Fiorenzo Omenetto: Hodváb, prastarý materiál budúcnosti

Ďakujem. Som nadšený, že tu môžem byť. Porozprávam Vám o staronovom materiáli, ktorý nás neustále uchvacuje, a ktorý môže mať dopad aj na spôsob, akým myslíme o hmotnej vede, o špičkovej technológií - a možno, počas tejto cesty urobiť niečo pre medicínu, globálne zdravie a znovuzalesnenie. Toto je pomerne smelé zhrnutie. Poviem vám o tom niečo viac. Tento materiál má niekoľko rysov, ktoré sú až príliš dokonalé. Je to udržateľné, je to udržateľný materiál, ktorý je spracovaný vo vode, pri izbovej teplote. Je biologicky rozložiteľný v priebehu času, takže môžete vidieť, ako sa okamžite začne rozkladať v pohári vody alebo udržať ho stálym v priebehu rokov. Je jedlý, implantovateľný do ľudského tela bez akýchkoľvek problémov spojených s imunitou. Vlastne sa znovu integruje do tela. A je technologický, takže sa z neho môžu robiť veci ako mikroelektronika, a možno aj fotonika. A tento materiál vyzedá nejako takto. V skutočnosti, materiál, ktorý vidíte je jasný a transparentný. Zložky tohto materiálu sú voda a proteíny.

Tento materiál je hodváb. Takže je to trošku iné, než to, čo sme si pod pojmom hodváb predstavovali. Otázkou zostáva - ako sa dá znovu vynájsť niečo, čo nás obklobuje viac ako päť tisícročí? Tento proces znovuobjavovania je všeobecne inšpirovaný prírodou. Pozastavujeme sa nad hodvábnymi červami - červ, ktorého vidíte spriada vlákno. Hodvábny červ dokáže neuveriteľnú vec: používa dve zložky, proteín a vodu, ktoré sú v jeho žľazách, aby vytvoril výnimočne pevný materiál na ochranu - porovnateľný s technickými vláknami ako kevlar. A tak v spiatočnom procese, teda to, čo o tom vieme a s čo poznáme, pokiaľ ide o textilný priemysel, textilný priemysel rozmotáva tento ochranný obal a potom tka nádherné veci. My chceme zistiť, ako sa z vody a proteínu dostaneme k tomuto tekutému kevlaru, k tomuto prírodnemu kevlaru.

Takže preniknutie do podstaty veci spočíva v tom, ako sa vlastne podarí tento spätný mechanizmus, ako sa dá ísť od zámotku k žľaze ako sa dá získať voda a proteín, čo je váš základný materiál. A toto je nahliadnutie, ktoré vzniklo približne pred dvoma desaťročiami vďaka osobe, s ktorou mám to šťastie spolupracovať, David Kaplan. Takže získame základný materiál. A tento základný materiál je náš základný stavebný kameň. A my ho využívame, aby sme s ním mohli robiť množstvo vecí - ako napríklad film. Využijeme niečo, čo je veľmi jednoduché. Návodom na vznik týchto filmov je využitie skutočnosti, že proteíny sú extrémne šikovné v tom, čo robia. Náchadzajú vlastný spôsob usporiadania sa. Takže návod je veľmi jednoduchý: vezmete hodvábny roztok, rozlejete ho a počkáte, kým sa proteíny samozostavia. Potom oddelíte proteíny a tento film dostanete vďaka tomu, ako sa proteíny vzájomne nachádzajú (tým, že sa voda vyparuje.)

Spomenul som, že film môže byť aj technologický. Čo to znamená? Znamená to, že ho môžete prepojiť s niekoľkými ďalšími vecami, ktoré sú typické pre technológiu, ako napr. mikroelekronika, či nanotechnológia. Tento obrázok DVD ilustruje to, ako hodváb nasleduje veľmi jemné nerovnosti plochy, čo znamená, že dokáže kopírovať rysy na nanoúrovni. Tak že je schopný skopírovať informáciu, ktorá je na DVD. Dokážeme uložiť informáciu, ktorou je film pozostávajúci z vody a proteínov. Vyskúšali sme to a napísali sme správu na kúsok hodvábu, ktorý je práve tu, a ten odkaz je tamto. A podobne ako DVD, môžete ho opticky prečítať. Vyžaduje to stabilnú ruku, preto som sa rozhodol prečítať to na pódiu pred tisíckou ľudí. Pozrime sa na to. Ako vidíte povlak je takmer transparentný, a potom ... (Potlesk) A ten najzaujimavejší výkon je ten, že moja ruka to vydržala dostatočne dlho, aby to dokázala.

Ak raz máte takéto vlastnosti materiálu, dokážete množstvo vecí. Nie je to limitované povlakom. Tento materiál si dokáže osvojiť veľa foriem. A potom vám z toho trošku šibe, preto vytvárate množstvo optických komponentov alebo robíte mikroprismatické zoskupenia, ako napr. reflexný pásik na vašich teniskách. Alebo môžete robiť nádherné veci, ktoré, ak ich dokáže zachytiť fotoaparát, vy ich dokážete vyrobiť. Vláknu môžete pridať tretiu dimenziu. A pokiaľ je uhol pravý, môžete vidieť, ako sa na hodvábnom vlákne zjaví hologram. Môžete však robiť aj iné veci. Môžete si predstaviť, že čistý proteín by možno mohol viesť svetlo, a my sme takto vytvorili optické vlákna.

