蛋白質(zhì)lanmodulin已被開(kāi)發(fā)成一種傳感器，用于從復(fù)雜環(huán)境中識(shí)別稀土元素鋱，例如酸性礦山排水。圖中所示的傳感器在與鋱結(jié)合時(shí)會(huì)發(fā)出綠光。學(xué)分：艾米麗·費(fèi)瑟斯頓，賓夕法尼亞州立大學(xué)

一種新的發(fā)光傳感器可以從復(fù)雜的環(huán)境樣品（如酸性礦山廢物）中檢測(cè)鋱，這是一種有價(jià)值的稀土元素。該傳感器由賓夕法尼亞州立大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)，利用了一種非常特異性地與稀土元素結(jié)合的蛋白質(zhì)，并可用于幫助開(kāi)發(fā)這些金屬的國(guó)內(nèi)供應(yīng)，這些金屬用于智能手機(jī)，電動(dòng)汽車電池和節(jié)能照明等技術(shù)。一篇描述該傳感器的論文發(fā)表在25月<>日的《美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)雜志》上。

鋱是稀有的稀土元素之一，在手機(jī)顯示屏中產(chǎn)生綠色，也用于照明和固態(tài)設(shè)備。然而，從環(huán)境中獲取鋱和其他稀土元素存在各種化學(xué)、環(huán)境和政治挑戰(zhàn)。開(kāi)發(fā)這些金屬的新來(lái)源也需要強(qiáng)大的檢測(cè)方法，這帶來(lái)了另一個(gè)挑戰(zhàn)。例如，檢測(cè)樣品中稀土元素的金標(biāo)準(zhǔn)方法（一種稱為ICP-MS的質(zhì)譜法）價(jià)格昂貴且不便攜。然而，便攜式方法不那么靈敏，在復(fù)雜的環(huán)境樣品中表現(xiàn)不佳，酸性條件和其他金屬會(huì)干擾檢測(cè)。

“目前沒(méi)有像鋱這樣的稀土元素的國(guó)內(nèi)供應(yīng)鏈，但它們實(shí)際上在美國(guó)的非傳統(tǒng)來(lái)源中相當(dāng)豐富，包括煤炭副產(chǎn)品，酸性礦山排水和電子廢物，”賓夕法尼亞州立大學(xué)化學(xué)助理教授和路易斯·馬塔拉諾職業(yè)發(fā)展教授Joseph Cotruvo，Jr.說(shuō)，他是賓夕法尼亞州立大學(xué)關(guān)鍵礦物的成員， 和該研究的作者。“在這項(xiàng)研究中，我們開(kāi)發(fā)了一種基于發(fā)光的傳感器，可用于檢測(cè)甚至量化復(fù)雜酸性樣品中的低濃度鋱。

新的傳感器依賴于lanmodulin，研究人員之前發(fā)現(xiàn)的一種蛋白質(zhì)，其與稀土元素的結(jié)合比其他金屬好近十億倍。該蛋白質(zhì)結(jié)合稀土元素的選擇性是傳感器的理想選擇，因?yàn)樗�有可能與稀土結(jié)合，而不是環(huán)境樣品中常見(jiàn)的其他金屬。

為了優(yōu)化蘭調(diào)蛋白作為鋱的傳感器，研究人員通過(guò)在蛋白質(zhì)中添加氨基酸色氨酸來(lái)改變蛋白質(zhì)。

一種新的傳感器可以讓研究人員從復(fù)雜的環(huán)境樣本中檢測(cè)稀土元素鋱，例如酸性礦山排水 - 如圖所示污染賓夕法尼亞州的溪流。學(xué)分：雷切爾·布倫南，賓夕法尼亞州立大學(xué)

“色氨酸是所謂的鋱的'敏化劑'，這意味著色氨酸吸收的光可以傳遞到鋱，然后鋱以不同的波長(zhǎng)發(fā)射，”Cotruvo說(shuō)�！斑@種發(fā)射的綠色實(shí)際上是鋱用于智能手機(jī)顯示器等技術(shù)的主要原因之一。就我們的目的而言，當(dāng)色氨酸-蘭調(diào)蛋白化合物與鋱結(jié)合時(shí)，我們可以觀察發(fā)射光或發(fā)光，以測(cè)量樣品中鋱的濃度。

研究人員開(kāi)發(fā)了色氨酸 - 蘭調(diào)蛋白傳感器的許多變體，優(yōu)化了色氨酸的位置，使其不會(huì)干擾色氨酸與稀土元素結(jié)合的能力。這些變體為蛋白質(zhì)的關(guān)鍵特征提供了重要的見(jiàn)解，使其能夠以如此高的選擇性結(jié)合稀土。然后，他們測(cè)試了有希望的變體，以確定傳感器在理想條件下可以檢測(cè)到的低鋱濃度 - 沒(méi)有其他金屬干擾。即使在高酸性條件下，如在酸性礦井排水中發(fā)現(xiàn)的條件下，傳感器也可以檢測(cè)到與環(huán)境相關(guān)的鋱水平�！疤崛∠⊥猎�素的一個(gè)挑戰(zhàn)是你需要將它們從巖石中取出，”Cotruvo說(shuō)�！巴ㄟ^(guò)酸性礦山排水，大自然已經(jīng)為我們做到了這一點(diǎn)，但尋找稀土就像大海撈針一樣。我們擁有現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)處理活躍和非活躍礦山的酸性礦山排水站點(diǎn)，以減輕其對(duì)環(huán)境的影響。如果我們能夠使用傳感器識(shí)別出具有有價(jià)值的稀土元素的地點(diǎn)，我們就可以更好地集中提取工作，將廢物流轉(zhuǎn)化為收入來(lái)源。

接下來(lái)，研究人員在賓夕法尼亞州酸性礦山排水處理設(shè)施的實(shí)際樣品中測(cè)試了傳感器，這是一個(gè)酸性樣品，存在許多其他金屬，鋱含量非常低 - 十億分之三。傳感器確定樣品中的鋱濃度與“金標(biāo)準(zhǔn)”方法檢測(cè)到的濃度相當(dāng)，這表明新傳感器是檢測(cè)復(fù)雜環(huán)境樣品中低濃度鋱的可行方法。

“我們計(jì)劃進(jìn)一步優(yōu)化傳感器，使其更加靈敏，更容易使用，”Cotruvo說(shuō)。“我們還希望通過(guò)這種方法針對(duì)其他特定的稀土元素。