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Nanomedicine Planetario: ¿El Mundo Necesita un Proyecto Artificial Global de la Fotosíntesis?

por Profesor Thomas Fuance

Profesor Thomas Faunce, Persona Australiana del Futuro del Consejo de Investigación. Universidad de la Ley y Universidad del Remedio, de la Biología y del Ambiente, Universidad de Nacional Australiano
Autor Correspondiente: Thomas.faunce@anu.edu.au

Muchas áreas emocionantes de la investigación de la nanotecnología son convergentes en fotosíntesis artificial. La conexión entre la salud de nuestra instalación y los seres humanos que sostiene ahora es parte de un campo cada vez mayor llamado “remedio planetario.” (GAP)¿Un Proyecto Artificial Global de la Fotosíntesis del macroscience que abordaba problemas globales críticos de la energía, del agua y de la comida para ser un esfuerzo definitivo en nanomedicine planetario? ¿Si es así cómo debe ser iniciado o ser ordenado?

El remedio Planetario ahora es un campo cada vez mayor en el cual la experiencia de profesionales médicos hacia adentro dirigió hacia aplicaciones la salud global y la protección del medio ambiente, determinado incluyendo cambio de clima.1,2 La investigación de Profesor Tom Faunce intenta desplegarse sobre sus ideas para un Proyecto Artificial Global (GAP) de la Fotosíntesis como esfuerzo de definición del nanomedicine planetario. Profesor Faunce presentó estos primeros en la Nanotecnología para la Conferencia Sostenible de la Energía patrocinada por el Asiento Europeo de la Ciencia en julio de 2010 en Obergurgl, Austria y en el décimo quinto Congreso Internacional de la Fotosíntesis en Pekín en agosto de 2010.

En la Conferencia del Clima de Copenhague en diciembre de 2009, las naciones estado del mundo, crearon el Acuerdo de Copenhague. Este acuerdo político no-obligatorio reconoció los impactos críticos del crecimiento demográfico y cambio de clima combustible-impulsado fósil así como la necesidad de establecer un programa completo de la adaptación incluyendo el soporte internacional de esos países más vulnerables a sus efectos nocivos.1 Por primera vez, todo el comandante que emitía países estuvo de acuerdo una meta de guardar el calentamiento del planeta menos que 2°C encima de niveles preindustriales. El Acuerdo de Copenhague también contiene empresas importantes referentes a la mitigación (Fondo incluyendo del Clima del Verde de Copenhague) particularmente que establece un mecanismo para acelerar el revelado y la transferencia de tecnología de energía renovable.3

Las Metas del Revelado del Milenio de Naciones Unidas se centran determinado en temas relacionados del almacenamiento de energía, producción y la conversión, el tratamiento del aumento de la productividad agrícola, de aguas y el remedio y los expertos han animado a la nanotecnología que contribuya sistemáticamente a su logro.4 Estas ediciones críticas de la supervivencia para los pobres serán exacerbadas como población global crecen hacia 10 mil millones en 2050 y el consumo de energía sube a partir de TW la 13,5 (2001) a ˜40.8 TW. La fotosíntesis Artificial (AP) implica una convergencia emocionante de la investigación de la nanotecnología sobre tales problemas. ¿Una aproximación de la “ciencia grande” al AP representaría un ejercicio de definición en nanomedicine planetario?

Los organismos Fotosintéticos absorben los fotones de diversas regiones del espectro solar en las moléculas de la clorofila de la “antena” en los thylakoids de la membrana celular, instalaciones hacen lo mismo en los organelos intracelulares llamados los cloroplastos. La energía de los fotones absorbentes es utilizada por el complejo de oxígeno-desarrollo (OEC) en una proteína conocida como fotosistema II para oxidar el agua (HO2) al oxígeno (o)2 que release/versión a la atmósfera. Los electrones de tal modo producidos son capturados en vínculos químicos por el fotosistema I para reducir NADP (fosfato del dinucleótido de adenina de niconamida) para el almacenamiento en ATP (trifosfato de adenosina) y NADPH (el formulario de la naturaleza del hidrógeno).5 En el ATP de la “reacción oscura” y el NADPH así como el dióxido de carbono (CO2) se utilizan en el ciclo de Calvin-Benson para hacer la comida bajo la forma de hidrato de carbono vía la enzima Rubisco.6

La Fotosíntesis, la fuente final de nuestro oxígeno, la comida y los combustibles fósiles, atrapa ya ˜100 TW de la energía solar de 150.000 TW pulso la tierra. Los investigadores de Nanoscience están reajustando activamente fotosíntesis para lograr, por ejemplo, el bajo costo, localizado, la conversión de la luz del sol y el agua sucia en el combustible para calentar y cocinar.7 El AP Aumentado, si estuvo aplicado equitativo, podía ayudar a la producción vegetal en pistas marginales, reducir niveles atmosféricos2 del CO, bajar tensiones geopolíticas y militares sobre escasez del combustible fósil, de la comida y del agua y crear el hidrógeno para el almacenamiento industrial.8

