一種新的傳感器與鑭系元素（Ln），智能手機和其他技術(shù)中使用的稀土金屬結(jié)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(zhì)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(shù)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(jié)合時會改變其熒光。賓夕法尼亞州立大學(xué)的一個研究人員小組使用他們最近描述的一種蛋白質(zhì)開發(fā)了傳感器，隨后將其用于探索使用鑭系元素的細(xì)菌的生物學(xué)特性。描述該傳感器的研究在線發(fā)表在《美國化學(xué)學(xué)會雜志》上。

賓夕法尼亞州立大學(xué)助理教授兼路易斯·馬塔拉諾職業(yè)化學(xué)發(fā)展教授小約瑟夫·科特魯沃說：“鑭系元素已用于多種當(dāng)前技術(shù)中，包括智能手機的屏幕和電子設(shè)備，電動汽車的電池，衛(wèi)星和激光器�！焙驮撗芯康馁Y深作者�！斑@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(xué)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)品中的稀土元素。我們開發(fā)了一種基于蛋白質(zhì)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(shè)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(zhì)取代了與鈣結(jié)合的傳感器部分，這種蛋白質(zhì)與鑭系元素的結(jié)合要比其他金屬好幾百萬倍。蛋白質(zhì)與鑭系元素結(jié)合時會發(fā)生形狀變化，這是傳感器熒光“開啟”的關(guān)鍵。

Cotruvo說：“檢測樣品中每種元素的金標(biāo)準(zhǔn)是一種稱為ICP-MS的質(zhì)譜技術(shù)。” “這項技術(shù)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(zhì)的傳感器使我們能夠檢測樣品中鑭系元素的總量。可以識別每個單獨的元素，但是可以在采樣位置快速且廉價地完成。”

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(xì)菌的生物學(xué)特性，即最初發(fā)現(xiàn)鑭系元素結(jié)合蛋白的細(xì)菌。早期的研究已經(jīng)在細(xì)菌的周質(zhì)中（細(xì)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(xì)菌的細(xì)胞質(zhì)中檢測到了鑭系元素，該鑭是一種充滿細(xì)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(jìn)入胞質(zhì)溶膠，而較重的鑭系元素不會進(jìn)入胞質(zhì)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(zhì)中存在可處理鑭系元素的蛋白質(zhì)，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(xì)菌吸收了鑭系元素，就像許多細(xì)菌吸收了鐵一樣。它們分泌與金屬緊密結(jié)合的小分子，整個復(fù)合物被帶入細(xì)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(jié)合鑭系元素。

Cotruvo說：“我們希望進(jìn)一步研究這些小分子和胞漿中的任何蛋白質(zhì)，它們最終可能比我們在傳感器中使用的蛋白質(zhì)更好地結(jié)合鑭系元素。” “研究這些元素如何與鑭系元素結(jié)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(dāng)前技術(shù)的鑭系元素時如何復(fù)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(xué)的Joseph Mattocks和Jackson Jackson。