測量單一分子內的光電流極為困難，但是德國及以色列的研究人員成功地做到了！這個新方法對於設計人造光收成系統(artificial light-harvesting system)及製造可作為奈米電路中電流源的光驅動單分子電子泵而言相當重要。
慕尼黑(Munich)大學的Joachim Reichert與特拉維夫(Tel Aviv)大學的Itai Carmeli等人研究一個單一功能化的光合蛋白質(photosynthetic protein)系統，也就是所謂的光系統I (photosystem I)反應中心。這是一個由葉綠素構成的蛋白質複合物，存在於藍綠藻(cyanbacteria)的葉綠素膜(chloroplast membranes)內，這種微生物可以將陽光轉化為化學能。此過程的初期階段是由光合蛋白吸收光線並且將光能轉換成能量及電子。光系統I有著優異的光電性質，但是僅存在於自然界，而科學家則想要在人造的光合元件中使用此光系統，未來可望作為奈米發電元件。但在那之前，他們首先必須能測量並監控單一分子所產生的光電流。
該研究團隊所建立的技術可將光系統I中的單一蛋白分子電性接合至鍍有金屬膜的玻璃片上。此玻璃片同時作為反向電極以及光源，而以半胱胺酸
基功能化的蛋白質則能與電極形成共價鍵結。研究人員利用掃瞄式近場光學顯微鏡(scanning near-field optical microscope) 量測光合蛋白質內的光電流。他們利用顯微鏡的探針對蛋白質進行光子激發，而且探針同時可作為電性接點並測量其中的光電流。
Reichert表示他們的原理驗證實驗顯示，單一分子所產生的光電流能被成功量測，在該實驗中所得到的電流值約為10 pA。在分子電路中併入這些結構，或其他相關的化學結構，可望能使用此光電流。詳見Nature Nanotechnology｜doi:10.1038/nnano.2012.165。
原始網站: http://nano.nchc.org.tw/
譯者:林主恩(中央大學光電科學研究所)
責任編輯:劉家銘