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Nanomedicine Planetário: O Mundo Precisa um Projecto Artificial Global da Fotossíntese?

pelo Professor Thomas Fuance

Professor Thomas Faunce, Companheiro Australiano do Futuro do Conselho de Pesquisa. Faculdade da Lei e Faculdade da Medicina, da Biologia e do Ambiente, Universidade de Nacional Australiano
Autor Correspondente: Thomas.faunce@anu.edu.au

Muitas áreas emocionantes da pesquisa da nanotecnologia são convergentes na fotossíntese artificial. A conexão entre a saúde de nossa planta e os seres humanos que sustenta é agora parte de um campo crescente denominado “medicina planetária.” Um Projecto Artificial Global da Fotossíntese (GAP) do macroscience que aborda problemas globais críticos da energia, da água e do alimento para ser um esforço definitivo no nanomedicine planetário? Em caso afirmativo, como deve ser iniciado ou organizado?

A medicina Planetária é agora um campo crescente em que a experiência de profissionais médicos dirigiu dentro para introduções da saúde e da protecção ambiental globais, incluindo particularmente alterações climáticas.1,2 A pesquisa do Professor Tom Faunce procura expandir em cima de suas ideias para um Projecto Artificial Global (GAP) da Fotossíntese como um esforço de definição do nanomedicine planetário. O Professor Faunce apresentou estes primeiros na Nanotecnologia para a Conferência Sustentável da Energia patrocinada pela Fundação Européia da Ciência em julho de 2010 em Obergurgl, Áustria e no 15o Congresso Internacional da Fotossíntese no Pequim em agosto de 2010.

Na Conferência do Clima de Copenhaga em dezembro de 2009, os estados-nação do mundo, criaram o Acordo de Copenhaga. Este acordo político não-obrigatório reconheceu os impactos críticos do crescimento demográfico e de alterações climáticas combustível-conduzidas fóssil assim como a necessidade estabelecer um programa detalhado da adaptação que inclui o apoio internacional para aqueles países os mais vulneráveis a seus efeitos adversos.1 Pela primeira vez, todo o major que emite-se países concordou a um alvo de manter o aquecimento global a menos do que 2°C acima dos níveis pré-industriais. O Acordo de Copenhaga igualmente contem empreendimentos importantes a respeito da mitigação (que inclui o Fundo do Clima do Verde de Copenhaga) em particular que estabelece um mecanismo para acelerar a revelação e transferência renováveis de tecnologia energética.3

Os Objetivos da Revelação do Milênio de United Nations são centrados particularmente sobre introduções relacionadas do armazenamento de energia, produção e a conversão, o realce da produtividade agrícola, o tratamento da água e a remediação e os peritos incentivaram a nanotecnologia contribuir sistematicamente a sua realização.4 Estas edições críticas da sobrevivência para os pobres serão agravadas como a população global crescem para 10 bilhões em 2050 e o consumo de energia aumenta de TW 13,5 (2001) a ˜40.8 TW. A fotossíntese Artificial (AP) envolve uma convergência emocionante da pesquisa da nanotecnologia sobre tais problemas. “Uma aproximação da ciência grande” ao AP representaria um exercício de definição no nanomedicine planetário?

Os organismos Fotossintéticos absorvem fotão das várias regiões do espectro solar em moléculas da clorofila da “antena” em thylakoids da membrana de pilha, plantas fazem o mesmos nos organelles intracelulares chamados cloroplastos. A energia dos fotão absorvidos é usada pelo complexo oxigênio-em desenvolvimento (OEC) em uma proteína conhecida como o photosystem II para oxidar a água (HO2) ao oxigênio (O)2 que é liberado à atmosfera. Os elétrons produzidos desse modo são capturados em ligações químicas pelo photosystem Mim para reduzir NADP (fosfato do dinucleotide de adenina de nicotinamida) para o armazenamento em ATP (triphosphate de adenosina) e em NADPH (o formulário da natureza do hidrogênio).5 “no ATP da reacção escura” e no NADPH assim como no dióxido de carbono (CO2) são usados no ciclo de Calvin-Benson para fazer o alimento sob a forma do hidrato de carbono através da enzima Rubisco.6

A Fotossíntese, a fonte final de nosso oxigênio, o alimento e os combustíveis fósseis, já prendem ˜100 TW da energia solar de 150.000 TW que golpeia a terra. Os pesquisadores de Nanoscience estão remodelando activamente a fotossíntese para conseguir, por exemplo, o baixo custo, localizado, a conversão da luz solar e a água suja no combustível para aquecer-se e cozinhar.7 O AP Aumentado, se aplicado equitativa, podia ajudar à produção vegetal em terras marginais, reduzir níveis atmosféricos2 do CO, abaixar tensões geopolíticas e militares sobre a escassez do combustível fóssil, do alimento e da água e criar o hidrogênio para o armazenamento industrial.8

