JPH0810774B2 - トランジスタ素子 - Google Patents
トランジスタ素子Info
- Publication number
- JPH0810774B2 JPH0810774B2 JP61155447A JP15544786A JPH0810774B2 JP H0810774 B2 JPH0810774 B2 JP H0810774B2 JP 61155447 A JP61155447 A JP 61155447A JP 15544786 A JP15544786 A JP 15544786A JP H0810774 B2 JPH0810774 B2 JP H0810774B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electron transfer
- transfer protein
- electrode
- protein
- film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 claims description 120
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 claims description 120
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 claims description 109
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 47
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 30
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 26
- 108010057366 Flavodoxin Proteins 0.000 claims description 14
- 102100030497 Cytochrome c Human genes 0.000 claims description 12
- 108010075031 Cytochromes c Proteins 0.000 claims description 12
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 108010075027 Cytochromes a Proteins 0.000 claims description 4
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 claims description 4
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 claims description 4
- 102100025287 Cytochrome b Human genes 0.000 claims description 3
- 108010075028 Cytochromes b Proteins 0.000 claims description 3
- 125000002524 organometallic group Chemical group 0.000 claims description 3
- 108090000051 Plastocyanin Proteins 0.000 claims description 2
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 102000002933 Thioredoxin Human genes 0.000 claims description 2
- 235000014113 dietary fatty acids Nutrition 0.000 claims description 2
- 229930195729 fatty acid Natural products 0.000 claims description 2
- 239000000194 fatty acid Substances 0.000 claims description 2
- 150000004665 fatty acids Chemical class 0.000 claims description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 150000002632 lipids Chemical class 0.000 claims description 2
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims description 2
- 108060008226 thioredoxin Proteins 0.000 claims description 2
- 229940094937 thioredoxin Drugs 0.000 claims description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 description 12
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 12
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 3
- 210000003470 mitochondria Anatomy 0.000 description 3
- 239000012460 protein solution Substances 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 3
- 102000004316 Oxidoreductases Human genes 0.000 description 2
- 108090000854 Oxidoreductases Proteins 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 102000019259 Succinate Dehydrogenase Human genes 0.000 description 2
