глобальному здравоохранению и лесовосстановлению. Вот такое смелое заявление. Скажу вам больше. Некоторые характеристики этого материала могут показаться нереально хорошими. Он устойчив. Это устойчивый материал, для его обработки нужна только вода комнатной температуры, легко биоразлагаемый, так что он может у вас на глазах раствориться в стакане воды, а может годами оставаться стабильным. Он съедобен и имплантируется в организм человека, не вызывая иммунной реакции. Фактически он реинтегрируется в организме. И он технологичен, поэтому он применим в микроэлектронике и, возможно, волоконной оптике. И этот материал выглядит примерно так. На самом деле этот материал чист и прозрачен. Он состоит только из воды и белка.

Этот материал – шёлк. Он несколько отличается от того, что мы привыкли думать о шёлке. Итак, вопрос в том, как заново открыть то, что уже было у нас в течение пяти тысячелетий? Процесс открытия, как правило, вдохновляется природой. И поэтому мы восхищаемся шелкопрядами – здесь вы видите гусеницу, прядущую свою нить. Гусеница шелкопряда делает замечательную вещь: при помощи двух компонентов, белка и воды, которые находятся в её железе, она создаёт исключительно жёсткий защитный материал, сравнимый с такими техническими волокнами, как кевлар. И так в процессе обратного инжениринга того, что мы знаем, что нам уже знакомо по текстильной промышленности, которая разматывает коконы и затем ткёт гламурные вещи. Мы хотели понять, как из воды и белка получается этот жидкий кевлар, натуральный кевлар.

Нужно было понять, как правильно провести обратный инжиниринг, перейти от кокона к железе и получить воду и белок, являющийся исходным материалом. И это понимание пришло около двух десятилетий назад от человека, с которым мне очень повезло работать, – это Давид Каплан. Итак, мы получаем исходный материал. Это исходное вещество – это наш строительный материал, и мы изготавливаем из него множество вещей, например, плёнку. Мы пользуемся тем преимуществом, что всё очень просто. В рецепте, как сделать плёнку, используется тот факт, что белки сами по себе работают очень умно. Они находят способ собрать самих себя. Итак, рецепт прост: вы берёте раствор шёлка, наливаете его и ждёте, пока белок соберётся сам. Тогда вы отделяете белок и получаете плёнку, когда молекулы белка находят друг друга, а вода испаряется.

Но я упомянул, что плёнка также технологична. И что это значит? Это значит, что вы можете соединить её с некоторыми из типично технологичных вещей, вроде микроэлектроники и нанотехнологий. Это изображение DVD – чтобы проиллюстрировать тот факт, что шёлк облегает очень мелкие неровности поверхности, то есть, шёлк может повторить их на нано-уровне. Таким образом можно копировать информацию, записанную на DVD. И мы можем хранить информацию на плёнке из воды и белка. Мы решили кое-что попробовать и записать сообщение в куске шёлка, который у меня в руках, и сообщение – в нём. И так же, как в DVD, можно прочитать его оптически. Для этого нужно, чтобы руки не тряслись, вот почему я решил сделать это на сцене на глазах тысячи людей. (Смех в зале) Итак, посмотрим. Как вы видите, плёнка прозрачна и пропускает свет, и вот... (Аплодисменты) Настоящий подвиг заключается в том, что я смог держать руку неподвижно, чтобы всё получилось.

Поэтому, если у вас в распоряжении есть свойства этого материала, вы можете сделать много чего. Всё не ограничивается только плёнками. Материал может принимать самые различные формы. Можно немного посходить с ума и сделать разные оптические компоненты или матрицу из микропризм вроде отражательной ленты у вас на кроссовках. Или можно делать красивые вещи, если только камера сможет снять это, Вы можете добавить третье измерение в плёнке, и если угол правильный, вы сможете увидеть, как в шёлковой плёнке появляется голограмма. Можно делать и другие вещи. Представьте себе, можно использовать чистый белок как световод, поэтому мы сделали оптические волокна.

