نوع مقاله : علمی - پژوهشی
نویسندگان
1 دانشگاه آزاد اسلامی، واحد خرم آباد، باشگاه پژوهشگران جوان و نخبگان، خرم آباد، ایران
2 گروه زیست شناسی، دانشگاه آزاد اسلامی، خرم آباد، ایران
3 دانشگاه علوم پزشکی لرستان، مرکز تحقیقات داروهای گیاهی، گروه انگل شناسی و قارچ شناسی، خرم آباد، ایران
4 دانشجوی کارشناسی ارشد زیست شناسی سلولی- مولکولی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد خرم آباد، خرم آباد، ایران
5 گروه فیزیک، واحد خرم آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، خرم آباد، ایران
چکیده
هدف: هدف از این مطالعه تبدیل انرژی نور لامپ و خورشید به انرژی الکتریکی با تک لایه سازی پروتئین باکتریورودوپسین، ارزیابی ترکیبات مورد آزمایش (TiO2, FTO, Br) جهت افزایش بازده فتوسل‌های بیولوژیک، امکان سنجی ساخت فتوسل ها جهت بهکارگیری در معماری، مصارف نظامی و ساخت فتوسل بیولوژیکی بود.
مواد و روشها: با روش بلدینگ نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم بر روی سطح فلوئورین تین اکساید (FTO) قرار گرفت. با روش لانگ مویر بلادجت، تک لایه سازی پروتئین باکتریورودوپسین(Br) انجام و فتو آند آماده شد. سپس با یک قطره از محلول H2PtCl6 (2 میلیگرم Pt در 1 میلیلیتر اتانول) روی شیشه FTO را پوشانده و کاتد آماده شد. الکترود فتوآند (FTO/TiO2/Br) و الکترود مقابل (کاتد)(FTO / Pt) به صورت ساندویچ قرار داده شدند.
نتایج: تغییرات pH وابسته به نور باعث اثبات فعالیت باکتریورودوپسین شد. توان فتوسل‌های تک لایه ساخته شده در این مطالعه µA7/0 و ولتاژ آنها mV190 بود که با توان فتوسل های تجمع یافته (µA2/0)، µA5/0 و با ولتاژ آنها (mV165)،mV 25 تفاوت داشتند، یعنی سلولهای تک لایه نسبت به تجمع بازدهی بیشتری داشتهاند.
نتیجهگیری: تکنیک لانگ مویر روشی بسیار مناسب برای تثبیت پروتئین باکتریورودوپسین بهصورت تک لایه بر روی بستر حاوی نانو ذرات (دی اکسید تیتانیوم) با حفظ حداکثر فعالیت می‌باشد.
تازه های تحقیق
-
کلیدواژه‌ها
عنوان مقاله [English]
Increase the organic photocells (bacteriorhodopsin) efficiency by using the Langmuir-Blodgett (LB) techniques and titanium dioxide nanoparticles (TiO2)
نویسندگان [English]
- S Badparva 1
- B Dousti 2
- E Badparva 3
- A Haji Amraei 4
- A Dehghaninejad 5
چکیده [English]
Aim: The aim of this study was to convert lamp and solar energy into electrical energy with bacteriorhodopsin protein monolayer, evaluate examined compounds (TiO2, FTO, Br) to increase the biological photocells efficiency, photocells building feasibility for use in architecture, military and biological photocells production.
Material and Methods: Titanium dioxide nano-particles were placed on the surface of a fluorine tin oxide (FTO) using Belding method. Bacteriorhodopsin (Br) monolayer was prepared by Langmuir-Blodgett (LB) technique and photo anodes were made. Then the FTO glass was covered with an H2PtCl6 solution drop (2 mg Pt in 1 ml EtOH), and cathode was prepared. Photo anodes electrode (FTO/TiO2/Br) and opposite electrode (cathode) (FTO/Pt) were placed as a sandwich.
Results: Light dependent pH changes, demonstrated bacteriorhodopsin activity. The created monolayer photocells power was 0.7μA and their voltage was 190 mV, which was different from the accumulated photocells powers (0.5 µA), 0.2 μA with its voltage (165 mV), 25 mV, indicating that monolayer cells had a better accumulated efficiency.
