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惑星の Nanomedicine: 世界は全体的な人工的な光合性のプロジェクトを必要としますか。

教授によってトマス Fuance

トマス Faunce のオーストラリアの研究委員会の未来の仲間教授法律の大学および薬、生物学および環境オーストラリア国立大学の大学
対応する著者: Thomas.faunce@anu.edu.au

ナノテクノロジーの研究の多くのエキサイティングな地域は人工的な光合性で収斂です。 今では支える人間と私達のプラントの健康間の接続はです 「惑星の薬名づけられる成長するフィールドの部分」。と あるために重大で全体的なエネルギー、水 (GAP)および食糧問題に取り組む macroscience の全体的な人工的な光合性のプロジェクト惑星の nanomedicine の限定的な努力はか。 その場合、それはどのように始められるか、または組織されるべきですか。

今では惑星の薬は医学の専門家の専門知識が全体的な健康および不良気象の克服策の問題の方に指示した気候変動を含む成長するフィールド、特にです。1,2 トム Faunce 教授の研究は惑星の nanomedicine の定義の努力として全体的な (GAP)人工的な光合性のプロジェクトのための彼の考えから発展させるように努めます。 Faunce 教授は Obergurgl、オーストリアと 2010 年 8 月の北京の光合性の第 15 国際的な議会で 2010 年 7 月のヨーロッパ科学の基礎によって後援された支持できるエネルギー会議のためのナノテクノロジーでこれらの第 1 を示しました。

2009 年 12 月のコペンハーゲンの気候の会議で、世界の国民国家は、コペンハーゲンの調和を作成しました。 この拘束力がない政治一致は人口増加の重大な影響を化石の燃料主導の気候変動認識し、また国際的なサポートを含む広範囲の適応プログラムを確立する悪影響に最も傷つきやすいそれらの国のための必要性。1 はじめて、国を出しているすべての少佐は産業革命前以前のレベルの上の 2°C よりより少しに地球温暖化の保存のターゲットに同意しました。 コペンハーゲンの調和はまた再生可能エネルギーの技術開発および転送を加速するためにメカニズムを確立する軽減に関する重要なプロジェクトを (を含むコペンハーゲンの緑の気候の資金) 特に含んでいます。3

国際連合の千年間の開発の目的はエネルギー蓄積、生産の関連問題に特に焦点を合わせ、変換、農業生産力の機能拡張、水処理および治療および専門家はナノテクノロジーを組織的に彼らの達成に貢献するように励ましました。4 貧乏人のためのこれらの重大な存続問題は 2050 年までに 100億の方に全体的な人口として育ちます悪化させ、エネルギー消費は 13.5 TW から˜40.8 TW に (2001 年) の上がります。 人工的な光合性は (AP)そのような問題のナノテクノロジーの研究のエキサイティングな収束を含みます。 AP への 「巨大科学」のアプローチは惑星の nanomedicine の定義の練習を表しますか。

光合成の有機体は細胞膜の thylakoids、プラントの 「アンテナ」クロロフィル分子に太陽スペクトルのさまざまな領域からの光子をします葉緑体と呼出される細胞内の細胞器官の同じを吸収します。 吸収された光子のエネルギーは大気に解放される (OEC)酸素 (o) に水を (HO) 酸化させるために photosystem II として知られている2蛋白質で2酸素展開の複合体によって使用されます。 それにより作り出される電子は photosystem I によって化学結合で ATP (アデノシン三リン酸) および NADPH (水素の性質の形式) の記憶のための NADP (ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドの隣酸塩) を減らすために捕獲されます。5 「暗い反作用」 ATP および NADPH、また二酸化炭素 (CO) でカルヴァン Benson のサイクルで酵素 Rubisco によって炭水化物の形で食糧を作るのに使用されています。6

私達の酸素の光合性、最終的なソース、食糧および化石燃料は、既に地球を打つ 150,000 TW の太陽エネルギーの˜100 TW を引っ掛けます。 Nanoscience の研究者は実行中に、熱し、調理のための燃料に、変換および汚れた水を達成するために光合性を集中する日光の例えば、低価格設計し直しています。7 高められた AP は、公正に適用されたら、最底限の土地の作物生産を助け、大気 CO のレベルを減らし2 、化石燃料、食糧および水欠乏上の地政学的な、軍の張力を下げ、産業記憶のための水素を作成できます。8

