JPS6319855A

JPS6319855A - 生物電気素子

Info

Publication number: JPS6319855A
Application number: JP61164188A
Authority: JP
Inventors: Akiyoshi Ogura; 小椋　明美; Satoru Isoda; 悟磯田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1986-07-11
Filing date: 1986-07-11
Publication date: 1988-01-27

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】（産業上の利用分野〕この発明は、集積回路分野における電気素子に関するも
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）に近づけろことができるようにしたもの
である。

〔従来の技術〕

従来、集積回路に用いられている電気素子、例えば整流
素子としては、第２１図に示すＭＯ５構造のものがあっ
た。図において、６１はｐ形シリコン基板、６２はｎ影
領域、６３はｐ影領域、６４はｎ影領域、６５はＳｉＣ
２膜、６６．６７は電極であり、これら２つの電極６６
．６７間でｐ−ｎ接合（ｐ影領域６３−ｎ影領域６４接
合）が形成され、これにより整流特性が実現されている
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来のＭＯ５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にピッ）ＬＳ　Ｉ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。

このような状況において本件発明者らは、生体内に存在
しその酸化還元反応により電子の伝達を行なう電子伝達
蛋白質を用い、異種の電子伝達蛋白質のレドックス（酸
化還元）電位の差異を利用してｐ＋ｎ型半導体を用いた
ｐ−ｎ接合と類似した整流特性を呈する整流素子、及び
さらにｐ−ｎ−ｐ接合トランジスタと類似したトランジ
スタ特性を呈するトランジスタ素子を開発した。そして
これにより素子サイズを生体分子レベルの超微細な大き
さとし、回路の高密度化、高速化を実現可能としている
。

そしてこの整流素子、トランジスタ素子は主に天然に存
在する一定方向に電子伝達可能な電子伝達蛋白質１例え
ばチトクロームＣ，フラボトキシンを用いて構成してい
るが、この発明はこれらの天然に存在する電子伝達蛋白
質よりより良好な電子伝達性能を有する蛋白質を用いた
生物電気素子を得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本願の第１の発明に係る生物電気素子は、天然電子伝達
蛋白質の特定部位が部位特異的変異操作により改変され
た改変電子伝達蛋白質を用いて、電気素子を構成するよ
うにしたものである。

また、本願の第２の発明に係る生￥！ＩＪ電気素子は、
レドックス電位が異なる電子伝達蛋白質を２種用い、そ
の少なくとも一方を上記改変電子伝達蛋白質とし、その
第１．第２電子伝達蛋白質膜を累積して接着接合し、上
記各電子伝達蛋白質膜にそれぞれ電極を接続して整流素
子を構成したものである。

また、本願の第３の発明に係る生物電気素子は、レドッ
クス電位が異なる少な（とも２種の３つの電子伝達蛋白
質を用い、そのうち少なくとも１つを上記改変電子伝達
蛋白質とし、この第１．第２゜第３電子伝達蛋白質膜を
順に接着接合し、上記各電子伝達蛋白質膜にそれぞれ電
指を接続してスイ・７チ素子を構成したものである。

〔作用〕

本願の第１の発明においては、上記改変電子伝達蛋白質
を用いて生物電気素子を構成するので、電子伝達蛋白質
の酸化還元を司る部位、すなわち活性部位の安定性、配
向性等の様々な条件をより良好に設定することができ、
電子伝達速度やレドックス電位などの改良された生物電
気素子を得ることができる。

また、本願の第２の発明においては、レドックス電位の
異なる２種類の電子伝達蛋白質により、整流特性を発生
させる。即ち、第８図（ａｌ、　（ｂｌ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に容易に流れるが、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ｎ型半導体
とを接合してなるｐ−ｎ接合と頻慎の性質を示す整流素
子を得ることができる。また、上記２種類の電子伝達蛋
白質のうち少なくとも１つに上記改変電子伝達蛋白質を
用いるので、活性部位の安定性、配向性等の様々な条件
をより良好に設定することができ、電子伝達性能等のよ
り良い整流素子を得ることができる。

また、本願の第３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により、トラ
ンジスタ特性又はスイッチング特性を発生させる。即ち
、第２０図（ａｌ、　（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’ｉＡ、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ｎ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、上記２種類の電子伝達蛋白質のうち少なくと
も１つに上記改変電子伝達蛋白質を用いているので、活
性部位の安定性、配向性等の様々な条件をより良好に設
定することができ、電子伝達性能等のより良いトランジ
スタ素子又はスイッチング素子を得ることができる。