O AP é conduzido pelos avanços da nanotecnologia que cruzam-se com disciplinas científicas múltiplas. Os Exemplos incluem os sistemas da oxidação da água que utilizam os componentes fotossensíveis transplantados por nanowires de núcleo-SHELL a um vírus genetically projetado.9,10

Fourier bidimensional transforma o realce eletrônico da espectroscopia mostrou que os caminhos fotossintéticos do elétron estão executando essencialmente uma única computação do quantum, detectando muitos estados que sugerem simultaneamente um mecanismo para aumentar a eficiência de transferência de energia do quantum pontilharam a luz que colhe capacidades pelos mecanismos da coerência do quantum, 11 células solares tintura-sensíveis mesoporous do filme fino dos nanoparticles do semicondutor12 e dos nanotubes do carbono que colhem e que conduzem a electricidade resultante.13

Um sistema catalítico (não da água barata do raro-metal) foi testado que auto-reparasse e se operasse alegada sob circunstâncias ambientais no pH neutro com água não-pura.14 As proteínas Sintéticas (maquettes) foram criadas para permitir o teste de princípios da engenharia para photosystems e centros artificiais da reacção.15

As equipas de investigação nanotecnologia-focalizadas competitiva financiadas Numerosas do AP já existem em muitas nações desenvolvidas.16 Os sócios da pesquisa de dúzia Europeus formam a rede Solar-h do AP, apoiada pela União Europeia. O Serviço dos E.U. do Centro (DOE) da Junção da Energia para a Fotossíntese Artificial (JCAP) conduzida pelo Instituto de Tecnologia de Califórnia (Caltech) e pelo Laboratório Nacional de Lawrence Berkeley tem US$122m sobre 5 anos para construir um sistema de combustível solar. Caltech e Massachusetts Institute of Technology têm uma concessão do National Science Foundation $20 (NSF) milhões para melhorar a captação do fotão e a eficiência do catalizador, quando diversos Centros de Pesquisa da Fronteira da Energia financiados pela GAMA dos E.U. forem focalizados no AP.

GAP Projecta-se deve superar vários desafios da propriedade de organização, financeira e intelectual. O desafio científico para o Projecto de Genoma Humano HGP talvez foi definido mais claramente. Como com o HGP, os Trabalhos de projecto de GAP são prováveis ser distribuídos através de uma variedade de laboratórios em nações diferentes, um pouco do que sendo focalizado em um lugar como a Organização Européia para a Pesquisa Nuclear (CERN) ou no projecto internacional sobre a energia da fusão (ITER).

A lição do CERN pode ser ter muitas nações financiar o equipamento novo (tal como o Grande Collider do Hadron) abre ao uso por físicos independente-financiados de todo o mundo. O ITER destaca os benefícios dos signatários que concordam compartilhar de dados científicos, obtenções, finança, provendo de pessoal. Como com CERN, o Telescópio Espacial de Hubble (financiado pela NASA em colaboração com a Agência Espacial Europeia) permite que todo o cientista qualificado submeta uma proposta de pesquisa, candidatos bem sucedidos que têm um ano depois que a observação antes de seus dados é liberada à comunidade científica inteira.

A participação da Indústria (como fornecedores do equipamento ou dos recursos ou clientes das saídas) em um projecto de GAP será um tema importante dado as tensões entre os direitos públicos e privados exibidos nos estados finais do HGP. As Lições do consórcio não lucrativo de SEMATECH (Tecnologia de Fabricação do Semicondutor), podem ser que quando os sócios nacionais do financiamento e da indústria da grande escala forem necessários para o impulso inicial, impacto global exige a inclusão da indústria das nações múltiplas e da divisão em subsidiárias puras da pesquisa e da fabricação.

O Centro para Photoconversion Solar Revolucionário (CRSP) envolve o financiamento público de duas fontes separadas (GAMA dos E.U. e NSF) com os membros corporativos multinacionais (que incluem Du Pont, General Motors, Konarka, Lockheed Martin, Sharp e Toyota). A Coordenação com organizações internacionais da energia renovável tais a Agência Internacional da Energia Renovável (IRENA) e o Conselho de Mundo para a Energia Renovável (WCRE) e o EUROSOLAR, a Associação Européia não lucrativa para a Energia Renovável será importante para a estabilidade e a credibilidade reguladoras do Projecto de GAP.

