Un nuevo sensor detecta los metales raros utilizados en los smartphones
Una manera más eficiente y rentable de detectar los lantánidos, los metales de las tierras raras utilizados en los 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 investigadores de Penn State desarrolló el sensor a partir de una proteína que describieron recientemente y que posteriormente utilizaron para explorar la biología de las bacterias que utilizan lantánidos. Un estudio que describe el sensor aparece en línea en el Journal of the American Chemical Society.
Un nuevo sensor cambia su fluorescencia cuando se une a los lantánidos (Ln), metales de tierras raras utilizados en los teléfonos inteligentes y otras tecnologías, lo que potencialmente proporciona una forma más eficiente y rentable de detectar estos metales escurridizos.
Cotruvo Lab, Penn State
"Los lantánidos se utilizan en una variedad de tecnologías actuales, incluyendo las pantallas y la electrónica de los teléfonos inteligentes, las baterías de los coches eléctricos, los satélites y los láseres", dijo Joseph Cotruvo, Jr, profesor asistente y Louis Martarano Career Development Professor of Chemistry en Penn State y autor principal del estudio. "Estos elementos son llamados tierras raras, e incluyen elementos químicos de peso atómico de 57 a 71 en la tabla periódica. Las tierras raras son difíciles y caras de extraer del medio ambiente o de muestras industriales, como las aguas residuales de las minas o los productos de desecho de carbón. Desarrollamos un sensor basado en 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 importantes metales".
El equipo de investigación rediseñó un sensor fluorescente utilizado para detectar el calcio, sustituyendo la parte del sensor que se une al calcio por una proteína que recientemente descubrieron que es varias millones de veces mejor para unirse a los lantánidos que a otros metales. La proteína sufre un cambio de forma cuando se une a los lantánidos, que es clave para que la fluorescencia del sensor se "encienda".
"El patrón 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 una instrumentación especializada que la mayoría de los laboratorios no tienen, y no es barata. El sensor basado en proteínas que hemos desarrollado 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, las bacterias de las que se descubrió originalmente la proteína que une los lantánidos. Estudios anteriores habían detectado lantánidos en el periplasma de la bacteria (un espacio entre las membranas cerca del exterior de la célula) pero, usando el sensor, el equipo también detectó lantánidos en el citosol de la bacteria (el líquido que llena la célula).
"Encontramos que los más ligeros de los lantánidos, el lantano a través del neodimio en la tabla periódica, entran en el citosol, pero los más pesados no", dijo Cotruvo. "Todavía estamos tratando de entender exactamente cómo y por qué es eso, pero esto nos dice que hay proteínas en el citosol que manejan los lantánidos, algo que no sabíamos antes. Comprender qué hay detrás de esta alta selectividad de captación también podría ser útil para desarrollar nuevos métodos para separar una lantanida de otra, lo cual es actualmente un problema muy difícil".
El equipo también determinó que las bacterias absorben los lantánidos de forma muy parecida a como muchas bacterias absorben el hierro; segregan pequeñas moléculas que se unen firmemente al metal, y todo el complejo es absorbido por la célula. Esto revela que hay pequeñas moléculas que probablemente se unen a los lantánidos aún más estrechamente que el sensor altamente selectivo.
"Esperamos estudiar más a fondo estas pequeñas moléculas y cualquier proteína en el citosol, 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 unen e interactúan con los lantánidos puede darnos inspiración para replicar estos procesos al recolectar lantánidos para su uso en las tecnologías actuales."
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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