自然——微生物分离提纯稀土元素

图片来源:AmericanRare Earths Ltd/摄影师Dane Rhys。在亚利桑那州拉巴斯钻探的含稀土的岩心样本。

根据美国国防部高级研究计划局(DARPA)的环境微生物作为生物工程资源(EMBER)项目，该团队获得了第一阶段400万美元的初始研发资金，并根据后续阶段的项目表现获得900万美元的额外资金。该团队将利用微生物和生物分子工程方面的进展，利用开发不足的国内资源开发一种可扩展的基于生物的稀土元素分离和纯化策略。稀土元素是周期表中的17种元素，包括15种镧系元素以及钪和钇。

稀土金属对美国在高科技经济中保持竞争力至关重要，因为它们被用于许多对清洁能源行业和国家安全至关重要的设备，包括计算机组件、风力涡轮机、混合动力/电动汽车、液晶显示屏和可调谐微波谐振器。在国防领域，它们被用于激光器、精确制导武器、电机磁铁和其他设备。

“迄今为止，提取和纯化稀土元素所需的化学过程非常复杂，而且对环境有害，”该项目首席研究员、LLNL科学家焦永琴（Yongqin Jiao/音译）说。“从低品位矿石和尾矿等新来源提取或回收稀土元素，同时使用天然产品，可能会改变稀土供应链的游戏规则。”

虽然美国国内稀土资源充足，但由于对稀土元素的分离和提纯依赖于国外实体，其供应链非常脆弱。“生物化”是一种利用微生物从各种来源中提取或分离目标金属(如金或铜)的方法，鉴于稀土元素在生物过程中的作用最近才被发现，该方法对稀土元素还没有用处。

在新项目中，LLNL团队将利用环境微生物学、合成生物学和蛋白质工程的多样性、特异性和可定制性，实现新的生物医学方法，将稀土元素分离、纯化和转化为可生产的形式。

通过培养和转化现有的稀土元素转化细菌和蛋白质，我们将为稀土元素分离和纯化提供具有高度商业化潜力的生物技术平台。LLNL科学家丹·帕克(DanPark)说，他是该项目的技术负责人之一。

除了利用之前鉴定的微生物和蛋白质进行纯化和分离稀土元素外，该团队还将开展一项生物勘探活动，以确定具有稀土元素利用能力的与稀土相关的新微生物。研究结果将拓展ree生物修饰宿主和ree结合生物分子的保留库。

实验室与DARPA的项目联络人ShankarSandaram说:“如果成功，该项目开发的生物提取工艺有可能通过重建国内稀土供应链来帮助缓解稀土供应的脆弱性，这对先进的国防和商业制造工艺至关重要。”

其他LLNL团队成员包括DanteRicci， Edmond Lau和Thomas Desautels。合作机构包括宾夕法尼亚州立大学，哥伦比亚大学，塔夫茨大学，肯塔基大学，普渡大学，以及工业合作伙伴西部稀土（Western Rare Earths）。