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