私密直播全婐app免费大渔直播,国产av成人无码免费视频,男女同房做爰全过程高潮,国产精品自产拍在线观看

7.如何捕獲更多太陽能？

　　每當(dāng)太陽從東方升起，似乎都在提醒人類，對于太陽這個(gè)巨大無比的清潔能源來源，我們目前開發(fā)利用得實(shí)在太少太少。經(jīng)濟(jì)問題是最大的障礙：用來獲取太陽能的傳統(tǒng)光伏電池板（photovoltaic panel）的高額成本限制了它的使用。但是，在地球上，幾乎所有的生命最終都由太陽的能量驅(qū)動(dòng)，而能量來自光合作用（photosynthesis）。這恰恰說明了，太陽能電池并非需要極高的轉(zhuǎn)換效率，它們只須像樹葉那樣，通過廉價(jià)的方法提供充足的能量。

　　美國亞利桑那州立大學(xué)的德文斯·加斯特（Devens Gust）說：“太陽能研究的一個(gè)最值得期待的方向就是，通過陽光來制造燃料。”利用太陽能來制造燃料的最簡單方法就是分解水，產(chǎn)生氫氣和氧氣。美國加州理工學(xué)院的內(nèi)森·S·劉易斯（Nathan S. Lewis）和同事發(fā)明的一種人造樹葉（參見對頁框圖）就能實(shí)現(xiàn)上述想法，他們的工具是硅納米線陣列（參見《環(huán)球科學(xué)》2010年第11期《人造樹葉：陽光變?nèi)剂稀芬晃模?

　　今年年初，美國麻省理工學(xué)院的丹尼爾·諾切拉（Daniel Nocera）和合作者展示了一種硅基薄膜，在這種薄膜中，一種以鈷（cobalt）為主要成分的光催化劑（photocatalys）能促進(jìn)水分子分解。據(jù)諾切拉估算，1加侖（約3.8升）水分解，提供的能量就能夠滿足一個(gè)發(fā)展中國家家庭一天的用量。諾切拉說：“我們的目標(biāo)是讓每個(gè)家庭都擁有自己的電站。”

　　通過催化劑來分解水仍然非常困難。“像諾切拉使用的鈷催化劑，還有一些新近發(fā)現(xiàn)的基于其他常見金屬的催化劑，都是值得期待的，”加斯特說，但目前還沒有人能夠?qū)⑺鼈兊闹谱鞒杀窘档偷嚼硐敕秶?

　　“我們尚不知道自然界中的光合作用催化劑如何工作，這種催化劑基于4個(gè)錳（manganese）原子和一個(gè)鈣（calcium）原子，”加斯特補(bǔ)充說道。

　　加斯特和同事已經(jīng)開始著手通過分子器件來實(shí)現(xiàn)人造光合作用，這種方式更加接近于自然界中生物的光合作用。經(jīng)過艱苦努力，他的研究小組已經(jīng)合成出一些可用于最終分子器件的基本結(jié)構(gòu)單元。但是，在他們面前還有大量的挑戰(zhàn)。有機(jī)分子，例如自然界用到的那些，很快就會(huì)分解或破壞。然而，植物會(huì)不斷的生產(chǎn)出新的蛋白質(zhì)來替代那些被破壞的，但至少目前，人造樹葉還無法完全模擬一個(gè)活細(xì)胞進(jìn)行光合作用的方式及其中的化學(xué)機(jī)制。

8.制造生物燃料的最佳途徑是什么？

　　除了通過直接采集太陽光的方法來制造燃料，我們還有別的途徑利用太陽能嗎？先讓植物把太陽能儲(chǔ)存起來，然后我們再將植物變?yōu)槿剂希@個(gè)主意怎么樣？生物燃料（biofuel），例如用谷物制得的乙醇，或者由各種種子制成的生物柴油（biodiesel），都已經(jīng)在能源市場上占得一席之地。但是它們也威脅著糧食供應(yīng)，尤其是在發(fā)展中國家，由于出口生物燃料比出售糧食給本國居民更加賺錢，這有可能加劇糧食危機(jī)。現(xiàn)實(shí)也讓人氣餒：要想通過生物燃料來滿足現(xiàn)在的原油需求，我們必須征用巨量的耕地。

