又帅又牛！他，南大「国家杰青」，独立通讯新发Nature大子刊！

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稀土元素（REEs），包括钪、钇和镧系元素，是具有独特电、光和磁性质的战略资源。
然而，由于稀土元素具有高度相似的理化性质，使它们的鉴定和分离具有挑战性。
2025年2月10日，南京大学黄硕教授团队在国际顶级期刊Nature Nanotechnology发表题为《Nanopore discrimination of rare earth elements》的研究论文，孙雯博士、肖云麒博士和王可凡博士为论文共同第一作者，黄硕教授为论文通讯作者。
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黄硕，南京大学教授，博士生导师，国家杰青，江苏省杰青，江苏省“双创人才”。2006年在南京大学获学士学位，2011年在美国亚利桑那州立大学获博士学位，师从Stuart Lindsay教授，2011-2015年在英国牛津大学从事博士后研究，师从Hagan Bayley教授。
黄硕教授的主要科研方向为具有仿生学概念的单分子纳米孔生物传感器的新仪器、新技术的开发以及基于纳米孔的单分子显微成像技术。
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在本文中，作者设计出一种含有次氮基三乙酸配体的异质耻垢分枝杆菌膜蛋白A纳米通道，通过进一步引入Nα, Nα-双 (羧甲基)-L-赖氨酸（ANTA）配体，构建了一种双配体传感方法。
该方法的一个独特之处在于，多种REE(Ⅲ)包含三级跃迁的特征性阻塞，这些特征对于区分不同REE(Ⅲ)至关重要。
REE(Ⅲ)的纳米孔表现出明显的周期性，表明在单分子水平下观察到了镧系收缩效应。
借助机器学习（ML），纳米孔能够准确识别出所有16种天然存在的REE(Ⅲ)。
该检测策略进一步应用于分析氟碳铈矿样品，实现了其在地质勘探中的潜在应用。
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图1：单配体策略区分REE(Ⅲ)
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图2：双配体策略区分REE(Ⅲ)
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图3：REE(Ⅲ)的机器学习识别
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图4：石英样品中REE(Ⅲ)的快速识别
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图5：氟碳铈矿中REE(Ⅲ)的纳米孔分析
综上，作者通过含有单个NTA适配器的异质MspA纳米孔实现了对REE(Ⅲ)的分析，并开发了两种传感模式，分别为单配体策略和双配体策略。
单配体策略仅需在孔道收缩处安装一个固定的NTA配体，具有简单直接的特点，但无法完全区分所有REE(Ⅲ)。
双配体策略则引入了ANTA配体，能够区分所有16种天然存在的REE(Ⅲ)。
在该研究中，检测限定义为在连续测量10分钟内检测到至少2个双配体的最小REE(Ⅲ)浓度。对于REE(Ⅲ)，检测限可以达到纳摩尔级别，与电感耦合等离子体原子发射光谱法相似，但低于ICP-MS。通过优化配体或使用高密度纳米孔，检测限可能进一步提高。
平行检测也可以提高REE(Ⅲ)定量分析的准确性和效率。
此外，观察到的特征展示了单分子水平上的镧系收缩现象。
尽管该研究未展示对Pm3+的检测，但根据其他REE(Ⅲ)的纳米孔结果，预计Pm3+的特征将介于Nd3+和Sm3+之间。
该传感方法进一步应用于天然氟碳铈矿的分析，展示了其在地质勘探和材料分析中的潜在应用。
Sun, W., Xiao, Y., Wang, K. et al. Nanopore discrimination of rare earth elements. Nat. Nanotechnol. (2025).

原创文章，作者：zhan1，如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2025/02/13/11fd571b6e/

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