〔実施例〕

以下、本願の第１の発明の実施例を図について説明する
。

まず、本発明の部位特異的変異操作による蛋白質構造の
改変が電子伝達活性に与える影響について説明する。

一般に電子伝達蛋白質分子又は該蛋白質分子により構成
される複合体の安定性やレドックスポテンシャルなどは
、各電子伝達蛋白質分子の酸化還元反応を司る部位、す
なわち活性部位の相互間の距離や角度、近傍の芳香族残
基、溶媒への露出度、構造の安定性、主鎖の結合のされ
方、活性部位に配位するアミノ酸などの様々な条件によ
って、変化することが知られており、例えば、ＤＮＡ合
成技術や遺伝子操作技術などの部位特異的変異操作によ
る酵素蛋白質の酵素反応機構の解明や熱安定性の高い酵
素の造成などが行なわれている。

例えば、電子伝達蛋白質の一つであるヘム蛋白質のチト
クロームｃはその三次構造が詳しく研究されている。酵
母チトクロームＣの８７番目のｐｈｅ（Ｐｈｅ−８７）
は進化の過程で保存され、チトクロームＣ過酸化酵素と
の電子伝達に関与していると考えられているが、最近オ
リゴヌクレオチドを用いた部位特異的変異操作により、
Ｐｈｅ−８７を５ｅｔ−８７＋Ｔｙｒ−８７，Ｇｌｙ−
８７のそれぞれに変えた変異酵素を造成してそれぞれの
改変チトクロームｃとチトクロームＣ過酸化酵素への電
子伝達活性を調べた研究が発表された。その結果は、野
性型、即ちＰｈｅ−８７の場合に比べ、５ｅｔ−８７で
は７０％、Ｔｙｒ−８７では３０％、Ｇｌｙ−８７では
２０％に活性が下がっていた。

このことからＰｈｅ−８７は電子伝達に不可欠ではない
が、重要な働きをしていることがわかった（ピーラク、
ジー、ジェイ、他「ネイチャＪ　（Ｐｉｅｌａｋ。

Ｇ、Ｊ、　ｅｔ　ａｌ：Ｎａｔｕｒｅ）３１３，１５２
−１５４（１９８５））。

本発明者はこの点に着目し、蛋白質分子中の電子伝達に
関与する部位、即ち活性部位を部位特異的変異操作によ
り改変すれば電子伝達活性をより改良できるであろうと
考えてこの発明をなしたものである。

まず、部位特異的変異操作の一方法について説明する。

この方法の原理は第３図に示すように、まず、目的の遺
伝子を含むプラスミドやファージベクターの１本鎖ＤＮ
Ａを調整する。次に、変異を導入したい領域にハイブリ
ダイズする長さが１２〜２０のオリゴヌクレオチドを合
成する。この変異導入プライマー（ｍｕｔａｇｅｎｉｃ
　ｐｒｉｍｅｒ）には、目的の変異が導入されるよう、
そのほぼまん中に塩基ミスマツチを入れておく。図の例
では、Ｃｙｓ　（ＴＧＴ）が５ｅｒ（ＴＣＴ）に代わる
よう、中心にＧ−Ｇ　ミスマツチが入れである。次にＤ
ＮＡポリメラーゼＫｌｅｎｏ−断片またはＴ　４　Ｄ　
Ｎ　Ａポリメラーゼを用いてプライマーを延長し、Ｔ４
ＤＮＡリガーゼを用いて完全な環状２本鎖ＤＮＡにする
。このＤＮＡが大腸菌内で複製するときには、各類に相
補的な新しい鎖ができ２つの娘分子に分かれる。この１
つは野性型でもう一方は目的の変異型になる。次に変異
導入に用いたプライマーを３２ｐで標識し、ニトロセル
コースフィルターに移したコロニーまたはファージのＤ
ＮＡにハイブリダイズさせる。このプライマーは変異型
に完全に相補的であるが、野性型のＤＮＡとはミスマツ
チがあるので低い温度で洗いながされ、野性型と変異型
が区別される。次にＤＮＡの配列を決め、目的の変異が
導入されているか、他の場所に変異がないかを確かめる
。

この方法は原理的に５０％の頻度で変異型を生むはずで
あるが、実際には種々の理由で変異型の頻度はずっと小
さくなる。もし、頻度が５０％に近づけばフィルター・
ハイブリダイゼーションの段階がいらなくなり、この目
的のために種々の工夫がなされている。

このようにして、電子伝達蛋白質における電子の授受が
良好となるよう該電子伝達蛋白質の特定部位を改変する
ことができる。

次に、上記方法により改変した電子伝達蛋白質を用いた
本発明の実施例について説明する。

第１図は本発明の第１実施例による生物電気素子を構成
するのに用いた改変電子伝達蛋白質分子を示し、図にお
いて、１は電子伝達蛋白質であるチトクロームＣ分子、
１ａはチトクロームｃ１が部位特異的変異操作により改
変されてなる改変チトクロームＣ１２は酸化還元反応を
行なうＦｅ原子を含む活性部位である。

本実施例では、活性部位の近傍のアミノ酸、即ち、２５
番目のリジン（Ｌｙｓ）をグリシン（Ｇｌｙ）に７　　
変えたため、チトクロームｃ１のレドックス電位が変化
して、活性部位への電子の授受が行なわれやすくなった
。

