黎明發(fā)電淺析單分子發(fā)電機電流的測量
植物、藻類和細菌等光合生物通過的光合系統(tǒng)包含了葉綠素、類胡蘿卜素光合作用將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。這個轉(zhuǎn)變過程的第一步是由結(jié) 植物、藻類和細菌等光合生物通過的光合系統(tǒng)包含了葉綠素、類胡蘿卜素光合作用將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。這個轉(zhuǎn)變過程的第一步是由結(jié)合了葉綠素和類胡蘿卜素的光合蛋白質(zhì)介導(dǎo)的，它吸收光，轉(zhuǎn)移能量和電子。
但是迄今為止，人們無法測量通過單個蛋白質(zhì)的電流有多大。慕尼黑工業(yè)大學(xué)和特拉維夫大學(xué)的科學(xué)家們發(fā)明了一種方法，用以測量光合系統(tǒng)中通過單個蛋白分子的電流強度，期望由此可推進光合蛋白用作生化光電源的進程。
研究人員面臨的首要挑戰(zhàn)是，如何在強光場中對單個分子進行電接觸。解決這一問題的關(guān)鍵是將光合蛋白固定在近場掃描光學(xué)顯微鏡中的電極上。
研究人員設(shè)法使光合蛋白兩端的半胱氨酸發(fā)生突變，并能夠與金制電極共價結(jié)合。這樣，光合蛋白的一端能夠自動結(jié)合在電極表面，并在兩者之間形成穩(wěn)定的電耦合。另一端能夠與鍍金的四面體狀玻璃尖端結(jié)合。一個光通量經(jīng)引導(dǎo)通過玻璃尖端，激活光合蛋白，同時產(chǎn)生電接觸，連接著玻璃尖端的近場掃描光學(xué)顯微鏡就可以測得單個蛋白產(chǎn)生的光電流。結(jié)果發(fā)現(xiàn),這一蛋白的發(fā)電量是10皮安。
英國斯旺西大學(xué)工程學(xué)院從事微能源與微納系統(tǒng)研究的劉珠明博士對《科技創(chuàng)業(yè)》表示，作為光驅(qū)動的單分子電子泵，光合蛋白質(zhì)未來有望用作納米級電路中的發(fā)電機，制備真正的自供電納米生化傳感、檢測系統(tǒng)。
這項研究受德國研究基金會、慕尼黑卓越研究群-慕尼黑光子學(xué)和納米系統(tǒng)高等創(chuàng)新中心，以及歐洲研究理事會高等MolArt項目的資助。研究結(jié)果發(fā)表在《自然·納米技術(shù)》上。
