JPH03225872A - 生物電気素子用ヘム蛋白質固体膜 - Google Patents
生物電気素子用ヘム蛋白質固体膜Info
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- JPH03225872A JPH03225872A JP2019217A JP1921790A JPH03225872A JP H03225872 A JPH03225872 A JP H03225872A JP 2019217 A JP2019217 A JP 2019217A JP 1921790 A JP1921790 A JP 1921790A JP H03225872 A JPH03225872 A JP H03225872A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
！産業上の利用分野コ
この発明は生物電気素子に有用な、メモリー機能を有し
且つ外部刺激によりスイ・７チ動作が可能なヘム蛋白質
問体膜に関する。
且つ外部刺激によりスイ・７チ動作が可能なヘム蛋白質
問体膜に関する。
１従来の技術］
現在の集積回路素子においては、例えばＤＲＡＭの高容
量化にみられるように、Ｓｌを素材としてレジスト等の
微細加工技術により高集積化が実現されている。最近で
はサブミクロンの微細化により、６４Ｍ ＤＲＡＭの
研究開発も行われている。しかしこの超微細化の行方も
、Ｓｉが共有結合性の固体であることから、キャリアー
の平均自由行程以下にはできないこと、また宇宙線等の
ダメージに対し安定であるためにはサイズに限度がある
ことより、０．２μｍ程度が限度であると考えられてい
る。
量化にみられるように、Ｓｌを素材としてレジスト等の
微細加工技術により高集積化が実現されている。最近で
はサブミクロンの微細化により、６４Ｍ ＤＲＡＭの
研究開発も行われている。しかしこの超微細化の行方も
、Ｓｉが共有結合性の固体であることから、キャリアー
の平均自由行程以下にはできないこと、また宇宙線等の
ダメージに対し安定であるためにはサイズに限度がある
ことより、０．２μｍ程度が限度であると考えられてい
る。
こうした高集積化への限界を超えるために、新しい原理
に基づいた電気素子の考え、つまり分子あるいは生体内
部で特異な機能を持つ蛋白質を素子のコンポーネントと
して用いる考えが現れ、今日これらは分子素子、あるい
は生物電気素子として研究されいる。（文献１． Ｍｃ
Ａｌｅａｒ、Ｊ、）１． ａｎｄＷｅｈｒｕｎｇ、Ｊ、
Ｍ、、 Ｌｌ、Ｓ、 Ｐａｔｅｎｔ ４１．０３０６４
（１９８７） ）ｎｍのサイズを有するこれらのコン
ポーネントを用いることによって、前述のような限界を
超えて高密度化を実現可能とするものである。しかしな
がら、これまで知られている生物電気素子のコンホー名
ントとしては導電性を有するもののみで、素子回路を形
成する上で必要となる他の機能、例えばメモリーやスイ
ッチ機能を有するものはなが［発明が解決しようとする
課８］ 本発明は上記の問題点を考慮してなされたもので、生物
電気素子のコンポーネントとして有用なメモリー機能を
有し、且つ外部刺激によりスイッチ可能なヘム蛋白質固
体膜を提供することにある。
に基づいた電気素子の考え、つまり分子あるいは生体内
部で特異な機能を持つ蛋白質を素子のコンポーネントと
して用いる考えが現れ、今日これらは分子素子、あるい
は生物電気素子として研究されいる。（文献１． Ｍｃ
Ａｌｅａｒ、Ｊ、）１． ａｎｄＷｅｈｒｕｎｇ、Ｊ、
Ｍ、、 Ｌｌ、Ｓ、 Ｐａｔｅｎｔ ４１．０３０６４
（１９８７） ）ｎｍのサイズを有するこれらのコン
ポーネントを用いることによって、前述のような限界を
超えて高密度化を実現可能とするものである。しかしな
がら、これまで知られている生物電気素子のコンホー名
ントとしては導電性を有するもののみで、素子回路を形
成する上で必要となる他の機能、例えばメモリーやスイ
ッチ機能を有するものはなが［発明が解決しようとする
課８］ 本発明は上記の問題点を考慮してなされたもので、生物
電気素子のコンポーネントとして有用なメモリー機能を
