JPH0565871A - Actuator - Google Patents

Actuator

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Publication number
JPH0565871A
JPH0565871A JP22440391A JP22440391A JPH0565871A JP H0565871 A JPH0565871 A JP H0565871A JP 22440391 A JP22440391 A JP 22440391A JP 22440391 A JP22440391 A JP 22440391A JP H0565871 A JPH0565871 A JP H0565871A
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JP
Japan
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energy
atp
actuator
myosin
actin
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Pending
Application number
JP22440391A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shigekazu Nagai
茂和 永井
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SMC Corp
Original Assignee
SMC Corp
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Publication date
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Priority to EP92918708A priority patent/EP0601185B1/en
Priority to US08/193,053 priority patent/US5499547A/en
Priority to PCT/JP1992/001134 priority patent/WO1993005321A1/en
Priority to DE69218227T priority patent/DE69218227T2/en
Publication of JPH0565871A publication Critical patent/JPH0565871A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide an actuator, capable of converting biochemical energy high efficiently into kinetic energy, which can be mounted on a micromachine necessary for the principle of operation substantially different from devices of standard size in the past. CONSTITUTION:By kinetic energy generated when ATP(adenosine triphosphoric acid) of accumulating biochemical energy as a form of phosphoric acid compound is hydrolyzed for ADP(adenosine diphosphoric acid) and inorganic phosphoric acid, a head part structure 14a of myosin 14, after brought into contact with actin 16, is slid on a surface of the actin 16 to move a movable member 18 of fixing a tail part structure 14b of the myosin 14.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、アクチュエータに関
し、一層詳細には、狭小空間や、高効率の動力の発生等
が必要とされる部位に用いられるアクチュエータに関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an actuator, and more particularly, it relates to an actuator used in a narrow space or a site where highly efficient power generation is required.

【0002】[0002]

【従来の技術】電子機械分野において、処理時間の高速
化のために、電子の走る距離を短縮化することが希求さ
れた結果、電子機械の小型化さらには微小化が実現され
た。
2. Description of the Related Art In the field of electronic machines, it has been desired to shorten the distance traveled by electrons in order to shorten the processing time, and as a result, downsizing and further miniaturization of electronic machines have been realized.

【0003】また、この微小化のために開発された半導
体の集積素子の精密加工技術等が技術基盤となり、産業
並びに医療等の分野においては、マイクロマシンと呼称
される器具機械の微小化がなされている。
Further, the precision processing technology of semiconductor integrated devices developed for this miniaturization serves as a technical basis, and in the fields of industry and medicine, miniaturization of instrument machines called micromachines has been performed. There is.

【0004】例えば、医療分野においては、マイクロサ
ージェリーを四肢の血管から挿入し、開胸、開腹手術を
伴わない冠動脈等の閉塞血管の経管手術や、マイクロカ
ニューラによりマイクロカプセルを投薬部位に配送し、
薬剤を所定部位で有効量正確に投薬するDDSシステム
(Drug Derivery System)等に用
いられている。
[0004] For example, in the medical field, microsurgery is inserted from a blood vessel of a limb, and a microcapsule is delivered to a dosing site by a transluminal operation of a blocked blood vessel such as a coronary artery without a thoracotomy or abdominal surgery, or a microcannula. Then
It is used in a DDS system (Drug Delivery System) or the like that accurately administers an effective amount of a drug at a predetermined site.

【0005】また、産業分野においては、高温、高圧、
真空、放射線の存在、あるいは狭小空間等、人の入れな
い領域、環境での精密作業に用いられている。特に、マ
イクロマシンは、極めて軽量で慣性力を受けないため、
超高圧のかかる深海等の作業、また、究極的な軽量化が
希求される無人宇宙船で特に好適に用いられている。
In the industrial field, high temperature, high pressure,
It is used for precision work in areas and environments where people cannot enter, such as vacuum, the presence of radiation, or small spaces. In particular, micromachines are extremely lightweight and do not undergo inertial forces,
It is particularly suitable for use in deep sea operations where ultra-high pressure is required, and in unmanned spacecraft where ultimate weight reduction is desired.

【0006】さらには、分子生物学、材料科学、遺伝子
工学等の多方面の分野においても広範囲な用途が存在す
る。
Furthermore, there are wide-ranging applications in various fields such as molecular biology, material science, and genetic engineering.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記マイク
ロマシンでは、その形状の微小化に伴い互いの表面で働
き合う力や摩擦力が無視できない程の力を持つ。すなわ
ち、固体間では、静電誘導の力が極めて強くなり、液体
では表面張力や粘性力が慣性力よりも大きな影響力を持
つために、標準的な大きさの器具機械とは大幅に異なっ
た動作原理を必要とする。
By the way, the above-mentioned micromachine has a force such that frictional force and mutual force acting on the surfaces thereof cannot be ignored due to the miniaturization of the shape. That is, the electrostatic induction force becomes extremely strong between solids, and the surface tension and viscous force have a greater influence than the inertial force in liquids, so it is significantly different from standard size instrument machines. Requires a working principle.

