一种新的传感器与镧系元素（Ln），智能手机和其他技术中使用的稀土金属结合后会改变其荧光，从而可能提供一种更有效，更具成本效益的方法来检测这些难捉摸的金属。图片来源：宾州州立Cotruvo实验室

新型的基于蛋白质的传感器可以检测镧系元素（一种用于智能手机和其他技术的稀土金属），从而实现一种更高效，更具成本效益的方法，该传感器在与这些金属结合时会改变其荧光。宾夕法尼亚州立大学的一个研究人员小组使用他们最近描述的一种蛋白质开发了传感器，随后将其用于探索使用镧系元素的细菌的生物学特性。描述该传感器的研究在线发表在《美国化学学会杂志》上。

宾夕法尼亚州立大学助理教授兼路易斯·马塔拉诺职业化学发展教授小约瑟夫·科特鲁沃说：“镧系元素已用于多种当前技术中，包括智能手机的屏幕和电子设备，电动汽车的电池，卫星和激光器。”和该研究的资深作者。“这些元素被称为稀土，在元素周期表中包括原子量为57至71的化学元素。从环境或工业样品中提取稀土元素极具挑战性和昂贵，例如矿山废水或煤渣产品中的稀土元素。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，从而让我们知道是否值得投入资源来提取这些重要的金属。”

该研究小组重新设计了用于检测钙的荧光传感器，用最近发现的一种蛋白质取代了与钙结合的传感器部分，这种蛋白质与镧系元素的结合要比其他金属好几百万倍。蛋白质与镧系元素结合时会发生形状变化，这是传感器荧光“开启”的关键。

Cotruvo说：“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。” “这项技术非常灵敏，但是它需要大多数实验室所没有的专用仪器，而且价格也不便宜。我们开发的基于蛋白质的传感器使我们能够检测样品中镧系元素的总量。可以识别每个单独的元素，但是可以在采样位置快速且廉价地完成。”

该研究小组还使用该传感器研究了一种使用镧系元素的细菌的生物学特性，即最初发现镧系元素结合蛋白的细菌。早期的研究已经在细菌的周质中（细胞外部附近的膜之间的空间中）检测到了镧系元素，但是研究小组还使用传感器在细菌的细胞质中检测到了镧系元素，该镧是一种充满细胞的液体。

Cotruvo说：“我们发现最轻的镧系元素周期表中的镧到钕会进入胞质溶胶，而较重的镧系元素不会进入胞质溶胶。” “我们仍在尝试确切地了解其原因和原因，但这告诉我们胞质中存在可处理镧系元素的蛋白质，这是我们以前所不知道的。了解这种高摄取选择性背后的原因也可能是有用的。在开发将一种镧系元素与另一种镧系元素分离的新方法时，这是一个非常困难的问题。”

研究小组还确定，细菌吸收了镧系元素，就像许多细菌吸收了铁一样。它们分泌与金属紧密结合的小分子，整个复合物被带入细胞。这表明，与高选择性传感器相比，有些小分子可能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浆中的任何蛋白质，它们最终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。” “研究这些元素如何与镧系元素结合和相互作用可能会给我们启发，启发我们在收集用于当前技术的镧系元素时如何复制这些过程。”

除Cotruvo之外，研究团队还包括宾夕法尼亚州立大学的Joseph Mattocks和Jackson Jackson。