新型感測器能夠檢測環境中的稀土元素鋱

賓夕法尼亞州立大學的科學家們開發了一種新的發光感測器，該感測器可用於檢測複雜環境樣本，如酸性礦山廢料中的稀土元素鋱。這種新型感測器依賴于一種叫做蘭莫德林（lanmodulin）的蛋白質。與其他金屬相比，該蛋白質與稀土結合。它對稀土的選擇性結合，而不是與環境樣品中常見的不同金屬結合，使得這種蛋白質非常適用於新的感測器。

鋱是稀有稀土元素之一。它在手機顯示幕中產生綠色，也用於高效照明和固態設備。 然而，從環境中獲取鋱和其他稀土存在著各種化學、環境和政治挑戰。

賓夕法尼亞州立大學的助理教授Joseph Cotruvo, Jr.和化學職業發展教授Louis Martarano說：“目前美國沒有像鋱這樣的稀土供應鏈，但它們在非傳統來源中非常豐富,包括煤炭副產品、酸性礦山排水和電子廢物。在這項研究中，我們開發了一種基於發光的感測器，可用於檢測甚至量化複雜酸性樣品中的低濃度的稀土元素鋱。”

科學家通過在蛋白質中添加氨基酸色氨酸來改變蛋白質以開發這種新感測器。色氨酸作為鋱的敏化劑，這意味著色氨酸吸收的光可以傳遞給鋱。

Cotruvo 說：“這種發射綠色的功能是鋱被用於智慧手機顯示器等技術的主要原因之一。就我們的目的而言，當色氨酸-羊毛調節蛋白化合物與鋱結合時，我們可以觀察發射光或發光，以測量樣品中鋱的濃度。”

科學家們開發了色氨酸-調節蛋白新型感測器的幾種變體。他們優化了色氨酸的位置，使其不會干擾蘭莫蛋白與稀土結合的能力。這些變體提供了對蛋白質關鍵特徵的重要見解，使其能夠以如此高的選擇性結合稀土。

然後，科學家們測試了最有希望的變體，以確定感測器在理想條件下可以檢測到的最低鋱濃度，在此期間沒有其他金屬干擾。即使在酸性礦井排水等高酸性條件下，感測器也可以檢測與環境相關的鋱水準。

Cotruvo 說：“提取稀土的一個挑戰是你必須將它們從岩石中取出，需要通過酸性礦山排水，大自然已經為我們做到了，但尋找稀土就像大海撈針。我們擁有現有基礎設施來處理活躍和非活躍礦山的酸性礦山排水點，以減輕其對環境的影響。如果我們可以使用感測器識別出具有最有價值稀土的地點，我們就可以更好地集中開採工作，將廢物流轉化為收入來源。”

當科學家測試他們的感測器時，它確定了樣品中鋱的濃度，與他們用“金標準”方法檢測到的濃度相當。這表明新感測器是檢測複雜環境樣品中低濃度稀土元素鋱的可行方法。

Cotruvo 說：“我們計畫進一步優化該新型感測器，使其更靈敏，更易於使用。 我們還希望通過這種方法針對其他特定的稀土元素。”

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