细菌视紫红质/银纳米粒子仿生功能界面的构建及其功能研究

细菌视紫红质（bacteriorhodopsin，bR）是一种光驱跨膜质子泵，因具有突出的光电响应性能、光致变色性能和优异的稳定性，成为制造仿生器件的理想材料之一。但现有的bR仿生器件普遍存在性能低下的问题，严重限制了其在光电响应和能量转换方面的应用。提升该类器件性能的关键即在于提高bR的光循环反应效率，本项目就将致力于利用银纳米粒子（AgNPs）的光学特性来实现界面上bR功能的增强。具体地，一方面实现bR在多种界面上的高取向性固定；另一方面在这些体系中引入合适尺寸的AgNPs，构建bR/AgNPs仿生功能界面。在光照下，利用AgNPs的表面等离子体共振效应，可有效提高bR的光循环效率，实现对其光驱质子泵功能和光电响应的增强。将对所构建的各种bR/AgNPs界面体系进行详细研究，深入理解bR的光循环反应，并仿生实现bR对质子的跨膜高效定向转运，为制备高效、稳定的仿生器件奠定基础。

细菌视紫红质（bacteriorhodopsin，bR）是一种具有光驱质子泵功能的光敏蛋白。但现有的bR器件普遍存在光电转换效率低下的问题，严重限制了其在太阳能仿生转换方面的应用。为提升bR的光循环反应效率，本项目利用银纳米粒子（AgNPs）的表面等离子共振效应实现薄膜中bR功能的提高。在项目支持下，构建了不同的bR/AgNPs仿生功能界面体系，并研究了其光电响应行为。本项目取得如下几点重要进展：（1）提取了含bR的紫膜，制备了表面带正电荷的AgNPs，进而利用静电相互作用构建了bR/AgNPs层层自组装多层膜，利用AgNPs的表面等离子体共振效应对bR光循环过程的影响（蓝光效应），有效提高了bR的光循环效率，实现了对其光驱质子泵功能和光电响应的增强，光电流值达58 nA cm-2，并考察了紫膜悬浮液pH值对自组装过程和自组装多层膜光电响应的影响。（2）构建了基于支撑磷脂双层膜的bR/AgNPs仿生界面，但光电测试结果表明，未能发现该体系中AgNPs对bR光电转换功能的明显增强，对该现象的机理进行了深入分析，发现二者之间的横向间距较远且难以有效调控，导致AgNPs的表面等离子共振场难以有效影响到大部分bR分子的光循环过程。（3）通过光谱技术深入研究了bR和AgNPs之间的相互作用，特别是不同表面和尺寸的AgNPs对bR精细结构（特别是其氨基酸残基和视黄醛发色团）的影响，发现AgNPs确实可以影响bR的微结构从而也对其光电性能产生一定影响。（4）在本项目支持下，为未来发展更优的（光敏蛋白基）光电转换器件，开展了一些新型磷脂膜、复合纳米材料及其仿生应用等相关研究。本项目的顺利实施为太阳能的仿生转化利用提供了一定的科学基础和材料基础。