[doc]光敏蛋白(bR)在現(xiàn)代光學(xué)中的應(yīng)用.doc

1、光敏蛋白（ bR ）在現(xiàn)代光學(xué)中的應(yīng)用漫步海灘鹽場(chǎng) ,細(xì)心者會(huì)發(fā)現(xiàn)結(jié)晶的 NaC1(氯化納 )顆粒在陽(yáng)光下里紫色 ,這紫色是由 NaC1 顆粒中嗜鹽菌里的紫膜發(fā)出的.紫膜是嗜鹽菌及其它嗜鹽生物質(zhì)膜的一部分,由于它呈紫色 ,故稱其為紫膜 .紫膜中只含有一種與枧紫紅質(zhì)(Rhodopsin)相似的蛋白質(zhì)稱為細(xì)菌視紫紅質(zhì) (Bai0shodoosln,bR).作為一種新型的光敏材料,它可用作光信息記錄和處理的光敏元件.利用現(xiàn)代的基因工程和生化手段來(lái)優(yōu)化設(shè)計(jì)材料的物理和化學(xué)手段,可以將生物材料運(yùn)用到經(jīng)典的”非生物領(lǐng)域 .在以全息技術(shù)為基礎(chǔ)的未來(lái)信息技術(shù)中 ,這種生物分子對(duì)傳統(tǒng)的材料提出了挑戰(zhàn) .bR 作

2、為一個(gè)光驅(qū)動(dòng)質(zhì)子泵,光電轉(zhuǎn)換器 ,光敏蛋白 ,其應(yīng)用十分廣泛,但本文僅探討 bR 作為一個(gè)光敏蛋自在現(xiàn)代光學(xué)中的應(yīng)用 .嗜鹽菌生活在低氧 ,高鹽濃度的環(huán)境中 .這種環(huán)境促使它不斷完善了一套適臺(tái)自身發(fā)展的類似于綠色植物光合作用的供能系統(tǒng).在這個(gè)系統(tǒng)中bR 起了決定的作用 ,使嗜鹽菌在極其 ”惡劣的環(huán)境中保持著旺盛的生命力bR 呈六角形的二維晶體結(jié)構(gòu),并以三聚體的結(jié)構(gòu)存在于脂雙層膜中其厚度為5 納米,平均直徑為 500 納米 .bR 具有 248 個(gè)氨基酸和一個(gè)生色團(tuán) 視黃醛 ,視黃醛通過(guò)Schfff 堿基連接在第 216 個(gè)賴氨酸上 ,這種結(jié)構(gòu)使得 bR 可以作為光驅(qū)動(dòng)質(zhì)子泵 .光照時(shí)bR進(jìn)入光

3、循環(huán) ,經(jīng)歷了一系列的異構(gòu)化癌這個(gè)過(guò)程中將質(zhì)子從噗內(nèi)逐出到膜外 ,造成膜內(nèi)外的質(zhì)子濃度梯度 ,細(xì)胞利用這種電化學(xué)能,由細(xì)胞膜上紅膜中的HATPase臺(tái)成 ATP.可以將 bR 的光循環(huán)簡(jiǎn)化為三個(gè)反應(yīng) :光照射使 bR 由初始狀態(tài) B到達(dá)中間體 M(B +M)M 將態(tài)以壽命 Zm 進(jìn)行熱衰減 ,由 M B 的光化學(xué)躍遷 .bR 之所以能廣泛地應(yīng)用在光學(xué)技術(shù)中 ,關(guān)鍵在于它在高度分離的 B 和 M 狀態(tài)之間的高度可逆性和對(duì)高量子場(chǎng) ( 0.7)的高光敏特性.另一個(gè)感興趣的是 bR 的光譜范圍為 4O0700 納米 ,幾乎包括了整個(gè)可見(jiàn)光譜 .最近通過(guò)基因工程和生化方法制得的 bR 變體 _bR 一

4、326,其光化學(xué)特性比原有的大有提高.全息術(shù)是一個(gè)具有廣闊前途的技術(shù) ,它的發(fā)展促進(jìn)了光學(xué)信息處理的發(fā)展 .故首先介紹 bR 在全息光學(xué)中的應(yīng)用 .1.bR 在全息光學(xué)中的應(yīng)用(1)bR 的動(dòng)態(tài)全息圖已研制成 bR 膜的全息記錄和讀出裝置從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn) -bR 一 326 更適合于全息紀(jì)錄 .與 bRwT 相比 .bR326 的光敏特性和衍射效率都有所提高,存貯時(shí)間也增加 .(2)bR 在實(shí)時(shí)干涉度量學(xué)中的應(yīng)用實(shí)時(shí)干涉度量學(xué)已被廣泛地應(yīng)用在振動(dòng)分析的無(wú)損檢測(cè)中 .bR 實(shí)時(shí)干涉的理論基礎(chǔ)是基于 bR 膜的時(shí)間積分特性 ,并由與光相9關(guān)的 BM 及與 tm 相關(guān)的 M B 的光化學(xué)反應(yīng)所決定在振

