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Planetarisches Nanomedicine: Benötigt die Welt ein Globales Künstliches Fotosynthese-Projekt?

durch Professor Thomas Fuance

Professor Thomas Faunce, Australisches Forschungsrat-Zukunft-Gegenstück. College des Gesetzes und College von Medizin, von Biologie und von Umgebung, Australischer Staatsangehörig-Universität
Entsprechender Autor: Thomas.faunce@anu.edu.au

Viele aufregenden Bereiche der Nanotechnologieforschung sind auf künstlicher Fotosynthese konvergierend. Der Anschluss zwischen der Gesundheit unserer Pflanze und den Menschen, die sie stützt, ist jetzt Teil eines wachsenden Bereichs, der bezeichnet wird „planetarische Medizin.“ Ein macroscience Globales Künstliches Fotosynthese-Projekt, das (GAP) kritische globale Energie-, Wasser- und Nahrungsmittelprobleme zu sein- angeht Wurde eine, endgültige Bemühung im planetarischen nanomedicine? Wenn ja, wie sollte sie initialisiert werden oder organisiert werden?

Planetarische Medizin ist jetzt ein wachsender Bereich, in dem die Sachkenntnis von medizinischen Fachleuten herein auf Punkte der globalen Gesundheit und des Umweltschutzes richtete, besonders einschließlich Klimawandel.1,2 Forschung Professors Tom Faunces sucht, nach seinen Ideen für ein Globales Künstliches Fotosynthese-Projekt (GAP) als definierende Bemühung des planetarischen nanomedicine zu erweitern. Professor Faunce stellte diese ersten an der Nanotechnologie für die Dauerhafte Energie-Konferenz dar, die durch die Europäische Wissenschafts-Stiftung im Juli 2010 bei Obergurgl, Österreich und auf dem 15. Internationalen Kongreß der Fotosynthese in Peking im August 2010 gefördert wurde.

Bei der Kopenhagen-Klima-Konferenz im Dezember 2009, erstellten die Nationalstaaten der Welt, das Kopenhagen-Abkommen. Diese nicht-bindene politische Vereinbarung erkannte die kritischen Auswirkungen des Bevölkerungszuwachses und des versteinerten Kraftstoff-gesteuerten Klimawandels sowie den Bedarf, ein umfassendes Anpassungsprogramm einschließlich internationale Halterung festzulegen an jenen Ländern, die für seine Auswirkungen am anfälligsten sind.1 Zum ersten Mal stimmte aller Major, der Länder ausstrahlt, einem Ziel des Haltens der globalen Erwärmung kleiner als 2°C über vorindustriellen Stufen zu. Das Kopenhagen-Abkommen enthält auch wichtige Übernahmen hinsichtlich der Abschwächung (einschließlich Kopenhagen-Grün-Klima-Fonds) insbesondere eine Vorrichtung festlegend, um Technologieentwicklung und -übertragung der erneuerbaren Energie zu beschleunigen.3

Die Millennium-Entwicklungsziele der Vereinten Nationen werden besonders auf damit verbunden Probleme des Energiespeichers, Produktion gerichtet und Umwandlung, Verbesserung der landwirtschaftlichen Produktivität, Wasserbehandlung und Sanierung und Experten haben Nanotechnologie angeregt, zu ihrer Leistung systematisch beizutragen.4 Diese kritischen Überlebenspunkte für die Armen werden als globale Bevölkerung wächst in Richtung zu 10 Milliarde bis 2050 verbittert und Energieverbrauch steigt von TW 13,5 (2001) auf ˜40.8 TW. Künstliche Fotosynthese (AP) bezieht eine aufregende Konvergenz der Nanotechnologieforschung auf solchen Problemen mit ein. Würde ein Anflug „der großen Wissenschaft“ an AP eine definierende Übung im planetarischen nanomedicine darstellen?

