太陽能生物光解水制氫系統(tǒng)的研究

隨著化石能源在未來幾十年后將變得枯竭，可再生能源如太陽能、水能、風(fēng)能、生物能、氫能等將逐漸取代化石能源而成為能源結(jié)構(gòu)中的主體。太陽能生物制氫系統(tǒng)以廉價(jià)的太陽能為制氫的直接動(dòng)力，以水為原料，從富含氫元素的水中制取氫。它對(duì)解決人類所面臨的能源短缺、環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略具有非常重要的意義。.分離并克隆催化放氫的氫酶基因，通過基因定點(diǎn)突變對(duì)氫酶結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，獲得具有較高耐氧能力的氫酶突變體

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，材料學(xué)和生物醫(yī)學(xué)結(jié)合越來越緊密，納米材料在生物應(yīng)用上已取得了很大的成就，并展現(xiàn)出良好的發(fā)展勢(shì)頭和巨大的發(fā)展?jié)摿Α５俏覀冞€應(yīng)看到，很多方面發(fā)展還不完善，應(yīng)用還不安全有待進(jìn)一步研究。筆者認(rèn)為在21 世紀(jì)納米材料在生物醫(yī)學(xué)方面發(fā)展應(yīng)該加強(qiáng)和有巨大應(yīng)用潛力，將成為今后一段時(shí)間研究熱點(diǎn)的有：

(1) 生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)診斷用材料：不可否認(rèn)，現(xiàn)在納米材料在生物檢測(cè)診斷上已發(fā)生相當(dāng)大的發(fā)展和應(yīng)用，各種納米材料已經(jīng)在實(shí)踐中的應(yīng)用取得了良好的效果。但在各種醫(yī)學(xué)檢測(cè)中對(duì)各種各樣的功能性納米材料的要求還比較高。比如生物醫(yī)學(xué)工程和醫(yī)療設(shè)備器材兩者之間相輔相成，生物醫(yī)學(xué)工程是基礎(chǔ)，它的課題研究的深人會(huì)催生新的醫(yī)療設(shè)備器材出現(xiàn)，同時(shí)對(duì)臨床醫(yī)療設(shè)備器材的需求信息會(huì)產(chǎn)生新的研究方向，納米功能材料在這個(gè)方面將大有前途。又如分析與檢測(cè)技術(shù)的進(jìn)一步優(yōu)化，勢(shì)必要求具有更先進(jìn)性能納米材料的出現(xiàn)。

(2) 藥物治療上使用的材料：藥物控釋納米材料將繼續(xù)成為納米醫(yī)用材料研究發(fā)展的重點(diǎn)。納米粒子不但具有能穿過組織間隙并被細(xì)胞吸收等特性，而且還具有靶向、緩釋、高效、低毒且可實(shí)現(xiàn)口服、靜脈注射及敷貼等多種給藥途徑等優(yōu)點(diǎn)，因而在藥物輸送方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

(3) 功能性生物材料：各種有著特定功能的材料將越來越多地應(yīng)用到生物醫(yī)學(xué)上去。未來幾年生物材料中納米陶瓷將在人造骨骼中發(fā)揮主導(dǎo)作用，有著各種特性的無機(jī)——有機(jī)復(fù)合納米材料也必將在介入治療、血液凈化方面大展身手。

(4) 生物安全性納米材料：目前在一些國家生物納米材料的安全性研究已經(jīng)被提上日程，但很多研究還不深入，取得效果也不明顯。在全球矚目安全問題的同時(shí)，納米材料安全性研究必將成為下一熱點(diǎn)。生物降解綠色材料將是未來藥物的首選。關(guān)于生物技術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)，目前確實(shí)還有很多問題沒有搞清楚，有待于繼續(xù)研究。

