在东说念主类不竭开垦地球资源的经由中，海洋资源一直是一个充满后劲的领域。跟着陆地铀矿资源日益稀缺，科学家们将视力投向了精深的海洋。

近日，中国科学院青岛生物动力与经由筹划所的科研团队在这一领域取得了紧要打破，开垦出了一种具备超高聘用性的新式海水提铀材料，为核能的可连接发张开辟了新的说念路。这项打破性筹划不仅展示了我国在材料科学和海洋资源行使领域的翻新武艺，也为各人核能发展和海洋资源开垦提供了新的想路和圭表。

一块高浓缩铀锭（U-235同位素含量被培育到20%以上的铀）。图片起首：维基百科

海洋中的荫藏矿藏：铀资源的新起首

铀手脚核能发展的要紧原料，其储量和供应一直是各人存眷的焦点。跟着陆地铀矿的连接开采，可获取的资源冉冉减少，这给核能的恒久发展带来了严峻挑战。可是，科学家们发现，海洋中蕴含着巨大的铀资源，尽管海水中铀的浓度相对较低，仅有约3.3微克/升，但由于海洋领有庞大体积，其中蕴含的总铀量是惊东说念主的（预计约45亿吨），远远越过了已知的陆地铀储量。

从海水中索取铀的上风在于，海洋中的铀资源是可再生的。跟着河流不竭将陆地上的铀元素冲刷入海，海水中的铀含量大要保持相对褂讪。因此，如若大要有用地从海水中索取铀，表面上来说，咱们将领有险些取之不尽的铀资源供应。

可是，这项工夫面对着诸多挑战。最初，海水身分极其复杂，除了铀，还包含大量其他离子和有机物。其次，铀在海水中的浓度极低，这意味着需要管制大量的海水才能获取故兴味的铀量。更毒手的是，海水中存在大量干豫离子，其中钒离子的干豫进程最为严重。钒离子不仅浓度比铀高，并且化学性质不异，经常会与铀争夺吸附位点，严重影响索取服从。

方铀矿是最常用来索取铀的矿石。图片起首：维基百科

海藻酸钠-DNA：自然灵感带来的科技打破

面对这一挑战，中国科学院青岛生物动力与经由筹划所的筹划团队遴选了一种特有的圭表。他们机密地行使了自然界中常见的材料——海藻酸钠（SA）和DNA，开垦出了一种新式的吸附材料。这种翻新的组合不仅充分行使了两种材料各自的上风，还通过它们的协同作用，完满了前所未有的高效吸赞好意思聘用性。

海藻酸钠（SA）是一种从海藻中索取的自然多糖，具有邃密的凝胶性能和生物相容性，它大要形成三维荟萃结构，提供大量的吸附位点。而DNA手脚生命的基本构成单元，具有特有的分子识别武艺，筹划团队通过悉心想象DNA序列，奏效赋予了材料对铀离子的特异性识别武艺。

筹划团队收受“一步滴定-钙交联自拼装法”，制备出了具有半互穿荟萃结构的“SA-DNA水凝胶微球”。这种圭表不仅浅薄高效，还能确保DNA均匀离别在海藻酸钠（SA）采汇聚，制备出的微球大小约为2毫米，里面包含了大量微米级的孔隙。这种多孔结构想象不仅培育了材料的传质服从，还能充分潜入活性位点，从而培育吸附服从。

最令东说念主咋舌的是，这种材料对铀酰离子（UO2+2）的聘用性是钒离子的43.6倍。这一数据意味着，即使在复杂的海水环境中，这种材料也能准确地捕捉到铀离子，而不会被其他离子严重干豫。这种高聘用性的完满，为从海水中高效索取铀开辟了新的可能性。

SA-DNA水凝胶复合微球的制备经由及结构默示图。图片起首：参考文件[1]