- 108010012901 Succinate Dehydrogenase Proteins 0.000 description 2
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 238000004925 denaturation Methods 0.000 description 2
- 230000036425 denaturation Effects 0.000 description 2
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 229930024421 Adenine Natural products 0.000 description 1
- GFFGJBXGBJISGV-UHFFFAOYSA-N Adenine Chemical compound NC1=NC=NC2=C1N=CN2 GFFGJBXGBJISGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ROFVEXUMMXZLPA-UHFFFAOYSA-N Bipyridyl Chemical group N1=CC=CC=C1C1=CC=CC=N1 ROFVEXUMMXZLPA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102000007474 Multiprotein Complexes Human genes 0.000 description 1
- 108010085220 Multiprotein Complexes Proteins 0.000 description 1
- DFPAKSUCGFBDDF-UHFFFAOYSA-N Nicotinamide Chemical compound NC(=O)C1=CC=CN=C1 DFPAKSUCGFBDDF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229960000643 adenine Drugs 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 1
- 150000004696 coordination complex Chemical class 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 230000002438 mitochondrial effect Effects 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- 229930027945 nicotinamide-adenine dinucleotide Natural products 0.000 description 1
- BOPGDPNILDQYTO-NNYOXOHSSA-N nicotinamide-adenine dinucleotide Chemical compound C1=CCC(C(=O)N)=CN1[C@H]1[C@H](O)[C@H](O)[C@@H](COP(O)(=O)OP(O)(=O)OC[C@@H]2[C@H]([C@@H](O)[C@@H](O2)N2C3=NC=NC(N)=C3N=C2)O)O1 BOPGDPNILDQYTO-NNYOXOHSSA-N 0.000 description 1
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 description 1
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- KDYFGRWQOYBRFD-UHFFFAOYSA-L succinate(2-) Chemical compound [O-]C(=O)CCC([O-])=O KDYFGRWQOYBRFD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Bipolar Transistors (AREA)
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
- Electronic Switches (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トランジスタ素子
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，高速化を図ることができるようにしたものである。
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，高速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トランジスタ素子と
しては、第７図に示す電界効果型トランジスタ（FET）
があった。図において、１はｎ形シリコン基板、２はチ
ャンネル領域、３はP+層、４はSiO2膜、５はソース電
極、６はゲート電極、７はドレイン電極であり、この従
来のFETをトランジスタ動作又はスイッチング動作させ
るには、ゲート電極に印加するゲート電圧を制御して行
う。即ち、ゲート電圧によってソース電極５とドレイン
電極７間の表面層における電流キャリア数を変化させれ
ば、これにより電流が制御される。
しては、第７図に示す電界効果型トランジスタ（FET）
があった。図において、１はｎ形シリコン基板、２はチ
ャンネル領域、３はP+層、４はSiO2膜、５はソース電
極、６はゲート電極、７はドレイン電極であり、この従
来のFETをトランジスタ動作又はスイッチング動作させ
るには、ゲート電極に印加するゲート電圧を制御して行
う。即ち、ゲート電圧によってソース電極５とドレイン
電極７間の表面層における電流キャリア数を変化させれ
ば、これにより電流が制御される。
従来のトランジスタ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ト
