海水铀提取新策略：从海洋中“挖出铀宝藏”

【导语】随着地球陆地上铀矿资源的日益枯竭，科学家们正急于寻找新的铀资源来源。广袤的海洋中蕴藏着高达45亿吨的铀，但如何从海水中提取这一宝贵资源一直是科学难题。海南大学的研究人员通过基因工程构建了一种新型蛋白质吸附剂LSUBP，该吸附剂含有双铀酰结合位点，显著提升了海水提铀的吸附性能。这一研究成果为高吸附容量的海水(shuǐ)提(tí)铀(yóu)吸(xī)附(fù)剂(jì)开(kāi)发(fā)提(tí)供(gōng)了(le)新(xīn)的(de)思(sī)路，有(yǒu)望(wàng)缓(huǎn)解(jiě)未(wèi)来(lái)铀(yóu)资(zī)源(yuán)短(duǎn)缺(quē)的(de)困(kùn)境(jìng)。

目(mù)前(qián)地(de)球(qiú)上(shàng)的(de)铀(yóu)矿(kuàng)资(zī)源(yuán)数(shù)量(liàng)有(yǒu)限(xiàn)，按(àn)照(zhào)现(xiàn)有(yǒu)的(de)消(xiāo)耗(hào)速(sù)度(dù)，再(zài)过(guò)60到(dào)80年(nián)，人(rén)类(lèi)可(kě)能(néng)要(yào)面(miàn)临(lín)铀(yóu)资(zī)源(yuán)告(gào)急(jí)的(de)窘(jiǒng)境(jìng)。但是广袤的大海里藏了很多铀，全球海水中铀储量高达45亿吨，是陆地上可开采铀矿的1000倍。

如何才能从这片浩瀚的海洋中挖掘出蕴藏的“铀宝藏”一直是一个重要的科学问题。吸附剂如同一块功能性海绵，能够有效地富集海水中的铀。在众多吸附剂中，铀酰特异性结合蛋白（SUP）凭借其精确的配位结构，能够选择性识别并结合铀酰离子。SUP由三个近乎平行排列的α螺旋组成，构成一个类似梯子般的支撑框架，其铀酰结合位点正位于这三条α螺旋之间，如同梯子的一个阶梯。然而，SUP中的特异性结合位(wèi)点仅能结合一个铀酰离子，这限制了其进一步提升吸附性(xìng)能的空间。

基于此，海南大学研究人员设计了一种新型蛋白质吸附剂LSUBP，不同于SUP的单(dān)个(gè)铀酰结合位点，LSUBP中被引入了双铀酰结合位点。通过对蛋白质结构进行精确的突变设计，在不影响蛋白整体构象稳定性的基础上，成功引入了第二个铀酰结合位点。这个新的铀酰结合位点可以作为SUP中原始铀酰结合位点的孪生体，从而有效提升了其对铀的吸附能力。结构分析结果表明，这一策略性改造并未显著改变蛋白质的原有构象。在天然海水中，LSUBP蛋白纤维实现了25.6 mg g−1的铀吸附容量。这项成果发表于《国家科学评论》。

通过基因工程构建双铀酰配位位点来提升海水提铀吸附性能

该研究基于阶梯式结构启发的设计策略，在蛋白中构建双铀酰结合位点，克服了蛋白吸附剂中仅含单一结合位点所带来的性能瓶颈，实现了三维吸附剂材料在海水环境中的铀吸附性能的显著提升，为高吸附容量三维体系的海水提铀吸附剂开发提供了新的研究思路。