Nanomedicine Planetario: Il Mondo Ha Bisogno di un Progetto Artificiale Globale della Fotosintesi?

dal Professor Thomas Fuance

Il Professor Thomas Faunce, Collega Australiano di Futuro del Consiglio della Ricerca. Istituto Universitario di Legge ed Istituto Universitario di Medicina, di Biologia e dell'Ambiente, Australian National University
Autore Corrispondente: Thomas.faunce@anu.edu.au

Molti campi emozionanti di ricerca in nanotecnologia sono convergenti sulla fotosintesi artificiale. La connessione fra la salubrità del nostro impianto e gli esseri umani che sostiene ora fa parte di un campo crescente definito “medicina planetaria.„ un Progetto Artificiale Globale della Fotosintesi (GAP) di macroscience che affronta i problemi globali critici di energia, dell'acqua e dell'alimento per essere uno sforzo definitivo in nanomedicine planetario? In Caso Affermativo, come dovrebbe essere iniziato o organizzato?

La medicina Planetaria ora è un campo crescente in cui la competenza dei professionisti medici dentro ha orientato verso le emissioni di salubrità globale e di protezione dell'ambiente, specialmente compreso mutamento climatico.1,2 La ricerca del Professor Tom Faunce cerca di espandersi sopra le sue idee per un Progetto Artificiale Globale (GAP) della Fotosintesi come sforzo di definizione del nanomedicine planetario. Il Professor Faunce ha presentato questi primi alla Nanotecnologia per la Conferenza Sostenibile di Energia promossa dalle Fondamenta Europee di Scienza nel luglio 2010 a Obergurgl, Austria ed al quindicesimo Congresso Internazionale della Fotosintesi a Pechino nell'agosto 2010.

Alla Conferenza di Clima di Copenhaghen nel dicembre 2009, gli stati-nazione del mondo, hanno creato l'Accordo di Copenhaghen. Questo accordo politico dell'non associazione ha riconosciuto gli impatti critici di crescita demografica e da di mutamento climatico guidato da combustibile fossile come pure la necessità stabilire un programma globale di adattamento compreso supporto internazionale per quei paesi più vulnerabili ai sui effetti contrari.1 Per la prima volta, tutti i paesi d'emissione importanti hanno acconsentito ad un obiettivo di conservazione del riscaldamento globale più di meno di 2°C sopra i livelli preindustriali. L'Accordo di Copenhaghen egualmente contiene le imprese importanti riguardo a diminuzione (Fondo compreso di Clima di Verde di Copenhaghen) in particolare che stabilisce un meccanismo per accelerare lo sviluppo tecnologico ed il trasferimento dell'energia rinnovabile.3

Gli Scopi dello Sviluppo di Millennio delle Nazioni Unite sono messi a fuoco specialmente sulle emissioni relative di immagazzinamento dell'energia, produzione e la conversione, il potenziamento di produttività agricola, il trattamento delle acque ed il rimedio e gli esperti hanno incoraggiato la nanotecnologia a contribuire sistematicamente al loro risultato.4 Queste emissioni critiche di sopravvivenza per il povero saranno esacerbate come popolazione globale si sviluppa verso 10 miliardo da ora al 2050 ed il consumo di energia aumenta 13,5 dalla TW (2001) a ˜40.8 TW. La fotosintesi Artificiale (AP) comprende una convergenza emozionante di ricerca in nanotecnologia su tali problemi. “Un approccio di grande scienza„ al AP rappresenterebbe un esercizio di definizione in nanomedicine planetario?

Gli organismi Fotosintetici assorbono i fotoni dalle varie regioni dello spettro solare nelle molecole della clorofilla “dell'antenna„ nei thylakoids della membrana cellulare, impianti fanno lo stessi in organelli intracellulari chiamati cloroplasti. L'energia dei fotoni assorbenti è utilizzata dal complesso ossigeno-evolventesi (OEC) in una proteina conosciuta come il fotosistema II per ossidare l'acqua (NOIOSA2) ad ossigeno (o)2 che è rilasciato all'atmosfera. Gli elettroni quindi prodotti sono catturati nei legami chimici dal fotosistema I per diminuire il NADP (fosfato di nicotinamide adenindinucleotide) per archiviazione in TRIFOSFATO DI ADENOSINA (adenosintrifosfato) e in NADPH (il modulo della natura di idrogeno).5 “nel TRIFOSFATO DI ADENOSINA della reazione scura„ e nel NADPH come pure nell'anidride carbonica (CO2) sono utilizzati nel ciclo di Calvin-Benson per produrre l'alimento sotto forma di carboidrato via l'enzima Rubisco.6

La Fotosintesi, l'ultima sorgente del nostro ossigeno, l'alimento ed i combustibili fossili, già intrappola ˜100 TW di energia solare di 150.000 TW che direzione la terra. I ricercatori di Nanoscience attivamente stanno riprogettando la fotosintesi per raggiungere, per esempio, il basso costo, localizzato, la conversione di luce solare e l'acqua sporca in combustibile per il riscaldamento e cucinare.7 Il AP Migliorato, se applicato equamente, potesse assistere la produzione vegetale sugli sbarchi marginali, diminuire i livelli atmosferici2 di CO, abbassare le tensioni geopolitiche e militari sopra la penuria del combustibile fossile, dell'alimento e dell'acqua e creare l'idrogeno per archiviazione industriale.8

