Planetarische Nanomedicine: Vergt de Wereld een Globaal Kunstmatig Project van de Fotosynthese?

door Professor Thomas Fuance

Professor Thomas Faunce, de Australische Toekomstige Kameraad van de Raad Voor Onderzoek. Universiteit van Wet en Universiteit van Geneeskunde, Biologie en het Milieu, Australische Nationale Universiteit
Overeenkomstige auteur: Thomas.faunce@anu.edu.au

Vele opwindende onderzoeksgebieden nanotechnologiekomen bij de kunstmatige fotosynthese samen. De aansluting tussen de gezondheid van onze installatie en de mensen het ondersteunt is nu een deel van een groeiend gebied genoemd „planetarische geneeskunde.“ Een Project van de macroscience Globaal Kunstmatig Fotosynthese (GAP) aanpakkend kritieke globale energie, water en voedselproblemen is een definitieve inspanning in planetarische nanomedicine? Als zo, hoe zou het moeten worden georganiseerd in werking gesteld=worden= of?

De Planetarische geneeskunde is nu een groeiend gebied waarin de deskundigheid van medische beroeps in geleid naar kwesties van globale gezondheid en milieubescherming, in het bijzonder met inbegrip van klimaatverandering.1,2 Het onderzoek van Professor Tom Faunce's heeft om zich op zijn ideeën voor een Globaal Kunstmatig Project van de Fotosynthese (GAP) als het bepalen inspanning van planetarische nanomedicine uit te breiden tot doel. Professor Faunce stelde deze eerste bij de Nanotechnologie voor de Duurzame die Conferentie van de Energie voor door de Europese Stichting van de Wetenschap in Juli 2010 in Obergurgl, Oostenrijk en bij het 15de Internationale Congres van Fotosynthese in Peking in Augustus 2010 wordt gesponsord.

Op de Conferentie van het Klimaat van Kopenhagen in December 2009, creeerden de de natiestaten van de wereld, de Overeenstemming van Kopenhagen. Deze niet-verbindende politieke overeenkomst erkende de kritieke effecten van bevolkingstoename en fossiel brandstof-gedreven klimaatverandering evenals de behoefte om een uitvoerig aanpassingsprogramma met inbegrip van internationale steun voor die landen te vestigen het kwetsbaarst aan zijn ongunstige gevolgen.1 Voor het eerst, gingen alle belangrijke uitzendende landen met een doel van minder dan het houden van het globale verwarmen aan 2°C boven pre-industrial niveaus akkoord. De Overeenstemming van Kopenhagen bevat ook belangrijke ondernemingen betreffende matiging (met inbegrip van het Fonds van het Klimaat van Kopenhagen Groene) in het bijzonder vestigend een mechanisme om vernieuwbare technologieontwikkeling en overdracht te versnellen op energiegebied.3

De Doelstellingen van de Ontwikkeling van het Millennium van de Verenigde Naties worden in het bijzonder geconcentreerd op verwante kwesties van energieopslag, productie en de omzetting, de landbouwproductiviteitsverhoging, de waterbehandeling en de sanering en de deskundigen hebben nanotechnologie om systematisch tot hun voltooiing aangemoedigd bij te dragen.4 Deze kritieke overlevingskwesties voor de armen zullen worden verergerd aangezien de globale bevolking tegen 10 miljard tegen 2050 en energieverbruikstijgingen van 13.5 TW (2001) aan ˜40.8 TW groeit. De Kunstmatige fotosynthese (AP) impliceert een opwindende convergentie van nanotechnologieonderzoek naar dergelijke problemen. Zou een „grote wetenschaps“ benadering van AP een het bepalen oefening in planetarische nanomedicine vertegenwoordigen?

