JPH0748567B2 - 光応答性スイツチ素子 - Google Patents
光応答性スイツチ素子Info
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- JPH0748567B2 JPH0748567B2 JP62073349A JP7334987A JPH0748567B2 JP H0748567 B2 JPH0748567 B2 JP H0748567B2 JP 62073349 A JP62073349 A JP 62073349A JP 7334987 A JP7334987 A JP 7334987A JP H0748567 B2 JPH0748567 B2 JP H0748567B2
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- transfer protein
- protein
- switch element
- membrane
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/549—Organic PV cells
Landscapes
- Light Receiving Elements (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、集積回路分野におけるスイツチ素子に関す
るもので、生体材料を該素子の構成材料として用いるこ
とにより、そのサイズを生体分子レベルの超微細な大き
さ（数十〜数百Å）に近づけることができ、高密度化を
図ることができるようにしたものである。
るもので、生体材料を該素子の構成材料として用いるこ
とにより、そのサイズを生体分子レベルの超微細な大き
さ（数十〜数百Å）に近づけることができ、高密度化を
図ることができるようにしたものである。
従来、集積回路に用いられているスイツチ素子として
は、例えば柳井久義，永田穣共著集積回路工学（１）に
示されているような第４図に示すMOS構造のスイツチ素
子（ダイオード素子）があつた。図において、（１）は
ｐ形シリコン基板、（２）はｎ形領域、（３）はｐ形領
域、（４）はｎ形領域、（５）はSiO2膜、（６），
（７）は電極であり、該２つの電極（６），（７）間で
ｐ−ｎ接合（ｐ形領域（３）−ｎ形領域（４）接合）が
形成され、スイツチ特性が実現される。
は、例えば柳井久義，永田穣共著集積回路工学（１）に
示されているような第４図に示すMOS構造のスイツチ素
子（ダイオード素子）があつた。図において、（１）は
ｐ形シリコン基板、（２）はｎ形領域、（３）はｐ形領
域、（４）はｎ形領域、（５）はSiO2膜、（６），
（７）は電極であり、該２つの電極（６），（７）間で
ｐ−ｎ接合（ｐ形領域（３）−ｎ形領域（４）接合）が
形成され、スイツチ特性が実現される。
従来のMOS構造のスイツチ素子は以上のように構成され
ているため、微細加工が可能であり、現在では上記構造
のスイツチ素子あるいはこれと類似の構造のトランジス
タ素子を用いたLSIとして4MビツトLSIが実用化されてい
る。
ているため、微細加工が可能であり、現在では上記構造
のスイツチ素子あるいはこれと類似の構造のトランジス
タ素子を用いたLSIとして4MビツトLSIが実用化されてい
る。
ところが、集積回路のメモリ容量を上昇させるには、素
子そのものの微細化が不可欠であるが、Siを用いる素子
では0.2μｍ程度の超微細パターンで電子の平均自由行
程と素子サイズとがほぼ等しくなり、素子の独立性が保
たれなくなるという限界を抱えている。このように、日
々発展を続けているシリコンテクノロジーも、微細化の
点ではいずれは壁に突きあたることが予想され、新しい
原理に基づく電気回路素子であつて上記0.2μｍの壁を
破ることのできるものが求められている。
子そのものの微細化が不可欠であるが、Siを用いる素子
では0.2μｍ程度の超微細パターンで電子の平均自由行
程と素子サイズとがほぼ等しくなり、素子の独立性が保
たれなくなるという限界を抱えている。このように、日
々発展を続けているシリコンテクノロジーも、微細化の
点ではいずれは壁に突きあたることが予想され、新しい
原理に基づく電気回路素子であつて上記0.2μｍの壁を
破ることのできるものが求められている。
この発明は、かかる状況に鑑みてなされたもので、生体
