Two hundred years of modern science. We have to admit that our performance is not great. The machines we build continue to suffer from mechanical failures. The houses we build do not survive severe earthquakes. But we shouldn't be so critical of our scientists for a simple reason: they didn't have much time. Two hundred years is not a lot of time, while nature had three billion years to perfect some of the most amazing materials, that we wish we had in our possession. Remember, these materials carry a quality assurance of three billion years.
Hai trăm năm là tuổi của nền khoa học hiện đại. Phải nói ra rằng thành tích của chúng ta không tốt lắm. Máy móc của chúng ta vẫn bị hỏng hóc. Nhà của chúng ta không trụ được qua các trận động đất lớn. Nhưng chúng ta không nên trách các nhà khoa học vì đơn giản rằng: họ chưa có nhiều thời gian. 200 năm không phải là thời gian quá dài, trong khi thiên nhiên đã có 3 tỷ tuổi để làm ra được một vài chất liệu tuyệt vời nhất, mà chúng ta mơ ước sở hữu. Hãy nhớ, những vật liệu này đã được kiểm tra chất lượng qua 3 tỷ năm.
Take, for example, sequoia trees. They carry hundreds of tons for hundreds of years in cold weather, in warm climates, UV light. Yet, if you look at the structure by high-resolution electron microscopy, and you ask yourself, what is it made of, surprisingly, it's made of sugar. Well, not exactly as we drink in our tea. It's actually a nanofiber called nanocrystalline cellulose. And this nanocrystalline cellulose is so strong, on a weight basis, it's about 10 times stronger than steel. Yet it's made of sugar.
Ví dụ về cây củ tùng. Chúng mang nặng cả trăm tấn trong thời gian hàng trăm năm ở mọi thời tiết lạnh, nóng, dưới tia tử ngoại. Còn nữa, nếu nhìn cấu trúc dưới kính hiển vi điện tử có độ phân giải cao và bạn tự hỏi, nó được làm từ thứ gì, thật ngạc nhiên, nó được làm từ đường. Không giống loại đường ta uống trà. Nó là một dạng sợi nano được gọi là cellulose nanocrystalline . Cellulose Nanocrystalline này rất cứng, nếu lấy cùng khối lượng, nó cứng gấp 10 lần thép. Và nó được làm từ đường.
So scientists all over the world believe that nanocellulose is going to be one of the most important materials for the entire industry. But here's the problem: say you want to buy a half a ton of nanocellulose to build a boat or an airplane. Well, you can Google, you can eBay, you can even Alibaba. You won't find it. Of course, you're going to find thousands of scientific papers -- great papers, where scientists are going to say this is a great material, there are lots of things we can do with it. But no commercial source.
Thế là các nhà khoa học trên toàn thế giới tin rằng nanocenlluose sẽ trở thành vật liệu quan trọng nhất cho toàn bộ ngành công nghiệp. Nhưng đây là vấn đề: hãy nói bạn muốn mua nửa tấn nanocellulose để làm thuyền hay máy bay. Bạn có thể lên Google, eBay, thậm chí trên Alibaba. Bạn sẽ không tìm thấy. Đương nhiên, bạn sẽ tìm thấy hàng nghìn bài báo khoa học -- những tạp chí danh tiếng, các nhà khoa học nói đó là một vật liệu tuyệt vời, với nó, ta có thể làm được nhiều thứ. Nhưng không có nguồn hàng.
So we at the Hebrew University, together with our partners in Sweden, decided to focus on the development of an industrial-scale process to produce this nanocellulose. And, of course, we didn't want to cut trees. So we were looking for another source of raw material, and we found one -- in fact, the sludge of the paper industry. The reason: there is a lot of it. Europe alone produces 11 million tons of that material annually. It's the equivalent of a mountain three kilometers high, sitting on a soccer field. And we produce this mountain every year. So for everybody, it's an environmental problem, and for us, it's a gold mine.
Vậy ở Đại học Hebrew, cùng với đối tác tại Thụy Điển, chúng tôi đã quyết định tập trung vào sự phát triển quy trình quy mô công nghiệp để sản xuất nanocellulose. Và đương nhiên, chúng tôi không muốn chặt cây. Thế là chúng tôi tìm kiếm một nguồn khác từ vật liệu thô, và chúng tôi đã tìm được một nguồn -- đó chính là bùn của công nghiệp giấy. Lý do: loại bùn này có rất nhiều. Riêng châu Âu tạo ra 11 triệu tấn chất này mỗi năm. Nó tương đương với một quả núi cao 3 km, với diện tích bằng một sân bóng đá. Chúng ta tạo ra quả núi này mỗi năm. Vậy đối với mọi người, đó là một vấn đề môi trường, và đối với chúng tôi, đó là mỏ vàng.
