細菌視紫質光敏蛋白於生物感測的新型應用

鄭凱如 ； 胡孔政 ； 蔡孟訓 ； 陳秀美

《化工》 58卷4期 (2011/08) Pp. 82-92

https://doi.org/10.29803/CE.201108.0008

摘要

有別於一般生物感測器需要由生物辨認元件、無機訊號轉換器及訊號處理器三大部分所組成的概念，在本文中首度引進一新穎的生物感測技術：以細菌視紫質（bacteriorhodopsin，BR），一種被發現於Halobacterium salinarum嗜鹽菌中紫色細胞膜（purple membrane，PM）內的跨膜蛋白做為生物訊號轉換器；或甚至自身結合生物辨認元件與訊號轉換器為一體的生物感測器。和哺乳類動物視覺蛋白（rhodopsin）一樣具有光敏感性，BR為一光驅動質子泵、擁有獨特的光循環並會將質子由細胞膜內推向膜外而造成一跨膜質子梯度差，可用以產生光電訊號，且此訊號和激發光的波長與強度有密切關係'適合作為生物光電訊號轉換器。此外，於光循環中有多種不同顏色的光學中間態產生，其形成與穩定性易受環境干擾，因此BR兼具生物辨認元件及訊號轉換器功能，若做為感測器材料將不需額外的訊號轉換器，只要外加訊號處理器即可直接應用為光學感測器。在本文研究實例中，以修飾有生物分子的奈米金做為以BR為訊號轉換器之光電感測器的測試模板，其效果十分顯著，接有辨認分子之PM晶片的光電流響應會隨著奈米金粒子濃度的升高而降低，且光電流強度與粒子濃度呈半對數線性關係，故可用來偵測待測物濃度，具有極高靈敏度，可達FM等級。進一步用以檢測菌株，發現菌體附著也會使PM光電流訊號下降，且再藉著專一性抗體吸附奈米金後，其下降幅度更為顯著。這些例子顯示BR在生物感測器應用上具有絕佳的潛能，同時由於優異的化學與光穩定性，其未來的重要性更是指日可待。