El AP es impulsado por los avances de la nanotecnología que se entrecruzan con disciplinas científicas múltiples. Los Ejemplos incluyen los sistemas de la oxidación del agua que utilizan los componentes fotosensibles injertados por los nanowires del memoria-shell a un virus genético dirigido.9,10

Fourier bidimensional transforma el aumento electrónico de la espectroscopia ha mostrado que los caminos fotosintéticos del electrón esencialmente están realizando un único cómputo del quantum, detectando muchos estados que sugieren simultáneamente un mecanismo para aumentar la eficiencia de la transferencia de energía del quantum puntearon la luz que cosecha capacidades por los mecanismos de la coherencia del quantum, 11 células solares tinte-sensibles mesoporous de la película fina de los nanoparticles del semiconductor12 y de los nanotubes del carbón que cosechan y conducto la electricidad resultante.13

Se ha probado un sistema catalítico (no del agua barata del raro-metal) que es autorreparador y alegado operatorio bajo condiciones ambiente en el pH neutral con agua no-pura.14 Las proteínas Sintetizadas (maquettes) se han creado para permitir la prueba de los principios de la ingeniería para los fotosistemas y los centros artificiales de la reacción.15

Los equipos de investigación nanotecnologÃa-enfocados competitivo financiados Numerosos del AP existen ya en muchas naciones desarrolladas.16 Los socios de la investigación de docena Europeos forman la red Solar-h del AP, utilizada por la Unión Europea. El Departamento de los E.E.U.U. del Centro (DOE) de la Junta de la Energía para la Fotosíntesis Artificial (JCAP) llevada por el Instituto de Tecnología de California (Caltech) y el Laboratorio Nacional de Lorenzo Berkeley tiene US$122m durante 5 años para construir un sistema de carburante solar. Caltech y Massachusetts Institute of Technology tienen una concesión del National Science Foundation $20 (NSF) millones para mejorar captura del fotón y eficiencia del catalizador, mientras que varios Centros de Investigación de la Frontera de la Energía financiados por la GAMA de los E.E.U.U. se centran en el AP.

Un Proyecto de la SEPARACIÓN debe vencer diversos retos de la propiedad orgánica, financiera e intelectual. El reto científico para el Proyecto del Genoma Humano HGP era quizás más bien definido. Como con el HGP, el trabajo de Proyecto de la SEPARACIÓN es probable ser distribuido a través de una variedad de laboratorios en diversas naciones, bastante que siendo enfocado en un lugar como la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) o el proyecto internacional sobre la energía de la fusión (ITER).

La lección de la CERN puede ser tener muchas naciones el financiar del nuevo equipo (tal como el Collider Grande del Hadron) se abre en el uso de los físicos independiente-financiados de todo el mundo. El ITER destaca las ventajas de los signatarios que acuerdan compartir los datos científicos, obtenciones, finanzas, proveyendo de personal. Como con la CERN, el Telescopio Espacial de Hubble (financiado por la NASA en colaboración con la Agencia Espacial Europea) Permite que cualquier científico calificado someta una oferta de investigación, candidatos elegidos que tienen un año después de que la observación antes de sus datos release/versión a la comunidad científica entera.

La implicación de la Industria (como surtidores del equipo o de los recursos o clientes de rendimientos) en un proyecto de la SEPARACIÓN será un tema importante dado las tensiones entre las derechas públicas y privadas exhibidas en los estadios finales del HGP. Las Lecciones del consorcio no lucrativo de SEMATECH (Tecnología de Fabricación del Semiconductor), pueden ser que mientras que los socios nacionales del financiamiento y de la industria del gran escala son necesarios para el impulso inicial, impacto global requiere la partícula extraña de la industria de naciones múltiples y de la división en filiales puras de la investigación y de la fabricación.

El Centro para Photoconversion Solar Revolucionario (CRSP) implica el financiamiento público a partir de dos fuentes separadas (GAMA de los E.E.U.U. y NSF) con las piezas de la corporación multinacionales (Du Pont incluyendo, General Motors, Konarka, Lockheed Martin, Sostenido y Toyota). La Coordinación con organizaciones internacionales de la energía renovable tales la Dependencia Internacional de la Energía Renovable (IRENA) y el Consejo Mundial para la Energía Renovable (WCRE) y EUROSOLAR, la Asociación Europea no lucrativa para la Energía Renovable será importante para la estabilidad y la credibilidad reguladoras del Proyecto de la SEPARACIÓN.

