Uma maneira mais eficiente e econômica de detectar lantanídeos, os metais de terras raras usados ​​em smartphones e outras tecnologias, poderia ser possível com um novo sensor baseado em proteína que muda sua fluorescência quando se liga a esses metais. Uma equipe de pesquisadores da Penn State desenvolveu o sensor a partir de uma proteína que eles descreveram recentemente e, posteriormente, o usaram para explorar a biologia das bactérias que usam lantanídeos. Um estudo que descreve o sensor aparece online no Jornal da American Chemical Society .

"Os lantanídeos são usados ​​em uma variedade de tecnologias atuais, incluindo as telas e eletrônicos de smartphones, baterias de carros elétricos, satélites, e lasers, "disse Joseph Cotruvo, Jr., professor assistente e professor de Química Louis Martarano para Desenvolvimento de Carreira na Penn State e autor sênior do estudo. "Esses elementos são chamados de terras raras, e eles incluem elementos químicos de peso atômico 57 a 71 na tabela periódica. Terras raras são desafiadoras e caras para extrair do meio ambiente ou de amostras industriais, como águas residuais de minas ou produtos residuais de carvão. Desenvolvemos um sensor baseado em proteína que pode detectar pequenas quantidades de lantanídeos em uma amostra, informando se vale a pena investir recursos para extrair esses metais importantes. "

A equipe de pesquisa reformulou um sensor fluorescente usado para detectar cálcio, substituindo a parte do sensor que se liga ao cálcio por uma proteína que eles descobriram recentemente que é vários milhões de vezes melhor na ligação aos lantanídeos do que outros metais. A proteína sofre uma mudança de forma quando se liga aos lantanídeos, que é a chave para a fluorescência do sensor "ligar".

"O padrão ouro para detectar cada elemento que está presente em uma amostra é uma técnica de espectrometria de massa chamada ICP-MS, "disse Cotruvo." Esta técnica é muito sensível, mas requer instrumentação especializada que a maioria dos laboratórios não tem, e não é barato. O sensor à base de proteína que desenvolvemos nos permite detectar a quantidade total de lantanídeos em uma amostra. Não identifica cada elemento individual, mas pode ser feito de forma rápida e econômica no local da amostragem. "

A equipe de pesquisa também usou o sensor para investigar a biologia de um tipo de bactéria que usa lantanídeos - a bactéria a partir da qual a proteína de ligação aos lantanídeos foi originalmente descoberta. Estudos anteriores haviam detectado lantanídeos no periplasma da bactéria - um espaço entre as membranas perto da parte externa da célula - mas, usando o sensor, a equipe também detectou lantanídeos no citosol da bactéria - o fluido que preenche a célula.

"Descobrimos que o mais leve dos lantanídeos - lantânio através do neodímio na tabela periódica - entra no citosol, mas os mais pesados ​​não, "disse Cotruvo." Ainda estamos tentando entender exatamente como e por que isso, mas isso nos diz que existem proteínas no citosol que manipulam os lantanídeos, que não sabíamos antes. Compreender o que está por trás dessa seletividade de alta absorção também pode ser útil no desenvolvimento de novos métodos para separar um lantanídeo de outro, que atualmente é um problema muito difícil. "

A equipe também determinou que a bactéria absorve os lantanídeos de maneira muito semelhante à que muitas bactérias absorvem o ferro; eles secretam pequenas moléculas que se ligam fortemente ao metal, e todo o complexo é levado para a célula. Isso revela que existem pequenas moléculas que provavelmente se ligam aos lantanídeos com ainda mais força do que o sensor altamente seletivo.

"Esperamos estudar melhor essas pequenas moléculas e todas as proteínas do citosol, que pode acabar sendo melhor na ligação aos lantanídeos do que a proteína que usamos no sensor, ", disse Cotruvo." Investigar como cada um deles se liga e interage com os lantanídeos pode nos dar inspiração sobre como replicar esses processos ao coletar lantanídeos para uso nas tecnologias atuais. "

Além do Cotruvo, a equipe de pesquisa inclui Joseph Mattocks e Jackson Ho da Penn State.