JPS6319864A - Composite functional circuit - Google Patents

Composite functional circuit

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JPS6319864A
JPS6319864A JP61164197A JP16419786A JPS6319864A JP S6319864 A JPS6319864 A JP S6319864A JP 61164197 A JP61164197 A JP 61164197A JP 16419786 A JP16419786 A JP 16419786A JP S6319864 A JPS6319864 A JP S6319864A
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JP
Japan
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protein
circuit
switch element
terminal
electrons
Prior art date
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Pending
Application number
JP61164197A
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Japanese (ja)
Inventor
Satoru Isoda
悟 磯田
Osamu Tomizawa
富沢 治
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

PURPOSE:To make a circuit highly integrated and accelerated as well as an element size ultrafine at a biomolecular level by a method wherein a part or whole of a biological material constituting electric elements is made of electron transferring material constituting a plurality of electric elements. CONSTITUTION:A switch element (Swx) provided with the function of switch element is composed of the first-the third proteins 1-3, while another switch element Y (Swy) is composed of the second-the fourth proteins 2-4. When the terminals A, C are impressed with voltage V to boost the redox potential Ec1, Ec21, Ec22, Ec3 of respective activity centers of the third protein 3 respectively in the minus direction to be Ec1, Ec22, Ec21, Ec3, the electrons can flow from the terminal C to the terminal A through the activity centers c3, c21, b1, b2, a as shown by solid line arrows. Likewise, with the switch element X turned on, the electrons can simultaneously flow from the terminal B to the terminal D through the activity centers b3, b1, c22, c1, d as shown by chain line arrows.

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る生物電気素子
回路の複合化機能回路に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a complex functional circuit of a bioelectric element circuit constructed using biomaterials.

〔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
5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、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膨頭域、15は5iOz膜
、16.17は電極であり、これら2つの重陽16,1
7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。
In the figure, 11 is a p-type silicon substrate, 12 is an n-shade region, 13 is a p-shade region, 14 is an n-bulge region, 15 is a 5iOz film, 16.17 is an electrode, and these two double positives 16,1
p-n junction between 7 (p shadow area 13 - n shadow area 14 junction)
is formed, thereby realizing rectifying 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に類(以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LS Iが実
用化されている。
Since the conventional MO3 structure rectifier is configured as described above, it can be microfabricated, and currently there are 256 LSIs using rectifiers with the above structure or transistor elements with similar structures. Bit LSI 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、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。
Incidentally, in order to increase the memory capacity and operation speed of integrated circuits, it is essential to miniaturize the elements themselves, but Si
In devices using ultra-fine patterns of about 0.2 μm, the mean free path of electrons becomes almost equal to the device size, which has the limitation that independence of the devices cannot be maintained.

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当たることが予
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。
In this way, silicon technology, which continues to develop day by day, is expected to eventually hit a wall in terms of miniaturization, and an electric circuit element based on a new principle is capable of breaking the 0.2 μm barrier. something is wanted.

このような状況において本件発明者らは生体内に存在す
る電子伝達蛋白質を用い、そのレドックス電位の差異を
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。
Under these circumstances, the inventors of the present invention have developed a rectifier that uses electron transport proteins existing in living organisms and utilizes the difference in redox potential to exhibit rectifying characteristics similar to those of p-n junctions using p- and n-type semiconductors. element.

及びさらにp−n−p接合トランジスタと1(以したト
ランジスタ特性を呈するトランジスタ素子を開発し、こ
れらを用いて蛋白質からなる生物電気素子回路を得た。
Furthermore, we developed a p-n-p junction transistor and a transistor device exhibiting the transistor characteristics described above, and used these to obtain a bioelectric device circuit made of protein.

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。
This allows the device size to be ultra-fine at the level of biomolecules, making it possible to achieve higher density and higher speed circuits.

