美國核學會(ANS)網站最近在《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家和賓夕法尼亞州立大學和哈佛醫學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，已經確定的放射性元素在環境中傳播的新機制，可能對環境化學和核廢物管理產生影響.....[1]

在LLNL熒光光譜實驗中，蛋白質鑭調素(lanmodulin)樣品暴露在右側的紫外光下時，會使放射性核素鋦發光。這個示意圖(左)代表了鋦-蛋白質絡合物的結構，每個蛋白質分子“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)的科學家，與賓夕法尼亞州立大學和哈佛醫學院的研究人員合作，發現了一種新的機制，放射性核素可“借此”在環境中傳播。

這項對核廢物管理和環境化學有影響的研究發表在9月20日《美國化學學會雜志》上[2]。

LLNL科學家、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，我們偶然發現了以前未知的機制，某些放射性元素可借此在環境中擴散。”“我們已證實，自然界有某些以前沒有考慮過的分子，特別是像鑭調素(lanmodulin)這樣的蛋白質，它們可能對某些放射性元素如镅、鋦等產生強烈的影響，而這些元素一直是核廢料管理的難題。”

新領域：含有钚、镅、鋦和鎳的核廢料，如果釋放到環境中會很難處理，而且人們對這些元素在自然界的化學形式“知之甚少”，迫使科學家和工程師使用各種模型，預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雜的絡合物如蛋白質的影響。這項新的研究證實，自然界有一種非常豐富的蛋白質，在阿系元素環境遷移方面，其影響遠遠超過科學家以前認為最成問題的那些分子。

賓州州立大學助理教授、這篇論文的通訊作者 Joseph Cotruvo Jr.說，“最近發現，某些專門用于提取稀土元素的細菌，在錒系元素地球化學中有重要的技術應用和潛在的意義，因為稀土和錒系元素的化學相似性，開辟了生物化學的新領域。”

絡合蛋白質：鑭調素是許多用來吸附稀土金屬的蛋白質中并不重要、但很豐富的蛋白質。2018年賓州州立大學團隊的成員發現了它。雖然賓州立大學和LLNL團隊詳細研究了這種蛋白質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與環境中放射性污染物的相關性。

LLNL科學家安妮·科爾斯汀(Annie Kersting)說，“我們的研究結果表明,在環境方面，鑭調素與類似的絡合物，在阿系元素化學中發揮的作用,比我們想象的更重要。”“我們的研究還指出,在環境方面，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揮重要作用。”

LLNL科學家梅維爾克·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，鑭調素更傾向于錒系元素,這是個“令人關注”的特性,并非僅可用作新穎的分離工藝。”

據德金林德說，鑭調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”，但可優先把某些阿系元素納入它們的生物化學中。

結語

隨著核武器的發明和廣泛、持續的試驗、研究，人類生活環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代化生活的關系越來越“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，值得生物醫學和保健物理學界深入研究......

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.