材料を電気回路素子の構成材料として用いることによ
り、そのサイズを生体分子レベルの超微細な大きさにま
で近づけることのできる電気回路素子を、特にそのうち
のスイツチ素子を提供することを目的とする。
材料を電気回路素子の構成材料として用いることによ
り、そのサイズを生体分子レベルの超微細な大きさにま
で近づけることのできる電気回路素子を、特にそのうち
のスイツチ素子を提供することを目的とする。
ところで、微生物の生体膜及び高等生物のミトコンドリ
アの内膜中には、それぞれ機能は異なるが、H2,有機酸,
NAD（Ｐ）Ｈ（Nicotineamide Adenine Dinucleotide（P
hosphate））などの還元性の化学物質から電子を引き抜
く酵素蛋白質とともに、その引き抜かれた電子を生体膜
の定められた方向に運ぶ電子伝達能を有する蛋白質（以
下、電子伝達蛋白質と記す）が複数種類存在している。
そしてこれらの電子伝達蛋白質は生体膜中に一定の配向
性をもつて埋め込まれ、分子間で電子伝達が起こるよう
に特異的な分子間配置をとつている。
アの内膜中には、それぞれ機能は異なるが、H2,有機酸,
NAD（Ｐ）Ｈ（Nicotineamide Adenine Dinucleotide（P
hosphate））などの還元性の化学物質から電子を引き抜
く酵素蛋白質とともに、その引き抜かれた電子を生体膜
の定められた方向に運ぶ電子伝達能を有する蛋白質（以
下、電子伝達蛋白質と記す）が複数種類存在している。
そしてこれらの電子伝達蛋白質は生体膜中に一定の配向
性をもつて埋め込まれ、分子間で電子伝達が起こるよう
に特異的な分子間配置をとつている。
このように、電子伝達蛋白質は生体膜中で精巧な配置を
もつて連鎖状に並んでいるため、電子を蛋白質連鎖に沿
つて流すことが可能で、電子の動きを分子レベルで制御
することができると考えられる。
もつて連鎖状に並んでいるため、電子を蛋白質連鎖に沿
つて流すことが可能で、電子の動きを分子レベルで制御
することができると考えられる。
第３図に電子伝達蛋白質の連鎖（電子伝達系）の一例と
して、ミトコンドリアの内膜の電子伝達系を模式的に示
す。図において、（８）はミトコンドリアの内膜、
（９）〜（15）は電子伝達蛋白質であり、還元性有機物
であるNADH（図中Ｌ），コハク酸（図中Ｍ）からそれぞ
れNADH−Ｑ還元酵素（９），コハク酸脱水素酵素（10）
により引き抜かれた電子は、NADH−Ｑ還元酵素（９）、
コハク酸脱水素酵素（10）→チトクロームｂ（11）→チ
トクロームc1（12）→チトクロームｃ（13）…チトクロ
ームａ（14）→チトクロームa3（15）の経路で伝達し、
出口側Ｎで最終的に酸素に渡され、水を生ずる。
して、ミトコンドリアの内膜の電子伝達系を模式的に示
す。図において、（８）はミトコンドリアの内膜、
（９）〜（15）は電子伝達蛋白質であり、還元性有機物
であるNADH（図中Ｌ），コハク酸（図中Ｍ）からそれぞ
れNADH−Ｑ還元酵素（９），コハク酸脱水素酵素（10）
により引き抜かれた電子は、NADH−Ｑ還元酵素（９）、
コハク酸脱水素酵素（10）→チトクロームｂ（11）→チ
トクロームc1（12）→チトクロームｃ（13）…チトクロ
ームａ（14）→チトクロームa3（15）の経路で伝達し、
出口側Ｎで最終的に酸素に渡され、水を生ずる。
第３図に示した電子伝達蛋白質は電子伝達時に酸化還元
（レドツクス）反応を伴い、各電子伝達蛋白質のレドツ
クス電位の負の準位から正の準位へと電子を流すことが
できる。
（レドツクス）反応を伴い、各電子伝達蛋白質のレドツ
クス電位の負の準位から正の準位へと電子を流すことが
できる。
また、電子伝達蛋白質の中には、光照射され電子が励起
されることにより、レドツクス電位が変化するものもあ
る。
されることにより、レドツクス電位が変化するものもあ
る。
また、最近の知見によれば、同一生体内に存在している
電子伝達蛋白質ばかりでなく、異種の生体内に存在する
電子伝達蛋白質を組み合わせても電子伝達が可能な電子
伝達蛋白質複合体を形成することが可能であることが示
されている。
電子伝達蛋白質ばかりでなく、異種の生体内に存在する
電子伝達蛋白質を組み合わせても電子伝達が可能な電子
伝達蛋白質複合体を形成することが可能であることが示
されている。
従つて、適当なレドツクス電位を持つ電子伝達蛋白質を
２種類（Ａ及びＢ）用い、これらの一方に光によつて電