ランジスタ素子あるいはこれと類似の構造の整流素子を
用いたLSIとして256KビットLSIが実用化されている。
るため、微細加工が可能であり、現在では上記構造のト
ランジスタ素子あるいはこれと類似の構造の整流素子を
用いたLSIとして256KビットLSIが実用化されている。
ところで、集積回路のメモリ容量と演算速度を上昇さ
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って上記0.
2μｍの壁を破ることのできるものが求められている。
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って上記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
のトランジスタ素子を提供することを目的とする。
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
のトランジスタ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
（Phosphate））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
配向性をもって埋め込まれ、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っている。
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
（Phosphate））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
配向性をもって埋め込まれ、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っている。
このように、電子伝達蛋白質は生体膜中で精巧な配置
をもって連鎖状に並んでいるため、電子を蛋白質連鎖に
沿っ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。
をもって連鎖状に並んでいるため、電子を蛋白質連鎖に
沿っ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６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（1
5）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。
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（1
5）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６図に示した電子伝達蛋白質は電子伝達時に酸化還
元（レドックス）反応を伴い、各電子伝達蛋白質のレド
ックス電位の負方向の準位から正方向の準位へと電子を
流すことができる。
元（レドックス）反応を伴い、各電子伝達蛋白質のレド
ックス電位の負方向の準位から正方向の準位へと電子を
流すことができる。
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。
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。
従って、適当なレドックス電位を持つ電子伝達蛋白質
を２種類（Ａ及びＢ）用い、これらをＡ−Ｂ−Ａと３層
に累積させれば、それらのレドックス電位の違いを利用
してトランジスタ特性又はスイッ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。
を２種類（Ａ及びＢ）用い、これらをＡ−Ｂ−Ａと３層
に累積させれば、それらのレドックス電位の違いを利用
してトランジスタ特性又はスイッ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、本発明に係るトランジスタ素子は、相互に隣接
する電子伝達蛋白質間でレドックス電位の異なる第1,第
2,第３電子伝達蛋白質で作成された第1,第2,第３電子伝
達蛋白質膜を順に接着接合して設け、それぞれ上記第1,
第2,第３電子伝達蛋白質膜に接続される第1,第2,第３の
電極を設け、第1,第３の電極とそれに対応する電子伝達
蛋白質膜間に有機薄膜を設けたものである。
する電子伝達蛋白質間でレドックス電位の異なる第1,第
2,第３電子伝達蛋白質で作成された第1,第2,第３電子伝
達蛋白質膜を順に接着接合して設け、それぞれ上記第1,
第2,第３電子伝達蛋白質膜に接続される第1,第2,第３の
電極を設け、第1,第３の電極とそれに対応する電子伝達
蛋白質膜間に有機薄膜を設けたものである。
この発明においては、レドックス電位の異なる少なく
とも２種類の３つの電子伝達蛋白質はトランジスタ特性
又はスイッチング特性を呈する。即ち、第５図（ａ），
（ｂ）に示すＡ−Ｂ−Ａ型電子伝達蛋白質複合体の模式
図とそのレドッ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,Aを接合してなる複合体では、A,
B,A蛋白質のレドックス電位の分布を、Ｂ蛋白質への印
加電圧を制御して変化させることができ、これによりｎ
型半導体とｐ型半導体とを接合してなるｐ−ｎ−ｐ接合
と類似のトランジスタ特性又はスイッチング特性を呈す
る素子を得ることができる。
とも２種類の３つの電子伝達蛋白質はトランジスタ特性
又はスイッチング特性を呈する。即ち、第５図（ａ），
（ｂ）に示すＡ−Ｂ−Ａ型電子伝達蛋白質複合体の模式
図とそのレドッ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,Aを接合してなる複合体では、A,
B,A蛋白質のレドックス電位の分布を、Ｂ蛋白質への印
加電圧を制御して変化させることができ、これによりｎ
型半導体とｐ型半導体とを接合してなるｐ−ｎ−ｐ接合
と類似のトランジスタ特性又はスイッチング特性を呈す
る素子を得ることができる。
また、その際本発明においては、電極と電子伝達蛋白
質膜との間に有機分子又は有機金属錯体からなる薄膜を
設けたから、電子伝達蛋白質の配向を良好にでき、また
