ASU在全球短缺的情况下回收支持氦气的研究

为了充分利用其供应，亚利桑那州立大学为其磁共振研究中心配备了一个可持续系统，该系统可回收用于研究的氦气。在那里，科学家们正在努力了解癌症、疼痛感知和可降解塑料等课题。

近一个世纪以来，美国一直是世界上最大的氦供应商。虽然美国氦气行业历史上由联邦政府管理，但现在正转变为私营行业。由于过渡和联邦氦储备关闭，美国的氦产量下降。现在，这种关键天然气越来越多地来自卡塔尔、俄罗斯和阿尔及利亚等其他国家，但由于这些地区的不稳定，价格和供应并不稳定。

氦是一种不可再生的资源，它是在地球深处作为放射性物质（如铀）衰变而产生的。氦逐渐向上冒出气泡，虽然大部分氦逃离了地球表面，但有一小部分氦被困在地下致密的岩石圆顶之下，人们可以在那里提取氦。地球上有限的氦不断减少，部分原因是氦气极难被吸收。它的结构很小，我们需要特殊的容器来装它。一旦氦逃逸到空气中，它就会穿过地球大气层，进入外层空间，永远离开地球。

尽管氦与娱乐息息相关，但它也有严肃的一面。它的体积很小，非常适合测试火箭和天然气管道的泄漏。它不易燃，因此对于必须在充满气体的无菌室中制造微芯片的制造厂来说，这是一个安全的选择。并且它可以在接近绝对零度（大约零下460华氏度）的液体形式存在，这是可能的最低温度。它保持超冷的能力使得氦对于磁共振成像机至关重要。这些以进行详细的医学扫描而闻名的MRI机器依赖于超导磁体。这些特殊的电磁体必须保持极冷才能正常工作，如果它们升高到一定温度以上就会损坏。

ASU核磁共振研究中心依靠核磁共振成像和核磁共振波谱（就像原子的核磁共振成像）来完成工作，使氦成为关键资源。为了充分利用其供应，安装了一套专门为其设备和需求设计的氦气回收系统。

在超导磁体内部，液态氦冷却剂逐渐沸腾成气体，通过特殊密封的铜管网络捕获并输送，使实验室看起来像是酒厂。这些气体收集在巨大的袋子里，每个袋子可以装16000升。一旦装满，袋子中的气体被压缩并储存在中压罐中。从罐中，氦气被送到净化器中，净化器在转化为液体之前去除任何水蒸气、氧气或氮气，从而将纯液氦留在实验室，以备再次使用。

ASU的16000升氦气收集袋中的每一个都装有足够的气体，可以装满约1135个气球。“我们的长期目标是回收和再循环至少85%的氦气，”该中心的员工科学家和经理Brian Cherry表示。“每五周，我就要给我的一个磁铁充一次气，如果一两天内我没有得到氦气，400万美元的设备就没了。所以，在我们节约资金和回收利用的同时，我们也在保护投资，不必依赖波动的市场。”其他大学也安装了自己的回收系统，但Cherry指出，ASU的大型储罐系统与其他大学有所不同。该中心希望展示使用回收系统的优势，并鼓励诊所、实验室和其他设施采用类似系统，更好地保护世界的氦气供应。

“自2022年6月以来，我们已经捕获了大约2500升液氦”核心研究设施运营总监Samrat Amin表示。以目前液氦的平均价格，回收系统已经为该中心节省了约5.5万美元。Amin补充道：“氦回收系统的成本节约占我们运营预算的很大一部分。该系统不仅符合ASU的可持续发展目标，还确保了我们提供关键仪器的长期能力，为ASU的研究人员提供服务。”ASU恢复系统将在后台工作，以支持大约150名使用核心设施的研究人员，以及教学实验室、外部企业和合作者。

分子科学学院研究糖结合蛋白的副教授徐旺说：“我做任何事情都使用核磁共振波谱，所以氦回收系统对我来说绝对至关重要。”这些蛋白质参与了许多生物过程。王研究了糖结合蛋白如何影响莱姆病的症状以及白细胞的活化。最近，他的研究小组一直在研究一种由80%以上的脑肿瘤细胞产生的糖结合蛋白，这种蛋白会影响肿瘤更快地生长。

Wade Van Horn副教授研究细胞膜中的蛋白质。这些蛋白质携带信息进出细胞，对药物等过程非常重要，这些过程与细胞有效结合。他正在探索一种新的非成瘾性止痛药如何与细胞受体相互作用。目标是创造方法来预测哪些药物变异最有效，而不依赖于早期昂贵的临床试验。还有其他方法和机器可以用来研究不使用超导磁体的分子结构，也就是氦。问题是它们需要分子停留在固定的位置和环境中。

范霍恩说：“核磁共振的不同之处在于，我们的研究处于解决方案中。”。“我们可以看到这些蛋白质在生物环境中是如何摆动的。”这种运动的自由意味着科学家可以更真实地了解细胞和蛋白质的行为。

由于核磁共振机起着至关重要的作用，研究人员无法回避对氦的需求。这就是为什么，当国家卫生研究院宣布为核磁共振设备的氦回收系统提供资金时，王和范霍恩主动提出申请。现在，他们能够继续使用氦，并且使用得很好。“我认为，在不久的将来，我们可能无法获得足够的氦气，即使我们愿意支付不断上涨的价格，”王说。“这个氦气回收系统对整个设施的可持续性至关重要。”