第２図（ｂ）は本発明の第２実施例による生物電気素子
を構成する、第２図（ａ）の電子伝達蛋白質複合体を改
変して得た改変電子伝達蛋白質複合体を示し、図におい
て、１０はチトクローム０分子、１０ａはチトクローム
ｃｌｏを改変した改変チトクロームＣ１１１はチトクロ
ームＣペルオキシダーゼ、ｌｌａは改変チトクロームＣ
ペルオキシダーゼ、１２は活性中心である。チトクロー
ムＣＩＯトチトクロームＣペルオキシダーゼ１１は、第
２図（ａ）に示すように、該チトクロームＣＩＯの１６
番目のグルタミンｎ　（Ｇｌｕ）と８亥チトクームＣペ
ルオキシダーゼ１１の８６番目のグルタミン（Ｇｉｎ）
との間で水素結合しており、電子伝達蛋白質複合体を構
成している。

本実施例では、上記グルタミン酸とグルタミンをそれぞ
れシスティン（Ｃｙｓ）に置換したため、上記電子伝達
蛋白質複合体の結合はＳ−Ｓ結合により強化され、安定
することとなった。

このように部位特異的変異操作により、電子伝達蛋白質
を改変することにより、電子伝達蛋白質同士及びそれぞ
れの活性部位同士の距離、配向性。

安定性、π電子系、疎水性部分、親木性部分などを自在
に調節することができ、その結果これら改変電子伝達蛋
白質により構成された生物電気素子において、その電子
伝達速度、安定性、レドックス電位などを改良すること
ができることとなる。

なお、上記第１．第２実施例では、改変すべき天然電子
伝達蛋白質として、チトクロームＣ，チトクロームＣペ
ルオキシダーゼを用いているが、これは他の天然電子伝
達蛋白質である、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、電子伝達フラビン蛋白質、プラストシアニン、又は
チオレドキシンであってもよい。

次に、本願の第２の発明の実施例を図について説明する
。

まず、本発明の実施例について説明する前に、本件発明
者らが既に開発した整流素子について説明する。

第４図は本件発明者らが開発した整流素子を有する装置
を示す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。

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。１８は一定方向に電子伝達可能
な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は上記チトクロームＣのレド
ックス電位と異なるレドックス電位を有する電子伝達蛋
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、上記第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上に形成されている。第６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
。

上記装置を製造するには、後述する本願の第３の発明の
スイッチ素子を製造するのと同様にして製造することが
できる。

次に作用効果について説明する。

第７図（ａ）は本素子の電極１７と電極２０間に電圧Ｖ
を印加したときのＶ−１特性、即ち整流特性を示す。こ
のときの電子の流れ等は第８図（ａｌ、　ｆｂｌを用い
て述べた作用と同様であり、チトクロームＣとフラボト
キシンとのレドックス電位の差異により整流特性を示す
。また、印加電圧Ｖが第７図（ａ）の範囲を越える領域
では、第７図（ｂ）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砥抗を示し、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。

このような本素子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特性を分子
レベルの超微細な大きさの素子により実現でき、該素子
を用いて高密度。

高速度化が可能な集積回路が得られる。

また、本素子において電極と電子伝達蛋白質膜との間に
脂肪酸等の有機薄膜を形成するようにすれば、該薄膜の
有機分子は蛋白質分子の支えとなり、電子伝達蛋白質の
配向を整えることができる。

これを第９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、液膜の有機分
子の凸部２１ａと改変電子伝達蛋白質の凹部１８ａがは
まりあい、また天然電子伝達蛋白質の凹部１９ａと有機
分子の凸部２２ａがはまりあうことにより、それぞれの
電子伝達蛋白質の配向性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、信頼性の畜い素子を形成できる。

なお、上記素子では電子伝達蛋白質として、チトクロー
ムＣ，フラボトキシンを用いたが、これは他の天然電子
伝達蛋白質である、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、プラストシアニン、チオレドキシンなどでもよい
。

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、各電子伝達物質は、異種電子伝達物質問では一定
方向のみに電子が流れるという性質を利用して電子伝達
物質分子単位で、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物質分子間
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（゛、上記実施例と同様の効果が得られる。

本願の第２の発明は、上記の構成の整流素子において、
該素子を構成する２種類の電子伝達蛋白質のうち少なく
とも１つに、天然電子伝達蛋白質を部位特異的変異操作
で改変してなるものを用い異的変異操作により改変して
なる改変チトクローム０分子１８ａとフラボトキシン分
子１９ａとからなる本第２の発明の一実施例である整流
素子を示し、この素子では改変チトクロームＣｌ８ａの
レドックス電位は天然チトクロームｃ　］、　８　ｂに
比べて正方向に大きいので、上記改変チトクロームｃ１
８ａとフラボトキシン１９ａとの間での電子ができる。