電極と電子伝達蛋白質膜との間の電流の授受が良好に行
われ、しかも電子伝達蛋白質の変性を防止することがで
きる。
質膜との間に有機分子又は有機金属錯体からなる薄膜を
設けたから、電子伝達蛋白質の配向を良好にでき、また
電極と電子伝達蛋白質膜との間の電流の授受が良好に行
われ、しかも電子伝達蛋白質の変性を防止することがで
きる。
以下、本発明の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トランジスタ素子が組み込
まれた装置の模式的断面構成図であり、図において、16
は絶縁特性を持つ例えばガラス製基板、17はAg,Au,Alな
どの金属製電極で、基板16上に複数条が平行に形成され
ている。23は上記金属製電極17上に累積された有機分子
又は有機金属錯体からなる有機薄膜、18は電子伝達蛋白
質であるフラボドキシンで作成された第１電子伝達蛋白
質膜で、上記有機薄膜23上に形成されている。20は上記
複数条の平行電極17と直角方向に形成された複数条の平
行電極、19は電子伝達蛋白質であるチトクロームｃ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、電極20に接合されてい
る。21は電子伝達蛋白質であるフラボドキシンで作成さ
れた第３電子伝達蛋白質膜で、上記第２電子伝達蛋白質
膜19に累積して接着接合されている。24はこの第３電子
伝達蛋白質膜21上に形成された有機薄膜、22は上記複数
条の平行電極20と直角方向に形成された複数条の平行電
極で、第３電子伝達蛋白質膜21上に上記有機薄膜24を介
して形成されている。第２図は形成したトランジスタ素
子を組み込んだ装置を分解して示す分解斜視図である。
はこの発明の一実施例によるトランジスタ素子が組み込
まれた装置の模式的断面構成図であり、図において、16
は絶縁特性を持つ例えばガラス製基板、17はAg,Au,Alな
どの金属製電極で、基板16上に複数条が平行に形成され
ている。23は上記金属製電極17上に累積された有機分子
又は有機金属錯体からなる有機薄膜、18は電子伝達蛋白
質であるフラボドキシンで作成された第１電子伝達蛋白
質膜で、上記有機薄膜23上に形成されている。20は上記
複数条の平行電極17と直角方向に形成された複数条の平
行電極、19は電子伝達蛋白質であるチトクロームｃ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、電極20に接合されてい
る。21は電子伝達蛋白質であるフラボドキシンで作成さ
れた第３電子伝達蛋白質膜で、上記第２電子伝達蛋白質
膜19に累積して接着接合されている。24はこの第３電子
伝達蛋白質膜21上に形成された有機薄膜、22は上記複数
条の平行電極20と直角方向に形成された複数条の平行電
極で、第３電子伝達蛋白質膜21上に上記有機薄膜24を介
して形成されている。第２図は形成したトランジスタ素
子を組み込んだ装置を分解して示す分解斜視図である。
このように構成されたトランジスタ素子は、第１図に
示すような一定方向に電子伝達通路Ｅを有し、この電子
伝達通路Ｅと交わるように形成された電極17と22間の電
流を流れを、電極20に印加する電圧によって制御するも
のである。
示すような一定方向に電子伝達通路Ｅを有し、この電子
伝達通路Ｅと交わるように形成された電極17と22間の電
流を流れを、電極20に印加する電圧によって制御するも
のである。
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上に有機分子又は有機金属錯体から
なる有機薄膜23を蒸着法等により形成する。次に上記電
子伝達蛋白質としてのチトクロームｃとフラボドキシン
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−Blod
gett）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（I
wing Langmuir）、ジャーナル オブ アメリカン
ケミカル ソサイティ（K.Blodgett:Journal of Americ
an Chemical Society）57巻,P1007,1935年、杉 道夫
ら，固体物理,Vol 17,P744〜752,1982年、ジャーナル
オブ コロイド アンド インターフェイス サイエ
ンス（Journal of Colloid and Interface Science）Vo
l 68,P471〜477,1979年、などに記載されている。一例
を説明すると、水槽の水面にフラボドキシン溶液を滴下
し、水面にフラボドキシンの単分子膜を形成する。そし
てこのフラボドキシン膜を形成した水槽に、電極17及び
有機薄膜23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及び有機薄膜23を有する基板16にフラボド
キシン膜が付着接合し、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った
が、逆に水面下から垂直に引き上げるようにして基板16
上にフラボドキシン膜を形成するようにしてもよい。
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上に有機分子又は有機金属錯体から
なる有機薄膜23を蒸着法等により形成する。次に上記電
子伝達蛋白質としてのチトクロームｃとフラボドキシン
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−Blod
gett）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（I
wing Langmuir）、ジャーナル オブ アメリカン
ケミカル ソサイティ（K.Blodgett:Journal of Americ
an Chemical Society）57巻,P1007,1935年、杉 道夫
ら，固体物理,Vol 17,P744〜752,1982年、ジャーナル
オブ コロイド アンド インターフェイス サイエ
ンス（Journal of Colloid and Interface Science）Vo
