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Engineering Molecular Recognition with Bio-mimetic Polymers on Single Walled Carbon Nanotubes

Semiconducting single-wall carbon nanotubes (SWNTs) are a class of optically active nanomaterial that fluoresce in the near infrared, coinciding with the ...

University of California Berkeley

Betr&auml;chtliche Forschung und Entwicklung ist im Gange zur Biokraftstoff aus Mikroalgen, eine von mehreren Optionen zur Erh&ouml;hung der Transport Brennstofflieferungen und Minderung der Emissionen von Treibhausgasen (THG) erforscht. Diese Arbeit Modelle Lebenszyklus THG und vor-Ort-S&uuml;&szlig;wasser Verbrauch f&uuml;r Algen Biokraftstoffe &uuml;ber ein breites Technologie-Raum, beide - und langfristigen Optionen umfassen. Die Umweltleistung der Algen Biokraftstoff-Produktion kann sehr unterschiedlich und wird von Engineering, biologische, Standortwahl und Landnutzung Erw&auml;gungen beeinflusst. Wir haben gepr&uuml;ft, dass diese &Uuml;berlegungen zum offenen Teich-Systeme, um Variablen zu identifizieren, die einen starken Einfluss auf THG und S&uuml;&szlig;wasser Verbrauch haben. Wir schlie&szlig;en, dass Algen Biokraftstoffe THG-Reduktion im Vergleich zu fossilen Brennstoffen und anderen organischen Brennstoffen mit dem Einsatz von geeigneten Technologieoptionen hervorbringen kann. Weitere, S&uuml;&szlig;wasser kann f&uuml;r Algen Biokraftstoffe produziert mit salzigen Teich-Systemen mit dem Erd&ouml;l gewonnenen Kraftstoffe vergleichbar sein.

Umweltvertr&auml;glichkeit des Algen Biokraftstoff-Technologie-Optionen.

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Considerable research and development is underway to produce fuels from microalgae, one of several options being explored for increasing transportation fuel supplies and mitigating greenhouse gas emissions (GHG). This work models life-cycle GHG and on-site freshwater consumption for algal biofuels over a wide technology space, spanning both near- and long-term options. The environmental performance of algal biofuel production can vary considerably and is influenced by engineering, biological, siting, and land-use considerations. We have examined these considerations for open pond systems, to identify variables that have a strong influence on GHG and freshwater consumption. We conclude that algal biofuels can yield GHG reductions relative to fossil and other biobased fuels with the use of appropriate technology options. Further, freshwater consumption for algal biofuels produced using saline pond systems can be comparable to that of petroleum-derived fuels.

Environmental performance of algal biofuel technology options.

D&eacute;veloppement et beaucoup de recherches sont en cours pour produire des combustibles &agrave; partir de microalgues, une de plusieurs options envisag&eacute;es pour accro&icirc;tre les fournitures de carburant de transport et d&#39;att&eacute;nuation des &eacute;missions de gaz &agrave; effet de serre (GES). Ce travail mod&egrave;les GES de cycle de vie et de la consommation d&#39;eau douce sur place pour les biocarburants algues sur un espace de technologie large, s&#39;&eacute;tendant sur les deux options de pr&egrave;s - et &agrave; long terme. La performance environnementale de la production de biocarburant algal peut varier consid&eacute;rablement et est influenc&eacute;e par le g&eacute;nie biologique, implantation et am&eacute;nagement des consid&eacute;rations. Nous avons examin&eacute; ces consid&eacute;rations pour syst&egrave;mes d&#39;&eacute;tangs ouverts, d&#39;identifier les variables qui ont une forte influence sur l&#39;effet de serre et la consommation d&#39;eau douce. Nous concluons que les algues biocarburants peut produire des r&eacute;ductions de GES par rapport aux fossiles et d&#39;autres combustibles biologiques avec l&#39;utilisation des options de technologie appropri&eacute;e. En outre, d&#39;eau douce consommation d&#39;algues biocarburant produit &agrave; l&#39;aide de syst&egrave;mes d&#39;&eacute;tangs salins peut &ecirc;tre comparable &agrave; celui des combustibles d&eacute;riv&eacute;s du p&eacute;trole.

Performances environnementales des choix technologiques de biocarburant algal.

