古紫质等光驱质子泵以及该类活性蛋白质与聚合物的功能复合材料

将具有生物活性的蛋白质与具有良好加工和力学性能的合成高分子相结合制备高性能的杂化材料是材料科学一个新的生长点.本专论聚焦于对具有光驱质子泵功能的两类活性蛋白质——细菌视紫红质(BR)与古紫质4(AR4)的研究,其中BR作为一个著名的膜蛋白已有四十余年的研究历史,而AR4则为中国科研人员十余年前所发现.综述了AR4的研究,并对AR4和BR进行了对比,进一步介绍了光敏蛋白质(BR和AR4)与聚合物基质复合制备新型功能高分子材料的工作,还介绍了该类光敏蛋白质的基因工程改造以及蛋白质/聚合物复合膜用于信息材料方面的探索工作.论文总结了一系列创新成果,如(1)在光敏蛋白质的质子泵机理方面,提出了"弱偶联模型"并解释了AR4具有与BR相反的质子释放和提取时间顺序的内在机理;(2)光敏蛋白质与聚合物复合膜相关的高分子水凝胶和蛋白质聚集状态的研究,并发现与均聚物和两亲性小分子不同,两亲性嵌段共聚物可导致光敏蛋白质中间体的寿命有数量级的延长;(3)发展了光敏蛋白质与聚合物复合膜的制备技术,所得到的材料不仅保持了光学活性,其蛋白质的光学响应性能还得到进一步改善;(4)发现了含光敏蛋白质的紫膜强烈抗拒哺乳动物细胞黏附的新功能;(5)尝试将该蛋白质和聚合物的复合膜作为信息材料,实现了全光宽带图像显示.进一步展望了此类光敏蛋白质的后续研究和潜在的应用前景.     

生物计算机前景迷人

 生物分子电子技术是利用生物分子信息功能来装配电子元件和仪器的技术。目前,科学家已经了解和掌握了多种生物系统进行信息处理与传输信息的机理和模式:结构开关模式(利用电子从共价键传入和传出,改变分子状态);光学开关模式(利用特殊波长的光照射某些蛋白质,使蛋白质改变状态,选择和控制两种稳定结构表示开与关两种状态);“锁---匙”模式(利用酶的2种作用模式);非电子扰动模式(利用一个分子与蛋白质作用,使蛋白质振动而形成开关);此外还有以膜为基础的传感和控制模式、排列分子组合模式和生物分子非线性化学动力学模式等。     

用细菌视紫红质膜实现多进制数字光学运算

细菌视紫红质(bR)膜对黄光和蓝光的透射具有互补调制特性，由解黄光、蓝光透射光强的速 率方程而得到黄光和蓝光的互补抑制透射特性的解析表达式和图示结果.提出了无进位和无退 位的多进制数字光计算的矩阵加、减运算模型，构造了新型光计算的基本处理模式和计算结 构，设计了多进制矩阵的加法和减法的最佳实验方案，并用bR膜实现了多进制数字光矩阵的 减法运算实验操作. 关键词： 细菌视紫红质膜 数字光计算 运算结构 光调制     

细菌视紫红质（BR）的表面光电压谱研究

采用表面光电压谱系统地研究了细菌视紫红质的光伏特性，结果表明ＢＲ薄膜有着独特的光电性质，并且与ＢＲ薄膜的制备方法和湿度有关，从经过ＨＥＰＥＳ修饰的ＢＲ表面光电压谱，观察到了ＢＲ的中间体Ｍ４１２和Ｏ６４０响应峰。说明ＨＥＰＥＳ对ＢＲ中间体的稳定作用，这些现象可由ＢＲ的光循环和光电压产生机理来解释。     

细菌视紫红质-聚乙烯醇薄膜M态衰减动力学研究

利用闪光光解法和紫外 可见光谱法研究了室温条件下,pH值的增加和干燥时间的延长对细菌视紫红质 (bR)-聚乙烯醇 (PVA)薄膜光循环过程中M态衰减动力学的影响。闪光光解动力学研究表明,M态的衰减随着 pH值的提高和干燥时间的延长而明显减慢,在pH =1 0和干燥时间为 72h的最佳制备条件下薄膜M态的衰减最为缓慢.紫外 可见光谱法表明,M态的衰减可持续 15min以上,比自然条件下M态的寿命提高约 4个数量级.本文还探讨了最佳制备条件下细菌视紫红质-聚乙烯醇薄膜长寿命M态形成的机理.     

三氯乙酸对细菌视紫红质电子光谱的研究

通过三氯乙酸改变细菌视紫红质的微环境而使其完全变性，测定了细菌视紫红质微环境改变前，改变过程中及完全变性后的表面光电压谱、吸收光谱、圆二色谱及荧光光谱的变化。探讨了三氯乙酸对细菌视紫红质电子光谱的影响。     

An all-optical time-delay relay based on a bacteriorhodopsin film

Using a special property of dynamic complementary-suppression-modulated transmission （DCSMT） in the bacteriorhodopsin （bR） film, we have demonstrated an all-optical time-delay relay. To extend our work, the relationship between the delay time of the all-optical time-delay relay and parameters of a bR film is numerically studied. We show how the delay time changes with the product of concentration and thickness （PCT） of a bR film. Furthermore, the shortest and longest delay times are given for the relay of ＇switch off. The saturable delay time and maximum delaytime of ＇switch on＇ are also given. How the wavelengths （632.8, 568, 533 and 412 nm） and intensities of the illuminating light influence the delay time is also discussed. The simulation results are useful for optimizing the design of all-optical time-delay relays.     

细菌视紫红质能化态时表面电位的非线性光学机制

用荧光标记物1，8-ANS与细菌视紫红质结合，测得紫膜细菌视紫红质在能化态时的表面电位远大于非能化态时的对应值。在细菌视紫红质分子的激光四波混频实验中，应用激子表象理论，获得了紫膜能化态时的激子饱和密度和激子长度，说明在bR—ANS络合物中，细菌视紫红质中色氨酸残基对ANS的激发能量转移效率提高，能化态时表面电荷密度增加，从而使非辐射共振转移变为激子转移，也证明了紫膜能化态时表面电位的非线性光学机制。     

细菌视紫红质生物膜光电探测器

细菌视紫红质是一种光能存储与能量转换的生物膜蛋白质分子在光作用下，参产生极为迅速的电荷分离和蛋白质电响应信号，这种光电信号不同于一般无机光电材料的光电响应特征。用电泳法在ＩＴＯ导电玻璃上沉积出定向细菌视紫红质薄膜，与铜电极构成夹细菌视紫红薄膜和导电凝胶结构的光电探测器。     

细菌视紫红质用于光子逻辑门的研究

本文对基于细菌视紫红质变种材料D96N的三种基本光逻辑操作进行了研究.随着入射黄光强度的增加,菌紫质对黄光的吸收呈饱和吸收特性,此时紫光的照射将会使此饱和吸收阈值增加.在黄光和紫光对样品的共同作用下,透射光强度会被调制,调制的程度取决于这两束光的相对强度以及被调制光波长.通过观测被调制的525nm检测光强度,我们模拟了几种基本的光子逻辑运算:“非”、“或”和“与”运算.