l 68,P471〜477,1979年、などに記載されている。一例
を説明すると、水槽の水面にフラボドキシン溶液を滴下
し、水面にフラボドキシンの単分子膜を形成する。そし
てこのフラボドキシン膜を形成した水槽に、電極17及び
有機薄膜23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及び有機薄膜23を有する基板16にフラボド
キシン膜が付着接合し、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った
が、逆に水面下から垂直に引き上げるようにして基板16
上にフラボドキシン膜を形成するようにしてもよい。
次に上記と同様の方法で、上記第１電子伝達蛋白質膜
18上に電極20を作成する。このとき、電子伝達蛋白質が
破壊されないよう低温で作成する必要がある。続いて、
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。そして上記第１電子
伝達蛋白質18及び電極20が作成された基板16を、チトク
ロームｃ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上にチトクロームｃ膜が付
着接合し、電極20に接合した第２電子伝達蛋白質膜19が
作成される。同様にして基板16の第２電子伝達蛋白質膜
19上にフラボドキシン膜を付着接合して第３電子伝達蛋
白質膜21を作成し、さらにこの上に有機薄膜26及び電極
24を作成する。
18上に電極20を作成する。このとき、電子伝達蛋白質が
破壊されないよう低温で作成する必要がある。続いて、
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。そして上記第１電子
伝達蛋白質18及び電極20が作成された基板16を、チトク
ロームｃ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上にチトクロームｃ膜が付
着接合し、電極20に接合した第２電子伝達蛋白質膜19が
作成される。同様にして基板16の第２電子伝達蛋白質膜
19上にフラボドキシン膜を付着接合して第３電子伝達蛋
白質膜21を作成し、さらにこの上に有機薄膜26及び電極
24を作成する。
なお、上記電子伝達蛋白質膜は、単分子膜であって
も、また別の電子伝達蛋白質の膜をこれに重ねたもので
あってもよい。例えば第１電子伝達蛋白質を２層累積し
て形成した場合は、これらの両電子伝達蛋白質膜間のレ
ドックス電位差は、第1,第２の両電子伝達蛋白質間のレ
ドックス電位差より小さいものを選定する。各種の電子
伝達蛋白質のレドックス電位は、「高野 常広著；蛋白
質核酸酵素,27,P1543,1982年」に記載されており、チト
クロームｃとフラボドキシンのレドックス電位差は約66
5mVである。
も、また別の電子伝達蛋白質の膜をこれに重ねたもので
あってもよい。例えば第１電子伝達蛋白質を２層累積し
て形成した場合は、これらの両電子伝達蛋白質膜間のレ
ドックス電位差は、第1,第２の両電子伝達蛋白質間のレ
ドックス電位差より小さいものを選定する。各種の電子
伝達蛋白質のレドックス電位は、「高野 常広著；蛋白
質核酸酵素,27,P1543,1982年」に記載されており、チト
クロームｃとフラボドキシンのレドックス電位差は約66
5mVである。
また、上記例では有機薄膜23,24を形成するに際し、
蒸着法等で形成する場合について述べたが、これは水面
に滴下する電子伝達蛋白質溶液に予め有機分子としての
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い。
蒸着法等で形成する場合について述べたが、これは水面
に滴下する電子伝達蛋白質溶液に予め有機分子としての
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い。
その他有機薄膜及び電子伝達蛋白質膜の作成法として
は、有機分子で表面を修飾して金属電極上に有機薄膜を
形成し、該電極を蛋白質溶液に浸漬して蛋白質分子を上
記有機薄膜を有する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。
は、有機分子で表面を修飾して金属電極上に有機薄膜を
形成し、該電極を蛋白質溶液に浸漬して蛋白質分子を上
記有機薄膜を有する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１図において、電極17と電極20間に第１電子伝達蛋
白質膜18が介在しているが、第１電子伝達蛋白質膜18だ
けであれば、誘電体として作用するので両電極17と20間
の絶縁は保たれる。しかし、上記のように第1,第２及び
第３電子伝達蛋白質膜が配向を整えられて累積され、接
着接合されると、電極17と22間の電子の授受が可能とな
る。即ち、電極20は第２電子伝達蛋白質膜19に対して絶
縁的であるが、この電極20に電圧を印加することによ
り、第２の電子伝達蛋白質膜19に対して電気的影響を与
えることができる。即ち電極20は従来のFETのゲート電
極に相当し、電極17,22はそれぞれソース電極，ドレイ
ン電極に相当する。
白質膜18が介在しているが、第１電子伝達蛋白質膜18だ
けであれば、誘電体として作用するので両電極17と20間
の絶縁は保たれる。しかし、上記のように第1,第２及び
第３電子伝達蛋白質膜が配向を整えられて累積され、接
着接合されると、電極17と22間の電子の授受が可能とな
る。即ち、電極20は第２電子伝達蛋白質膜19に対して絶
縁的であるが、この電極20に電圧を印加することによ
り、第２の電子伝達蛋白質膜19に対して電気的影響を与
えることができる。即ち電極20は従来のFETのゲート電
極に相当し、電極17,22はそれぞれソース電極，ドレイ
ン電極に相当する。
第３図（ａ）は本実施例のトランジスタ素子の電圧印
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ックス電位状態を示す図である。電
極17と20との間に電極17側を正として電圧V1を印加し、
電極20と22との間に電極20側を正として電圧V2を印加す
ると、レドックス電位状態は第３図（ｂ）の実線のよう
