Planetariska Nanomedicine: Behöver Världen en Global Konstgjord Photosynthesis Projekterar?

vid Professorn Thomas Fuance

Professor Thomas Faunce, Australiensisk Kamrat för ForskningRådFramtid. Högskola av Lag och Högskola av Medicinen, Biologi och Miljön, Australiensisk MedborgareUniversitetar
Motsvarande författare: Thomas.faunce@anu.edu.au

Många spännande områden av nanotechnologyforskning konvergerar på konstgjord photosynthesis. Anslutningen mellan det vård- av vår växt och människorna som det tål är delen av växa sätter in nu den benämnde ”planetariska medicinen.”, Skulle en macroscience som Global Konstgjord Photosynthesis (GAP) Projekterar att tackla kritisk global energi, bevattnar, och är matproblem en definitiv strävan i planetarisk nanomedicine? Om så, hur bör organiserade den vara initierad eller?

Den Planetariska medicinen är växa sätter in nu i vilket sakkunskapen av medicinska professionell som riktas in in mot, utfärdar av globalt vård- och miljöskydd, bestämt inklusive klimatförändring.1,2 Sökanden för ProfessorTom Faunces forskning att utvidga på hans idéer för en Global Konstgjord Photosynthesis (GAP) Projekterar som en definierande strävan av den planetariska nanomedicinen. Professorn Faunce framlade dessa första på Nanotechnologyen för den Hållbara EnergiKonferensen som sponsrades av EuropéVetenskapsFundamentet i Juli 2010 på Obergurgl, Österrike och på den 15th LandskampKongressen av Photosynthesis i Beijing i Augusti 2010.

På KöpenhamnKlimatKonferensen i December 2009, världens påstår nation, skapat KöpenhamnFördrag. Detta non-band som politisk överenskommelse kände igen det kritiskt, får effekt av befolkningtillväxt, och fossil- tanka-drivande klimatförändring såväl som behovet för att upprätta service för landskamp för omfattande anpassningprogram en inklusive för de länder som är mest sårbar till dess motsatt, verkställer.1 För den första tiden ha som huvudämne alla sända ut länder som instämmas till en uppsätta som mål av att hålla global värme mindre, än 2°C ovanför pre-industriellt jämnar. KöpenhamnFördrag innehåller också viktiga begravningsbranschen som i synnerhet som angår förmildrande omständighet (däribland Fonden för KöpenhamnGräsplanKlimatet) upprättar en mekanism för att accelerera förnybar energiteknologiutveckling och överföring.3

Målen för Förenta NationMilleniumUtveckling fokuseras bestämt på släkt utfärdar av energilagring, produktion, och omvandlingen, jordbruks- produktivitetsförbättring, bevattnar behandling, och remediation och experter har uppmuntrat nanotechnology systematiskt att bidra till deras prestation.4 Dessa utfärdar kritisk överlevnad för ska det fattigt exacerbateds, som den globala befolkningen växer in mot 10 miljard vid 2050 och löneförhöjningar för energiförbrukning från TW 13,5 (2001) till ˜40.8 TW. Konstgjord photosynthesis (AP) gäller en spännande konvergens av nanotechnologyforskning på sådan problem. Skulle ”en stor vetenskap” att närma sig till AP föreställer en definition övar i planetarisk nanomedicine?

Photosynthetic organismer absorberar fotoner från olika regioner av den sol- spectrumen in i ”antenn” klorofyllmolekylar i thylakoids för cellmembranet, växter gör samma i intracellular organelles som kallas chloroplasts. De absorberade fotonernas energi används av detevolving komplex (OEC) i ett bekant protein, som photosystem II som ska oxideras, bevattnar (HO2) till syre (Nolla2) som är utsläppt till atmosfären. Elektronerna som produceras därmed, fångas i kemiska förbindelser av photosystem Mig som förminskar NADP (phosphate för nicotinamideadeninedinucleotide) för lagring i ATP (adenosinetriphosphate) och NADPH (naturen bildar av väten).5 I ”den mörkerreaktions” ATPEN och NADPHEN såväl som koldioxiden (CO2) används i Calvin-Bensonen cyklar för att göra mat i form av kolhydratet via enzymet Rubisco.6

Photosynthesis, den ultimat källan av vårt syre, mat och fossil tankar, fångar redan ˜100 TW av den sol- energien klockas slag för 150.000 TW jorden. Nanoscience forskare formar om aktivt photosynthesis för att uppnå, till exempel low för att kosta, lokaliserat, bevattnar omvandlingen av solljus och för att smutsa ner in i tankar för att värma och att laga mat.7 Förhöjd AP, om applicerad equitably, kunde hjälpa kantjusterar produktion på marginella länder, förminskar atmosfärisk CO2 jämnar, politiska och militära spänningar för lägre geo - över fossil tankar, mat och bevattnar scarcity och skapar väten för industriell lagring.8

