塑料蛋白质:化学作为一种动态的学科

作者:弥阪敷

澳大利亚2025年:科学将如何应对未来的挑战?我们与澳大利亚首席科学家Ian Chubb合作,询问每个科学学科现在和将来如何为澳大利亚做出贡献由杰出人士撰写,并附有两篇专家评论,以确保更广泛的视角,这些文章每两周播出一次并集中于每一个主要科学领域今天,我们来看看化学将如何塑造我们的生活化学是最重要的科学学科,是物理,物质和生物世界的基础。化学领域的机会很多,因为大多数重大进展发生在两个或多个学科和化学的界面是跨学科研究的核心大多数科学研究和开发是协作和全球的澳大利亚要继续成为一个繁荣的国家,发布矿业繁荣的红利,我们必须通过发明创造财富和创新,我们必须通过发明和翻译来看待这个国家的财富创造当药物被发明时,化学开始拯救生命未来疾病的灾难性威胁将通过对抗菌药物产生抗药性的病原体来呈现安全和繁荣的澳大利亚将加倍努力发明新的抗生素杀死普通细菌以及正在出现的结核病耐药菌株想象一种新型抗生素使用输送系统进入细菌细胞携带内置弹头爆炸并粉碎细胞壁并不太奇特摧毁细菌许多癌症受关键蛋白质在生物体中相互作用的影响在未来我们可以期待继续看到由抑制某些蛋白质相互作用的分子组成的抗癌药物的发展这是一种全新的抗癌方法,以及基于专业聚合物的输送系统的使用;这些可以特异性携带有毒抗癌药物到所需的作用点,它们识别可以在药物释放时被破坏的肿瘤细胞,同时使其他非肿瘤细胞不受影响癌症细胞对化学疗法的反应因个体而异。现在它是有可能对个体的人类基因进行测序,这很大程度上依赖于分析化学技术与生物学方法的结合。廉价而有效地进行基因组测序的能力将取决于阅读长链上遗传密码的新技术的发明。 DNA一种有前途的方法是使用蛋白质纳米孔或定制合成的多孔大分子系统,其孔隙仅允许DNA链穿过。当DNA上的每个碱基穿过孔时,它被内置的光学或电子纳米探测器/晶体管“读取”允许快速有效地记录链序列获取大量的数据以及将信息与人类疾病状态相关联的能力将取决于化学家与统计生物学家和生物信息学家的密切互动(因此化学家也需要良好的数学训练)这些是化学的贡献。如果我们现在投资于培训和途径,将想法转化为商业产品,我们将在澳大利亚实现医疗保健。在我自己的聚合物领域,化学与物理和材料科学的结合彻底改变了我们对塑料的看法。现在是一个新兴的“塑料电子产品”领域,其中专用塑料(所谓的半导体聚合物)可以取代传统的半导体材料,如硅作为晶体管,以及作为平板显示器的活性材料(电视屏幕,笔记本电脑)和智能手机显示器)以及许多其他“智能”设备这些材料已经在som去年在拉斯维加斯举行的年度消费电子展上看到的最大彩色电视机不久之后,我们能够打印柔性太阳能电池(正如我们打印另一个可以缝制的澳大利亚发明,即聚合物钞票)装入衣服作为廉价的便携式电源,为移动设备充电 我的梦想是大面积阵列最终将为我们的国家提供大量的可再生电力回到晶体管,想象一下一个充满晶体管的柔性塑料内部头盔衬里,可以在运动员(如运动员)实时检测和监测大脑功能一个测试板球运动员或AFL球员受到严重和破坏性的打击头骨我们不会只是等待他们离开球场时,他们不知道它是哪一天我们将立即知道大脑的哪些部分可能无法正常运作在受伤后适当地这是化学家将发明的柔性电子领域将会有改变生活的应用,就像我们过去十年中随着移动设备的出现而发生的生活变化一样适当的投资和计算风险澳大利亚可以通过巧妙的化学成为“宇宙大师”传统上澳大利亚的技术是什么?富裕?从历史上看,我们一直是一个强大的农业国家良好的农业取决于许多因素,包括土壤和气候条件化学家将继续发明安全和有效的除草剂和杀虫剂,但这些将在未来与转基因生物结合,以便具体的威胁将是在不干扰周围生态系统的情况下失败采矿业主导了近期的澳大利亚出口从矿体中提取关键化学元素采用了最初在澳大利亚开发的“泡沫浮选工艺”,并由来自CSIRO的表面科学家Sir Ian