美國核學(xué)會(ANS)網(wǎng)站最近在《放射性廢物解決方案》專欄中說，勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的科學(xué)家和賓夕法尼亞州立大學(xué)和哈佛醫(yī)學(xué)院的研究人員的新研究，對核廢料如何擴散提供了新見解。他們認為，已經(jīng)確定的放射性元素在環(huán)境中傳播的新機制，可能對環(huán)境化學(xué)和核廢物管理產(chǎn)生影響.....[1]

在LLNL熒光光譜實驗中，蛋白質(zhì)鑭調(diào)素(lanmodulin)樣品暴露在右側(cè)的紫外光下時，會使放射性核素鋦發(fā)光。這個示意圖(左)代表了鋦-蛋白質(zhì)絡(luò)合物的結(jié)構(gòu)，每個蛋白質(zhì)分子“鍵接”三個鋦原子。

美國能源部勞倫斯利弗莫爾國家實驗室(LLNL)的科學(xué)家，與賓夕法尼亞州立大學(xué)和哈佛醫(yī)學(xué)院的研究人員合作，發(fā)現(xiàn)了一種新的機制，放射性核素可“借此”在環(huán)境中傳播。

這項對核廢物管理和環(huán)境化學(xué)有影響的研究發(fā)表在9月20日《美國化學(xué)學(xué)會雜志》上[2]。

LLNL科學(xué)家、主要作者高捷·德金蘭德(Gauthier Deblonde)說，“這項研究與核材料在自然界的命運有關(guān)，我們偶然發(fā)現(xiàn)了以前未知的機制，某些放射性元素可借此在環(huán)境中擴散。”“我們已證實，自然界有某些以前沒有考慮過的分子，特別是像鑭調(diào)素(lanmodulin)這樣的蛋白質(zhì)，它們可能對某些放射性元素如镅、鋦等產(chǎn)生強烈的影響，而這些元素一直是核廢料管理的難題。”

新領(lǐng)域：含有钚、镅、鋦和鎳的核廢料，如果釋放到環(huán)境中會很難處理，而且人們對這些元素在自然界的化學(xué)形式“知之甚少”，迫使科學(xué)家和工程師使用各種模型，預(yù)測它們的長期行為和“遷移”模式。

到目前為止，這些模型幾乎很少考慮與天然化合物、礦物相和膠體的相互作用，而且基本上忽略了對更復(fù)雜的絡(luò)合物如蛋白質(zhì)的影響。這項新的研究證實，自然界有一種非常豐富的蛋白質(zhì)，在阿系元素環(huán)境遷移方面，其影響遠遠超過科學(xué)家以前認為最成問題的那些分子。

賓州州立大學(xué)助理教授、這篇論文的通訊作者 Joseph Cotruvo Jr.說，“最近發(fā)現(xiàn)，某些專門用于提取稀土元素的細菌，在錒系元素地球化學(xué)中有重要的技術(shù)應(yīng)用和潛在的意義，因為稀土和錒系元素的化學(xué)相似性，開辟了生物化學(xué)的新領(lǐng)域。”

絡(luò)合蛋白質(zhì)：鑭調(diào)素是許多用來吸附稀土金屬的蛋白質(zhì)中并不重要、但很豐富的蛋白質(zhì)。2018年賓州州立大學(xué)團隊的成員發(fā)現(xiàn)了它。雖然賓州立大學(xué)和LLNL團隊詳細研究了這種蛋白質(zhì)的工作原理以及如何用來提取稀土金屬,但此前尚未探索這種蛋白質(zhì)與環(huán)境中放射性污染物的相關(guān)性。

LLNL科學(xué)家安妮·科爾斯汀(Annie Kersting)說，“我們的研究結(jié)果表明,在環(huán)境方面，鑭調(diào)素與類似的絡(luò)合物，在阿系元素化學(xué)中發(fā)揮的作用,比我們想象的更重要。”“我們的研究還指出,在環(huán)境方面，選擇性生物分子可能在合成放射性同位素的特異遷移模式中發(fā)揮重要作用。”

LLNL科學(xué)家梅維爾克·扎瓦琳(Mavrik Zavarin)說，“這項研究還首次證實,相對其他任何金屬，包括稀土元素，鑭調(diào)素更傾向于錒系元素,這是個“令人關(guān)注”的特性,并非僅可用作新穎的分離工藝。”

據(jù)德金林德說，鑭調(diào)素對阿系元素的親和力更高，甚至可能意味著：自然界用來提取稀土金屬的生物體“無所不在”，但可優(yōu)先把某些阿系元素納入它們的生物化學(xué)中。

結(jié)語

隨著核武器的發(fā)明和廣泛、持續(xù)的試驗、研究，人類生活環(huán)境中的人造放射性元素、特別是“阿系元素”中的人工合成放射性核素(镅、鋦)的積累越來越多，而且它們的壽命特別長，毒性特別大。

曾經(jīng)的“輻射防護”工作人員，看了這篇“報道”會有點緊張。因為稀土元素與人類社會和現(xiàn)代化生活的關(guān)系越來越“密切”，但如這類活動帶來阿系原素的“遷移”，則對人類健康的影響值得重視，值得生物醫(yī)學(xué)和保健物理學(xué)界深入研究......

資料與注釋

1 ANS，Biochemistry research could have implications in nuclear waste remediation，Nuclear Newswire，September 22, 2021.

2 Gauthier J.-P. Deblonde et al.,Characterization of Americium and Curium Complexes with the Protein Lanmodulin: A Potential Macromolecular Mechanism for Actinide Mobility in the Environment, JACS, September 20, 2021.