新型传感器检测智能手机中使用的稀有金属

新型传感器检测智能手机中使用的稀有金属

一种更有效、更经济的检测镧系元素的方法是可行的,镧系元素是智能手机和其他技术中使用的稀土金属,当它与这些金属结合时,一种新的蛋白质传感器可以改变其荧光。

图片说明:一种新的传感器,当它与镧系元素(ln),智能手机和其他技术中使用的稀土金属结合时,会改变它的荧光,这可能为检测这些难以捉摸的金属提供一种更有效、更经济的方法。nbsp;

宾夕法尼亚州立大学的一个研究小组根据他们最近描述的一种蛋白质开发了这种传感器,随后用它来探索使用镧系元素的细菌的生物学。一项描述这种传感器的研究发表在《美国化学学会杂志》的网上。

“镧系元素被用于当前的各种技术中,包括智能手机的屏幕和电子设备、电动汽车的电池、卫星和激光,”宾夕法尼亚州立大学的助理教授和路易斯·马塔拉诺(Louis Martarano)化学职业发展教授、该研究的高级作者约瑟夫·科特鲁沃(Joseph Cotruvo Jr.)说。这些元素被称为稀土,它们在元素周期表上包括原子量为57到71的化学元素。从环境或工业样品中提取稀土具有挑战性且成本高昂,如矿山废水或煤废料。我们开发了一种基于蛋白质的传感器,可以检测样品中的微量镧系元素,让我们知道是否值得投资资源来提取这些重要金属。”

研究小组重新设计了一种用于检测钙的荧光传感器,用他们最近发现的一种蛋白质替代了与钙结合的部分传感器,这种蛋白质在与镧系元素结合方面比其他金属好几百万倍。当蛋白质与镧系元素结合时会发生形状变化,镧系元素是传感器荧光“开启”的关键。

“检测样品中每种元素的金标准是一种称为ICP-MS的质谱技术,”Cotruvo说。“这项技术非常敏感,但它需要大多数实验室没有的专用仪器,而且不便宜。我们开发的基于蛋白质的传感器可以检测样品中镧系元素的总量。它不能识别每个单独的元素,但可以在采样位置快速、廉价地完成。”

研究小组还利用传感器研究了一种使用镧系元素的细菌的生物学特性——镧系元素结合蛋白最初是从中发现的细菌。早期的研究已经在细菌的周质中检测到镧系元素——细胞外膜之间的一个空间——但是,利用传感器,研究小组也在细菌的胞质溶胶中检测到镧系元素——充满细胞的液体。

科特鲁沃说:“我们发现镧系元素中最轻的元素——镧通过元素周期表上的钕——进入了胞质溶胶,但较重的元素没有。”“我们仍在试图确切地理解这是怎么回事,为什么,但这告诉我们,在胞质溶胶中,有蛋白质处理镧系元素,我们以前不知道。了解这种高吸收选择性的背后是什么,也有助于开发新的分离镧系元素的方法,这是目前非常困难的问题。”

研究小组还确定细菌吸收镧系元素,就像许多细菌吸收铁一样;它们分泌紧密结合金属的小分子,整个复合体被带进细胞。这表明有小分子可能比高选择性传感器更紧密地结合镧系元素。

Cotruvo说:“我们希望进一步研究这些小分子和胞质溶胶中的任何蛋白质,这可能比我们在传感器中使用的蛋白质更好地结合镧系元素。”“研究这些元素是如何与镧系元素结合和相互作用的,可能会启发我们在收集镧系元素用于当前技术时如何复制这些过程。”

除了科特鲁沃,研究小组还包括宾夕法尼亚州的约瑟夫·马托克和杰克逊·何鸿福。这项工作由宾夕法尼亚州立大学埃伯利科学学院化学系和宾夕法尼亚州立哈克生命科学研究所资助。

盖尔麦考密克

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