JPS6310560A - Rectifying device - Google Patents

Rectifying device

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Publication number
JPS6310560A
JPS6310560A JP61155445A JP15544586A JPS6310560A JP S6310560 A JPS6310560 A JP S6310560A JP 61155445 A JP61155445 A JP 61155445A JP 15544586 A JP15544586 A JP 15544586A JP S6310560 A JPS6310560 A JP S6310560A
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JP
Japan
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electron transfer
transfer protein
protein
film
proteins
Prior art date
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Pending
Application number
JP61155445A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Satoru Isoda
悟 磯田
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Filing date
Publication date
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Publication of JPS6310560A publication Critical patent/JPS6310560A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To approach the size of a rectifier to the ultrafine size of a living body molecule level by forming first and second electron transmission protein films of electron transmission proteins having different redox potentials, and forming an organic thin film between the protein film and electrodes. CONSTITUTION:A metal thin film is formed by utilizing an ion beam method or a depositing method on a substrate 16 to form an electrode 17. An organic thin film 21 made of organic molecules or organic metal complex on the electrode 17. Then, cytochrome (c) and flavodoxin are used as the electron transmission protein to form a single molecule film and its accumulative films 18, 19. When the substrate 15 formed with the first protein 18 is inserted perpendicularly to a water tank having a flavodoxin film to be dipped, the flavodoxin film is bonded on the protein 18 to form a second electron transmission protein film 19. Then, an organic thin film 22 is formed by a depositing method on the film 19 of the substrate 16, a metal thin film is formed thereon at a low temperature, thereby obtaining electrodes 20.

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整流素子に関するも
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く
数十〜数百人)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。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] This invention relates to a rectifying element in the field of integrated circuits, and by using biomaterials as the constituent material of the element, the size of the rectifier can be reduced to ultra-fine size at the level of biomolecules. It is designed to be able to accommodate large numbers of people (from several tens to hundreds of people), and to achieve high density and high speed.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、集積回路に用いられている整流素子としては、第
7図に示すMO3構造のものがあった。
Conventionally, rectifying elements used in integrated circuits have had an MO3 structure as shown in FIG.

図において、1はp形シリコン基板、2はn影領域、3
はp影領域、4はn影領域、5は5i02膜、6.7は
1鴇であり、これら2つの電極6゜7間でp−n接合(
p影領域3−n影領域4接合)が形成され、これにより
整流特性が実現されている。
In the figure, 1 is a p-type silicon substrate, 2 is an n-shade region, and 3 is a p-type silicon substrate.
is a p-shaded region, 4 is an n-shaded region, 5 is a 5i02 film, and 6.7 is a 1st electrode, and a p-n junction (
A p-shaded region 3 - n-shaded region 4 junction) is formed, thereby realizing rectification characteristics.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

従来のMO3構造の整流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
整流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256にビットLSIが実用化さ
れている。
Because the conventional MO3 structure rectifier is configured as described above, it can be microfabricated, and currently LSIs using rectifiers with the above structure or transistor elements with a similar structure are being used in 256-bit LSIs. has been put into practical use.

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、一方
でSt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0.2μ階の壁を破ることのできるものが求めら
れている。
By the way, in order to increase the memory capacity and operation speed of integrated circuits, it is essential to miniaturize the elements themselves. On the other hand, in elements using St, ultra-fine patterns of about 0.2 μm are used to improve the mean free path of electrons and the elements. There is a limit in that the sizes are almost the same, and the independence of the elements cannot be maintained. In this way, silicon technology, which continues to develop day by day, is expected to eventually hit a wall in terms of miniaturization, and it is expected that electrical circuit elements based on new principles will break through the 0.2 μm wall. There is a need for people who can do this.

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
整流素子を堤供することを目的とする。
This invention was made in view of the above situation, and it is possible to create an electric circuit element whose size can be brought close to the ultra-fine size of the biomolecule level by using biomaterials as the constituent material of the electric circuit element. In particular, the purpose is to provide rectifying elements among them.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

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,有艮
酸、NAD (P)H(旧cotineamideへd
enine DinucleoLide (Phosp
hate))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。
By the way, in the biological membranes of microorganisms and the inner membranes of mitochondria of higher organisms, H2, conjugated acids, NAD(P)H (formerly cotineamide) are present, although their functions are different.
enine DinucleoLide (Phosp
Along with enzyme proteins that extract electrons from reducing chemicals such as Existing.