Il AP è guidato tramite gli avanzamenti di nanotecnologia che intersecano con le discipline scientifiche multiple. Gli Esempi comprendono i sistemi dell'ossidazione dell'acqua che utilizzano le componenti fotosensibili innestate dai nanowires dello memoria-shell ad un virus geneticamente costruito.9,10

il potenziamento elettronico della spettroscopia di Trasformata di fourier bidimensionale ha indicato che le vie fotosintetiche dell'elettrone essenzialmente stanno eseguendo un singolo calcolo di quantum, percependo molti stati che suggeriscono simultaneamente un meccanismo per il miglioramento del risparmio di temi del trasferimento di energia del quantum ha punteggiato l'indicatore luminoso che raccoglie le capacità dai meccanismi della coerenza di quantum, 11 a pile solari tintura sensibili mesoporous della pellicola sottile delle nanoparticelle a semiconduttore12 e dei nanotubes del carbonio che raccolgono e che conducono l'elettricità risultante.13

Un sistema catalitico (non dell'acqua economica del raro-metallo) è stato provato che è a riparazione automatica e presunto funziona in condizioni ambiente a pH neutrale con acqua non pura.14 Le proteine Sintetiche (maquettes) sono state create per permettere le prove dei principi di assistenza tecnica a fotosistemi ed a centri artificiali della reazione.15

I Numerosi gruppi di ricerca nanotecnologia-messi a fuoco non Xerox costituiti un fondo per di AP già esistono in molte nazioni sviluppate.16 I partner della ricerca di dozzina Europei formano la rete Solare-h di AP, di supporto dall'Unione Europea. Il Servizio degli STATI UNITI del Centro (DOE) della Giuntura di Energia per la Fotosintesi Artificiale (JCAP) piombo dall'Istituto di Tecnologia della California (Caltech) e dal Laboratorio Nazionale di Lawrence Berkeley ha US$122m in 5 anni per sviluppare un sistema di alimentazione solare. Caltech e Massachusetts Institute of Technology hanno una concessione del National Science Foundation $20 (NSF) milioni per migliorare il bloccaggio del fotone ed il risparmio di temi del catalizzatore, mentre parecchi Centri di Ricerca di Frontiera di Energia costituiti un fondo per dalla DAINA degli STATI UNITI sono messi a fuoco sul AP.

Un Progetto di DIFFERENZA deve sormontare le varie sfide organizzative, finanziarie e della proprietà intellettuale. La sfida scientifica per il Progetto Genoma Umano HGP era forse più ben definita. Come con il HGP, di Progetto Di Lavoro di DIFFERENZA è probabile distribuirsi attraverso vari laboratori nelle nazioni differenti, piuttosto che essendo mettendo a fuoco in un posto come l'Organizzazione Europea per Ricerca Nucleare (CERN) o il progetto internazionale su energia di fusione (ITER).

La lezione del CERN può essere di avere molte nazioni costituire un fondo per la nuova strumentazione (quale il Grande Collider dell'Adrone) si apre ad uso ai dai fisici fondati a indipendente intorno al mondo. L'ITER evidenzia i vantaggi dei firmatari che acconsentono per dividere i dati scientifici, acquisizioni, finanze, fornenti. Come con il CERN, il Telescopio Spaziale Hubble (costituito un fondo per dalla NASA in collaborazione con l'Agenzia Spaziale Europea) permette che tutto lo scienziato qualificato presenti una proposta di ricerca, candidati prescelti che hanno un anno dopo che l'osservazione prima dei loro dati è rilasciata in intera comunità scientifica.

La partecipazione dell'Industria (come i fornitori di attrezzature o delle risorse o clienti degli output) ad un progetto di DIFFERENZA sarà una questione importante data le tensioni fra le destre pubbliche e private esibite negli stadi finali del HGP. Le Lezioni dal consorzio senza scopo di lucro di SEMATECH (Tecnologia di Fabbricazione A semiconduttore), possono essere che mentre i partner nazionali di finanziamento e dell'industria della larga scala sono necessari per slancio iniziale, impatto globale richiede l'inclusione dell'industria dalle nazioni multiple e della divisione nelle consociate pure di fabbricazione e della ricerca.

Il Centro per Photoconversion (CRSP) Solare Rivoluzionario comprende il finanziamento pubblico da due sorgenti separate (DAINA degli STATI UNITI e NSF) con gli iscritti multinazionali (Du Pont compreso, General Motors, Konarka, Lockheed Martin, Sharp e Toyota). Il Coordinamento con le organizzazioni internazionali dell'energia rinnovabile tali l'Agenzia di Energia Rinnovabile Internazionale (IRENA) ed il Consiglio di Mondo per Energia Rinnovabile (WCRE) e EUROSOLAR, l'Associazione Europea senza scopo di lucro per Energia Rinnovabile sarà importante per la stabilità e la credibilità regolarici del Progetto di DIFFERENZA.

