Они великолепны, ослепительны, страстно желаемы и стоят миллиарды.
Нет, не голливудские старлетки, красавчики и звёзды K-Pop. Ну, ладно, да – они великолепны, ослепительны, страстно любимы и стоят миллиарды, – но они далеко не так полезны миру, как редкоземельные элементы (РЗЭ). И благодаря профессору биоинженерии Сын Уку Ли и его команде из Калифорнийского университета в Беркли появился совершенно новый способ создания вирусов, способных извлекать РЗЭ, не вызывая ужасающего загрязнения и разрушения экосистемы. (Пока неизвестно, способен ли вирус сделать то же самое для старлеток, красавчиков и поп-звёзд).
В статье, недавно опубликованной в журнале Nano Letters , Ли и его команда описывают генную инженерию безвредного вируса, который действует подобно микроскопическому водному минёру, извлекая редкоземельные элементы из дренажных вод шахт и доставляя их для сбора после изменения температуры и pH. Такой метод может в конечном итоге заменить повсеместно распространенные и крайне разрушительные методы современной добычи полезных ископаемых.
«Это важный шаг к более устойчивой добыче и восстановлению ресурсов», — заявил руководитель исследования Сын Ук Ли, также являющийся научным сотрудником Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли. «Наше биологическое решение предлагает более экологичный, недорогой и перерабатываемый способ обеспечить критически важные материалы, необходимые нам для будущего чистой энергии, одновременно помогая защитить окружающую среду».
Любая страна, обладающая запасами РЗЭ, внедрившая такую технологию внутри страны, снизит свою зависимость от международных источников РЗЭ, тем самым повысив свою экономическую, промышленную и политическую независимость. В настоящее время ни одна страна не производит больше РЗЭ, чем Китай, который, по оценкам, добывает 240 000 тонн РЗЭ и перерабатывает 189 179 тонн в 2023 году. Это составляет 70% от мировой добычи РЗЭ и 87% от их переработки.
В различных степенях окисления блестящие металлические РЗЭ могут образовывать разнообразные красочные соединения. Хотя РЗЭ и драгоценны, их нельзя назвать атомными знаменитостями, потягивающими мартини и уплетающими икру в окружении гламурной таблицы Менделеева. Поэтому забудьте о таких привлекающих внимание элементах, как золото, железо и платина, и обратите внимание на эту внушительную компанию экзотических изысканностей: два переходных металла – скандий и иттрий, – и 15 лантаноидов, включая прометий, европий и гадолиний.
Главный исследователь Сын-Ук Ли за работой в своей лаборатории Юнгю Ли
Итак, как же работает вирус? Команда Ли превратила бактериофаг (тип вируса, атакующего бактерии, не причиняя вреда человеку или остальной биосфере) в микродобывающий аппарат, добавив два специализированных белка. Один из них — лантаноидсвязывающий пептид на поверхности фага, действующий как клешня для сбора РЗЭ, а другой — пептид с мотивом эластина, который при активации под воздействием температуры выходит из раствора и доставляет свои РЗЭ.
Приятным бонусом является то, что вирусы-биомайнеры сохраняют эффективность даже после завершения своей «смены», то есть могут вернуться к работе, когда потребуется. Их также легко и недорого выращивать в промышленных масштабах: просто добавьте их к бактериям, и когда бактерии начнут размножаться, вирус будет размножаться вместе с ними.
По словам Ли, новый метод биодобычи «не только экологичен, но и невероятно прост, требуя лишь смесительного бака и нагревателя». С его помощью учёные «могут использовать программируемый биологический инструмент для выполнения сложной промышленной задачи, которая в настоящее время требует использования токсичных химикатов и большого количества энергии».
Благодаря способности редкоземельных элементов повышать миниатюризацию, эффективность, долговечность и производительность, мир жаждет их. Используемые в потребительской электронике, такой как мобильные телефоны, компьютеры, телевизоры и мониторы, светодиоды, объективы для камер, люминесцентные лампы, редкоземельные элементы также незаменимы в бесчисленных промышленных приложениях, включая красители для стекла, лазеры, оружие, МРТ, каталитические нейтрализаторы, полировальные порошки, используемые в производстве полупроводников, топливные элементы, аккумуляторы и наземные, воздушные и космические транспортные средства.
По данным правительства Канады, наиболее распространенной функцией РЗЭ в 2023 году (около 45%) является производство постоянных магнитов, которые делают возможными работу ветряных турбин и электромобилей (а также вибрационного магнита в вашем мобильном телефоне).
