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又帥又牛！他，南大「國家杰青」，獨(dú)立通訊新發(fā)Nature大子刊！

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稀土元素（REEs），包括鈧、釔和鑭系元素，是具有獨(dú)特電、光和磁性質(zhì)的戰(zhàn)略資源。
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。
2025年2月10日，南京大學(xué)黃碩教授團(tuán)隊在國際頂級期刊Nature Nanotechnology發(fā)表題為《Nanopore discrimination of rare earth elements》的研究論文，孫雯博士、肖云麒博士和王可凡博士為論文共同第一作者，黃碩教授為論文通訊作者。
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黃碩，南京大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師，國家杰青，江蘇省杰青，江蘇省“雙創(chuàng)人才”。2006年在南京大學(xué)獲學(xué)士學(xué)位，2011年在美國亞利桑那州立大學(xué)獲博士學(xué)位，師從Stuart Lindsay教授，2011-2015年在英國牛津大學(xué)從事博士后研究，師從Hagan Bayley教授。
黃碩教授的主要科研方向為具有仿生學(xué)概念的單分子納米孔生物傳感器的新儀器、新技術(shù)的開發(fā)以及基于納米孔的單分子顯微成像技術(shù)。
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在本文中，作者設(shè)計出一種含有次氮基三乙酸配體的異質(zhì)恥垢分枝桿菌膜蛋白A納米通道，通過進(jìn)一步引入Nα, Nα-雙 (羧甲基)-L-賴氨酸（ANTA）配體，構(gòu)建了一種雙配體傳感方法。
該方法的一個獨(dú)特之處在于，多種REE(Ⅲ)包含三級躍遷的特征性阻塞，這些特征對于區(qū)分不同REE(Ⅲ)至關(guān)重要。
REE(Ⅲ)的納米孔表現(xiàn)出明顯的周期性，表明在單分子水平下觀察到了鑭系收縮效應(yīng)。
借助機(jī)器學(xué)習(xí)（ML），納米孔能夠準(zhǔn)確識別出所有16種天然存在的REE(Ⅲ)。
該檢測策略進(jìn)一步應(yīng)用于分析氟碳鈰礦樣品，實現(xiàn)了其在地質(zhì)勘探中的潛在應(yīng)用。
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圖1：單配體策略區(qū)分REE(Ⅲ)
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圖2：雙配體策略區(qū)分REE(Ⅲ)
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圖3：REE(Ⅲ)的機(jī)器學(xué)習(xí)識別
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圖4：石英樣品中REE(Ⅲ)的快速識別
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圖5：氟碳鈰礦中REE(Ⅲ)的納米孔分析
綜上，作者通過含有單個NTA適配器的異質(zhì)MspA納米孔實現(xiàn)了對REE(Ⅲ)的分析，并開發(fā)了兩種傳感模式，分別為單配體策略和雙配體策略。
單配體策略僅需在孔道收縮處安裝一個固定的NTA配體，具有簡單直接的特點(diǎn)，但無法完全區(qū)分所有REE(Ⅲ)。
雙配體策略則引入了ANTA配體，能夠區(qū)分所有16種天然存在的REE(Ⅲ)。
在該研究中，檢測限定義為在連續(xù)測量10分鐘內(nèi)檢測到至少2個雙配體的最小REE(Ⅲ)濃度。對于REE(Ⅲ)，檢測限可以達(dá)到納摩爾級別，與電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法相似，但低于ICP-MS。通過優(yōu)化配體或使用高密度納米孔，檢測限可能進(jìn)一步提高。
平行檢測也可以提高REE(Ⅲ)定量分析的準(zhǔn)確性和效率。
此外，觀察到的特征展示了單分子水平上的鑭系收縮現(xiàn)象。
盡管該研究未展示對Pm3+的檢測，但根據(jù)其他REE(Ⅲ)的納米孔結(jié)果，預(yù)計Pm3+的特征將介于Nd3+和Sm3+之間。
該傳感方法進(jìn)一步應(yīng)用于天然氟碳鈰礦的分析，展示了其在地質(zhì)勘探和材料分析中的潛在應(yīng)用。
Sun, W., Xiao, Y., Wang, K. et al. Nanopore discrimination of rare earth elements.?Nat. Nanotechnol.?(2025).

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