De Fotosynthetische organismen absorberen fotonen van diverse gebieden van het zonnespectrum in de molecules van het „antenne“ chlorofyl in thylakoids van het celmembraan, doen de installaties het zelfde in intracellular organellen genoemd chloroplast. De geabsorbeerde die energie van de fotonen wordt door complex in (OEC) een proteïne gebruikt zuurstof-te evolueren als fotosysteem II wordt bekend water (HO)2 aan zuurstof (o) te oxyderen2 die aan de atmosfeer wordt vrijgegeven. De geproduceerde elektronen worden daardoor gevangen in chemische banden door fotosysteem I om NADP (nicotinamide adenine dinucleotide fosfaat) voor opslag in ATP (adenosine trifosfaat) en NADPH (de vorm van de aard van waterstof) te verminderen.5 In „donkere reactie“ ATP en NADPH evenals kooldioxide (CO2) worden gebruikt in de cyclus calvin-Benson om voedsel in de vorm van koolhydraat via het enzym Rubisco te maken.6

De Fotosynthese, de uiteindelijke bron van onze zuurstof, het voedsel en de fossiele brandstoffen, sluiten reeds ˜100 TW van 150.000 TW zonne-energie op die de aarde slaan. De onderzoekers van Nanoscience herontwerpen actief fotosynthese om, bijvoorbeeld, lage gelokaliseerde kosten, omzetting van zonlicht en vuil water in brandstof te bereiken voor het verwarmen en het koken.7 Verbeterde AP, indien billijk van toepassing geweest, kon gewassenproductie op marginaal land bevorderen, de atmosferische niveaus van CO2 , lagere geo verminderen - politieke en militaire spanningen over fossiele brandstof, voedsel en waterschaarste en waterstof voor industriële opslag creëren.8

AP wordt door nanotechnologievooruitgang gedreven die met veelvoudige wetenschappelijke disciplines snijden. De Voorbeelden omvatten de systemen die van de wateroxydatie fotogevoelige die componenten gebruiken door kern-SHELL nanowires aan een genetisch gebouwd virus worden geënt.9,10

de tweedimensionale verhoging van de de transformatie elektronische spectroscopie van Fourier heeft aangetoond dat de fotosynthetische elektronenwegen hoofdzakelijk één enkele quantumberekening uitvoeren, ontdekkend vele staten gelijktijdig een mechanisme om de efficiency van de energieoverdracht van lichte het oogsten van quantumpunten mogelijkheden door quantumcoherentiemechanismen te verbeteren voorstellen, 11 mesoporous dunne film kleurstof-gevoelige zonnecellen van halfgeleider nanoparticles12 en koolstof die nanotubes en de resulterende elektriciteit oogsten leiden.13

Een goedkoop (niet zeldzaam-metaal) water katalytisch systeem is getest dat zelf-herstelt en naar verluidt in de omringende omstandigheden bij neutrale pH met niet zuiver water opereert.14 De Synthetische proteïnen (maquettes) zijn gecreeerd om het testen van techniekprincipes voor kunstmatige fotosystemen en reactiecentra toe te staan.15

Talrijke concurrerend gefinancierde nanotechnologie-geconcentreerde AP onderzoeksteams er bestaan reeds in vele ontwikkelde naties.16 Een die vormen dozijn Europese onderzoekpartners het AP zonne-H netwerk, door de Europese Unie wordt gesteund. De Dienst van de V.S. van het Gezamenlijke (DOE) Centrum van de Energie voor Kunstmatige die Fotosynthese (JCAP) door het Instituut van Californië van Technologie (Caltech) wordt geleid en het Nationale Laboratorium van Lawrence Berkeley heeft US$122m meer dan 5 jaar om een zonnebrandstofsysteem op te bouwen. Caltech en Massachusetts Institute of Technology hebben een $20 miljoen Nationale toelage van de Stichting (NSF) van de Wetenschap om foton vangen en katalysatorefficiency te verbeteren, terwijl verscheidene die Onderzoekscentra van de Grens van de Energie Door DOE van de V.S. worden gefinancierd worden geconcentreerd op AP.

