[發(fā)明專利]嗜鹽菌光敏蛋白-二氧化鈦納米管復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110287062.1
• 申請日: 2011-09-26
• 公開（公告）號: CN102332532A
• 公開（公告）日: 2012-01-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊麗娜;李宇波;楊杭生;吳敏;朱旭芬
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: H01L51/00
• 分類號: H01L51/00;H01L51/46;B82Y30/00;B82Y40/00;C12P21/00;C12R1/19
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種嗜鹽菌光敏蛋白-二氧化鈦納米管復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

菌紫質(zhì)是一種具有光功能的蛋白質(zhì)，是迄今為止所知道的最簡單的光驅(qū)動質(zhì)子泵。菌紫質(zhì)吸收光子后,?迅速從暗適應(yīng)狀態(tài)變?yōu)楣膺m應(yīng)狀態(tài),?發(fā)生反式視黃醛分子的異構(gòu)變化和質(zhì)子化、去質(zhì)子化,?光循環(huán)過程中出現(xiàn)了一系列光學(xué)可分辨的中間態(tài)K、L、M、N、O,?最后回到初始態(tài)。在此循環(huán)過程中,?菌紫質(zhì)在胞外釋放質(zhì)子,?又從胞內(nèi)攝取質(zhì)子,?建立膜兩側(cè)的電勢差，即光電壓，在電流計上可以測量到光電流信號。

細(xì)菌視紫紅質(zhì)既可以利用光能合成腺苷三磷酸（ATP），類似于光合作用的功能，也可以在無光情況下進(jìn)行氧化磷酸化，進(jìn)行細(xì)菌生長繁殖。由于菌視紫紅質(zhì)在紫膜中有獨特的結(jié)構(gòu)和功能，所以無論在光能轉(zhuǎn)換機(jī)理研究方面，還是作為納米生物材料的應(yīng)用方面都具有十分重要的意義。

紫膜的結(jié)構(gòu)和功能的特點，決定了紫膜材料可作為優(yōu)良的納米生物材料之一。它結(jié)構(gòu)上的穩(wěn)定性是一般的生物材料不可能達(dá)到的。也許由于二維六角型晶格結(jié)構(gòu)的緣故，在器件所要求的干膜狀態(tài)下，紫膜可以在－30℃到140℃的狀態(tài)下不失去活性，此時一般的蛋白質(zhì)早已變性。

?紫膜作為納米生物材料可用于構(gòu)造生物分子器件的內(nèi)在原因在于：第一，光驅(qū)動質(zhì)子泵的功能可實現(xiàn)太陽能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能和電能；第二，光照產(chǎn)生的分子內(nèi)的電荷分離產(chǎn)生的光電特性可制成光電子器件；第三，細(xì)菌視紫紅質(zhì)光循環(huán)中間體之間產(chǎn)生的光致變色特性可用于光子器件。

紫膜在嗜鹽菌原生質(zhì)膜上以碎片形式存在，直徑大約為0.5微米，厚度5納米，它與原生質(zhì)膜上其余部分紅膜共面。碎片中的唯一蛋白質(zhì)細(xì)菌視紫紅質(zhì)以三體形。

當(dāng)細(xì)菌視紫紅質(zhì)在大腸桿菌中異元表達(dá)時，視紫紅質(zhì)也是位于膜上，在通常的研究方法中是通過加去垢劑的方法使膜上的蛋白溶解下來，但去垢劑往往十分昂貴，難以用于實際的工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)中。

半導(dǎo)體光催化技術(shù)在利用太陽能方面有著廣泛的應(yīng)用前景。在眾多的氧化物半導(dǎo)體光催化材料中，TiO2以其光誘導(dǎo)下的強(qiáng)氧化性、無毒和長期穩(wěn)定性等優(yōu)點在凈化環(huán)境方面表現(xiàn)出很好的應(yīng)用前景。但是，TiO2光催化材料的光生電子-空穴對復(fù)合幾率較高；另一方面，銳鈦礦型TiO2對太陽光的利用率低，這嚴(yán)重阻礙了TiO2光催化材料的工業(yè)化推廣和應(yīng)用。近十幾年來，世界各國的科技工作者一直在努力地探索多種制備方法和改性手段以求提高?TiO2光催化效率和對太陽光的利用率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種嗜鹽菌光敏蛋白-二氧化鈦納米管復(fù)合材料及其制備方法。

本發(fā)明中的嗜鹽菌光敏蛋白-二氧化鈦納米管復(fù)合材料結(jié)構(gòu)為：在鈦金屬基體表面生長有一層TiO2納米管陣列，在所述的TiO2納米管陣列中TiO2納米管內(nèi)存在嗜鹽菌光敏蛋白，所制備的TiO2納米管陣列膜層厚度約4微米，納米管的管徑大小在20-70nm之間。

嗜鹽菌光敏蛋白-二氧化鈦納米管復(fù)合材料制備方法：通過轉(zhuǎn)化質(zhì)粒的方法改造大腸桿菌，使其大量表達(dá)視紫紅質(zhì)蛋白。超聲破碎菌體后用β-巰基乙醇和肌氨酰將膜蛋白提取出，之后用TritonX-100處理。復(fù)合材料的制備方法是將二氧化鈦納米材料放入蛋白溶液中，抽真空處理一段時間，之后低溫脫水處理，得到嗜鹽菌光敏蛋白-二氧化鈦納米管復(fù)合材料。

在本發(fā)明中通過加入0.01%β-巰基乙醇和10%的肌氨酰的方法，在破碎并離心后的上清中也看到了紫紅色，說明有視紫紅質(zhì)蛋白從膜上溶解下來，這與不加0.01%β-巰基乙醇和10%的肌氨酰而直接破碎并離心后的上清顏色有明顯的不同。0.01%β-巰基乙醇和10%的肌氨酰價格低廉，有大規(guī)模使用于生產(chǎn)中的前景。

通過在TiO2納米管陣列中嵌入嗜鹽菌光敏蛋白來實現(xiàn)材料的光電轉(zhuǎn)換特性。實驗結(jié)果表明，在10℃條件下進(jìn)行脫水處理后，該材料具有良好的可見光響應(yīng)能力，能有效地減少光生電子-空穴對的復(fù)合幾率，提高TiO2納米管陣列的光電響應(yīng)。

附圖說明

圖1為掃描電子顯微鏡下的TiO₂納米管陣列圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作詳細(xì)描述：

實施例1