有し、且つ外部刺激によりスイッチ可能なヘム蛋白質固
体膜を提供することにある。
Ｕ問題を解決するための手段〕
前述の課題を達成するため、本発明者らは、生体内にお
いて中心Ｆｅイオンの電子状態により酸化状態（Ｆｅ３
°）と還元状態（Ｆｅ”）を有し、生体膜中において電
子の伝達を行う等の機能をもち、温度変化により構造転
移を起こす特徴を有するヘム蛋白質を鋭意研究する中で
、種々の酸化還元電位を有するヘム蛋白質固体膜を作製
し、物性測定を行ってきた。その結果、種々のヘム蛋白
質固体膜の電気伝導度測定を温度変化の下で行い、生物
電気素子に有用な、メモリー機能を有し、且つ外部刺激
によりスイッチ可能なヘム蛋白質固体膜を見出すに至っ
た。
いて中心Ｆｅイオンの電子状態により酸化状態（Ｆｅ３
°）と還元状態（Ｆｅ”）を有し、生体膜中において電
子の伝達を行う等の機能をもち、温度変化により構造転
移を起こす特徴を有するヘム蛋白質を鋭意研究する中で
、種々の酸化還元電位を有するヘム蛋白質固体膜を作製
し、物性測定を行ってきた。その結果、種々のヘム蛋白
質固体膜の電気伝導度測定を温度変化の下で行い、生物
電気素子に有用な、メモリー機能を有し、且つ外部刺激
によりスイッチ可能なヘム蛋白質固体膜を見出すに至っ
た。
すなわち本発明は、メモリー機能及び外部刺激によるス
イッチ動作を有するヘム蛋白質固体膜である。
イッチ動作を有するヘム蛋白質固体膜である。
さらに詳細に説明すれば、本発明のヘム蛋白質固体膜は
電気伝導度の異なる２状態を有することによりメモリー
機能が発揮され、この２状態は温度変化により生しさせ
ることができるものである。
電気伝導度の異なる２状態を有することによりメモリー
機能が発揮され、この２状態は温度変化により生しさせ
ることができるものである。
本発明のヘム蛋白質固体膜を形成しろるヘム蛋白質の具
体例としてはチトクロームＣ３５、が挙げられる。
体例としてはチトクロームＣ３５、が挙げられる。
本発明のヘム蛋白質問体膜は、温度のサイクル変化によ
り電気伝導度のヒステリシス特性を有する。高温側と低
温側での電気伝導の変差は１０２オーダーであり、温度
刺激に対しスイッチ動作が可能であることを示している
。温度変化速度をより遅くすると降温時の電気伝導度変
化はより急峻になる特性を持つ。
り電気伝導度のヒステリシス特性を有する。高温側と低
温側での電気伝導の変差は１０２オーダーであり、温度
刺激に対しスイッチ動作が可能であることを示している
。温度変化速度をより遅くすると降温時の電気伝導度変
化はより急峻になる特性を持つ。
酸化体チトクロームＣ５５１固体ｎりは、ＤＳＣ測定の
結果よりエンタルピー変化は吸熱、発熱ピーク各々はぼ
等量であったことから電気伝導度のヒステリシス変化が
熱による相転移に基づく可逆過程であることが判る。
結果よりエンタルピー変化は吸熱、発熱ピーク各々はぼ
等量であったことから電気伝導度のヒステリシス変化が
熱による相転移に基づく可逆過程であることが判る。
一方還元体千トクロームＣ５５，固体膜も温度変化によ
るヒステリシス曲線が観測され、酸化体チトクロームＣ
５Ｓ ｌと同様にメモリー機能及びスイッチ機能を有し
ている。
るヒステリシス曲線が観測され、酸化体チトクロームＣ
５Ｓ ｌと同様にメモリー機能及びスイッチ機能を有し
ている。
ここで用いたヘム蛋白質固体膜の作製法は、木木発明者
らの考享による方法によった。
らの考享による方法によった。
（Ｙ、Ｎａｋａｈａｒａ、 Ｋ、Ｋｉｍｕｒａ ａ
ｎｄ Ｈ，ｒｎｏｋｕｃｈう、。
ｎｄ Ｈ，ｒｎｏｋｕｃｈう、。
Ｃｈｅｍ、、 Ｐｈｙｓ、 Ｌｅｔｔ、 ４７．
２５１ （１９７７） ）その概略を以下に述べる市販
のチトクロームＣ３１，を酸化剤を用いて酸化状態にす
る。蛋白成分以外を除去した溶液を不活性ガスを封入し
た固体膜作製セル中に導入する。このセル内を真空乾燥
することにより、酸化体のヘム蛋白質固体膜をセル内壁
又はセル内にセットされた水晶板上に厚さ１）００−ｌ
５Ｑで形成させることができる。
２５１ （１９７７） ）その概略を以下に述べる市販
のチトクロームＣ３１，を酸化剤を用いて酸化状態にす
