使用智能手机和其他技术中使用的稀土金属镧系元素的更有效和经济的方法可能是使用新的基于蛋白质的传感器，当它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组研究人员用他们最近描述的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。描述传感器的研究在线出现在美国化学学会杂志上。

    “镧系元素被用于各种现有技术，包括智能手机的屏幕和电子产品，电动汽车，卫星和激光电池，”宾夕法尼亚州立大学化学助理教授兼路易斯玛塔拉诺职业发展教授Joseph Cotruvo说。该研究的高级作者。“这些元素被称为稀土元素，它们包括元素周期表中原子量为57-71的化学元素。从环境或工业样品中提取稀土元素具有挑战性且价格昂贵，如矿山或煤炭废物产生的废水。我们开发了一种基于蛋白质的传感器，可以检测样品中的少量镧系元素，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一种用于检测钙的荧光传感器，用一种他们最近发现的蛋白质替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比其他金属高出数百万倍。当蛋白质与镧系元素结合时，蛋白质会发生形状变化，这是传感器荧光“开启”的关键。

    “用于检测样品中存在的每种元素的金标准是称为ICP-MS的质谱技术，”Cotruvo说。“这种技术非常敏感，但它需要专门的仪器，大多数实验室都没有，并且它并不便宜。我们开发的基于蛋白质的传感器可以让我们检测样品中镧系元素的总量。识别每个单独的元素，但可以在采样位置快速且廉价地完成。“

    该研究小组还利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 - 镧系元素最初是从中发现的镧系元素。早期的研究已经检测到细菌周围的镧系元素 - 细胞外部附近的膜之间的空间 - 但是，使用传感器，研究小组还在细菌的细胞质中检测到了镧系元素 - 填充细胞的液体。

    “我们发现，在周期表中通过钕的最轻的镧系元素镧进入细胞质，但较重的镧 - 镧不会，”Cotruvo说。“我们仍然试图准确理解它是如何以及为什么会这样，但这告诉我们细胞质中有一些蛋白质可以处理镧系元素，这是我们以前不知道的。了解这种高吸收选择性背后的原因也是有用的开发新方法将一种镧系元素与另一种镧系元素分开，这是一个非常困难的问题。“

该团队还确定细菌吸收镧系元素就像许多细菌摄取铁一样;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。这表明存在可能比高选择性传感器更紧密地结合镧系元素的小分子。

    “我们希望进一步研究细胞质中的这些小分子和任何蛋白质，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，”Cotruvo说。“研究这些与镧系元素结合和相互作用的方式可以为我们提供灵感，帮助我们在收集镧系元素时如何复制这些过程，以用于当前的技术。”

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