ابتكار مستشعر بيولوجي جديد لاستخراج المعادن الأرضية النادرة بسهولة ودقة عالية

طور باحثون من جامعة كوينزلاند للتكنولوجيا (QUT) مستشعرا بيولوجيا فائق الدقة يعتمد على بروتين هجين يعمل كمفتاح جزيئي، ما يوفر حلاً مستداما للكشف عن المعادن الأرضية النادرة واستخراجها، وهو ما يمكن أن يحدث ثورة في هذا المجال.

أهمية المعادن الأرضية النادرة والتحديات الحالية

تُعد عناصر اللانثانيدات (Lns) من المكونات الأساسية في صناعة الإلكترونيات والمحركات الكهربائية والبطاريات، ومع ذلك، فإن طرق الاستخراج الحالية باهظة التكلفة وتسبب أضرارا بيئية جسيمة، فضلا عن عدم قدرتها على تلبية الطلب المتزايد عالميا.

كيف يعمل المستشعر البيولوجي الجديد؟

قام البروفيسور كيريل ألكسندروف وفريقه البحثي في مركز QUT للزراعة والاقتصاد الحيوي، بالتعاون مع مركز التميز ARC في البيولوجيا التركيبية، بتصميم بروتينات هندسية تعمل كمكائن نانوية جزيئية. هذه البروتينات قادرة على الارتباط الانتقائي باللانثانيدات، مما يؤدي إلى إنتاج إشارات مرئية يمكن اكتشافها بسهولة.

تعاون بحثي عالمي لإنجاز الابتكار

شارك في هذا البحث علماء من عدة مؤسسات بحثية، بما في ذلك:

• د. تشونغ غوه
• باتريشيا والدن
• د. جينلينغ كوي
• كما تعاون الفريق مع باحثين من منظمة CSIRO للأبحاث المتقدمة في الهندسة الحيوية، بالإضافة إلى جامعة كلاركسون في الولايات المتحدة.

بروتين هجين يعمل كمفتاح جزيئي

نشرت نتائج هذا البحث في مجلة Angewandte Chemie International، حيث وصف العلماء كيفية تطوير بروتين هجين يسمى “الكيميرا”، والذي يجمع بين بروتين LanM المرتبط باللانثانيدات وإنزيم بيتا-لاكتاماز القادر على تكسير المضادات الحيوية.

يعمل هذا البروتين الهجين كمفتاح بيولوجي لا يتم تفعيله إلا عند وجود اللانثانيدات، مما يجعله أداة دقيقة لقياس تركيز هذه المعادن في السوائل، ويؤدي هذا التفاعل إلى تغيير لون المحلول أو إنتاج إشارة كهربائية مرئية.

قدرات مذهلة للمستشعر البيولوجي

أظهرت التجارب أن البكتيريا المعدلة وراثيا بهذه البروتينات الهجينة يمكنها البقاء على قيد الحياة في وجود المضادات الحيوية القاتلة، ولكن فقط عندما تكون اللانثانيدات متاحة. يثبت هذا الاكتشاف مدى دقة استجابة البروتينات لهذه المعادن النادرة.

تصريح البروفيسور ألكسندروف

صرّح البروفيسور كيريل ألكسندروف قائلاً:

“يفتح هذا البحث آفاقا جديدة لاستخدام البيولوجيا في اكتشاف واستعادة المعادن الأرضية النادرة، يمكن تعديل هذا النموذج الأولي ليشمل تطبيقات بيولوجية أخرى، بما في ذلك تطوير كائنات حية قادرة على استخراج المعادن الثمينة مباشرة من البيئة.”

التطورات المستقبلية والتطبيقات الصناعية

يعمل الفريق البحثي حاليا على:

• زيادة دقة المفتاح الجزيئي بحيث يصبح قادرا على التمييز بين المعادن الأرضية النادرة المتشابهة.
• تطوير مستشعرات بيولوجية للكشف عن معادن أخرى ذات أهمية صناعية.
• التعاون مع الشركاء الصناعيين المهتمين بتطبيق هذه التكنولوجيا في المجالات العملية.

استخراج المعادن من مياه المحيطات

كشف البروفيسور ألكسندروف أن الفريق يبحث في إمكانية تصميم ميكروبات قادرة على استخراج المعادن الأرضية النادرة مباشرة من مياه المحيطات.

وأضاف:

“هذا الابتكار هو أحد أكثر المفاتيح الجزيئية كفاءة التي تم تطويرها حتى الآن، وقد وفر لنا فهمًا عميقًا لآليات عمل البروتينات كمفاتيح بيولوجية.”

مع تزايد الحاجة إلى المعادن الأرضية النادرة، يمثل هذا المستشعر البيولوجي اختراقا علميا يمكن أن يُحدث نقلة نوعية في كيفية اكتشاف هذه المعادن واستخراجها بطرق أكثر استدامة وكفاءة.

المصدر: النهضة نيوز