また、本第２の発明の製造方法１作用効果等は上記整流
素子と同様である。

次に、本願の第３の発明の実施例を図について説明する
。

まず、本発明の実施例について説明する前に、本件発明
者らが既に開発したスイッチ素子について説明する。

まず、第１例について説明する。第１０図は本発明者ら
が開発した第１例のスイッ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、２６は絶縁特性
を持つ例えばガラス製基板、２７はＡｇ、Ａｕ、ＡＩな
どの金属製電極で、基板２６上に複数条が平行に形成さ
れている。２８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１電子伝達蛋白質膜で、上記複数条の電
極２７上に形成されている。３０は上記複数条の平行電
極２７と直角方向に形成された複数条の平行電極で、上
記第１電子伝達蛋白質膜２８上に形成されている。２９
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２８に累
積して接着接合され、電極３０に接合されている。３１
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
３電子伝達蛋白質膜で、上記第２電子伝達蛋白質膜２゛
９に累積して接着接合されている。３２は上記複数条の
平行電極３０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３１上に形成されている。

このように構成されたスイッチ素子は、図で示すような
一定方向に電子伝達通路Ｅを有し、第１゜第３電子伝達
蛋白質膜２８．３１に接続される電極２７．３２は、そ
れぞれ電子伝達通路Ｅと交わる面に接続され、第２電子
伝達蛋白質膜２９に接続される電極３０は電子伝達通路
Ｅと交わらないよう、即ち電子伝達蛋白質に電気的影響
を与えるように接続されている。

また上記のようにして形成された素子に対し、本例では
第１２図（ａｌ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２８と第３電子伝達蛋白質膜
３１との間に電極２７．３２を介して電圧Ｖ２が印加さ
れ、また第１電子伝達蛋白質膜２８と第２電子伝達蛋白
質膜２つとの間に電極２７．３０を介して電圧■１が印
加されるようになっている。図中、３５．３６は電圧印
加手段としての電源であり、電！３５はその出力電圧が
制御できるようになっている。

第１１図は形成したスイッチ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。

次に上記装置の製造方法について説明する。

まず、基板２６上に金属薄膜をイオンビー１９法。

分子線法、蒸着法等を利用して作成し、金属電極２７を
形成する。そして該電極２７上に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−Ｂｌｏｄｇｅ
ｔｔ）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　Ｌａｎｇｍｕｉｒ　）、■
ジャーナル　オブ　アメリカン　ケミカル　ソサイエテ
４　（Ｋ、Ｂｌｏｄｇｅｔｔ　：　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏ
ｆ　Ａｍｅｒｉｃａｎ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　５ｏｃｉｅ
ｔｙ）　５７巻、　Ｐ４Ｏ１０，１９３５年、■杉　道
夫ら、固体物理、　　Ｖａｔ　１７．　Ｐ７４４〜７５
２、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（Ｊｏｕｒｎａｔ　ｏ
ｆ　Ｃｏ１１ｏｉｄ　ａｎｄ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　５
ｃｉｅｎｃｅ　）　Ｖｏｌ　６８゜Ｐ４７１〜４７７、
１９７９年、等に記載されている。

−例を説明すると、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。

そしてこのフラボトキシン膜を形成した水槽に電極２７
を形成した基板２６を垂直に挿入し浸して行くと、該電
極２７を有する基板２６にフラボトキシン膜が付着接合
し、第１電子伝達蛋白質膜２８が作成される。このとき
、基板２６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２６上にフラボト
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２
８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３０を得る。

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２８及び電極３０が作成
された基板２６を、チトクロームＣ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２８上
にチトクロームＣ膜が付着接合し、電極３０に接合した
第２電子伝達蛋白質膜２９が作成される。同様にして基
板２６の第２電子伝達蛋白質１ｆＩ２９上にフラボトキ
シン膜を付着接合して第３電子伝達蛋白質膜３１を作成
し、さらにこの上に電極３２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。このとき、例えば第１電子伝達蛋白質膜を２
層累積して形成する場合は、該２層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．　　Ｐ１５４３．１９
８２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６６５ｍＶである。

また、上記製法において水面に滴下する電子伝達蛋白質
溶液に予め脂質又は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（
ｂｉｐｙｒｉｄｙｌ　）、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上を蛋白１を
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１０図において、電極２７と電極３０間に第１電子伝
達蛋白質膜２８が介在しているが、第１電子伝達蛋白質
膜２８だけであれば、誘電体として作用するので両電極
２７．３０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２７と３２間の
電子の授受が可能となる。即ち、電極３０は第２電子伝
達蛋白質膜２９に対して絶縁的であるが、この電極３０
に電圧を印加することにより、第２の電子伝達蛋白質膜
２９に対して電気的形容を与えることができる。即ち電
極３０は従来のＦＥＴのゲート電極に相当し、電極２７
．３２はそれぞれソース電極、ドレイン電極に相当する
。

