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稀土材料在生物醫學和高技術領域發揮著不可替代的作用。同時，稀土元素（REEs）的開采和提取方法由于涉及危險化學品，往往導致嚴重的環境問題和資源浪費。生物采礦是有效的替代方案，實現可持續地分離和回收REEs仍然存在著巨大的挑戰，難點在于開發有效的稀土富集微生物底盤和特異性REEs結合大分子材料。

近日，清華大學化學系張洪杰院士團隊在《先進材料》（Advanced Materials）期刊上以長文的形式發表了題為“稀土富集微生物合成系統的構建及其材料應用”（The Construction of Microbial Synthesis System for Rare Earth Enrichment and Material Applications）的研究論文，提出了一種新型生物合成系統，改造的稀土微生物底盤細胞實現了高純度稀土產品的生物制造，建立稀土礦生物分離工程技術及高值利用新范式，在稀土礦綠色可持續分離和高附加值稀土產品領域實現突破性進展。

微生物合成系統原位制備稀土磷酸鹽、高選擇性稀土親和蛋白和稀土蛋白酶的示意圖

研究人員成功地從白云鄂博稀土礦區及尾礦中篩選并收集了126株新型稀土吸附菌株，并建立了一種微生物合成體系，實現了高純稀土產品的主動生物合成。此外，通過新設計的DLanM稀土結合蛋白與功能性瓊脂糖微球偶聯的生物吸附柱，獲得了良好的Eu/Lu和La/Dy的分離，純度分別達到99.9%（Eu）、97.1%（La）和92.7%（Dy）。此外，DLanM吸附柱在回收REEs方面有優異性能和高魯棒穩定性，無需引入傳統有機萃取劑且可重復使用數十個周期。最重要的是，工程化的稀土依賴性甲醇脫氫酶（MDH）不僅可以特異性吸附尾礦中的La、Ce、Pr和Nd，還可以作為功能性鑭系催化劑來進行一碳化合物生物法精細加工。

值得注意的是，該研究構建的生物合成系統與傳統化學提純法相比，不僅實現了關鍵稀土元素的綠色生物制造，減少了對環境的污染，而且還實現了高純稀土的高附加值利用，具有較高的成本效益。該生物合成系統有望作為新一代生物鑄造工廠，在高純稀土材料制備中顯示出巨大應用前景，特別是與先進編輯技術（如CRISPR）集成時，可用于污染礦場的生物修復及高價值稀土產品的生物法變革性制備及回收。

清華大學化學系劉凱教授和馬超副研究員為本文的共同通訊作者。清華大學化學系博士后崔惠敬和清華大學化學系2021級博士研究生張欣為本文的共同第一作者。清華大學化學系張洪杰院士給予了全程指導，研究得到了清華大學2030重大項目、國家重點研發計劃、國家自然科學基金的支持。

論文鏈接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202303457