に変化する。同図の破線は電圧印加前の状態を示してお
り、V0はチトクロームｃとフラボドキシンのレドックス
電位の差で、約665mVである。上記構成及び電圧印加に
よるレドックス電位の変化は、従来の半導体トランジス
タ（ｐ−ｎ−ｐ接合タイプ）と同様と考えられ、上記構
成によりトランジスタ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，高
速度化が可能な集積回路が得られる。
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ックス電位状態を示す図である。電
極17と20との間に電極17側を正として電圧V1を印加し、
電極20と22との間に電極20側を正として電圧V2を印加す
ると、レドックス電位状態は第３図（ｂ）の実線のよう
に変化する。同図の破線は電圧印加前の状態を示してお
り、V0はチトクロームｃとフラボドキシンのレドックス
電位の差で、約665mVである。上記構成及び電圧印加に
よるレドックス電位の変化は、従来の半導体トランジス
タ（ｐ−ｎ−ｐ接合タイプ）と同様と考えられ、上記構
成によりトランジスタ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，高
速度化が可能な集積回路が得られる。
また、上記実施例では電極と電子伝達蛋白質膜との間
に有機薄膜を形成しているので、該薄膜の有機分子は蛋
白質分子の配向支持を行なうものとなり、電子伝達蛋白
質の配向が整えられる。これを第４図の模式図を用いて
モデル的に説明すると、有機薄膜23,24を設けることに
より、該膜の有機分子の凸部23a,24aとフラボドキシン
の凹部18a,21aがはまりあい、これにより各蛋白質分子
の配向が整えられることになる。また電極と電子伝達蛋
白質とを直接接合させると、それらの間の電子の授受が
困難となったり、蛋白質が変性してしまうことがある
が、本実施例ではそのような不具合も解消され、信頼性
の高い素子を形成できる。
に有機薄膜を形成しているので、該薄膜の有機分子は蛋
白質分子の配向支持を行なうものとなり、電子伝達蛋白
質の配向が整えられる。これを第４図の模式図を用いて
モデル的に説明すると、有機薄膜23,24を設けることに
より、該膜の有機分子の凸部23a,24aとフラボドキシン
の凹部18a,21aがはまりあい、これにより各蛋白質分子
の配向が整えられることになる。また電極と電子伝達蛋
白質とを直接接合させると、それらの間の電子の授受が
困難となったり、蛋白質が変性してしまうことがある
が、本実施例ではそのような不具合も解消され、信頼性
の高い素子を形成できる。
なお、上記実施例では第１及び第３電子伝達蛋白質と
それらの電極間に有機薄膜を設けた場合について説明し
たが、これらに加えて第２電子伝達蛋白質に接続される
電極の両面にも上記同様の有機薄膜を設けるようにして
もよい。また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。
それらの電極間に有機薄膜を設けた場合について説明し
たが、これらに加えて第２電子伝達蛋白質に接続される
電極の両面にも上記同様の有機薄膜を設けるようにして
もよい。また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。
また、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、フラボドキシン、プラストシアニ
ン、チオレドキシンなどがあり、これらのうちから第1,
第２の電子伝達蛋白質を選択するにあたっては、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。
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、フラボドキシン、プラストシアニ
ン、チオレドキシンなどがあり、これらのうちから第1,
第２の電子伝達蛋白質を選択するにあたっては、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。
また上記実施例では２種類の蛋白質の累積膜でトラン
ジスタ素子を構成した場合について説明したが、これは
３種類以上の蛋白質の累積膜として構成してもよい。
ジスタ素子を構成した場合について説明したが、これは
３種類以上の蛋白質の累積膜として構成してもよい。
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。
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。
また、本発明では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、それらの間に有機薄膜を
設けたが、これは、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も同
様の効果が期待できる。
子の授受を良好にするために、それらの間に有機薄膜を
設けたが、これは、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も同
様の効果が期待できる。
以上のように、この発明によれば、相互にレドックス
電位の異なる電子伝達蛋白質で第1,第2,第３の電子伝達
蛋白質膜を形成し、各電子伝達蛋白質のレドックス電位
の違いを利用してトランジスタ動作又はスイッチング動
作を行わせるようにしたので、トランジスタ素子サイズ
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，高速度化を図
ることができる。また上記電子伝達蛋白質膜と電極との
間に有機薄膜を設けたので、これにより電子伝達蛋白質
の配向を良好にすることが可能となり、また蛋白質と電
極間の電子の授受を良好とすることができ、かつ蛋白質
の変性を向上できる効果がある。
電位の異なる電子伝達蛋白質で第1,第2,第３の電子伝達
蛋白質膜を形成し、各電子伝達蛋白質のレドックス電位
の違いを利用してトランジスタ動作又はスイッチング動
作を行わせるようにしたので、トランジスタ素子サイズ