第１２図（ａｌは本第１例のスイッ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
達蛋白質膜のレドックス電位状態を示す図である。同図
（１））において、実線で示すＣ状態のレドックス電位
は電圧■１及び■２を印加していない状態を表し、−点
鎖線で示すｂ状態のレドックス電位は電圧■、を印加せ
ず、かつ電圧■２を電）ｊ２７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
のレドックス電位は電圧■２をｂ状態と同様に印加する
とともに、電圧Ｖ、を電極２７に対して負電圧として印
加したときの状態（オン状態）を表し、ｂ状態では蛋白
質３１のレドックス電位が■２　“だけ負方向に増大し
ており、Ｃ状態ではさらに蛋白質２９のレドックス電位
がＶｌ’だけ負方向に増大している。

ｂ状態では電極２７と電極３２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２７と３２との間
に一定の負電圧■２を印加しておき、電極２７と３０と
の間の一定の負電圧Ｖ１をオン−オフすることにより、
電極２７と３２との間に流れる電流をオン−オフするこ
とが可能であり、スイッチ特性を実現できる。図中、■
。はチトクロームＣとフラボトキシンのレドックス電位
の差であり、約６６５ｍＶである。

第１２図（Ｃ）は上記電圧■１を様々に変えた場合の電
圧■２と電流■との関係を示し、■１＝０の場合、電流
は■２を増大しても流れず、■１をｄ。

ｅ、　　ｆと負方向に増大していくと、より多くの電流
が流れ、■１の大きさによって決まる飽和電流値を持つ
。

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、上記構成によれ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。

これを第１９図の模式図を用いてモデル的に説明すると
、有機薄膜３３．３４を設けることにより、液膜の有機
分子の凸部３３ａ、３４ａとフラボトキシンの凹部２８
ａ、３Ｌａ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。本例
ではそのような不具合も解消され、信頬性の高い素子を
形成できる。なお、これは第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。

次に第２例について説明する。

第１３図は第２例のスイッチ素子を示し、上記第１例と
比較して第２電子伝達蛋白質膜に接続する電極の構成の
みが異なる。図において、第１２図（ａ）と同一符号は
同一部分を示し、３０ａ、３０ｂはそれぞれ第２電子伝
達蛋白質膜２９に、電子伝達通路Ｅに電気的影響を与え
るように接続された１対の電極である。そして本例にお
いては、第１電子伝達蛋白質膜２８と第３電子伝達蛋白
質膜３１との間に金属電極２７．３２を介して電圧■２
を印加するとともに、第２電子伝達蛋白質膜２９に対し
ては上記一対の金属電極３０ａ、３０ｂを介して電圧Ｖ
、を印加する。

本第２例の作用効果は第１例のそれとほぼ同様であるが
、同じ電圧■１で上記レドックス電位の変化分■、′を
より大きくすることができる。

なお上記第１．第２例のスイッチ素子では２種類の蛋白
質の累積膜でスイッチ素子を構成した場合について説明
したが、これは３種類以上の蛋白質の累積膜として構成
してもよい。

次に、第３例について説明する。第１４図は本発明者ら
が開発した第３例のスイッ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、４６は絶縁特性
を持つ例えばガラス装基板、４７は基板４６上に形成さ
れたＡｇ、Ａｕ、Ａｌなどの金属！！！！電極、４８は
この電極４７上に電子伝達蛋白質であるフラボトキシン
で作成された第１電子伝達蛋白質膜、４９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４８に累積して接着接
合されている。５０は上記第１電子伝達蛋白質膜４８上
に形成された電極、５１は第２電子伝達蛋白質膜４９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４７．５１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
電極５０は電子伝達通路Ｅと交わらないように、即ち電
子伝達通路Ｅに電気的影響を与えるように接続されてい
る。

また上記のようにして形成された素子に対し、本例では
第１５図（ａｌ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４８と第２電子伝達蛋白質膜
４９との間に電極４７．５１を介して電圧ｖ２が印加さ
れ、また第１の電子伝達蛋白質膜４８と第２の電子伝達
蛋白質膜４９との間に電極４７．５０を介して電圧■、
が印加されるようになっている。図中、５５．５６は電
圧印加手段としての電源であり、電ｒＡ５５はその出力
電圧が制御できるようになっている。

次に作用効果について説明する。

第１５図（ａｌは本例のスイッチ素子の電圧印加状態を
示す模式図で、同図（ｂｌはこのときの各電子伝達蛋白
質膜のレドックス電位を示す図である。同図（′ｂ）に
おいて、実線で示すＣ状態のレドックス電位は電圧■１
及び■２を印加していない状態を表し、−点鎖線で示す
ｂ状態のレドックス電位は電圧■１を印加せず、かつ電
圧Ｖ２を電極４７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Φレドック
ス電位は電圧■２をｂ状態と同様に印加するとともに、
電圧■１を電極４７に対して負電圧として印加したとき
の状ｃ、（オン状態）を表す。