Conclusions: Langmuir technique is a very suitable method for bacteriorhodopsin protein stabilization as a monolayer, on the nanoparticles substrate (titanium dioxide) with maximum activity maintenance.
کلیدواژه‌ها [English]
- Bacteriorhodopsin
- photocell
- Titanium dioxide Nanoparticles
- Langmuir-Blodgett LB)
مقدمه
در سال 1876 میلادی ویلیام گریلز آدامز و شاگردش، ریچارد ایوانز دی، کشف کردند که جریان الکتریکی در اثر تابش نور میتواند در سلنیوم ایجاد شود که در ادامه داریل چاپین و کالوین فولر با اصلاح و تغییر کشف پیرسون، اولین سلول خورشیدی که قادر به تبدیل انرژی خورشید به توان الکتریکی بود را برای استفاده در تجهیزات الکتریکی روزمره ساختند (1 و 2). اما تهیه مواد برای سلولهای خورشیدی سیلیکونی موجود، دارای هزینه بسیار بالایی می‌باشد. نسل دیگری از سلولهای فوتوولتائیک، سلولهای رنگدانهای (DSSC) که اولین بار توسط گراتزل و همکاران به دلیل هزینه پایین، محیط زیست پسند، با ساختار ساده، اختراع و مورد توجه قرار گرفته شدند و شامل لایهای نازک از دی اکسید تیتانیوم و مولکولهای رنگ آلی که در بین ذرات دی اکسید تیتانیوم قرار گرفته و الکترولیت سیال را جذب میکنند. با این وجود این فتوسلها هنوز فاقد راندمان بالایی هستند (3-5).
یکی از این مولکولهای رنگ آلی که در فتوسلها کاربرد دارد پروتئین‌های فتوکروم می‌باشد. این پروتئین‌ها در فتوسنتز و حس بینایی نقش مهمی را بازی میکنند و بههمین دلیل مطالعات زیادی برروی عملکرد این مولکولها، فعل و انفعال آنها با نور و چگونگی تبدیل انرژی نور به انرژی شیمیایی و یا سیگنال‌های فیزیولوژیک انجام گرفته است. پروتئین باکتریورودوپسین از دسته پروتئین‌های فتوکروم می‌باشد، که در سه دهه اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته است. این پروتئین غشایی توسط هالوباکتری‌ها تولید میشود. هالوباکتریوم سالیناریوم (Halobacterium salinarium) یک آرکی هوازی، گرم منفی و فوق العاده نمک دوست است و در شوره زارها و نمک زارها یافت میشود. سطح هالوباکتریوم سالیناروم شامل مسیرهای غشایی است که غشای ارغوانی نامیده میشود. مهمترین پروتئین موجود در غشای ارغوانی، باکتریورودوپسین است. باکتریورودوپسین بهترین پروتئین مطالعه شده در آرکی باکتریهایی است که بهطور طبیعی تحت شرایط نوردهی و هوادهی پایین رشد میکنند. این پروتئین یک پروتئین غشایی است که دارای هفت هلیکس موجود در عرض غشاست (6 و 7) و یک پروتئین کلیدی با قابلیت‌های فتوسنتزی می‌باشد. آنچه که پروتئین باکتریوردوپسین را از مواد فتوکرومیک ارگانیک و غیرارگانیک متمایز می‌سازد ساختمان کریستالی دو بعدی این پروتئین است که در مقابل تخریبهای گرمایی و شیمیایی مقاومت خوبی از خود نشان میدهد (8).
شبکه موجود در پروتئین باکتریورودوپسین غشای سلولی هالوباکتریوم سالیناریوم، یکی ازسادهترین مبدلهای انرژی بیولوژیکی شناخته شده است (9 و10). در طول چرخه فتوشیمیایی باکتریورودوپسین، این پروتئین هم جهت در غشای ارغوانی، پروتون را از سیتوپلاسم به فضای خارج سلولی، یک سویه پمپ میکنند. چرخهی فتوشیمیایی پمپ پروتون باکتریورودوپسین بیش از 106 بار تکرار میشود (شکل1) (11 و 12).