AP är drivande av nanotechnologyframflyttningar som skär med vetenskapliga discipliner för multipel. Exempel inkluderar bevattnar oxidationsystem som använder photosensitive delar som inympas av kärna ur-Shell nanowires till en genetiskt iscensatt virus.9,10

tvådimensionella Fourier omformar elektronisk spektroskopiförbättring har visat att photosynthetic elektronbanor utför i grunden en singelquantumuträkning som avkänner många, påstår samtidigt att föreslå en mekanism för förhöjning av effektiviteten av energiöverföringen av quantumprickar som skördar lätt kapaciteter vid quantumsammanhållningmekanism, 11 filmar mesoporous tunna färg-känsliga sol- celler av halvledarenanoparticles12 och kolnanotubes som skördar och förar den resulterande elektriciteten.13

Ett billigt (sällsynt-belägga med metall non), bevattnar det katalytiska systemet har testats som själv-reparerar och fungerar allegedly under omgivande villkorar på friläget pH med non-rent bevattnar.14 Syntetmaterialproteiner (maquettes) har skapats för att låta att testa av att iscensätta principer för konstgjord photosystems och reaktion centrerar.15

Talrika konkurrenskraftigt betalade nanotechnology-fokuserade AP-forskninglag finns redan i många framkallade nationer.16 Bildar dussina partners för en Européforskning den Sol--H APEN knyter kontakt, stöttat av Europeiska Unionen. Den Gemensamma US-Dept.en av (DOE) Energi Centrerar för Konstgjord Photosynthesis (JCAP) ledde vid det Kalifornien Institutet av Teknologi (Caltech), och det Lawrence Berkeley MedborgareLaboratoriumet har US$122m över 5 år som bygger ett sol-, tankar systemet. Caltech och Massachusettset Institute of Technology har ett lån för National Science Foundation $20 (NSF) miljoner som förbättrar fotontillfångatagandet, och katalysatoreffektivitet, fördriver flera EnergiGränsForskningscentra som betalas av US-DOEN, fokuseras på AP.

EN GAP Project måste betagna olika organisatoriska, finansiella och immateriell rättighetutmaningar. Den vetenskapliga utmaningen för MänniskaGenom Projekterar HGP definierades kanske klarare. Som med HGPEN, Projekterar GAP arbete är rimlig att vara utdelad över en variation av laboratorium i olika nationer, ganska än fokuseras i en förlägga något liknande EuropéOrganisationen för Kärn- Forskning (CERN), eller landskampen projekterar på fusionenergi (ITER).

CERNS kurs kan vara att ha många nationer att betala ny utrustning (liksom den Stora HadronCollideren) öppnar till bruk av självständig-betalade fysiker från runt om världen. ITER markerar gynnar av undertecknare som instämm för att dela vetenskapliga data, anskaffningar, finans som bemannar. Som med CERN, låter det Hubble UtrymmeTeleskop (som betalas av NASA i samarbete med EuropéUtrymmeByrån) någon kvalificerad forskare sända ett forskningförslag, lyckade sökandar som har ett år, efter observationen för deras data har varit utsläppt till den hela vetenskapliga gemenskapen.

Bransch som medverkan (endera som leverantörer av utrustning eller resurser eller kunder av tillverkar) i en GAP projekterar ska, är en ha som huvudämne utfärdar givet spänningarna mellan offentliga och privata rätter som ställs ut i slutskedena av HGPEN. Kurser från den icke-kommersiella konsortiet för SEMATECH (Fabriks- Teknologi för Halvledare), kan vara, att för fjällmedborgare för stunder stora partners för finansiering och för bransch är nödvändiga för initial momentum, globalt får effekt kräver medräknandet av bransch från multipelnationer och uppdelning in i ren forskning och fabriks- dotterbolag.

Centrera för Revolutionära Sol- Photoconversion (CRSP) gäller offentlig finansiering från två separata källor (US-DOEN och NSF) med företags medlemmar för multinationellt företag (inklusive Du Pont, General Motors, Konarka, Lockheed Martin, Kor och Toyota). Koordination med förnybara sådan energiorganisationar för landskampen den Förnybara EnergiByrån för Landskampen (IRENA) och VärldsRådet för Förnybar Energi (WCRE) och EUROSOLAR, den icke-kommersiella EuropéAnslutningen för ska Förnybar Energi är viktig för GAP Projekterar reglerande stabilitet och trovärdighet.