子が励起されるものを選び、これらをＡ−Ｂと２層に累
積させれば、それらのレドツクス電位の違いを利用して
光照射によつてスイツチング特性を生ずる接合を形成で
きると考えられる。本件発明者はこのことに着目してこ
の発明を創作したものである。
２種類（Ａ及びＢ）用い、これらの一方に光によつて電
子が励起されるものを選び、これらをＡ−Ｂと２層に累
積させれば、それらのレドツクス電位の違いを利用して
光照射によつてスイツチング特性を生ずる接合を形成で
きると考えられる。本件発明者はこのことに着目してこ
の発明を創作したものである。
即ち、本発明に係るスイツチ素子は、第１電子伝達蛋白
質と、光照射によつて電子が励起され、第１電子伝達蛋
白質とはレドツクス電位の異なる第２電子伝達蛋白質で
作成された第1,第２電子伝達蛋白質膜を接着接合して設
け、それぞれ上記第1,第２電子伝達蛋白質膜に接続され
る電極を設け、上記電子伝達蛋白質膜間に所定の電圧を
印加するための電圧印加手段を設けたものである。
質と、光照射によつて電子が励起され、第１電子伝達蛋
白質とはレドツクス電位の異なる第２電子伝達蛋白質で
作成された第1,第２電子伝達蛋白質膜を接着接合して設
け、それぞれ上記第1,第２電子伝達蛋白質膜に接続され
る電極を設け、上記電子伝達蛋白質膜間に所定の電圧を
印加するための電圧印加手段を設けたものである。
この発明においては、レドツクス電位の異なる少なくと
も２種類の電子伝達蛋白質を接合したその複合体はスイ
ツチング特性を呈する。即ち、第５図（ａ），（ｂ）に
示すＡ−Ｂ型電子伝達蛋白質複合体の模式図とそのレド
ツクス電位の関係を用いて説明すると、この電子伝達蛋
白質A,Bを接合してなる複合体では、A,B蛋白質のレドツ
クス電位の差をＢ蛋白質への光照射を制御して変化させ
ることができ、これによりスイツチング特性を呈する素
子を得ることができる。
も２種類の電子伝達蛋白質を接合したその複合体はスイ
ツチング特性を呈する。即ち、第５図（ａ），（ｂ）に
示すＡ−Ｂ型電子伝達蛋白質複合体の模式図とそのレド
ツクス電位の関係を用いて説明すると、この電子伝達蛋
白質A,Bを接合してなる複合体では、A,B蛋白質のレドツ
クス電位の差をＢ蛋白質への光照射を制御して変化させ
ることができ、これによりスイツチング特性を呈する素
子を得ることができる。
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の一実施例によるスイツチ素子が組み込ま
れた装置の模式的断面構成図であり、図において、（1
6）は絶縁特性を持つ例えばガラス製基板、（17）は基
板（16）上に形成されたAg,Au,Alなどの金属製電極、
（18）はこの電極（17）上に電子伝達蛋白質であるチト
クロームｃで作成された第１電子伝達蛋白質膜、（19）
はチトクロームｃよりレドツクス電位が＋側に小さくな
るように熱変成させた電子伝達蛋白質である変成フラボ
ドキシンで作成された第２電子伝達蛋白質膜で、第１電
子伝達蛋白質膜（18）に累積して接着接合されている。
（20）は上記第２電子伝達蛋白質膜（19）上にレーザビ
ーム（20a）を照射するレーザ光源、（21）は第２電子
伝達蛋白質膜（19）上に形成された電極である。
図はこの発明の一実施例によるスイツチ素子が組み込ま
れた装置の模式的断面構成図であり、図において、（1
6）は絶縁特性を持つ例えばガラス製基板、（17）は基
板（16）上に形成されたAg,Au,Alなどの金属製電極、
（18）はこの電極（17）上に電子伝達蛋白質であるチト
クロームｃで作成された第１電子伝達蛋白質膜、（19）
はチトクロームｃよりレドツクス電位が＋側に小さくな
るように熱変成させた電子伝達蛋白質である変成フラボ
ドキシンで作成された第２電子伝達蛋白質膜で、第１電
子伝達蛋白質膜（18）に累積して接着接合されている。
（20）は上記第２電子伝達蛋白質膜（19）上にレーザビ
ーム（20a）を照射するレーザ光源、（21）は第２電子
伝達蛋白質膜（19）上に形成された電極である。
このように構成された素子は、図に示すような一定方向
に電子伝達通路Ｅを有し、電極（17），（21）はそれぞ
れ電子伝達通路Ｅと交わるように蛋白質膜に接続され、
またレーザビーム（20a）は第２電子伝達蛋白質の電子
が励起される波長となるようにレーザ光源が設定されて
いる。
に電子伝達通路Ｅを有し、電極（17），（21）はそれぞ