شکل 1: باکتریوردوپسین موجود در غشای هالوباکتریوم سالیناروم (13)
روشهای گوناگونی برای تثبیت و جهت دهی فیلم نازک باکتریورودوپسین بهکار گرفته شده است (14-16) که متداولترین روش برای تشکیل تک لایههای آلی تکنیک لانگ مویر بلادجت می‌باشد (17). مطالعات قبلی نشان میدهد که پروتئین باکتریورودوپسین میتواند در سطح بالای یک محلول بهحالت تعلیق به شکل لایههای با ثبات بماند. برای انجام روش لانگ مویر بلادجت، یک سوسپانسیون از پروتئین باکتریورودوپسین آماده شد و بهمدت 25 ثانیه سونیکیت شد تا قطعات پروتئین باکتریورودوپسین بهحالت تعلیق در بیایند. بعد با پخش کردن این سوسپانسیون در محلول زیر لایه اجازه داده شود بهمدت 30 دقیقه به ثبات برسد (18) که در نهایت با شروع بهکار دستگاه لانگ مویر بلادجت تک لایههای ایجاد شده به روی بستر جامد انتقال یابند (17).
از جمله اهداف پژوهش بررسی فیلم باکتریورودوپسین تکلایه، بررسی ساخت فتوسل بیولوژیک با بازده بیشتر، ارزیابی ترکیبات (TiO2, FTO, Br) مورد آزمایش جهت افزایش بازده فتوسل‌های بیولوژیک، امکان سنجی ساخت فتوسل‌های جهت بهکارگیری در معماری و مصارف نظامی.
مواد و روشها
مواد و دستگاهها:
جدول1: مشخصات مواد شیمیایی
|
ردیف |
نام ماده |
فرمول مولکولی |
کمپانی |
|
1 |
نمک کلرید سدیم |
NaCl |
Merk |
|
2 |
نمک کلرید پتاسیم |
KCl |
Merk |
|
3 |
هیدروژن پراکسید |
H₂O2 |
Merk |
|
4 |
فویل عایق |
|
Solaronix |
|
5 |
متانول |
CH3OH |
Merk |
|
6 |
شیشه FTO |
|
Solaronix |
|
7 |
کلریدریک اسید |
HCl |
Sigma Aldrich |
|
8 |
الکترولیت تری یدید |
|
Solaronix |
|
9 |
متانول |
(CH3OH) |
Sigma Aldrich |
|
10 |
خمیر نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم 20nm |
|
Sigma Aldrich |
|
11 |
H2PtCl6 |
|
Merck |
|
12 |
دی متیل فرم آمید(DMF) |
NO7H3C |
Sigma Aldrich |
|
13 |
هگزان |
|
Sigma Aldrich |
|
14 |
کلرید کلسیم |
Cacl2 |
Sigma Aldrich |
دستگاهها:
1- دستگاه لانگ مویر: در این پژوهش از دستگاهLangmuir- Blodgett Trough مدل ایرمان تک استفاده شد.
2- دستگاه سونیکا سیون با قدرت Hz55: در این پژوهش از دستگاه سونیکاسیونSoniprep 150 استفاده شد.
3- دستگاه طیف سنجی ماورا بنفش: در این پژوهش از دستگاه Unicum UV-300 استفاده شد.
4- کوره آزمایشگاهی: پارس آزمون.
5- ترازو: در این پژوهش از ترازوی دیجیتال Sartorius مدل TE1242 با دقت 0001/0 استفاده شد.
6- دستگاه هیتر استیرر: در این پژوهش از دستگاه Heidolf مدل MR 3001 استفاده شد.
7- pH متر: در این پژوهش از دستگاه pH متر WTW مدل Inolab استفاده شد.
8- دستگاه مولتیمتر: در این پژوهش HIOKI استفاده شد.
