JPS6319859A - 生物電気素子回路 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、生体材料を用いて構成された生物電気素子
回路に関するものである。

〔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３図に示すＭＯ３構造のものがあった
。図において、１１はｐ形シリコン基板、１２はｎ影領
域、１３はｐ影領域、１４はｎ影領域、１５は５ｉｎ２
膜、１６．１７は電極であり、これら２つの電極１６．
１７間でｐ−ｎ接合（ｐ影領域１３−ｎ影領域１４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に類似する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、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瞑界を抱えている。

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
．２　μｍ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）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。

そして本発明者らはこのような素子を用いて生物電気素
子回路を構成するため、これらの素子との親和性の良い
抵抗、コンデンサ等の素子、及びさらには配線をも開発
したが、さらにかかる生物電気素子回路においても集積
度の向上をいかに図るかという問題が生じた。

この発明は、かかる状況に鑑みてなされたもので、多層
構造の生物電気素子回路を得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る生物電気素子回路は、エネルギービーム
により露光形成したマスクを用いて形成した配線パター
ン、あるいは分子線、イオンビーム又はレーザを用いた
ＣＶＤ法により金属を直接描画して形成した配線パター
ンを有する複数の生物電気素子層を絶縁層を介して多層
に積み上げ形成するようにしたものである。

〔作用〕

この発明においては、半導体集積回路と同じ金属配線パ
ターンの形成方法を用いて構成した複数の生物電気素子
層を絶縁層を介して多層に積み上げ形成するようにした
ので、集積度の向上した三次元的な生物電気素子回路を
得ることができる。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を図について説明する。

まず、本発明の生物電気素子回路を説明する前に、上述
の生物電気素子としての整流素子、スイッチ素子、抵抗
素子、及びコンデンサ素子について説明する。

即ち、本発明者らが開発した整流素子は、第４図（ａ）
に示すように、異なるレドックス（酸化還元）電位を有
する２種の電子伝達蛋白質、即ち、例えばチトクローム
Ｃ分子１とフラボトキシン分子２とを接着接合して構成
したものである。そしてこの素子においては、千トクロ
ームｃ１とフラボトキシン２のレドックス電位が第４図
（１１）に示すように異なるため、電子は図中実線矢印
で示すレドックス電位の負の準位から正の準位へ（以下
これを正方向という）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。なお図中、４ａ、４ｂは
本素子を整流素子として動作させる場合に該素子に電圧
■を印加するための電極である。

また本発明者らが開発したスイッチ素子は第５図に示す
ように、レドックス電位の異なる２種以上の３つの電子
伝達蛋白質２ａ、１．２ｂを用いてｐ−ｎ−ｐ接合半導
体からなるトランジスタ素子と１（以の特性を示すトラ
ンジスタ素子を構成するようにしたものである。なお、
第５図中、４ａ。

４ｂ、４ｃは電極である。

また、本発明者らが開発した抵抗素子としては、例えば
、上記整流素子に用いた２種の電子伝達蛋白質を接着接
合した電子伝達複合体を、単数、又はこれをその電子伝
達通路が平行となるよう複数並列配置したものを一対の
電極間に配置して構成したものがあり、また、コンデン
サ素子としては、例えば、上記電子伝達複合体を一対の
電極間に該電極とその電子伝達通路とが、平行となるよ
う配置して、あるいはまた電子伝達機能のない蛋白質分
子を一対の電極間に配置して構成したものがある。

また上記整流素子の実際の構成は第６図に示す通りとな
る。

即ち、第６図において、７６は絶縁特性を持つ基板、７
７はＡｇ、Ａｕ、Ａ１などの金属製電極で、基板７６上
に＊数条が平行に形成されている。

７８は基十反７６上にＬ　Ｂ　（Ｌａｎｇｍｕｉｒ−Ｂ
ｌｏｄｇｅｔ　　）法等により作成されたチトクローム
Ｃからなる第１電子伝達蛋白質膜、７９は同じ＜ＬＢ法
等により作成されたフラボトキシンからなる第２電子伝
達蛋白質膜で、上記第１電子伝達蛋白質膜７８に累積し
て接着接合されている。８ｏは複数条の平行電極７７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
達蛋白賃膜７９上に形成されている。