5、動(dòng)模型的檢測(cè)中,可得到全.息圖象的時(shí)間積分bR 具有高的光穩(wěn)定性(樣品放置一個(gè)月不發(fā)生衰減),且可以根據(jù)不同的積分時(shí)間來(lái)自由選擇特體的bR 變體.其積分時(shí)間由 1-m 來(lái)控制 .(3)bR 在相位共軛中的應(yīng)用bR 的相位共軛是在其體積全息圖的基礎(chǔ)之上進(jìn)行的 ,整個(gè)系統(tǒng)的效率雖不盡人意,但其靈敏度和質(zhì)量還是令人滿意的.Koschemskaya在 l987 年提出了 bR 可在共軛波中作為極化狀態(tài)的回復(fù),結(jié)合光存貯和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)都與bR 的體積全息圖密切相關(guān).2.bR 在光信號(hào)存貯中的應(yīng)用數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理要求在短時(shí)間存貯速度快,長(zhǎng)期記憶容量大具有長(zhǎng)期存貯功能且應(yīng)用廣泛的裝置是磁盤(pán)和磁帶 .新發(fā)展的許

6、多光學(xué)儀器 .如 CDR0M. 讀是由激光二極管完成的 .但用戶不能用它來(lái)記錄信息 ,光磁盤(pán)克服了這個(gè)問(wèn)題 ,但它不是一個(gè)真正的光系統(tǒng)這一切使得人們很容易想到利用 bR 來(lái)制成一個(gè)真正盼由光來(lái)控制的 =維光存貯器 R 變體可應(yīng)用在電子隨機(jī)存貯器 (RAM)中,其再生周期由來(lái)定 .bR 一 326 的再生周期可達(dá) 200S.存貯密度為 l08bit/ em+可與傳統(tǒng)的點(diǎn)存貯器相媲美 .3.bR 在光開(kāi)關(guān)中的應(yīng)用除信息存貯外 .bR 可構(gòu)成開(kāi)關(guān)滿足光計(jì)算的需求 .已有人做成雙穩(wěn)態(tài)的光開(kāi)關(guān).如光學(xué)共振腔 .這砷共振控對(duì)非紱稈暖的折射10率和反射特性的變化很敏感,與薄 5 它構(gòu)非線性材料或傳統(tǒng)的電子相

7、比,速度太慢 ?毋騏應(yīng)用還是有希望的 .一 r4.bR 在光信號(hào)調(diào)節(jié)器中的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)證明 ,bR 可以作為一種瞬時(shí)光低通濾波器 ,Barmenkove現(xiàn)在信號(hào)調(diào)節(jié)器中使用 bR.其磁疇時(shí)間 (卜一 100ms)是其它高靈敏度的光敏介質(zhì)所無(wú)法比擬的磁疇時(shí)間可由bR 膜的動(dòng)態(tài)全息圖得到 ,同樣 ,s 級(jí)的響應(yīng)時(shí)間可由高光密度的熱光柵測(cè)得.5.bR 在光檢測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用由于 bR 光循環(huán)的原初光異構(gòu)化過(guò)程僅有 7.5m,故可將其應(yīng)用到光檢測(cè)系統(tǒng)中,Trissl 將定向的 bR 偶聯(lián)到同軸電纜的末端所構(gòu)成的超速光檢測(cè)系統(tǒng),其上升時(shí)間可達(dá)20ps.6.bR 在光學(xué)中的其它應(yīng)用在光濾波器中 .bR 克服了由富氏變換所造成的影響 ,使邊緣增強(qiáng) bR 在光模式識(shí)別中的應(yīng)用剛剛起步 .但其前景是可觀的 .Lewis 等將 bR 的光電特性運(yùn)用到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究中 .產(chǎn)生以 ”光敏二極管結(jié)型 ”為基礎(chǔ)的定向的 bR 膜網(wǎng)絡(luò) .這種網(wǎng)絡(luò)與電子系統(tǒng)不同之處是初始化由光來(lái)完成的.bR 從