Но шёлк универсален и выходит за рамки оптики. Можете представить себе разные форматы. Так, например, если вы боитесь идти к врачу, который будет тыкать в вас иголками, мы делаем матрицы микроиголок. Здесь на экране вы видите человеческих волос, наложенный на иглу, сделанную из шёлка – просто чтобы дать вам представление о размере. Можно делать и большие вещи. Можно делать шестерни, гайки и болты, которые продаются в Whole Foods [магазин органических продуктов] Эти шестерни работают и в воде. Задумайтесь об альтернативных механических частях. Можно использовать этот жидкий кевлар для создания прочных вещей, например, заменить периферические сосуды, или, может быть, целые кости. У нас есть здесь маленький пример – небольшой череп, мы зовём его мини-Йорик. (Смех в зале) Но можно делать и стаканы, например, а если добавить немного золота и полупроводников, можно сделать сенсоры, которые клеятся на поверхность продуктов. Можно сделать электронику, которую можно сгибать и сворачивать. Или, если появится такая мода, светодиодные шёлковые татуировки.

Как вы видите, шёлк в смысле формата материала даёт полную универсальность. Но есть ещё несколько уникальных черт. Зачем нам на самом деле делать всё это? Я кратко упомянул это в начале: белок биологически разлагаем и биосовместим. И вы видите, здесь на рисунке срез тканей. Что значит "биоразлагаемый" и "биосовместимый"? Вы можете имплантировать его в тело, и не нужно будет потом извлекать имплант. Это означает, что все устройства, которые вы видели раньше, во всех форматах, в принципе могут быть имплантированы и растворены. На этом срезе тканей вы видите ту самую отражательную ленту. Подобно тому, как ночью вас лучше видно из машины, идея в том, что будет лучше видно, если осветить ткани, вы можете увидеть более глубокие слои ткани, потому что в неё заложена отражательная лента из шёлка. И вы видите, что она реинтегрируется в ткань. Реинтеграция в организм человека – не единственно важная вещь. Важна также реинтеграция в окружающую среду. Итак, у вас есть часы, у вас есть белок, и теперь шелковый стаканчик вроде этого можно выбрасывать без зазрения совести. (Аплодисменты) В отличие от полистироловых стаканчиков, которые, к сожалению, заполняют наши свалки каждый день. Он съедобен, так что вы можете сделать умную упаковку для продуктов и даже готовить пищу вместе с ним. Правда, он невкусный, скорее всего в этом мне понадобится помощь.

Но, наверное, самое замечательное в том, что он проходит полный цикл. Шёлк во время процесса самосборки действует как кокон для биологической материи. И поэтому, если вы измените рецепт, и вы добавите что-то в разливку, то есть вы добавляете в жидкий раствор шёлка такие вещи как ферменты, антитела или вакцины, а процесс самосборки сохраняет биологические функции этих примесей. Так шёлк делает материалы экологически активными и интерактивными. Так что винт, о котором вы позаботитесь заранее, на самом деле можно использовать для стягивания костей – обломков при переломе – и одновременно доставлять туда лекарство прямо в процессе сращивания кости. Или вы могли бы держать лекарства в бумажнике, а не в холодильнике. Мы сделали шёлковые карточки с пенициллином. Мы хранили пенициллин в таком виде при 60°С, или 140°F, в течение двух месяцев без потери эффективности пенициллина. И это могло бы быть... (Аплодисменты) потенциально хорошей альтернативой верблюдам с холодильниками на солнечной энергии. Конечно, нет смысла хранить, если нельзя использовать.

Ещё одна уникальная черта этого материала – его можно запрограммировать на разложение. Итак, как вы видите, здесь есть разница. Плёнка вверху была запрограммирована не разлагаться, плёнка внизу была запрограммирована растворяться в воде. И вы видите, что нижняя плёнка выпускает то, что было в ней. Так можно получать обратно то, что хранилось в шёлке. Это позволяет контролируемо доставлять лекарства и обеспечивать реинтеграцию в окружающую среду всех тех форматов, которые вы видели.

Итак, красной нитью наших исследований действительно является нить. Мы захвачены этой идеей, что можно сделать всё что угодно, хотите ли вы заменить сосуды или кости или продвинуться дальше в микроэлектронике, пить кофе из стаканчика и выбрасывать его без зазрения совести, держать лекарственные препараты в кармане, доставлять их внутрь вашего тела или доставлять их через пустыню, – ответ на все эти вопросы может быть в нити шёлка.

Спасибо.

(Аплодисменты)