[发明专利]一种宽吸收光谱重组光合蛋白分子及其构建方法

说明书

本发明公开了一种宽吸收光谱重组光合蛋白分子，由重组叶绿素结合蛋白、藻胆蛋白融合蛋白与叶绿素a在体外进行结合得到，首先，利用分子生物学和基因工程的手段，结合藻胆蛋白色基体内组合催化技术，构建叶绿素结合蛋白、全色基藻胆蛋白融合分子，并在大肠杆菌工程菌株BL21中进行异源表达，再将叶绿素a与叶绿素结合蛋白、藻胆蛋白融合分子进行体外重组，得到既包含LHCⅡ又包含藻胆蛋白吸收光谱的宽吸收光谱光敏剂，为大规模制备重组藻胆蛋白及LHCⅡ色素蛋白分子提供了成熟的方法，并为探究生物基染料敏化太阳能电池的应用以及拓宽染料敏化剂吸收光谱范围提供了新的思路。

技术领域

本发明涉及生物材料领域，涉及一种光合蛋白分子，具体涉及一种宽吸收光谱重组光合蛋白分子及其构建方法。

背景技术

能源危机和环境问题都是当前人类面临的日益紧迫的重要问题，随着不可再生资源的日渐减少和环境污染的不断加剧，人们开发新型清洁能源的任务迫在眉睫。太阳能作为一种取之不尽、环境友好和分布广泛的可再生资源，各国研究者一直都非常热衷于将太阳能进行开发利用，应用于人类生活的各个方面。

染料敏化太阳能电池(Dye Sensitized Solar Cell,DSSC)继硅系列太阳能电池和化合物薄膜太阳能电池之后出现，是典型的第三代太阳能电池，相比于单晶硅太阳能电池，染料敏化太阳能电池具有制备工艺简单、成本低廉以及环境友好等优点。DSSC的基本结构主要包括：透明导电玻璃、TiO₂纳米晶粒薄膜、光敏染料、电解液以及对电极。染料敏化剂吸收太阳光后，激发态的染料分子会将电子转移到TiO₂纳米晶粒上，然后形成电子传输通道，电子将会在透明导电玻璃上进行收集，染料失去电子变为氧化态，并在电解液中还原态物质的作用下便变回基态，最后电解质在对电极处得到还原，从而完成整个太阳能电池反应的全过程。DSSC研究中一个至关重要的问题就是染料敏化剂。

对于敏化剂的选择，相对于化学染料来说，天然生物染料分子更加天然环保，不污染环境，来源广泛。而作为最理想的敏化剂应该具备的最重要的两个特征：一、染料分子的吸收光谱可以覆盖整个可见光区。二、染料分子的光量子产率尽可能高。但是目前天然生物染料敏化太阳能电池光敏剂普遍存在吸收光谱范围窄的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种宽吸收光谱重组光合蛋白分子及其构建方法，旨在解决现有技术中生物染料敏化剂吸收光谱范围窄的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种宽吸收光谱重组光合蛋白分子，由叶绿素结合蛋白、全色基藻胆蛋白融合蛋白与叶绿素a在体外进行结合得到，

其中，融合蛋白为藻蓝蛋白α亚基cpcA基因与叶绿素结合蛋白LhcⅡ基因经重叠PCR融合后分别与本实验前期构建并保存的重组质粒pCDFDuet-cpcA-cpcEF-hox1-pcyA和pCDFDuet-cpcA-cpcEF-hox1-pebS连接所构建表达的蛋白分子。

重组表达的LHCⅡ/PCA融合蛋白在体外可以结合8个叶绿素a分子。在AM1.5，光照强度为100mW/cm²的条件下，测得重组后LHCⅡ复合物敏化电池效率η为0.179％；相同浓度下，叶绿素a敏化电池的效率η为0.198％。相较之下，叶绿素a比人工体外重组的LHCⅡ的光电效率高，分析其原因，是由于同样的叶绿素a，其吸收光谱相同，但是叶绿素a比重组LHCⅡ的分子质量小，在染料敏化太阳能电池的光电阳极上的吸附效果好，所以表现出相对较好的光电性能。本发明构建了藻胆蛋白与叶绿素结合蛋白的融合分子，并且将融合蛋白LHCⅡ-PCA-PEB与叶绿素a在体外重组成功。

本发明的宽吸收光谱重组光合蛋白分子有益效果在于：

(1)天然有机染料来源广泛，且吸收光谱响应范围比无机材料的吸收范围宽。