Fotosynthetische Organismen absorbieren Photonen von den verschiedenen Regionen des Sonnenspektrums in „Antennen“ Chlorophyllmoleküle in Zellmembran thylakoids, Pflanzen tun die selben in den intrazellulären Organellen, die Chloroplaste genannt werden. Die absorbierten Energie der Photonen wird durch den Sauerstoff-entwickelnden Komplex in (OEC) einem Protein verwendet, das als Fotosystem II bekannt ist, um Wasser (HO)2 zu Sauerstoff (O) zu oxidieren,2 der der Atmosphäre freigegeben wird. Die dadurch produzierten Elektronen werden in den chemischen Bindungen durch Fotosystem I erfasst, um NADP (Nikotinamidadenindinucleotidphosphat) für Speicherung in ATP (Adenosintriphosphat) und in NADPH (das Formular der Beschaffenheit des Wasserstoffs) zu verringern.5 Im „Dunkelreaktion“ ATP und im NADPH sowie im Kohlendioxyd (CO2) werden in der Calvin-Benson-Schleife verwendet, um Nahrung in Form von Kohlenhydrat über das Enzym Rubisco zu machen.6

Fotosynthese, die entscheidende Quelle unseres Sauerstoffes, die Nahrung und die Fossilienbrennstoffe, schließt bereits ˜100 TW 150.000 TW der Solarenergie ein, welche die Erde schlägt. Nanoscience-Forscher entwerfen aktiv Fotosynthese neu, um zum Beispiel die niedrigen Kosten, lokalisiert, Umwandlung des Sonnenlichts und Schmutzwasser zu erzielen in Kraftstoff für das Heizen und das Kochen.7 Erhöhtes AP, wenn es gerecht angewendet wird, könnte pflanzliche Erzeugung auf begrenzten Ländern unterstützen, atmosphärische CO-Stufen2 verringern, die geopolitischen und Militärspannkräfte über Knappheit des fossilen Brennstoffs, der Nahrung und des Wassers senken und Wasserstoff für industrielle Speicherung herstellen.8

AP wird durch die Nanotechnologiefortschritte getrieben, die mit mehrfachen wissenschaftlichen Disziplinen sich schneiden. Beispiele umfassen die Wasseroxidationsanlagen, welche die lichtempfindlichen Bauteile verwenden, die durch Kernshell nanowires zu einem genetisch ausgeführten Virus verpflanzt werden.9,10

zweidimensionale Fourier-Transformation hat elektronische Spektroskopieverbesserung gezeigt, dass fotosynthetische Elektronbahnen im Wesentlichen ein einzelnes Quantumsübertragen auf lochkarten durchführen und viele Zustände ermittlen, die gleichzeitig eine Vorrichtung für die Vergrößerung der Leistungsfähigkeit der Energieübertragung des Quantums vorschlagen, punktierte die Leuchte, die Fähigkeiten durch Quantumskohärenzvorrichtungen, mesoporous11 Farbe-empfindliche Solarzellen des Dünnfilms von Halbleiter nanoparticles und12 von Kohlenstoff nanotubes ernten und leiten den resultierenden Strom erntet.13

Eine katalytische Anlage des billigen (nicht Seltenmetall) Wassers ist geprüft worden, die selbst-repariert und angeblich unter Umgebungsbedingungen bei neutralem pH mit nicht-reinem Wasser funktioniert.14 Synthetische Proteine (maquettes) sind hergestellt worden, um die Prüfung von Technikprinzipien auf künstliche Fotosysteme und Reaktionsmitten zu erlauben.15

Zahlreiche wettbewerbsfähig finanzierte Nanotechnologie-fokussierte AP-Forschungsteams existieren bereits in vielen entwickelten Nationen.16 Forschungspartner mit Dutzend Europäern bilden das Solar-h AP-Netz, unterstützt durch die Europäische Gemeinschaft. Die US-Abt. der Energie- (DOE)Gelenk-Mitte für die Künstliche Fotosynthese (JCAP) geführt von der California Institute Of Technology (Caltech) und Nationales Laboratorium Lawrence Berkeley hat US$122m in 5 Jahren, zum einer Solarkraftstoffanlage aufzubauen. Caltech und Massachusetts Institute of Technology haben eine Bewilligung der National Science Foundation $20 (NSF) Million, zum von Photonerfassungs- und -katalysator-Leistungsfähigkeit zu verbessern, während einige Energie-Grenzforschungszentren, die durch die US-DAMHIRSCHKUH finanziert werden, auf AP gerichtet werden.