れ電子伝達通路Ｅと交わるように蛋白質膜に接続され、
またレーザビーム（20a）は第２電子伝達蛋白質の電子
が励起される波長となるようにレーザ光源が設定されて
いる。
また上記のようにして形成された素子に対し、本実施例
では第２図（ａ）に示すように電圧が印加される。即
ち、上記第１電子伝達蛋白質膜（18）と第２電子伝達蛋
白質膜（19）との間に電極（17），（21）を介して電圧
V1が印加されるようになつている。図中、（22）は電圧
印加手段としての電源であり、電源（22）はその出力電
圧が制御できるようになつている。また、レーザ光源
（20）はレーザ光照射を制御できるようになつている。
では第２図（ａ）に示すように電圧が印加される。即
ち、上記第１電子伝達蛋白質膜（18）と第２電子伝達蛋
白質膜（19）との間に電極（17），（21）を介して電圧
V1が印加されるようになつている。図中、（22）は電圧
印加手段としての電源であり、電源（22）はその出力電
圧が制御できるようになつている。また、レーザ光源
（20）はレーザ光照射を制御できるようになつている。
次に上記装置の製造方法について説明する。
まず、基板（16）上に金属薄膜をイオンビーム法，分子
線法，蒸着法等を利用して作成し、金属電極（17）を形
成する。そして該電極（17）上に電子伝達蛋白質として
のチトクロームｃと変成フラボドキシンを用いて単分子
膜及びそれらの累積膜を作成する訳であるが、これらの
膜を作成するには、LB（Langmuir−Blodgett）法を用い
ればよい。このLB法の詳細については、電気学会雑
誌，第55巻,204〜213頁，昭和10年４月（Iwing Langmui
r）、ジヤーナル オブ アメリカン ケミカル ソ
サイテイ（K.Blodgett:Journal of American Chemical
Society）57巻,P1007,1935年、杉道夫ら，固体物理,V
ol17,P744〜752,1982年、ジヤーナル オブ コロイ
ド アンド インターフエイス サイエンス（Journal
of Colloid and Interface Science）Vol 68,P471〜47
7,1979年、などに記載されている。一例を説明すると、
水槽の水面にチトクロームｃ溶液を滴下し、水面にチト
クロームｃの単分子膜を形成する。そしてこのチトクロ
ームｃ膜を形成した水槽に電極（17）を形成した基板
（16）を垂直に挿入し浸して行くと、該電極（17）を有
する基板（16）にチトクロームｃ膜が付着接合し、第１
電子伝達蛋白質膜（18）が作成される。このとき、基板
（16）を水槽に挿入し浸していつたが、逆に水面下から
垂直に引き上げるようにして基板（16）上にチトクロー
ムｃ膜を形成するようにしてもよい。続いて、水槽の水
面に変成フラボドキシン溶液を滴下し、水面に変成フラ
ボドキシンの単分子膜を形成する。そして上記第１電子
伝達蛋白質膜（18）が作成された基板（16）を、変成フ
ラボドキシンの膜を有する水槽に垂直に挿入し浸して行
くと、第１電子伝達蛋白質膜（18）上に変成フラボドキ
シン膜が付着接合した第２電子伝達蛋白質膜（19）が作
成される。さらにこの上に金属薄膜を電子伝達蛋白質が
破壊されないほどの低温で作成し、電極（21）を得る。
線法，蒸着法等を利用して作成し、金属電極（17）を形
成する。そして該電極（17）上に電子伝達蛋白質として
のチトクロームｃと変成フラボドキシンを用いて単分子
膜及びそれらの累積膜を作成する訳であるが、これらの
膜を作成するには、LB（Langmuir−Blodgett）法を用い
ればよい。このLB法の詳細については、電気学会雑
誌，第55巻,204〜213頁，昭和10年４月（Iwing Langmui
r）、ジヤーナル オブ アメリカン ケミカル ソ
サイテイ（K.Blodgett:Journal of American Chemical
Society）57巻,P1007,1935年、杉道夫ら，固体物理,V
ol17,P744〜752,1982年、ジヤーナル オブ コロイ
ド アンド インターフエイス サイエンス（Journal
of Colloid and Interface Science）Vol 68,P471〜47
7,1979年、などに記載されている。一例を説明すると、
水槽の水面にチトクロームｃ溶液を滴下し、水面にチト