　　因而，將糧食轉(zhuǎn)變?yōu)槟茉矗苍S并不是最好的辦法。一個(gè)解決方案就是，利用其他并非那么重要的生物質(zhì)（biomass）來獲取能源。如果用美國每年產(chǎn)生的農(nóng)業(yè)及木料類殘?jiān)鼇碇迫∩锶剂希銐驖M足一個(gè)第三世界國家在交通方面對汽油和柴油的需求。

　　將這些低等級的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為燃料，需要打破堅(jiān)硬的植物分子，例如木質(zhì)素（lignin）、纖維素（cellulose），兩者都是植物細(xì)胞壁的主要成分。化學(xué)家已經(jīng)知道如何做到這些，但現(xiàn)在的方法成本過高，效率低下，因而從經(jīng)濟(jì)上講，還不適合通過這種方法來大量生產(chǎn)生物燃料。

　　打破木質(zhì)素需要面對的調(diào)整之一，就是打斷它分子結(jié)構(gòu)中氧原子與苯環(huán)上碳原子的連接。美國伊利諾伊大學(xué)的約翰·哈特維格（John Hartwig）與阿列克塞·塞爾吉福（Alexey Sergeev）最近就完成了這項(xiàng)挑戰(zhàn)。他們發(fā)現(xiàn)，一種基于鎳元素的催化劑能夠做到這一步。哈特維格指出，即使生物質(zhì)和別的燃料一樣，可以提供非化石燃料的化學(xué)原料，但化學(xué)家們依然需要從中提取出芳香族化合物（aromatic compounds，即分子結(jié)構(gòu)以苯環(huán)為主題的結(jié)構(gòu)）。而木質(zhì)素就是生物質(zhì)中潛在的最主要芳香族化合物來源。

　　更實(shí)際地，這些生物質(zhì)的轉(zhuǎn)換將越來越多地以最結(jié)實(shí)的生物質(zhì)為原料，并將它們轉(zhuǎn)化為液態(tài)燃料，這樣才能方便快捷地通過管道運(yùn)輸。而液化過程將在作物收割的現(xiàn)場完成。

　　催化轉(zhuǎn)化需要原材料極度純凈，這是橫亙在化學(xué)家面前的一大難題。他們在進(jìn)行經(jīng)典的化學(xué)合成的時(shí)候，很少用到像木材這類非常“骯臟”的材料。“科學(xué)界還沒有就所有這些方法的使用達(dá)成一致，”哈特維格說。但有一點(diǎn)可以確定，現(xiàn)在有非常多依賴于化學(xué)方法的解決方案，尤其是那些找到了合適的催化劑的方法。哈特維格指出：“在幾乎所有大規(guī)模工業(yè)化的化學(xué)反應(yīng)中，都能找到催化劑的蹤影。”

9.我們能研制出全新類型的藥物嗎？

　　化學(xué)的核心就是實(shí)用與創(chuàng)新：制造出各種分子，這樣我們就能夠開發(fā)出新材料來構(gòu)建萬事萬物，或者研制出新型抗生素，戰(zhàn)勝不斷出現(xiàn)、不斷變強(qiáng)的耐藥菌。

　　20世紀(jì)90年代，化學(xué)家曾對“組合化學(xué)”寄予厚望：利用一些基本構(gòu)建單元，隨機(jī)組裝出成千上萬的新分子，然后再篩選出需要的分子。這種方法一度被認(rèn)為是藥物化學(xué)的未來，如今它的光環(huán)卻已漸漸消退。

　　但是，如果化學(xué)家能合成足夠多的分子類型，然后找到理想的方法，從中篩選出需要的那幾種，組合化學(xué)就有可能迎來第二春。生物技術(shù)或許能提供幫助——例如，每一種分子都能夠連接到一段DNA“條形碼”上，這樣既能識(shí)別有用的分子，又能把它們從大量分子中提取出來。或者，科學(xué)家還可以按照達(dá)爾文進(jìn)化論的思想，在實(shí)驗(yàn)室中逐步改造候選分子庫。他們就可以用DNA編碼潛在的蛋白質(zhì)藥物分子，然后通過“易錯(cuò)”復(fù)制，制造出成功藥物的變異體，從而在每一輪的復(fù)制和選擇中，尋找效果得到改善的藥物分子。