I modelli Potenziali di controllo per un Progetto di DIFFERENZA potrebbero comprendere l'evoluzione graduale dallo status quo, o promozione attiva e coordinamento dalla Società Internazionale della Ricerca della Fotosintesi (ISPR) in collaborazione con le guide di più grandi progetti di AP del cittadino. Un modello di aperto Access ha potuto vedere le norme di finanziamento richiedere l'autorizzazione di bene pubblico, trasferimento di tecnologia, la ricerca etica e sociale delle implicazioni come pure accesso ai dati rapido e libero.

Un modello del partenariato pubblico-privato ha potuto comprendere l'accesso dei membri alle licenze no ecclusive sopra la proprietà intellettuale come con CRSP. Una struttura di controllo che sottolinea il diritto internazionale potrebbe proteggere la fotosintesi da danno o gli eccessivi brevetti all'interno della classe di trattati delle Nazioni Unite in questione con la protezione dell'eredità comune di umanità (per esempio luna, spazio cosmico, fondale marino profondo, siti di eredità naturale del mondo) con gli obblighi di srotolare la tecnologia di AP equamente.

Catturando, convertire e memorizzare sicura, l'energia carbonio-neutrale e sostenibile proveniente dalla sua sorgente più abbondante, il sole possono essere la sfida scientifica e tecnica più importante che affronta l'umanità nel XXI secolo. Un Progetto pluridisciplinare di DIFFERENZA ha potuto essere un esercizio definitivo in nanomedicine planetario.


Riferimenti

  1. McMichael T: La Scienza di biosfera, di salubrità e “di sostentamento economico„ 297(5584), 1093 (2002).
  2. Schwartz BS, Parker C, TUM Di Vetro, Hu H: Cambiamento ambientale Globale: che cosa possono i fornitori di cure mediche e la comunità di salute ambientale ora fare a questo proposito? Circondi la Salubrità Perspect 114 (12), 1807-12 (2006).
  3. Nazioni Unite. Convenzione Quadro su Mutamento Climatico. Progetto di decisione - /CP.15 sessione Copenhaghen, 7-18 dicembre 2009 della CONFERENZA DELLE PARTI Quindicesimo FCCC/CP/2009/L.7 18 dicembre 2009
  4. Salamanca-Buentello F, Persad DL, Corte EB, Martin DK, Daar AS ed altri: Nanotecnologia ed i Paesi in Via di Sviluppo. Med di PloS. 2, e97 (2005).
  5. Blankenship CON RIFERIMENTO A: Meccanismi Molecolari di Fotosintesi. Scienza di Blackwell, Oxford/Malden, (2002).
  6. Raffica D e TUM di Moore: Imitazione della fotosintesi. Scienza 244, 35-41 (1989).
  7. Hurst JK: All'inseguimento dei catalizzatori di ossidazione dell'acqua per ossidazione solare del combustibile. Scienza 328, 315-316 (2010).
  8. Passo R: “Un Modello Artificiale Integrato di Fotosintesi„ in Collings A e in Critchley C. Artificial Photosynthesis: da biologia di base all'applicazione industriale. Wiley-VCH Verlag. Weinheim. 13-34 (2005).
  9. Nam YS, Ungherese AP, Lee D, Kim JW, YUN DS, Sosta H, ST di Pollom, Weitz DA, Belcher: Nanostructures fotocatalitici Biologicamente templated per da ossidazione guidata da luminosa continua dell'acqua. Nanotecnologia della Natura. 5(5), 340-4 (2010).
  10. Nam YS, Shin T, Sosta H, Ungherese AP, Choi K, Fantner G, KA del Nelson, assembly del Virus-templated di Belcher Delle porfirine nei nanoantennae di raccolta. Giornale della Società di Prodotto Chimico Americano. 132(5), 1462-3 (2010)
  11. Engel GS, Calhoun TR, Ha Letto EL ed altri: Prova per il trasferimento di energia ondulato con coerenza di quantum in Natura dei sistemi fotosintetici. 446, 782-786 (2007).
  12. Kalyanasundaram K. & Graëtzel M.: Fotosintesi Artificiale: approcci biomimetic alla conversione ed all'archiviazione a energia solare Curr. Op. Biotech. 21, 298-310 (2010).
  13. Sgobba V & Guldi DM: Beni del Carbonio e domanda nanotubes-elettronici/elettrochimici di Soc Rev. 38, 165-184 di fotonica e di nanoelectronics Chim. (2009).
  14. Kanan MW e DG di Nocera: Formazione In situ di catalizzatore ossigeno-evolventesi in fosfato contenente acqua neutro e nella Scienza2 321, 1072-1075 di CO. (2008).
  15. Koder ed altri: “Progettazione ed assistenza tecnica Natura2 della O di proteina di trasporto„. 458, 305-309 (2009).
  16. Sanderson K: La trappola del fotone. Natura 452: 400-4002 (2008)

Copyright AZoNano.com, il Professor Thomas Faunce (Australian National University)

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

Last Update: 14. June 2013 04:16

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this article?

Leave your feedback
Submit