ｂ状態では電極４７と電極５１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４７と５１との間
に一定の負電圧■２を印加しておき、電極４７と５０と
の間の一定の負電圧■１をオン−オフすることにより、
電極４７と５１との間に流れる電流をオン−オフするこ
とが可能であり、スイッチ特性を実現できる。図中、■
ｏはチトクロームＣとフラボトキシンのレドックス電位
の差であり、約６６５ｍＶである。

第１５図（Ｃ１は上記電圧■１を様々に変えた場合の電
圧■２と電流Ｉとの関係を示し、Ｖ＋＝Ｏの場合、電流
はｖ２を増大しても流れず、■１をｄ。

ｅ、ｆと負方向に増大していくと、より多くの電流が流
れ、■、の大きさによって決まる飽和電流値を持つ。

上記構成によっても上記第１．第２例のスイッチ素子と
同様、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。

次に第４例について説明する。

第４例は、上記第３例と比較して第２電子伝達蛋白質膜
に接続する電極の構成のみが異なる。即ち第１６．１７
図において、第１４図と同一符号は同一部分を示し、５
０ａ、５０ｂはそれぞれ第２電子伝達蛋白質膜４９に、
電子伝達蛋白質に電気的影響を与えるように接続された
１対の電極である。そして本実施例においては、第１電
子伝達蛋白質膜４８と第２電子伝達蛍白質膜４９との間
に金属電極４７．５１を介して電圧■２を印加するとと
もに、第２電子伝達蛋白質膜４９に対しては上記一対の
金属電極５０ａ、５０ｂを介して電圧ｖ１を印加する。

本例の作用効果は上記第３例のそれとほぼ同様であるが
、同じ電圧■１で上記蛍白質４９のレドックス電位の変
化分Ｖｌ’をより大きくすることができる。

なお、上記スイッチ素子においては、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、各電子伝達物質は、異種電子伝達物質間では一定
方向のみに電子が流れるという性質を利用して電子伝達
物質分子単位で、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物質分子間
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、電子伝達蛋白質としては、非ヘム−銖・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、フラボドギシン、プラストシニアン
、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っては、分子間で
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。

あるいは、上記電子伝達蛋白質の代わりに、該電子伝達
蛋白質にアミノ酸又はアミノ酸誘導体を結合してなるも
の、又は人工的なを機合成法により電子伝達蛋白質の機
能を模倣してなる有機分子又は有機金属錯体分子を用い
てもよい。ここで、上記アミノ酸誘導体としては、例え
ばアミノ酸のＨをＦ又はＣＨ，に、あるいはＣをＳｔに
置換してなるもの、上記有機分子又は有機金属錯体分子
としては、例えば酸化１元反応をポリマーで取り囲んで
形成したもの、さらにはポリマーとπ電子を持つ物質と
酸化１元反応をする物質とを結合じてなるものなどがあ
る。

本願の第３の発明は、上記第１〜第４例に示す構成のス
イッチ素子において、咳素子を構成する複数種類の電子
伝達蛋白質のうち少な（とも１つに、天然電子伝達蛋白
質を部位特異的変異操作で改変してなるものを用いたも
のであり、本発明では改変された蛋白質を用いているの
で、上記第１〜第４例のスイッチ素子に比し、より電子
伝達性能の良いスイッチ素子を得ることができる。

また木筆３の発明の製造方法２作用効果等は上記第１〜
第４例のスイッチ素子と同様である。

なお、部位特異的変異操作により改変する天然電子伝達
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、電
子伝達フラビン蛋白質、プラストシアニン、又はチオレ
ドキシンのいずれであってもよい。

また、以上では、改変電子伝達蛋白質を用いて、整流素
子、スイッチ素子を構成した場合について説明したが、
本願発明では生物電気素子回路を構成するための抵抗、
コンデンサ等の素子及び配線。

さらにはこれらを相互に絶縁するための絶縁体をも構成
することができる。

即ち、例えば抵抗素子は、（１）　　上記整流素子を構成するのに用いた電子伝達
複合体を、一対の電極間にその電子伝達通路が電界ベク
トル方向に対して所定の角度をなすよう配置する（２）上記電子伝達複合体を、逆方向に並列して接合し
、これを、あるいはこれを複数並列して接合したものを
一対の電極間に配置する（３）上記整流素子を構成するのに用いた各蛋白質分子
を、それぞれを所定の距離だけ離して、あるいはそれぞ
れの電子伝達通路が所定の角度をなすように、一対の電
極間に配置することにより構成することができる。

またコンデンサ素子は、（１）上記電子伝達複合体を、その電子伝達通路が対向
する一対の電極間に該電極と平行となるよう配置する（２）電子伝達機能を有さない生体材料あるいは擬似生
体材料を対向する一対の電極間に配置する（３）複数個
の活性中心を有する１個の蛋白質分子の両側に対向した
一対の電極を設けることにより構成することができる。

