JPS61141883A - 導電性タンパクで被覆した機能性素子 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、導電性固体基体もしくは半導体基体の表面に
チトクロームＣ５が、単分子層から数分子膚で一定の方
向に配向し被覆・固定化されている機能性素子に関する
。

この機能性素子は、チトクロームＣ５が還元型でちると
きは、非常に良好な電導性を発現する。ｉた、酸化型で
は導電性が極め【小さいため、その酸化還元状態を可逆
的に変化させることによシその導電性を著しく変えるこ
とかで會るので、スイッチング機能をも有する。

本発明に於て導電性固体基体として金、銀、白金等の金
属材料、グラファイト等の炭素質材料が使用され、る、
ｔた半導体例えばシリコン、ゲルマニウムあるいは金属
散化物なども基体として使用される。

チトクロームｃ３は、各種の硫酸還元直中に広く存在し
、その構造は部分的に異なることは公知であるが、本発
明に供されるチトクロームＣ１は硫酸還元阿の種ＵＫよ
りて限定されるものではない。

チトクロームぐ、の還元は、一般的には酵素的にヒドロ
ｒナーゼを用い水素ガスによって行うか、化学的に例え
ば亜次チオン陵す）　ＩＪウム等還元剤を用いるか、又
は電気化学的に行うかの方法がある。４？に極めて短時
間に可逆的に電気抵抗を１０１０倍以上に大きく変える
必要のあるスイッチング素子として使用するときは、電
気化学的な酸化還元方法が有利でらる。

導電一固体基体もしくは半導体基体表面へのチトクロー
ムＣ５の配向性を持った固定化は、例えば表ｆが活性化
された導電性基体もしくは半導体基体を、チトクローム
Ｃ３を含有する水溶液もしくは緩衝溶液中に、一定時間
浸漬することによってなされる。

固定基体表面の活性化は、常法により、金属基体では例
えば希硝酸処理によって行うことができる。また、炭素
質基体では、アルゴン、二醗化炭素若しくは酸素ガス中
又は真空中でプラズマ処理を行うことなどにより基体の
表面を活性化させることができる。更に又半導体では、
脱脂、散洗いなどによってその表面を清浄にすることが
できる。

固体基体表面への固定化の際のチトクロームｃ３の溶液
については、チトクロームｃ３の濃度としては、１０　
　から１０　Ｍ、望ましくは１０　　から１０−５Ｍ、
溶液の−としては４かも１２、望ましくは５から９であ
る。この場合、Ｐ）（が４以下ではチトクロームｃＳの
会合が起ること、−オーが１２以上ではチトクロームｃ
３の異性化が起ること（ジャーナル・オツ・バイオケミ
ストリー第８７巻１７４７頁（１９８０）参照）Ｋよシ
本発明に使用するのには適当でない、チトクロームＣ３
を含有する溶液としては、水浴液又は緩衝溶液例えばリ
ン酸塩緩％浴液を使用することができる６ 溶液の温度は、特に重要な要件ではないが、チトクロー
ムＣ３がタンノリであることから、熱による変性を起さ
ない７０℃以下が望ましい。

上記の方法でチトクロームＣ３を基体表面に被覆・固定
化した場合、チトクロームＣ５が一定の方向に配向して
いることは、実施例ＩＫ記載した如く、５ｕｒｆａｃ＠
Ｅｎｈａｎｅ＠ｄ　Ｒａｍａｎ　５ｃａｔｔ＠ｒｉｎｇ
　（以下、Ｓ　ＥＲＳと略す、）によ）明らかである。

又、この被覆が単分子１から数分子層多くの場合単分子
層を形成していることは、チトクロームＣ３を電極表面
で還元するに必要な電気量の測定及びチトクロームｃ３
の電極表面での微分容量の測定から確認される（５！施
例１参照）。

チトクロームｃ８が一足の方向で配向し、被覆・固定化
されている本発明の素子は、チトクロームＣ３と共役す
る酵素又は電子伝達体例えばヒドロゲナーゼ、クラゲド
キシンなどと組み合せることにより基本的に有用な機能
素子となり、電界効果型ト−）／シスター、エレクトロ
クロミック素子等に応用が可能である。

以下、実施例をもって本発明を更に詳細に説明する。

実施例１ （１）導電性固体基体上へのチトクロームＣ３の被覆硫
酸還元菌（Ｄ＊１ｏｌｆｏｖｌｂｒＬｏ　ｖｕｌｇａｒ
ｌｓ、　Ｍｌｙａｚａｋｌｓｔｒａｉｎ）から抽出して
得たチトクロームｅ３１．１８■を０．０３Ｍリン酸緩
衝溶液（Ｐ）１７．０　）　１ｏ　ｏμ中に１￥！解し
８．４Ｘ１０Ｍの溶液を得た。

この溶液に、表面をシリコンカーバイトで鏡面状に研磨
した金電極（ｉｌ［径３　ｍ　）を２分間浸漬し、０．
０３Ｍのリン酸緩衝溶液（ｐＨ７，０）で良く洗浄する
ことにより電極表面をチトクロームＣ３で被覆した金電
極を得た。

