Günümüzün ileri teknoloji elektroniği ve yeşil enerji teknolojileri, nadir toprak elementleri (NTE) olmadan işlev göremez. Ancak bu 17 metali hammaddelerden çıkarmak, toksik kimyasallara dayanan ve geride kirli atık bırakan kirli bir süreçtir. Şimdi, UC Berkeley liderliğindeki bir araştırma ekibi, küçük bir virüs sayesinde bu sorunu çözmüş olabilir.
Nano Letters dergisinde bildirildiği üzere, araştırmacılar, sudan nadir toprak metallerini toplayan ve sıcaklık ve asitlikte (pH) hafif bir değişiklikle bunları toplanmak üzere serbest bırakan "akıllı bir sünger" gibi davranan zararsız bir virüsün genetiğini değiştirdiler.
SÜRDÜRÜLEBİLİR MADENCİLİK YOLUNDA
Baş araştırmacı Seung-Wuk Lee, bunun daha sürdürülebilir madencilik ve kaynak geri kazanımı yolunda önemli bir adım olduğunu belirtti. Lee, biyolojik çözümlerinin, temiz bir enerji geleceği için ihtiyaç duyulan kritik malzemeleri güvence altına almanın daha yeşil, düşük maliyetli ve geri dönüştürülebilir bir yolunu sunduğunu ve çevrenin korunmasına yardımcı olduğunu ifade etti.
Çalışmanın, ABD için büyük bir tedarik zinciri sorununu çözme potansiyeline de sahip olduğu, bu teknolojinin kritik minerallerin yurt içinde tedarik edilmesini sağlayarak ulusal ve ekonomik güvenliği artırabileceği vurgulandı.
VİRÜSÜN ÖZEL GÖREVİ
Yaklaşımın anahtarı, yalnızca bakterileri enfekte eden ve insanlara zararsız olan bir bakteriyofajı "son derece seçici bir geri dönüşüm makinesine" dönüştürmekti. Araştırmacılar bunu, virüsün yüzeyine iki özel protein ekleyerek başardı. Proteinlerden biri, nadir toprak elementlerini yakalamak üzere ayarlanmış "moleküler bir pençe" gibi davranırken, diğeri toksik olmayan, sıcaklığa duyarlı bir anahtar görevi görüyor. Virüs hafifçe ısıtıldığında, nadir toprak elementleriyle birlikte çözeltiden ayrılıyor.
BASİT VE VERİMLİ SÜREÇ
Profesör Lee, "biyomadencilik" olarak bilinen bu yeni yaklaşımın, şu anda toksik kimyasallar ve çok fazla enerji gerektiren karmaşık bir endüstriyel görevi gerçekleştirmek için programlanabilir, biyolojik bir araç kullanılabileceğini gösterdiğini belirtti. Yöntemin sadece çevre dostu değil, aynı zamanda bir karıştırma tankı ve bir ısıtıcıdan başka bir şey gerektirmeyen inanılmaz derecede basit bir süreç olduğunu ekledi.
Araştırmacılar, tasarlanmış virüsleri asitli maden drenajına ekleyerek sistemi başarıyla test ettiler. Virüsler, diğer tüm metalleri görmezden gelerek, drenajdaki nadir toprak elementi iyonlarına anında bağlandı. Çözeltiyi yavaşça ısıtarak virüslerin bir araya toplanıp çökmesini sağladılar. Son adımda ise, bu çamurun pH'ını ayarlayarak virüslerin hasat için saf metal iyonlarını serbest bırakmasını sağladılar.
VİRÜSLER TEKRAR KULLANILABİLİR
Araştırmacılar, virüslerin işlerini tamamladıktan sonra etkinliklerini kaybetmediklerini ve bu sayede tekrar kullanılabilir hale geldiklerini keşfettiler. Ayrıca, virüsler kendi kendine çoğalabildikleri için kolayca ve ucuza büyük miktarlarda üretilebiliyorlar.
Bu yenilikçi çalışmanın, Lee ve laboratuvarının daha önce yürüttüğü (biyosensörler, elektrik jeneratörleri vb.) araştırmaların "doğal bir uzantısı" olduğu belirtildi. Ekip, son 20 yıldır tasarlanmış virüslere dayanan yeni bir araç seti geliştirdiklerini ifade etti.
LİTYUM VE KOBALT SIRADA
Araştırmacılar, bu platformun maden atık sularının yanı sıra, e-atıklardan (eski telefonlar veya dizüstü bilgisayarlar) nadir toprak elementlerinin hasadı ve çevresel iyileştirme için de kullanılmasını öngörüyor.
Lee, virüsün genetik talimatlarını değiştirerek, piller için lityum ve kobalt veya katalizörler için platin grubu metaller gibi diğer hayati elementleri seçici olarak yakalayacak şekilde ayarlanabileceklerini açıkladı. Hatta su kaynaklarından cıva ve kurşun gibi zehirli ağır metallerin giderilmesi için de kullanılabileceklerini belirtti. Lee'ye göre bu çalışma, dairesel ve sürdürülebilir bir ekonomi inşa etmeye yardımcı olabilecek yeni nesil akıllı virüs tabanlı malzemelere doğru atılmış temel bir adım niteliğinde.
