Una forma más eficiente y rentable de detectar lantánidos, los metales de tierras raras utilizados en teléfonos inteligentes y otras tecnologías, podría ser posible con un nuevo sensor basado en proteínas que cambia su fluorescencia cuando se une a estos metales. Un equipo de investigadoresde Penn State desarrolló el sensor a partir de una proteína que describieron recientemente y posteriormente la usaron para explorar la biología de las bacterias que usan lantánidos. Un estudio que describe el sensor aparece en línea en el Revista de la Sociedad Americana de Química .
"Los lantánidos se usan en una variedad de tecnologías actuales, incluidas las pantallas y los dispositivos electrónicos de los teléfonos inteligentes, las baterías de los autos eléctricos, los satélites y los láseres", dijo Joseph Cotruvo, Jr., profesor asistente y profesor de química de desarrollo profesional Louis Martarano enPenn State y autor principal del estudio. "Estos elementos se denominan tierras raras e incluyen elementos químicos de peso atómico 57 a 71 en la tabla periódica. Las tierras raras son difíciles y caras de extraer del medio ambiente o de muestras industriales, comoaguas residuales de minas o productos de desechos de carbón. Desarrollamos un sensor a base de proteínas que puede detectar pequeñas cantidades de lantánidos en una muestra, lo que nos permite saber si vale la pena invertir recursos para extraer estos metales importantes ".
El equipo de investigación rediseñó un sensor fluorescente utilizado para detectar calcio, sustituyendo la parte del sensor que se une al calcio con una proteína que descubrieron recientemente que es varios millones de veces mejor en la unión a los lantánidos que otros metales. La proteína sufre un cambio de formacuando se une a los lantánidos, que es clave para que la fluorescencia del sensor se "encienda"
"El estándar de oro para detectar cada elemento que está presente en una muestra es una técnica de espectrometría de masas llamada ICP-MS", dijo Cotruvo. "Esta técnica es muy sensible, pero requiere instrumentación especializada que la mayoría de los laboratorios no tienen,y no es barato. El sensor a base de proteínas que desarrollamos nos permite detectar la cantidad total de lantánidos en una muestra. No identifica cada elemento individual, pero se puede hacer rápida y económicamente en el lugar del muestreo ".
El equipo de investigación también usó el sensor para investigar la biología de un tipo de bacteria que usa lantánidos, la bacteria de la cual se descubrió originalmente la proteína de unión a lantánidos. Estudios anteriores habían detectado lantánidos en el periplásmico de la bacteria, un espacio entremembranas cerca del exterior de la célula, pero, utilizando el sensor, el equipo también detectó lantánidos en el citosol de la bacteria, el líquido que llena la célula.
"Encontramos que los lantánidos más livianos, el lantano a través del neodimio en la tabla periódica, entran al citosol, pero los más pesados no", dijo Cotruvo. "Todavía estamos tratando de entender exactamente cómo y cómopor qué es así, pero esto nos dice que hay proteínas en el citosol que manejan los lantánidos, lo cual no sabíamos antes. Comprender qué hay detrás de esta alta selectividad de absorción también podría ser útil para desarrollar nuevos métodos para separar un lantánido de otro,que actualmente es un problema muy difícil "
El equipo también determinó que la bacteria absorbe los lantánidos como muchas bacterias absorben el hierro; secretan moléculas pequeñas que se unen firmemente al metal, y todo el complejo se lleva a la célula. Esto revela que hay moléculas pequeñas que probablementese unen a los lantánidos aún más fuertemente que el sensor altamente selectivo.
"Esperamos estudiar más a fondo estas pequeñas moléculas y cualquier proteína en el citosol, lo que podría terminar siendo mejor para unirse a los lantánidos que la proteína que usamos en el sensor", dijo Cotruvo. "Investigar cómo cada uno de estos se une e interactúacon lantánidos puede darnos inspiración sobre cómo replicar estos procesos cuando se recolectan lantánidos para usar en las tecnologías actuales ".
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Materiales proporcionado por Estado Penn . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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