Een Project van GAP moet diverse organisatorisch, financieel en intellectuele eigendomuitdagingen overwinnen. De wetenschappelijke uitdaging voor het Menselijke Project HGP van het Genoom was misschien welomlijnder. Zoals met HGP, zal het werk van het Project van GAP waarschijnlijk over een verscheidenheid van laboratoria in verschillende naties worden verdeeld, eerder dan wordt geconcentreerd in één plaats zoals de Europese Organisatie voor KernOnderzoek (CERN) of het internationale project op fusieenergie (ITER).

CERN de les kan zijn vele naties te hebben die nieuwe apparatuur (zoals Grote Hadron Collider) financieren open aan gebruik door onafhankelijk-gefinancierde fysici van rond de wereld. ITER benadrukt de voordelen van ondertekenende partijen die wetenschappelijke gegevens, verwerving, financiën, het bemannen overeenkomen te delen. Zoals met CERN, staat de RuimtedieTelescoop Hubble (door NASA in samenwerking met het Europees Ruimte-Agentschap wordt gefinancierd) om het even welke gekwalificeerde wetenschapper toe om een onderzoekvoorstel in te dienen, in aanmerking komende kandidaten hebbend een jaar na observatie alvorens hun gegeven aan de volledige wetenschappelijke gemeenschap wordt vrijgegeven.

De betrokkenheid van de Industrie (of als leveranciers van apparatuur of middelen of klanten van output) zal in een project van GAP een belangrijke kwestie gegeven de spanningen tussen openbare en privé die rechten zijn in de definitieve stadia van HGP worden tentoongesteld. De Lessen van het (de Technologie van de Productie van de Halfgeleider) consortium SEMATECH zonder winstbejag, kunnen zijn dat terwijl de grote schaal de nationale financiering en industrie partners voor aanvankelijke impuls noodzakelijk zijn, het globale effect opneming van de industrie van veelvoudige naties en afdeling in zuiver onderzoek en verwerkende dochterondernemingen vereist.

Het Centrum voor Revolutionaire ZonnePhotoconversion (CRSP) impliceert openbare financiering uit twee afzonderlijke bronnen (DOE en NSF van de V.S.) met multinationale collectieve leden (met inbegrip van Dupont, General Motors, Konarka, Lockheed Martin, Scherp en Toyota). De Coördinatie met internationale vernieuwbare energieorganisaties zulke het Internationale Agentschap van de Vernieuwbare Energie (IRENA) en de Raad van de Wereld voor Vernieuwbare Energie (WCRE) zal en EUROSOLAR, de Europese Vereniging zonder winstbejag voor Vernieuwbare Energie voor de de regelgevende stabiliteit en geloofwaardigheid van het Project van GAP belangrijk zijn.

De Potentiële bestuurmodellen voor een Project van GAP konden of geleidelijke evolutie van het status quo, of actieve bevordering en coördinatie door de Internationale Maatschappij van het Onderzoek van de Fotosynthese (ISPR) in samenwerking met leiders van de grootste nationale AP projecten impliceren. Een open-toegangsmodel zou financieringsregels kunnen zien vereisend openbaar goed verlenen van vergunningen, technologieoverdracht, ethisch en sociaal implicatiesonderzoek evenals snelle en vrije toegang tot gegevens.

Een publiek-privaat vennootschapmodel zou de toegang van leden tot niet-exclusieve vergunningen over intellectuele eigendom zoals met CRSP kunnen impliceren. Een bestuurstructuur die internationale wet benadrukken zou fotosynthese tegen schade of bovenmatige die octrooien kunnen beschermen binnen de klasse van de verdragen van de Verenigde Naties met het beschermen van de gemeenschappelijke erfenis van het mensdom (bijvoorbeeld maan, kosmische ruimte, diepzeebed, plaatsen van de wereld de natuurlijke erfenis) worden geïmpliceerd met verplichtingen om billijk AP technologie te ontwikkelen.