【0008】従って、マイクロマシンに装備されたアク
チュエータでは、誘電力、慣性力等を動作原理とする標
準的な大きさの器具機械に装備されたアクチュエータで
用いられる油圧手段、空気圧手段、流体圧手段等によっ
て発生したエネルギを力学的エネルギに変換させて利用
することができない不都合が顕在化している。
Therefore, in the actuator equipped in the micromachine, the hydraulic means, the pneumatic means, the fluid pressure means, etc. used in the actuator equipped in the instrument machine of a standard size whose operating principle is dielectric force, inertial force, etc. The inconvenience that the energy generated by the above cannot be converted into mechanical energy for use is becoming apparent.

【0009】また、前記マイクロマシンは、装備された
器具機械の使用部位が、生体内や無人宇宙船等の特別な
領域、環境で用いられるために、エントロピーの拡散が
大きく低効率の熱機関等によって発生させたエネルギを
力学的エネルギに変換させて利用することは困難であ
る。
In addition, since the micromachine is used in a special area such as a living body or an unmanned spacecraft or in an environment where the equipment used is equipped with a machine, the entropy is largely diffused by a low-efficiency heat engine or the like. It is difficult to convert the generated energy into mechanical energy for use.

【0010】従って、本発明の目的は、従来、標準的な
大きさとされていた器具機械とは大幅に異なった動作原
理を必要とするマイクロマシンに装備することが可能
で、生化学的エネルギを高効率で運動エネルギに変換す
ることが可能なアクチュエータを提供することにある。
Therefore, the object of the present invention is that it is possible to equip a micromachine which requires an operating principle that is significantly different from that of an instrument machine which has been conventionally standardized, and to increase biochemical energy. An object of the present invention is to provide an actuator that can efficiently convert into kinetic energy.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明のアクチュエータは、ミオシンと、アクチン
とから構成され、エネルギを付与することにより所定の
形状への変化と元の形状への復帰を繰り返して遂行する
サルコメア構造体を基本単位とする可動手段と、ATP
(アデノシン三リン酸)をADP(アデノシン二リン
酸)と無機リン酸(Pi)に加水分解することにより、
前記サルコメア構造体の所定形状への変化と元の形状へ
の復帰を遂行するための前記エネルギを供給するエネル
ギ供給手段と、ATP再生酵素系を利用して前記エネル
ギ供給手段で生じた前記ADPにイオン種を介して生化
学的エネルギを取り込み前記エネルギ供給手段で利用可
能な前記ATPに再生するATP再生手段と、イオン種
の供給濃度を調整することにより前記ATP再生手段の
生化学的エネルギの取り込みを調整する制御手段と、を
有することを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the actuator of the present invention is composed of myosin and actin, and changes to a predetermined shape and its original shape by applying energy. A movable means having a sarcomere structure as a basic unit for repeatedly performing return and ATP
By hydrolyzing (adenosine triphosphate) into ADP (adenosine diphosphate) and inorganic phosphate (Pi),
The energy supply means for supplying the energy for performing the change of the sarcomere structure to the predetermined shape and the return to the original shape, and the ADP generated by the energy supply means by using the ATP regenerating enzyme system ATP regenerating means for retrieving biochemical energy via the ionic species to regenerate it into the ATP which can be used by the energy supplying means, and incorporation of biochemical energy for the ATP regenerating means by adjusting the supply concentration of ionic species. And a control means for adjusting.

