ΣΧΕΤΙΚΑ ΑΡΘΡΑ
To μυστικό γεύμα Τζίγγερ – Μελισσανίδη, η αυτοπεποίθηση του Ψάλτη, το φάουλ του αναλυτή της Goldman με την Alpha, η γλυκιά εμμονή της κ. Καίτης και η σύνταξη των 917 ευρώ, τα κέρδη του Αθανασίου και το μυστήριο με τον Αίαντα Β.
Αυτοκίνητο: Εξασφαλισμένο μόνο το 16% των μετάλλων για την κατασκευή μπαταριών
Χρυσός: Μικρές απώλειες έφερε η νέα άνοδος του δολαρίου σε υψηλό μήνα
Μια ομάδα ερευνητών ανέπτυξε έναν αισθητήρα από μια πρωτεΐνη που περιέγραψαν πρόσφατα και στη συνέχεια τον χρησιμοποίησε για να διερευνήσει τη βιολογία των βακτηρίων που χρησιμοποιούν λανθανίδες (σπάνιες γαίες). Ο αισθητήρας θα μπορούσε να προσφέρει έναν αποτελεσματικότερο και οικονομικότερο τρόπο ανίχνευσης σπανίων μετάλλων.
«Οι λανθανίδες χρησιμοποιούνται σε μια ποικιλία σύγχρονων τεχνολογιών, συμπεριλαμβανομένων των οθονών και των ηλεκτρονικών κυκλωμάτων των smartphones, των μπαταριών ηλεκτρικών αυτοκινήτων, των δορυφόρων και των λέιζερ», λέει ο Joseph Cotruvo Jr., καθηγητής χημείας στο Penn State και ανώτερος συγγραφέας της μελέτης.
«Αυτά τα στοιχεία ονομάζονται σπάνιες γαίες και περιλαμβάνουν χημικά στοιχεία ατομικού βάρους 57 έως 71 στον περιοδικό πίνακα. Οι σπάνιες γαίες είναι δύσκολο και δαπανηρό να εξαχθούν από το περιβάλλον ή από βιομηχανικά δείγματα, όπως απόβλητα από ορυχεία ή απόβλητα άνθρακα.
«Αναπτύξαμε έναν αισθητήρα που βασίζεται σε πρωτεΐνες, ο οποίος μπορεί να ανιχνεύσει μικροσκοπικές ποσότητες λανθανιδών σε ένα δείγμα, ενημερώνοντάς μας αν αξίζει να επενδύσουμε πόρους για να εξαγάγουμε αυτά τα σημαντικά μέταλλα».
Η ερευνητική ομάδα επανασχεδίασε έναν αισθητήρα φθορισμού που μπορεί να ανιχνεύσει ασβέστιο, αντικαθιστώντας το τμήμα του αισθητήρα που συνδέεται με το ασβέστιο με μια πρωτεΐνη που πρόσφατα ανακάλυψε ότι είναι αρκετά εκατομμύρια φορές καλύτερη στη σύνδεση με λανθανίδες από άλλα μέταλλα. Η πρωτεΐνη υφίσταται μια αλλαγή σχήματος όταν δημιουργεί δεσμούς με λανθανίδες, η οποία είναι το κλειδί για να «ανάψει» ο φθορισμός του αισθητήρα.
«Ο χρυσός κανόνας για την ανίχνευση κάθε στοιχείου που υπάρχει σε ένα δείγμα είναι μια τεχνική φασματομετρίας μάζας που ονομάζεται ICP-MS», λέει ο Cotruvo.
«Αυτή η τεχνική είναι πολύ ευαίσθητη, αλλά απαιτεί εξειδικευμένα όργανα που δεν έχουν τα περισσότερα εργαστήρια και δεν είναι φτηνή. Ο αισθητήρας που βασίζεται σε πρωτεΐνες που αναπτύξαμε μας επιτρέπει να ανιχνεύσουμε τη συνολική ποσότητα λανθανιδών σε ένα δείγμα. Δεν εντοπίζει κάθε μεμονωμένο στοιχείο, αλλά μπορεί να γίνει γρήγορα και οικονομικά στο σημείο της δειγματοληψίας».
Η ερευνητική ομάδα χρησιμοποίησε επίσης τον αισθητήρα για να διερευνήσει τη βιολογία ενός τύπου βακτηρίων που χρησιμοποιούν λανθανίδες – τα βακτήρια από τα οποία αρχικά ανακαλύφθηκε η πρωτεΐνη που δεσμεύεται στις λανθανίδες. Προηγούμενες μελέτες ανίχνευαν λανθανίδες στο περίπλασμα των βακτηρίων – έναν χώρο μεταξύ των μεμβρανών κοντά στο εξωτερικό του κυττάρου – αλλά, χρησιμοποιώντας τον αισθητήρα, η ομάδα ανίχνευσε επίσης λανθανίδες στο κυτταρόπλασμα του βακτηρίου – το υγρό που γεμίζει το κύτταρο.
«Ανακαλύψαμε ότι οι ελαφρύτερες από τις λανθανίδες -από το λανθάνιο μέχρι το νεοδύμιο στον περιοδικό πίνακα- μπαίνουν στο κυτοσόλιο, αλλά οι βαρύτερες δεν το κάνουν», λέει ο Cotruvo.
«Ακόμα προσπαθούμε να κατανοήσουμε ακριβώς πώς και γιατί συμβαίνει αυτό, αλλά αυτό μας λέει ότι υπάρχουν πρωτεΐνες στο κυτοσόλιο που χειρίζονται τις λανθανίδες, τις οποίες δεν γνωρίζαμε πριν. Η κατανόηση του τι υπάρχει πίσω από αυτήν την υψηλή εκλεκτικότητα πρόσληψης θα μπορούσε επίσης να είναι χρήσιμη για την ανάπτυξη νέων μεθόδων για τον διαχωρισμό μιας λανθανίδας από την άλλη, που είναι επί του παρόντος ένα πολύ δύσκολο πρόβλημα.
Η ομάδα επίσης διαπίστωσε ότι τα βακτήρια προσλαμβάνουν λανθανίδες, όπως και πολλά βακτήρια που προσλαμβάνουν σίδηρο. εκκρίνουν μικρά μόρια που συνδέονται στενά με το μέταλλο και το κύτταρο προσλαμβάνει ολόκληρο το σύμπλεγμα. Αυτό αποκαλύπτει ότι υπάρχουν μικρά μόρια που πιθανώς συνδέονται με λανθανίδες ακόμα πιο σφιχτά από τον εξαιρετικά επιλεκτικό αισθητήρα.
«Ελπίζουμε να μελετήσουμε περαιτέρω αυτά τα μικρά μόρια και τυχόν πρωτεΐνες στο κυτταρόπλασμα, οι οποίες θα μπορούσαν να καταλήξουν να είναι καλύτερες στην πρόσδεση σε λανθανίδες από ότι η πρωτεΐνη που χρησιμοποιούμε στον αισθητήρα», λέει ο Cotruvo.
«Η διερεύνηση του τρόπου με τον οποίο καθεμιά από αυτές συνδέεται και αλληλεπιδρά με τις λανθανίδες μπορεί να μας δώσει έμπνευση για το πώς να αντιγράψουμε αυτές τις διαδικασίες όταν συλλέγουμε λανθανίδες για χρήση στις σημερινές τεχνολογίες».
Η χρηματοδότηση για την εργασία προήλθε από το τμήμα χημείας του Penn State Eberly College of Science και από τα Penn State Huck Institutes of the Life Sciences.
