Electrical Equivalent Circuit for Dry Bacteriorhodopsin Sensor

Bacteriorhodopsin (BR) is a photosensitive protein which functions as a light-driven proton pump. Due to its photoactivity, BR could be used in photosensing and information processing which has inspired researchers to study the photoelectric response and the appropriate measurement instrumentation for BR. In this thesis, the measurement instrumentation connected to a dry BR sensor was confirmed to affect the photovoltage response measured by using voltage amplifiers. Changing of the input impedance of the measurement instrumentation was shown to alter a part of the measured photovoltage response. The photocurrent measurements using transimpedance amplifier and the presented electrical equivalent circuit were used to show that the photocurrent measurements have no significant effect on the photoelectric response. The photocurrent was shown to be a derivate of the photovoltage response measured from the dry BR sensor when it was compared to the response measured with a voltage amplifier. This confirmed that another part of the photovoltage response was not affected by the measurement instrumentation. The time-variant behavior of the dry BR sensor was confirmed in both the photocurrent and the photovoltage measurements. This was caused by the fact that the capacitance of the dry BR sensor changes with the excitation light intensity.

Bakteerirodopsiini on valoon reagoiva proteiini, joka toimii luonnossa protonipumppuna. BR:n valoaktiivisuuden takia sitä voitaisiin käyttää tietojenkäsittelyssä, mikä on innostanut tutkimaan BR:n valosähköistä vastetta ja sen mittauslaitteistoa. Tässä diplomityössä mittauslaitteiston havaittiin vaikuttavan kuivalta BR sensorilta mittavaan valosähköiseen vasteeseen. Mittauslaitteiston tuloimpedanssia muuttamalla havaittiin myös muutos osassa mitattua jännitevastetta. Transimpedanssivahvistimella tehtyjä virtamittauksia ja esitettyä sähköistä sijaiskytkentää käyttäen todistettiin, että virtamittaukset eivät vääristä kuivalta BR sensorilta mitattavaa signaalia. Virran osoitettiin olevan sensorilta mitattavan jännitteen aikaderivaatta vertaamalla sitä jännitevahvistimelta saatuihin tuloksiin. Tämä myös varmisti, ettei mittauslaitteiston tuloimpedanssi vaikuta kuin osaan mitattua jännitevastetta. Kuivan BR sensorin aikavarianttikäyttäytyminen havaittiin sekä virrassa että sensorilta mitattavassa jännitteessä. Tämän vahvistettiin johtuvan siitä, että kuivan BR sensorin kapasitanssi muuttuu valoärsykkeen intensiteetin mukaan.