AP は多重科学的教義と横断するナノテクノロジーの前進によって運転されます。 例は遺伝的に設計されたウイルスにコアシェルの nanowires によって接木される感光性コンポーネントを利用する水酸化システムが含まれています。9,10

二次元のフーリエ変換の電子分光学の機能拡張は示しま、光合成の電子パスが本質的に単一の量の計算を行っていることを同時に量のエネルギー移動の効率を高めるためのメカニズムを提案する多くの州を点を打った量の一貫性のメカニズム、結果として生じる電気を収穫し、11 行なう半導体の nanoparticles およびカーボン nanotubes の mesoporous12 薄膜の染料に敏感な太陽電池によって機能を収穫するライトに感じます。13

自己修復、包囲された条件の下で非純粋な水との中立 pH で伝えられるところでは動作する安価な (非まれ金属) 水触媒作用システムはテストされました。14 総合的な蛋白質 (maquettes) は人工的な photosystems および反作用の中心のための工学主義のテストを可能にするために作成されました。15

多数の競争的に資金を供給されたナノテクノロジー集中された AP の調査チームは多くの開発された国家に既に存在しています。16 ダース人のヨーロッパ人の研究パートナーは欧州連合によってサポートされる太陽H AP ネットワークを形作ります。 (Caltech) および (DOE)ローレンスバークレーの国立研究所カリフォルニア工科大学が導く人工的な光合性 (JCAP) のためのエネルギー接合箇所の中心の米国の部門に太陽燃料系統を構築する 5 年にわたる US$122m があります。 米国の雌ジカが資金を供給する複数のエネルギーフロンティアの研究 (NSF)所は AP に焦点を合わせるが Caltech におよびマサチューセッツ工科大学に光子の捕獲および触媒の効率を改善する $20 百万全米科学財団の許可があります。

ギャップのプロジェクトはさまざまな組織の、財政および知的財産の挑戦を克服しなければなりません。 ヒトゲノムプロジェクト HGP のための科学的な挑戦は多分もっとはっきり定義されました。 HGP と同じように、ギャップのプロジェクト作業本当らしく配られるために融合エネルギー (ITER) の核研究 (CERN) のためのヨーロッパ構成のような 1 つの場所または国際的なプロジェクトで集中しますよりもむしろ異なった国家のいろいろな実験室を渡って。

CERN のレッスンは独立の出資による物理学者によって使用に (大きいハドロンの Collider のような) 世界中から開きます多くの国家を新しい装置に資金を供給することを持つことであるかもしれません。 ITER は科学的なデータ、調達、職員を置く財政を共有することを同意している署名者の利点を強調します。 CERN と同じように、ハッブル宇宙望遠鏡は (欧州宇宙機関と共同して NASA が資金を供給する) データの前の観察が全体の科学界に解放された後修飾された科学者が研究提案、年を過している合格者を入れることを可能にします。

ギャップのプロジェクトの企業介入は (装置またはリソースの製造者または出力の顧客として) HGP の最終段階で表わされた公共および私用権利間の張力があった大きな問題です。 純粋な研究および製造業の子会社に大規模の各国用の資金調達および企業パートナーが最初の運動量に必要な間、全体的な影響多重国家からの企業および分割の包含を必要とする SEMATECH (半導体の製造技術) の非営利借款団からのレッスンは、そうかもしれません。

革命的な太陽 Photoconversion (CRSP) のための中心は多国籍団体メンバーと 2 つの別々のソースからの公共の資金調達を (米国の雌ジカおよび NSF) 含みます (を含む Du Pont、ゼネラルモーターズ、 Konarka、 Lockheed Martin、シャープおよびトヨタ)。 国際的な再生可能エネルギーの組織の調整はそのような物再生可能エネルギー (WCRE) (IRENA) および EUROSOLAR のための国際的な再生可能エネルギー代理店そして世界会議、再生可能エネルギーのための非営利ヨーロッパ連合ギャップのプロジェクトの規定する安定性および信頼性のために重要です。

ギャップのプロジェクトのための潜在的な支配モデルは光合性の研究 (ISPR) の国際的な社会によって最も大きい国民 AP のプロジェクトのリーダーと共同して現状からの漸進的な改革、か実行中の昇進および調整含むことができます。 オープンアクセスモデルは資金調達の規則をデータへの公益の認可、技術移転、倫理的な、社会的な含意の研究、また急速な、フリーアクセス必要とすることを見るかもしれません。

