Un team di ricerca guidato dall’Università della California, Berkeley ha geneticamente modificato un virus innocuo per trasformarlo in una “spugna intelligente” che cattura i metalli delle terre rare dall’acqua.
Una squadra di ricercatori condotta dall‘Università della California, Berkeley ha modificato geneticamente un virus innocuo per farlo agire come una “spugna intelligente” che cattura i metalli delle terre rare dall’acque e, con una leggera variazione di temperatura e acidità (pH), li rilascia per la raccolta. Lo studio è stato pubblicato su Nano Letters e riportato da Phys.org.
L’elettronica high-tech e le tecnologie per l’energia verde di oggi non funzionerebbero senza le terre rare (REE). Questi 17 metalli possiedono proprietà uniche, essenziali per creare oggetti come i fosfori che illuminano i display dei nostri telefoni cellulari e i potenti magneti utilizzati nei veicoli elettrici e nelle turbine eoliche. Ma estrarre queste sostanze dalle materie prime è un processo sporco che si basa su sostanze chimiche tossiche e lascia dietro di sé rifiuti inquinati.
“Si tratta di un passo significativo verso l’estrazione e il recupero delle risorse più sostenibili. Rendendo l’estrazione di terre rare ecologicamente sostenibile e scalabile sul suolo americano, questa tecnologia potrebbe contribuire a garantire l’approvvigionamento interno di questi minerali essenziali, rafforzando la nostra sicurezza nazionale ed economica” osserva il ricercatore principale Seung-Wuk Lee, professore di bioingegneria presso l’Università della California Berkeley e ricercatore presso il Lawrence Berkeley National Laboratory.
Un virus che infetta solo i batteri
La chiave dell’approccio dell’Università della California Berkeley è stata trasformare il batteriofago – un virus che infetta solo i batteri ed è innocuo per l’uomo e l’ambiente – in una “macchina di riciclo altamente selettiva”. I ricercatori hanno raggiunto questo obiettivo aggiungendo due proteine specializzate alla superficie del virus. Una proteina, il peptide legante i lantanidi, agisce come un artiglio molecolare, calibrato per catturare le terre rare. L’altra, un peptide con motivo elastinico, agisce come un semplice interruttore non tossico e sensibile alla temperatura: quando il virus viene riscaldato delicatamente, fuoriesce dalla soluzione, insieme alle terre rare.
“Questo nuovo approccio, noto come biomining, dimostra che possiamo utilizzare uno strumento biologico programmabile per svolgere un compito industriale complesso che attualmente richiede sostanze chimiche tossiche e molta energia. Il nostro metodo non è solo ecologico, ma anche incredibilmente semplice, richiedendo poco più di un serbatoio di miscelazione e un riscaldatore” continua Lee.
Nell’ambito di questo studio, i ricercatori di Berkeley hanno testato con successo l’efficacia di questo sistema aggiungendo i virus ingegnerizzati al drenaggio acido di una miniera. I virus si sono immediatamente attaccati agli ioni delle terre rare presenti nel drenaggio, ignorando tutti gli altri metalli. Riscaldando delicatamente la soluzione, i ricercatori hanno fatto sì che i virus si aggregassero e precipitassero sul fondo del serbatoio. Dopo aver drenato il liquido, i ricercatori si sono ritrovati con un fango concentrato di virus e metalli catturati. Come passaggio finale, hanno regolato il pH di questo brodo, facendo sì che i virus rilasciassero gli ioni metallici puri per la raccolta.
I ricercatori hanno anche scoperto che i virus non perdevano la loro efficacia dopo aver completato il lavoro, quindi erano riutilizzabili. Inoltre, i ricercatori possono coltivare facilmente ed economicamente grandi quantità di virus semplicemente infettando i batteri con essi, poiché si autoriprodurranno.
“Negli ultimi 20 anni, abbiamo sviluppato un nuovo kit di strumenti basato su virus ingegnerizzati come strumenti potenti e programmabili per le nuove tecnologie. Questo ultimo progetto amplia il nostro kit di strumenti basato sui virus per rispondere all’esigenza critica di un recupero sostenibile delle risorse” spiega lo scienziato.
Oltre all’estrazione di terre rare dalle acque reflue minerarie, i ricercatori prevedono che questa piattaforma venga utilizzata per altre applicazioni critiche, tra cui la raccolta di terre rare dai rifiuti elettronici, come vecchi telefoni o computer portatili, e per la bonifica ambientale.
“Modificando le istruzioni genetiche del virus, possiamo sintonizzarlo per catturare selettivamente altri elementi vitali come litio e cobalto per le batterie, metalli del gruppo del platino per i catalizzatori o persino per rimuovere metalli pesanti tossici come il mercurio e il piombo presenti nelle nostre riserve idriche. In definitiva, questo lavoro rappresenta un passo fondamentale verso una nuova generazione di materiali intelligenti basati sui virus, che possono aiutarci a costruire un’economia veramente circolare e sostenibile” conclude Lee.
Foto Nano Letter (2025)