GAP Stehen muss verschiedene Herausforderungen des organisatorischen, Finanz- und geistigen Eigentums ausgleichen vor. Die wissenschaftliche Herausforderung für das Humangenomprojekt HGP war möglicherweise eindeutig definierter. Wie mit dem HGP, ist GAP-Projektarbeit wahrscheinlich, über eine Vielzahl von Labors in den verschiedenen Nationen verteilt zu werden, eher als, fokussierend in einem Platz wie der Europäischen Einteilung für KernForschung (CERN) oder im internationalen Projekt auf Fusionsenergie (ITER).

Lektion CERN ist möglicherweise, viele Nationen zu haben, neues Gerät zu finanzieren (wie der Große Hadron Collider) sich öffnen zum Gebrauch durch unabhängig-finanzierte Physiker aus der ganzen Welt. ITER markiert den Nutzen von den Unterzeichnern, die damit einverstanden sind, wissenschaftliche Daten, Beschaffungen, die Finanzierung zu teilen und besetzt mit Personal. Wie mit CERN, erlaubt das Hubble-Weltraumteleskop (finanziert von der NASA gemeinsam mit der Europäischen Weltraumagentur) jedem möglichem gekennzeichneten Wissenschaftler, ein Forschungsangebot, die erfolgreichen Bewerber einzureichen, die ein Jahr haben, nachdem Beobachtung vor ihren Daten der gesamten wissenschaftlichen Gemeinschaft freigegeben ist.

Industriebeteiligung (entweder als Lieferanten des Geräts oder der Betriebsmittel oder Abnehmer von Ausgaben) in einem GAP-Projekt ist ein wichtiges Thema, welches die Spannkräfte zwischen den allgemeinen und privaten Rechten gegeben wird, die in den Endstadien des HGP aufgewiesen werden. Lektionen vom gemeinnützigen Konsortium SEMATECH (Halbleiter-Fertigungstechnik), sind möglicherweise, das, während nationale Finanzierungs- und Industriepartner des großen Umfangs für Anfangsimpuls notwendig sind, globale Auswirkung Einbeziehung der Industrie von den mehrfachen Nationen und der Abteilung in reine Forschungs- und Herstellungstochtergesellschaften fordert.

Die Mitte für Revolutionäres Solar-Photoconversion (CRSP) bezieht allgemeine Finanzierung von zwei verschiedenen Quellen (US-DAMHIRSCHKUH und NSF) in multinationale Unternehmensbauteile mit ein (einschließlich Du Pont, General Motors, Konarka, Lockheed Martin, Scharfes und Toyota). Koordination mit internationalen Einteilungen der erneuerbaren Energie so die Internationale Agentur der Erneuerbaren Energie (IRENA) und der WeltRat für Erneuerbare Energie (WCRE) und EUROSOLAR, die gemeinnützige Europäische Vereinigung für Erneuerbare Energie ist für regelnde Stabilität und Glaubwürdigkeit GAP-Projektes wichtig.

Mögliche Regierungsgewaltbaumuster für ein GAP-Projekt konnten entweder allmähliche Entwicklung vom status quo oder aktive Förderung und Koordination durch die Internationale Gesellschaft der Fotosynthese-Forschung (ISPR) gemeinsam mit Führern der größten Projekte des Staatsangehörigen AP mit einbeziehen. Ein Baumuster des freien Zugangs sähe möglicherweise Finanzierungsregeln, das Gemeingut+E896genehmigen, Technologietransfer, ethische und Sozialauswirkungsforschung sowie schneller und freier Zugriff zu den Daten zu benötigen.

Ein öffentlich-privates Partnerschaftsbaumuster bezöge möglicherweise den Zugriff der Bauteile zu den nicht-exklusiven Lizenzen über geistigem Eigentum wie in CRSP mit ein. Eine Regierungsgewaltzelle, die internationales Recht hervorhebt, schützte möglicherweise Fotosynthese vor Schaden oder übermäßige Patente innerhalb der Klasse von den Verträgen der Vereinten Nationen, die in das Schützen des geläufigen Erbes von Menschlichkeit mit einbezogen werden (zum Beispiel Mond, Weltraum, Tiefseebett, Weltnaturerbestätten) mit Verpflichtungen, AP-Technologie gerecht bereitzustellen.

