基于蛋白的电气连接具备鲁棒生物相容性碳电极，实现10 K以下无激活电荷传输
生物物理
2025-10-31 v2 量子物理
摘要
将功能性蛋白质集成到固态电子器件中仍是分子生物电子学中的核心挑战，主要due于蛋白质结构脆弱以及其复杂的电荷传输行为。本文报道了一种基于 bacteriorhodopsin（bR）单层膜（SBL）的稳健可跨线蒸发顶接触器件，配置为Au/Cys/bR(SBL)/eC/Au（简化为Au/bR/eC）。蒸发碳（eC）顶电极形成 conformal、non-invasive 的接触，抑制了杂化物形成，确保了交叉线交叉区域（约200微米^2）的电气完整性。结构和光谱分析确认，固态 bR 薄膜在电极沉积后保持原生吸收光谱并具备功能性光循环活性，表明其天然构象未受到显著影响。令人惊讶的是，经过9 nm bR-SBL 连接器件的电子传输（ETp）在300 K至10 K范围内表现为温度无关，排除了热激活跳跃，而尺度不兼容于相干隧穿。在绿色照明下，连接器件表现出可逆的光致电流增强（Jgreen/Jdark=2），归因于光驱动的构象变化而非直接光激发。Au/bR/eC 架构因此建立了一种无温度激活、通过稳定 cryo 兼容固态蛋白质连接器件实现的构象介导传输机制。该工作为将光响应生物分子集成到未来生物光电子和神经形态器件提供了可扩展平台。
引用
@article{arxiv.2408.11409,
title = {Protein-Based Electrical Junctions with Robust Biocompatible Carbon Electrodes Exhibit Activation-less Charge Transport down to 10 K},
author = {Shailendra K. Saxena and Sudipta Bera and Tatyana Bendikov and Israel Pecht and Mordechai Sheves and David Cahen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2408.11409},
year = {2025}
}
备注
It is a full manuscript comprising 23 pages, including 5 figures, 1 schematic, and a Table of Contents (ToC). The work is accompanied by an 11-page Supporting Information (SI) document containing 6 figures and 1 table