近日,南京大學(xué)黃碩團隊在納米孔稀土分離分析方面取得新進展。研究成果以“納米孔識別區(qū)分稀土元素 (Nanopore discrimination of rare earth elements)”為題,發(fā)表在《自然·納米技術(shù)》上(Nature Nanotechnology, 2025, DOI: 10.1038/s41565-025-01864-w)。
稀土元素位于元素周期表IIIB族,包括鈧(Sc)、釔(Y)和鑭系(Ln)共17種元素。稀土元素具有優(yōu)異的光、電、磁等性能,因此在現(xiàn)代科技和工業(yè)領(lǐng)域扮演著舉足輕重的角色。鑒于稀土資源的巨大價值,各國也在積極開展稀土資源的勘探,加大投入力度。然而,由于稀土元素具有相似的外層電子排布,導(dǎo)致其化學(xué)性質(zhì)極其相似,這也為勘探、檢測和分離稀土帶來了棘手的技術(shù)挑戰(zhàn)。
針對該挑戰(zhàn),上述研究團隊基于異質(zhì)恥垢分枝桿菌膜蛋白A(MspA)納米孔 (圖a),提出一種雙配體策略,采用固定配體(孔道識別位點處的NTA)實現(xiàn)稀土離子螯合,進一步利用游離配體(N,N-雙 (羧甲基)-L-賴氨酸,ANTA)與稀土離子發(fā)生配位作用(圖b)。基于該策略,人們可讀取并獲得專屬于該稀土離子的特異性傳感事件(圖c-d)。在此基礎(chǔ)上,該團隊引入了機器學(xué)習(xí)算法對該事件進行自動鑒定,對不同稀土元素的區(qū)分準(zhǔn)確度可達99.6%。借助納米孔檢測和機器學(xué)習(xí)分析,該方法成功地對氟碳鈰礦石中含有的稀土元素進行了定性定量分析。
圖 (a-b) 基于雙配體策略的工程化MspA納米孔檢測稀土原理示意圖;(c) 16種稀土的單分子納米孔信號;(d) 16種稀土的納米孔信號的散點圖展示
(摘自國家自然科學(xué)基金委)