納米技術(shù)與生物醫(yī)學(xué)的結(jié)合，為醫(yī)學(xué)界提供了全新的思路，納米材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用取得了顯著效果。但納米材料應(yīng)用還很有限，尤其是在生物醫(yī)學(xué)上面，目前大多數(shù)研究還處于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)階段，還需大量臨床試驗(yàn)予以證實(shí)，納米材料應(yīng)用的生物安全性有待進(jìn)一步提高。這就要求生物醫(yī)學(xué)研究者與納米材料的研究人員合作需進(jìn)一步加強(qiáng)，制造出更先進(jìn)的生物醫(yī)用納米材料。我們有理由相信，隨著納米材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域更廣泛的應(yīng)用，臨床醫(yī)療將變得節(jié)奏更快、效率更高，診斷、檢查更準(zhǔn)確，治療更有效，人們的生命安全將得到更大的保障。

傳統(tǒng)的光解水制氫體系因依賴于氣相色譜檢測(cè)，實(shí)驗(yàn)必須于真空條件下進(jìn)行，導(dǎo)致整個(gè)裝置體系繁瑣，玻璃儀器要求度高且易破碎，實(shí)驗(yàn)裝置挪動(dòng)不便，而且不能同時(shí)進(jìn)行平行實(shí)驗(yàn)，極大地降低了實(shí)驗(yàn)的效率及進(jìn)度?；诖?，簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)條件、多樣化實(shí)驗(yàn)方式成為了研究者研究的重點(diǎn)。

生物炭新聞報(bào)道

據(jù)《每日科學(xué)》網(wǎng)報(bào)道，一直以來人們都在尋求固定二氧化碳從而減少其排放的辦法?？茖W(xué)家表示，幾百年前，亞馬遜印第安人用來提高土壤肥力的生物炭(biochar)，在現(xiàn)代世界可以幫助減緩全球氣候變化，大規(guī)模生產(chǎn)生物炭可吸收大量溫室氣體。相關(guān)研究報(bào)告發(fā)表在《環(huán)境科學(xué)與技術(shù)》周刊上。

進(jìn)行此項(xiàng)研究的凱莉·羅伯茨和同事指出，生物炭不是一般的木炭，是一種碳含量極其豐富的木炭。它是在低氧環(huán)境下，通過高溫裂解將木材、草、玉米稈或其它農(nóng)作物廢物碳化。早在幾百年前，亞馬遜印第安人就會(huì)將生物炭和有機(jī)質(zhì)摻入土中，創(chuàng)造出肥沃的黑土，今天這種木炭被稱為生物炭（biochar），用植物廢料，而非森林里的樹木制成。

生物炭成果作用

這項(xiàng)研究涉及生物炭的“生命周期分析”，它的形成過程對(duì)減緩全球變暖所起的作用，以及使用它可能產(chǎn)生的影響。研究結(jié)果表明，制造生物炭是一種固定二氧化碳的經(jīng)濟(jì)可行的方式，不僅固化了樹木和作物內(nèi)已吸收的二氧化碳，其產(chǎn)物“生物碳”保存在土壤中，幾千年都不會(huì)發(fā)生變化，生產(chǎn)可再生能源的同時(shí)，還提高了土壤肥力，提高農(nóng)作物產(chǎn)量。生物炭可以被埋入廢棄煤礦，或耕種時(shí)埋入土壤中。生物炭填埋還有利于改善土壤排水系統(tǒng)，并將80%左右的諸如一氧化氮和甲烷等溫室氣體封存在土壤中，阻止其排放到大氣中。

生物炭現(xiàn)代方法

制作生物炭的現(xiàn)代方法是在低氧環(huán)境下用高溫加熱植物垃圾，使其分解。日前，氣候?qū)＜艺业搅烁鍧嵀h(huán)保的方式，進(jìn)行工業(yè)規(guī)模二氧化碳固定，利用巨型微波熔爐將二氧化碳封存在“生物炭”中，然后進(jìn)行掩埋。這種特制“微波爐”將成為戰(zhàn)勝全球變暖的最新利器。因此，該技術(shù)每年可以減少向空氣中排放幾十億噸二氧化碳。日前不少人將生物炭技術(shù)視為目前為止解決氣候變暖問題的“尚方寶劍”，一種“氣候變化減緩”戰(zhàn)略和恢復(fù)退化土地的方式。有些專家甚至聲稱，生物炭可吸收如此多的二氧化碳，以至地球能恢復(fù)到工業(yè)化之前的二氧化碳水平。