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1、光敏蛋白（bR）在现代光学中的应用漫步海滩盐场,细心者会发现结晶的NaC1(氯化纳)颗粒在阳光下里紫色,这紫色是由NaC1颗粒中嗜盐菌里的紫膜发出的.紫膜是嗜盐菌及其它嗜盐生物质膜的一部分,由于它呈紫色,故称其为紫膜.紫膜中只含有一种与枧紫红质(Rhodopsin)相似的蛋白质称为细菌视紫红质(Bai0shodoosln,bR).作为一种新型的光敏材料,它可用作光信息记录和处理的光敏元件.利用现代的基因工程和生化手段来优化设计材料的物理和化学手段,可以将生物材料运用到经典的”非生物领域.在以全息技术为基础的未来信息技术中,这种生物分子对传统的材料提出了挑战.bR作为一个光驱动质子泵,光电转换器
2、,光敏蛋白,其应用十分广泛,但本文仅探讨bR作为一个光敏蛋自在现代光学中的应用.嗜盐菌生活在低氧,高盐浓度的环境中.这种环境促使它不断完善了一套适台自身发展的类似于绿色植物光合作用的供能系统.在这个系统中bR起了决定的作用,使嗜盐菌在极其”恶劣的环境中保持着旺盛的生命力bR呈六角形的二维晶体结构,并以三聚体的结构存在于脂双层膜中其厚度为5纳米,平均直径为500纳米.bR具有248个氨基酸和一个生色团视黄醛,视黄醛通过Schfff碱基连接在第216个赖氨酸上,这种结构使得bR可以作为光驱动质子泵.光照时bR进入光循环,经历了一系列的异构化癌这个过程中将质子从噗内逐出到膜外,造成膜内外的质子浓度梯
3、度,细胞利用这种电化学能,由细胞膜上红膜中的HATPase台成ATP.可以将bR的光循环简化为三个反应:光照射使bR由初始状态B到达中间体M(B+M)M将态以寿命Zm进行热衰减,由MB的光化学跃迁.bR之所以能广泛地应用在光学技术中,关键在于它在高度分离的B和M状态之间的高度可逆性和对高量子场(0.7)的高光敏特性.另一个感兴趣的是bR的光谱范围为4O0700纳米,几乎包括了整个可见光谱.最近通过基因工程和生化方法制得的bR变体_bR一326,其光化学特性比原有的大有提高.全息术是一个具有广阔前途的技术,它的发展促进了光学信息处理的发展.故首先介绍bR在全息光学中的应用.1.bR在全息光学中的
4、应用(1)bR的动态全息图已研制成bR膜的全息记录和读出装置从实验结果可见-bR一326更适合于全息纪录.与bRwT相比.bR326的光敏特性和衍射效率都有所提高,存贮时间也增加.(2)bR在实时干涉度量学中的应用实时干涉度量学已被广泛地应用在振动分析的无损检测中.bR实时干涉的理论基础是基于bR膜的时间积分特性,并由与光相9关的BM及与tm相关的MB的光化学反应所决定在振动模型的检测中,可得到全.息图象的时间积分bR具有高的光稳定性(样品放置一个月不发生衰减),且可以根据不同的积分时间来自由选择特体的bR变体.其积分时间由1-m来控制.(3)bR在相位共轭中的应用bR的相位共轭是在其体积全息
5、图的基础之上进行的,整个系统的效率虽不尽人意,但其灵敏度和质量还是令人满意的.Koschemskaya在l987年提出了bR可在共轭波中作为极化状态的回复,结合光存贮和神经网络等技术都与bR的体积全息图密切相关.2.bR在光信号存贮中的应用数字数据处理要求在短时间存贮速度快,长期记忆容量大具有长期存贮功能且应用广泛的装置是磁盘和磁带.新发展的许多光学仪器.如CDR0M.读是由激光二极管完成的.但用户不能用它来记录信息,光磁盘克服了这个问题,但它不是一个真正的光系统这一切使得人们很容易想到利用bR来制成一个真正盼由光来控制的=维光存贮器R变体可应用在电子随机存贮器(RAM)中,其再生周期由来定.
6、bR一326的再生周期可达200S.存贮密度为l08bit/em+可与传统的点存贮器相媲美.3.bR在光开关中的应用除信息存贮外.bR可构成开关满足光计算的需求.已有人做成双稳态的光开关.如光学共振腔.这砷共振控对非绂秆暖的折射10率和反射特性的变化很敏感,与薄5它构非线性材料或传统的电子相比,速度太慢?毋骐应用还是有希望的.一r4.bR在光信号调节器中的应用实验证明,bR可以作为一种瞬时光低通滤波器,Barmenkove现在信号调节器中使用bR.其磁畴时间(卜一100ms)是其它高灵敏度的光敏介质所无法比拟的磁畴时间可由bR膜的动态全息图得到,同样,s级的响应时间可由高光密度的热光栅测得.5
7、.bR在光检测系统中的应用由于bR光循环的原初光异构化过程仅有7.5m,故可将其应用到光检测系统中,Trissl将定向的bR偶联到同轴电缆的末端所构成的超速光检测系统,其上升时间可达20ps.6.bR在光学中的其它应用在光滤波器中.bR克服了由富氏变换所造成的影响,使边缘增强bR在光模式识别中的应用刚刚起步.但其前景是可观的.Lewis等将bR的光电特性运用到神经网络的研究中.产生以”光敏二极管结型”为基础的定向的bR膜网络.这种网络与电子系统不同之处是初始化由光来完成的.bR从它被发现到现在才不过二十年的历史.人们对其结构和特性进行了广泛的研究.对bR应用的研究仍处于初级阶段,但其前景是可观的.对bR研究的深入必将促进其在生物芯片领域研究的发展生物芯片的研制成功必将带来一场计算机领域的革命.