【0012】また、本発明のアクチュエータは、可動部
材に頭部と尾部からなるミオシンの尾部を固定し、前記
可動部材に固定したミオシンに対向する固定部材の対向
面にアクチンを固定し、エネルギを付与することにより
ミオシンの頭部をアクチンに当接させ、アクチン表面を
滑動させて前記可動部材と前記固定部材との対向位置を
変位させる可動手段と、ATPをADPと無機リン酸に
加水分解することにより、前記可動手段においてミオシ
ンの頭部をアクチンに当接させ、アクチン表面を滑動さ
せるための前記エネルギを供給するエネルギ供給手段
と、ATP再生酵素系を利用して前記エネルギ供給手段
で生じた前記ADPにイオン種を介して生化学的エネル
ギを取り込み前記エネルギ供給手段で利用可能な前記A
TPに再生するATP再生手段と、イオン種の供給濃度
を調整することにより前記ATP再生手段の生化学的エ
ネルギの取り込みを調整する制御手段と、を有すること
を特徴とする。
Further, in the actuator of the present invention, the tail portion of myosin consisting of the head and the tail portion is fixed to the movable member, and the actin is fixed to the facing surface of the fixed member facing the myosin fixed to the movable member, so that the energy is reduced. By applying it, the head of myosin is brought into contact with actin and the actin surface is slid to displace the facing position of the movable member and the fixed member, and ATP is hydrolyzed into ADP and inorganic phosphate. The energy supply means for supplying the energy for sliding the actin surface by bringing the head of myosin into contact with actin in the movable means and the energy supply means for utilizing the ATP regenerating enzyme system are generated. Biochemical energy is taken into the ADP via ionic species and the A is available in the energy supply means.
It is characterized by comprising ATP regenerating means for regenerating into TP and control means for regulating the uptake of biochemical energy of the ATP regenerating means by adjusting the supply concentration of ionic species.

【0013】[0013]

【構成の具体的説明】本発明に係るアクチュエータは、
生化学的エネルギをリン酸化合物の形で蓄えたATPを
ADPと無機リン酸に加水分解する時に生じる運動エネ
ルギにより、ミオシンの頭部をアクチンに当接させた
後、アクチン表面を滑動させる。そして、ADPの蓄積
とATPの減少に伴う前記エネルギの消費により、ミオ
シンの頭部は、滑走を停止して元の位置に復帰する。
[Detailed Description of Configuration] The actuator according to the present invention is
Kinetic energy generated when ATP, which stores biochemical energy in the form of a phosphate compound, is hydrolyzed into ADP and inorganic phosphate, causes the head of myosin to abut on actin, and then slides on the actin surface. The head of myosin stops gliding and returns to its original position due to the consumption of the energy accompanying the accumulation of ADP and the decrease of ATP.

【0014】このエネルギは、ミオシンの頭部にあるA
TPase (アデノシン三リン酸分解酵素)を有する加水
分解酵素系により変換され獲得される。また、ATPか
らADPと無機リン酸への加水分解に際して、ATP1
モル当たり2kcalのエネルギが獲得される。
This energy is A in the head of myosin.
It is converted and acquired by a hydrolase system having TPase (adenosine triphosphate degrading enzyme). In addition, upon hydrolysis of ATP to ADP and inorganic phosphate, ATP1
Energy of 2 kcal is obtained per mole.

【0015】前記の加水分解によって産生されたADP
は、液中に存在するATP再生酵素系によって生化学的
エネルギをリン酸化合物の形で蓄えるATPを合成す
る。
ADP produced by the above hydrolysis
Synthesizes ATP, which stores biochemical energy in the form of phosphate compounds, by the ATP-regenerating enzyme system present in the liquid.

【0016】前記ATP再生酵素系としては、ホスホク
レアチンキナーゼおよびクレアチンキナーゼ系、あるい
は、ホスホエノールピルビン酸およびピルビン酸キナー
ゼ系のいずれかが用いられる。
As the ATP regenerating enzyme system, either a phosphocreatine kinase and creatine kinase system or a phosphoenolpyruvate and pyruvate kinase system is used.

【0017】また、リン酸化合物の形でATP中に蓄え
られる生化学的エネルギは、液中に存在するNa+ 、K
+ 、Ca+ 、Mg+ 、H+ 等の帯電したイオン種により
アクチュエータ外より供給される。従って、当該アクチ
ュエータは、前記イオン種を通過させるために、小胞体
膜、再生小胞体膜、亜クロロプラスト、リン脂質二重膜
等のいずれかの機能膜を備えた生体ポンプを有する。こ
の生体ポンプに備えられた機能膜を通過するイオン種の
通過量によりエネルギの供給量が調整され、当該アクチ
ュエータの動力の発生効率が決定される。
The biochemical energy stored in ATP in the form of a phosphate compound is Na + , K existing in the liquid.
It is supplied from outside the actuator by charged ionic species such as + , Ca + , Mg + and H + . Therefore, the actuator has a biological pump provided with any functional membrane such as an endoplasmic reticulum membrane, a regenerated endoplasmic reticulum membrane, a chloroplast, a phospholipid bilayer membrane, or the like in order to pass the ionic species. The amount of energy supplied is adjusted by the amount of ionic species passing through the functional membrane provided in this biological pump, and the power generation efficiency of the actuator is determined.

【0018】[0018]

【実施例】次に本発明に係るアクチュエータについて好
適な実施例を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細
に説明する。
Preferred embodiments of the actuator according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.

