Fiorenzo Omenetto: Silk, the ancient material of the future

Fiorenzo Omenetto: Seide, ein altes Material für die Zukunft

Übersetzung: TeeKay Kreissig Lektorat: Alex Boos

Thank you.

Danke.

I'm thrilled to be here.

Ich bin überglücklich, hier zu sein.

I'm going to talk about a new, old material

Ich werde über ein neues altes Material sprechen,

that still continues to amaze us,

das uns immer wieder erstaunt

and that might impact the way we think

und das unser Denken beeinflussen könnte

about material science, high technology --

über Materialkunde, Hochtechnologie –

and maybe, along the way,

und vielleicht nebenbei auch einiges für Medizin,

also do some stuff for medicine and for global health and help reforestation.

Weltgesundheit und Wiederaufforstung bewirkt

So that's kind of a bold statement.

Das ist irgendwie eine sehr mutige Aussage.

I'll tell you a little bit more.

Ich erzähle euch ein bisschen mehr.

This material actually has some traits that make it seem almost too good to be true.

Es hat Eigenschaften, die scheinen zu schön um wahr zu sein

It's sustainable; it's a sustainable material

Es ist nachhaltig – es ist ein nachhaltiges Material

that is processed all in water and at room temperature --

das in Wasser und bei Raumtemberatur verarbeitet werden kann –

and is biodegradable with a clock,

es zersetzt sich mit präzise wie ein Uhrwerk,

so you can watch it dissolve instantaneously in a glass of water

man kann ihm beim Auflösen in einem Glas Wasser zusehen,

or have it stable for years.

oder es über Jahre hinaus stabil halten.

It's edible; it's implantable in the human body

Es ist essbar, im menschlichen Körper implantierbar

without causing any immune response.

ohne dass es irgendwelche Immunreaktionen hervorruft.

It actually gets reintegrated in the body.

Es wird sogar vom Körper aufgenommen.

And it's technological,

Es ist technologisch,

so it can do things like microelectronics,

so dass es in der Mikroelektronik einsetzbar ist,

and maybe photonics do.

vielleicht auch in der Photonik.

And the material

Das Material

looks something like this.

sieht irgendwie so aus.

In fact, this material you see is clear and transparent.

Tatsächlich ist das Material, das ihr seht, klar und transparent.

The components of this material are just water and protein.

Seine Komponenten sind nur Wasser und Proteine.

So this material is silk.

Dieses Material ist Seide.

So it's kind of different

Es ist irgendwie anders als das,

from what we're used to thinking about silk.

was wir uns gewöhnlich unter Seide vorstellen.

So the question is, how do you reinvent something

Die Frage ist, wie man etwas neu erfindet,

that has been around for five millennia?

das es seit ungefähr 5000 Jahren gibt.

The process of discovery, generally, is inspired by nature.

Der Weg dieser Entdeckung ist von der Natur inspiriert.

And so we marvel at silk worms --

Wir bestaunen die Seideraupe,

the silk worm you see here spinning its fiber.

die ihr hier beim Faserspinnen seht.

The silk worm does a remarkable thing:

Die Seideraupe macht etwas bemerkenswertes:

it uses these two ingredients, protein and water,

sie benutzt zwei Zutaten, Proteine und Wasser,

that are in its gland,

die in ihrer Spinndrüse sind,

to make a material that is exceptionally tough for protection --

um ein Material zu schaffen, das als Schutz außergewöhnlich hart ist,

so comparable to technical fibers

vergleichbar mit technischen Fasern

like Kevlar.

wie Kevlar.

And so in the reverse engineering process

In der Umkehrung eines Herstellungsprozesses,

that we know about,

den wir kennen,

and that we're familiar with,

und mit dem wir aus der

for the textile industry,

Textilindustrie vertraut sind,

the textile industry goes and unwinds the cocoon

die den Kokon auseinanderwickelt

and then weaves glamorous things.

und daraus glamouröse Dinge webt,

We want to know how you go from water and protein

wollen wir wissen, wie man aus Wasser und Proteinen

to this liquid Kevlar, to this natural Kevlar.

dieses flüssige, natürliche Kevlar erhält.

So the insight

Die Erkenntnis besteht also darin,

is how do you actually reverse engineer this

wie man diesen Prozess wirklich umkehrt

and go from cocoon to gland

also vom Kokon zur Spinndrüse geht

and get water and protein that is your starting material.

und Wasser und Protein als Ausgangsmateralien erhält.

And this is an insight

Diese Erkenntnis

that came, about two decades ago,

hatte vor ungefähr zwei Jahrzenten jemand,

from a person that I'm very fortunate to work with,

mit dem ich glücklicherweise zusammenarbeiten darf:

David Kaplan.