روشها در 6 مرحله انجام شد که شامل:
1- تهیه فتوآند
تهیه لایه نازک خمیر TiO2 (نانو ذره دی اکسید تیتانیوم) بر روی شیشه سخت، مقاوم و ارزان فلوئور اکسید قلع (FTO) (19) بهروش بلدینگ:
ازسمت رساناFTO دو نوارچسب موازی برروی لبههای صفحه شیشهای بهفاصله حدود 5 میلیمتر از هم چسبانده میشود. مساحت بدون پوشش وسط شیشه با خمیر TiO2 لایه نشانی خواهد شد. لبه پوشانده شده توسط نوارچسب، ناحیهای برای آب بندیها و اتصالات الکتریکی در آینده خواهد شد. از مزایای دیگر نوار چسب، نگهداری صفحه شیشه برروی میزکار است. مقداری ازخمیر درنزدیکی لبه بالای شیشهیFTO بین دو قطعه نوار چسب ریخته شد. با یک لام میکروسکوپ و یا یک میله شیشه ای، خمیر در سراسر صفحه با پشتیبانی نوار چسب برروی هر دو طرف گسترده میشود. شکاف میان نوارها باید با لایهای از خمیر پر شده باشد. این عمل تا زمانیکه یک لایه نازک و یکنواخت ایجاد شود تکرار میشود (20). صفحه شیشهای تازه پوشش داده شده جهت تثبیت و ایجاد تخلخل در داخل کوره قرار میگیرد، سپس الکترودهای پوششداده شده با خمیر TiO2 بهتدریج تحت جریان هوا به دمای 325 درجه سانتیگراد رسیده و بهمدت 5 دقیقه درآن دما ماند و بهترتیب در 375 درجه سانتیگراد بهمدت 5 دقیقه و در دمای450 درجه سانتیگراد برای 15 دقیقه و در نهایت، در 500 درجه سانتیگراد بهمدت 15 دقیقه در کوره حرارت داده شد (21).
2- جداسازی غشای ارغوانی حاوی باکتریورودوپسین با روش یوسل
محتویات کشت هالوباکتریومسالیناریوم به حجم یک لیتر با دورg 12000 بهمدت 20 دقیقه در دمای 4 درجه سانتیگراد سانتریفیوژ شد. رسوب سلولی در 20 میلیلیتر محیط کشت پایه نمکی بهحالت تعلیق درآمد. تعلیق سلولی در دمای 20 درجه سانتیگراد بهحالت ساکن زیر نور ملایم مهتابی بهمدت یک شب قرار داده شد. سپس 300 میکرو لیتر از محلول DNase به آن افزوده شد. تعلیق سلولی تهیه شده آنزیمی داخل کسیه دیالیز که از قبل آماده شده بود ریخته شد کیسه دیالیز درون بشر 2 لیتری حاوی NaCl 1/0 مولار قرار گرفت. بشر بر روی همزن در دمای 4 درجه سانتیگراد بهمدت 3 روز قرار داده شد و بافر آن طی این مدت سه بار تعویض شد. در پایان دیالیز، محتویات درون کیسه دیالیز داخل فالکون ریخته شده و در دمای 4 درجه سانتیگراد بهمدت 20 دقیقه و دور g 2500 سانتریفیوژ شد. سپس محلول رویی در دمای 4 درجه سانتیگراد بهمدت 60 دقیقه و با دورg 38000 سانتریفیوژ شد. در مرحله بعد محلول رویی که حاوی باکتریورودوپسین است دور ریخته شد و رسوب ارغوانی رنگ با NaCl 1/0 مولار چندین بار تحت شرایط مرحله قبل شستشو داده شد. عمل شستشو تا جایی صورت گرفت که محلول رویی بیرنگ و رسوب ارغوانی رنگ جدا شد، سپس رسوب حاصل در آب مقطر استریل حل و در دمای 20- درجه سانتیگراد نگهداری شد (22).
3- روش انجام تکنیک لانگ مویر بلادجت
ابتدا سوسپانسیون حاوی 380 میکرولیتر آب، 126 میکرولیتر DMF (Dimethylformamide) (بهعنوان ماده فرار برای بالا آوردن پروتئین مورد نظر به سطح آب)،94 میکرولیتر پروتئین باکتریورودوپسین (mg/ml05/0) را بهمدت یک دقیقه سونیکیت و در داخل تشتک حاوی محلول (CaCl2) (زیر لایه) با pH حدود 5/5 و در دمای محیط ریخته و بهمدت یک ساعت صبر کرده تا خوب در سطح پخش شود که این مرحله را فاز گازی مینامند (شکل2) با شروع بهکار دستگاه لانگ مویر بلادجت و حرکت بازوها بهسمت یکدیگر باعث افزایش فشار سطح میشوند، این مرحله را فاز مایع مینامند. با افزایش بیشتر فشار سطح به فاز مشترک جامد- مایع تبدیل میشود.
