提高细菌视紫红质薄膜脉冲光电转换能力的方法技术

一种提高细菌视紫红质薄膜脉冲光电转换能力的方法，其特征是：该方法的步骤为：　　　　（１）．细菌视紫红质的培养、纯化及含有细菌视紫红质的紫膜悬浮液的制备　　　　将菌号为ＥＴ１００１的嗜盐菌菌种，按照菌种液与生长液体积比为１／５０－１／５的比例接种在经高压灭菌的生长液中，生长液中的物质质量比为ＮａＣｌ∶ＫＣｌ∶ＭｇＳＯ↓［４］∶ＣａＣｌ↓［２］∶柠檬酸三钠∶蛋白胨∶Ｈ↓［２］Ｏ＝１０００∶１０∶１００∶１∶１２∶４０００，保持温度在３５～３９℃，采收菌体，加入脱氧核糖核酸酶，其中每４００ｍＬ溶液中含脱氧核糖核酸酶１５ｍｇ，进行酶解，经过透析、洗涤及蔗糖梯度离心操作，最后得到含有细菌视紫红质的紫膜悬浮液，其Ａ↓［２８０ｎｍ］／Ａ↓［５７０ｎｍ］低于２．０；　　　　（２）．ＩＴＯ导电玻璃片的表面负电荷亲水化处理　　　　选用ＩＴＯ导电玻璃片作为基片制备（ＰＡＨ／ＰＭ）↓［ｎ］复合薄膜，ｎ为薄膜的沉积层数，处理过程如下：　　　　ａ．将洗干净的ＩＴＯ导电玻璃片放入乙醇∶丙酮∶氯仿的体积比为＝２∶１∶１的混合溶液中，在温度为２０℃～３０℃的条件下超声清洗；　　　　ｂ．用二次水冲洗经超声处理后的ＩＴＯ导电玻璃片，然后再放入质量／体积比为１／１００至１／１０的ＫＯＨ溶液中超声处理，温度为２０℃～３０℃；此时的基片表面呈亲水性，表面带负电荷；　　　　（３）．聚阳离子ＰＡＨ在ＩＴＯ导电玻璃表面的组装　　　　将聚电解质ＰＡＨ溶解在ｐＨ为４．０至６．５的三羟甲基氨基甲烷缓冲液中，配制重量／体积比为１／１至５／１的ＰＡＨ水溶液，将步骤（２）中表面带负电荷的ＩＴＯ导电玻璃片放在ＰＡＨ水溶液中浸泡，然后用三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液和二次重蒸水冲洗，再用氮气吹干；　　　　（４）含有细菌视紫红质的紫膜在ＩＴＯ导电玻璃表面的组装　　　　将步骤（１）的含有细菌视紫红质的紫膜稀释于三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液中，最终得到溶液中细菌视紫红质的含量为０．２～２．０ｍｇ／ｍＬ；然后将步骤（３）组装有ＰＡＨ的ＩＴＯ导电玻璃片浸泡在该溶液中，分别用三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液和重蒸二次水冲洗并用氮气吹干；　　　　（５）重复步骤（３）和步骤（４）中的交替沉积组装操作，至所需要的层数，记为（ＰＡＨ／ＰＭ）↓［ｎ］复合薄膜，ｎ为薄膜的沉积层数；　　　　（６）．光电转换测试　　　　以步骤（５）得到的（ＰＡＨ／ＰＭ）↓［ｎ］薄膜作为工作电极，Ｐｔ片作为对电极，使用ＣｕＣｌ↓［２］溶液作为导电介质，组成光电转换装置，进行光电测试，ｎ为薄膜的沉积层数。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生物细菌视紫红质(bR)材料制成的薄膜脉冲光电流响应的应用研究领域，特别涉及通过bR材料分子的有序化排列和改变导电介质溶液的浓度来提高bR定向薄膜的脉冲光电流响应值的方法。
技术介绍
细菌视紫红质(bacteriorhodopsin，bR)是一种存在于嗜盐菌紫膜中的蛋白质，它的二维结晶结构使其具有很强的热稳定性和化学稳定性，更重要的是这种生物材料对光的敏感度和可循环次数优于其他的有机合成材料。同时，由于bR的物理机理现今已被理解到分子水平，同时基因技术设计蛋白质的发展也非常迅速，这些不仅使bR成为应用于器件方面的最有前途的光致变色生物分子，而且拓展了人们对于生物光学材料如何应用于器件方面的研究，因此，bR分子电子学、生物计算机等领域有诱人的前景，可被用于神经网络(Takei，H.；Lewis，A.；Chen，Z.et al.Implementing receptive fieldswith excitatory and in inhibitory optoelectrical responses ofbacteriorhodopsin films，Appl.Opt.1991，30，500-508)、人造视网膜(Hong，F.T.Molecular sensors based on the photoelectric effect ofbacteriorhodopsinOrigin of differential responsivity，Mater.Sci.Eng.C1997，4，267-285.)、空间光调制器(Song Q.W.；Zhang，C.P.；Gross，R.et al.Optical limiting by chemically enhanced bacteriorhodopsinfilms，Opt.Lett.1993，18，775-777.)、非线性光学滤波器(Thoma，R.；Hampp，N.；Brauchle，C.et al.Bacteriorhodopsin films as spatial lightmodulators for nonlinear-optical filtering，Opt.Lett.1991，16，651-653.)、全息记录(Thoma，R.；Hampp，N.Real-time holographiccorrelation of 2 video signals by using bacteriorhodopsin films，Opt.Lett.1992，17，1158-1160；Seitz，A.；Hampp，N.Kineric Optimizationof Baceriorhodopsin Films for Holographic Interferometer，J.Phys.Chem.B，2000，104，7183-7192.)、光电池(Nicolini，C.；Erokhin，V.；Paddeu，S.et al.Toward bacteriorhodopsin based photocells，Biosens.Bielectro.1999，14，427-433.)