Potentiell makt modellerar för en GAP Project kunde endera gälla gradvis evolution från status quo, eller aktivbefordran och koordination vid LandskampSamhället av PhotosynthesisForskning (ISPR) i samarbete med ledare av den största medborgare AP projekterar. Enta fram modellerar styrka ser att finansieringen härskar att kräva offentligt bra licensera, teknologiöverföringen, etiskt och social implikationsforskning såväl som foren och tar fram fritt till data.

Ettprivat partnerskap modellerar styrka gäller medlemmar tar fram till non-artikel med ensamrätt licenser över immateriell rättighet som med CRSP. En makt strukturerar att betona landskamplagstyrka skyddar photosynthesis från skada eller överdrivna patent inom klassificera av Förenta Nationfördrag som är involverade med skydd av allmänningarvet av mänsklighet (för anföra som exempel moonen, yttre utrymme, den djupa sjöbotten, naturliga arvplatser för värld), med åtaganden till första visningAP-teknologi equitably.

Tillfångatagande, att konvertera och att lagra som är säkert, kol-friläget, hållbar energi från dess mest överflödande källa, sunen, kan vara den viktigaste belägen mitt emot mänskligheten för den vetenskapliga och tekniska utmaningen i det 21st århundradet. En tvärvetenskapliga GAP Project kunde vara ett definitivt övar i planetarisk nanomedicine.


Hänvisar till

  1. McMichael T: Den vård- och ”sustainability” Vetenskapen 297(5584) för biosfär, 1093 (2002).
  2. Schwartz BS, Parker C, Exponeringsglas TA, Hu H: Global miljö- ändring: vad kan sjukvårdfamiljeförsörjare och den miljö- vård- gemenskapen göra om den nu? Environ Vård- Perspect 114 (12), 1807-12 (2006).
  3. Förenta Nation. RamRegel på Klimatförändring. Formulera beslutet - /CP.15 KONFERENSEN AV Den Femtonde periodsKöpenhamnen för PARTIER, 7-18 December 2009 FCCC/CP/2009/L.7 18 December 2009
  4. Salamanca-Buentello F, Persad DL, Domstol EB, Martin DK, Daar SOM et al: Nanotechnology och FramkallningsVärlden. PloS Med. 2 e97 (2005).
  5. BETRÄFFANDE Blankenship: Molekylär Mekanism av Photosynthesis. Blackwell Vetenskap, Oxford/Malden, (2002).
  6. Vindkast D och Moore TA: Efterapa photosynthesis. Vetenskap 244, 35-41 (1989).
  7. Hurst JK: I jakt av bevattna oxidationkatalysatorer för sol- tankar oxidation. Vetenskap 328, 315-316 (2010).
  8. Stega R: ”Modellerar en Inbyggd Konstgjord Photosynthesis” i Collings A och Critchley C. Konstgjord Photosynthesis: från grundläggande biologi till den industriella applikationen. Wiley-VCH Verlag. Weinheim. 13-34 (2005).
  9. Nam YS, Magyar AP, Lee D, Kim JW, Yun DS, Parkerar H, Pollom TS, Weitz DA, den Belcher FÖRMIDDAGEN: Biologically templated photocatalytic nanostructures för tålt ljus-drivande bevattnar oxidation. Naturnanotechnology. 5(5) 340-4 (2010).
  10. Nam YS, Shin T, Parkerar H, Magyar AP, Choi K, Fantner G, den Nelson KAEN, enhet för Belcher FÖRMIDDAGVirus-templated av porphyrins in i ljus-plockning nanoantennae. Föra Journal över av det Kemiska Samhället för Amerikanen. 132(5) 1462-3 (2010)
  11. Engel GS, Calhoun TR, Läste EL et al: Bevisa för wavelike energiöverföring till och med quantumsammanhållning i Natur för photosynthetic system. 446 782-786 (2007).
  12. Kalyanasundaram K. & Graëtzel M: Konstgjord photosynthesis: biomimetic att närma sig till den sol- energiomvandlingen och lagring Curr. Op. Biotech. 21 298-310 (2010).
  13. Sgobba V & Guldi DM: Nanotubes-elektronisk/electrochemical rekvisita för Kol och applikation för nanoelectronicsen och photonicsen Chem. Soc. Rev. 38, 165-184 (2009).
  14. Kanan MW och Nocera GD: I situbildande av enevolving katalysator i friläge bevattna att innehålla phosphate och CO.-2Vetenskap 321, 1072-1075 (2008).
  15. Koder et al: ”Design och iscensätta Natur av2 för ett Nolla-transportprotein”. 458 305-309 (2009).
  16. Sanderson K: Fotonfällan. Natur 452: 400-4002 (2008)

Ta Copyrightt på AZoNano.com, Professorn Thomas Faunce (den Australiensiska MedborgareUniversitetar)

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

Last Update: 14. June 2013 04:48

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