ところでこのような生物電気素子回路においても半導体
回路と同様に例えばI”L等の複合化機能回路を構成す
ることができればより高密度化できるものと考えられる
By the way, it is thought that even in such a bioelectrical element circuit, if a complex functional circuit such as I"L can be constructed, the density can be increased as in the case of a semiconductor circuit.

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

この発明に係る複合化機能回路は、電子伝達可能な生体
材料を用いて構成される生物電気素子回路において、電
気素子を構成する材料の一部又は全部が複数の生物電気
素子を構成する材料として機能する複合化機能回路を構
成したものである。
The composite functional circuit according to the present invention is a bioelectrical element circuit constructed using a biomaterial capable of electron transfer, in which a part or all of the material constituting the electric element is a material constituting a plurality of bioelectrical elements. It consists of a functioning complex functional circuit.

〔作用〕[Effect]

この発明においては、生物電気素子回路において複合化
機能回路を構成したので、生体分子レベルの超微細な複
合化機能回路を得ることができ、回路のより一層の高密
度化を達成できる。
In this invention, since the composite functional circuit is constructed in the bioelectrical element circuit, it is possible to obtain an ultra-fine composite functional circuit at the level of biomolecules, and to achieve even higher density of the circuit.

〔実施例〕〔Example〕

以下、この発明の実施例を図について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

本発明の説明をする前に、まず本発明者らがすでに開発
したスイッチ素子について説明する。
Before explaining the present invention, first, a switch element already developed by the present inventors will be explained.

本発明者らが開発したスイッチ素子は、第4図(a)に
示すように、例えば電子伝達可能な電子伝達蛋白質であ
るチトクロームC分子2の両側に同じく電子伝達蛋白質
であるフラボトキシン分子1を接着接合し、それぞれに
電極4c、4d、4eを接続して構成したものである。
As shown in FIG. 4(a), the switch element developed by the present inventors has, for example, a flavotoxin molecule 1, which is also an electron transfer protein, on both sides of a cytochrome C molecule 2, which is an electron transfer protein capable of transferring electrons. The electrodes 4c, 4d, and 4e are connected to each other by adhesive bonding.

この素子においては、各電極4c、4d、4eに電圧を
印加しないときのレドックス電位状態は第4図(b)に
示すαの状態となり、一方、電i4eに対して電極4C
に負電圧v2を印加したとき、またあるいは該電圧V、
に加えて電極4eに対して電Pi!4dに負電圧■1を
印加したときのレドックス電位状態はそれぞれ第4図(
b)のβ、Tの状態となる。そして、α。
In this element, the redox potential state when no voltage is applied to each electrode 4c, 4d, and 4e is the state α shown in FIG. 4(b).
When a negative voltage v2 is applied to, or the voltage V,
In addition to the electric power Pi! for the electrode 4e! The redox potential states when negative voltage ■1 is applied to 4d are shown in Figure 4 (
β of b) becomes the state of T. And α.

βの状態では電極4c、4e間に電流は流れず、γの状
態では電流が流れる。従って、電極4c。
In the β state, no current flows between the electrodes 4c and 4e, and in the γ state, current flows. Therefore, the electrode 4c.

4e間に電圧■2を印加した状態で、電極4d。With voltage 2 applied between electrode 4e and electrode 4d.

4e間の電圧■1をオン、オフすることにより、本素子
にスイッチング特性を持たせることができ、スイッチ素
子を構成できるものである。
By turning on and off the voltage (1) between 4e and 4e, this element can be given switching characteristics and can be configured as a switching element.

また上記フラボトキシン1とチトクロームC2とを接着
接合することにより、上記と同様の原理により整流特性
を呈する整流素子を構成することができるものである。
Furthermore, by adhesively bonding the flavotoxin 1 and the cytochrome C2, a rectifying element exhibiting rectifying characteristics can be constructed based on the same principle as described above.

また上記スイッチ素子の実際の構成は第6図に示す通り
となる。
Further, the actual configuration of the above-mentioned switch element is as shown in FIG.