Wark研究然而,所有采矿业使用大量的水我对化学未来的愿景是开发一种无水采矿业(以及其他化学制造业),采用固态化学分离工艺,可能与超临界流体如二氧化碳或其他良性溶剂结合使用这就把我们带到了t能源的燃料燃烧碳基燃料产生能量并不会那么糟糕,如果我们能够有效地捕获产生的二氧化碳并将其转化为甲烷和柴油等碳氢化合物产品这些是化学的两大挑战化学家正致力于捕获使用胺捕获剂形成氨基甲酸酯的烟气排放产生的二氧化碳,但我们还有很长的路要走这必须100%有效,所得产品必须能够将二氧化碳释放到合适的储存中而不会消耗那么我们必须发明将二氧化碳转化为甲烷的方法这需要氢气和极好的催化剂或电力,因为就能量规模而言,二氧化碳位于珠穆朗玛峰的底部,甲烷位于顶部氢气将必须来自使用阳光(光化学)和催化剂将水分解成氢气和氧气人类还没有解决这个问题,尽管大自然它通过光合作用,令人惊讶的不是非常有效,但肯定足以在地球上持续生存数十亿年化学家的一些挑战,但我们会这样做!如果我们也认识到需要在广泛的科学教育中激励年轻人并有机会成为化学家,我们只会实现这些抱负化学能够通过知识型社会可持续地为我们的生活质量做出贡献,这主要取决于我们国家对基础(或基础)研究的支持这是基础研究 - 探索促进我们对自然世界的理解 - 它支持包括生物医学和材料科学在内的应用领域的高科技进步基础研究有着悠久的历史。意外的技术进步第二次世界大战期间旨在开发雷达技术的基础研究导致核磁共振的发展(核磁共振 - 化学家用来确定分子结构的核心技术)和随后的磁共振成像(MRI - 越来越多的医疗用途)诊断技术)1888年第一次r这些“奇怪”化合物的行为一直是研究的好奇心,直到20世纪70年代他们才进入手持式计算器显示器 如今,化学家已经设计并合成了液晶,广泛应用于热传感器,可调光滤光器和可切换窗口等应用。爱因斯坦在20世纪早期的理论预测导致了激光器的好奇心驱动发展。 20世纪60年代早期及其随后作为物理,化学和生物学研究工具的使用今天,激光是在家庭和办公室(CD,DVD和蓝光播放器和条形码扫描仪),医疗程序(眼科和血管外科)中发现的无处不在的项目,癌症治疗和纹身去除)和众多工业过程(激光切割,焊接,找平和印刷)化学是一个令人兴奋的学科,将继续为澳大利亚的科学,经济和文化进步做出有力贡献支持今天的好奇心驱动的研究是至关重要的确保明天技术进步的因素全球人口将从周围扩大到2050年将增加70亿到90亿这个增长将带来巨大的挑战 - 也是一个聪明的国家的机遇我们如何解决诸如能源储备减少,粮食安全,气候变化,量子计算,抗生素抗性和老化等问题将取决于关于我们如何投资于我们最聪明的人才以及我们如何重视和支持科学 - 特别是化学,物质科学为了通过高价值的商品和服务为未来发展多元化经济,我们需要在生物学界面投资化学,物理学和纳米技术在这个联合国教科文组织国际晶体学年,我们也会很好地庆祝澳大利亚的知识生成器晶体学是一个科学领域,它揭示了物质的原子结构,它与化学有着如此紧密的联系,它声称六种自2003年以来诺贝尔化学奖大多数澳大利亚人都不知道晶体学是由我们的第一个诺贝尔奖开创的劳伦斯·布拉格(Lawrence Bragg)25岁的时候他获得了荣誉,并且仍然是有史以来最年轻的获奖者。此外,结晶学拥有丰富的女性先驱历史,其中包括四位女性中的两位女性澳大利亚化学诺贝尔奖获得者再也无法依靠财富来源我们深入挖掘基于知识的新燃料,食品,智能产品和材料行业对于一个强大,繁荣,健康和安全的澳大利亚至关重要为了实现这一目标,我们需要思考现在最重要的是,我们需要投资在我们所有最好的化学人才 - 女性和男性 - 确保我们的竞争优势我们的未来取决于它本文是澳大利亚2025的一部分:智能科学系列,与首席科学家办公室共同出版进一步阅读:澳大利亚的未来取决于今天强大的科学重点物理学:未来安全的基本力量用数学优化未来澳大利亚可以通过数学促进增长和繁荣生物学健康的未来?让我们把医学科学放在显微镜下开拓地球科学为一个聪明而幸运的国家为了达到明星,澳大利亚必须专注于天文学海洋科学:对日益增长的“蓝色经济”的挑战如果没有工程师,澳大利亚必须建立国家ICT人才 - 那么我们如何充分利用它?澳大利亚的农业:....

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