官民のパートナーシップモデルは CRSP と同じように知的財産上の非排他的なライセンスへのメンバーのアクセスを含むかもしれません。 国際法を強調する支配の構造は損傷から光合性か AP の技術を公正に出す義務の人間性 (例えば月、太陽系外空間、深海のベッド、世界の自然な相続財産のサイト) の共通の相続財産の保護にかかわる国際連合の条約のクラス内の余分なパテントを保護するかもしれません。

支持できるエネルギー最も豊富なソースからの捕獲し、変換し、そして、カーボン中立安全な、保存は、太陽 21 世紀の人間性に直面する最も重要な科学的な、技術的な挑戦であるかもしれません。 学際的なギャップのプロジェクトは惑星の nanomedicine の限定的な練習であることができます。


参照

  1. McMichael T: 生物圏、健康および 「持続性」科学 297(5584) 1093 (2002 年)。
  2. Schwartz BS、 Parker C のガラス TA、 Hu H: 全体的な環境の変更: 医療サービス提供者および環境衛生のコミュニティは何をそれについて今することができますか。 健康 Perspect 114 (12) 1807-12 を囲んで下さい (2006 年)。
  3. 国際連合。 気候変動の枠組み条約。 決定草案 - 党第 15 セッションコペンハーゲン、 12 月 7-18 日の /CP.15 会議 2009 日 FCCC/CP/2009/L.7 2009 年 12 月 18 日
  4. AS 等サラマンカBuentello F、 Persad DL の裁判所 EB、マーティン DK、 Daar: ナノテクノロジーおよび新興社会。 PloS Med。 2、 e97 (2005 年)。
  5. Blankenship に関して: 光合性の分子メカニズム。 Blackwell 科学、オックスフォード/モールデン、 (2002 年)。
  6. 突風 D およびムーア TA: 光合性をまねること。 科学 244、 35-41 (1989 年)。
  7. Hurst JK: 太陽燃料の酸化のための水酸化触媒を追跡して。 科学 328、 315-316 (2010 年)。
  8. ペース R: Collings A および Critchley C. Artificial Photosynthesis の 「統合された人工的な光合性モデル」: 基本的な生物学から産業アプリケーションへの。 ワイリーVCH Verlag。 Weinheim。 13-34 (2005 年)。
  9. Nam YS、 Magyar AP、リー D、金 JW、 Yun DS の公園 H の Pollom の TS、ワイツ DA、 Belcher 次のとおり AM: 支えられたライト主導の水酸化のための生物学的に templated photocatalytic nanostructures。 性質のナノテクノロジー。 5(5)、 340-4 (2010 年)。
  10. Nam YS、 Shin T の公園 H、 Magyar AP、 Choi K、 Fantner G のネルソンの KA、ライト収穫の nanoantennae へのポルフィリンの Belcher AM のウイルスtemplated アセンブリ。 アメリカ化学会のジャーナル。 132(5) 1462-3 (2010 年)
  11. Engel GS、 Calhoun TR は、 EL 等を読みました: 光合成システム性質の量の一貫性による波状のエネルギー移動のための証拠。 446、 782-786 (2007 年)。
  12. Kalyanasundaram K. 及び Graëtzel M: 人工的な光合性: 太陽エネルギーの変換および記憶 Curr への biomimetic アプローチ。 操作。 バイオテクノロジー。 21、 298-310 (2010 年)。
  13. Sgobba V 及び Guldi DM: nanoelectronics および photonics Chem のためのカーボン nanotubes 電子/電気化学の特性そしてアプリケーション。 Soc. Rev. 38、 165-184 (2009 年)。
  14. Kanan MW および Nocera DG: 隣酸塩および CO. 科学 321 1072-1075 を含んでいる中立水の酸素展開の2触媒のそのままの形成 (2008 年)。
  15. Koder 等: 「O の輸送蛋白質のデザイン2 そして工学」の性質。 458、 305-309 (2009 年)。
  16. Sanderson K: 光子のトラップ。 性質 452: 400-4002 (2008 年)

、版権 AZoNano.com トマス Faunce (オーストラリア国立大学) 教授

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

Last Update: 14. June 2013 04:20

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