استخلاص المعادن الأرضية النادرة بتقنية مبتكرة.. كلمة السر "فيروس"

محمد عبد السند

2025-11-19

0 145

أستاذ الهندسة الحيوية في جامعة كاليفورنيا بيركلي سيونغ ووك –لي — أستاذ الهندسة الحيوية في جامعة كاليفورنيا ببيركلي سيونغ ووك لي - الصورة من engineering.berkeley

باحثون يعدّلون فيروس وراثيًا لاستخلاص المعادن النادرة
تتميز التقنية بكونها أكثر نظافة واستدامة من الطرق التقليدية
استخلاص المعادن النادرة من المواد الخام عملية ملوثة جدًا للبيئة
نجح الباحثون في اختبار جدوى وفاعلية التقنية
يمكن استعمال التقنية الجديدة في تطبيقات أخرى عديدة

طوّر باحثون تقنية حيوية جديدة لاستخلاص المعادن الأرضية النادرة دون استعمال المواد الكيميائية السامة المستعمَلة عادةً في تعدين تلك العناصر الإستراتيجية.

وتعتمد التقنية الجديدة على التعديل الجيني لفيروس غير ضار وجعله يعمل بوصفه مادة إسفنجية تمتص المعادن النادرة من المياه، تمهيدًا لجمعها عبر تغيير درجة حرارة المحلول، وفق دراسة طالعت نتائجها منصة الطاقة المتخصصة.

وتتميز التقنية، المطورة بوساطة باحثين أميركيين، بكونها أكثر نظافة وفاعلية واستدامة؛ ما يعزّز إنتاج تلك العناصر التي لا غنى عنها لتصنيع بطاريات السيارات الكهربائية والهواتف الذكية ومعدات الدفاع والفضاء، من بين أخرى كثيرة.

تحوي قائمة العناصر الأرضية النادرة الـ17 اللانثانوم، والسيريوم، والبراسيوديميوم، والنيوديميوم، والبروميثيوم، والسماريوم، واليوروبيوم، والغادولينيوم، والتيربيوم، والديسبروسيوم، والهولميوم، والإربيوم، والثوليوم، والإتيربيوم، واللوتيتيوم، والسكانديوم، والإيتريوم.

عملية ملوثة للبيئة

يُعد استخلاص المعادن الأرضية النادرة من المواد الخام عملية ملوثة جدًا للبيئة؛ إذ تعتمد على مواد كيميائية سامة، وتنتُج عنها نفايات سامة أيضًا.

لكن قد تصل معضلة تصنيع تلك العناصر النادرة إلى خط النهاية، بعد أن نجح باحثون في جامعة كاليفورنيا ببيركلي في تعديل فيروس غير ضار وراثيًا، كي يعمل بوصفه طبقة إسفنجية لديها القدرة على استخلاص المعادن النادرة من الماء ثم تحريرها لتجميعها عبر تغيير طفيف في درجات الحرارة والحموضة.

ومن الممكن أن ينجح الباحثون عبر تقنيتهم الثورية غير العادية في توفير بديل بيولوجي نظيف لطرق استخلاص المعادن النادرة وغيرها من المعادن الحيوية الأخرى، وفق ما ورد في موقع "نانو ليترز".

وعلّق الباحث الرئيس في الدراسة، أستاذ الهندسة الحيوية في جامعة كاليفورنيا ببيركلي، سيونغ ووك لي، على التقنية المطورة حديثًا، بقوله إنها خطوة غاية في الأهمية نحو التعدين الأكثر استدامة واستخلاص الموارد صديقة البيئة.

وأضاف: "الحل البيولوجي لدينا يقدّم طريقةً نظيفة ومنخفضة التكلفة وقابلة لإعادة التدوير لتأمين المواد الحيوية التي نحتاج إليها لمستقبل الطاقة الخضراء مع المساعدة على حماية البيئة".

وأوضح أن التقنية الجديدة لديها القدرة على حل مشكلة سلاسل الإمدادات الضخمة في الولايات المتحدة، مشيرًا إلى أن التقنية تستطيع الإسهام في تأمين الإمدادات المحلية لتلك المعادن الإستراتيجية، عبر جعل عملية تعدين المعادن النادرة مواتية للبيئة وقابلة للتوسع، ما يعزز الأمنَين القومي والاقتصادي للولايات المتحدة.

