一组研究人员利用他们最近描述的一种蛋白质开发了这种传感器，并用它探究使用镧系元素的细菌生物学。这种传感器有望以更高效、成本更低的方式检测稀土金属。
“镧系元素应用于各种现代技术，包括智能手机的屏幕和电子元件、电动汽车的电池、卫星和激光器，”宾夕法尼亚州立大学化学教授、该研究的资深作者小约瑟夫·科特鲁沃（Joseph Cotruvo, Jr.）说。
“这些元素被称为稀土元素，包含元素周期表中原子量为57至71的化学元素。从环境或工业样品中提取稀土元素既困难又昂贵，例如从矿山废水或煤炭废弃物中提取。
“我们开发了一种蛋白质传感器，可以检测样品中的微量镧系元素，从而判断是否值得投入资源提取这些重要金属。”
研究团队对一种可检测钙的荧光传感器进行了改造，用他们最近发现的一种蛋白质替换了传感器中与钙结合的部分。这种蛋白质与镧系元素结合的能力比与其他金属结合强数百万倍。它与镧系元素结合时会改变形状，这对于传感器的荧光“开启”至关重要。
科特鲁沃说：“检测样品中每种元素的金标准，是一种名为ICP-MS的质谱技术。”
“这种技术灵敏度很高，但需要大多数实验室都没有的专用仪器，而且成本不低。我们开发的蛋白质传感器能够检测样品中镧系元素的总量。它无法识别每一种元素，但可以在采样地点快速、低成本地完成检测。”
研究团队还利用这种传感器研究一种使用镧系元素的细菌的生物学；最初发现这种镧系元素结合蛋白的正是这种细菌。早期研究在细菌的周质中检测到了镧系元素——周质是细胞外侧附近膜之间的空间；而团队利用传感器还在细菌的细胞质中检测到了镧系元素。细胞质是充满细胞的液体。
科特鲁沃说：“我们发现，镧系元素中最轻的几种——元素周期表上从镧到钕——能够进入细胞质，而较重的则不能。”
“我们仍在试图准确理解这是如何发生的，以及原因是什么，但这表明细胞质中存在处理镧系元素的蛋白质，这是我们以前不知道的。了解这种高摄取选择性的成因，也可能有助于开发从一种镧系元素中分离出另一种的新方法；目前这仍是一个非常棘手的问题。”
团队还发现，这种细菌摄取镧系元素的方式与许多细菌摄取铁的方式相似：它们分泌能与金属紧密结合的小分子，随后细胞将整个复合物摄入。这表明，某些小分子可能与镧系元素的结合甚至比这种选择性很强的传感器更紧密。
科特鲁沃说：“我们希望进一步研究这些小分子以及细胞质中的任何蛋白质；它们最终可能比我们用于传感器的蛋白质更擅长结合镧系元素。”
“研究这些分子和蛋白质各自如何与镧系元素结合并相互作用，或许能启发我们在为现代技术收集镧系元素时如何复制这些过程。”
这项研究的经费来自宾夕法尼亚州立大学埃伯利理学院化学系以及宾夕法尼亚州立大学哈克生命科学研究所。