【0019】図1において、参照符号10は本実施例に
係るアクチュエータを示す。該アクチュエータ10は、
基本的には、溶液部12と、該溶液部12に拡散した状
態で存在するエネルギ供給手段並びにATP再生手段
と、可動手段であるサルコメア構造を構成するミオシン
14およびアクチン16と、前記ミオシン14の尾部構
造14bを固定する可動部材18と、前記アクチン16
の一側面を固着するための固定部材21と、制御手段と
から構成される。
In FIG. 1, reference numeral 10 indicates an actuator according to this embodiment. The actuator 10 is
Basically, the solution part 12, the energy supply means and the ATP regeneration means existing in a state of being diffused in the solution part 12, the myosin 14 and the actin 16 constituting the sarcomere structure which is the movable means, and the myosin 14 A movable member 18 for fixing the tail structure 14b, and the actin 16
It is composed of a fixing member 21 for fixing one side surface and a control means.

【0020】前記溶液部12は、三方向から壁部材22
で囲繞され、残った一方向は、壁部材22の端面22a
上に摺動自在な可動部材18が載置されている。この可
動部材18は、生化学的エネルギから運動エネルギへの
変換効率を低下させないために極めて軽量な材質からな
るシリコン、繊維等の部材が用いられる。
The solution section 12 has a wall member 22 from three directions.
The remaining one direction is the end face 22a of the wall member 22.
A slidable movable member 18 is placed on the top. As the movable member 18, a member made of an extremely lightweight material such as silicon or fiber is used so as not to reduce the conversion efficiency from biochemical energy to kinetic energy.

【0021】前記可動手段は、サルコメア構造を構成す
るミオシン14とアクチン16とから構成される。ミオ
シン14は、頭部構造14aと尾部構造14bを有し、
その尾部構造14bが可動部材18に固定され、この固
定面に対向し、且つ周部が壁部材22に固定された固定
部材21には、アクチン16の一側面が固着されてい
る。前記ミオシン14並びにアクチン16は、生体にお
いて筋肉の横紋筋を構成する直径1μm程度の太さの筋
原繊維由来の筋蛋白である。分子的には、ミオシン14
は、分子量450000程度を有し直径が12nm、長
さ42.9nm程度の巨大分子であり、アクチン16
は、分子量42000程度を有し、直径8nm、長さ3
7.4nm程度の蛋白質である。なお、用いる生体の
属、種等は特には限定しないが、目的並びに用途に合わ
せて選択する。例えば、人の生体内で使用する医療用マ
イクロマシンでは、生体との拒絶反応、抗原抗体反応等
を生じることを回避すべく、ヒト由来の筋蛋白を用いる
ことが好適である。
The movable means is composed of myosin 14 and actin 16 which form a sarcomere structure. The myosin 14 has a head structure 14a and a tail structure 14b,
The tail structure 14b is fixed to the movable member 18, and one side surface of the actin 16 is fixed to a fixing member 21 facing the fixed surface and having a peripheral portion fixed to the wall member 22. The myosin 14 and the actin 16 are muscle protein derived from myofibrils having a diameter of about 1 μm that constitutes the striated muscle of the muscle in the living body. Molecularly, myosin 14
Is a macromolecule having a molecular weight of about 450,000, a diameter of 12 nm, and a length of about 42.9 nm.
Has a molecular weight of about 42,000, a diameter of 8 nm, and a length of 3
It is a protein of about 7.4 nm. The genus, species, etc. of the living body to be used are not particularly limited, but are selected according to the purpose and application. For example, in a medical micromachine used in a human body, it is preferable to use a human-derived muscle protein in order to avoid a rejection reaction with the living body, an antigen-antibody reaction, or the like.

【0022】前記エネルギ供給手段は、前記可動手段と
同一の前記ミオシン14の頭部構造14aにありATP
ase (アデノシン三リン酸分解酵素)を有する加水分解
酵素系と、溶液中に拡散した状態で存在し生化学的エネ
ルギをリン酸化合物の形で蓄えるATPとからなり、A
TPからADPと無機リン酸に加水分解することにより
前記可動手段にエネルギを供給する。
The energy supply means is located in the head structure 14a of the myosin 14 which is the same as the movable means.
A hydrolyzing enzyme system having ase (adenosine triphosphate degrading enzyme) and ATP which exists in a state of being diffused in a solution and stores biochemical energy in the form of a phosphate compound.
Energy is supplied to the movable means by hydrolyzing TP to ADP and inorganic phosphoric acid.

【0023】そして、前記エネルギ供給手段で産生され
たADPは、前記ATP再生手段と前記制御手段により
イオン種を介して供給される化学的エネルギをリン酸化
合物の形で生化学的エネルギに変換してATPに蓄え、
所望の量のATPを前記エネルギ供給手段に供給する。
The ADP produced by the energy supply means converts the chemical energy supplied via the ionic species by the ATP regeneration means and the control means into biochemical energy in the form of a phosphate compound. Stored in ATP,
A desired amount of ATP is supplied to the energy supply means.

