論文の概要: Protein-Based Electrical Junctions with Robust Biocompatible Carbon Electrodes Exhibit Activation-less Charge Transport down to 10 K

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2408.11409v2
• Date: Thu, 30 Oct 2025 14:37:41 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-31 16:05:09.200777
• Title: Protein-Based Electrical Junctions with Robust Biocompatible Carbon Electrodes Exhibit Activation-less Charge Transport down to 10 K
• Title（参考訳）: 活性のない電荷輸送を10Kまで抑制するロバストな生体適合性炭素電極を用いたタンパク質系電気接合
• Authors: Shailendra K. Saxena, Sudipta Bera, Tatyana Bendikov, Israel Pecht, Mordechai Sheves, David Cahen,
• Abstract要約: 本稿では,バクテリオロドプシン (bR) 単層膜 (SBL) を用いた強靭なクロスワイヤ蒸着トップコンタクトデバイスを提案する。 eC上面は、フィラメントの形成を抑制し、交差する交差領域の電気的整合性を確保する、共形で非侵襲的な接触を形成する。 注目すべきことに、9nmのbR-SBL接合を通した電子輸送は、熱活性化ホッピングを除いて300Kから10K以内の温度非依存である。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The integration of functional proteins into solid-state electronic devices remains a central challenge in molecular bioelectronics due to the fragile nature of protein structures and their complex charge-transport behaviour. Here, we present a robust crosswire evaporated top-contact device based on bacteriorhodopsin (bR) single bilayers (SBL), configured as Au/Cys/bR(SBL)/eC/Au (simplified as Au/bR/eC). The evaporated carbon (eC) top electrode forms a conformal, non-invasive contact that suppresses filament formation and ensures electrical integrity across the cross-wire intersecting area (about 200 micron^2). Structural and spectroscopic analyses confirm that the solid-state bR films maintain the native absorption spectrum and have functional photocycle activity after electrode deposition, implying that their native conformation is not significantly affected. Remarkably, electron transport (ETp) through the 9 nm bR-SBL junctions is temperature-independent within 300 K - 10 K, excluding thermally activated hopping, while the length is incompatible with coherent tunneling. Under green illumination, the junctions exhibit a reversible, photo-induced current enhancement (Jgreen/Jdark = 2), ascribed to light-driven conformational changes rather than direct photoexcitation. The Au/bR/eC architecture thus establishes a thermally non-activated, conformationally mediated transport mechanism via a stable, cryo-compatible solid-state protein junction. This work provides a scalable platform for integrating light-responsive biomolecules into future bio-optoelectronic and neuromorphic devices.
• Abstract（参考訳）: 機能タンパク質の固体電子デバイスへの統合は、タンパク質構造の脆弱な性質と複雑な電荷輸送挙動により、分子バイオエレクトロニクスにおける中心的な課題である。 そこで本研究では,Au/Cys/bR(SBL)/eC/Au(Au/bR/eC)として構成されたバクテリオロドプシン(bR)単層膜(SBL)をベースとした,強靭なクロスワイヤ蒸着トップコンタクトデバイスを提案する。 蒸発した炭素(eC)トップ電極は、フィラメント形成を抑制し、交差する断面積(約200ミクロン^2)にわたって電気的整合性を確保する共形非侵襲接触を形成する。 構造的および分光学的分析により、固体bR膜はネイティブ吸収スペクトルを維持し、電極沈着後に機能的な光サイクル活性を有することが確認された。 注目すべきことに、9nmのbR-SBL接合を通した電子輸送(ETp)は300Kから10Kの範囲で温度非依存であり、熱活性化ホッピングは除くが、長さはコヒーレントトンネルとは相容れない。 グリーン照明下では、接合は直光励起ではなく光駆動配座変化によって引き起こされる可逆的光誘起電流増強(Jgreen/Jdark = 2)を示す。 したがって、Au/bR/eCアーキテクチャは、安定で低温互換の固相性タンパク質結合を介して、熱的に非活性化され、構造的に媒介される輸送機構を確立する。 この研究は、光応答性生体分子を将来のバイオオプトエレクトロニクスおよびニューロモルフィックデバイスに統合するためのスケーラブルなプラットフォームを提供する。

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