基于金膠的紫細(xì)菌光合反應(yīng)中心蛋白的光電化學(xué)研究.pdf

1、光合作用對光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的快速、高效以及潛在的應(yīng)用前景使人們期望對其各種能量傳遞及電子轉(zhuǎn)移機理獲得更深層的認(rèn)識。以利用太陽能為背景的光電化學(xué)轉(zhuǎn)換，尤其是基于光合作用的太陽能仿生轉(zhuǎn)換利用成為一個非?；钴S的科學(xué)研究前沿。紫細(xì)菌光合反應(yīng)中心(RC)由于結(jié)構(gòu)簡單、功能完備，已經(jīng)成為人們研究光合作用機理的切入點。從20世紀(jì)90年代初起，納米技術(shù)得到迅速發(fā)展，而大量的生物結(jié)構(gòu)，從核酸、蛋白質(zhì)、病毒到細(xì)胞器，其線度在1～100nm之間，納米和生物的

2、有機結(jié)合必然將碰撞出新的火花。金膠是最常見的金屬納米顆粒，金膠和生物分子之間良好的兼容性為它在材料科學(xué)和生物領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。它能提供一種類似于氧化還原蛋白質(zhì)自身所處的環(huán)境，使吸附在其表面的蛋白質(zhì)保持它們的生物活性的同時，也能使金膠保持穩(wěn)定。金膠粒子和生物分子的組合是可以為電子學(xué)和光學(xué)創(chuàng)造出新的材料，并在基因組學(xué)，蛋白質(zhì)組學(xué)，生物醫(yī)學(xué)，生物診斷學(xué)，生物分析有了廣泛應(yīng)用。同時，金膠對光生電子具有很好的儲存、傳遞和穿梭的能力，這對于

3、光敏蛋白的研究是非常有利的。 本文圍繞控制蛋白在金膠表面的有利方位，促進(jìn)蛋白向金膠基底的光致電子注入，以及揭示蛋白復(fù)雜、快速和有效的能量/電子傳遞過程等方面，并構(gòu)建高效、新型的功能化RC納米仿生膜開展了一系列創(chuàng)新性工作，具體包括以下三部分內(nèi)容： 一、緒論 圍繞論文的主題，本章節(jié)首先明確了課題研究的重要意義。之后，概括地闡述了有關(guān)RC結(jié)構(gòu)和功能的背景信息。作為本章的核心內(nèi)容，對RC光致電子/能量傳遞、基于RC的仿生

4、膜構(gòu)建以及RC研究方法和技術(shù)作了重點介紹，對相應(yīng)的文獻(xiàn)也進(jìn)行了較全面的綜述。最后簡要歸納了論文的主要創(chuàng)新性。 二、金膠表面定向組裝RC實現(xiàn)向基底超快的光致電子注入在本章中，我們首先合成了粒徑均勻的納米金膠粒子，并通過在其表面衍生化不同的雙功能試劑實現(xiàn)了光敏蛋白RC在金膠基底上的方位控制，構(gòu)建金膠-蛋白自組裝仿生體系。紫外-可見吸收光譜、透射電子顯微鏡監(jiān)測了金膠的制備和衍生化過程中光學(xué)吸收和顆粒大小的相應(yīng)變化，X射線光電子能譜、傅

5、立葉紅外光譜的表征結(jié)果證實了雙功能試劑在金膠上的成功組裝。近紅外-可見吸收光譜和圓二色譜的表征結(jié)果顯示了RC在功能化金膠表面有效組裝和活性保持。金膠一蛋白自組裝體系的熒光和飛秒泵浦一探測實驗結(jié)果揭示了修飾在不同雙功能試劑衍生化的金膠表面的RC激發(fā)能弛豫方式有明顯差異，但都存在向金膠粒子明顯的電子注入現(xiàn)象，這為構(gòu)建基于RC和納米金膠的仿生膜光電器件奠定了理論基礎(chǔ)。 三、基于金膠和RC的仿生膜光電極的構(gòu)建在這一章節(jié)中，我們首先用巰基

6、硅烷MPTMS衍生ITO電極，在電極表面覆蓋一層-SH基團(tuán)，然后用自組裝法吸附金膠形成納米金膠微電極陣列。用兩種不同的雙功能試劑把RC固定在基底電極上以控制RC在電極表面的方位和取向，比較仿生膜光電極之間的光電響應(yīng)差異，并結(jié)合第二章的實驗結(jié)果加以解釋。為了改善仿生膜光電極的性能，對基底電極進(jìn)一步衍生化。用Au<'3+>/NH<,2>OH原位還原的方法在小顆粒金膠表面沉積金，增大金膠的顆粒，增加電極表面的活性面積。用原子力顯微鏡、紫外-可