　　還有就是借用自然規(guī)則，按指定方式來連接分子片段。以蛋白質(zhì)為例，它具有嚴(yán)格的氨基酸序列，因?yàn)檫@是由編碼這種蛋白質(zhì)的基因所決定的。利用這種模式，化學(xué)家也許可以通過編程的方式，讓化學(xué)分子自組裝。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于它是“綠色”的，因?yàn)樗鼫p少了我們不需要的副產(chǎn)物，相關(guān)的能量和材料浪費(fèi)也更少。

　　哈佛大學(xué)的戴維·劉（David R. Liu）教授和合作者正在沿著這條道路前進(jìn)。他們在分子模塊上連接短鏈DNA，而這些DNA可以編碼連接分子模塊的結(jié)構(gòu)。他們還制備了一種能沿著短鏈DNA運(yùn)動(dòng)的分子，這些分子可讀取DNA上的編碼信息，把一些小分子連接到分子模塊上，從而制造出連接結(jié)構(gòu)——類似于細(xì)胞中蛋白質(zhì)的合成過程。戴維·劉的新方法為新藥開發(fā)提供了一條捷徑。“許多生物學(xué)家都相信，在未來的醫(yī)療領(lǐng)域，大分子（macromolecule）即使不能占據(jù)主導(dǎo)地位，它也將扮演越來越重要的角色，”戴維·劉說。

10.我們能實(shí)時(shí)監(jiān)測自身的化學(xué)變化嗎？

　　隨著科學(xué)的進(jìn)步，化學(xué)家們不再滿足于僅僅構(gòu)建分子，他們還希望與分子進(jìn)行交流：即在活細(xì)胞與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)之間搭起一座橋梁，并通過光纖來傳遞這些信息。

　　從一定程度上說，這并非什么全新的概念：早在上世紀(jì)60年代，研究者就開始使用生物傳感器（化學(xué)反應(yīng)會(huì)在傳感器中進(jìn)行）來監(jiān)測人體血液中的葡萄糖濃度。可以用到化學(xué)傳感器的場合可謂多之又多——例如，檢測食物和水中含量非常低的有害物質(zhì)，或者監(jiān)測空氣污染物，以及各種氣體在大氣中的含量。反應(yīng)更快速、成本更低廉、敏感度更高以及分布更廣泛的化學(xué)傳感技術(shù)將在上面所有這些應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。

　　在生物醫(yī)藥領(lǐng)域，各式各樣的新型化學(xué)傳感器也擁有最引人注目的潛力。例如，早在癌癥病變發(fā)展到能被普通的臨床手段檢出之前很久，一些癌細(xì)胞基因的產(chǎn)物就已經(jīng)進(jìn)入血液循環(huán)了。如果能檢測到這些早期的化學(xué)變化，將有助于醫(yī)生及時(shí)且準(zhǔn)確地做出診斷。快速基因組檢測技術(shù)將使得醫(yī)生可以根據(jù)每個(gè)人的自身狀況開出調(diào)理藥方（即個(gè)性化醫(yī)療），如此一來就可以降低濫用藥物帶來的副作用，并讓如今使用受限的一些藥物派上大用場（這些藥物因會(huì)對少數(shù)人帶來危害而被禁用或限制使用）。

　　一些化學(xué)家預(yù)見，在未來，傳感器能夠連續(xù)不斷、靜悄悄地監(jiān)視著與人的健康、疾病有關(guān)的各種生物化學(xué)反應(yīng)。這或許能夠?yàn)槭中g(shù)中的外科醫(yī)生或者輸送治療藥物的自動(dòng)化系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和信息。這些未來的應(yīng)用都依賴于化學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，而這些化學(xué)技術(shù)能夠選擇性地感知特定物質(zhì)和化學(xué)信號，甚至在監(jiān)測對象的濃度處于非常微小的數(shù)量級時(shí)也能辦到。

撰文：菲利普·波爾（Philip Ball）翻譯：朱姝