蛋白質(zhì)lanmodulin已被開發(fā)成一種傳感器，用于從復(fù)雜環(huán)境中識別稀土元素鋱，例如酸性礦山排水。圖中所示的傳感器在與鋱結(jié)合時會發(fā)出綠光。學(xué)分：艾米麗·費瑟斯頓，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）中檢測鋱，這是一種有價值的稀土元素。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)，并可用于幫助開發(fā)這些金屬的國內(nèi)供應(yīng)，這些金屬用于智能手機，電動汽車電池和節(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《美國化學(xué)學(xué)會雜志》上。

鋱是稀有的稀土元素之一，在手機顯示屏中產(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)。開發(fā)這些金屬的新來源也需要強大的檢測方法，這帶來了另一個挑戰(zhàn)。例如，檢測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干擾檢測。

“目前沒有像鋱這樣的稀土元素的國內(nèi)供應(yīng)鏈，但它們實際上在美國的非傳統(tǒng)來源中相當(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，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�！霸谶@項研究中，我們開發(fā)了一種基于發(fā)光的傳感器，可用于檢測甚至量化復(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，因為它有可能與稀土結(jié)合，而不是環(huán)境樣品中常見的其他金屬。

為了優(yōu)化蘭調(diào)蛋白作為鋱的傳感器，研究人員通過在蛋白質(zhì)中添加氨基酸色氨酸來改變蛋白質(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發(fā)射，”Cotruvo說�！斑@種發(fā)射的綠色實際上是鋱用于智能手機顯示器等技術(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，我們可以觀察發(fā)射光或發(fā)光，以測量樣品中鋱的濃度。

研究人員開發(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解，使其能夠以如此高的選擇性結(jié)合稀土。然后，他們測試了有希望的變體，以確定傳感器在理想條件下可以檢測到的低鋱濃度 - 沒有其他金屬干擾。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，傳感器也可以檢測到與環(huán)境相關(guān)的鋱水平�！疤崛∠⊥猎�素的一個挑戰(zhàn)是你需要將它們從巖石中取出，”Cotruvo說�！巴ㄟ^酸性礦山排水，大自然已經(jīng)為我們做到了這一點，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)施來處理活躍和非活躍礦山的酸性礦山排水站點，以減輕其對環(huán)境的影響。如果我們能夠使用傳感器識別出具有有價值的稀土元素的地點，我們就可以更好地集中提取工作，將廢物流轉(zhuǎn)化為收入來源。

接下來，研究人員在賓夕法尼亞州酸性礦山排水處理設(shè)施的實際樣品中測試了傳感器，這是一個酸性樣品，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)”方法檢測到的濃度相當(dāng)，這表明新傳感器是檢測復(fù)雜環(huán)境樣品中低濃度鋱的可行方法。

“我們計劃進一步優(yōu)化傳感器，使其更加靈敏，更容易使用，”Cotruvo說�！拔覀冞�希望通過這種方法針對其他特定的稀土元素。