る。蛋白成分以外を除去した溶液を不活性ガスを封入し
た固体膜作製セル中に導入する。このセル内を真空乾燥
することにより、酸化体のヘム蛋白質固体膜をセル内壁
又はセル内にセットされた水晶板上に厚さ１）００−ｌ
５Ｑで形成させることができる。
本発明のヘム蛋白質固体膜と共に、光学的もしくは電気
的刺激を熱量へ変換するトランスデユーサ−を併置する
ことにより、こうした外部刺激にも応答しうる素子の制
作が可能である。また外部刺激のアクセス線を固体膜の
上下に２次元格子状に作製し、さらに積層化する事によ
り高容量化が実現される。
的刺激を熱量へ変換するトランスデユーサ−を併置する
ことにより、こうした外部刺激にも応答しうる素子の制
作が可能である。また外部刺激のアクセス線を固体膜の
上下に２次元格子状に作製し、さらに積層化する事によ
り高容量化が実現される。
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
［実施例１］
酸化体チトクロームＣ５５、固体膜の作製と電気伝導度
測定 固体膜作製法はＹ、Ｎａｋａｈａｒａらと同様に行った
。
測定 固体膜作製法はＹ、Ｎａｋａｈａｒａらと同様に行った
。
高純度蒸溜水１０ｃｃに市販のチトクロームＣ５５゜（
Ｓｉｇｍａ Ｃｈｅｍｉｃａｌ、 酢酸ア７−Ｅ−
Ｚウムン容ン夜、ｐＨ４，５）を数■の割合で溶かした
後、酸化剤としてＫＪｅ（ＣＮ）６を過剰量加え、チト
クロームＣ６５１を酸化状態に調製する。溶液はカラム
（セファデックス Ｇ−２５）を通して蛋白成分以外を
取除いた後、予め不活性ガス（Ｎ ｚまたはＡｒ）を封
入した真空コック付の同体膜作製セルに導入する。固体
膜作製セルは、図１ （，３）に示すような内壁にリ
ング状に２木の金電極を設置したものを用いるか、ある
いは図１ （ｂ）のように水晶板の上に４木の金電極を
描いたものをセル内にセットしておく。溶ン伎をセル内
に電極を浸す星ｍ人の後、静かに真空コックを間き、溶
液中の水分を真空除去する。水分がほぼ無くなった後、
更に４時間以上真空乾燥を続ける。セル内壁あるいは水
晶板」−には、チトクロームＣ１，１の同体膜が１００
〜１５０７１ｍの厚さで形成される。膜厚は表面粗さ計
（ｌｌｅｋｔａｋ）で測った。
Ｓｉｇｍａ Ｃｈｅｍｉｃａｌ、 酢酸ア７−Ｅ−
Ｚウムン容ン夜、ｐＨ４，５）を数■の割合で溶かした
後、酸化剤としてＫＪｅ（ＣＮ）６を過剰量加え、チト
クロームＣ６５１を酸化状態に調製する。溶液はカラム
（セファデックス Ｇ−２５）を通して蛋白成分以外を
取除いた後、予め不活性ガス（Ｎ ｚまたはＡｒ）を封
入した真空コック付の同体膜作製セルに導入する。固体
膜作製セルは、図１ （，３）に示すような内壁にリ
ング状に２木の金電極を設置したものを用いるか、ある
いは図１ （ｂ）のように水晶板の上に４木の金電極を
描いたものをセル内にセットしておく。溶ン伎をセル内
に電極を浸す星ｍ人の後、静かに真空コックを間き、溶
液中の水分を真空除去する。水分がほぼ無くなった後、
更に４時間以上真空乾燥を続ける。セル内壁あるいは水
晶板」−には、チトクロームＣ１，１の同体膜が１００
〜１５０７１ｍの厚さで形成される。膜厚は表面粗さ計
（ｌｌｅｋｔａｋ）で測った。
［実施例２〕
実施例１で得た千トクし】−ノＡＣ１ＳＩ固体膜の電気
伝導度測定は乾燥Ｎ２ガス雰囲気下で温度変化の下でホ
（１っだ。／品度変化は室温−７０°Ｃ−室温のサイク
ルで行った。図２のように昇温時５７℃付近で電気伝導
度の急な立上りが、また降温時４５°Ｃ付近で急な立下
がりが見られ、全体として電気伝導度のヒステリシス曲
線が安定に観測された。またＷ温時あるいは降温時のい
ずれでも５０°Ｃ付近で２時間以上静置した状態でも電
気伝導度の変化は起きず、２状態が安定なメモリー状態
であることがわかった。また高温側と低温側での電気伝
導度の変差は１０”のオーダーであり、温度刺激に対し
スイッチ可能である。温度変化速度を１℃／ｍｉｎから
０．１℃／ｗｉｎへ遅くすると降温時の電気伝導度変化
はより急峻になる。
伝導度測定は乾燥Ｎ２ガス雰囲気下で温度変化の下でホ