また配線は、（１）全方向に電子伝達可能な蛋白質分子を用いる（２）一定方向に電子伝達可能な複数種類の蛋白質分子
をそれぞれのレドックス電位の大きさの順に配置することにより構成することができる。

また絶縁体は、上記電子伝達蛋白質の電子伝達能をエネ
ルギービームの照射、あるいは他の人工的手段により失
活させて絶縁体とすることにより構成することができる
。

また本願発明の生物電気素子を用いてこれらの素子のみ
からなるモノリシック生物電気回路素子を構成すること
もでき、さらにこれを半導体素子と一体化したハイブリ
ッド回路素子を構成することもでき、さらにはＩ２Ｌ等
の複合化機能回路を構成することもできる。

〔発明の効果〕

以上のように本願の第１の発明によれば、天然電子伝達
蛋白質の特定部位が部位特異的変異操作により改変され
た改変電子伝達蛋白質を用いて電気素子を構成したので
、電子伝達速度やレドックス電位などの改良された生物
電気素子を得ることができる効果がある。

また、本願の第２の発明によれば、相互にレドックス電
位の異なる第１．第２の電子伝達蛋白質であって、少な
くとも一方が部位特異的変異操作により改変されたもの
からなる第１．第２の電子伝達蛋白質膜を接着接合し、
これにより整流特性を呈するようにしたので、整流素子
のサイズを生体分子レベルの超微細な大きさに近づけ、
該素子を用いた集積回路の高密度、高速度化を図ること
ができる。しかも改変電子伝達蛋白質を用いたため、よ
り電子伝達性能の良い整流素子を得ることができる効果
がある。

また、本願の第３の発明によれば、相互にレドックス電
位の異なる第１．第２．第３の電子伝達蛋白質であって
、少なくとも１つが部位特異的変異操作により改変され
たものからなる第１．第２゜第３の電子伝達蛋白質膜を
接着接合し、各電子伝達蛋白質のレドックス電位の差異
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
するようにしたので、スイッチ素子のサイズを生体分子
レベルの超微細な大きさに近づけ、該素子を用いた集積
回路の高密度、高速度化を図ることができる。

