There is 1 related live offer.

Save 25% on magneTherm

星球 Nanomedicine : 世界是否需要一个全球人为光合作用项目?

由托马斯 Fuance 教授

托马斯 Faunce,澳大利亚研究会议远期研究员教授法律医学、生物和环境澳洲国立大学学院学院
对应的作者: Thomas.faunce@anu.edu.au

纳米技术研究许多扣人心弦的范围是聚合的在人为光合作用。 它持续我们的工厂的健康和人之间的连接数现在作为被命名 ‘星球医学的一个生长域的部分’。 会解决重要全球能源、 (GAP)水和食物问题的 macroscience 全球人为光合作用项目是在星球 nanomedicine 的明确努力? 如果那样,启动或如何应该组织它?

星球医学现在是医疗专业人员专门技术将全球健康和环境保护指向的问题的一个生长域,特别地包括气候变化。1,2 汤姆 Faunce 教授的研究寻求扩展他的一个全球人为光合作用项目的 (GAP)想法作为星球 nanomedicine 定义的努力。 Faunce 教授存在了这些第一在欧洲科学基础主办的能承受的能源会议的纳米技术在 2010年 7月在 Obergurgl,奥地利和在光合作用的第 15 国际国会在北京在 2010年 8月。

在哥本哈根气候会议在 2009年 12月,世界的 "台独",创建了哥本哈根协议。 此无约束力的政治协定认可了人口增长的重要影响和化石燃料主导的气候变化以及需要设立一个综合适应程序包括国际技术支持对于那些国家(地区) 最易损坏对其负面作用。1 第一次,散发国家(地区) 的所有少校比在工业化前的级别上的 2°C 赞成保留全球性变暖的目标较少。 哥本哈根协议特别是也包含关于 (包括哥本哈根绿色气候资金) 设立结构的缓和的重要事业加速可再造能源技术开发和调用。3

联合国千年发展目标特别地集中于能量储备,生产的相关问题,并且转换、农业生产力改进、水处理和补救和专家鼓励纳米技术系统地造成他们的成绩。4 贫寒的这些重要生存问题将被恶化作为全球人口增长往 100亿在 2050年之前,并且能源消耗从 13.5 上升 TW (2001) 到˜40.8 TW。 人为光合作用 (AP)介入纳米技术研究扣人心弦的汇合对这样问题的。 对 AP 的一个 ‘重要科学’途径是否将表示在星球 nanomedicine 的定义的执行?

光合作用的有机体吸收从这个太阳光谱的多种地区的光子到 “天线”在细胞膜 thylakoids,工厂的绿叶素分子执行同样在称叶绿体的细胞内细胞器。 氧气演变的复杂使用被吸收的光子的能源 (OEC)在叫作光合体系的蛋白质 II 氧化水 (HO2) 到2被发行给气氛的氧气 (o)。 从而被生产的电子在化学键被获取由光合体系减少 NADP 的我 (烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸盐) 在 ATP (三磷酸腺苷) 和 NADPH (氢的本质的表单的存贮的)。5 在 “暗反应” ATP 和 NADPH 以及二氧化碳 (CO2) 用于卡尔文本雄循环做食物以碳水化合物的形式通过酵素 Rubisco。6

光合作用、我们的氧气的最终来源,食物和矿物燃料,已经捕捉˜100 150,000 TW 太阳能 TW 进攻地球的。 Nanoscience 研究员有效地重新设计光合作用达到,例如,阳光低成本,局限化,转换和坏的水到加热和烹调的燃料。7 改进的 AP,如果适用公平地,能协助解决在边缘土地的种植业,减少大气 CO2 级别,降低在矿物燃料、食物和水缺乏的地缘政治和军事紧张局势和创建行业存贮的氢。8

相交与多个科学学科的纳米技术预付款驱动 AP。 示例包括水使用光敏要素的氧化作用系统嫁接由核心壳 nanowires 对基因上设计的病毒。9,10

二维傅立叶变换电子分光学改进向显示光合作用的电子路根本执行一个唯一数量计算,感觉同时建议许多的状态提高的数量能量转移的效率一个结构加点收获功能的光由数量凝聚结构,11 半导体 nanoparticles 和碳 nanotubes mesoporous 薄膜染料敏感的12 太阳能电池收获和执行产生的电的。13

是自动修复的和涉嫌在四周情况下运行在中立酸碱度用非纯水的一个耗费小的 (非少见金属) 水催化作用的系统被测试了。14 综合蛋白质 (maquettes) 被创建允许测试工程原则对于人为光合体系和回应中心。15

许多竞争地被资助的纳米技术集中的 AP 研究小组于许多发达国家已经存在。16 十二欧洲研究合作伙伴形成太阳H AP 网络,支持由欧盟。 能源 (DOE)加州理工学院 (JCAP) 联接中心美国部门导致的人为光合作用 (加利福尼亚理工学院) 和劳伦斯伯克利国家实验室有 US$122m 在建立太阳燃料系统的 5 年期间。 而美国母鹿资助的几个能源边境 (NSF)研究中心集中于 AP,加利福尼亚理工学院和麻省理工学院有改进 $20 百万国家科学基金会的授予光子获取和催化剂效率。

空白项目必须解决多种组织,财务和知识产权挑战。 人类染色体项目的 HGP 或许科学挑战更加明晰定义。 与 HGP,空白项目工程可能在各种各样的实验室间被分配用不同的国家,而不是集中在象欧洲核研究组织的一个安排 (CERN) 或国际项目对融合能源 (ITER)。