سرعت انتقال تک لایه بر روی بستر و جنس بستر نقش تعیینکنندهای در انتقال، جهتگیری و تثبیت پروتئین باکتریورودوپسین دارد. سرعت بازوها mm/s05/0، سرعت پایین رفتن بستر mm/s08/0 و فشار سطح mN/m220 تنظیم گردید و تک لایه پروتئین باکتریو رودوپسین در فاز مشترک جامد- مایع بر روی بستر جامد (FTO) انتقال یافت (23)
شکل 2: نمودار لانگ مویر تک لایه پروتئین باکتریورودوپسین. محلول زیر لایه، ( در دمای محیط و5/5 pH =)
تا این مرحله شیشه FTO بهعنوان فتوآند آماده شد.
4- تهیه فتو کاتد: دو سوراخ (با قطر1 میلیمتر) در شیشهی FTO با دریل ایجاد شده است (از سمت رسانا). شیشهی FTO سوراخ شده با آب و همچنین با محلول هیدروکلراید 1/0 مولار در اتانول شستشو داده شد و در حمام استون بهمدت 10 دقیقه اولتراسونیکایت شد و تمیز شد. پس از بین بردن لکههای آلی باقی مانده، شیشه بهمدت 15 دقیقه در دمای 400 درجه سانتیگراد حرارت داده شد، سپس با یک قطره از محلول H2PtCl6 (2 میلیگرم Pt در 1 میلیلیتر اتانول) روی شیشه FTO را پوشانده و با عملیات حرارتی بهمدت 15 دقیقه در دمای 400 درجه سانتیگراد، لایه نشانی Pt انجام میگیرد (ضخامت حدود 50 میکرون) (21 و 24). برای تست فعالیت کاتالیستی پلاتین، یک قطره پراکسید هیدروژن در روی سطح الکترود (محلول 30 درصد در آب کافی است) ریخته میشود. حبابهای ایجاد شده از سطح پلاتین نشان میدهد که لایه پلاتین فعال و بهدرستی شکل گرفته است (25).
5- بستن فتوسل
برای ساختن فتوسل، پلیمر آب بندی (طلق پلاستیکی) بین الکترود فتوآند (TiO2, FTO, Br) و الکترود مقابل (کاتد) (FTO/Pt) بهصورت ساندویچ قرار داده شد (26). حرارت و فشار بر سر سطح فیلم پلیمر با کمک پرس داغ یا یک ابزار مشابه در دمای 110 درجه سانتیگراد اعمال شد. پس از چند ثانیه، پلیمر مذاب داغ باید از دو طرف به الکترودها بچسبند. این عمل تا زمانیکه تمام سطح هر دو الکترود با ذوب فیلم پلیمر بر روی هم بچسبند تکرار میشود. با استفاده از یک سرنگ با فشار، محلول الکترولیت از یک سوراخ تزریق شد. با خروج هوا از سوراخ دوم، الکترولیت ترییدید لیتیم بهداخل سلول پر شد. برای جلوگیری از نشت الکترولیت، میتوان مفصلهای کوچکی از لوله سیلیکونی در نوک سرنگ قرار داد (21, 24 و 25).
6- روش ساخت فتوسل تجمع یافته
تمام مراحل بالا برای ساخت فتوسل تجمع یافته انجام شد بهجز مرحله 3 (تکنیک لانگ مویر). در این فتوسل بهجای استفاده از پروتئین باکتریورودوپسین تک لایه توسط دستگاه لانگ مویر، بعد از آماده کردن فتوآند آنرا بهکمک یک پنس در داخل محلول رنگدانه (باکتریورودوپسین) بهمدت 18 ساعت منتظر مانده تا جذب نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم شوند بعد فتوآند دو تا سه دقیقه در داخل یک ظرف تمیز و استریل که حاوی اتانول است قرار داده تا رنگدانههای که جذب سطح نشده اند جدا شده و درون اتانول حل شوند، بقیه مراحل مثل روش قبل انجام گرفت.
