细菌视紫红质(bacteriorhodopsin,bR)是嗜盐菌细胞膜上以碎片形式存在的紫膜(Purple membrane, PM)中的跨膜蛋白。它是一种光敏蛋白,在光照下能通过光循环过程,驱动质子定向移动,并将光能转化为化学能,是一类天然的、易于获取的能量转换器。自1971年被首次发现以来,人们逐渐对其功能特性、结构等进行了广泛而深入的研究。bR的主要功能有：光驱动质子泵功能、光电响应功能、光致变色功能等,其中,伴随光驱动质子移动产生的光电响应功能是研究的热点。到目前为止,由于bR自身的特点,人们对其光电响应方面的研究还集中于用可见光触发, 这既约束了对bR进行研究的光学波长区间范围,又不利于这种潜力巨大的光敏生物材料的发展应用。本文将bR与上转换发光材料(Upconversional nanoparticles, UCNPs)结合在一起,构建了一种红外光触发bR驱动质子泵功能进而产生光电信号的体系,首次将细菌视紫红质光电响应范围拓展到了红外光区,并且对该体系中的光电响应模式作了进一步研究。具体包括以下方面：(1)嗜盐菌(Halobacterial halobium S9)的培养和bR的提取。本研究首先进行了嗜盐菌的接种培养,然后通过收集菌体、酶解、破膜、去除杂质、清洗、蔗糖密度梯度离心等过程获得了bR生物材料。紫外可见吸收光谱、原子力显微镜的表征证实制备的bR可用于后续光电实验研究。依据朗伯比尔定律计算,实验提取的bR浓度为1.65 mg/mL,也可满足后续的实验要求。(2)构建基于bR/UCNPs的光电器件,实现bR的红外光触发光电响应。以水热法合成了聚乙烯亚胺修饰、铒掺杂的钇氟酸钠UCNPs,对该材料的形貌、粒径、晶形、荧光峰位置和发光强度进行了相关表征,证实其可用于后续光电器件的构建。在红外光激发下,UCNPs发射出波长在bR光响应范围内的可见光,从而触发bR产生光电信号。实验中从转化红外光、透过可见光、过滤红外光到检测光电信号等过程,均在一个装置中实现的,因此也提供了一种搭建光电传感器的新思路。(3)制备发射蓝光、绿光的UCNPs,并将其与bR结合,把红外光触发下bR的光电响应信号由瞬时脉冲模式调整为连续方波模式。制备以钇氟酸钠为基质、柠檬酸钠辅助的UCNPs,并通过调整掺杂元素的种类,获得红外光激发下,分别发出蓝光(波长范围450～500nm)和绿光(波长范围520～580nm)的材料。实验证实,该材料具有良好的发光性能,为规则的六棱柱,且晶体结构生长完整、粒径均一。将上述两种UCNPs按照一定比例与bR结合后,构建了纳米复合光电响应器件。在红外光激发下,混合的UCNPs能同时发出蓝光和绿光,其中绿光激发bR进入光循环由基态转化到M态,而蓝光则促进M态回到基态。整个过程伴随发生质子的连续泵出和捕获,在电极附近形成持续、不平衡的质子电化学梯度变化,从而改变了单一波长激发下,bR只能转化光能为瞬态电容电流的模式,获得了红外光照射下持续的光电流信号。该研究首次实现了通过单一红外光源获得bR持续的光电流信号。本研究证明了通过与UCNP的结合将bR的光电响应范围调整到红外光区,并进一步调整其光电响应模式是可行的,这为bR和UCNP提供了新的应用途径。本研究可能会为bR在红外光控生物分子开关、光电转换装置、太阳能电池等方面应用提供新的可能。此外,将bR与pH敏感聚合物结合,还可能实现红外光控药物的靶向释放。