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。
These electron transfer proteins are embedded in biological membranes with a certain orientation and have a specific intermolecular arrangement so that electron transfer occurs between molecules.

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、これを利用すれば電子
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。
As described above, since electron transport proteins are arranged in a chain in a sophisticated arrangement in biological membranes, it is thought that by utilizing this, it is possible to control the movement of electrons at the molecular level.

第6図に電子伝達蛋白質の連鎖(電子伝達系)の−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0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
CIC12)−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。
Figure 6 shows a schematic diagram of the electron transport chain in the mitochondrial inner membrane as an example of the chain of electron transport proteins (electron transport chain).
is an electron transport protein, and NADH is a reducing organic substance.
(L in the figure) and succinic acid (M in the figure) respectively.
The electrons extracted by -Q reductase 9 and succinate dehydrogenase 10 are transferred to NADH-Q reductase 9. Succinate dehydrogenase 10-cytochrome b (11)-cytochrome CIC12)-cytochrome c (13) → cytochrome a (14)-cytochrome a3 (15), and is finally transferred to oxygen at the exit side N. and produces water.

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
クス電位の負の単位から正の準位へと電子を流すことが
できる。即ち、整流特性を示す、  。
The electron transfer proteins shown in FIG. 6 involve an oxidation-reduction (redox) reaction during electron transfer, and electrons can flow from the negative unit of the redox potential of each electron transfer protein to the positive level. That is, it exhibits rectifying characteristics.

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。
Furthermore, according to recent findings, electron transfer protein complexes capable of electron transfer are formed not only by electron transfer proteins present in the same organism but also by combining electron transfer proteins present in different organisms. It has been shown that it is possible to

従って、適当なレドックス電位を持つ電子伝達蛋白質を
2fi類(A及びB)用い、これらをA−Bと2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
整流特性を生ずる接合を形成できると考えられる0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。
Therefore, if we use 2fi class electron transfer proteins (A and B) with appropriate redox potentials and accumulate them in two layers, A-B, we can form a junction that produces rectifying properties by utilizing the difference in redox potential between them. The inventor of the present invention created this invention by paying attention to this fact.

即ち、本発明に係る整流素子は、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(酸化還元)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電子伝達蛋白質膜に累積して接着接合された第2電子
伝達蛋白質膜と、それぞれ上記第1.第2電子伝達蛋白
質に接続される第1.第2の電極と、各電極とそれに対
応する電子伝達蛋白質膜間に設けられた有機薄膜とを設
けたものである。
That is, the rectifying element according to the present invention includes a first electron transfer protein film made of a first electron transfer protein, and a second electron transfer protein film having a redox potential different from the redox potential of the first electron transfer protein. a second electron transfer protein membrane made of a protein and cumulatively adhesively bonded to the first electron transfer protein membrane; The first is connected to the second electron transport protein. A second electrode and an organic thin film provided between each electrode and the corresponding electron transfer protein film are provided.

〔作用〕[Effect]

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種類の電子伝達蛋白質を接合したその複合体は整流
特性を呈する。部ち、第5図(a)。
In this invention, a complex formed by joining at least two types of electron transport proteins with different redox potentials exhibits rectifying properties. Figure 5(a).

t)に示すA−B型電子伝達蛋白質複合体の模式図とそ
のレドックス電位の関係を用いて説明すると、異なるレ
ドックス電位を有する2つの電子伝達蛋白質A、  B
を接合してなる複合体は、電子は、図中実線矢印で示す
ようにレドックス電位の負の準位から正の準位へは容易
に流れるが、逆方向(図中破線矢印方向)へは流れにく
いという整流特性を呈し、この複合体を用いることによ
りn型半導体とp型半導体とを接合してなるp−n接合
と類似の性質を示す整流素子を得ることができる。
To explain using the schematic diagram of the A-B type electron transfer protein complex shown in t) and the relationship between its redox potentials, two electron transfer proteins A and B have different redox potentials.
In the composite formed by bonding the It exhibits a rectifying characteristic of being difficult to flow, and by using this composite, it is possible to obtain a rectifying element that exhibits properties similar to a pn junction formed by joining an n-type semiconductor and a p-type semiconductor.

