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量測單一光合蛋白的光電流

測量單一分子內的光電流(photocurrent)是高難度的挑戰,但是德國及以色列的研究人員成功辦到了!他們所開發出的新方法對於設計人造集光系統(artificial light-harvesting system)及製造可作為奈米電路中電流源的光驅動單分子電子泵而言,都相當重要。

慕尼黑大學的Joachim Reichert與特拉維夫大學的Itai Carmeli等人研究的是單一功能化的光合蛋白質(photosynthetic protein)系統,也就是所謂的光系統I (photosystem I)反應中心。這是一個由葉綠素構成的蛋白質複合物,存在於藍綠藻(cyanbacteria)的葉綠素膜(chloroplast membranes)內,能將陽光轉化為化學能。此過程的初期階段是靠光合蛋白吸收光並轉換成能量及電子。光系統I有優異的光電性質,但是僅存在於自然界,而科學家則想要在人造的光合元件中使用此光系統,以便未來作為奈米發電元件,不過前題是必須先能測量並監控單一分子產生的光電流。

該研究團隊所建立的技術可將光系統I中的單一蛋白分子電性接合至鍍有金屬膜的玻璃片上。此玻璃片同時作為反向電極以及光源,而以半胱胺酸基功能化的蛋白質則能與電極形成共價鍵結。研究人員利用掃描式近場光學顯微鏡(scanning near-field optical microscope)量測光合蛋白質內的光電流,作法是以顯微探針對蛋白質進行光子激發,同時以探針作為電性接點,測量其中的光電流。

Reichert表示,他們的實驗證明單一分子產生的光電流也能被加以量測,在該實驗中所得到的電流值約為10 pA。若能利用這類化學結構來產生電流,或許就能製造出光驅動的分子電路。詳見Nature Nanotechnology|doi:10.1038/nnano.2012.165。

譯者:林主恩(中央大學光電科學研究所)
責任編輯:蔡雅芝

資料來源:Monitoring electrical current in a photosynthetic protein. NanoTechWeb [Oct 19, 2012]

轉載自 奈米科學網

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