CERN 的课程可能是有许多国家资助新的设备 (例如大强子碰撞) 对使用世界各地开张由独立物理学家。 ITER 显示同意的签署人的福利共享科学数据,采购,财务,雇用职员。 与 CERN,哈勃空间望远镜 (资助由美国航空航天局与欧洲航天局合作) 允许所有合格的科学家提交研究提案,有的获准申请人一年,在他们的数据前的观察被发行给整个科学界以后。

行业介入 (作为设备或资源的输出的供应商或者客户) 在空白项目将是产生的一个主要争论点在进入 HGP 的最后阶段陈列的公共和专用权之间的紧张局势。 从的 SEMATECH (半导体制造技术) 非盈利财团的课程,可能是,当大规模国家资助和行业合作伙伴为最初的动力时是必要的,全球影响要求行业和部门包括从多个国家的到纯研究和制造辅助。

革命太阳 Photoconversion (CRSP) 中心介入从二个不同来源的公共资助 (美国母鹿和 NSF) 与多国公司成员 (包括杜邦、通用汽车公司、 Konarka、洛克希德马丁,锐利和丰田)。 与国际可再造能源组织的协调这样国际可再造能源署 (IRENA)和世界理事会可再造能源 (WCRE) 和 EUROSOLAR,非盈利欧洲关联的可再造能源对空白项目管理稳定性和可信度将是重要。

空白项目的潜在的统治设计可能由光合作用研究介入从这个现状的逐渐演变或者有效的促销和协调 (ISPR) 国际社团与最大的国民 AP 项目的领导先锋合作。 开放存取设计也许发现资助规律要求公共福利准许,技术转让、道德和社会涵义研究以及迅速和自由存取对数据。

一个官民合伙企业设计也许介入对非排除性的许可证的成员的存取在知识产权与 CRSP。 强调国际法的统治结构也许保护光合作用免受故障或在联合国条约内选件类的额外的专利介入与保护公用遗产人类 (例如月亮、外层空间、深海河床,世界自然遗产站点) 与负债铺开 AP 技术公平地。

获取,转换和存储安全,碳中立,能承受的能源从其最丰富的来源,这个星期日可能是面对人类的这个最重要的科学和技术挑战在 21 世纪。 一个多重学科的空白项目能是在星球 nanomedicine 的明确执行。


参考

  1. McMichael T : 生物圈、健康和 “持续力”科学 297(5584), 1093 (2002)。
  2. Schwartz BS,帕克 C,玻璃 TA,虎队 H : 全球环境更改: 提供保健服务者能和环境卫生社区对此现在执行什么? 包围健康 Perspect 114 (12), 1807-12 (2006)。
  3. 联合国。 在气候变化的框架协定。 草稿决定 - 当事人第十五会议哥本哈根, 12月 7-18 的 /CP.15 会议 2009 FCCC/CP/2009/L.7 2009年 12月 18日
  4. 萨拉曼卡Buentello F, Persad DL,现场 EB,马丁 DK, Daar AS 等: 纳米技术和发展中国家。 PloS Med。 2, e97 (2005)。
  5. Blankenship 关于: 光合作用分子结构。 Blackwell 科学,牛津/莫尔登, (2002)。
  6. 阵风 D 和穆尔 TA : 仿造光合作用。 科学 244, 35-41 (1989)。
  7. Hurst JK : 追求水太阳燃料氧化作用的氧化作用催化剂。 科学 328, 315-316 (2010)。
  8. 步幅 R : “一个集成人为光合作用设计”在 Collings A 和 Critchley C. Artificial Photosynthesis : 从基本的生物到行业应用。 威里VCH Verlag。 Weinheim。 13-34 (2005)。
  9. Nam YS,马扎尔人 AP,李 D,金 JW, Yun DS,公园 H, Pollom 实验装置,维兹 DA, Belcher 上午: 生物持续的轻主导的水氧化作用的 templated photocatalytic nanostructures。 本质纳米技术。 5(5), 340-4 (2010)。
  10. Nam YS,申英澈 T,公园 H,马扎尔人 AP,崔 K, Fantner G,纳尔逊钾, Belcher 上午卟啉病毒templated 集合到轻收获的 nanoantennae 里。 美国化学会日记帐。 132(5), 1462-3 (2010)
  11. Engel GS, Calhoun TR,读了 EL 等: 波形的能量转移的证据通过在光合作用的系统本质的数量凝聚。 446, 782-786 (2007)。
  12. Kalyanasundaram K. & Graëtzel M : 人为光合作用: 对太阳能转换和存贮 Curr 的 biomimetic 途径。 操作。 生物科技。 21, 298-310 (2010)。
  13. Sgobba V & Guldi DM : 碳 nanotubes 电子/电化学属性和申请对 nanoelectronics 和 photonics Chem。 Soc. 38, 165-184 (2009)。
  14. Kanan 兆瓦和 Nocera DG : 一种氧气演变的催化剂的在原处形成在包含磷酸盐和 CO. 科学 321 的2中立水中, 1072-1075 (2008)。
  15. Koder 等: ‘O 运输蛋白质的设计和2 工程’本质。 458, 305-309 (2009)。
  16. 桑德松 K : 光子陷井。 本质 452 : 400-4002 (2008)

版权 AZoNano.com,托马斯 Faunce (澳洲国立大学) 教授

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

Last Update: 14. June 2013 03:54

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