科學家揭曉突破性稀土金屬檢測生物感測器

昆士蘭科技大學（QUT）的研究人員運用經過設計的蛋白質，研發出一種能夠檢測並提取稀土元素的生物感測器，為日益增長的需求以及環境挑戰提供了潛在的解決方案。

QUT的合成生物學家已經開發出一種創新生物感測器的原型，該感測器能夠檢測稀土元素，並且有潛力進行修改以適用於各種其他應用。鑭系元素（Lns）是電子產品、電動馬達和電池中不可或缺的元素。然而，目前的提取方法成本高昂、對環境造成破壞，且無法滿足不斷增長的需求。

QUT農業與生物經濟中心以及ARC合成生物學卓越中心的基裡爾·亞歷山德羅夫教授及其同事，透過設計蛋白質創造出分子奈米機器。當這些機器與鑭系元素發生選擇性結合時，會產生易於檢測的訊號。

除了亞歷山德羅夫教授之外，這支國際研究團隊還包括QUT的研究人員郭忠博士、帕特里夏·沃爾登以及崔振玲博士，他們與澳大利亞聯邦科學與工業研究組織（CSIRO）先進工程生物學未來科學平臺以及美國克拉克森大學的研究人員展開合作。

研究團隊將他們的研究成果發表在《德國應用化學國際版》上。他們描述了透過將鑭系元素結合蛋白LanM與一種名為β - 內醯胺酶的抗生素降解酶相結合，設計出一種雜合蛋白，即嵌合體。這種雜合蛋白就像一個開關，只有在鑭系元素存在時才會被啟用。它可用於檢測和定量液體中的鑭系元素，產生可見的顏色變化或電訊號。

令人印象深刻的是，經過這些嵌合體改造的細菌，只有在鑭系元素存在的情況下，才能在原本會殺死它們的抗生素環境中存活。這凸顯了這些蛋白質對這些稀有金屬的反應有多精準。

亞歷山德羅夫教授表示，這項研究為利用生物學方法檢測和回收稀土金屬開闢了令人興奮的可能性。該原型還可以針對各種生物技術應用進行修改，包括構建能夠檢測和提取貴重金屬的活體生物。

研究團隊目前計劃致力於提高分子開關的特異性，以便更好地區分密切相關的稀土元素。他們還在探索為其他關鍵元素開發開關的可能性。該團隊正在與對這項技術感興趣的潛在業界合作夥伴積極展開討論。

亞歷山德羅夫教授稱：「我們還想探索利用這一工具改造微生物，使其能夠直接從海水中提取稀土礦物。這可能是目前效能最優秀的開關之一，讓我們對蛋白質開關的機制有了深入的瞭解。」

參考文獻：Zhong Guo、Oleh Smutok、Chantal Ronacher、Raquel Aguiar Rocha、Patricia Walden、Sergey Mureev、Zhenling Cui、Evgeny Katz、Colin Scott和Kirill Alexandrov所著的《鑭系元素控制的蛋白質開關：開發以及體外和體內應用》，2025年1月24日，《德國應用化學國際版》。DOI: 10.1002/anie.202411584