【0024】すなわち、ATP再生手段は、溶液部12
に拡散した状態で存在するADPと、帯電した状態の化
学的エネルギを有する活性状態のNa+ 、K+ 、C
+ 、Mg+ 、H+ 等のイオン種と、ATP再生酵素で
あるホスホクレアチン並びにクレアチンキナーゼ系、お
よびその補酵素からなる。なお、ATP再生酵素として
は、ホスホエノールピルビン酸並びにピルビン酸キナー
ゼ系、およびその補酵素を用いることも可能である。
That is, the ATP regeneration means is the solution section 12
ADP existing in the state of being diffused in and the active state of Na + , K + , C having the chemical energy in the charged state
It consists of ionic species such as a + , Mg + and H + , phosphocreatine which is an ATP regenerating enzyme, a creatine kinase system, and its coenzyme. As the ATP regenerating enzyme, it is also possible to use phosphoenolpyruvate, pyruvate kinase system, and its coenzyme.

【0025】また、前記エネルギ供給手段における可動
手段へのエネルギ供給と、前記ATP再生系でのATP
再生を遂行するために必要なイオン種を供給し、また、
その供給量を調整するための制御手段は、基本的には、
前記可動部材18に配設された機能膜20a並びに高濃
度溶液部20bとから構成される生体ポンプ部20と、
前記高濃度溶液部20bのイオン種の濃度低下に伴い特
定のイオン種を所望量選択的に供給することができるイ
オン種供給部24と、弁体26とから構成される。前記
機能膜20aは、溶液部12と高濃度溶液部20bとの
濃度平衡を能動的に図ることができる小胞体膜を用いた
が、他に同様な機能を有する再生小胞体膜、亜クロロプ
ラスト、リン脂質二重膜等を用いることも可能である。
Further, the energy supply to the movable means in the energy supply means and the ATP in the ATP regeneration system are performed.
It supplies the necessary ionic species to carry out regeneration, and
The control means for adjusting the supply amount is basically
A biological pump section 20 composed of a functional film 20a and a high-concentration solution section 20b arranged on the movable member 18,
The high-concentration solution part 20b is composed of an ionic species supply part 24 capable of selectively supplying a desired amount of specific ionic species as the ionic species concentration decreases, and a valve body 26. The functional membrane 20a is an endoplasmic reticulum membrane capable of actively achieving concentration equilibrium between the solution portion 12 and the high-concentration solution portion 20b. It is also possible to use a phospholipid bilayer membrane or the like.

【0026】また、前記エネルギ供給手段、前記ATP
再生手段を好適な状態に活性化するためのpH濃度の調
整並びに補酵素の添加も前記制御手段によりなされる。
Further, the energy supply means and the ATP
Adjustment of pH concentration and addition of coenzyme for activating the regeneration means to a suitable state are also performed by the control means.

【0027】本発明に係るアクチュエータ10は、基本
的には以上のように構成されるものであり、次に当該ア
クチュエータ10の作用および効果について説明する。
The actuator 10 according to the present invention is basically constructed as described above. Next, the operation and effect of the actuator 10 will be described.

【0028】当該アクチュエータ10を用いた生化学的
エネルギから運動エネルギへの変換に際しては、先ず、
所望の運動エネルギを得ることが可能で各固体が均一な
生物学的挙動を示すミオシン14とアクチン16を所定
位置に取着し、同時に所望の運動エネルギを得るために
好適な溶液状態が得られる機能膜20aを選択して張設
した。そして、溶液部12並びに高濃度溶液部20bを
ミオシン14が不活性状態のまま反応を示さず、且つ、
生物学的活性、すなわち生命を喪失しない溶液状態を構
成し、当該溶液状態を基底状態として認識した。
When converting biochemical energy into kinetic energy using the actuator 10, first,
It is possible to obtain the desired kinetic energy, and each solid exhibits uniform biological behavior. Myosin 14 and actin 16 are attached to a predetermined position, and at the same time, a solution state suitable for obtaining the desired kinetic energy is obtained. The functional film 20a was selected and stretched. The myosin 14 remains inactive in the solution portion 12 and the high-concentration solution portion 20b, and
A biological activity, that is, a solution state in which life was not lost was constituted, and the solution state was recognized as a ground state.