クロームｃの単分子膜を形成する。そしてこのチトクロ
ームｃ膜を形成した水槽に電極（17）を形成した基板
（16）を垂直に挿入し浸して行くと、該電極（17）を有
する基板（16）にチトクロームｃ膜が付着接合し、第１
電子伝達蛋白質膜（18）が作成される。このとき、基板
（16）を水槽に挿入し浸していつたが、逆に水面下から
垂直に引き上げるようにして基板（16）上にチトクロー
ムｃ膜を形成するようにしてもよい。続いて、水槽の水
面に変成フラボドキシン溶液を滴下し、水面に変成フラ
ボドキシンの単分子膜を形成する。そして上記第１電子
伝達蛋白質膜（18）が作成された基板（16）を、変成フ
ラボドキシンの膜を有する水槽に垂直に挿入し浸して行
くと、第１電子伝達蛋白質膜（18）上に変成フラボドキ
シン膜が付着接合した第２電子伝達蛋白質膜（19）が作
成される。さらにこの上に金属薄膜を電子伝達蛋白質が
破壊されないほどの低温で作成し、電極（21）を得る。
なお、上記電子伝達蛋白質膜は、単分子膜であつても、
また別の電子伝達蛋白質の膜をこれに重ねたものであつ
てもよい。
また別の電子伝達蛋白質の膜をこれに重ねたものであつ
てもよい。
また、上記製法において水面に滴下する電子伝達蛋白質
溶液に予め脂質及び脂肪酸のいずれかを混合し、該混合
溶液を水面に滴下して水面上に膜を形成し、これを基板
に付着接合させるようにしてもよく、これによれば上記
脂質又は脂肪酸が電子伝達蛋白質の分子の支持体として
作用し、電子伝達蛋白質の配向が整えられる。
溶液に予め脂質及び脂肪酸のいずれかを混合し、該混合
溶液を水面に滴下して水面上に膜を形成し、これを基板
に付着接合させるようにしてもよく、これによれば上記
脂質又は脂肪酸が電子伝達蛋白質の分子の支持体として
作用し、電子伝達蛋白質の配向が整えられる。
また、金属電極と電子伝達蛋白質膜間の電子の授受を良
好にするためには、金属電極を4,4′−ビピリジル（bip
yridgl）、2,2′−ビピリジルなどで化学修飾しておい
てもよい。
好にするためには、金属電極を4,4′−ビピリジル（bip
yridgl）、2,2′−ビピリジルなどで化学修飾しておい
てもよい。
その他電子伝達蛋白質膜の作成法としては、金属電極あ
るいは有機分子で表面を修飾した金属電極を、蛋白質溶
液に浸漬して蛋白質分子を上記電極上に吸着させる方法
も考えられる。この方法においては、上記した蛋白質を
吸着させる電極以外に１ないし２本の電極を溶液中に浸
漬し、蛋白質を吸着させる電極と蛋白質溶液との間に正
または負の電位を印加して蛋白質分子の電極への吸着を
制御することも可能である。
るいは有機分子で表面を修飾した金属電極を、蛋白質溶
液に浸漬して蛋白質分子を上記電極上に吸着させる方法
も考えられる。この方法においては、上記した蛋白質を
吸着させる電極以外に１ないし２本の電極を溶液中に浸
漬し、蛋白質を吸着させる電極と蛋白質溶液との間に正
または負の電位を印加して蛋白質分子の電極への吸着を
制御することも可能である。
次に作用効果について説明する。
第２図（ａ）は本実施例のスイツチ素子の電圧印加状態
を示す模式図で、同図（ｂ）はこのときの各電子伝達蛋
白質膜のレドツクス電位状態を示す図である。同図
（ｂ）において、実線で示すａ状態のレドツクス電位
は、レーザ光照射せず、かつ電圧V1を印加していない状
態を表し、一点鎖線で示すｂ状態のレドツクス電位は光
を照射せず、かつ電圧V1を電極（17）に対し負電圧とし
て印加したときの状態（オフ状態）を表し、破線で示す
ｃ状態のレドツクス電位は電圧V1をｂ状態と同様に印加
するとともに、第２電子伝達蛋白質にレーザ光を照射し
たときの状態（オン状態）を表す。
を示す模式図で、同図（ｂ）はこのときの各電子伝達蛋
白質膜のレドツクス電位状態を示す図である。同図
（ｂ）において、実線で示すａ状態のレドツクス電位
は、レーザ光照射せず、かつ電圧V1を印加していない状
態を表し、一点鎖線で示すｂ状態のレドツクス電位は光
を照射せず、かつ電圧V1を電極（17）に対し負電圧とし
て印加したときの状態（オフ状態）を表し、破線で示す
ｃ状態のレドツクス電位は電圧V1をｂ状態と同様に印加
するとともに、第２電子伝達蛋白質にレーザ光を照射し
たときの状態（オン状態）を表す。
ｂ状態では電極（17）と電極（21）との間で電子は流れ
ず、ｃ状態では電子が流れる。即ち、電極（17）と（2
