紫膜（嗜鹽菌視紫紅質(zhì)）為什么會成為現(xiàn)代生物學(xué)研究的熱點問題？

【專家解說】：應(yīng)用前景： 　　在光致變色性能方面有望用于：光學(xué)信息處理和光儲存；生物芯片和生物計算機；全息照相和存儲；邊緣增強器；光模式識別；三維光記憶；傅立葉變換和處理；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；光相關(guān)轉(zhuǎn)換和相關(guān)器；光邏輯門和二進制光記憶；光尋址直接顯示器。 　　在瞬態(tài)光電響應(yīng)方面有望用于：光開關(guān)和光電探測器；太陽能電池；超快光二極管；仿視覺功能人工視網(wǎng)膜、人工感受野；圖像傳感器、運動探測和像邊檢測。 　　在非線性光學(xué)方面有望用于：光過濾包括新事物濾波、振幅濾波、光學(xué)圖像單調(diào)濾波；相位共扼；光壓器件；二次諧波發(fā)生器；空間光調(diào)制器；光晶體管和離子敏感的場效應(yīng)晶體管。這是因為在嗜鹽菌紫膜中含有與視覺中的視紫紅質(zhì)相類似的蛋白質(zhì)（bacteriorhodopsin），并且紫膜中只有這一種唯一的蛋白質(zhì)，所以稱為細菌視紫紅質(zhì)。  細菌視紫紅質(zhì)既可以利用光能合成腺苷三磷酸（ATP），類似于光合作用的功能，也可以在無光情況下進行氧化磷酸化，進行細菌生長繁殖。由于菌視紫紅質(zhì)在紫膜中有獨特的結(jié)構(gòu)和功能，所以無論在光能轉(zhuǎn)換機理研究方面，還是作為納米生物材料的應(yīng)用方面都具有十分重要的意義。目前它在國際市場上的價格是每公斤將近1億美元，相當于黃金的1萬倍   紫膜的結(jié)構(gòu)和功能的特點，決定了紫膜材料可作為優(yōu)良的納米生物材料之一。它結(jié)構(gòu)上的穩(wěn)定性是一般的生物材料不可能達到的。也許由于二維六角型晶格結(jié)構(gòu)的緣故，在器件所要求的干膜狀態(tài)下，紫膜可以在－30℃到140℃的狀態(tài)下不失去活性，此時一般的蛋白質(zhì)早已變性。         紫膜作為納米生物材料可用于構(gòu)造生物分子器件的內(nèi)在原因在于：第一，光驅(qū)動質(zhì)子泵的功能可實現(xiàn)太陽能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能和電能；第二，光照產(chǎn)生的分子內(nèi)的電荷分離產(chǎn)生的光電特性可制成光電子器件；第三，細菌視紫紅質(zhì)光循環(huán)中間體之間產(chǎn)生的光致變色特性可用于光子器件。細菌視紫紅質(zhì)有幾個高的特性，即：高空間分辨率，大于5000線／毫米；高光靈敏度10－3焦耳／平方厘米；高的循環(huán)次數(shù)，大于106次循環(huán)；和高速光反應(yīng)，430飛秒。這些高特性有望制作出優(yōu)良性能的納米生物器件。除穩(wěn)定性和高特性之外，細菌視紫紅質(zhì)還有以下幾個特性有利于制作納米生物器件：         1．取材容易，可以大量繁殖和培養(yǎng)以及分離得到紫膜樣品，因此成本相對低廉，具有商業(yè)價值。         2．天然的微生物材料，培養(yǎng)提取以及制作時對自然界和人類不會造成損害和環(huán)境污染，是一種純“綠色”生物功能材料。         3．除溫度穩(wěn)定性外，在失水狀態(tài)、pH很寬的范圍里也保持活性。         4．細菌視紫紅質(zhì)可以通過基因工程技術(shù)、生物和化學(xué)改性等方法改變特性以利于更好的應(yīng)用。         5．可以通過不同的組裝技術(shù)，如分子識別組裝、電沉積、LB膜技術(shù)、BLM組裝成不同分子排列形式和結(jié)晶的分子膜系統(tǒng)，以便于符合于不同的器件要求。         6．可以與高分子聚合物進行特殊工藝的混合，從而在光學(xué)均勻性、分子排列結(jié)構(gòu)和物理強度等方面得到改善和加強。         7．有良好的雙光子吸收性能和良好的非線性光學(xué)特性。         8．細菌視紫紅質(zhì)有較大的吸收面積，可以利用很弱的光能，在光循環(huán)過程中吸收波長發(fā)生很大變化，存在多個明顯區(qū)分的中間態(tài)，有利于雙穩(wěn)態(tài)器件的制作。         9．正反向都有較強的量子產(chǎn)率并與波長無關(guān)。         在納米生物器件可能的應(yīng)用前景方面，最為突出的是細菌視紫紅質(zhì)的光致變色性能、瞬態(tài)光電響應(yīng)性能和非線性光學(xué)性能。         在光致變色性能方面有望用于：光學(xué)信息處理和光儲存；生物芯片和生物計算機；全息照相和存儲；邊緣增強器；光模式識別；三維光記憶；傅立葉變換和處理；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；光相關(guān)轉(zhuǎn)換和相關(guān)器；光邏輯門和二進制光記憶；光尋址直接顯示器。         在瞬態(tài)光電響應(yīng)方面有望用于：光開關(guān)和光電探測器；太陽能電池；超快光二極管；仿視覺功能人工視網(wǎng)膜、人工感受野；圖像傳感器、運動探測和像邊檢測。         在非線性光學(xué)方面有望用于：光過濾包括新事物濾波、振幅濾波、光學(xué)圖像單調(diào)濾波；相位共扼；光壓器件；二次諧波發(fā)生器；空間光調(diào)制器；光晶體管和離子敏感的場效應(yīng)晶體管。 紫膜的結(jié)構(gòu)特性         紫膜在嗜鹽菌原生質(zhì)膜上以碎片形式存在，直徑大約為0．5微米，厚度5納米（相當于10的負9次方米），它與原生質(zhì)膜上其余部分紅膜共面。碎片中的唯一蛋白質(zhì)細菌視紫紅質(zhì)以三體形