また上記スイッチ素子の実際の構成は第７図に示す通り
となる。

即ち、第７図において、８６は絶縁特性を持つ基板、８
７はＡｇ、Ａｕ、Ａ１などの金属製電極で、基板８６上
に複数条が平行に形成されている。

８８は基板８６上にＬＢ法等により作成されたフラボト
キシンからなる第１電子伝達蛋白質膜で、上記複数条の
電極８７上に形成されている。９゜は上記複数条の平行
電極８７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８８上に形成されている。８
９は同じ＜ＬＢ法等により作成されたチトクロームＣか
らなる第２電子伝達蛋白質膜で、第１電子伝達蛋白質膜
８８に累積して接着接合され、電ＩＭ９０に接合されて
いる。９１は同じ＜ＬＢ法等により作成されたフラボト
キシンからなる第３電子伝達蛋白質膜で、上記第２電子
伝達蛋白質膜８９に累積して接着接合されている。９２
は上記複数条の平行電極９０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９１上に形成
されている。

第１図はこの発明の一実施例による生物電気素子回路を
示し、図において、１は基板、３，４゜６はそれぞれ一
定方向に電子伝達可能な第１．第２、第３の電子伝達蛋
白質、例えばフラボトキシン、チトクロームＣ，フラボ
トキシンからなる第１、第２．第３電子伝達蛋白質膜で
あり、上記各電子伝達蛋白質は一定の配向性を持って累
積され生物電気素子としてのトランジスタ素子を構成し
ている。２．５．７はそれぞれ上記各電子伝達蛋白質膜
３，４．６に接続された、ソース、ゲートドレインに相
当する電極、１０は上記電子伝達蛋白質膜３．４，６．
電極２，５．７等により形成された第１生物電気素子層
である。また３ａ、４ａ、６ａはそれぞれ上記３．４．
６と同等の構成の電子伝達蛋白質膜、２ａ、５ａ、７ａ
は上記２゜５．７と同等の構成の電極、２０は上記電子
伝達蛋白質膜３ａ、４ａ、６ａ、電極２ａ、５ａ、７ａ
等により形成された第２生物電気素子層、８は該第１．
第２の生物電気素子層１０．２０間に設けられた絶縁層
である。

ここで、上記第１生物電気素子層１０について第２図を
参照して詳細に説明する。第２図は第１生物電気素子層
１０の分解斜視図である。図において、１は絶縁特性を
持つ基板、２はＡｇ、Ａｕ。

Ａｔなどの金属製電極であり、これはエネルギービーム
により露光形成したマスクを用いて、あるいは分子線、
イオンビーム又はレーザを用いたＣＶＤ法により金属を
直接描画することにより基板１上に複数条が平行に形成
されている。３はＬＢ・法（Ｌａｎｇｍｕｉｒ−Ｂｌｏ
ｄｇｅｔｔ法）により作成された第１電子伝達蛋白質膜
、５は上記複数条の平行電極２と直角方向に形成された
複数条の平行電極であり、上記第１を子伝達蛋白質膜３
上に上記電極２と同様の方法で作成されている。４は上
記第１電子伝達蛋白質膜３と同様にして作成された第２
電子伝達蛋白質膜で、上記第１′ｒ！１子伝達蛋白質ｖ
３に累積して接着接合され、電極５に接合されている。

６は上記第１．第２電子伝達蛋白質膜３．４と同様にし
て作成された第３電子伝達蛋白質膜で、上記第２電子伝
達蛋白質膜４上に累積して接着接合されている。７は複
数条の平行電極５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６上に上記電極２，５と
同様の方法で形成されている。

このような本実施例では、生物電気素子層１０゜２０を
２層、あるいはさらに多層に構成することにより、素子
サイズが分子レベルの超微細な太きさで、高密度化、高
速化の可能な生物電気素子回路の集積度をさらに向上す
ることができる。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、複数の生物電気素子層
を多層に積み上げ形成するようにしたので、高密度化、
高速化の可能な生物電気素子回路の集積度をさらに向上
できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による生物電気素子回路を
示す模式断面図、第２図は上記実施例の第１生物電気素
子層を示す分解斜視図、第３図は従来のＭＯ３構成の整
流素子の一例を示す図、第４図（ａｌは本発明者らが開
発した整流素子の模式図、第４図（′ｂ）はそのレドッ
クス電位状態図、第５図は本発明者らが開発したスイッ
チ素子の模式図、第６図は本発明者らが開発した整流素
子が組み込まれた装置を示す模式的断面構成図、第７図
は本発明者らが開発した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である。 図において、１は基キ反、８は１色縁層、１０は第１生
物電気素子層、２０は第２生物電気素子層である。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）電子伝達可能な生体材料あるいは擬似生体材料を
   用いて構成される生物電気素子からなる回路であって、 エネルギービームにより露光形成したマスクを用いて形
   成した配線パターン、あるいは分子線、イオンビーム又
   はレーザを用いてＣＶＤ法により金属を直接描画して形
   成した配線パターンを有する複数の生物電気素子層が、
   絶縁層を介して多層に積み上げ形成されていることを特
   徴とする生物電気素子回路。