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が整えられ、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
る。
In addition, in the present invention, since a thin film made of organic molecules or organometallic complexes is provided between the electrode and the electron transfer protein film, the orientation of the electron transfer protein is adjusted, and the relationship between the electrode and the electron transfer protein film is adjusted. The current can be transferred well between the two.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の実施例を図について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図はこの発明の一実施例による整流素子が組み込ま
れた装置の模式的断面構成図であり、図において、16
は絶縁特性を持つ基板、17はAg。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional configuration diagram of a device incorporating a rectifying element according to an embodiment of the present invention.
17 is a substrate with insulating properties and Ag.

Au、A1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。21は上記金属電極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チトクロームCで作成され
た第1電子伝達蛋白質膜で、上記有機筒15!21上に
形成されている。19は電子伝達蛋白質であるフラボト
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。22
は上記有機薄膜21と同様の構成になり、上記第2電子
伝達蛋白質15!19上に形成された有機薄膜、20は
複数条の平行電極17と直角方向に形成された複数条の
平行電極で、第2電子伝達蛋白質膜19上に上記有機筒
19i22を介して形成されている。なお、上記有機薄
膜22は電極2oの下部にのみ形成しているが、電極2
0の製法に応じて第2電子伝達蛋白質膜19の全面に設
けてもよい。
A plurality of metal electrodes made of Au, A1, etc. are formed in parallel on the substrate 16. 21 is an organic thin film made of organic molecules or organometallic complexes accumulated on the metal electrode 17;
Reference numeral 18 denotes a first electron transfer protein film made of cytochrome C, which is an electron transfer protein, and is formed on the organic cylinders 15 and 21. Reference numeral 19 denotes a second electron transfer protein membrane made of flavotoxin, which is an electron transfer protein, and is cumulatively adhesively bonded to the first electron transfer protein membrane 18. 22
has the same structure as the organic thin film 21, and is an organic thin film formed on the second electron transfer protein 15!19, and 20 is a plurality of parallel electrodes formed in a direction perpendicular to the plurality of parallel electrodes 17. , is formed on the second electron transfer protein film 19 via the organic cylinder 19i22. Note that although the organic thin film 22 is formed only under the electrode 2o,
It may be provided on the entire surface of the second electron transport protein film 19 depending on the manufacturing method of the second electron transport protein film 19.

第2図は形成した整流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。
FIG. 2 is an exploded perspective view showing a device incorporating the formed rectifying element.

次に上記装置の製造方法について説明する。Next, a method for manufacturing the above device will be explained.

まず、基板16上にイオンビーム法1分子線法。First, the ion beam method and the single molecular beam method are performed on the substrate 16.

蒸着法等を利用して金属薄膜を作成し、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H錯体
からなる有機筒IJ21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
トキシンを用いて単分子膜及びそれらの累lIi膜18
.19を作成する訳であるが、これらの欣18.19を
作成するには、L B (Langa+uir−Blo
dgett)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lθ年4月(IwingLange+uir 
)、■ジャーナル オブ アメリカンケミカル ソサイ
ティ (に、Blodgett : Journalo
f American Chemical 5ocie
ty) Vol 5L P1007+X935年、■杉
 道夫ら、固体物理、 Vol 17. P144〜7
52.1982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 Co11oid and Interface
 5cience)Vol 6B、 P471〜477
、1979年、などに記載されている。−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。そてこのチトク
ロームC膜を形成した水槽に、電極17及び有機薄膜2
1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21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
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上にチトクロームC膜を形成するようにしてもよ
い。
A metal thin film is created using a vapor deposition method or the like, and the electrode 17 is formed. Then, an organic column IJ21 made of organic molecules or an organic gold H complex is formed on the electrode 17 by a vapor deposition method or the like. Next, using cytochrome C as the electron transfer protein and flavotoxin, a monolayer and a composite IIi film 18 of them were prepared.
.. 19, but to create these lines 18 and 19, L B (Langa+uir-Blo
dgett) method may be used. For details of this LB method, see ■ Journal of the Institute of Electrical Engineers of Japan, Vol. 55, 204-213.
Page, April 1919 (IwingLange+uir
), ■Journal of the American Chemical Society (Blodgett: Journalo)
f American Chemical 5ocie
ty) Vol 5L P1007+X935, ■Michio Sugi et al., Solid State Physics, Vol 17. P144-7
52. 1982, ■Journal of Colloid and Interface Science (Journal
of Co11oid and Interface
5science) Vol 6B, P471-477
, 1979, etc. - To explain an example, a cytochrome C solution is dropped onto the water surface of an aquarium to form a monomolecular film of cytochrome C on the water surface. Then, electrode 17 and organic thin film 2 were placed in the water tank in which this cytochrome C film was formed.
When the substrate 16 on which No. 1 is formed is vertically inserted and immersed, the cytochrome C film is adhered to and bonded to the substrate 16 having the electrode 17 and the organic thin film 21, thereby forming the first electron transport protein film 18. At this time, the substrate 16 was inserted into the water tank and immersed in it, but the cytochrome C film may be formed on the substrate 16 by pulling it up vertically from below the water surface.