（１っだ。／品度変化は室温−７０°Ｃ−室温のサイク
ルで行った。図２のように昇温時５７℃付近で電気伝導
度の急な立上りが、また降温時４５°Ｃ付近で急な立下
がりが見られ、全体として電気伝導度のヒステリシス曲
線が安定に観測された。またＷ温時あるいは降温時のい
ずれでも５０°Ｃ付近で２時間以上静置した状態でも電
気伝導度の変化は起きず、２状態が安定なメモリー状態
であることがわかった。また高温側と低温側での電気伝
導度の変差は１０”のオーダーであり、温度刺激に対し
スイッチ可能である。温度変化速度を１℃／ｍｉｎから
０．１℃／ｗｉｎへ遅くすると降温時の電気伝導度変化
はより急峻になる。
［比較例１
図２に［実施例１］と同様に作製した酸化体チトクロー
ムＣ固体膜の測定データを示すが、ヘム蛋白の構造の相
違のため電気伝導度の温度変化によるヒステリシス現象
はみられない。
ムＣ固体膜の測定データを示すが、ヘム蛋白の構造の相
違のため電気伝導度の温度変化によるヒステリシス現象
はみられない。
［実施例３］
［実施例１］で作製した酸化体チトクロームＣ６，１固
体膜についてＤＳＣ（示差走査型熱量）測定を行った。
体膜についてＤＳＣ（示差走査型熱量）測定を行った。
図３に示すように昇温時５７℃付近の鋭い吸熱ピークと
、降温時４５℃付近の鋭い発熱ピークが観測され、電気
伝導度の変化のパターンに対応している。またエンタル
ピー変化は吸熱、発熱ピーク各々７４．６Ｊ／ｇ、 ７
３．６Ｊ／ｇとほぼ等量であり、電気伝導度のヒステリ
シス変化が熱による相転移に基づく弓道な過程であるこ
とを示しごいる。
、降温時４５℃付近の鋭い発熱ピークが観測され、電気
伝導度の変化のパターンに対応している。またエンタル
ピー変化は吸熱、発熱ピーク各々７４．６Ｊ／ｇ、 ７
３．６Ｊ／ｇとほぼ等量であり、電気伝導度のヒステリ
シス変化が熱による相転移に基づく弓道な過程であるこ
とを示しごいる。
［実施例４Ｊ
［実施例１］で用いた酸化剤の代わりに還元剤とじてＮ
ａｚＳ２０ａを用いることにより還元体千トクロームＣ
５５１固体膜を同様の方法で作製し電気伝導度測定を行
った。図４に示すように、全体的に電気伝導度は酸化体
に比べて１０倍捏上昇し、酸化体と同様の温度変化によ
るヒステリシス曲線が観測され、メモリー機能とスイッ
チ機能かあることがわかった。
ａｚＳ２０ａを用いることにより還元体千トクロームＣ
５５１固体膜を同様の方法で作製し電気伝導度測定を行
った。図４に示すように、全体的に電気伝導度は酸化体
に比べて１０倍捏上昇し、酸化体と同様の温度変化によ
るヒステリシス曲線が観測され、メモリー機能とスイッ
チ機能かあることがわかった。
［発明の効果］
１ン上説明したように、本発明によれば生物電気素子の
コンポーネントとして有用なメモリー機能を有し、且つ
外部刺激によりスイッチ可能なヘム蛋白質固体膜を提供
しうる。
コンポーネントとして有用なメモリー機能を有し、且つ
外部刺激によりスイッチ可能なヘム蛋白質固体膜を提供
しうる。
１図は固体膜の電気伝導度測定用サンプルセルの説明図
。（ａ）は２電極用、（ｂ）は４電極用。 ２図二よ 酸化体千トクロームＣ５５１とチトクローム
Ｃの温度変化の下での電気伝導度測定のグラフ。 チトクロームＣｓｓ＋ ：・１°Ｃ／分。 ００．２５°Ｃ／分。 ＋０．１°Ｃ／分のスキャン速度。 チトクロームＣ：◎昇温 Δ降温でいずれも１°Ｃ／分の スキャン速度。 ３図は酸化体千トクロームＣ１，１のＤＳＣ測定グラフ
。１°Ｃ／分のスキャン速度。 ４図は還元体チトクロームＣ１３，の温度変化の下での
電気伝導度測定のグラフ。
。（ａ）は２電極用、（ｂ）は４電極用。 ２図二よ 酸化体千トクロームＣ５５１とチトクローム
Ｃの温度変化の下での電気伝導度測定のグラフ。 チトクロームＣｓｓ＋ ：・１°Ｃ／分。 ００．２５°Ｃ／分。 ＋０．１°Ｃ／分のスキャン速度。 チトクロームＣ：◎昇温 Δ降温でいずれも１°Ｃ／分の スキャン速度。 ３図は酸化体千トクロームＣ１，１のＤＳＣ測定グラフ
。１°Ｃ／分のスキャン速度。 ４図は還元体チトクロームＣ１３，の温度変化の下での
電気伝導度測定のグラフ。