【0029】次に、弁体26を開放し、イオン種供給部
24から特に高濃度な溶液状態Aのイオン種、pH調整
因子、ATP等を高濃度溶液部20bに拡散させ、高濃
度の溶液状態Bを構成した。前記高濃度の溶液状態B
は、機能膜20aを能動的に通過し、溶液部12に可動
部材18が可動を開始するに好適な濃度の溶液状態Cを
構成した。
Next, the valve body 26 is opened, and the ionic species in the high-concentration solution state A, the pH adjusting factor, ATP and the like are diffused from the ionic species supply section 24 into the high-concentration solution section 20b to obtain a high-concentration solution. State B was configured. The high-concentration solution state B
Constituted a solution state C with a concentration suitable for the movable member 18 to actively move through the functional film 20a and the movable member 18 to start moving.

【0030】すなわち、好適な濃度の溶液状態Cが構成
されると、先ず、エネルギ供給手段を構成するミオシン
14と生化学的エネルギをリン酸化合物の形で蓄えたA
TPとが結合し、ATPの頭部構造14aにある加水分
解酵素系のATPase (アデノシン三リン酸分解酵素)
によりADPとPiに加水分解され、この時生じる生化
学的エネルギによりミオシン14の頭部構造14aがア
クチン16の表面に当接し、アクチン16表面で一定方
向への滑動を開始した。この挙動は、ミオシン14およ
びアクチン16が生体成分であり、溶液部12の溶液状
態は、疑似的な生体内環境であるので、生体内環境を一
定の状態に保とうとする生体のホメオスターシス(生体
恒常性)によるものである。すなわち、生体が備蓄を許
容する閾値以上に高まったATP、すなわち生体内部の
生化学的エネルギを運動エネルギに変換して生体外部に
放出する挙動である。
That is, when the solution state C having a suitable concentration is formed, first, the myosin 14 which constitutes the energy supply means and biochemical energy A which is stored in the form of a phosphate compound.
ATPase (adenosine triphosphate degrading enzyme) of a hydrolase system which is bound to TP and is in the head structure 14a of ATP
Is hydrolyzed to ADP and Pi, and the biochemical energy generated at this time causes the head structure 14a of myosin 14 to come into contact with the surface of actin 16 and starts sliding in a certain direction on the surface of actin 16. This behavior is because myosin 14 and actin 16 are biological components, and the solution state of the solution section 12 is a pseudo in-vivo environment, so that the homeostasis of a living body (living body) that tries to keep the in-vivo environment in a constant state. Homeostasis). That is, it is a behavior in which the living body converts ATP increased above a threshold value for allowing storage, that is, biochemical energy inside the living body into kinetic energy and releasing it to the outside of the living body.

【0031】そして、前記加水分解によって溶液部12
内に産生されたADPは、溶液部12内に存在するAT
P再生手段によりATPに再生され、再びエネルギとし
て供給される。この挙動は、溶液部12に拡散した状態
で存在するADPが、高濃度溶液部20bから能動輸送
によって供給された帯電した状態の化学的エネルギを有
する活性状態のNa+ 、K+ 、Ca+ 、Mg+ 、H+
のイオン種をATP再生酵素であるホスホクレアチン並
びにクレアチンキナーゼ系、およびその補酵素を介して
取り込み、前記化学的エネルギを生化学的エネルギとし
て、リン酸化合物の形でATPに蓄える挙動である。
The solution portion 12 is obtained by the hydrolysis.
ADP produced in the AT is present in the solution section 12
It is regenerated to ATP by the P regenerating means and supplied again as energy. This behavior is that ADP existing in a state of being diffused in the solution portion 12 has active state Na + , K + , Ca + having chemical energy in a charged state supplied by active transport from the high concentration solution portion 20b. Ion species such as Mg + and H + are taken in through the ATP regenerating enzyme phosphocreatine and creatine kinase system and its coenzyme, and the chemical energy is converted into ATP in the form of a phosphate compound as biochemical energy. It is a behavior of storing.

【0032】さらに、前記の一連の挙動が連続して行わ
れると、弁体26が閉塞されている場合には、高濃度溶
液部20bと溶液部12に存在する溶液が平衡状態に達
し、帯電した状態の化学的エネルギを有する活性状態の
Na+ 、K+ 、Ca+ 、Mg + 、H+ 等のイオン種が活
性を失い、ATP再生系に供給するエネルギが失陥する
ために前記基底状態にもどり、ミオシン14の頭部構造
14aは滑動を停止し、元の位置に復帰する。
Further, the above-mentioned series of behaviors are continuously performed.
If the valve body 26 is closed,
The solutions existing in the liquid part 20b and the solution part 12 reach an equilibrium state.
The active state with the chemical energy of the charged state
Na+, K+, Ca+, Mg +, H+Ionic species such as
Loss of energy and the energy supplied to the ATP regeneration system is lost
In order to return to the ground state, the head structure of myosin 14
14a stops sliding and returns to its original position.