（２）被覆率（吸ｆｉｔ）の測定 チトクロームｃ３溶液（８，４Ｘ１０　　Ｍ）中で金電
極を用いて微分容量の経時変化を測定した。結果を表１
に示す。

表■ ２　（秒戸　　　　　　１．４０（μＦ）４　　　　　
１．２６ ６　　　　　１．１１ ８　　　　　１．００ １０　　　　　０．９４ １２　　　　　０．９０ １５　　　　　０．８７ 表Ｉより、微分容量は飽和吸着に至るまでＫｏｒｙｔａ
の弐に従がい減少し、飽和吸着量は１．ＯＸ　１０−　
”ｍｏＬ／ｃｙｓ”でおった、この値は、チトクローム
Ｃ３の単分子被覆に相当する。ｔた、サイクリックボル
タツメトリーを用いても同様の結果が得られ、ノｔイロ
リティックグラファイト（ｂａｓａ１面）を用いて１．
０５　Ｘ　１０”　’　ｍａｔ／ｃｍ”が得られた。

実施例２ チトクローム０３分子の電極上での配向のＳ　ＥＲＳに
よる測定、銀電極（表面積２５−）を用い、実施例１の
（υと同様の方法によシ、チトクロームｃ３の単分子被
覆電極とした後、０．０３Ｍす／酸緩衝溶液（−７，１
）中で、励起光として５１４．５　ｎｍの人ｒ＋レーデ
−を用い出力５　Ｑ　ｍＷ、スリット幅１００　ａｍで
５ＥＲ８を測定した。

表ＩＮＫ鉄の原子価状態を反映しているＢａｎｄ　ｌｔ
／−１５＋ （１３８５ｚ　　／Ｆ＠　　、１３７５ｔＭ−／Ｆ’ｓ
　　）のピーク位置の電位による変化の測定結果を示す
。

表■ −０．２　　　　１３８３ −〇・３　　　　１３８３ −０．３６　　　　１３８２ −０．３８　　　　１３７６ −０．４８　　　　１３７６ 表…よ）酸化還元電位は−０，３８Ｖ（λｇ／Ａｇｅ・
電極に対して）と求まる。

一方、仁木ら（Ｊ、　Ｋｌｅｃｔｒｏｏｎａｌ、　Ｃｈ
＠ｍ、　１７８　。

３３３（１９８４））によシポーラログラフから巨視的
酸化還元電位が求められている（　Ｅ、　＝　−４４０
。

Ｅ２＝−４９７１Ｅ３＝−５１５、Ｅ４＝−５５７ＦＦ
ＩＶ）　＠　この値及びＳ　ＥＲ５効果が電極から１０
Ｘ程度しか及ばないことより、チトクロームｃ３の４つ
のヘムのうち最も責側に配化還元電位をもクヘム■が電
極に配向していることが明らかになりた。

実施例３ コンダクタンスの測定 櫛型電極（２，５Ｘ５５１）に実施例１の（１）の方法
でチトクロームＣ５を単分子層被覆した後、該電極をヒ
ドロゲナーゼ溶液（８Ｘ１０　　Ｍ）に浸漬し、ヒドロ
ゲナーゼを約１／１０００モル含有するチトクロームｅ
３Ｊ［を作製した。

該電極を減圧下、４０℃で４時間乾燥、水素ガス置換の
後チトクロームｃ３を還元し、２７８°Ｋにおいて屑波
数２０　Ｈｚ　−１００表Ｈｚまで変化させ。

交流法によシコ／ダクタンスを測定した。

その結果、膜の抵抗値は測定限界（ｌ　Ｑｃｍ　）以下
であり測定困難でらっ７ζ。この結果は、チトクロムｃ
３の単分子層膜が電気的バリアーとなっていないことを
示している。

実施例４ （１）導電性菌体基体上へのチトクロームＣ５の被覆硫
酸還元菌ヒルデンゲ算−（Ｄ＠寥ｕｌｆｏｖｌｂｒｉ。

ｖｕｌｇａｒｌｓ　Ｈ１ｌｄ＠ｎＭｒｏｕｇｈ）から抽
出して得たチトクロームｅ３５．９”９を０．０３Ｍリ
ンｒＲ緩衝液（ｐ）１７．０）１００１中に溶解し４．
２　Ｘ　１０−’　Ｍの溶液を得た。

この溶液に、表面をシリコンカーバイドで鏡面仕上げし
たグクッシーカー？ン電極（直径３　ｍ　）を３０秒間
浸漬し、０．０３Ｍのリン散緩衝溶液（−７、Ｏ）で良
く洗浄することによシミ極表百を被覆した電極を得た。

（２）吸着量 実施例１と同様にグラッシーカーゴン鑞極を用いて吸着
量を測定した結果、飽和吸着量０，９６Ｘ１０−　”　
ｍｏｊ　／ｃｙｔ”を得た。

この値はほぼ単分子層被覆罠相当する。

特許出「大　味の素株式会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）導電性固体基体もしくは半導体基体の表面にチト
   クロームｃ＿３が、単分子層から数分子層で一定の方向
   に配向し被覆・固定化されていることを特徴とする機能
   性素子。
2. （２）チトクロームｃ＿３が還元型である特許請求の範
   囲第１項の機能性素子。