バクテリアホドプシン多層経由で予想される量子トンネリング範囲をはるかに超えた温度独立電子輸送

科学分野:

• バイオ分子電子
• 固体物理学
• タンパク質の生理学

背景:

• 10nmまでの固体結合で効率的な電子輸送 (ETp) は,バイオ分子電子学の重要な課題です.
• 既存の電荷輸送メカニズムは,特に長距離で,タンパク質のような非結合分子でETpを説明するのに苦労しています.
• 協調量子トンネリングは,小さなタンパク質の接点 (2-3 nm) のために提案されていますが,より厚いフィルムには問題があります.

研究 の 目的:

• バクテリアホドプシン (bR) タンパク質の膜における電子伝送 (ETp) の限界を,結合幅の関数として調べる.
• 厚いタンパク質層 (9-60 nm) のETpメカニズムとその温度依存性を調査する.

主な方法:

• バクテリアホドプシン (bR) プロテインを用いて,大きな面積 (∼10~3cm) のゴールド・プロテイン・シリコン・ジャンクションの製造.
• bRを単層と複数層に組み立て,約9から60nmのジャンクション幅を生成します.
• 温度と交差点幅の関数として光放出スペクトルと交差点電流の測定.

主要な成果:

• 交差点の電流は,交差点の幅が増加するにつれて指数関数的に減少し,長さの衰退定数は低い (0.05-0.5 nm^-1).
• 電子輸送は,特に最も広い交差点では,特に160K以下では,ほぼ温度に依存しませんでした.
• 観測された行動は,これらの距離における主要な輸送メカニズムとして,ホッピングとコヒーレント量子トンネリングに挑戦します.

結論:

• 発見は,電子輸送がタンパク質を通して伝播するのではなく,タンパク質フィルムに電荷を注入することによって制限されていることを示唆しています.
• タンパク質膜の静電性は,キャリア注入をさらに制限し,効率的なETpのボトルネックを作成します.
• タンパク質層の数十ナノメートルの 効率的な電荷伝播の謎は 注入効率を上回るので 更に調査が必要です