次に水槽の水面にフラボトキシン溶液を滴下し、水面に
フラボト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18が作成された基板16を、フラボト
キシンの膜を有する水槽に垂直に挿入し浸して行(と、
第1電子伝達蛋白質18上にフラボトキシン膜が付着接
合し、第2電子伝達蛋白質膜19が作成される。続いて
、基板16の第2電子伝達蛋白質膜19上に蒸着法等に
より上記同様の有機薄膜22を形成し、その上に金属薄
膜をイオンビーム法、分子線法、蒸着法などを利用して
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20を得ろ。
Next, a flavotoxin solution is dropped onto the water surface of the aquarium to form a monomolecular film of flavotoxin on the water surface. And the first above
The substrate 16 on which the electron transfer protein 18 has been prepared is vertically inserted into a water tank having a flavotoxin film and immersed in it.
A flavotoxin film is adhered and bonded onto the first electron transport protein 18, and a second electron transport protein film 19 is created. Subsequently, an organic thin film 22 similar to the above is formed on the second electron transfer protein film 19 of the substrate 16 by a vapor deposition method, etc., and a metal thin film is formed thereon by using an ion beam method, a molecular beam method, a vapor deposition method, etc. Obtain the electrode 20 by making it at a low temperature that does not destroy the electron transfer protein.

なお、上記第1.第2電子伝達蛋白質膜18゜19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。
In addition, the above 1. The second electron transfer protein membrane 18゜19 is
It may be a monomolecular film or may be a film overlaid with another electron transport protein film.

このとき、各々に重ねた膜の両電子伝達蛋白質間のレド
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.PL543.1982年」に記載さ
れており、チトクロームCとフラボトキシンのレドック
ス電位差は約665 m Vである。
At this time, the redox potential difference between both electron transfer proteins of the overlapping membranes is the first. Select one that is smaller than the redox potential difference between both second electron transfer proteins. The redox potentials of various electron transfer proteins are described in "Tsunehiro Takano; Protein Nucleic Acid Enzyme, 27.PL543.1982", and the redox potential difference between cytochrome C and flavotoxin is about 665 mV.

また、上記例では有機薄膜21.22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。
Furthermore, in the above example, when forming the organic thin films 21 and 22, a case was described in which the organic thin films 21 and 22 were formed by a vapor deposition method, etc., but in this case, either a lipid or a fatty acid as an organic molecule was added to the electron transfer protein solution dropped onto the water surface in advance. After mixing, the mixed solution may be dropped onto the water surface to form a film on the water surface, and this may be adhered and bonded to the substrate.

その他有機薄模及び電子伝達蛋白質膜の作成法としては
、金属電極の表面を有機分子で修飾して該金属電極上に
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。
Other methods for creating organic thin models and electron transfer protein films include modifying the surface of a metal electrode with organic molecules to form an organic thin film on the metal electrode, and immersing the electrode in a protein solution to remove the protein molecules described above. A method of adsorption onto an electrode having an organic thin film is also considered. In this method, one or two electrodes in addition to the above-mentioned electrodes that adsorb proteins are immersed in a solution, and a positive or negative potential is applied between the electrodes that adsorb proteins and the protein solution. It is also possible to control the adsorption of to the electrode.

次に作用効果について説明する。Next, the effects will be explained.