1）との間に一定の負電圧V1を印加しておき、照射する
レーザ光をオン−オフすることにより、電極（17）と
（21）との間に流れる電流をオン−オフすることが可能
であり、スイツチ特性を実現できる。図中、V0はチトク
ロームｃと変成フラボドキシンのレドツクス電位の差で
あり、約100mVである。
ず、ｃ状態では電子が流れる。即ち、電極（17）と（2
1）との間に一定の負電圧V1を印加しておき、照射する
レーザ光をオン−オフすることにより、電極（17）と
（21）との間に流れる電流をオン−オフすることが可能
であり、スイツチ特性を実現できる。図中、V0はチトク
ロームｃと変成フラボドキシンのレドツクス電位の差で
あり、約100mVである。
第２図（ｃ）はレーザ光を照射した場合としない場合の
電圧V1と電流Ｉとの関係を示し、レーザ光を照射しない
場合、電流はV1を増大しても流れず、レーザ光を照射す
ると電流が流れ、ある飽和電流値を持つ。
電圧V1と電流Ｉとの関係を示し、レーザ光を照射しない
場合、電流はV1を増大しても流れず、レーザ光を照射す
ると電流が流れ、ある飽和電流値を持つ。
上記構成により光応答性スイツチ素子を分子レベルの超
微細な大きさの素子として実現でき、該素子を用いて高
密度化が可能な集積回路が得られる。
微細な大きさの素子として実現でき、該素子を用いて高
密度化が可能な集積回路が得られる。
なお、電子伝達蛋白質への電子の供給に酵素を利用する
ようにしてもよい。
ようにしてもよい。
また、第１電子伝達蛋白質としては、非ヘム−鉄・硫黄
蛋白質、チトクロームｃ系蛋白質、チトクロームｂ系蛋
白質、チトクロームａ、フラボプロテイン、プラストシ
アニン、チオレドキシンなど、第二電子伝達蛋白質とし
てはフラボプロテイン、クロロフイル結合蛋白質などが
あり、これらのうち第1,第２の電子伝達蛋白質を選択す
るにあたつては、分子間の配向と、電極が形成された基
板に対する配向とが電子伝達に適したものを選定する。
また、熱，光，有機溶媒などにより、これらを人工的に
変成させてもよい。
蛋白質、チトクロームｃ系蛋白質、チトクロームｂ系蛋
白質、チトクロームａ、フラボプロテイン、プラストシ
アニン、チオレドキシンなど、第二電子伝達蛋白質とし
てはフラボプロテイン、クロロフイル結合蛋白質などが
あり、これらのうち第1,第２の電子伝達蛋白質を選択す
るにあたつては、分子間の配向と、電極が形成された基
板に対する配向とが電子伝達に適したものを選定する。
また、熱，光，有機溶媒などにより、これらを人工的に
変成させてもよい。
また上記実施例では２種類の蛋白質の累積膜でスイツチ
素子を構成した場合について説明したが、これは３種類
以上の蛋白質（A,B,及びＣ）を用い、Ａ−Ｂ−Ｃと３層
累積して構成してもよく、上記実施例と同様の効果が得
られる。
素子を構成した場合について説明したが、これは３種類
以上の蛋白質（A,B,及びＣ）を用い、Ａ−Ｂ−Ｃと３層
累積して構成してもよく、上記実施例と同様の効果が得
られる。
また、各電子伝達蛋白質は、異種電子伝達蛋白質間では
一定方向のみに電子が流れるという性質を利用して累積
膜に垂直な方向には電子が流れ、上記累積膜に平行な方
向で隣接する電子伝達蛋白質分子間では電子の授受が起
こらないような所定の分子配置をとるようLB法などで配
向させることが望ましい。
一定方向のみに電子が流れるという性質を利用して累積
膜に垂直な方向には電子が流れ、上記累積膜に平行な方
向で隣接する電子伝達蛋白質分子間では電子の授受が起
こらないような所定の分子配置をとるようLB法などで配
向させることが望ましい。
さらに、上記実施例ではレーザビーム（20a）を素子の
垂直方向から第２電子伝達蛋白質に照射したが、電極
（17），（21）の一方を透明電極とし、この透明電極を
通してレーザビームを第２電子伝達蛋白質に照射しても
よい。
垂直方向から第２電子伝達蛋白質に照射したが、電極
（17），（21）の一方を透明電極とし、この透明電極を
通してレーザビームを第２電子伝達蛋白質に照射しても
よい。
以上のように、この発明によれば、相互にレドツクス電
位の異なる電子伝達蛋白質で第1,第２の電子伝達蛋白質
膜を形成し、第２電子伝達蛋白質には光照射によりレド
ツクス電位が変化するものを用い、それぞれ上記第1,第
２電子伝達蛋白質膜に接続される電極を設けて、各電子
伝達蛋白質のレドツクス電位の違いおよび第２電子伝達