【0033】この時、ミオシン14の尾部構造14bが
固着されている可動部材18は、ミオシン14の滑動距
離に応じて可動する。
At this time, the movable member 18, to which the tail structure 14b of the myosin 14 is fixed, moves according to the sliding distance of the myosin 14.

【0034】また、前記弁体26が開放されている場合
には、ミオシン14の滑動が続行され、可動部材18の
可動も続行される。
When the valve element 26 is open, the myosin 14 continues to slide and the movable member 18 continues to move.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上のように本発明に係るアクチュエー
タでは、生化学的エネルギを運動エネルギに変換するこ
とにより、従来、標準的な大きさとされていた器具機械
とは大幅に異なった動作原理を必要とする微細な大きさ
のマイクロマシンに当該アクチュエータを装備し、該マ
イクロマシンを運転することができる効果を奏する。
As described above, in the actuator according to the present invention, by converting biochemical energy into kinetic energy, an operating principle which is significantly different from that of the instrument machine which has been conventionally standardized is provided. The micromachine having a required fine size can be equipped with the actuator, and the micromachine can be operated.

【0036】また、疑似的な生体システムにより生化学
的エネルギを利用することで、高効率な運動エネルギに
変換する効果を奏する。
Further, by utilizing biochemical energy by the pseudo biological system, the effect of converting into highly efficient kinetic energy is exerted.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係るアクチュエータの好適な実施例を
示す概略図である。
FIG. 1 is a schematic view showing a preferred embodiment of an actuator according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…アクチュエータ 12…溶液部 14…ミオシン 14a…ミオシンの頭部構造 14b…ミオシンの尾部構造 16…アクチン 18…可動部材 20…生体ポンプ部 20a…機能膜 20b…高濃度溶液部 22…壁部材 24…イオン種供給部 26…弁体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Actuator 12 ... Solution part 14 ... Myosin 14a ... Myosin head structure 14b ... Myosin tail structure 16 ... Actin 18 ... Movable member 20 ... Biological pump part 20a ... Functional membrane 20b ... High concentration solution part 22 ... Wall member 24 … Ion species supply unit 26… Valve