第3図+a)は本素子の電極17と電極20間に電圧■
を印加したときのI−V特性、即ち整流特性を示す。本
素子の電圧印加に対する電子の流れ等は第5図(31,
(b)で述べた作用と同様であり、チトクロームCとフ
ラボトキシンのレドックス電位の相違により整流特性を
示す。また、印加電圧■が第3図(a)の範囲を越える
領域では、第3図(blに示すように負電圧を増大した
ときは電流が減少するという負性抵抗を示し、一方正電
圧を増大したときはレドックス電位の逆転による電流が
発生するという特性を示すが、これは電子伝達蛋白質の
電子伝達機構の特性によるものである。
Figure 3+a) shows the voltage between electrode 17 and electrode 20 of this device.
This shows the IV characteristics, that is, the rectification characteristics, when the voltage is applied. The flow of electrons in response to voltage application in this device is shown in Figure 5 (31,
It has the same effect as described in (b), and exhibits rectifying properties due to the difference in redox potential between cytochrome C and flavotoxin. In addition, in the region where the applied voltage ■ exceeds the range shown in Figure 3 (a), as shown in Figure 3 (bl), when the negative voltage is increased, the current decreases, indicating negative resistance, while when the positive voltage is When increased, a current is generated due to the reversal of the redox potential, which is due to the characteristics of the electron transport mechanism of the electron transport protein.

このような本実施例の構成及び電圧印加に対応する電流
の変化の挙動は、従来の半導体整流素子(p−n接合タ
イプ)と同様と考えられ、上記構成により整流素子を分
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。
The configuration of this embodiment and the behavior of current change in response to voltage application are considered to be similar to conventional semiconductor rectifier elements (p-n junction type), and the above configuration allows the rectifier to be ultra-fine at the molecular level. It can be realized as an element of a large size, and high density can be achieved using this element.

高速度化が可能な築積回路が得られる。A built-in circuit capable of increasing speed can be obtained.

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21.22を設けること
により、該膜の有機分子の凸部21aとチトクロームC
の凹部13aがはまりあい、またフラボトキシンの凹部
19aと有機分子の凸部22aがはまりあい、これによ
りチトクロームCとフラボトキシン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、上記有機薄膜を設
けることにより上記不具合は解消され、信頼性の高い素
子を形成できろ。
Further, in the above embodiment, since an organic thin film is formed between the electrode and the electron transfer protein film, the organic molecules of the thin film support the orientation of the protein molecules, and the orientation of the electron transfer protein is adjusted. To explain this in terms of a model using the schematic diagram in FIG.
The concave portions 13a of the flavotoxin fit together, and the concave portions 19a of the flavotoxin and the convex portions 22a of the organic molecule fit together, thereby aligning the cytochrome C and the flavotoxin. Furthermore, when an electrode and an electron transfer protein are directly bonded, it may be difficult to transfer electrons between them, or the protein may be denatured, but by providing the organic thin film, the above problems can be resolved. Be able to form highly reliable devices.

なお、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、フラボトキシン、プラストシアニン
、チオレドキシンなとがあり、これらのうちから第1.
第2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
達に通したものを選定する。
Examples of electron transport proteins include non-heme iron/sulfur proteins, cytochrome C proteins, cytochrome b proteins, cytochrome a, flavotoxins, plastocyanins, and thioredoxins.
In selecting the second electron transfer protein, one is selected that allows electron transfer to occur in the orientation between molecules and the orientation with respect to the substrate on which the electrode is formed.

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。
Furthermore, an enzyme may be used to supply electrons to the electron transfer protein.

また、各電子伝達蛋白質は、異fiii!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MFJ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(b
ipyridgl )、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。
In addition, each electron transfer protein is different! Taking advantage of the property that electrons flow only in a fixed direction between child transfer proteins, electrons flow in a direction perpendicular to the cumulative membrane, and electrons are exchanged between adjacent electron transfer protein molecules in a direction parallel to the cumulative MFJ. It is desirable to orient the molecules by the LB method or the like so as to take a predetermined molecular arrangement that will not occur. In addition, in the present invention, in order to improve the transfer of electrons between the metal electrode and the electron transfer protein membrane, an organic thin film was provided between the metal electrode and the electron transfer protein membrane.
A similar effect can be expected by chemical modification with 2,2''-bipyridyl, etc.