、模式识别(Hampp，N，；Thoma，R.；Zeisel，D.et al.Bacteriorhodopsin variant for holographic pattern-recognition，Adv.Chem.1994，240，511-526.)、光学信息存储(Vought，B.W.；Birge，R.R.Molecular electronics and hybrid computers；Eds.；Wiley-InterscienceNew York，1999，13，477-490；Lawrence，A.F.；Atuart，J.A.；Singh，D.L.et al.Bit error sources in 3D optical memoryexperiments and models，SPIE 1998，3468，258-268.；Birge，R.R.Protein-based optical computingand memories，IEEE Comput.1992，25，56-67.)等许多方面。但是由于光电流响应值较小，在很大程度上限制了bR材料光电转换能力的应用研究。有鉴于此，本专利技术人等曾经通过Layer-by-Layer(LBL)自组装的方法，得到定向度较好且表观均匀的(PAH/PM)n复合薄膜，并大大提高了其光电响应值。如Jinfang Chu，Xingchang Li，Jianping Zhang，and Ji’an Tang，Biochem.Biophys.Res.Commun.2003，305，116-121中的报道。而且利用此类薄膜作为工作电极，以CuCl2溶液代替传统KCl溶液作导电介质，发现质子流引起的脉冲光电响应值被大幅度提高。以往的bR材料虽然具有很好的微分光电流转换特性，但电流值很小，一般都在几十纳安到两百纳安的范围内变化，微小的光电流限制了bR材料光电转换能力的开发应用研究。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种，以改善和提高生物细菌视紫红质材料制成的具有光电转换能力薄膜的光电流，克服以往的bR材料虽然具有很好的微分光电流转换特性，但电流值很小的缺陷。本专利技术是通过lbl组装技术和改变导电介质来提高细菌视紫红质薄膜脉冲光电转换能力，利用Layer-by-Layer自组装技术，提高了bR分子在薄膜中的定向度；同时以CuCl2溶液作导电介质，得到了较大的，类似于纯bR材料的微分光电流，电流值最大可达15μA/cm2。因为含有细菌视紫红质的紫膜(PM)碎片表面带有负电荷，所以我们选用了poly(allylamine hydrochloride)(PAH)作为聚阳离子电解质，通过layer-by-layer(LBL)自组装技术使PAH和PM交替吸附沉积于ITO导电玻璃上，得到定向度很好的(PAH/PM)n复合薄膜。以该薄膜作为工作电极，Pt作为对电极，CuCl2溶液作为导电介质，组成光电转换装置。该装置在激发光光照情况下，会产生脉冲光电流，可通过电流表和示波器引出并采集该电流信号。本专利技术包括嗜盐菌的培养、ITO导电玻璃片等基片的表面负电荷化处理、PAH和PM的LBL交替自组装以及把CuCl2溶液作为导电介质来提高细菌视紫红质薄膜脉冲光电转换能力。本专利技术是，该方法的步骤为(1).细菌视紫红质的培养、纯化及含有细菌视紫红质的紫膜悬浮液的制备按照D.Oesterhelt，W.Stoeckenius，Nat.New Biol.1971，233，149所报道的方法，培养菌号为ET1001的嗜盐菌(Halobacterium salinarium)挑选出长势良好的菌种，按照菌种液与生长液体积比为1/50-1/5的比例接种在经高压灭菌的生长液中，生长液中的物质质量比为NaCl∶KCl∶MgSO4∶CaCl2∶柠檬酸三钠∶蛋白胨∶H2O＝1000∶10∶100∶1∶12∶4000，通过摇床不断摇动的方式保证通气并保持温度在35～39℃左右，5～9天后采收本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高细菌视紫红质薄膜脉冲光电转换能力的方法，其特征是该方法的步骤为(1).细菌视紫红质的培养、纯化及含有细菌视紫红质的紫膜悬浮液的制备将菌号为ET1001的嗜盐菌菌种，按照菌种液与生长液体积比为1/50-1/5的比例接种在经高压灭菌的生长液中，生长液中的物质质量比为NaCl∶KCl∶MgSO4∶CaCl2∶柠檬酸三钠∶蛋白胨∶H2O＝1000∶10∶100∶1∶12∶4000，保持温度在35～39℃，采收菌体，加入脱氧核糖核酸酶，其中每400mL溶液中含脱氧核糖核酸酶15mg，进行酶解，经过透析、洗涤及蔗糖梯度离心操作，最后得到含有细菌视紫红质的紫膜悬浮液，其A280nm/A570nm低于2.0；(2).ITO导电玻璃片的表面负电荷亲水化处理选用ITO导电玻璃片作为基片制备(PAH/PM)n复合薄膜，n为薄膜的沉积层数，处理过程如下a.将洗干净的ITO导电玻璃片放入乙醇∶丙酮∶氯仿的体积比为＝2∶1∶1的混合溶液中，在温度为20℃～30℃的条件下超声清洗；b.用二次水冲洗经超声处理后的ITO导电玻璃片，然后再放入质量/体积比为1/100至1/10的KOH溶液中超声处理，温度为20℃～30℃；此时的基片表面呈亲水性，表面带负电荷；(3).聚阳离子PAH在ITO导电玻璃表面的组装将聚电解质PAH溶解在pH为4.0至6.5的三羟甲基氨基甲烷缓冲液中，配制重量/体积比为1/1至5/1的PAH水溶液，将步骤(2)中表面带负电荷的ITO导电玻璃片放在PAH水溶液中浸泡，然后用三羟甲基氨基甲烷...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐季安，褚金芳，李兴长，张雅坤，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：