即ち、第6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。
That is, in FIG. 6, 86 is a substrate having insulating properties;
7 is a metal electrode such as Ag, Au, A1, etc., and a plurality of strips are formed in parallel on the substrate 86.

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。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。
Reference numeral 88 denotes a first electron transfer protein film made of flavotoxin, which is formed on the substrate 86 by the LB method or the like, and is formed on the plurality of electrodes 87 described above. 90 is a plurality of parallel electrodes formed in a direction perpendicular to the plurality of parallel electrodes 87,
It is formed on the first electron transfer protein membrane 88. 8
Reference numeral 9 denotes a second electron transfer protein film made of cytochrome C prepared by the same <LB method, etc., which is cumulatively adhesively bonded to the first electron transfer protein film 88 and bonded to the electrode 90. Reference numeral 91 denotes a third electron transfer protein film made of flavotoxin prepared by the same <LB method, etc., which is cumulatively adhesively bonded to the second electron transfer protein film 89. A plurality of parallel electrodes 92 are formed perpendicularly to the plurality of parallel electrodes 90, and are formed on the third electron transfer protein membrane 91.

第1図(alはこの発明の一実施例による複合化機能回
路であるR L回路を示す断面側面図、第1回出)はそ
の等何回路を示す。本実施例は上記スイッチ素子を構成
した電子伝達蛋白質を用いて第3図に示すSiプロセス
により構成されたI2L回路と同等のI” L回路を構
成しようとするもので、図において、j、2.3.4は
それぞれ第1.第2.第3.第4蛋白質分子、a、b、
、b2.b、。
FIG. 1 (Al is a cross-sectional side view showing an RL circuit which is a complex functional circuit according to an embodiment of the present invention, first appearance) shows such a circuit. This example attempts to construct an I"L circuit equivalent to the I2L circuit constructed by the Si process shown in FIG. 3 using the electron transfer protein that constitutes the switch element. .3.4 are the first, second, third and fourth protein molecules, a, b,
, b2. b.

CI +  C21+  C22,Cコ、dは各蛋白質
の活性中心、A、B、C,Dは各蛋白質1.2,3.4
に接続された端子である。そして第1.第2.第3蛋白
質1,2.3により上述したスイッチ素子の機能を有す
るスイッチ素子X (Swx)を、第2゜第3.第4蛋
白質2,3.4によりスイッチ素子Y (Swy)を構
成している。そして本実施例では、第2.第3蛋白質2
.3は上記両スイッチ素子X、Y用に機能するためにレ
ドックス電位の異なる複数の活性中心を有するものを用
いている。
CI + C21+ C22, C, d are active centers of each protein, A, B, C, D are each protein 1.2, 3.4
This is the terminal connected to. And the first. Second. The switch element X (Swx) having the function of the above-mentioned switch element is formed by the third proteins 1, 2.3. The fourth protein 2, 3.4 constitutes a switch element Y (Swy). In this embodiment, the second. Third protein 2
.. 3 uses a device having a plurality of active centers with different redox potentials in order to function for both the above-mentioned switch elements X and Y.

次に、本実施例の各蛋白質を接着接合する際のその配向
の仕方について説明する。
Next, how to orient the proteins of this example when adhesively bonding them will be explained.

第1蛋白質1は1個の活性中心aを、第2蛋白質2は3
個の活性中心す、、b2.b、を、第3蛋白質3は4個
の活性中心C+ +  C211C22,C3を、第4
蛋白質4は1個の活性中心dをそれぞれ有しており、こ
れらの活性中心のレドックス電位の関係は、 Ebi < Eb+ < Ebz < Ex   。
The first protein 1 has one active center a, and the second protein 2 has three
active centers, b2. b, the third protein 3 has four active centers C+ + C211C22, C3, and the fourth
Protein 4 each has one active center d, and the relationship between the redox potentials of these active centers is Ebi < Eb+ < Ebz < Ex.

