Планетарное Nanomedicine: Миру Нужен Глобальный Искусственний Проект Фотосинтеза?

Профессором Томасом Fuance

Профессор Томас Faunce, Австралийский Собрат Будущего Научно-исследовательского Совета. Коллеж Закона и Коллеж Медицины, Биологии и Окружающей Среды, Университета Австралийского Соотечественника
Соответствуя автор: Thomas.faunce@anu.edu.au

Много exciting зон исследования нанотехнологии собирательны на искусственном фотосинтезе. Связь между здоровье нашего завода и людей оно терпит теперь часть растущего термин поля «планетарной медициной.» А Проект Фотосинтеза macroscience Глобальный (GAP) Искусственний решая критические глобальные проблемы энергии, воды и еды для того чтобы быть окончательная работа в планетарном nanomedicine? Если так, как должна она быть начата или организована?

Планетарная медицина теперь растущее поле в которое экспертиза медицинских профессионалов внутри направила к вопросам глобального здоровья и охраны окружающей среды, в частности включая изменение климата.1,2 Исследование Профессора Tom Faunce изыскивает расширить на его идеях для Глобального Искусственного Проекта (GAP) Фотосинтеза как определяя работа планетарного nanomedicine. Профессор Faunce представил эти первые на Нанотехнологии для Устойчивого Конференции Энергии спонсированного Европейским Учредительством Науки в июле 2010 на Obergurgl, Австрии и на 15th Международном Конгрессе Фотосинтеза в Пекине в августе 2010.

На Конференции Климата Копенгагена в декабре 2009, национальные государства мира, создали Согласие Копенгагена. Это non-связывая политическое согласование узнало критические удары демографического роста и топлив-управляемого ископаемым изменения климата так же, как потребность установить всестороннюю программу приспособления включая международную поддержку для тех стран самых уязвимых к своим отрицательным влияниям.1 Для the first time, весь майор испуская страны согласился к цели держать глобальное потепление к чем 2°C над pre-промышленными уровнями. Согласие Копенгагена также содержит важные затеи относительно смягчения (включая Фонд Климата Зеленого Цвета Копенгагена) в частности устанавливая механизм для ускорения развития и перехода технологии возобновляющей энергии.3

Цели Развития Тысячелетия Организации Объединенных Наций в частности сфокусированы на смежных вопросах накопления энергии, продукции и преобразование, повышение аграрной урожайности, водоочистка и remediation и специалисты ободряли нанотехнологию систематически внести вклад в их достижение.4 Эти критические вопросы выживания для бедных будут обостряны как глобальная населенность растут к 10 миллиардов к 2050 и потребление энергии поднимает от TW 13,5 (2001) к ˜40.8 TW. Искусственний фотосинтез (AP) включает exciting схождение исследования нанотехнологии на таких проблемах. «Подход к большой науки» к AP представил бы определяя тренировку в планетарном nanomedicine?

Фотосинтетические организмы поглощают фотоны от различных зон солнечного спектра в молекулы хлорофилла «антенны» в thylakoids мембраны клетки, заводах делают эти же в внутриклеточных вызванных органеллах хлоропластами. Энергия поглощенных фотонов использована кислород-эволюционируя комплексом (OEC) в протеине известные, что как photosystem II окислила воду (HO2) к кислороду (O2) который выпущен к атмосфере. Таким образом произведенные электроны захвачены в химическых соединениях photosystem I для уменьшения NADP (фосфата dinucleotide аденина никотинамида) для хранения в ATP (triphosphate аденозина) и NADPH (форме природы водопода).5 В «ATP темной реакции» и NADPH так же, как углекислом газе (CO2) используйте в цикле Кельвин-Benson для того чтобы сделать еду в форме углевода через энзим Rubisco.6

Фотосинтез, типичный источник нашего кислорода, еда и каменные угли, уже поглощают ˜100 TW солнечной энергии 150.000 TW поражая землю. Исследователя Nanoscience активно переконструируют фотосинтез для того чтобы достигнуть, например, низкую цену, локализованную, преобразование солнечного света и пакостную воду в топливо для нагревать и варить.7 Увеличенный AP, если прикладной equitably, смог помочь продукции урожая на маржинальных землях, уменьшить атмосферическим уровням2 CO, понизить геополитическим и воинским напряжениям над немногочисленностью ископаемого горючего, еды и воды и создать водоподу для промышленного хранения.8

