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新型紫膜複合材料與晶片之光電與光學特性研究暨應用

為了解決光電量子能量晶片ptt的問題，作者鄭凱如 這樣論述：

細菌視紫質 (bacteriorhodopsin, BR) 存在於紫色細胞膜 (purple membrane, PM) 中，為一具有光電轉換特性之蛋白質，可應用於各種光電裝置。本研究將PM與β-alanine胺基酸、生物辨識分子或無機奈米粒子分別結合製成新型複合材料或晶片，探討其光電與光學性質，並進行各種材料分析。首先將β-alanine與PM溶液混合並製備單晶體，發現PM的混入可使原本β-alanine晶體成為具有光電與非線性二倍頻特性之複合晶體。其次，將抗大腸桿菌 (Escherichia coli) 抗體以avidin-biotin生物親和作用固定化在塗覆有均一方向PM膜的ITO基材

上，並進行E. coli捕捉與偵測。發現PM晶片所產生之光電流會因菌被捕捉覆蓋晶片而下降，可應用於菌液濃度定量檢測；相同原理也可應用於一般革蘭氏陰性菌的檢測。再者，將奈米金粒子 (gold nanoparticles, AuNPs)，以生物親和作用或化學鍵結合於塗覆有均一方向PM膜的ITO玻璃上，同樣也發現AuNPs結合濃度增加時會使PM晶片光電流下降，80 nm AuNPs所造成光電流下降效應比10 nm AuNPs顯著；且當10 nm AuNPs塗覆濃度提升至1 µM時，PM晶片可能因AuNPs的SPR效應而造成PM脈衝式光電流的延長，以及PM化學電容效應增加。最後，將綠色量子點 (qua

ntum dots, QDs) 同樣接於塗覆有均一方向PM膜的ITO基材表面上，發現以藍光激發此PM-QDs複合晶片時，可產生連續光電流 (179.6±0.3 nA/cm2)；置換電極為金電極時，則可再提升連續光電流密度至5.7 µA/cm2。進一步，量測BR之M光學中間態的衰減時間常數，發現PM與QDs結合後會縮短，因此推測藍光激發PM-QDs晶片後，QDs先發射出綠螢光而激發BR進入光循環，同時藍光也造成BR M態加速衰退而立即回到基態，如此使BR持續推出質子並累積在PM膜表面而產生連續光電流。利用TEM分析QDs於PM膜上的結合分佈情況，可估算QDs與BR間的螢光共振能量轉移 (Förs

ter resonance energy transfer, FRET) 效率為85 %。此外，使用Maker fringes技術對PM-ITO晶片進行二倍頻量測，可得到PM膜的二階非線性係數值為 χ33(2) = 1.9×10-9 esu且χ31(2) = 1×10-9 esu，證明所塗覆在ITO電極的PM膜具有高度定向性；對於PM-QDs複合晶片，則因QDs的影響而無法測得這些參數。本研究所揭示PM複合材料與晶片之光電與光學特性，可應用於新型生物感測器和生物太陽能電池之開發。