Claims (3)
- （１）メモリー機能及び、外部刺激によりスイッチ動作
を有するヘム蛋白質固体膜。 - （２）メモリー機能が電気伝導度の異なる２状態であり
、かつ外部刺激が温度変化である請求項（１）記載のヘ
ム蛋白質固体膜。 - （３）ヘム蛋白質がチトクロームＣ＿５＿５＿１である
請求項（１）、（２）記載のヘム蛋白質固体膜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019217A JPH03225872A (ja) | 1990-01-31 | 1990-01-31 | 生物電気素子用ヘム蛋白質固体膜 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019217A JPH03225872A (ja) | 1990-01-31 | 1990-01-31 | 生物電気素子用ヘム蛋白質固体膜 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03225872A true JPH03225872A (ja) | 1991-10-04 |
Family
ID=11993205
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2019217A Pending JPH03225872A (ja) | 1990-01-31 | 1990-01-31 | 生物電気素子用ヘム蛋白質固体膜 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03225872A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1993011565A1 (en) * | 1991-12-04 | 1993-06-10 | The United States of America, represented by The Secretary, Department of Health & Human Services | Semiconductor structure using protein as its active element |
| US6538053B1 (en) | 1993-03-24 | 2003-03-25 | Fina Research S.A. | Watertight roofing panels of a bituminous composition |
-
1990
- 1990-01-31 JP JP2019217A patent/JPH03225872A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1993011565A1 (en) * | 1991-12-04 | 1993-06-10 | The United States of America, represented by The Secretary, Department of Health & Human Services | Semiconductor structure using protein as its active element |
| US5258627A (en) * | 1991-12-04 | 1993-11-02 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Department Of Health & Human Services | Semiconductor structure using protein as its active element |
| US6538053B1 (en) | 1993-03-24 | 2003-03-25 | Fina Research S.A. | Watertight roofing panels of a bituminous composition |
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