しかも改変電子伝達蛋白質を用いたため、より電子伝達
性能の良いトランジスタ素子を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ｃｏ）は本願の第１の発明の第１実施例による生
物電気素子の構成に用いる改変電子伝達蛋白質分子を示
す模式図、第１図（ａ）はその天然型分子を示す模式図
、第２図（ｂ）は本願の第１の発明の第２実施例による
生物電気素子に用いる改変電子伝達蛋白質複合体を示す
模式図、第２図（ａｌはその天然型複合体を示す模式図
、第３図は部位特異的変異操作の方法を説明するための
図、第４図は本願の第２の発明の一実施例による生物電
気素子である整流素子が組み込まれた装置を示す模式的
断面構成図、第５図（Ｃ１及び（ｄ）は上記整流素子を
示す模式図及びそのレドックス電位状態を示す図、第５
図（ａｌ、　（ｂｌはその天然型の場合のものを示す図
、第６図は上記整流素子を組み込んだ装置の分解斜視図
、第７図（ａ）、（ト））は上記整゛流素子の電圧−電
流特性を示す図、第８図（ａ）及び（ｂｌはＡ−Ｂ型電
子伝達蛋白質複合体の模式図及びそのレドックス電位状
態を示す図、第９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だめの模式図、第１０図は本
願の第３の発明の第１例によるスイッチ素子が組み込ま
れた装置を示す模式的断面構成図、第１１図は該装置の
分解斜視図、第１２図ｆａ）は上記スイッチ素子の電圧
印加状態を示す模式図、第１２図（ｂ）はその各電子伝
達蛋白質のレドックス電位状態を示す図、第１２図（Ｃ
１と上記スイッチ素子の電圧−電流（Ｖ−１）特性を示
す図、第１３図は本願の第３の発明の第２例のスイッチ
素子の電圧印加状態を示す模式図、第１４図は本、願の
第３の発明の第３例によるスイッチ素子が組み込まれた
装置を示す模式的断面構成図、第１５図（ａｌは該スイ
ッチ素子の電圧印加状態を示す模式図、第１５図（ｂ）
はその各電子伝達蛋白質のレドックス電位状態を示す図
、第１５図（Ｃ１は上記スイッチ素子の電圧−電流（Ｖ
−１）特性を示す図、第１６図は本願の第３の発明の第
４例のスイッチ素子が組み込まれた装置を示す模式的断
面構成図、第１７図は該スイッチ素子の電圧印加状態を
示す模式図、第１８図は上記スイッチ素子の重態と電子
伝達蛋白質膜との間に有機薄膜を設けた例を示す模式的
断面構成図、第１９図は該有機薄膜との電子伝達蛋白質
膜との接合を示す模式的断面構成ビ、第２０図（ａｌ及
び（ｂｌはＡ−Ｂ−Ａ型電子伝達蛋白質複合体の模式図
及びそのレドックス電位状態を示す図、第２１図は従来
の〜＜ＯＳ構成の整流素子を示す断面図である。図において、１，１０，１８ｂ！よチトクロームＣ分子
、ｌａ、１０ａ、１８ａは改変チトクロームＣ分子、２
，１２は活性中心、１１はチトクロームＣペルオキシダ
ーゼ分子、ｌｌａは改変チトクロームＣペルオキシダー
ゼ分子、１８，２８゜４８は第１電子伝達蛋白質膜、１
９，２９．４９は第２電子伝達蛋白質膜、３１は第３電
子伝達蛋白質膜、１７，２０，２７，３０．３０ａ、３
０ｂ、３２，４７，５０．５０ａ、５０ｂ、５１は電極
である。なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）一定方向に電子伝達可能な電子伝達蛋白質を用い
て構成してなる生物電気素子であって、上記電子伝達蛋
白質は、部位特異的変異操作により天然電子伝達蛋白質
の特定部位を改変してなるものであることを特徴とする
生物電気素子。
（２）上記部位特異的変異操作は、遺伝子操作であるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の生物電気素
子。
（３）上記天然電子伝達蛋白質は、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、電子伝達フラビン蛋白質、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項又は第２項記載の生物電気素子
。
（４）電子を一定方向に伝達可能な第１の電子伝達蛋白
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の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の電極とを備え、上記第１、第２の電子伝達蛋白質のうち少なくとも１つ
が部位特異的変異操作で天然電子伝達蛋白質を改変して
なるものであり、上記２種類の電子伝達蛋白質のレドッ
クス電位の差異を利用して整流特性を呈するようにした
ことを特徴とする生物電気素子。
（５）上記天然電子伝達蛋白質は、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、電子伝達フラビン蛋白質、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４項記載の生物電気素子。
（６）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４項又は第５項に記載の生物
電気素子。
（７）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４項
ないし第６項のいずれかに記載の生物電気素子。
（８）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４項ないし第７項のいずれかに記載の生
物電気素子。
（９）上記各電極は、金属電極を有機分子で化学修飾し
たものであることを特徴とする特許請求の範囲第４項な
いし第７項のいずれかに記載の生物電気素子。
（１０）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４項ないし第９項のいずれかに記載の
生物電気素子。
（１１）上記電子伝達蛋白質の配向用支持体として、脂
質又は脂肪酸のいずれかを用いたことを特徴とする特許
請求の範囲第４項ないし第１０項のいずれかに記載の生
物電気素子。
（１２）上記電子伝達蛋白質と電極との間には、それら
の間の電流の授受を良好なものとし、かつ上記電子伝達
蛋白質を配向支持する有機分子又は有機金属錯体からな
る薄層が形成されていることを特徴とする特許請求の範
囲第４項ないし第１１項のいずれかに記載の生物電気素
子。
（１３）電子を一定方向に伝達可能な第１の電子伝達蛋
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の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の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の電極とを備え、上記第１、第
２、第３の電子伝達蛋白質のうち少なくとも１つが部位
特異的変異操作で天然電子伝達蛋白質を改変してなるも
のであり、上記各電子伝達蛋白質のレドックス電位の差
異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生物電気素子。
（１４）上記天然電子伝達蛋白質は、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、電子伝達フラビン蛋白質、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１３項記載の生物電気素子。
（１５）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１３項又は１４項記載の生
物電気素子。
（１６）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
３項ないし第１５項のいずれかに記載の生物電気素子。
（１７）上記第１、第２、第３の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１３項ないし第１６
項のいずれかに記載の生物電気素子。
（１８）上記第１、第２、第３の電極は、金属電極を有
機分子で化学修飾したものであることを特徴とする特許
請求の範囲第１３項ないし第１６項のいずれかに記載の
生物電気素子。
（１９）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１３項ないし第１８項のいずれかに記
載の生物電気素子。
（２０）上記電子伝達蛋白質の配向用支持体として、脂
質又は脂肪酸のいずれかを用いたことを特徴とする特許
請求の範囲第１３項ないし第１９項のいずれかに記載の
生物電気素子。
（２１）上記電子伝達蛋白質と電極との間には、それら
の間の電流の授受を良好なものとし、かつ上記電子伝達
蛋白質を配向支持する有機分子又は有機金属錯体からな
る薄層が形成されていることを特徴とする特許請求の範
囲第１３項ないし第２０項のいずれかに記載の生物電気
素子。
（２２）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１３
項ないし第２１項のいずれかに記載の生物電気素子。
（２３）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２２項記載の生物電気素子。
（２４）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１３
項ないし第２３項のいずれかに記載の生物電気素子。
（２５）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２４項記載の生物電気素子。