基于蛋白质分子的生物电子器件的研制与开发已引起广泛的关注,成为生物电子技术领域的研究热点。由于蛋白质分子本身尺寸小,因而可将制备的电子器件微型化至纳米级尺寸,并可进一步降低器件的能耗和提高器件的响应速率。此外,蛋白质分子还具有较好的光学和电学性质,这些特性对于提升电子器件的性能至关重要。目前,蛋白质分子已被广泛用于多种类型生物电子器件的设计与研制,如生物传感器、生物分子电路以及生物燃料电池等。这些基于蛋白质分子的电子器件的性能主要受蛋白质分子电子传输(ETp)能力的影响,而ETp性能很大程度上又取决于它的带隙大小。因此,为了进一步增强蛋白质分子电子器件的性能并扩展其应用领域,有必要对蛋白质分子ETp带隙进行适当调控。改变蛋白质分子的构象、重组蛋白质的中心组成是改变蛋白质ETp带隙的常用方法,但构象改变后的ETp性能不能反映原有蛋白质的分子的特性;而蛋白质中心重组的步骤十分复杂,实验上不易重复。本论文提出利用分子掺杂的方法,在保持蛋白质构象不变的情况下,研究了掺杂分子对蛋白质ETp特性的影响及ETp带隙的调控。本论文以无氧化还原中心的牛血清白蛋白(BSA)为模型蛋白,利用分子对接方法、光谱技术、以及电化学等多种方法研究了维生素B12(Vb12)、茶碱(TPY)、系列共轭分子等对BSA的掺杂,以及掺杂对BSA的构象、ETp性能及带隙的影响。主要结论如下:1.研究了Vb12对BSA的掺杂对其构象、ETp特性和带隙的影响。首先利用分子对接(DS)方法从理论上研究了Vb12分子与BSA结合的可能性及Vb12分子在BSA中的结合位点,结果表明Vb12分子结合在BSA的IIA疏水腔;之后利用稳态荧光,紫外–可见吸收光谱(UV–Vis)等实验上证明了Vb12分子与BSA分子可以形成Vb12–BSA复合物;圆二色(CD)光谱进一步表明Vb12分子掺杂后,BSA的原有构象几乎没有改变;最后将Vb12–BSA复合物固定在n型硅片半导体表面,用电化学方法研究了ETp特性;电流–电压(I–V)测量结果表明Vb12的掺杂可显著提高BSA的ETp性能,与掺杂前相比,其ETp性能提高了约1.26个数量级;微分电导谱表明Vb12的掺杂能使BSA带隙从1.48 e V降低至0.98 e V。2.研究了TPY对BSA的掺杂对其构象、ETp特性和带隙的影响。首先利用DS方法从理论上研究了TPY分子与BSA结合的可能性及TPY分子在BSA中的结合位点,结果表明TPY分子结合在BSA的IIA疏水腔;之后利用稳态荧光,UV–Vis光谱等实验上证明了TPY分子与BSA分子可以形成TPY–BSA复合物;CD光谱进一步表明TPY分子掺杂后,BSA的原有构象几乎没有改变;拉曼光谱表明TPY–BSA复合物通过形成Au–S键定向固定在镀金的氧化铟锡(ITO)表面;最后用电化学方法对定向固定的复合物研究了ETp特性,I–V测量结果表明TPY的掺杂可显著提高BSA的ETp性能,与掺杂前相比,其ETp性能提高了约1.48个数量级;微分电导谱表明TPY的掺杂能使BSA带隙从1.48e V降低至0.97 e V。3.研究了系列共轭分子对BSA的掺杂对其构象、ETp特性和带隙的影响。首先利用DS方法从理论上研究了共轭分子与BSA结合的可能性及TPY分子在BSA中的结合位点,结果表明六种共轭分子(P1、P2、P3、AP、BP、HP)均结合在BSA的IIA疏水腔;之后利用稳态荧光等实验上证明了六种共轭分子均可与BSA分子形成BSA复合物;CD光谱进一步表明共轭分子掺杂后,BSA的原有构象变化可忽略不计;密度泛函理论(DFT)计算P1,P2,P3,AP,BP,HP分子的能级差值分别3.42 e V、1.93 e V、2.66 e V、2.34 e V、2.55 e V、2.51 e V;最后将蛋白质复合物通过形成Au–S键定向排布在镀金的ITO表面,使用电化学方法研究了ETp特性,I–V测量结果表明多种共轭分子的掺杂均可显著提高BSA的ETp性能;与掺杂前相比,各复合物的ETp性能提高了约1.16–1.42倍,共轭分子能级差值越小,ETp特性提高越多;微分电导谱表明P1、P2、P3、AP、BP、HP掺杂BSA可使BSA的带隙从约1.50 e V分别降至1.25 e V、0.74 e V、1.16 e V、0.83 e V、1.02 e V、0.90 e V,并且共轭分子本身能级差值越小,掺杂后其复合物的带隙降低的越多,ETp速率越快。本文的结果为调控蛋白质分子的ETp带隙提供了一种简单有效的方法,通过选择不同的掺杂分子能使蛋白质分子的带隙调控至所需要的范围,并且形成的蛋白质复合物还能用于各种电子器件的制作。