E4   Eb+ > Ec+   Ecz□ 。E4  Eb+ > Ec+  Ecz□ .

Ea < Ea3< Ea21 < Eczz < E
c+となっている。また、第3蛋白質3は、活性中心c
3からCZ+への、及びc2□からclへの2つの電子
伝達通路を有している。そしてこれら蛋白質の接着接合
に際しては、第1蛋白質1と第2蛋白質2とを、活性中
心aとb2間で電子の授受ができるよう配向して接着接
合し、該第2蛋白質2と第3蛋白質3とを、それらの活
性中心b1とC21+co との間で電子の授受ができ
るよう配向して接着接合し、該第3蛋白質3と第4蛋白
質4とを、活性中心C,とd間で電子の授受ができるよ
う配向して接着接合する。また、端子A、  B、 C
,Dは該端子と各蛋白質1.2,3.4の活性中心a。
Ea < Ea3 < Ea21 < Eczz < E
It is c+. In addition, the third protein 3 has an active center c
It has two electron transfer paths: from 3 to CZ+ and from c2□ to cl. When these proteins are adhesively bonded, the first protein 1 and the second protein 2 are oriented and adhesively bonded so that electrons can be exchanged between the active centers a and b2, and the second protein 2 and the third protein are bonded together. 3 are oriented and adhesively bonded so that electrons can be exchanged between their active centers b1 and C21+co, and the third protein 3 and fourth protein 4 are bonded with electrons between their active centers C and d. They are oriented and adhesively bonded so that they can be given and received. Also, terminals A, B, C
, D are the terminal and the active center a of each protein 1.2, 3.4.

b、、c3.dとの間で電子の授受ができるよう各蛋白
質に接続して設ける。
b,,c3. It is connected to each protein so that electrons can be exchanged with d.

このような構成になる本実施例回路において、端子A、
C間に何ら電圧を印加していないときにはレドックス電
位状態は第2図の実線に示す状態となり、端子A、  
C間、及び端子B、D間には電流は流れず、スイッチ素
子X、Yはオフ状態にある。これに対し、端子A、  
C間に、電圧Vを印加して第3蛋白質3の各活性中心の
レドックス電位Ec++  Ect+ +  Eczz
 + EC3を各々負方向に太きくして、ECI°+ 
 EC2Z  ’ +  ECZI  ’ +  EC
3゛とすると、第2図実線矢印に示す如く、端子Cから
活性中心c、、 +  21+  bl +  ”2 
*  ”を通って端子Aに電子が流れることが可能とな
り、スイッチ素子Xがオンするとともに、第2図−点鎖
線矢印に示す如く、端子Bから活性中心す、、b、、c
2□、c、、dを通って端子りに電子が流れることが可
能となり、スイッチ素子Yがオンすることとなる。従っ
て上記電圧■の印加をオン、オフすることによって両ス
イッチX、Yをオン、オフしI2L回路の作動を行なわ
しめることができる。
In the circuit of this embodiment having such a configuration, the terminals A,
When no voltage is applied between terminals A and C, the redox potential state is as shown by the solid line in FIG.
No current flows between terminals C and between terminals B and D, and switch elements X and Y are in an off state. On the other hand, terminal A,
A voltage V is applied between C and the redox potential of each active center of the third protein 3 Ec++ Ect+ + Eczz
+ Make each EC3 thicker in the negative direction, ECI°+
EC2Z' + ECZI' + EC
3゛, as shown by the solid line arrow in Figure 2, from the terminal C to the active center c, + 21 + bl + "2
* "It becomes possible for electrons to flow to terminal A, turning on switch element
Electrons can flow to the terminals through 2□, c, and d, and the switch element Y is turned on. Therefore, by turning on and off the application of the voltage (1), both switches X and Y can be turned on and off to operate the I2L circuit.

