JPS6319862A - コンデンサ素子 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、集積回路分野におけるコンデンサ素子に関
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。

〔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５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形令
頁域、１３はｐ影領域、１４はｎ影領域、１５は５ｉ０
２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ＭＯ５構造の整流素子は以上のように構成されて
いるため、＠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ＬＳ＋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
。

そしてこのような素子を用いて生物電気素子回路を構成
するには、これらの素子との親和性の良い抵抗、コンデ
ンサ等の素子を開発することが必要となった。

この発明は、かかる状況に鑑みてなされたもので、生体
材料を用いた超微細な生物電気素子回路用のコンデンサ
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〕

この発明に係るコンデンサ素子は、生体材料あるいは擬
似生体材料であって一定方向に電子伝達可能であり、異
なるレドックス電位を有する第１゜第２の電子伝達物質
分子を、一方向に電子伝達を起こすよう相互に接合して
電子伝達複合体を構成し、該複合体をその電子伝達通路
が対向する一対の電極間にこれと平行となるよう配置し
て構成したものである。

〔作用〕

この発明においては、上記構成の電子伝達複合体を、一
対の電極間にその電子伝達通路が上記電極と平行となる
よう配置してコンデンサ素子を構成したので、超微細な
生物電気素子回路用のコンデンサ素子を得ることができ
る。

〔実施例〕

次に、この発明の一実施例を図について説明する。

まず、本発明のコンデンサ素子を説明する前に、上述の
生物電気素子としての整流素子及びスイッチ素子につい
て説明する。

即ち、本発明者らが開発した整流素子は、第３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とフラボドキシン分子２とを接着接合し、これ
を一対の電極４ａ、４ｂ間に配置した構成したものであ
る。そしてこの素子においては、チトクロームＣ１とフ
ラボドキシン２のレドックス電位が第３図（ｂｌ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。

また本発明者らが開発したスイッチ素子は第４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類似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
４図中、４ａ。

４ｂ、４ｃは電極である。

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、Ａｔなどの金属製電極で、基板７６上
に複数条が平行に形成されている。

７８は基板７６上にＬ　Ｂ　（Ｌａｎｇｍｕｉｒ−Ｂｌ
ｏｄｇｅｔｔ）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は同じくＬＢ法等に
より作成されたフラボドキシンからなる第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。８０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を子伝達蛋
白質膜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ド
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。９０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、電極９０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ドキ
シンからなる第３を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コンデンサ素子を示
し、これは上記整流素子で用いたチトクロームＣ１とフ
ラボドキシン２からなる電子伝達複合体３を対向する一
対の電極４ａ、４ｂ間にその電子伝達通路３ａが該電極
４ａ、４ｂと平行となるよう配置して構成したものであ
る。

本実施例のコンデンサ素子では、電子伝達複合体３はそ
の電子伝達通路３ａが電極４ａ、４ｂに平行に、即ち、
印加される電界のベクトル方向に垂直になるよう配置さ
れているので、この電子伝達複合体３には電流は全く流
れない。このように、上記電子伝達複合体３は誘電体と
して機能し、この複合体を用いてコンデンサ素子を得る
ことができる。従って、電子伝達蛋白質を用いた整流素
子。

スイッチ素子等で構成される生物電気素子回路用のコン
デンサ素子を、同じく電子伝達蛋白質を用いて得ること
ができ、素子サイズはやはり生体分子レベルの超微細な
大きさとなり、高密度化、高速化を達成できる。またコ
ンデンサ素子の材料とスイッチ素子等の材料が同じ蛋白
質であるので、各素子間の親和性も良好となる。

第２図はこの発明の他の実施例を示す。本実施例は電子
伝達複合体を複数個その電子伝達通路が同方向に平行に
なるよう並列に接合したものであり、上記実施例と同様
の効果を奏する。

なお、上記実施例では、電子伝達複合体を構成する分子
は、天然に存在する電子伝達蛋白質であるチトクローム
Ｃ，フラボドキシンとしたが、これはもちろん他の天然
の電子伝達蛋白質、例えば非ヘム−鉄・硫黄蛋白質、チ
トクロームａ、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く、また他に、凝似生体材料、即ち
天然に存在する電子伝達蛋白質の活性中心の構造を保持
し他の部位を改変した物質、又１まアミノ酸又はアミノ
酸のＨをＦあるいはＣＨ，であるいはＣをＳｉで置換し
たアミノ酸Ｐｉ体を天然に存在する電子伝達蛋白質に結
合したもの、あるいは天然に存在する電子伝達蛋白質の
機能を模倣するよう合成された打機分子又は有機金属錯
体分子であって、例えば酸化還元物質をポリマーで取り
囲んで形成したもの、さらにはポリマーとπ電子を持つ
物質と酸化還元される物質とを化学結合して形成したも
のなどであってもよい。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、異なるレドックス電位
を有する第１．第２の電子伝達蛋白質を接合してなる電
子伝達複合体を、その電子伝達通路が対向する一対の電
極に平行となるよう配置してコンデンサ素子を構成した
ので、超微細なコンデンサ素子を得ることができ、生物
電気素子回路の高密度化、高速化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるコンデンサ素子を示
す模式図、第２図はこの発明の他の実施例によるコンデ
ンサ素子を示す斜視模式図、第３図（ａ）は本発明者ら
が開発した整流素子を示す模式図、第３図（ｂ）はその
レドックス電位状態図、第４回は本発明者らが開発した
スイッチ素子を示す模式図、第５図は従来のＭＯ３構成
の整流素子の一例を示す図、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はチトクロームＣ分子、２はフラボドキ
シン分子、３は電子伝達複合体、３ａは電子伝達通路、
４ａ、４ｂ、４ｃ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 (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）生体材料あるいは擬似生体材料であって一定方向
   に電子伝達可能であり、異なるレドックス電位を有する
   第１、第２の電子伝達物質分子を、一方向に電子伝達を
   起こすよう相互に接合してなる電子伝達複合体と、 該電子伝達複合体の電子伝達通路に平行に該通路をはさ
   んで設けられた対向する一対の電極とを備えたことを特
   徴とするコンデンサ素子。
2. （２）上記電子伝達物質は、天然に存在する生体材料で
   ある電子伝達蛋白質であって、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項記載のコンデンサ素子。
3. （３）上記電子伝達物質は、アミノ酸、又はアミノ酸誘
   導体を天然に存在する電子伝達蛋白質に結合してなる擬
   似生体材料であることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載のコンデンサ素子。
4. （４）上記アミノ酸誘導体は、アミノ酸のＨをＦあるい
   はＣＨ＿３で、あるいはＣをＳｉで置換したものである
   ことを特徴とする特許請求の範囲第３項記載のコンデン
   サ素子。
5. （５）上記電子伝達物質は、天然に存在する電子伝達蛋
   白質の機能を模倣するよう合成された擬似生体材料であ
   る有機分子又は有機金属錯体分子であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載のコンデンサ素子。
6. （６）上記有機分子又は有機金属錯体分子は、酸化還元
   物質をポリマーで取り囲んで形成したものであることを
   特徴とする特許請求の範囲第５項記載のコンデンサ素子
   。
7. （７）上記有機分子又は有機金属錯体分子は、ポリマー
   と、π電子を持つ物質と、酸化還元される物質とを化学
   結合して形成したものであることを特徴とする特許請求
   の範囲第６項記載のコンデンサ素子。