Os modelos Potenciais da administração para um Projecto de GAP poderiam envolver a evolução gradual do status quo, ou promoção e coordenação activas pela Sociedade Internacional da Pesquisa da Fotossíntese (ISPR) em colaboração com líderes dos projectos os maiores do AP do nacional. Um modelo do aberto-acesso pôde considerar regras do financiamento exigir licenciar dos bens do público, transferência tecnológica, pesquisa ética e social das implicações assim como acesso rápido e livre aos dados.

Um modelo público-privado da parceria pôde envolver o acesso dos membros às licenças não-exclusivas sobre a propriedade intelectual como com o CRSP. Uma estrutura da administração que sublinha a lei internacional pôde proteger a fotossíntese de dano ou patentes excessivas dentro da classe de tratados de United Nations envolvidos com a protecção da herança comum da humanidade (por exemplo lua, espaço, base de mar profundo, locais da herança natural do mundo) com obrigações desenrolar equitativa a tecnologia do AP.

Capturar, converter e armazenar segura, energia carbono-neutra, sustentável de sua fonte mais abundante, o sol podem ser o desafio científico e técnico o mais importante que enfrenta a humanidade no século XXI. GAP multidisciplinar Projecta-se poderia ser um exercício definitivo no nanomedicine planetário.


Referências

  1. McMichael T: A Ciência da biosfera, da saúde e da “sustentabilidade” 297(5584), 1093 (2002).
  2. Schwartz BS, Parker C, Vidro TA, Hu H: Mudança ambiental Global: que podem os fornecedores de serviços de saúde e a comunidade da saúde ambiental fazer sobre ele agora? Cerque a Saúde Perspect 114 (12), 1807-12 (2006).
  3. United Nations. Convenção Estrutural em Alterações Climáticas. Decisão de Esboço - CONFERÊNCIA /CP.15 Da sessão Copenhaga dos PARTIDOS Décimos Quintos, os 7-18 de dezembro de 2009 FCCC/CP/2009/L.7 18 de dezembro de 2009
  4. Salamanca-Buentello F, Persad DL, Corte EB, Martin DK, Daar COMO e outros: Nanotecnologia e o Mundo em Desenvolvimento. MED de PloS. 2, e97 (2005).
  5. Blankenship COM REFERÊNCIA A: Mecanismos Moleculars da Fotossíntese. Ciência de Blackwell, Oxford/Malden, (2002).
  6. Ventania D e Moore TA: Imitando a fotossíntese. Ciência 244, 35-41 (1989).
  7. Hurst JK: Em busca dos catalizadores da oxidação da água para a oxidação solar do combustível. Ciência 328, 315-316 (2010).
  8. Ritmo R: “Um Modelo Artificial Integrado da Fotossíntese” em Collings A e em Critchley C. Artificial Fotossíntese: da biologia básica à aplicação industrial. Wiley-VCH Verlag. Weinheim. 13-34 (2005).
  9. Nam YS, Magiar AP, Lee D, Kim JW, YUN DS, Parque H, TS de Pollom, Weitz a DINAMARCA, Belcher AM: Nanostructures photocatalytic Biològica templated para a oxidação luz-conduzida sustentada da água. Nanotecnologia da Natureza. 5(5), 340-4 (2010).
  10. Nam YS, Shin T, Parque H, Magiar AP, Choi K, Fantner G, KA de Nelson, conjunto do Vírus-templated de Belcher AM dos porphyrins em nanoantennae decolheita. Jornal da Sociedade de Produto Químico Americano. 132(5), 1462-3 (2010)
  11. Engel GS, Calhoun TR, Leu ENS e outros: Evidência para transferência de energia wavelike com a coerência do quantum na Natureza dos sistemas fotossintéticos. 446, 782-786 (2007).
  12. Kalyanasundaram K. & Graëtzel M: Fotossíntese Artificial: aproximações biomimetic à conversão de energia solar e ao armazenamento Curr. Op. Biotech. 21, 298-310 (2010).
  13. Sgobba V & Guldi DM: Propriedades do Carbono e pedido nanotubes-eletrônicos/eletroquímicos para o nanoelectronics e o photonics Chem. Soc. Rev. 38, 165-184 (2009).
  14. Kanan MW e DG de Nocera: Formação In situ de um catalizador oxigênio-em desenvolvimento na água neutra que contem o fosfato e a Ciência2 321 do CO., 1072-1075 (2008).
  15. Koder e outros: “Projecto e engenharia Natureza2 de uma proteína de transporte de O”. 458, 305-309 (2009).
  16. Sanderson K: A armadilha do fotão. Natureza 452: 400-4002 (2008)

Copyright AZoNano.com, Professor Thomas Faunce (Universidade de Nacional Australiano)

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

Last Update: 14. June 2013 04:37

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