蛋白質の光照射によるレドツクス電位の変化を利用して
スイツチング特性を呈するようにしたので、スイツチ素
子サイズを生体分子レベルの超微細な大きさに近づける
ことができ、該素子を用いた集積回路の高密度化を図る
ことができる効果がある。
位の異なる電子伝達蛋白質で第1,第２の電子伝達蛋白質
膜を形成し、第２電子伝達蛋白質には光照射によりレド
ツクス電位が変化するものを用い、それぞれ上記第1,第
２電子伝達蛋白質膜に接続される電極を設けて、各電子
伝達蛋白質のレドツクス電位の違いおよび第２電子伝達
蛋白質の光照射によるレドツクス電位の変化を利用して
スイツチング特性を呈するようにしたので、スイツチ素
子サイズを生体分子レベルの超微細な大きさに近づける
ことができ、該素子を用いた集積回路の高密度化を図る
ことができる効果がある。
第１図はこの発明の一実施例による光応答性スイツチ素
子の模式的断面構成図、第２図（ａ）は上記スイツチ素
子の電圧印加および光照射状態を示す模式図、第２図
（ｂ）はその各電子伝達蛋白質膜のレドツクス電位状態
を示す図、第２図（ca）は上記スイツチ素子において光
を照射した場合としない場合のＩ−V1特性を示す図、第
３図はミトコンドリアの内膜の電子伝達系を示す模式
図、第４図は従来のMOS構造スイツチ素子を示す断面
図、第５図（ａ），（ｂ）はそれぞれＡ−Ｂ型電子伝達
蛋白質複合体の模式図とそのレドツクス電位の関係の説
明図である。 図において、（17），（21）は電極、（18）は第１電子
伝達蛋白質膜、（19）は第２電子伝達蛋白質膜、（20）
はレーザ光源、（20a）はレーザビーム、（22）は電圧
印加手段である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示すもの
とする。
子の模式的断面構成図、第２図（ａ）は上記スイツチ素
子の電圧印加および光照射状態を示す模式図、第２図
（ｂ）はその各電子伝達蛋白質膜のレドツクス電位状態
を示す図、第２図（ca）は上記スイツチ素子において光
を照射した場合としない場合のＩ−V1特性を示す図、第
３図はミトコンドリアの内膜の電子伝達系を示す模式
図、第４図は従来のMOS構造スイツチ素子を示す断面
図、第５図（ａ），（ｂ）はそれぞれＡ−Ｂ型電子伝達
蛋白質複合体の模式図とそのレドツクス電位の関係の説
明図である。 図において、（17），（21）は電極、（18）は第１電子
伝達蛋白質膜、（19）は第２電子伝達蛋白質膜、（20）
はレーザ光源、（20a）はレーザビーム、（22）は電圧
印加手段である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示すもの
とする。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 31/08 51/00 51/10 Ｈ０１Ｌ 29/28
Claims (8)
- 【請求項１】電子を一定方向に伝達可能な第１電子伝達
蛋白質で作成された第１電子伝達蛋白質膜と、 上記第１電子伝達蛋白質のレドツクス電位と異なるレド
ツクス電位を有し、光に感応して上記レドツクス電位が
変化する第２電子伝達蛋白質で作成され、上記第１電子
伝達蛋白質膜上に累積して接着接合された第１電子伝達
蛋白質と、 それぞれ上記第1,第２電子伝達蛋白質膜の電子伝達通路
と交わる面に接続された第1,第２の電極と、上記第１電
子伝達蛋白質膜と第２電子伝達蛋白質膜間に上記第1,第
２の電極を介して電圧を印加する電圧印加手段とを備
え、上記各電子伝達蛋白質のレドツクス電位の違いを利
用し、光照射によつて上記第２電子伝達蛋白質のレドツ
クス電位を制御してスイツチング特性を呈するようにし
たことを特徴とする光応答性スイツチ素子。 - 【請求項２】電子伝達蛋白質は、非ヘムー鉄・硫黄蛋白
質、チトクロームｃ系蛋白質，チトクロームｂ系蛋白
質，チトクロームa,フラボプロテイン，プラストシアニ
ン，クロロフイル結合蛋白質，チオレドキシンまたはこ
れらの物質を人工的に変成した変成蛋白質であることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光応答性スイツ
チ素子。 - 【請求項３】電子伝達蛋白質膜は単分子膜であることを
特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の光応