AP управляется выдвижениями нанотехнологии пересекая с множественными научными дисциплинами. Примеры включают системы оксидации воды используя фоточувствительные компоненты прививанные nanowires сердечник-раковины к genetically проектированному вирусу.9,10

повышение спектроскопии плоского Преобразования Фурье электронное показало что фотосинтетические тропа электрона существенно выполняют одиночное вычисление суммы, воспринимающ много положений одновременно предлагая механизм для увеличивать эффективность перекачки энергии суммы поставили точки свет возможности механизмами сцепления суммы, 11 mesoporous фотоэлементами тонкого фильма краск-чувствительными nanoparticles полупроводника12 и nanotubes углерода и дирижируя возникающее электричество.13

Система недорогой (non воды редк-металла) каталитическая была испытана которая собственн-ремонтирует и мнимо работает под внешними условиями на нейтральном пэ-аш с non-чисто водой.14 Синтетические протеины (maquettes) были созданы для того чтобы позволить испытывать принципов инженерства для искусственних photosystems и центров реакции.15

Многочисленние конкурсно фондированные нанотехнология-сфокусированные научно-исследовательские группы AP уже существуют в много начатых наций.16 Соучастники исследования дюжины Европейцев формируют Солнечную-H сеть AP, поддержанную Европейским Союзом. Dept. США Центра (DOE) Соединения Энергии для Искусственного Фотосинтеза (JCAP) водить Институтом Технологии Калифорнии (Caltech) и Лабораторией Лоренса Беркли Национальной имеет US$122m над 5 летами для того чтобы построить солнечную топливную систему. Caltech и Массачусетсский институт имеют дар Национального фонда $20 (NSF) миллионов для того чтобы улучшить захват фотона и эффективность катализатора, пока несколько Исследовательскийа Центр Границы Энергии фондированных ЛАНЬЮ США сфокусированы на AP.

Проект ЗАЗОРА должен отжать различные возможности организационных, финансовохозяйственных и интеллектуальной собственности. Научная возможность для Проекта Людского Генома HGP возможно ясно была определена. Как с HGP, Работа над проектом ЗАЗОРА правоподобна быть распределенным через разнообразие лаборатории в различных нациях, вернее чем фокусировал в одном месте как Европейская Организация для Ядерного Исследования (CERN) или международного проекта на энергии сплавливания (ITER).

Урок CERN может быть иметь много наций фондировать новое оборудование (как Большой Коллайдер Адрона) раскрывает к пользе независим-фондированными физиками от вокруг мира. ITER выделяет преимущества сторона, подписавшая договор соглашаясь делить научные данные, поставки, финансы, комплектуя штаты. Как с CERN, Космический Телескоп Hubble (фондированный NASA в сотрудничестве с Европейским Космическим Агентством) позволяет любому квалифицированному научному работнику представить предложение исследования, успешные заявители имея год после того как замечание перед их данными будет выпущено к всему научному сообществу.

Запутанность Индустрии (или как поставщики оборудования или ресурсов или клиенты выходов) в проекте ЗАЗОРА будет главной проблемой, котор дали напряжения между общественными и приватными правами показанными в заключительных этапах HGP. Уроки от консорциума SEMATECH (Технологии Изготавливания Полупроводника) бесприбыльного, могут быть который пока соучастники финансирования и индустрии большого диапазона национальные необходимы для начального момента, глобальный удар требует включения индустрии от множественных наций и разделения в чисто дочерние компании исследования и изготавливания.

Центр для Революционного Солнечного Photoconversion (CRSP) включает общественное финансирование от 2 отдельно источников (ЛАНЬ США и NSF) с многонациональными корпоративными членами (включая Du Pont, General Motors, Konarka, Lockheed Martin, Диез и Тойота). Координация с международными организациями возобновляющей энергии такие Международное Агенство Возобновляющей Энергии (IRENA) и Совет Мира для Возобновляющей Энергии (WCRE) и EUROSOLAR, бесприбыльная Европейская Ассоциация для Возобновляющей Энергии будет иметь значение для стабилность и правдоподобие Проекта ЗАЗОРА регламентационные.

Потенциальные модели управления для Проекта ЗАЗОРА смогли или включить постепенно развитие от статус-кво, или активные промотирование и координацию Международным Обществом Исследования Фотосинтеза (ISPR) в сотрудничестве с руководителями самых больших проектов AP соотечественника. Модель открытого доступа могла увидеть, что правила финансирования потребовали лицензировать общественной пользы, передача технологии, этичное и социальное исследование прикосновенностей так же, как речной порог и беспрепятственный доступ к данным.

