一次誤打誤撞，世界上第一個能完全分辨所有稀土的納米孔誕生了

交匯點訊 納米孔是近年來新興的單分子檢測技術(shù)。當單個分子通過該孔道時，研究人員可以監(jiān)測到不同的電流變化，從而逐一識別分子。納米孔技術(shù)最典型的應(yīng)用集中于DNA測序的應(yīng)用研究。

4月1日，記者從南京大學獲悉，學?；瘜W化工學院黃碩教授課題組將納米孔技術(shù)應(yīng)用于分辨稀土技術(shù)難題，并取得重要突破，一次實現(xiàn)了所有稀土的同時區(qū)分，研究成果已經(jīng)在國際頂級期刊《自然-納米技術(shù)》上發(fā)表。

作為重要的戰(zhàn)略資源，稀土包括鈧(Sc)、釔(Y)和鑭系(Ln)共17種元素。這17種元素各懷“絕技”，具有優(yōu)異的光、電、磁等物理和化學特性，廣泛應(yīng)用于新能源、電子信息、航空航天等關(guān)鍵領(lǐng)域。鑒于稀土的重大價值，各國紛紛加大投入力度，開采稀土礦石資源。

然而，由于稀土元素具有高度相似的理化性質(zhì)，使它們的鑒定和分離具有挑戰(zhàn)性。論文通訊作者、南京大學黃碩教授介紹，常見的檢測稀土的方法都存在一些通病，如儀器體積龐大、價格昂貴、操作難度高等問題。因此，研發(fā)出一種高效、快速、成本低廉且能準確鑒定所有稀土元素的分析方法是地質(zhì)科學等領(lǐng)域亟待攻克的難關(guān)。

黃碩帶領(lǐng)的課題組在小分子傳感研究上有長期積淀。黃碩介紹，課題組探索應(yīng)用天然蛋白質(zhì)納米孔來分辨17種稀土元素。團隊在孔道收縮區(qū)域“固定”了一個形似“抓手”的化學工具——單個的次氮基三乙酸(NTA)配體。黃碩打比方說，當稀土分子、離子高速通過納米孔時，該配體可以讓它們放慢速度，通過配位作用停留于孔道中從而實現(xiàn)檢測。

稀土元素通過納米孔產(chǎn)生的電流波動，讓課題組捕捉到了特異性事件的產(chǎn)生，進而識別稀土元素。但是，由于稀土元素的高度相似性，有一部分稀土元素發(fā)生配位作用時，信號差異并不明顯。

在反復(fù)實驗中，課題組認為研究可能只能止步于此，但就在大家一籌莫展的時候，研究出現(xiàn)了轉(zhuǎn)機。黃碩介紹，一次實驗中的誤打誤撞，團隊意外發(fā)現(xiàn)，在固定配體之外引入游離配體時，稀土元素可以通過同時與兩個配體發(fā)生配位作用，匯報出特異性事件，所有稀土就都能分辨了，機器學習識別準確率高達99.6%。該納米孔，也是世界上第一個能完全分辨所有稀土的納米孔。他表示，未來團隊還會將相關(guān)技術(shù)做成便攜式儀器，廣泛應(yīng)用于包括稀土在內(nèi)的多種地質(zhì)勘探應(yīng)用。

新華日報·交匯點記者 楊頻萍