So now, we are actually producing, on an industrial scale in Israel, nanocellulose, and very soon, in Sweden. We can do a lot of things with the material. For example, we have shown that by adding only a small percent of nanocellulose into cotton fibers, the same as my shirt is made of, it increases its strength dramatically. So this can be used for making amazing things, like super-fabrics for industrial and medical applications. But this is not the only thing. For example, self-standing, self-supporting structures, like the shelters that you can see now, actually are now showcasing in the Venice Biennale for Architecture.
Vậy bây giờ ở Israel, chúng tôi đang sản xuất trên quy mô công nghiệp chất nanocellulose, và sắp tới đây sẽ sản xuất ở Thụy Điển. Chúng tôi có thể làm nhiều thứ với vật liệu này. Ví dụ, chúng tôi đã chỉ ra rằng bằng cách thêm một lượng nhỏ nanocellulose vào sợi coton giống như sợi trên áo sơ mi của tôi, nó làm tăng độ bền lên gấp bội. Vậy chất này có thể dùng để làm những thứ thật tuyệt vời, như vải đệm trong công nghiệp và ứng dụng y khoa. Nhưng không chỉ có thế. Ví dụ, cấu trúc kiến trúc tiền chế, khung chịu lực, như nhà lều mà bạn thấy đây, chúng đang được trưng bày tại khu kiến trúc của Venice Biennale.
Nature actually didn't stop its wonders in the plant kingdom. Think about insects. Cat fleas, for example, have the ability to jump about a hundred times their height. That's amazing. It's the equivalent of a person standing in the middle of Liberty Island in New York, and in a single jump, going to the top of the Statue of Liberty. I'm sure everybody would like to do that. So the question is: How do cat fleas do it?
Thiên nhiên không dừng lại ở phần tuyệt vời trong thế giới thực vật. Hãy nghĩ về côn trùng. Ví dụ, bọ chét mèo có khả năng nhảy cao gấp 100 lần chiều cao cơ thể của chúng. Thật tuyệt vời. Có nghĩa là tương đương với 1 người đứng giữa đảo Liberty ở bến cảng New York, rồi tung người, bay qua đầu tượng Nữ Thần Tự Do. Tôi chắc chắn mọi người đều thích làm được như vậy. Vậy câu hỏi được đặt ra là: Làm sao loài bọ chét đó làm được?
It turns out, they make this wonderful material, which is called resilin. In simple words, resilin, which is a protein, is the most elastic rubber on Earth. You can stretch it, you can squish it, and it doesn't lose almost any energy to the environment. When you release it -- snap! It brings back all the energy. So I'm sure everybody would like to have that material. But here's the problem: to catch cat fleas is difficult.
Hóa ra cơ thể chúng tạo ra được chất liệu tuyệt vời này, được gọi là resilin. Nói cách đơn giản, reslin, một loại protein, là cao su đàn hồi nhất trên Trái Đất. Bạn có thể kéo căng nó bạn có thể bóp méo nó, và hầu như nó không mất một tí năng lượng nào ra ngoài môi trường. Khi bạn thả tay ra -- bụp một phát! Nó trả lại tất cả năng lượng bạn vừa truyền vào. Vậy tôi nghĩ mỗi người sẽ thích có được chất liệu này. Nhưng có 1 vấn đề: bắt một con bọ chét mèo rất khó.
(Laughter)
(Cười)
Why? Because they are jumpy.
Tại sao? Vì nó nhảy giỏi quá.
(Laughter)
(Cười)
But now, it's actually enough to catch one. Now we can extract its DNA and read how cat fleas make the resilin, and clone it into a less-jumpy organism like a plant. So that's exactly what we did. Now we have the ability to produce lots of resilin.
Rồi bạn cũng bắt được một con thật. Chúng ta trích lấy ADN của nó và xem thử làm thế nào bọ chét mèo tạo ra resilin, rồi bạn cấy ADN đó vào một tổ chức sống không quá đặc biệt như một loài cây cỏ. Đó là điều chúng tôi đã làm. Bây giờ chúng tôi có khả năng tạo ra nhiều resilin.