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，高速度化を図
ることができる。また上記電子伝達蛋白質膜と電極との
間に有機薄膜を設けたので、これにより電子伝達蛋白質
の配向を良好にすることが可能となり、また蛋白質と電
極間の電子の授受を良好とすることができ、かつ蛋白質
の変性を向上できる効果がある。
第１図は本発明の一実施例によるトランジスタ素子が組
み込まれた装置の模式的断面構成図、第２図は該装置の
分解斜視図、第３図（ａ）は上記トランジスタ素子の電
圧印加状態を示す模式図、第３図（ｂ）はその各電子伝
達蛋白質膜のレドックス電位状態を示す図、第４図は上
記トランジスタ素子中に形成された有機薄膜の作用効果
を説明するための模式図、第５図（ａ）は電子伝達蛋白
質複合体の模式図、第５図（ｂ）はそのレドックス電位
を示す図、第６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７図は従来の電界効果型トランジスタ
素子を示す断面図である。 17,20,22……電極、18……第１電子伝達蛋白質膜、19…
…第２電子伝達蛋白質膜、21……第３電子伝達蛋白質
膜、23,24……有機薄膜。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
み込まれた装置の模式的断面構成図、第２図は該装置の
分解斜視図、第３図（ａ）は上記トランジスタ素子の電
圧印加状態を示す模式図、第３図（ｂ）はその各電子伝
達蛋白質膜のレドックス電位状態を示す図、第４図は上
記トランジスタ素子中に形成された有機薄膜の作用効果
を説明するための模式図、第５図（ａ）は電子伝達蛋白
質複合体の模式図、第５図（ｂ）はそのレドックス電位
を示す図、第６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７図は従来の電界効果型トランジスタ
素子を示す断面図である。 17,20,22……電極、18……第１電子伝達蛋白質膜、19…
…第２電子伝達蛋白質膜、21……第３電子伝達蛋白質
膜、23,24……有機薄膜。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
───────────────────────────────────────────────────── 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 29/68 29/73 Ｈ０３Ｋ 17/84
Claims (11)
- 【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ックス電位と異なるレド
ックス電位を有する第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
２電子伝達蛋白質膜と、 上記第２電子伝達蛋白質と異なるレドックス電位を有す
る第３電子伝達蛋白質で作成され、上記第２電子伝達蛋
白質膜上に累積して接着接合された第３電子伝達蛋白質
膜と、 それぞれ上記第1,第2,第３電子伝達蛋白質膜に接続され
た第1,第2,第３の電極と、 上記第１の電極と第１電子伝達蛋白質膜間、及び第３の
電極と第３電子伝達蛋白質膜間に設けられ、上記電子伝
達蛋白質を配向支持し、かつ上記両電子伝達蛋白質膜と
それらの電極との間の電流の授受を良好とする、有機分
子又は有機金属錯体からなる有機薄膜とを備え、 上記各電子伝達蛋白質のレドックス電位の違いを利用し
てトランジスタ特性又はスイッチング特性を呈するよう
にしたことを特徴とするトランジスタ素子。 - 【請求項２】上記電子伝達蛋白質は、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,フラボドキシン，プラストシアニ
ン，又はチオレドキシンであることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載のトランジスタ素子。 - 【請求項３】上記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
トランジスタ素子。 - 【請求項４】上記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トランジスタ素
子。 - 【請求項５】上記各電極は金属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
載のトランジスタ素子。 - 【請求項６】上記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である膜面に垂直な方
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５項のい
ずれかに記載のトランジスタ素子。 - 【請求項７】上記有機薄膜を構成する有機分子は脂質又
は脂肪酸のいずれか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６項のいずれかに記載のトランジス
タ素子。 - 【請求項８】上記第１の電極と第２の電極とは相互に直
角に配置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７項のいずれかに記載のトランジスタ素
子。 - 【請求項９】上記第１及び第２の電極は、それぞれ複数
の平行な線状電極群であることを特徴とする特許請求の
範囲第８項記載のトランジスタ素子。 - 【請求項１０】上記第２の電極と第３の電極とは相互に
直角に配置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９項のいずれかに記載のトランジスタ素
子。 - 【請求項１１】上記第２及び第３の電極は、それぞれ複
数の平行な線状電極群であることを特徴とする特許請求
