JPS6319857A - 生物電気素子 - Google Patents
生物電気素子Info
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- JPS6319857A JPS6319857A JP61164190A JP16419086A JPS6319857A JP S6319857 A JPS6319857 A JP S6319857A JP 61164190 A JP61164190 A JP 61164190A JP 16419086 A JP16419086 A JP 16419086A JP S6319857 A JPS6319857 A JP S6319857A
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、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
けることができるようにしたものである。
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電気素子、例えば整流
素子としては、第４図に示すＭＯ３構造のものがあった
。図において、２１はｐ形シリコン基板、２２はｎ影領
域、２３はｐ影領域、２４はｎ影領域、２５はＳｉｎ、
膜、２６．２７は電極であり、これら２つの電極２６．
２７間でｐ −ｎ接合（ｐ影領域２３−ｎ影領域２４接
合）が形成され、これにより整流特性が実現されている
。
素子としては、第４図に示すＭＯ３構造のものがあった
。図において、２１はｐ形シリコン基板、２２はｎ影領
域、２３はｐ影領域、２４はｎ影領域、２５はＳｉｎ、
膜、２６．２７は電極であり、これら２つの電極２６．
２７間でｐ −ｎ接合（ｐ影領域２３−ｎ影領域２４接
合）が形成され、これにより整流特性が実現されている
。
従来のＭ ＯＳ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。
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。
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、Ｓｔ
を用いる素子では０．２μｍ程度の１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、日に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
。
るには、素子そのものの微細化が不可欠であるが、Ｓｔ
を用いる素子では０．２μｍ程度の１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、日に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まで近
づけることのできる電気回路素子を得ることを目的とす
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まで近
づけることのできる電気回路素子を得ることを目的とす
る。
ところで、生体内には、電子を定められた方向へ運ぶ電
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おり、該電子伝達蛋白質は、例え
ば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。
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おり、該電子伝達蛋白質は、例え
ば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。
この電子伝達蛋白質は、酸化還元（レドックス）反応に
より電子の伝達を行なうものであり、この酸化還元反応
による電子の授受は、各電子伝達蛋白質中の特定の部位
、いわゆる活性中心により行なわれる。そして電子伝達
蛋白質はその種類によっては１分子中に該活性中心を複
数個有するものがあり、その各々の活性中心は各々異な
るレドックス電位を有するものであるので、該レドック
ス電位の差異を利用して１個の電子伝達蛋白質分子中で
電子の移動を制御することができると考えられる。
より電子の伝達を行なうものであり、この酸化還元反応
による電子の授受は、各電子伝達蛋白質中の特定の部位
、いわゆる活性中心により行なわれる。そして電子伝達
蛋白質はその種類によっては１分子中に該活性中心を複
数個有するものがあり、その各々の活性中心は各々異な
るレドックス電位を有するものであるので、該レドック
ス電位の差異を利用して１個の電子伝達蛋白質分子中で
電子の移動を制御することができると考えられる。