Los modelos Potenciales del gobierno para un Proyecto de la SEPARACIÓN podrían implicar la evolución gradual del status quo, o promoción y coordinación activas por la Sociedad Internacional de la Investigación de la Fotosíntesis (ISPR) en colaboración con los arranques de cinta de los proyectos más grandes del AP del nacional. Un modelo del abierto-acceso pudo considerar reglas del financiamiento el requerir de la autorización del interés público, transferencia de tecnologías, investigación ética y social de las implicaciones así como acceso rápido y libre a los datos.

Un modelo público-privado de la sociedad pudo implicar el acceso de las piezas a las licencias no excluyentes sobre propiedad intelectual como con CRSP. Una estructura del gobierno que acentuaba derecho internacional pudo proteger fotosíntesis contra daño o patentes excesivas dentro de la clase de los tratados de Naciones Unidas implicados con la protección de la herencia común de la humanidad (por ejemplo luna, espacio exterior, base de mar profundo, sitios de la herencia natural del mundo) con obligaciones de desarrollar tecnología del AP equitativo.

La Captura, el convertir y el salvar asegurado, energía carbón-neutral, sostenible de su fuente más abundante, el sol pueden ser el reto científico y técnico más importante que hace frente a humanidad en el siglo XXI. Un Proyecto multidisciplinario de la SEPARACIÓN podía ser un ejercicio definitivo en nanomedicine planetario.


Referencias

  1. McMichael T: La Ciencia de la biosfera, de la salud y de la “continuidad” 297(5584), 1093 (2002).
  2. Schwartz BS, Parker C, Cristal TA, Hu H: Cambio ambiental Global: ¿qué pueden los proveedores de asistencia sanitaria y la comunidad de las higienes ambientales ahora hacer sobre él? Rodee la Salud Perspect 114 (12), 1807-12 (2006).
  3. Naciones Unidas. Convenio de Base sobre Cambio de Clima. Proyecto de Decisión - CONFERENCIA /CP.15 De la sesión Copenhague, 7-18 de diciembre de 2009 de los DESTACAMENTOS Décimo Quintos FCCC/CP/2009/L.7 18 de diciembre de 2009
  4. Salamanca-Buentello F, Persad DL, Corte EB, Martin DK, Daar AS y otros: Nanotecnología y el Mundo en Vías de Desarrollo. MED de PloS. 2, e97 (2005).
  5. Blankenship CON REFERENCIA A: Mecanismos Moleculares de la Fotosíntesis. Ciencia de Blackwell, Oxford/Malden, (2002).
  6. Racha D y Moore TA: Imitar fotosíntesis. Ciencia 244, 35-41 (1989).
  7. Hurst JK: En búsqueda de los catalizadores de la oxidación del agua para la oxidación solar del combustible. Ciencia 328, 315-316 (2010).
  8. Paso R: “Un Modelo Artificial Integrado de la Fotosíntesis” en Collings A y Critchley C. Artificial Photosynthesis: de biología básica a la aplicación industrial. Wiley-VCH Verlag. Weinheim. 13-34 (2005).
  9. Nam YS, Húngaro AP, Lee D, Kim JW, YUN DS, Parque H, TS de Pollom, Weitz DA, Belcher: Nanostructures photocatalytic Biológico templated para la oxidación luz-impulsada continua del agua. Nanotecnología de la Naturaleza. 5(5), 340-4 (2010).
  10. Nam YS, Shin T, Parque H, Húngaro AP, Choi K, Fantner G, KA de Nelson, ensamblaje del Virus-templated de Belcher De porfirinas en nanoantennae colectores de luz. Gorrón de la Sociedad de Substancia Química Americana. 132(5), 1462-3 (2010)
  11. Engel GS, Calhoun TR, Leyó a EL y otros: Pruebas de la transferencia de energía ondulada con coherencia del quantum en Naturaleza de los sistemas fotosintéticos. 446, 782-786 (2007).
  12. Kalyanasundaram K. y Graëtzel M: Fotosíntesis Artificial: aproximaciones biomimetic a la conversión y al almacenamiento de energía solar Curr. De Op. Sys. Biotech. 21, 298-310 (2010).
  13. Sgobba V y Guldi DM: Propiedades del Carbón y aplicación nanotubes-electrónicas/electroquímicas para el nanoelectronics y el photonics Chem. Soc. Rev. 38, 165-184 (2009).
  14. Kanan MW y Nocera DG: Formación In situ de un catalizador de oxígeno-desarrollo en el fosfato con agua neutral y la Ciencia2 321, 1072-1075 del CO. (2008).
  15. Koder y otros: “Diseño e ingeniería Naturaleza2 de O de una proteína de transporte”. 458, 305-309 (2009).
  16. Sanderson K: El desvío del fotón. Naturaleza 452: 400-4002 (2008)

Derechos De Autor AZoNano.com, Profesor Thomas Faunce (Universidad de Nacional Australiano)

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

Last Update: 14. June 2013 04:44

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