上海
交汇点讯 纳米孔是近年来新兴的单分子检测技术。当单个分子通过该孔道时，研究人员可以监测到不同的电流变化，从而逐一识别分子。纳米孔技术最典型的应用集中于DNA测序的应用研究。
4月1日，记者从南京大学获悉，学校化学化工学院黄硕教授课题组将纳米孔技术应用于分辨稀土技术难题，并取得重要突破，一次实现了所有稀土的同时区分，研究成果已经在国际顶级期刊《自然－纳米技术》上发表。
黄硕教授工作中 作为重要的战略资源，稀土包括钪（Sc）、钇（Y）和镧系（Ln）共17种元素。这17种元素各怀“绝技”，具有优异的光、电、磁等物理和化学特性，广泛应用于新能源、电子信息、航空航天等关键领域。鉴于稀土的重大价值，各国纷纷加大投入力度，开采稀土矿石资源。
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。论文通讯作者、南京大学黄硕教授介绍，常见的检测稀土的方法都存在一些通病，如仪器体积庞大、价格昂贵、操作难度高等问题。因此，研发出一种高效、快速、成本低廉且能准确鉴定所有稀土元素的分析方法是地质科学等领域亟待攻克的难关。
黄硕带领的课题组在小分子传感研究上有长期积淀。黄硕介绍，课题组探索应用天然蛋白质纳米孔来分辨17种稀土元素。团队在孔道收缩区域“固定”了一个形似“抓手”的化学工具——单个的次氮基三乙酸（NTA）配体。黄硕打比方说，当稀土分子、离子高速通过纳米孔时，该配体可以让它们放慢速度，通过配位作用停留于孔道中从而实现检测。
稀土元素通过纳米孔产生的电流波动，让课题组捕捉到了特异性事件的产生，进而识别稀土元素。但是，由于稀土元素的高度相似性，有一部分稀土元素发生配位作用时，信号差异并不明显。
在反复实验中，课题组认为研究可能只能止步于此，但就在大家一筹莫展的时候，研究出现了转机。黄硕介绍，一次实验中的误打误撞，团队意外发现，在固定配体之外引入游离配体时，稀土元素可以通过同时与两个配体发生配位作用，汇报出特异性事件，所有稀土就都能分辨了，机器学习识别准确率高达99.6％。该纳米孔，也是世界上第一个能完全分辨所有稀土的纳米孔。他表示，未来团队还会将相关技术做成便携式仪器，广泛应用于包括稀土在内的多种地质勘探应用。
新华日报·交汇点记者 杨频萍
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