Well, my team decided to do something really cool at the university. They decided to combine the strongest material produced by the plant kingdom with the most elastic material produced by the insect kingdom -- nanocellulose with resilin. And the result is amazing. This material, in fact, is tough, elastic and transparent. So there are lots of things that can be done with this material. For example, next-generation sport shoes, so we can jump higher, run faster. And even touch screens for computers and smartphones, that won't break.
Đội của tôi quyết định làm điều gì đó thật hay tại trường đại học. Chúng tôi quyết định ghép chất liệu mạnh mẽ nhất được tạo ra từ thực vật với chất đàn hồi nhất được tạo ra từ côn trùng -- tức là nonocellulose và resinlin. Kết quả thật tuyệt vời. Chất được tạo ra rất cứng, đàn hồi và trong suốt. Thế là có nhiều thứ có thể làm với chất liệu này. Ví dụ giày thể thao thế hệ tiếp theo, với loại giày này ta có thể nhảy cao hơn, chạy nhanh hơn. Thậm chí để làm màn hình cảm ứng cho máy tính hay điện thoại thông minh, Nó sẽ không bị vỡ.
Well, the problem is, we continue to implant synthetic implants in our body, which we glue and screw into our body. And I'm going to say that this is not a good idea. Why? Because they fail. This synthetic material fails, just like this plastic fork, that is not strong enough for its performance. But sometimes they are too strong, and therefore their mechanical properties do not really fit their surrounding tissues.
Còn vấn đề với việc cấy ghép, chúng ta cần đưa những bộ phận nhân tạo vào trong cơ thể, phải dán keo và bắt ốc vít những bộ phận đó vào cơ thể ta. Tôi sẽ nói rằng đó không phải là một ý hay. Tại sao? Vì không thành công được. Chất tổng hợp sẽ không làm gì được, giống như chiếc nĩa nhựa này, nó không đủ cứng để chịu được lực ép vào. Nhưng đôi khi chúng cứng quá, vì thế thuộc tính cơ học của chúng không phù hợp với các mô bao xung quanh.
But in fact, the reason is much more fundamental. The reason is that in nature, there is no one there that actually takes my head and screws it onto my neck, or takes my skin and glues it onto my body. In nature, everything is self-assembled. So every living cell, whether coming from a plant, insect or human being, has a DNA that encodes for nanobio building blocks. Many times they are proteins. Other times, they are enzymes that make other materials, like polysaccharides, fatty acids. And the common feature about all these materials is that they need no one. They recognize each other and self-assemble into structures -- scaffolds on which cells are proliferating to give tissues. They develop into organs, and together bring life.
Nhưng thật ra, còn có lý do cơ bản hơn nữa. Lý do là trong tự nhiên, không ai lấy đầu tôi đặt lên cổ tôi rồi bắt vít, hoặc lấy da tôi rồi dán lên cơ thể tôi. Trong tự nhiên, mọi thứ phải tự lắp ráp. Vậy mỗi tế bào sống, ở thực vật, côn trùng hay ở người, có một gen được mã hóa cho một khối cấu tạo sinh học nano. Nhiều lúc chúng là protein. Lúc khác, chúng là enzyme tạo ra những chất liệu khác, như polysaccharides, axit béo. Đặc tính phổ biến của tất cả các chất này là chúng không kết hợp với bất kỳ chất nào khác. Chúng tự nhận ra nhau và tự kết hợp thành kết cấu -- tạo thành khung ở đó các tế bào sinh sôi và tạo ra mô. Chúng phát triển thành cơ quan và kết hợp lại để tạo thành sự sống.
So we at the Hebrew University, about 10 years ago, decided to focus on probably the most important biomaterial for humans, which is collagen. Why collagen? Because collagen accounts for about 25 percent of our dry weight. We have nothing more than collagen, other than water, in our body. So I always like to say, anyone who is in the replacement parts of human beings would like to have collagen.
Tại Đại Học Hebrew, cách đây 10 năm, chúng tôi đã quyết định tập trung vào chất liệu sinh học quan trọng nhất cho người, đó là collagen. Tại sao lại là collagen? Vì collagen chiếm 25% trọng lượng khô của cơ thể chúng ta. Trong cơ thể, chúng ta không có gì nhiều hơn collagen, ngoài nước. Cho nên tôi hay nói, bất kỳ chất gì thay thế các bộ phận của cơ thể người đều có chứa collagen.