の範囲第10項記載のトランジスタ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61155447A JPH0810774B2 (ja) | 1986-07-01 | 1986-07-01 | トランジスタ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61155447A JPH0810774B2 (ja) | 1986-07-01 | 1986-07-01 | トランジスタ素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6310562A JPS6310562A (ja) | 1988-01-18 |
| JPH0810774B2 true JPH0810774B2 (ja) | 1996-01-31 |
Family
ID=15606238
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61155447A Expired - Lifetime JPH0810774B2 (ja) | 1986-07-01 | 1986-07-01 | トランジスタ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0810774B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2560154B2 (ja) * | 1991-04-09 | 1996-12-04 | 株式会社辰巳菱機 | 自家用発電機等の電力供給試験装置 |
| AU2003284278A1 (en) | 2002-10-18 | 2004-05-04 | The University Of Iowa Research Foundation | Magnetically modified electrodes containing at least one catalyst component that mediates a subatomic particle transfer process |
| JP4385007B2 (ja) | 2005-06-08 | 2009-12-16 | 株式会社興研 | 高圧負荷演算制御方法及び装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0732899B2 (ja) * | 1992-09-09 | 1995-04-12 | 春日電機株式会社 | エアー噴射除塵装置 |
-
1986
- 1986-07-01 JP JP61155447A patent/JPH0810774B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6310562A (ja) | 1988-01-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4802951A (en) | Method for parallel fabrication of nanometer scale multi-device structures | |
| US4728591A (en) | Self-assembled nanometer lithographic masks and templates and method for parallel fabrication of nanometer scale multi-device structures | |
| KR100850905B1 (ko) | 나노선나노입자 이종결합의 비휘발성 메모리 전자소자 및그 제조방법 | |
| Weiss et al. | The study of charge transport through organic thin films: mechanism, tools and applications | |
| US4613541A (en) | Electronic device using electron transport proteins | |
| Fink et al. | The emergence of new ion tract applications | |
| US6989290B2 (en) | Electrical contacts for molecular electronic transistors | |
| JPH0810774B2 (ja) | トランジスタ素子 | |
| US11148946B2 (en) | Contacting molecular components | |
| US4764415A (en) | Electric element using oxidation-reduction substances | |
| JPH0691241B2 (ja) | トランジスタ素子 | |
| JPH0748567B2 (ja) | 光応答性スイツチ素子 | |
| Karthäuser et al. | Integration of individual functionalized gold nanoparticles into nanoelectrode configurations: Recent advances | |
| JPS6310563A (ja) | スイツチ素子 | |
| JPH073873B2 (ja) | ダイオ−ド素子 | |
| JPH0770764B2 (ja) | スイツチ素子 | |
| JPH07118555B2 (ja) | スイツチ素子 | |
| JPH0770763B2 (ja) | 整流素子 | |
| JP2550980B2 (ja) | 整流素子 | |
| US20050109622A1 (en) | Method for controlling electrodeposition of an entity and devices incorporating the immobilized entity | |
| JPS6319855A (ja) | 生物電気素子 | |
| Wada | Prospects for Single‐Molecule Information‐Processing Devices for the Next Paradigm | |
| JPH02257682A (ja) | 光スイッチ素子 | |
| JPS6310560A (ja) | 整流素子 | |
| JPS63237584A (ja) | 光応答性スイツチ素子 |