در نهایت بهمنظور بررسی عملکرد فتوسل بیولوژیک ساخته شده فوتوولتائیک در فاصله 25 سانتیمتری نور چراغ مطالعه با لامپ w40 با شدت روشنایی lux450 قرار گرفتند که نتایج آن در ادامه بررسی شده است.
نتایج
تست خلوص نمونه باکتریورودوپسین
جهت سنجش میزان خلوص باکتریورودوپسین، نسبت جذب در طول موجهای 280 و 560 نانومتر استفاده شد. درصد خلوص از رابطه (1) محاسبه شد.
(1)
هر چه این نسبت بیشتر باشد، میزان خلوص باکتریورودوپسین بیشتر و آلودگی با سایر پروتئین‌ها کمتر است. جذب در طول موج 280 نانومتر مربوط به کل پروتئین‌ها و طول موج 560 نانومتر مربوط به جذب باکتریورودوپسین است (27).
تست فعالیت زیستی پروتئین باکتریورودوپسین
جهت اثبات فعالیت باکتریوردوپسین، تغییرات pH وابسته به نور بررسی میشود. زیرا باکتریوردوپسین یک پمپ پروتونی وابسته به نور است و تحت شرایط تابش نور، پروتون پمپ کرده و منجر به تغییرات pH میشود، برای اندازهگیری میزان فعالیت باکتریورودوپسین داخل غشای ارغوانی، 5/0 میلیگرم از غشای ارغوانی با سونیکاسیون بهصورت تعلیق در آمد. قطعات معلق بهمدت 1 ساعت تیمار شدند و در معرض نوردهی قرار گرفتند و تغییرات pH توسط pH متر ثبت شد ( شکل3) (25).
شکل3: نمودار تغییرات pH پروتئین باکتریورودوپسین در دمای محیط
بررسی صحت نمونه باکتریورودوپسین بر روی شیشه FTO با طیف سنجی در طول موج 380 تا 650 نانومتر
پروتئین باکتریورودوپسین انرژی نور سبز (500 تا 650 و ماکزیمم 568 نانومتر) را جذب و نور آبی و قرمز را منعکس کرده و به همین علت ارغوانی رنگ بهنظر میرسد. در شکل (4) باکتریورودوپسین تک لایه ته نشین شده بر روی FTO حاوی TiO2 که در ناحیه 566 نانومتر جذب داشته که نشان میدهد پروتئین باکتریورودوپسین بهصورت سالم و بدون آسیب بر روی بستر تثبیت شده و ساختار ذاتی و فتوشیمیایی شبکه پروتئین باکتریورودوپسین بر روی بستر حفظ شده است (23).
شکل 4: طیف جذبی جذب در مقابل طول موج حاصل از پروتئین تک لایه بر روی FTO (طول موج بین 380 تا 650 نانومتر در دمای 25 درجه سانتیگراد)
همانطور که در شکل (5 و 6) مشاهده میکنید، توان فتوسل‌های ساخته شده با پروتئین باکتریورودوپسین تک لایه تقریبا µA 5/0 در مقایسه با پروتئین باکتریورودوپسین تجمع یافته افزایش داشته و همچنین ولتاژ فتوسل‌های ساخته شده با پروتئین باکتریورودوپسین تک لایه تقریباmv 25 در مقایسه با پروتئین باکتریورودوپسین تجمع یافته افزایش داشته است.