Admittedly, before we started our project, there were already more than 1,000 medical implants made of collagen. You know, simple things like dermal fillers to reduce wrinkles, augment lips, and other, more sophisticated medical implants, like heart valves. So where is the problem? Well, the problem is the source. The source of all that collagen is actually coming from dead bodies: dead pigs, dead cows and even human cadavers. So safety is a big issue. But it's not the only one. Also, the quality.
Phải thừa nhận rằng trước khi chúng tôi bắt đầu dự án, đã có trên 1000 loại cấy ghép được làm từ collagen. Bạn biết không, nó đơn giản như chất độn da để xóa nếp nhăn, làm căng môi, và nhiều thứ cấy ghép phức tạp khác như van tim. Vậy vấn đề ở đâu? Vấn đề là nguồn chất liệu. Nguồn cung cấp collagen đến từ cơ thể chết: heo chết, bò chết và xác người. Vậy an toàn là vấn đề lớn. Nhưng không phải là vấn đề duy nhất. Chất lượng cũng là vấn đề nan giải.
Now here, I have a personal interest. This is my father, Zvi, in our winery in Israel. A heart valve, very similar to the one that I showed you before, seven years ago, was implanted in his body. Now, the scientific literature says that these heart valves start to fail 10 years after the operation. No wonder: they are made from old, used tissues, just like this wall made of bricks that is falling apart. Yeah, of course, I can take those bricks and build a new wall. But it's not going to be the same. So the US Food and Drug Administration made a notice already in 2007, asking the companies to start to look for better alternatives.
Ở đây, tôi có một quan tâm cá nhân. Đây là cha tôi, Zvi, đang ở cơ sở làm rượu ở Israel. Một van tim, giống như hình tôi chỉ lúc nảy, được cấy ghép trong người ông cách đây 7 năm. Bây giờ, các tài liệu khoa học nói rằng những van tim này sẽ hư hỏng sau 10 năm cấy ghép. Đúng vậy: chúng được làm từ những mô cũ, đã sử dụng, như bức tường gạch này đang rơi rụng từng mảng. Dĩ nhiên, tôi có thể lấy những viên gạch lại và xây thành bức tường mới. Nhưng nó không giống trường hợp cấy ghép. Vì thế Cục Quản lý Dược phẩm và Thực phẩm Hoa Kỳ đã có thông báo vào năm 2007, đề nghị các công ty tìm kiếm lựa chọn tốt hơn.
So that's exactly what we did. We decided to clone all the five human genes responsible for making type I collagen in humans into a transgenic tobacco plant. So now, the plant has the ability to make human collagen brand new, untouched. This is amazing. Actually, it's happening now. Today in Israel, we grow it in 25,000 square meters of greenhouses all over the country. The farmers receive small plantlets of tobacco. It looks exactly like regular tobacco, except that they have five human genes. They're responsible for making type I collagen. We grow them for about 50 to 70 days, we harvest the leaves, and then the leaves are transported by cooling trucks to the factory. There, the process of extracting the collagen starts.
Đó là điều chúng tôi đã làm. Chúng tôi quyết định ghép tất cả 5 gen người có liên quan đến việc tạo loại collagen type 1 trong cơ thể người vào cây thuốc lá chuyển gen. Thế là hôm nay loại cây đó đã có khả năng tạo dòng collagen mới cho người, hoàn toàn mới. Thật tuyệt vời. Mọi thứ đang xảy ra. Ngày nay ở Israel, chúng tôi trồng 25000 m2 loại cây này trong những nhà kính trên khắp cả nước. Những nông dân nhận cây con. Chúng giống như cây thuốc là bình thường, chỉ khác là chúng có 5 gen người. Chúng được dùng để chế tạo collagen type 1. Chúng tôi trồng từ 50 đến 70 ngày, thu hoạch lá, rồi chuyển trên những xe tải lạnh đến nhà máy. Ở đó, quy trình chiết xuất collagen bắt đầu.
Now, if you ever made a pesto -- essentially, the same thing.
Bây giờ, nếu bạn làm món pesto -- cơ bản cũng giống vậy thôi.