さらに、上記実施例では電子伝達蛋白質膜を2層累積し
た場合について説明したが、これは3層以上累積させて
もよく、上記実施例と同様の効果が得られる。
Further, in the above embodiment, the case where two layers of electron transport protein membranes are accumulated is explained, but three or more layers may be accumulated, and the same effect as in the above embodiment can be obtained.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

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の電子伝達蛋白
質膜を形成し、これにより整流動作を行わせるようにし
たので、整流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ta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にで
き、かつ蛋白質の変性を防止できる効果がある。
As described above, according to the present invention, the first. By forming a second electron transport protein film and performing rectification, the size of the rectifying element can be brought close to the ultra-fine size at the level of biomolecules, and integrated circuits using this element can be fabricated. High density and high speed can be achieved. In addition, since a thin film was provided between the electron transfer protein film and the electrode,
This makes it possible to improve the orientation of the electron transfer protein, to improve the exchange of electrons between the protein and the electrode, and to prevent protein denaturation.

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

第1図は本発明の一実施例による整流素子が組み込まれ
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) (b)はともに上記整流素子のI−
V特性図、第4図は上記整流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MO3構成
整流素子を示す断面図である。 17.20・・・電極、18・・・第1電子伝達蛋白質
膜、19・・・第2電子伝達蛋白質膜、21.22・・
・有機薄膜。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional configuration diagram of a device incorporating a rectifying element according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an exploded perspective view of the device, and FIGS. I-
V characteristic diagram, Figure 4 is a schematic diagram for explaining the effect of the organic thin film formed in the rectifying element, Figure 5 (a) is a schematic diagram of the electron transfer protein complex, Figure 5 (b) ) is a diagram showing the redox potential, FIG. 6 is a schematic diagram showing the electron transport system of the inner membrane of mitochondria, and FIG. 7 is a cross-sectional view showing a conventional MO3 configuration rectifying element. 17.20... Electrode, 18... First electron transfer protein membrane, 19... Second electron transfer protein membrane, 21.22...
・Organic thin film. Note that the same reference numerals in the figures indicate the same or equivalent parts.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] (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、それぞれ上記第1、第2電子伝達蛋白質膜に接
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1の電極間、及び上記第
2電子伝達蛋白質と第2の電極間に設けられ、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、 上記第1、第2電子伝達蛋白質のレドックス電位の違い
を利用して整流特性を呈するようにしたことを特徴とす
る整流素子。
(1) A first electron transfer protein membrane made of a first electron transfer protein that can transfer electrons in a certain direction, and a second electron transfer protein membrane that has a redox potential different from that of the first electron transfer protein. a second electron transfer protein membrane cumulatively adhesively bonded to the first electron transfer protein membrane; first and second electrodes connected to the first and second electron transfer protein membranes, respectively; Provided between the first electron transfer protein membrane and the first electrode, and between the second electron transfer protein and the second electrode, which supports the electron transfer protein in an oriented manner and connects both the electron transfer protein membranes and the electrodes. and an organic thin film made of an organic molecule or an organometallic complex that facilitates the transfer and reception of current between the electron transfer protein and the electrolyte, and exhibits rectifying properties by utilizing the difference in redox potential between the first and second electron transfer proteins. A rectifying element characterized by:
(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項記載の整流素子。
(2) The above electron transport proteins include non-heme-iron/sulfur proteins, cytochrome c-based proteins, cytochrome b-based proteins,
cytochrome a, flavodoxin, plastocyanin,
or thioredoxin, the rectifying element according to claim 1.
(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項記載の整流素
子。
(3) The rectifying element according to claim 1 or 2, wherein the electron transport protein film is a monolayer.
(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整流素子。
(4) The rectifying device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that an enzyme is used to supply electrons to the electron transfer protein.
(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整
流素子。
(5) The rectifying element according to any one of claims 1 to 4, wherein each of the electrodes is a metal electrode.
(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5項のいずれかに記載の整
流素子。
(6) Each of the electron transfer protein membranes has electron transfer proteins that allow electrons to flow in a direction perpendicular to the direction in which each membrane is accumulated.
6. The rectifier element according to claim 1, wherein the rectifier element is oriented so that no electron transfer occurs between horizontally adjacent electron transfer protein molecules.
(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整流素子。
(7) The rectifying element according to any one of claims 1 to 6, wherein the organic molecules constituting the organic thin film are either lipids or fatty acids.
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