そこで、この発明に係る生物電気素子は、電子の授受を
司る活性中心を複数個有する電子伝達可能な１個の電子
伝達蛋白質分子を用い、その各活性中心の近傍に、該蛋
白質分子に接続して複数個の電極を設け、整流機能又は
スイッチ機能を有するよう構成したものである。
司る活性中心を複数個有する電子伝達可能な１個の電子
伝達蛋白質分子を用い、その各活性中心の近傍に、該蛋
白質分子に接続して複数個の電極を設け、整流機能又は
スイッチ機能を有するよう構成したものである。
この発明においては、複数個の活性中心を有する１個の
電子伝達蛋白質分子に複数の電極を接読して、整流特性
又はスイッチング特性を呈するように構成したので、整
流素子又はスイッチ素子を１個の蛋白質分子により形成
することができる。
電子伝達蛋白質分子に複数の電極を接読して、整流特性
又はスイッチング特性を呈するように構成したので、整
流素子又はスイッチ素子を１個の蛋白質分子により形成
することができる。
以下、この発明の実施例を図について説明する。
第１図（ａｌはこの発明の第１実施例による生物電気素
子である整流素子を示し、図において、１は千トクロー
ムＣ′分子であり、これは電子伝達可能な電子伝達蛋白
質であって電子の授受を司る活性中心を２個有している
。２ａ、２ｂはそれぞれその活性中心であり、これらは
相互に異なるレドックス電位Ｅ、、、Ｅ、、を有し、そ
の大きさの関係はＥＺｎくＥＺ＆である。４ａ、４ｂは
それぞれ活性中心２ａ、２ｂの近傍でチトクロームｃ”
ｌに接続して設けられｔこ金属電極である。
子である整流素子を示し、図において、１は千トクロー
ムＣ′分子であり、これは電子伝達可能な電子伝達蛋白
質であって電子の授受を司る活性中心を２個有している
。２ａ、２ｂはそれぞれその活性中心であり、これらは
相互に異なるレドックス電位Ｅ、、、Ｅ、、を有し、そ
の大きさの関係はＥＺｎくＥＺ＆である。４ａ、４ｂは
それぞれ活性中心２ａ、２ｂの近傍でチトクロームｃ”
ｌに接続して設けられｔこ金属電極である。
次に作用効果について、第１図を参照して説明する。
チトクロームｃ”ｌの２つの活性中心２ａ、２ｂのレド
ックス電位は上記のようにＥ ｌｘ ＜ Ｅ ２ｂであ
るので、本素子のレドックス電位の状態は第１図（ｂｌ
に示すようになり、電子は第１図（ｂｌ中矢印Ｂ。
ックス電位は上記のようにＥ ｌｘ ＜ Ｅ ２ｂであ
るので、本素子のレドックス電位の状態は第１図（ｂｌ
に示すようになり、電子は第１図（ｂｌ中矢印Ｂ。
第１図（ａｌ矢印Ａに示す方向、即ちレドックス電位の
負の準位から正の準位へは流れやすいが、その反対方向
には流れにくいという整流特性を呈することとなり、こ
れによりｎ型半導体とＰ型半導体とを接合したｐ−ｎ接
合ダイオードと類似の整流特性を示す整流素子が得られ
るものである。第２図は、電極４ａ、４ｂ間に電圧Ｖを
印加したときの電圧−電流（Ｖ−１）＠性を示し、本素
子は整流特性を呈することがわかる。
負の準位から正の準位へは流れやすいが、その反対方向
には流れにくいという整流特性を呈することとなり、こ
れによりｎ型半導体とＰ型半導体とを接合したｐ−ｎ接
合ダイオードと類似の整流特性を示す整流素子が得られ
るものである。第２図は、電極４ａ、４ｂ間に電圧Ｖを
印加したときの電圧−電流（Ｖ−１）＠性を示し、本素
子は整流特性を呈することがわかる。
なお、上記整流素子の製造において電極上に蛋白質の単
分子膜を形成するにはＬ Ｂ （Ｌａｎｇｍｕｉｒ−Ｂ
ｌｏｄｇｅｔｔ）法等を用いればよい。
分子膜を形成するにはＬ Ｂ （Ｌａｎｇｍｕｉｒ−Ｂ
ｌｏｄｇｅｔｔ）法等を用いればよい。
次に、この発明の第２実施例について説明する。
第３図ｔａ＋はこの発明の第２実施例による生物電気素
子であるスイッチ素子を示し、図において、１０はチト
クロームＣ７分子であり、これは電子伝達可能な電子伝
達蛋白質であって電子の授受を司る活性中心を３個有し
ている。ｌｌａ、ｌｌｂ。
子であるスイッチ素子を示し、図において、１０はチト
クロームＣ７分子であり、これは電子伝達可能な電子伝
達蛋白質であって電子の授受を司る活性中心を３個有し
ている。ｌｌａ、ｌｌｂ。
１１Ｃはそれぞれその活性中心であり、これらはそれぞ
れ異なるレドックス電位Ｅｘｍ＋ Ｅｌｌｌｌｌ Ｅｌ
ｌ。を有し、その大きさの関係はＥ ＋ ＋ ｓ ＜
Ｅ ＋ ｌｂ ＜ＥＩＩＣである。１２ａ、１２Ｃはそ
れぞれ活性中心１１ａ、ＩＩＣの近傍で電子伝達通路Ｃ
と交わるようチトクロームｃ７１０に接続して設けられ
た第１．第３金属電極、１２ｂは活性中心１１ｂに電気
的影響を与えることができるようチトクロームＣ７１０
に接続して設けられた第２金属電極である。また、第３
図（ｂ）は各活性中心のレドックス電位状態を示す。
れ異なるレドックス電位Ｅｘｍ＋ Ｅｌｌｌｌｌ Ｅｌ
ｌ。を有し、その大きさの関係はＥ ＋ ＋ ｓ ＜
Ｅ ＋ ｌｂ ＜ＥＩＩＣである。１２ａ、１２Ｃはそ