このように本発明では生物電気素子回路においても蛋白
質分子を用いてI”L回路、すなわち複合化機能回路を
構成することができ、超微細で、高密度化、高速度化の
可能な生物電気素子回路を得ることができる。
In this way, in the present invention, it is possible to construct an I''L circuit, that is, a complex functional circuit, using protein molecules in a bioelectrical device circuit, and it is possible to construct an ultra-fine, high-density, and high-speed bioelectrical circuit using protein molecules. An element circuit can be obtained.

なお、本発明ではI2L回路に限らず、任意の複合化機
能回路を構成できることは勿論である。
It goes without saying that the present invention is not limited to the I2L circuit, and that any complex function circuit can be constructed.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のようにこの発明によれば、生物電気素子回路にお
いて、電気素子を構成する生体材料の一部又は全部が複
数の電気素子を構成する電子伝達可能な材料として機能
する複合化機能回路を構成したので、分子レベルの生体
材料からなり高密度化、高速化の可能な生物電気素子回
路をより高密度化できる効果がある。
As described above, according to the present invention, in a bioelectrical element circuit, a part or all of the biomaterial constituting the electric element constitutes a composite functional circuit in which the biomaterial that constitutes the electric element functions as an electron-transferable material constituting a plurality of electric elements. Therefore, it is possible to further increase the density of bioelectric element circuits that are made of molecular-level biomaterials and can be increased in density and speed.

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

第1図(a)はこの発明の一実施例による複合化機能回
路を示す模式的断面構成図、第1図(telは該複合化
機能回路の等価回路図、第2図は該複合化機能回路の各
活性中心のレドックス電位状態を示す図、第3図(a)
はSiプロセスにより構成された通常のI”L回路を示
す断面図、第3図(b)はその等価回路図、第4図(a
)は本発明者らが開発したスイッチ素子を示す模式図、
第4図(b)はそのレドソクスミ位状態を示す図、第5
図は従来のMO3構成の整流素子の一例を示す断面図、
第6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=を示す模式的断面構成図である。 図において、1は第1蛋白質分子、2は第2蛋白質分子
、3は第3蛋白質分子、4は第4蛋白質分子、a+  
bI r  b2 +  b3 +  CI 、CZl
+  C22゜c、、dは活性中心である。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。
FIG. 1(a) is a schematic cross-sectional configuration diagram showing a composite function circuit according to an embodiment of the present invention; FIG. 1 (tel is an equivalent circuit diagram of the composite function circuit); FIG. Diagram showing the redox potential state of each active center of the circuit, Figure 3 (a)
is a cross-sectional view showing a normal I''L circuit constructed by the Si process, FIG. 3(b) is its equivalent circuit diagram, and FIG. 4(a)
) is a schematic diagram showing the switch element developed by the present inventors,
Figure 4(b) is a diagram showing the redosokusumi position, Figure 5
The figure is a cross-sectional view showing an example of a rectifying element with a conventional MO3 configuration.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional configuration diagram showing a device incorporating a switch element developed by the present inventors. In the figure, 1 is the first protein molecule, 2 is the second protein molecule, 3 is the third protein molecule, 4 is the fourth protein molecule, a+
bI r b2 + b3 + CI, CZl
+C22°c,,d are active centers. Note that the same reference numerals in the figures indicate the same or equivalent parts.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)電子伝達可能な生体材料あるいは擬似生体材料を
用いて構成された生物電気素子からなる回路であって、 ある生物電気素子を構成する上記電子伝達可能な材料の
一部又は全部が複数の生物電気素子を構成する材料とな
っていることを特徴とする複合化機能回路。
(1) A circuit consisting of a bioelectrical element constructed using a biological material capable of electron transfer or a pseudo-biological material, in which some or all of the above-mentioned material capable of electron transfer constituting a certain bioelectrical element A composite functional circuit characterized by being a material constituting a bioelectric device.
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