Ale hodváb je univerzálny a presahuje optiku. A môžete premýšľať o rôznych formách. Takže napríklad, keď sa bojíte ísť k doktorovi na injekciu, urobíme vám mikroinjekčné pole. To, čo vidíte na obrázku je ľudský vlas navrstvený na ihlu, ktorá je vyrobená z hodvábu - len aby ste získlali predstavu o veľkosti. Dokážete aj väčšie úlohy. Môžete vyrobiť spojky, matice a skrutky - ktoré si môžete kúpiť v Whole Foods (obchod s organickými potravinami) Prevodovka funguje aj vo vode. Takže máte na mysli alternatívne mechanické súčiastky. A možno môžete použiť tento tekutý kevlar, keď potrebujete niečo silné, aby ste nahradili periférne žily, napríklad, alebo dokonca celú kosť. A tu máte malý príklad malej lebky - ktorú nazývame mini Yorick (lebka z Hamleta). (Smiech) Môžete robiť veci ako hrnčeky napr., a tak, keď pridáte trošku zlata, pridáte trošku polovodičov môžete vyrobiť senzory, ktoré sa prilepia na povrch jedla. Môžete vytvoriť elektronické kusy ktoré sa prehýbajú a balia. Alebo, keď vás láka viac móda, tak nejaké LED tetovanie.

To je tá všestrannosť, ako vidíte, v materiálnych formách, ktorej je hodváb schopný. Ešte stále mám v zálohe niekoľko jedinečných charakteristík. Myslím tým, prečo by ste chceli naozaj robiť všetky tieto veci? Krátko som to spomenul na začiatku - proteíny sú biologicky rozložiteľné a kompatibilné. Tu môžete vidieť prierez tkaniva. Čo to vlastne znamená, že je biologicky rozložiteľný a biokompatibilný? Môžete ho implantovať do tela bez toho, aby ste to neskôr museli napravovať. To znamená, že všetky nástroje, ktoré ste tu pred chvíľkou videli a všetky tie formáty vo svojej podstate môžu byť implantovateľné a rovnako sa môžu aj rozložiť. To, čo vidíte v reze tkaniny, je vlastne reflexná páska. Takže, veľmi podobne, ako ked idete v noci autom a je vás vidieť, tou myšlienkou je, že keď osvetlíte tkaninu, môžete vidieť hlbšie časti tkaniny pretože tam je tá reflexná páska vyrobená z hodvábu. Ako vidíte, je reintegrovaná v tej tkanine. A reintegrácia v ľudskom tele nie je to jediné. Ale reintegrácia do prostredia je dôležitá. Takže máte hodiny, máte proteín, a teraz aj takýto hodvábny hrnček môžete vyhodiť bez akéhokoľvek pocitu viny. (Potlesk) Nie ako polystyrénové hrnčeky, ktoré, bohužiaľ, každodenne zapĺňajú naše skládky. Je jedlý, takže môžete vyrobiť takéto šikovné balenie jedla, ktoré môžete uvariť spolu s jedlom. Nechutí to dobre, s týmto budem potrebovať trošku pomôcť.

Ale pravdepodobne najpozoruhodnejšia vec je, že sa takto uzatvára kruh. Hodváb, počas samousporiadania, sa správa ako ochranný obal v biologických záležitostiach. A tak, ak môžete zmeniť návod, a pridáte veci, keď to rozlievate - takže pridáte veci do tekutého roztoku - týmito vecami sú enzýmy alebo protilátky, či vakcíny, samousporiadací proces chrání biologickú funkciu od týchto legovacích látok. Takže tieto materiály sú enviromentálne aktívne a interaktívne. Takže tá skrutka, na ktorú ste pred chvíľou mysleli môže byť rovnako použitá na to, aby dala dokopy kosť - zlomenú kosť - a súčasne doručila lieky, napríklad kým sa vaša kosť hojí. Alebo si môžete lieky vložiť do peňaženky namiesto do chladničky. Vyrobili sme hodvábnu kartičku obsahujúcu penicilín. Uložili sme penicilín na 60 stupňoch Celsia, takže 140 stupňov Fahrenheit, na dva mesiace bez toho, aby sme stratili efektivitu penicilínu. A to by mohlo byť - (Potlesk) to by mohla byť potenciálne dobrá alternatíva pre solárne hnané chladiace stroje nosené ťavami. A samozrejme, že je vám na nič úschova, ktorú nemôžete využiť.

A tu sa nám ukáže ďalšia jedinečná charakteristika tohto materiálu a to, že tento materiál je programovateľne rozložiteľný. A čo tu môžete vidieť, to je ten rozdiel. Na počiatku máte povlak, ktorý bol naprogramovaný, aby nedegradoval, a na konci máte povlak, ktorý bol naprogramovaný, aby sa rozložil vo vode. A to, čo vidíte je, že na konci tento povlak uvoľní to, čo je v ňom. Takže to dovoľuje opätovné získanie toho, čo ste v tom predtým uložili. A toto nám dovoľuje kontrolované dávkovanie liekov a reintegráciu do prostredia všetkých tých foriem, ktoré ste mohli vidieť.

Takže to objavené vlákno, ktoré máme, je skutočne len vlákno. My sme pohltení myšlienkou, že čokoľvek chcete urobiť, či už chcete nahradiť žilu alebo kosť, alebo možno byť viac udržateľný v mikroelektronike, či piť kávu z hrnčeka, ktorý môžete bez akýchkoľvek výčitok vyhodiť, možno nosiť lieky vo vrecku, uvoľniť ich vo vnútri vášho tela alebo doručiť ich naprieč celou púšťou, odpoveďou môže byť hodvábne vlákno.

Ďakujem.

(Potlesk)