Vangend, omzettend en opslaand veilige, koolstof-neutrale, duurzame energie uit zijn overvloedigste bron, kan de zon de belangrijkste wetenschappelijke en technische uitdaging zijn die het mensdom in de 21ste eeuw onder ogen zien. Een multidisciplinair Project van GAP zou een definitieve oefening in planetarische nanomedicine kunnen zijn.


Verwijzingen

  1. McMichael T: Biosfeer, gezondheids en „duurzaamheids“ Wetenschap 297(5584), 1093 (2002).
  2. Schwartz BS, Parker C, Glas TA, HU H: Globale milieuverandering: wat kunnen de gezondheidszorgleveranciers en de milieuhygiënegemeenschap over het nu doen? Omgeef Gezondheid Perspect 114 (12), 1807-12 (2006).
  3. De Verenigde Naties. De Overeenkomst van het Kader bij de Verandering van het Klimaat. Voorstel - CONFERENTIE /CP.15 VAN de Vijftiende zitting Kopenhagen, 7-18 December 2009 FCCC/CP/2009/L.7 18 December 2009 van PARTIJEN
  4. Salamanca-Buentello F, Persad DL, Hof EB, Martin DK, Daar AS et al: Nanotechnologie en de Ontwikkelende Wereld. Med van PloS. 2, e97 (2005).
  5. Blankenship AANGAANDE: Moleculaire Mechanismen van Fotosynthese. De Wetenschap van Blackwell, Oxford/Malden, (2002).
  6. Windvlaag D en Moore TA: Het Nabootsen fotosynthese. Wetenschap 244, 35-41 (1989).
  7. Hurst JK: In achtervolging van de katalysators van de wateroxydatie voor zonnebrandstofoxydatie. Wetenschap 328, 315-316 (2010).
  8. Tempo R: Een „Geïntegreerd Kunstmatig Model van de Fotosynthese“ in Collings A en Critchley C. Artificial Photosynthesis: van basisbiologie aan industriële toepassing. Wiley-VCH Verlag. Weinheim. 13-34 (2005).
  9. Nam YS, Magyaarse AP, Lee D, Kim JW, Yun DS, Park H, Pollom TS, Weitz DA, Belcher AM: Templated Biologisch photocatalytic nanostructures voor aanhoudende licht-gedreven wateroxydatie. De nanotechnologie van de Aard. 5(5), 340-4 (2010).
  10. Nam YS, Scheenbeen T, Park H, Magyaarse AP, Choi K, Fantner G, KA van Nelson, Belcher AM virus-Templated assemblage van porphyrins in licht-oogst nanoantennae. Dagboek van de Amerikaanse Chemische Maatschappij. 132(5), 1462-3 (2010)
  11. Engel GS, Calhoun RT, Las et al GR: Bewijsmateriaal voor wavelike energieoverdracht door quantumcoherentie in fotosynthetische systemenAard. 446, 782-786 (2007).
  12. Kalyanasundaram K. & Graëtzel M: Kunstmatige fotosynthese: biomimetic benaderingen van zonne-energieomzetting en opslag Curr. Op. Biotech. 21, 298-310 (2010).
  13. Sgobba V & DM Guldi: De de nanotubes-elektronische/elektrochemische eigenschappen en toepassing van de Koolstof voor nanoelectronics en photonicsChem. Soc. Toer 38, 165-184 (2009).
  14. DG MW en Nocera van Kanan: Vorming In situ van een zuurstof-evoluerende katalysator in neutraal water die fosfaat en Wetenschap 3212, 1072-1075 van Co. (2008) bevatten.
  15. Koder et al: „Ontwerp en techniek van het vervoer eiwit2 “ Aard een van O. 458, 305-309 (2009).
  16. Sanderson K: De fotonval. Aard 452: 400-4002 (2008)

Copyright AZoNano.com, Professor Thomas Faunce (Australische Nationale Universiteit)

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

Last Update: 14. June 2013 04:02

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