分子层面的奥秘：DNA的特有作用

为了领路这种材料为什么能如斯准确地聘用铀，筹划团队进行了多项测试。他们发现DNA在这个经由中起到了要害作用，它特有的结构使得材料能精确地吸附铀。科学家们用特地的光学诞生不雅察了材料在吸附铀前后的变化。适度高傲，DNA的某些部分在与含铀海水作用后发生了较着变化，说明DNA径直参与了捏取铀的经由。

另一种分析圭表进一步阐述了这一丝。筹划东说念主员发现，铀主要与DNA中的某些原子调治。同期，铀也与微球名义的其他部分形成了贯穿，这种多重作用使得材料更容易吸附铀。筹划团队还使用筹画机模拟了分子层面的互相作用，适度高傲，DNA和铀之间形成了特地的结构，这解释了为什么该材料能如斯有用地与铀发生吸附。

这些发现不仅解释了为什么这种材料领有出色的吸附恶果，还为想象更好的材料提供了率领。科学家们但愿通过调节DNA，开垦出不错从海水中索取其他有价值的金属材料，为更无为行使海洋资源开辟新的可能。

Ⅱ) SA-DNA水凝胶微球的SEM图像；Ⅳ) 里面风景。图片起首：参考文件[1]

绿色环保与经济效益的无缺调治

除了超卓的性能除外，这种新式吸附剂还具有多项实用上风，体现了绿色环保与经济效益的无缺调治。最初，它收受的原料海藻酸钠（SA）和DNA，齐是自然界中常见的物资。海藻酸钠（SA）不错从海藻中大量索取，而DNA不错通过生物工夫大范围合成。这些原料价钱相对便宜，易于获取，大大裁汰了分娩本钱，使得大范围应用成为可能。

其次，这种材料环境友好，不会对海洋生态系统形成显耀的负面影响。海藻酸钠（SA）手脚一种自然多糖，具有邃密的生物相容性和可降解性。即使小数材料参加海洋环境，也能被自然领会，不会形成恒久欺凌。这一特质在核能开垦与环境保护之间找到了一个均衡点，体现了可连接发展的理念。

此外，SA-DNA水凝胶微球还具有优异的机械强度和可回收性。现实标明，这种材料大要承受海水中的多样物理条款，如波澜冲击和深水压力，而不会任意落空。更要紧的是，它不错通过浅薄的化学管制从头生成，完满屡次轮回使用。这种可重叠使用的特质进一步培育了其经济效益和实用性，裁汰了恒久运营本钱。

在现实条款下，这种材料在25℃、pH值4.0的环境中，最大吸附容量可达189.5mg/g。这一数据高傲了其超卓的吸附性能，远超好多传统吸附材料，自然本体海水环境可能会对性能产生一定影响，但这仍为本体应用提供了有劲相沿。

值得夺方针是，这种材料的制备经由相对浅薄，不需要复杂的诞生或严格的现实条款。这意味着它不错较容易地完满范围化分娩，裁汰了从现实室到工业应用的门槛。

各人铀矿及铀需求离别图。图片起首：维基百科

异日瞻望：开启海洋资源行使新篇章

筹划东说念主员指出，由于特定DNA具有识别多样金属离子的特有武艺，这种基于DNA的吸附剂可能用于从海水中回收其他有价值的金属离子。举例，海水中还含有大量的锂、镁、钴等政策资源，这些元素在新动力和高技术产业中有着无为的应用。

行使生物资源富集铀在自然界中亦有案例，图中柠檬酸杆菌中的铀浓度不错比周围环境越过300倍。图片起首：维基百科

通过调节DNA序列和材料结构，科学家们有望开垦出针对这些元素的高效吸附剂。这为海洋资源的抽象行使开辟了新的视线，可能透澈编削咱们获取调养金属的面容。

参考文件

[1]WanshengZhanget.al.,SA-DNAhydrogelmicrospheresforUltra-Selectiveuranyl(VI)extractionfromseawater

筹划制作

出品丨科普中国

作家丨李瑞半导体工程师

监制丨中国科普博览

责编丨董娜娜

审校丨徐来林林