David Kaplan.

And so we get this starting material.

Und so erhalten wir dieses Ausgangsmaterial.

And so this starting material is back to the basic building block.

Es wird wieder zum Grundbaustein.

And then we use this to do a variety of things --

Wir benutzen es, um eine Vielzahl von Dingen herzustellen,

like, for example, this film.

wie zum Beispeil dünne Filme.

And we take advantage of something that is very simple.

Wir nutzen dafür einen ganz einfachen Vorteil.

The recipe to make those films

Das Herstellungsrezept dieser Filme

is to take advantage of the fact

nutzt die Tatsache

that proteins are extremely smart at what they do.

dass Proteine sich sehr geschickt verhalten.

They find their way to self-assemble.

Sie finden ihren eigenen Weg, sich zusammenzufügen.

So the recipe is simple: you take the silk solution, you pour it,

Das Rezept ist einfach: man nimmt die Seidelösung, gießt sie um,

and you wait for the protein to self-assemble.

und wartet, bis die Proteine sich selbst sortiert haben.

And then you detach the protein and you get this film,

Dann zieht man die Proteine ab und erhält diesen Film,

as the proteins find each other as the water evaporates.

während die Proteine einander beim Verdunsten finden.

But I mentioned that the film is also technological.

Aber ich erwähnte, dass dieser Film auch technologisch ist.

And so what does that mean?

Was heißt das ?

It means that you can interface it

Das bedeutet, dass man ihn mit etwas verkoppeln kann,

with some of the things that are typical of technology,

mit typisch technologisch Dingen wie

like microelectronics and nanoscale technology.

Mikroelektronik und Nanotechnologie.

And the image of the DVD here

Das Bild dieser DVD hier

is just to illustrate a point

soll nur veranschaulichen,

that silk follows very subtle topographies of the surface,

dass Seide feinsten Oberflächenstrukturen folgt,

which means that it can replicate features on the nanoscale.

also Eigenschaften auch auf Nanoebene wiedergeben kann.

So it would be able to replicate the information

Seide könnte also Informationen

that is on the DVD.

auf dieser DVD wiedergeben.

And we can store information that's film with water and protein.

Und wir können Information auf einem Wasser-Protein-Film speichern.

So we tried something out, and we wrote a message in a piece of silk,

Also haben wir ausprobiert, eine Nachricht in ein Stück Seide zu schreiben,

which is right here, and the message is over there.

das hier ist – die Nachricht ist dort drüben.

And much like in the DVD, you can read it out optically.

Genau wie bei einer DVD kann man sie optisch auslesen.

And this requires a stable hand,

Das erfodert eine ruhige Hand,

so this is why I decided to do it onstage in front of a thousand people.

und so beschloss ich, es auf offener Bühne vor tausend Leuten zu tun.

So let me see.

Lasst mich mal sehen.

So as you see the film go in transparently through there,

Ihr sehr also wie der Film hier transparent durchgeht,

and then ...

und dann ...

(Applause)

(Applaus)

And the most remarkable feat

Das Bemerkenswerteste ist aber,

is that my hand actually stayed still long enough to do that.

dass meine Hand lange genug ruhig geblieben ist.

So once you have these attributes

Wenn man einmal über die Eigenschaften

of this material,

dieses Materials verfügt,

then you can do a lot of things.

kann man vieles anstellen.

It's actually not limited to films.

Es ist nicht auf Filme beschränkt.

And so the material can assume a lot of formats.

Dieses Material kann viele Formen annehmen.

And then you go a little crazy, and so you do various optical components

Du spinnst ein bisschen herum und baust optische Komponenten

or you do microprism arrays,

oder Mikroprismen-Felder,

like the reflective tape that you have on your running shoes.

wie die Reflektorenbänder in Deinen Laufschuhen.

Or you can do beautiful things

Oder Du erzeugst schöne Dinge

that, if the camera can capture, you can make.

wie dies hier, falls die Kamera das einfangen kann.

You can add a third dimensionality to the film.

Du kannst dem Film eine dritte Dimension hinzufügen.

And if the angle is right,

Und wenn der Winkel stimmt

you can actually see a hologram appear in this film of silk.

taucht hier ein Hologramm im Seidenfilm auf.

But you can do other things.

Aber Du kannst noch andere Sachen machen.

You can imagine that then maybe you can use a pure protein to guide light,

Du kanst Dir vorstellen, vielleicht ein reines Protein als Lichtleiter zu nutzen,

and so we've made optical fibers.

und so haben wir "Glasfasern" hergestellt.

But silk is versatile and it goes beyond optics.

Aber Seide ist vielseitig und geht über Optik hinaus.