Das Erfassen, das Konvertieren und das Speichern sicher, Kohlenstoff-neutrale, dauerhafte Energie von seiner reichlichsten Quelle, die Sonne sind möglicherweise die wichtigste wissenschaftliche und technische Herausforderung, die Menschlichkeit im 21. Jahrhundert gegenüberstellt. Multidisziplinäres GAP Stehen könnte eine endgültige Übung im planetarischen nanomedicine sein vor.


Bezüge

  1. McMichael T: Die Biosphäre, Gesundheit und „Nachhaltigkeit“ Wissenschaft 297(5584), 1093 (2002).
  2. Schwartz BS, Parker C, Glas TA, HU H: Globale Umweltänderung: was können Gesundheitsvorsorger und die Umwelterhaltungsgemeinschaft über es jetzt tun? Umgeben Sie Gesundheit Perspect 114 (12), 1807-12 (2006).
  3. Vereinte Nationen. Rahmenkonvention auf Klimawandel. Entscheidungsentwurf - KONFERENZ /CP.15 DER Sitzung Kopenhagen, 7.-18. Dezember 2009 FCCC/CP/2009/L.7 der PARTEIEN Fünfzehnte am 18. Dezember 2009
  4. Salamanca-Buentello F, Persad DL, Gericht EB, Martin DK, Daar, AS et al.: Nanotechnologie und die Entwicklungsländer. PloS MED. 2, e97 (2005).
  5. Blankenship BEZÜGLICH: Molekulare Vorrichtungen der Fotosynthese. Blackwell-Wissenschaft, Oxford/Malden, (2002).
  6. Böe D und Moore TA: Nachahmung von Fotosynthese. Wissenschaft 244, 35-41 (1989).
  7. Hurst JK: Bei der Verfolgung Wasseroxidationskatalysatoren für Solarkraftstoffoxidation. Wissenschaft 328, 315-316 (2010).
  8. Schritt R: „Ein Integriertes Künstliches Fotosynthese-Baumuster“ in Collings A und in Critchley C. Artificial Photosynthesis: von der grundlegenden Biologie zur industriellen Anwendung. Wiley-VCH Verlag. Weinheim. 13-34 (2005).
  9. Nam YS, Ungarisch AP, Lee D, Kim JW, YUN DS, Park H, Pollom-TS, Weitz DA, Belcher MORGENS: Biologisch templated photocatalytic nanostructures für nachhaltige lichtgetriebene Wasseroxidation. Naturnanotechnologie. 5(5), 340-4 (2010).
  10. Nam YS, Shin T, Park H, Ungarisch AP, Choi K, Fantner G, Nelson-KA, Virus-templated Belcher MORGENS Einheit von Porphyrinen in leicht-erntende nanoantennae. Zapfen der Amerikanische Chemikalien-Gesellschaft. 132(5), 1462-3 (2010)
  11. Engel GS, Calhoun TR, Las EL et al.: Beweis für wellenähnliche Energieübertragung durch Quantumskohärenz in fotosynthetische Anlagen Natur. 446, 782-786 (2007).
  12. Kalyanasundaram K. u. Graëtzel M: Künstliche Fotosynthese: biomimetic Anflüge an Solarenergieumwandlung und Speicherung Curr. OP. Biotech. 21, 298-310 (2010).
  13. Sgobba V u. Guldi DM: Nanotubes-elektronische/elektrochemische Eigenschaften des Kohlenstoffes und Anwendung für nanoelectronics und photonics Chem. Soc. Rev. 38, 165-184 (2009).
  14. Kanan MW und Nocera DG: In-situentstehung eines Sauerstoff-entwickelnden Katalysators in neutralem wasserhaltigem Phosphat und IN Co.-2Wissenschaft 321, 1072-1075 (2008).
  15. Koder et al.: „Auslegung und Technik eines O-2 Transportproteins“ Natur. 458, 305-309 (2009).
  16. Sanderson K: Die Photonfalle. Natur 452: 400-4002 (2008)

Copyright AZoNano.com, Professor Thomas Faunce (Australischer Staatsangehörig-Universität)

Date Added: Dec 1, 2010 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 04:12

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