年度研究领导者
安吉拉·贝尔彻 麻省理工学院 这位博采众长的研究者从大自然在纳米尺度上构建事物的卓越能力中汲取灵感
纳米技术的核心难题是自组装，即如何使原本难以协作的原子以精确的方式连接和排列。 我们知道这并非不可能；生命本身就通过将分子转化为复杂的生物机械而存在。 因此，极具意义的是，当今最具创造力的材料科学家之一，麻省理工学院的安吉拉·贝尔彻，正转向大自然寻求帮助。 贝尔彻率先使用定制进化的病毒合成纳米级导线和阵列，将不同学科的研究巧妙融合，形成了她独树一帜的科研方法。
贝尔彻的研究生涯始于鲍鱼，一种牡蛎的近亲。 这种软体动物进化出一种系统，可以利用碳酸钙（粉笔的主要成分）积聚形成坚硬的外壳。 在加州大学圣塔芭芭拉分校攻读研究生期间，贝尔彻阐明了鲍鱼用于生长外壳的分子组装方案，并调整了一种关键蛋白质以加速生长过程。 不久后，她成为了自己实验室的负责人。有一天，她站在办公桌前，思考元素周期表，并想知道她能将自然界操纵无机元素的能力发挥到什么程度。
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鲍鱼已经学会了控制钙。 她决定教会大自然处理元素周期表上的其余元素。 “我们的目标是逐步研究整个元素周期表，并能够以受控的方式设计各种材料。 我最大的目标是拥有一段 DNA 序列，可以编码合成任何有用的材料，”她告诉麻省理工学院的《技术评论》。
她从 M13 噬菌体的 DNA 序列开始研究，这是一种长管状病毒，宽度为六纳米。 她改造了一种病毒，使其能够附着在量子点上。量子点是纳米尺寸的半导体微粒，具有理想的电磁特性。她通过反复筛选最能附着在量子点上的病毒颗粒，进化出这种病毒。 在几个月内，她进化出一种病毒，能够像链球一样，牢固地将一块材料固定在一端。 通过溶解病毒颗粒，她可以使它们像毛发一样密集地排列，所有顶端都覆盖着量子点。 病毒的排列非常密集，以至于它们基本上形成了薄膜，与其他方法相比，可以更快地堆叠在一起。
最近，她定制了 M13，使其长度上布满金属颗粒，例如氧化钴和金，从而产生了可用于高能量密度电极的金属纳米线。 通过在薄膜上生长病毒，她可以制造出适用于化学储能的薄而柔韧的金属氧化物涂层。 这些涂层可以例如集成到涂覆设备表面或适合非标准形状的薄膜电池中。 贝尔彻与人在加利福尼亚州山景城共同创立了 Cambrios Technologies 公司，以将她的一些演示转化为太阳能电池和发光二极管等商业设备。 她也将目光投向了其他生物体，并已开始与酵母合作，以设计更复杂的纳米结构。
为了实现她的目标，贝尔彻致力于每五年为自己增加一个新的研究领域。 从生物化学家起步，她已经融入了材料化学、电气工程和分子生物学，实际上每次都是从头开始。 就像鲍鱼的外壳一样，这种一点一滴的积累产生了扎实的成果。
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