Considerevole di ricerca e sviluppo &egrave; in corso per la produzione di combustibili da microalghe, una delle diverse opzioni di essere esplorate per trasporto carburante rifornimenti in aumento e riduzione delle emissioni di gas serra (GHG). Questo lavoro modelli life-cycle gas a effetto serra e consumo di acqua dolce in loco per i biocarburanti alghe su uno spazio di grande tecnologia, che abbracciano sia opzioni vicino - e a lungo termine. Le prestazioni ambientali della produzione di biocarburanti alghe possono variare considerevolmente ed sono influenzata da ingegneria biologica, localizzazione e considerazioni di uso del suolo. Abbiamo esaminato queste considerazioni per sistemi aperti dello stagno, per identificare le variabili che hanno una forte influenza sui gas serra e consumo di acqua dolce. Possiamo concludere che i biocarburanti alghe possono produrre riduzioni di gas serra rispetto ai fossili e altri combustibili biobased con utilizzo di tecnologie adeguate opzioni. Consumo ulteriore, d&#39;acqua dolce per i biocarburanti alghe prodotti utilizzando sistemi di stagno salina pu&ograve; essere paragonabile a quella dei carburanti derivati dal petrolio.

Prestazioni ambientali dei biocarburanti alghe opzioni di tecnologia.

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Considerable investigaci&oacute;n y desarrollo est&aacute; en marcha para producir combustibles a partir de microalgas, una de varias opciones exploradas para aumentar el suministro de combustible de transporte y mitigar las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI). Este trabajo modelos GEI de ciclo de vida y consumo de agua dulce in situ para biocombustibles algas sobre un espacio de gran tecnolog&iacute;a, que abarca ambas opciones de corto y largo plazo. El desempe&ntilde;o ambiental de la producci&oacute;n de biocombustibles de algas puede variar considerablemente y est&aacute; influenciado por la ingenier&iacute;a biol&oacute;gica, emplazamiento y consideraciones de uso de la tierra. Hemos examinado estas consideraciones para sistemas de estanques abiertos, para identificar las variables que tienen una fuerte influencia sobre gases de efecto invernadero y el consumo de agua dulce. Concluimos que los biocombustibles de algas pueden producir reducciones de gases de efecto invernadero en comparaci&oacute;n con los combustibles f&oacute;siles y otros base biol&oacute;gica con el uso de opciones de tecnolog&iacute;a apropiada. Agua dulce, m&aacute;s consumo de biocombustibles algas producida usando sistemas de estanques salinos puede ser comparable a la de los combustibles derivados del petr&oacute;leo.

Desempe&ntilde;o ambiental de opciones de tecnolog&iacute;a de biocombustibles de algas.

Molecular recognition of biological analytes with optical nanosensors provides both spatial and temporal biochemical information. A recently developed sensing platform exploits near-infrared fluorescent single-wall carbon nanotubes combined with electrostatically pinned heteropolymers to yield a synthetic molecular recognition technique that is maximally transparent through biological matter. This molecular recognition technique is known as corona phase molecular recognition (CoPhMoRe). In CoPhMoRe, the specificity of a folded polymer toward an analyte does not arise from a pre-existing polymer-analyte chemical affinity. Rather, specificity is conferred through conformational changes undergone by a polymer that is pinned to the surface of a nanoparticle in the presence of an analyte and the subsequent modifications in fluorescence readout of the nanoparticles. The protocols in this article describe a novel single-molecule microscopy tool (near-infrared fluorescence and total internal reflection fluorescence [nIRF TIRF] hybrid microscope) to visualize the CoPhMoRe recognition process, enabling a better understanding of synthetic molecular recognition. We describe this requisite microscope for simultaneous single-molecule visualization of optical molecular recognition and signal transduction. We elaborate on the general procedures for synthesizing and identifying single-walled carbon nanotube-based sensors that employ CoPhMoRe via two biologically relevant examples of single-molecule recognition for the hormone estradiol and the neurotransmitter dopamine. © 2016 by John Wiley & Sons, Inc.

Abraham Beyene

Department of Chemical and Biomolecular Engineering

University of California Berkeley

Engineering Molecular Recognition with Bio-mimetic Polymers on Single Walled Carbon Nanotubes

Abraham Beyene

.css-o250i3{font-size:18px;font-family:Open Sans,sans-serif;line-height:21.6px;}Department of Chemical and Biomolecular Engineering

University of California Berkeley

Engineering Molecular Recognition with Bio-mimetic Polymers on Single Walled Carbon Nanotubes

Department of Chemical and Biomolecular Engineering