新型传感器能够检测环境中的稀土元素铽

宾夕法尼亚州立大学的科学家们开发了一种新的发光传感器，该传感器可用于检测复杂环境样本，如酸性矿山废料中的稀土元素铽。这种新型传感器依赖于一种叫做兰莫德林（lanmodulin）的蛋白质。与其他金属相比，该蛋白质与稀土结合。它对稀土的选择性结合，而不是与环境样品中常见的不同金属结合，使得这种蛋白质非常适用于新的传感器。

铽是稀有稀土元素之一。它在手机显示屏中产生绿色，也用于高效照明和固态设备。 然而，从环境中获取铽和其他稀土存在着各种化学、环境和政治挑战。

宾夕法尼亚州立大学的助理教授Joseph Cotruvo, Jr.和化学职业发展教授Louis Martarano说：“目前美国没有像铽这样的稀土供应链，但它们在非传统来源中非常丰富,包括煤炭副产品、酸性矿山排水和电子废物。在这项研究中，我们开发了一种基于发光的传感器，可用于检测甚至量化复杂酸性样品中的低浓度的稀土元素铽。”

科学家通过在蛋白质中添加氨基酸色氨酸来改变蛋白质以开发这种新传感器。色氨酸作为铽的敏化剂，这意味着色氨酸吸收的光可以传递给铽。

Cotruvo 说：“这种发射绿色的功能是铽被用于智能手机显示器等技术的主要原因之一。就我们的目的而言，当色氨酸-羊毛调节蛋白化合物与铽结合时，我们可以观察发射光或发光，以测量样品中铽的浓度。”

科学家们开发了色氨酸-调节蛋白新型传感器的几种变体。他们优化了色氨酸的位置，使其不会干扰兰莫蛋白与稀土结合的能力。这些变体提供了对蛋白质关键特征的重要见解，使其能够以如此高的选择性结合稀土。

然后，科学家们测试了最有希望的变体，以确定传感器在理想条件下可以检测到的最低铽浓度，在此期间没有其他金属干扰。即使在酸性矿井排水等高酸性条件下，传感器也可以检测与环境相关的铽水平。

Cotruvo 说：“提取稀土的一个挑战是你必须将它们从岩石中取出，需要通过酸性矿山排水，大自然已经为我们做到了，但寻找稀土就像大海捞针。我们拥有现有基础设施来处理活跃和非活跃矿山的酸性矿山排水点，以减轻其对环境的影响。如果我们可以使用传感器识别出具有最有价值稀土的地点，我们就可以更好地集中开采工作，将废物流转化为收入来源。”

当科学家测试他们的传感器时，它确定了样品中铽的浓度，与他们用“金标准”方法检测到的浓度相当。这表明新传感器是检测复杂环境样品中低浓度稀土元素铽的可行方法。

Cotruvo 说：“我们计划进一步优化该新型传感器，使其更灵敏，更易于使用。 我们还希望通过这种方法针对其他特定的稀土元素。”

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