And you can think of different formats.

Du kannst an andere Formen denken.

So for instance, if you're afraid of going to the doctor and getting stuck with a needle,

Wenn Du zum Beispiel zum Arzt gehst, und Angst hast, eine Spritze zu bekommen

we do microneedle arrays.

bauen wir Mikronadel-Reihen.

What you see there on the screen is a human hair

Hier auf dem Schirm seht ihr ein menschliches Haar

superimposed on the needle that's made of silk --

von einer Seidennadel überlagert,

just to give you a sense of size.

nur um Euch ein Gefühl für die Größenordnung zu geben.

You can do bigger things.

Du kannst größere Dinge machen.

You can do gears and nuts and bolts --

Getriebe, Schrauben, Muttern

that you can buy at Whole Foods.

die Du beim Lebensmittelhändler kaufen kannst.

And the gears work in water as well.

Die Getriebe arbeiten auch unter Wasser.

So you think of alternative mechanical parts.

Du kannst über alternative mechanische Teile nachdenken.

And maybe you can use that liquid Kevlar if you need something strong

Vielleicht kannst Du das flüssige Kevlar nutzen, wenn Du etwas starkes brauchst,

to replace peripheral veins, for example,

zum Beispiel um Venen zu ersetzen,

or maybe an entire bone.

oder einen ganzen Knochen.

And so you have here a little example

Hier habt ihr ein kleines Beispiel

of a small skull --

eines winzigen Schädels,

what we call mini Yorick.

den wir Mini-Yorick nennen.

(Laughter)

(Gelächter)

But you can do things like cups, for example,

Du kannst auch Becher herstellen,

and so, if you add a little bit of gold, if you add a little bit of semiconductors

und, mit ein wenig zugefügtem Gold und ein paar Halbleitern

you could do sensors that stick on the surfaces of foods.

Sensoren, die auf der Oberfläche von Nahrungsmitteln kleben.

You can do electronic pieces

Du kannst elektronische Teile herstellen

that fold and wrap.

die sich falten und wickeln lassen

Or if you're fashion forward, some silk LED tattoos.

Oder, wenn Du Mode magst, seidene LED-Tattoos.

So there's versatility, as you see,

Ihr erkennt die Vielseitigkeit

in the material formats,

in den Materialformaten,

that you can do with silk.

die man mit Seide erzeugen kann.

But there are still some unique traits.

Es gibt aber weitere einzigartige Eigenschaften.

I mean, why would you want to do all these things for real?

Ich meine, warum sollte man all diese Sachen überhaupt machen?

I mentioned it briefly at the beginning;

Ich habe es zu Anfang kurz erwähnt:

the protein is biodegradable and biocompatible.

Eiweiß ist biologisch abbaubar und kompatibel.

And you see here a picture of a tissue section.

Hier seht ihr ein Bild eines Gewebeschnitts.

And so what does that mean, that it's biodegradable and biocompatible?

Was heißt nun biologisch abbaubar und biologisch kompatibel ?

You can implant it in the body without needing to retrieve what is implanted.

Man kann es in den Körper einsetzen, ohne das Implantat wieder herausholen zu müssen.

Which means that all the devices that you've seen before and all the formats,

Das bedeutet, dass all diese Werkzeuge, die ihr vorher gesehen habt,

in principle, can be implanted and disappear.

im Prinzip implatiert werden können und dann verschwinden.

And what you see there in that tissue section,

Was ihr hier in der Gewebeprobe seht,

in fact, is you see that reflector tape.

ist tatsächlich das Reflektorenband.

So, much like you're seen at night by a car,

So, wie man nachts von einem Auto gesehen wird,

then the idea is that you can see, if you illuminate tissue,

kannst Du, wenn Du Gewebe beleuchtest

you can see deeper parts of tissue

tiefere Gewebschichten erkennen

because there is that reflective tape there that is made out of silk.

weil da dieses Reflektorband aus Seide ist.

And you see there, it gets reintegrated in tissue.

Hier seht ihr, wie es vom Gewebe aufgenommen wird.

And reintegration in the human body

Und Reintegration in den menschlichen Körper

is not the only thing,

ist nicht das Einzige.

but reintegration in the environment is important.

Die Reintegration in die Umwelt ist wichtig.

So you have a clock, you have protein,

Man hat Eiweiße mit eingebauter Uhr,

and now a silk cup like this

und jetzt kann einen Seidenbecher wie dieser

can be thrown away without guilt --

ohne Schuldgefühl weggeworfen werden.

(Applause)

(Applaus)

unlike the polystyrene cups

Anders als diese Styroporbecher

that unfortunately fill our landfills everyday.

die unsere Müllhalden leider täglich füllen.

