Eine skalierbare, sicherere und möglicherweise kostengünstigere Möglichkeit, wertvolle Isotope zu isolieren

Neue Forschungsergebnisse veröffentlicht in Wissenschaftliche FortschritteUnter der Leitung von Yuan Yang, außerordentlicher Professor für Materialwissenschaften an der Columbia Engineering, und Mitarbeitern am Lamont-Doherty Earth Observatory wird eine neuartige Technik zur Isolierung von Isotopen demonstriert.

Sauerstoff ist ein entscheidender Bestandteil der Positronen-Emissions-Tomographie (PET)-Scans, mit denen Onkologen nach Tumoren suchen. Aber nicht jeder Sauerstoff funktioniert. Während die meisten Sauerstoffatome acht Neutronen haben, hat etwa 1 von 500 Atomen zehn. Diese zusätzlichen Neutronen sind erforderlich, damit die PET-Bildgebungsscans funktionieren.

Es ist extrem teuer, die etwas schwereren Sauerstoffatome zu isolieren. Ein Kubikmeter normales Wasser (H2O) aus Ihrem Wasserhahn kostet weniger als 2 US-Dollar. Wenn die leichteren Sauerstoffatome (und der Wasserstoff) entfernt werden, haben die verbleibenden schwereren Sauerstoffatome einen Wert von etwa 30.000 US-Dollar.

Forscher an der Columbia University fanden heraus, wie man schwerere oder leichtere Atome – sogenannte Isotope – isolieren kann, indem man das Zielelement und die Salze in Wasser auflöst, bevor man diese Lösung in einer Zentrifuge dreht. Es ist effektiver, kostengünstiger und einfacher zu skalieren als die aktuellen hochmodernen Techniken, bei denen auch giftige Chemikalien zum Einsatz kommen, die für die neue Methode nicht erforderlich sind.

Reine Isotope sind äußerst nützlich – und äußerst wertvoll. Jedes Jahr werden Dutzende Millionen Menschen auf der ganzen Welt medizinischen Tests unterzogen, bei denen ein schwer zu extrahierendes Isotop namens 100-Molybdän erforderlich ist. Das Calciumisotop Ca-48 ist so selten und begehrt, dass ein einzelnes Gramm derzeit 500.000 US-Dollar kostet. Und wenn die Kernfusion zu einer brauchbaren Energiequelle wird, werden Tausende Tonnen eines Lithiumisotops benötigt, um den Energiebedarf der Welt zu decken.

Seit der Zusammenarbeit mit Columbia Technology Ventures zur Patentierung der neuen Technologie stehen die Forscher mit mehreren Unternehmen in Kontakt, um Prototypen zu bauen und eine Anlage zur Isotopenisolierung zu entwickeln. Mithilfe von Computermodellen haben sie mehrere innovative Methoden entdeckt, die die Effizienz der Methode weiter steigern.