(Laughter)
(Cười)
You crush the leaves, you get the juice that contains the collagen. We concentrate the protein, transfer the protein to clean rooms for the final purification, and the end result is a collagen identical to what we have in our body -- untouched, brand new and from which we make different medical implants: bone void fillers, for example, for severe bone fractures, spinal fusion. And more recently, even, we've been able to launch into the market here in Europe a flowable gel that is used for diabetic foot ulcers, that is now approved for use in the clinic.
Bạn nghiền lá, lấy nước cốt có chứa collagen. Chúng tôi cô đặc protein, chuyển protein sang phòng làm sạch để lọc sau cùng, và kết quả là collagen tương đồng với collagen trong cơ thể chúng ta -- dòng sản phẩm hoàn toàn mới với chất này chúng tôi sẽ làm cấy ghép y khoa: như độn xương rỗng cho những vết gãy nghiêm trọng, cứng khớp đốt sống. Và gần đây thậm chí chúng tôi còn đưa vào thị trường châu Âu một loại thuốc mỡ được dùng cho người bị loét chân do tiểu đường, nó được đánh giá tốt ở mức lâm sàng.
This is not science fiction. This is happening now. We are using plants to make medical implants for replacement parts for human beings. In fact, more recently, we've been able to make collagen fibers which are six times stronger than the Achilles tendon. That's amazing.
Đây không phải là khoa học giả tưởng. Mà là người thật, việc thật. Chúng tôi đang dùng thực vật để tạo bộ phận cấy ghép y khoa thay thế các phần trong cơ thể người. Gần đây nữa, chúng tôi có thể chế tạo sợi collagen còn dai hơn cả gân mắt cá chân gấp 6 lần. Thật tuyệt vời.
Together with our partners from Ireland, we thought about the next thing: adding resilin to those fibers. By doing that, we've been able to make a superfiber which is about 380 percent tougher, and 300 percent more elastic. So oddly enough, in the future, when a patient is transplanted with artificial tendons or ligaments made from these fibers, we'll have better performance after the surgery than we had before the injury.
Cùng với các đối tác từ Ireland, chúng tôi nghĩ về điều này: thêm resilin vào những sợi này. Bằng cách đó, chúng tôi có thể làm ra siêu sợi với độ chịu lực gấp 3,8 lần, độ dẻo gấp 3 so với ban đầu. Thế thì, trong tương lai, khi bệnh nhân được cấy ghép gân hay dây chằng nhân tạo làm từ loại sợi này, thì sau khi phẫu thuật, họ cử động còn tốt hơn trước khi bị tổn thương.
So what's for the future? In the future, we believe we'll be able to make many nanobio building blocks that nature provided for us -- collagen, nanocellulose, resilin and many more. And that will enable us to make better machines perform better, even the heart. Now, this heart is not going to be the same as we can get from a donor. It will be better. It actually will perform better and will last longer.
Vậy tương lai sẽ thế nào? Trong tương lai, chúng ta tin tưởng sẽ có thể làm nhiều chất liệu sinh học nano từ tự nhiên như collagen, nanocellulose, resilin và nhiều thứ nữa. Như thế chúng ta sẽ chế tạo được những bộ phận cấy ghép hoạt động tốt hơn, thậm chí tạo được tim. Ngày nay, quả tim nhân tạo này không giống tim từ người hiến tặng. Nó sẽ tốt hơn. Nó hoạt động tốt hơn và tuổi thọ dài hơn.
My friend Zion Suliman once told me a smart sentence. He said, "If you want a new idea, you should open an old book." And I'm going to say that the book was written. It was written over three billion years of evolution. And the text is the DNA of life. All we have to do is read this text, embrace nature's gift to us and start our progress from here.
Một lần bạn Zion Suliman của tôi nói với tôi một câu rất hay. Anh ấy nói: "Nếu bạn muốn có một ý tưởng hay, bạn nên mở một quyển sách cũ." Và tôi nghĩ sách đã được viết rồi. Nó được viết từ 3 tỷ năm về tiến hóa. Và văn bản của nó chính là ADN của sự sống. Tất cả những gì chúng ta cần làm là đọc văn bản này, nhận lấy món quà của thiên nhiên gửi cho chúng ta và tiến bộ từ đó.
Thank you.
Cảm ơn.
(Applause)
(Vỗ tay)