れぞれ活性中心１１ａ、ＩＩＣの近傍で電子伝達通路Ｃ
と交わるようチトクロームｃ７１０に接続して設けられ
た第１．第３金属電極、１２ｂは活性中心１１ｂに電気
的影響を与えることができるようチトクロームＣ７１０
に接続して設けられた第２金属電極である。また、第３
図（ｂ）は各活性中心のレドックス電位状態を示す。
次に作用効果について説明する。
第３図ｆｂｌ中、実線は電極１２２〜１２Ｃに電圧を印
加していない状態を示し、破線は電極１２ｃに対して電
極１２ ｂに負の電圧Ｖを印加して、活性中心１１ｂの
レドックス電位Ｅ１１．をＥｌｌ、・までＶｌだけ上昇
させた状態を示す。図示実線の状態では電子は電極１２
ａから電極１２ｃへと活性中心１１ａ、ｌｌｂ、ｌｌｃ
を通って流れ、電子伝達通路Ｃが形成されることとなる
が、上記破線の状オフでは電子は流れない。従って蛋白
質分子１０の各活性中心の電位状態を図示実線の状態と
し、電極１２ｂへの印加電圧■をオン−オフすることに
より、電極１２ａ、Ｌ２ｃ間に流れる電流をオン−オン
することが可能となり、スイッチ特性を実現できる。こ
のように第３図ｆａｌの構成により、複数の活性中心を
有する１つの蛋白質分子を用いてスイッチ素子を得るこ
とができるものである。
加していない状態を示し、破線は電極１２ｃに対して電
極１２ ｂに負の電圧Ｖを印加して、活性中心１１ｂの
レドックス電位Ｅ１１．をＥｌｌ、・までＶｌだけ上昇
させた状態を示す。図示実線の状態では電子は電極１２
ａから電極１２ｃへと活性中心１１ａ、ｌｌｂ、ｌｌｃ
を通って流れ、電子伝達通路Ｃが形成されることとなる
が、上記破線の状オフでは電子は流れない。従って蛋白
質分子１０の各活性中心の電位状態を図示実線の状態と
し、電極１２ｂへの印加電圧■をオン−オフすることに
より、電極１２ａ、Ｌ２ｃ間に流れる電流をオン−オン
することが可能となり、スイッチ特性を実現できる。こ
のように第３図ｆａｌの構成により、複数の活性中心を
有する１つの蛋白質分子を用いてスイッチ素子を得るこ
とができるものである。
なお、上記実施例では、活硅中心を２個有するチトクロ
ームＣ′を用いて整流素子を、活性中心を３個有するチ
トクロームｃ７を用いてスイッチ素子をそれぞれ構成し
ているが、これはチトクロ−Ｌ ｃ ′でスイッチ素子
を、チトクロームｃ７を用いて整流素子をそれぞれ構成
することもでき、また他の複数個の活性中心を有する蛋
白質、例えばチトクロームＣ３（活性中心４個）、チト
クロームＣ４（活性中心２個）、チトクロームｂ２（活
性中心２個）、植物型フヱレドキシン（活性中心２個）
のいずれを用いても整流素子及びスイッチ素子を構成す
ることができる。
ームＣ′を用いて整流素子を、活性中心を３個有するチ
トクロームｃ７を用いてスイッチ素子をそれぞれ構成し
ているが、これはチトクロ−Ｌ ｃ ′でスイッチ素子
を、チトクロームｃ７を用いて整流素子をそれぞれ構成
することもでき、また他の複数個の活性中心を有する蛋
白質、例えばチトクロームＣ３（活性中心４個）、チト
クロームＣ４（活性中心２個）、チトクロームｂ２（活
性中心２個）、植物型フヱレドキシン（活性中心２個）
のいずれを用いても整流素子及びスイッチ素子を構成す
ることができる。
また、上記実施例では、金属電極を用いているが、これ
は電子の授受を良好にするために、４゜４′−ビピリジ
ル（ｂｉｐｙｒｉｄｙｌ）、 ２． ２ ’−ビピリ
ジルなどで化学修飾したものであってもよい。
は電子の授受を良好にするために、４゜４′−ビピリジ
ル（ｂｉｐｙｒｉｄｙｌ）、 ２． ２ ’−ビピリ
ジルなどで化学修飾したものであってもよい。
以上のようにこの発明によれば、複数個の活性中心を有
する１個の電子伝達蛋白質分子に複数の電極を接続して
、整流特性又はスイッチング特性を呈するように構成し
たので、１個の衝白質分子により整流素子又はスイッチ
素子を形成することができ、該素子を分子レベルの超微
細な大きさとし、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。
する１個の電子伝達蛋白質分子に複数の電極を接続して
、整流特性又はスイッチング特性を呈するように構成し
たので、１個の衝白質分子により整流素子又はスイッチ
素子を形成することができ、該素子を分子レベルの超微
細な大きさとし、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。
第１図（ａ）はこの発明の第１実施例による生物電気素
子である整流素子を示す模式図、第１図（ｂｌは該整流
素子の各活性中心のレドックス電位状態を示す図、第２
図は該整流素子の電圧−電流特性を示す図、第３図（３
）はこの発明の第２実施例による生物電気素子であるス
イッチ素子を示す模式図、第３図（ｂ）は該スイッチ素
子の各活性中心のレドックス電位状態を示す図、第４図
