Neuartiger Sensor: Forscher gewinnen Seltene Erden aus Bergwerksabwässern

Terbium gehört zu den als Seltene Erden bekannt gewordenen Metallen. Es wird unter anderem bei der Produktion von Halbleitern benötigt. Es kommt aber auch als Leuchtmittel in Displays oder Leuchtstoffröhren zum Einsatz. Terbium abzubauen ist allerdings gar nicht so einfach. Denn das Metall kommt zumeist nur in winzigen Mengen vor und lässt sich nur schwer nachweisen. Bisher wird dafür zumeist ein Verfahren namens induktiv gekoppelte Plasma-Massenspektrometrie verwendet. Dies bringt allerdings zwei gewichtige Nachteile mit sich. Zum einen sind die dafür benötigten Geräte sehr teuer. Zum anderen kann das Verfahren nur im Labor durchgeführt werden. Analysen direkt vor Ort an einer möglichen Fundstelle sind so nicht möglich. Ein Forscherteam an der Pennsylvania State University hat hier nun aber eine Lösung gefunden. Sie entwickelten einen hochsensitiven Sensor, der schon kleinste Mengen an Terbium aufspürt.

Ein Protein und eine Aminosäure machen das gesuchte Metall ausfindig

Eine Schlüsselrolle bei der Neuentwicklung spielt das Protein Lanmodulin. Dieses bindet sich wann immer es möglich ist an Terbium – und zwar ausschließlich an Terbium. Dies gilt selbst dann, wenn es sich nur um sehr kleine Mengen des Lanthanoids handelt und theoretisch auch zahlreiche andere Metalle zur Verfügung stünden. Das Protein eignet sich somit hervorragend, um Terbium auf vergleichsweise simple Art und Weise nachzuweisen. Allerdings ist dies noch nicht die ganze Lösung. Denn nun muss zunächst noch das an das Metall gebundene Protein sichtbar gemacht werden. Hier kommt nun die Aminosäure Tryptophan ins Spiel. Der Clou: Trifft Tryptophan auf Terbium beginnt es grün zu leuchten. Die Forscher haben daher die Aminosäure an das Protein gebunden und konnten so eine Kettenreaktion in Gang setzen: Das Protein bindet sich an das gesuchte Metall. Diese Verbindung wiederum kann dann durch die leuchtende Aminosäure mithilfe eines Photodetektors sichtbar gemacht werden.

Bergwerksabwässer könnten zur Rohstoffquelle werden

Getestet wurde der neuartige Sensor nicht nur im Labor, sondern auch unter sehr realistischen Bedingungen. Konkret untersuchte die Forschungsgruppe Minenabwasser im US-Bundesstaat Pennsylvania. Dabei konnte das gesuchte Metall selbst bei einer Konzentration von lediglich drei parts per billion noch nachgewiesen werden. Damit kommt das neue entwickelte Verfahren auf einen ähnlich guten Wert wie die bisher genutzte Plasma-Massenspektrometrie. Für die Untersuchung werden hier aber lediglich die Testlösungen sowie ein Photosensor benötigt. Theoretisch lassen sich die entsprechenden Analysen somit beinahe überall auf der Welt durchführen. Die Forscher gehen davon aus, dass sich dadurch zahlreiche neue wirtschaftliche Möglichkeiten ergäben. So könnten beispielsweise Bergwerksabwässer gezielt analysiert werden, um herauszufinden, wo sich das meiste Terbium befindet. Dadurch wäre das Abwasser dann eine neue Form der Rohstoffquelle.

Via: Penn State

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