معادن نادرة

آلية التقنية

تعتمد التقنية الجديدة على تحويل البكتيريا العاثية -وهو فيروس يصيب البكتيريا فقط ولا يضر بالبشر أو البيئة- إلى "آلة إعادة تدوير انتقائية للغاية".

والعاثية هي نوع من الفيروسات التي تصيب البكتيريا بنجاح وفاعلية.

ونجح الباحثون في إنجاز ذلك التحويل عبر إضافة بروتينَيْن متخصصَيْن إلى سطح الفيروس: أحدهما هو "ببتيد رابط للانثانيدات" الذي يعمل بوصفه مخلبًا جزيئيًا مُصممًا لالتقاط العناصر الأرضية النادرة.

والعوامل المخلبية هي مركبات عضوية، عادةً تكون ذات وزن جزيئي مرتفع.

أما البروتين الآخر فهو "ببتيد نمط الإيلاستين" الذي يعمل محولًا غير سام وبسيطًا وحساسًا لدرجة الحرارة، ويسقط هذا البروتين من المحلول مع المعادن الأرضية النادرة عند تسخين الفيروس بلطف.

وفي هذا الصدد قال الباحث سيونغ ووك لي، إن التقنية الجديدة المعروفة باسم التعدين الحيوي تظهِر القدرة على استعمال أداة بيولوجية قابلة للبرمجة لأداء مهمة صناعية معقّدة تتطلّب حاليًا مواد كيميائية سامة وقدرًا كبيرًا من الطاقة.

وتابع: "طريقتنا ليست صديقة للبيئة فحسب، ولكنها بسيطة أيضًا؛ إذ لا تتطلب سوى خزان خلط وسخان".

اختبار الفاعلية

نجح الباحثون في اختبار جدوى وفاعلية التقنية عبر إضافة فيروسات معدلة وراثيًا إلى مياه الصرف الحمضية الناتجة عن المناجم.

ووجدوا أن الفيروسات التصقت مباشرةً بأيونات المعادن الأرضية النادرة في مياه الصرف، متجاهلةً في الوقت ذاته المعادن الأخرى جميعها.

وعبر تسخين المحلول بلطف، تجمعت الفيروسات معًا واتجهت إلى قاع الخزان.

وبعد صرف السائل من الخزان، وجد الباحثون رواسب مُركّزة من الفيروسات والمعادن المُلتقطة.

وفي خطوة أخيرة، عدّل الباحثون درجة حموضة هذا الخليط؛ ما جعل الفيروسات تُطلِق أيونات المعادن النقية لالتقاطها.

كما اكتشف الباحثون أن الفيروسات لم تفقد فاعليتها بعد إنجاز المهمة؛ ما يجعلها قابلة لإعادة الاستعمال، وفق نتائج الدراسة التي طالعتها منصة الطاقة المتخصصة.

إلى جانب ذلك يستطيع الباحثون بسهولة وبتكلفة منخفضة إنتاج كميات ضخمة من الفيروس عبر إصابة البكتيريا بها؛ إذ سيكون لديها القدرة آنذاك على التكاثر ذاتيًا.

نفايات إلكترونية - الصورة من منصة "ساستنبليتي تايمز"

تطبيقات أخرى

إلى جانب استخلاص المعادن الأرضية النادرة من تعدين مياه الصرف الصحي، يرى الباحثون إمكان استعمال التقنية المطورة حديثًا لتطبيقات حيوية أخرى مثل التقاط المعادن النادرة من النفايات الإلكترونية، مثل الهواتف أو الحواسيب اللوحية القديمة وكذلك لإعادة التأهيل البيئي.

وفي هذا السياق قال سيونغ ووك لي: "عبر تعديل المعلومات الجينية للفيروس، نستطيع تعديله وراثيًا، كي يكون قادرًا على التقاط عناصر حيوية مثل الليثيوم والكوبالت المستعملين في البطاريات، ومعادن مجموعة البلاتينوم المستعمَلة في المحفزات، أو حتى إزالة المعادن شديدة السمية مثل الزئبق والرصاص من إمدادات المياه لدينا".

وتابع: "وفي النهاية يُعد هذا العمل البحثي خطوة رئيسة نحو إنتاج جيل جديد من المواد الذكية القائمة على الفيروس التي يمكن أن تساعدنا في بناء اقتصاد دائري مستدام".

موضوعات متعلقة..