は従来のＭＯ３構成の整流素子の一例を示す図である。 図において、ｌはチトクロームＣ′分子、２ａ。 ２ｂ、ｌｌａ、ｌｌｂ、ｌｌｃは活性中心、４ａ。 ４ｂは電極、１０はチトクロームＣ１分子、１２ａ、１
２ｂ、１２ｃは第１．第２．第３金属電極である。
子である整流素子を示す模式図、第１図（ｂｌは該整流
素子の各活性中心のレドックス電位状態を示す図、第２
図は該整流素子の電圧−電流特性を示す図、第３図（３
）はこの発明の第２実施例による生物電気素子であるス
イッチ素子を示す模式図、第３図（ｂ）は該スイッチ素
子の各活性中心のレドックス電位状態を示す図、第４図
は従来のＭＯ３構成の整流素子の一例を示す図である。 図において、ｌはチトクロームＣ′分子、２ａ。 ２ｂ、ｌｌａ、ｌｌｂ、ｌｌｃは活性中心、４ａ。 ４ｂは電極、１０はチトクロームＣ１分子、１２ａ、１
２ｂ、１２ｃは第１．第２．第３金属電極である。
Claims (4)
- （１）電子の授受を司る活性中心を複数個有する電子伝
達可能な１個の電子伝達蛋白質分子と、それぞれ上記活
性中心の近傍にて上記電子伝達蛋白質分子に接続して設
けられた複数の電極とを備え、整流機能又はスイッチ機
能を有するよう構成されたことを特徴とする生物電気素
子。 - （２）上記電子伝達蛋白質は、チトクロームｃ＿３、チ
トクロームｃ＿４、チトクロームｃ＿７、チトクローム
ｃ′、チトクロームｂ＿２、又は植物型フェレドキシン
であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の生
物電気素子。 - （３）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項又は第２項記載の生物電気素子。 - （４）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１項又
は２項記載の生物電気素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61164190A JPH077853B2 (ja) | 1986-07-11 | 1986-07-11 | 生物電気素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61164190A JPH077853B2 (ja) | 1986-07-11 | 1986-07-11 | 生物電気素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6319857A true JPS6319857A (ja) | 1988-01-27 |
| JPH077853B2 JPH077853B2 (ja) | 1995-01-30 |
Family
ID=15788397
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61164190A Expired - Lifetime JPH077853B2 (ja) | 1986-07-11 | 1986-07-11 | 生物電気素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH077853B2 (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5286077A (en) * | 1976-01-09 | 1977-07-16 | Dios Inc | Supercompact device and method of manufacture thereof |
| JPS61141883A (ja) * | 1984-12-14 | 1986-06-28 | Ajinomoto Co Inc | 導電性タンパクで被覆した機能性素子 |
-
1986
- 1986-07-11 JP JP61164190A patent/JPH077853B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5286077A (en) * | 1976-01-09 | 1977-07-16 | Dios Inc | Supercompact device and method of manufacture thereof |
| JPS61141883A (ja) * | 1984-12-14 | 1986-06-28 | Ajinomoto Co Inc | 導電性タンパクで被覆した機能性素子 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH077853B2 (ja) | 1995-01-30 |
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