شکل5: نمودار جریان الکتریکی فتوسل های ساخته شده (فاصله 25 سانتیمتری نور لامپ 40 وات و شدت روشنایی lux450)
شکل6: نمودار ولتاژ فتوسل ساخته شده ( فاصله 25 سانتیمتری نور لامپ 40 وات و شدت روشنایی lux450)
بحث
توان فتوسل‌های تک لایه در این مطالعه µA7/0 و ولتاژ آن mV190 می‌باشد که با توان فتوسل‌های تجمع یافته (µA2/0)، µA5/0 و با ولتاژ آن (mV165)، mV25 تفاوت داشته یعنی فتوسل‌های تک لایه نسبت به تجمع بازدهی بیشتری دارد که میتواند ناشی از تک لایه کردن پروتئین باکتریورودوپسین توسط دستگاه لانگ مویر بلادجت و یا ناشی از حرارتهای متوالی در دماهای مختلف باشد که با ایجاد تخلخل در خمیر TiO2 باعث افزایش و در نتیجه توسعه بیشتر تک لایه پروتئین باکتریورودوپسین که باعث جذب نور بیشتر میشود، باشد. توانایی پروتئین باکتریورودوپسین برای بهکارگیری در دستگاههای بیولوژیکی، ناشی از ثبات آن نسبت به حرارت، مواد شیمیایی و تخریبهای فتوشیمیایی، همراه با ویژگیهای مطلوب فوتوالکتریکیو فتوکرومیکی است. علاوه بر این، رابطه بین عملکرد- ساختار باکتریورودوپسین و راههای اصلاح ساختار باکتریورودوپسین، بهشدت مورد مطالعه قرار گرفته است (26). مطالعه کنترل جهتگیری باکتریورودوپسین تک لایه گام مهمی در استفاده از چنین غشایی در پیکربندیحالت جامد دارد که از آن جمله میتوان بهکارگیری در فوتوالکتریک را مثال زد (28).
سیستمهای سیلیکونی استحکام کمتری در محیط دارند، مزیت فتوسل‌های ارگانیک باکتریورودوپسین آزمایش شده در مقایسه با سیستمهای سیلیکونی، استحکام بیشتر آنها در محیط است. پروتئین باکتریورودوپسین جزء سیستمهای نوظهور زیستی و مواد اپتوالکتریک بسیار تجدید پذیر و پایانناپذیر میباشند (29).
ولی بازدهی این سیستمها (فتوسل‌های تک لایه زیستی) نسبت به فتوسل‌های سیلیکونی که جزء فتوسل‌های نسل اول بوده و هنوز هم مورد استفاده قرار میگیرند کمتر است (30) که از عیوب این روش محسوب میشود، گرچه ممکن است با انعطاف پذیری، ارزانی، فرآوری آسان، سبک وزنی و سازگار با محیط زیست که از مزایای آن محسوب می شود (31) جبران شود.
نتیجهگیری
در این پژوهش با تک لایه کردن پروتئین باکتریورودوپسین توسط دستگاه لانگ مویر بلادجت روی سطح شیشه FTO که حاوی TiO2 که خود یک نیمه رسانا می‌باشد، بهعنوان بستری مناسب برای تثبیت تک لایههای هم جهت پروتئین باکتریورودوپسین بهعنوان پمپ پروتونی استفاده شد که در مقایسه با فتوسل‌های با پروتئین باکتریورودوپسین چند لایه، نشان داد که هر پروتئین مستقیما نور بیشتری دریافت و مقاومت داخلی کاهش یافته، توان فتوسل‌های تک لایه در این مطالعه µA7/0 و ولتاژ آن mV190 می‌باشد که با توان فتوسل‌های تجمع یافته (µA2/0)، µA5/0 و با ولتاژ آن (mV165)، mV25 تفاوت داشته یعنی فتوسل‌های تک لایه نسبت به تجمع بازدهی بیشتری داشت، این بازدهی فتوسلها در فاصله 25 سانتیمتری نور لامپ 40 وات و شدت روشنایی lux450 تست شد که نشان دهنده این است که میتوان از این فتوسل جهت اماکن عمومی و یا حتی در داخل منازل برای جلوگیری از هدر رفت انرژی استفاده کرد. با این تفاسیر مشخص شد که تکنیک لانگ مویر روشی بسیار مناسب برای تثبیت پروتئین باکتریورودوپسین بهصورت تک لایه بر روی بستر حاوی نانو ذرات (دی اکسید تیتانیوم) با حفظ حداکثر فعالیت می‌باشد، پیشنهاد میشود که برای بازدهی بیشتر از مولکولهای میانجی نانوساختاری مانند نانو ذرات رس یا نانو ذرات اکسید روی (بهخاطر خاصیت فتو کاتالیستی زیاد) و بهعنوان علم روز و عوامل بهبود دهنده کیفیت فیلم استفاده شود، شاید در بازدهی فتوسل‌های خورشیدی ارگانیک موثر واقع شوند.
تشکر و قدردانی
در پایان از دکتر سجاد جانفزا و همکاران که در انجام این تحقیق کمک و یاری نموده اند کمال تشکر و قدردانی بهعمل میآید.
)