Частно-государственная модель партнерства могла включить доступ членов к неэксклюзивным лицензиям над интеллектуальной собственностью как с CRSP. Структура управления подчеркивая международное право могла защитить фотосинтез от повреждения или чрезмерно патенты внутри тип договоров Организации Объединенных Наций, котор включили с защищать общее наследие гуманности (например луны, космического пространства, кровати глубокого моря, мест естественного наследия мира) с обязательствами свернуть вне технологию AP equitably.

Захватывать, преобразовывать и хранить безопасный, углерод-нейтральная, устойчивая энергия от своего самого обильного источника, солнце могут быть самой важной научной и технической возможностью смотря на гуманность в двадцать первом веке. Multidisciplinary Проект ЗАЗОРА смог быть окончательной тренировкой в планетарном nanomedicine.


Справки

  1. McMichael T: Наука биосферы, здоровья и «устойчивости» 297(5584), 1093 (2002).
  2. Schwartz BS, Parker C, Стекло TA, Hu H: Глобальное относящое к окружающей среде изменение: чего могут провайдеры медицинских услуг и община состояний окружающей среды сделать о их теперь? Environ Здоровье Perspect 114 (12), 1807-12 (2006).
  3. Организация Объединенных Наций. Рамочная Конвенция на Изменении Климата. Проект решения - КОНФЕРЕНЦИЯ /CP.15 Встречи Копенгагена ПАРТИЙ Пятнадцатых, 7-ое-18 декабря 2009 FCCC/CP/2009/L.7 18-ое декабря 2009
  4. Саламанка-Buentello F, Persad DL, Суд EB, Мартин DK, Daar КАК et al: Нанотехнология и Развивающийся Мир. Med PloS. 2, e97 (2005).
  5. RE Blankenship: Молекулярные Механизмы Фотосинтеза. Наука Blackwell, Оксфорд/Malden, (2002).
  6. Порыв ветра D и Moore TA: Передразнивать фотосинтез. Наука 244, 35-41 (1989).
  7. Hurst JK: В преследовании катализаторами оксидации воды для солнечной оксидации топлива. Наука 328, 315-316 (2010).
  8. Побежка R: «Интегрированная Искусственная Модель Фотосинтеза» в Collings A и Critchley C. Искусственн Фотосинтезе: от основной биологии к промышленному применению. Wiley-VCH Verlag. Weinheim. 13-34 (2005).
  9. Nam YS, Мадьяр AP, Ли D, Ким JW, Yun DS, Парк H, TS Pollom, Weitz DA, Belcher AM: Биологически templated photocatalytic nanostructures для, котор вытерпели свет-управляемой оксидации воды. Нанотехнология Природы. 5(5), 340-4 (2010).
  10. Nam YS, Голень T, Парк H, Мадьяр AP, Choi K, Fantner G, KA Нельсона, агрегат Вируса-templated Belcher AM порфиринов в свет-nanoantennae. Журнал Общества Американского Химиката. 132(5), 1462-3 (2010)
  11. Engel GS, Calhoun TR, Прочитало EL et al: Доказательство для wavelike перекачки энергии через сцепление суммы в Природе фотосинтетических систем. 446, 782-786 (2007).
  12. K. Kalyanasundaram & Graëtzel M: Искусственний фотосинтез: biomimetic подходы к преобразованию солнечной энергии и хранению Curr. Op. Biotech. 21, 298-310 (2010).
  13. Sgobba V & Guldi DM: Свойства Углерода nanotubes-электронные/электрохимические и применение для nanoelectronics и photonics Chem. SOC. Rev. 38, 165-184 (2009).
  14. Kanan MW и DG Nocera: В образовании situ кислород-эволюционируя катализатора в нейтральной воде содержа фосфат и Науку2 321 CO., 1072-1075 (2008).
  15. Koder et al: «Конструкция и инженерство Природа2 протеина перехода O». 458, 305-309 (2009).
  16. Sanderson K: Ловушка фотона. Природа 452: 400-4002 (2008)

Авторское Право AZoNano.com, Профессор Томас Faunce (Университет Австралийского Соотечественника)

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

Last Update: 14. June 2013 04:41

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