答性スイツチ素子。 - 【請求項４】電子伝達蛋白質への電子の供給に酵素を利
用するようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１
項ないし第３項のいずれかに記載の光応答性スイツチ素
子。 - 【請求項５】電極は透明電極であることを特徴とする特
許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに記載の光
応答性スイツチ素子。 - 【請求項６】電極は有機分子で化学修飾されたものであ
ることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の光応答
性スイツチ素子。 - 【請求項７】各電子伝達蛋白質膜は、その電子伝達蛋白
質が，各膜が累積された方向と垂直な方向に電子が流
れ、水平方向の隣接する電子伝達蛋白質分子間では電子
の授受がなされないよう配向されていることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項ないし第６項のいずれかに記載
の光応答性スイツチ素子。 - 【請求項８】電子伝達蛋白質の配向用支持体として、脂
質又は脂肪酸を用いたことを特徴とする特許請求の範囲
第１項ないし第７項のいずれかに記載の光応答性スイツ
チ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62073349A JPH0748567B2 (ja) | 1987-03-26 | 1987-03-26 | 光応答性スイツチ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62073349A JPH0748567B2 (ja) | 1987-03-26 | 1987-03-26 | 光応答性スイツチ素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63237585A JPS63237585A (ja) | 1988-10-04 |
| JPH0748567B2 true JPH0748567B2 (ja) | 1995-05-24 |
Family
ID=13515597
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62073349A Expired - Lifetime JPH0748567B2 (ja) | 1987-03-26 | 1987-03-26 | 光応答性スイツチ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0748567B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2752687B2 (ja) * | 1989-03-29 | 1998-05-18 | 三菱電機株式会社 | ヘテロ分子接合に基づく光素子 |
| JPH0612815B2 (ja) * | 1989-04-24 | 1994-02-16 | 工業技術院長 | 機能性蛋白質複合体を用いた光電変換素子の製造方法 |
| JPH065730B2 (ja) * | 1989-04-24 | 1994-01-19 | 工業技術院長 | 機能性蛋白質複合体を用いた光電応答素子の製造方法 |
| JP2677298B2 (ja) * | 1992-06-30 | 1997-11-17 | スタンレー電気株式会社 | 生体高分子複合体を用いた光電変換装置 |
| JP5560727B2 (ja) * | 2009-08-28 | 2014-07-30 | ソニー株式会社 | 非接液全固体型タンパク質光電変換素子およびその製造方法ならびに電子機器 |
| JP2011100759A (ja) * | 2009-11-04 | 2011-05-19 | Sony Corp | 多層透明受光素子および電子機器 |
-
1987
- 1987-03-26 JP JP62073349A patent/JPH0748567B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63237585A (ja) | 1988-10-04 |
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