紫膜（嗜盐菌视紫红质）为什么会成为现代生物学研究的热点问题？

【专家解说】：应用前景： 　　在光致变色性能方面有望用于：光学信息处理和光储存；生物芯片和生物计算机；全息照相和存储；边缘增强器；光模式识别；三维光记忆；傅立叶变换和处理；神经网络；光相关转换和相关器；光逻辑门和二进制光记忆；光寻址直接显示器。 　　在瞬态光电响应方面有望用于：光开关和光电探测器；太阳能电池；超快光二极管；仿视觉功能人工视网膜、人工感受野；图像传感器、运动探测和像边检测。 　　在非线性光学方面有望用于：光过滤包括新事物滤波、振幅滤波、光学图像单调滤波；相位共扼；光压器件；二次谐波发生器；空间光调制器；光晶体管和离子敏感的场效应晶体管。这是因为在嗜盐菌紫膜中含有与视觉中的视紫红质相类似的蛋白质（bacteriorhodopsin），并且紫膜中只有这一种唯一的蛋白质，所以称为细菌视紫红质。  细菌视紫红质既可以利用光能合成腺苷三磷酸（ATP），类似于光合作用的功能，也可以在无光情况下进行氧化磷酸化，进行细菌生长繁殖。由于菌视紫红质在紫膜中有独特的结构和功能，所以无论在光能转换机理研究方面，还是作为纳米生物材料的应用方面都具有十分重要的意义。目前它在国际市场上的价格是每公斤将近1亿美元，相当于黄金的1万倍   紫膜的结构和功能的特点，决定了紫膜材料可作为优良的纳米生物材料之一。它结构上的稳定性是一般的生物材料不可能达到的。也许由于二维六角型晶格结构的缘故，在器件所要求的干膜状态下，紫膜可以在－30℃到140℃的状态下不失去活性，此时一般的蛋白质早已变性。         紫膜作为纳米生物材料可用于构造生物分子器件的内在原因在于：第一，光驱动质子泵的功能可实现太阳能转换成化学能和电能；第二，光照产生的分子内的电荷分离产生的光电特性可制成光电子器件；第三，细菌视紫红质光循环中间体之间产生的光致变色特性可用于光子器件。细菌视紫红质有几个高的特性，即：高空间分辨率，大于5000线／毫米；高光灵敏度10－3焦耳／平方厘米；高的循环次数，大于106次循环；和高速光反应，430飞秒。这些高特性有望制作出优良性能的纳米生物器件。除稳定性和高特性之外，细菌视紫红质还有以下几个特性有利于制作纳米生物器件：         1．取材容易，可以大量繁殖和培养以及分离得到紫膜样品，因此成本相对低廉，具有商业价值。         2．天然的微生物材料，培养提取以及制作时对自然界和人类不会造成损害和环境污染，是一种纯“绿色”生物功能材料。         3．除温度稳定性外，在失水状态、pH很宽的范围里也保持活性。         4．细菌视紫红质可以通过基因工程技术、生物和化学改性等方法改变特性以利于更好的应用。         5．可以通过不同的组装技术，如分子识别组装、电沉积、LB膜技术、BLM组装成不同分子排列形式和结晶的分子膜系统，以便于符合于不同的器件要求。         6．可以与高分子聚合物进行特殊工艺的混合，从而在光学均匀性、分子排列结构和物理强度等方面得到改善和加强。         7．有良好的双光子吸收性能和良好的非线性光学特性。         8．细菌视紫红质有较大的吸收面积，可以利用很弱的光能，在光循环过程中吸收波长发生很大变化，存在多个明显区分的中间态，有利于双稳态器件的制作。         9．正反向都有较强的量子产率并与波长无关。         在纳米生物器件可能的应用前景方面，最为突出的是细菌视紫红质的光致变色性能、瞬态光电响应性能和非线性光学性能。         在光致变色性能方面有望用于：光学信息处理和光储存；生物芯片和生物计算机；全息照相和存储；边缘增强器；光模式识别；三维光记忆；傅立叶变换和处理；神经网络；光相关转换和相关器；光逻辑门和二进制光记忆；光寻址直接显示器。         在瞬态光电响应方面有望用于：光开关和光电探测器；太阳能电池；超快光二极管；仿视觉功能人工视网膜、人工感受野；图像传感器、运动探测和像边检测。         在非线性光学方面有望用于：光过滤包括新事物滤波、振幅滤波、光学图像单调滤波；相位共扼；光压器件；二次谐波发生器；空间光调制器；光晶体管和离子敏感的场效应晶体管。 紫膜的结构特性         紫膜在嗜盐菌原生质膜上以碎片形式存在，直径大约为0．5微米，厚度5纳米（相当于10的负9次方米），它与原生质膜上其余部分红膜共面。碎片中的唯一蛋白质细菌视紫红质以三体形