一種新的傳感器與鑭系元素（Ln），智能手機和其他技術中使用的稀土金屬結合后會改變其熒光，從而可能提供一種更有效，更具成本效益的方法來檢測這些難捉摸的金屬。圖片來源：賓州州立Cotruvo實驗室

新型的基于蛋白質的傳感器可以檢測鑭系元素（一種用于智能手機和其他技術的稀土金屬），從而實現(xiàn)一種更高效，更具成本效益的方法，該傳感器在與這些金屬結合時會改變其熒光。賓夕法尼亞州立大學的一個研究人員小組使用他們最近描述的一種蛋白質開發(fā)了這種傳感器，隨后將其用于探索使用鑭系元素的細菌的生物學特性。描述該傳感器的研究在線發(fā)表在《美國化學學會雜志》上。

賓夕法尼亞州立大學助理教授兼路易斯·馬塔拉諾職業(yè)化學發(fā)展教授小約瑟夫·科特魯沃說：“鑭系元素已用于多種當前技術中，包括智能手機的屏幕和電子設備，電動汽車的電池，衛(wèi)星和激光器。”和該研究的資深作者。“這些元素被稱為稀土，在元素周期表中包括原子量為57至71的化學元素。從環(huán)境或工業(yè)樣品中提取稀土元素極具挑戰(zhàn)性和昂貴，例如礦山廢水或煤渣產(chǎn)品中的廢水。我們開發(fā)了一種基于蛋白質的傳感器，可以檢測樣品中的微量鑭系元素，從而讓我們知道是否值得投入資源來提取這些重要的金屬。”

該研究小組重新設計了用于檢測鈣的熒光傳感器，用最近發(fā)現(xiàn)的一種蛋白質取代了與鈣結合的傳感器部分，這種蛋白質與鑭系元素的結合要比其他金屬好幾百萬倍。蛋白質與鑭系元素結合時會發(fā)生形狀變化，這是傳感器熒光“開啟”的關鍵。

Cotruvo說：“檢測樣品中每種元素的金標準是一種稱為ICP-MS的質譜技術�！� “這項技術非常靈敏，但是它需要大多數(shù)實驗室所沒有的專用儀器，而且價格也不便宜。我們開發(fā)的基于蛋白質的傳感器使我們能夠檢測樣品中鑭系元素的總量�？梢宰R別每個單獨的元素，但是可以在采樣位置快速廉價地完成�！�

該研究小組還使用該傳感器研究了一種使用鑭系元素的細菌的生物學特性，即最初發(fā)現(xiàn)鑭系元素結合蛋白的細菌。早期的研究已經(jīng)在細菌的周質中（細胞外部附近的膜之間的空間中）檢測到了鑭系元素，但是研究小組還使用傳感器在細菌的細胞質中檢測到了鑭系元素，該鑭是一種充滿細胞的液體。

Cotruvo說：“我們發(fā)現(xiàn)最輕的鑭系元素周期表中的鑭到釹會進入胞質溶膠，而較重的鑭系元素不會進入胞質溶膠�！� “我們?nèi)栽趪L試確切地了解其原因和原因，但這告訴我們胞質中存在處理鑭系元素的蛋白質，這是我們以前所不知道的。了解這種高攝取選擇性背后的原因也可能是有用的。在開發(fā)將一種鑭系元素與另一種鑭系元素分離的新方法時，這是一個非常困難的問題�！�

研究小組還確定，細菌吸收了鑭系元素，就像許多細菌吸收了鐵一樣。它們分泌與金屬緊密結合的小分子，整個復合物被帶入細胞。這表明，與高選擇性傳感器相比，有些小分子可能更緊密地結合鑭系元素。

Cotruvo說：“我們希望進一步研究這些小分子以及細胞質中的任何蛋白質，它們最終可能比我們在傳感器中使用的蛋白質更好地結合鑭系元素�！� “研究這些元素如何與鑭系元素結合和相互作用可能會給我們啟發(fā)，啟發(fā)我們在收集用于當前技術的鑭系元素時如何復制這些過程�！�

除Cotruvo之外，研究團隊還包括賓夕法尼亞州立大學的Joseph Mattocks和Jackson Jackson。