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ミオシンと、アクチンとから構成され、エ
ネルギを付与することにより所定の形状への変化と元の
形状への復帰を繰り返して遂行するサルコメア構造体を
基本単位とする可動手段と、 生化学的エネルギをリン酸化合物の形で蓄えるATPを
ADPと無機リン酸に加水分解することにより、前記サ
ルコメア構造体の所定形状への変化と元の形状への復帰
を遂行するための前記エネルギを供給するエネルギ供給
手段と、 前記エネルギ供給手段で生じた前記ADPに対して、A
TP再生酵素系を利用し、イオン種を介して生化学的エ
ネルギを取り込むことにより前記エネルギ供給手段で利
用可能な前記ATPに再生するATP再生手段と、 イオン種の供給濃度を調整することにより前記ATP再
生手段の生化学的エネルギの取り込み量を調整する制御
手段と、 を有することを特徴とするアクチュエータ。
1. A movable means comprising a sarcomere structure as a basic unit, which is composed of myosin and actin, and which repeatedly performs a change to a predetermined shape and a return to the original shape by applying energy, By hydrolyzing ATP, which stores biochemical energy in the form of a phosphate compound, into ADP and inorganic phosphoric acid, the energy for carrying out the change of the sarcomere structure to a predetermined shape and the return to the original shape. For supplying energy to the ADP and the ADP generated by the energy supplying means.
Using the TP regenerating enzyme system, ATP regenerating means for regenerating the ATP that can be used by the energy supplying means by taking in biochemical energy through ionic species, and by adjusting the supply concentration of ionic species, An actuator, comprising: a control unit that adjusts the amount of biochemical energy taken in by the ATP regeneration unit.
【請求項2】可動部材に頭部と尾部からなるミオシンの
尾部を固定し、前記可動部材に固定したミオシンに対向
する固定部材の対向面にアクチンを固定し、エネルギを
付与することによりミオシンの頭部をアクチンに当接さ
せ、アクチン表面を滑動させて可動部材と固定部材との
対向位置を変位させる可動手段と、 生化学的エネルギをリン酸化合物の形で蓄えるATPを
ADPと無機リン酸に加水分解することにより、前記可
動手段においてミオシンの頭部をアクチンに当接させ、
アクチン表面を滑動させるための前記エネルギを供給す
るエネルギ供給手段と、 前記エネルギ供給手段で生じた前記ADPに対して、A
TP再生酵素系を利用し、イオン種を介して生化学的エ
ネルギを取り込むことにより前記エネルギ供給手段で利
用可能な前記ATPに再生するATP再生手段と、 イオン種の供給濃度を調整することにより前記ATP再
生手段の生化学的エネルギの取り込み量を調整する制御
手段と、 を有することを特徴とするアクチュエータ。
2. A myosin tail composed of a head and a tail is fixed to a movable member, and actin is fixed to the facing surface of a fixed member facing the myosin fixed to the movable member to impart energy to the myosin ADP and inorganic phosphate, which is a movable means for displacing the facing position of the movable member and the fixed member by sliding the actin surface by contacting the head with actin and ATP that stores biochemical energy in the form of a phosphate compound By hydrolyzing into the actuation means, the head of myosin is brought into contact with actin in the movable means,
The energy supply means for supplying the energy for sliding the actin surface, and the ADP generated by the energy supply means are
Using the TP regenerating enzyme system, ATP regenerating means for regenerating the ATP that can be used by the energy supplying means by taking in biochemical energy through ionic species, and by adjusting the supply concentration of ionic species, An actuator, comprising: a control unit that adjusts the amount of biochemical energy taken in by the ATP regeneration unit.
【請求項3】請求項1または2記載のアクチュエータに
おいて、前記ミオシンは、分子量450000の蛋白質
であることを特徴とするアクチュエータ。
3. The actuator according to claim 1, wherein the myosin is a protein having a molecular weight of 450,000.
【請求項4】請求項1乃至3のいずれかに記載のアクチ
ュエータにおいて、前記アクチンは、分子量42000
の蛋白質であることを特徴とするアクチュエータ。
4. The actuator according to any one of claims 1 to 3, wherein the actin has a molecular weight of 42,000.
An actuator characterized by being a protein of.
【請求項5】請求項1乃至4のいずれかに記載のアクチ
ュエータにおいて、前記ATP再生系は、ホスホクレア
チンキナーゼおよびクレアチンキナーゼ系、あるいはホ
スホエノールピルビン酸およびピルビン酸キナーゼ系の
いずれかを有することを特徴とするアクチュエータ。
5. The actuator according to claim 1, wherein the ATP regeneration system has either a phosphocreatine kinase and a creatine kinase system, or a phosphoenolpyruvate and a pyruvate kinase system. Characteristic actuator.
【請求項6】請求項1乃至5のいずれかに記載のアクチ
ュエータにおいて、制御手段は、前記可動手段、前記エ
ネルギ供給手段、前記ATP再生手段の活性を制御し維
持するためのNa+ 、K+ 、Ca+ 、Mg+ イオン種並
びに、H+ 、OH- 等のpH濃度調整因子を前記アクチ
ュエータ内へ能動的に取り込む生体ポンプを有すること
を特徴とするアクチュエータ。
6. The actuator according to any one of claims 1 to 5, wherein the control means is Na + , K + for controlling and maintaining the activity of the movable means, the energy supply means and the ATP regeneration means. , Ca + , Mg + ionic species, and a biological pump that actively takes in pH concentration adjusting factors such as H + , OH − and the like into the actuator.
【請求項7】請求項1乃至6のいずれかに記載のアクチ
ュエータにおいて、前記制御手段は、小胞体膜、再生小
胞体膜、亜クロロプラスト、リン脂質二重膜のうち少な
くとも一種類以上の機能膜を備えた生体ポンプを有する
ことを特徴とするアクチュエータ。
7. The actuator according to any one of claims 1 to 6, wherein the control means has at least one function of an endoplasmic reticulum membrane, a regenerated endoplasmic reticulum membrane, a chloroplast, and a phospholipid bilayer membrane. An actuator comprising a biological pump provided with a membrane.
【請求項8】請求項1乃至7のいずれかに記載のアクチ
ュエータにおいて、前記エネルギ供給手段は、ATP加
水分解酵素並びにその補酵素を有するATP加水分解酵
素系を用いることを特徴とするアクチュエータ。
8. The actuator according to claim 1, wherein the energy supply means uses an ATP hydrolase system having an ATP hydrolase and a coenzyme thereof.
JP22440391A 1991-09-04 1991-09-04 Actuator Pending JPH0565871A (en)

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PCT/JP1992/001134 WO1993005321A1 (en) 1991-09-04 1992-09-04 Actuator
DE69218227T DE69218227T2 (en) 1991-09-04 1992-09-04 LINEAR ACTUATOR
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7565013B2 (en) 2004-07-15 2009-07-21 Hitachi, Ltd. Character recognition method, method of processing correction history of character data, and character recognition system

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US7565013B2 (en) 2004-07-15 2009-07-21 Hitachi, Ltd. Character recognition method, method of processing correction history of character data, and character recognition system

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