It's edible,

Es ist essbar,

so you can do smart packaging around food

für intelligente Lebensmittel-Verpackungen,

that you can cook with the food.

die Du mitkochen kannst.

It doesn't taste good,

Es schmeckt nicht gut,

so I'm going to need some help with that.

da brauche ich noch etwas Hilfe.

But probably the most remarkable thing is that it comes full circle.

Das Bemerkenswerteste ist vielleicht der mögliche komplette Kreislauf.

Silk, during its self-assembly process,

Während ihres Selbst-Zusammenbaus

acts like a cocoon for biological matter.

dient Seide als Kokon für Biomaterie.

And so if you change the recipe,

Wenn man das Rezept ändert

and you add things when you pour --

und Dinge beim Giessen zufügt

so you add things to your liquid silk solution --

– Reagentien zur Seidenlösung zufügt –

where these things are enzymes

ob das nun Enzyme,

or antibodies or vaccines,

Antikörper oder Impfstoffe sind,

the self-assembly process

bleibt beim Selbst-Zusammenbau

preserves the biological function of these dopants.

die biologische Funktion der Wirkstoffe erhalten.

So it makes the materials environmentally active

Es macht die Materialien umweltaktiv

and interactive.

und interaktiv.

So that screw that you thought about beforehand

Die Schraube, an die Du zuerst dachtest,

can actually be used

kann dazu genutzt werden

to screw a bone together -- a fractured bone together --

einen gebrochenen Knochen zusammenzuschrauben

and deliver drugs at the same,

und gleichzeitig die Medikamente liefern

while your bone is healing, for example.

während Dein Knochen heilt.

Or you could put drugs in your wallet and not in your fridge.

Medikamente wären im Geldbeutel statt im Kühlschrank aufbewahrbar.

So we've made a silk card

Aso haben wir eine Seidenkarte

with penicillin in it.

mit Penicillin im Inneren hergestellt.

And we stored penicillin at 60 degrees C,

Wir haben Penicillin bei 60° Celsius gelagert

so 140 degrees Fahrenheit,

also 140° Fahrenheit,

for two months without loss of efficacy of the penicillin.

2 Monate lang, ohne Wirkverlust des Penicillins.

And so that could be ---

Das könnte also –

(Applause)

(Applaus)

that could be potentially a good alternative

könnte möglicherweise eine gute Alternative

to solar powered refrigerated camels. (Laughter)

zu "solarbetriebenen Kühl-Kamelen" sein.

And of course, there's no use in storage if you can't use [it].

Selbstverständlich ist Lagerung sinnlos, wenn man nichts verbrauchen kann.

And so there is this other unique material trait

Eine andere einzigartige Materialeigenschaft ist,

that these materials have, that they're programmably degradable.

dass man den Zerfall des Materials programmieren kann.

And so what you see there is the difference.

Hier sehr Ihr den Unterschied.

In the top, you have a film that has been programmed not to degrade,

Oben, einen Seidenfilm, der programmiert wurde, sich nicht zu zersetzen,

and in the bottom, a film that has been programmed to degrade in water.

und unten, einen Film, der auf Zerfall in Wasser programiert wurde.

And what you see is that the film on the bottom

Wie ihr seht, entlässt der Film unten

releases what is inside it.

das, was sich in ihm befindet.

So it allows for the recovery of what we've stored before.

So erhält man wieder, was in ihm aufbewahrt wurde.

And so this allows for a controlled delivery of drugs

Dies ermöglicht kontrollierte Medikamentenabgabe

and for reintegration in the environment

und die Reintegration in die Umwelt

in all of these formats that you've seen.

aller Formate, die ihr hier gesehen habt.

So the thread of discovery that we have really is a thread.

Unser Entdeckungsfaden ist also tatsächlich ein Faden.

We're impassioned with this idea that whatever you want to do,

Wir sind begeistert von der Idee, dass was auch immer Ihr wollt,

whether you want to replace a vein or a bone,

eine Vene oder einen Knochen ersetzen,

or maybe be more sustainable in microelectronics,

nachhaltigere Werkstofe in der Mikroelektronik,

perhaps drink a coffee in a cup

vielleicht eine Tasse Kaffee,

and throw it away without guilt,

die ohne Schuldgefühl wegwerfbar ist,

maybe carry your drugs in your pocket,

Medikamente in der Hosentasche zu haben,

deliver them inside your body

sie im Körper freizusetzen,

or deliver them across the desert,

oder sie durch die Wüste zu transportieren

the answer may be in a thread of silk.

die Antwort in einem seidenen Faden liegen mag.

Thank you.

Danke

(Applause)

(Applaus)