JPS63501590A - Neurological and biological molecular electro-optical devices and methods - Google Patents

Neurological and biological molecular electro-optical devices and methods

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JPS63501590A
JPS63501590A JP50436485A JP50436485A JPS63501590A JP S63501590 A JPS63501590 A JP S63501590A JP 50436485 A JP50436485 A JP 50436485A JP 50436485 A JP50436485 A JP 50436485A JP S63501590 A JPS63501590 A JP S63501590A
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neurological
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シミック‐グラバスキー・ブラニミル
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エイチ・エス・ジ−・ベンチャ−
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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。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 およびその方法 関連出願に対する相互参照 本出願は、1983年9月26日に提出され、通常に譲渡された出願人の同時係 属の米国特許出願第535.672号の一部継続出願である。なお、米国特許出 願の全開示事項は、ここに参照事項によって組み込まれる。[Detailed description of the invention] and how Cross-reference to related applications This application was filed on September 26, 1983 and is commonly assigned to co-filed applicants. This is a continuation-in-part of US patent application Ser. No. 535.672. Please note that the US patent The entire disclosure of the application is incorporated herein by reference.

背景 分子内の電子の電気的および/または光学的励起または逆励起によって引き起こ される導体または半導体上に吸着された個々の分子の電気的および光学的特性に おける観察可能な変化は、前述された明細書に開示されているように、情報を運 ぶための信号として用いることができる。このような単一分子または複数分子は 、ラーマンスペクトラムを得るための光学的分子測光方法を用いて観察すること ができる。このラーマンスペクトラムは、例えば分子内の1個または複数個の電 子、特に自由量子の位置と、分子および/または電子の活性化レベルと、例えば ラーマン分光測光過程において分子に向けて用いられるレーザビームのような入 射電磁ビームの性質等とを含み、分子の活性化状態または状況を明らかにする。background caused by electrical and/or optical excitation or back excitation of electrons within the molecule electrical and optical properties of individual molecules adsorbed onto conductors or semiconductors Observable changes in the information It can be used as a signal for reading. Such a single molecule or multiple molecules , observed using optical molecular photometry methods to obtain Raman spectra. Can be done. This Raman spectrum is, for example, one or more electric currents in a molecule. the position of the molecules, especially the free quanta, and the activation level of the molecules and/or electrons, e.g. An incident laser beam, such as a laser beam used to direct molecules in the Raman spectrophotometry process, This includes the properties of the emitted electromagnetic beam, etc., and reveals the activation state or situation of molecules.

分子の所定の状態/活性化に対して、そのように導出されるラーマンスペクトラ ムは、通常夫々の強度の1つまたは複数のラーマン線を有する。このラーマン線 の全体は分子の状態の“指紋”と考えることができる。For a given state/activation of the molecule, the Raman spectra so derived A beam usually has one or more Raman lines of respective intensities. This Raman line The whole can be thought of as a “fingerprint” of the molecular state.

このような分子装置は高速度の応答によって特徴付けられる。前述の米国特許出 願第535.672号に開示されているように、ズイッチング時間はIQ−13 秒のオーダであり得、また分子がトンネル効果を見せる場合には10−”秒のオ ーダでさえあり得る。Such molecular devices are characterized by a fast response. The aforementioned U.S. patent As disclosed in Application No. 535.672, the switching time is IQ-13. It can be on the order of seconds, or on the order of 10-” seconds if the molecule exhibits tunneling effects. It could even be a cardholder.

染料は神経の状態についての情報を得るために過去において用いられている。こ のような場合に、この神経はメチールオレンジを用いて染色されて、この染色さ れた神経が488nmのレーザ光によって照射される場合には共鳴ラーマン効果 が観察された。このような技術の有する1つの問題点は、染料が侵入し、染色さ れた神経が比較的短い時間に死んだりその生命力を失くすことである。他の問題 点は、例えばメチールオレンジで染色されたロブスタの神経に対してそのような 観察方法を用いる場合には、共鳴ラーマンスペクトラムが解像力または分解力に 欠けることである。Dyes have been used in the past to obtain information about nerve conditions. child In some cases, this nerve is stained with methyl orange and this stain When a nerve is irradiated with a 488 nm laser beam, the resonant Raman effect occurs. was observed. One problem with such techniques is that the dye can penetrate and stain The damaged nerves die or lose their vitality in a relatively short period of time. other problems The points are similar to those for Robusta nerves stained with methyl orange, for example. When using observation methods, the resonant Raman spectrum has a high resolution or resolving power. It is a lack.

医学的/技術的分野においては、情報の蓄積のために、RNAおよびDNAの分 子のような核酸分子を用いることが提案されている。DNA分子の蓄積容量は、 情報の2 +aビットから220ビツトの間にあると評価されている。このよう な情報を入力したり読み出すための十分な技術はいままでにおいては得られては いない。In the medical/technical field, RNA and DNA are separated for information storage. It has been proposed to use child-like nucleic acid molecules. The storage capacity of a DNA molecule is It is estimated to be between 2+a bits and 220 bits of information. like this Until now, sufficient technology for inputting and reading out such information has not been available. not present.

要約 本発明の1つの特徴によると、機能を果たすことことができる状態の大環状分子 構造が、例えば神経学的または生物学的材料、核酸分子または他の材料のような 別の材料に対して、情報、電気的ポテンシャル、光学的特性、エネルギ7−レベ ル、状態情報等を入力しおよび/または読み出すに際して用いられている。前述 された米国特許出願第535.672号に開示されている一例においては、大環 状分子は銀基買上に吸着されていた。本発明においては、機能を果たすことがで きる状態の大環状分子構造は、例えば神経細胞、筋、核酸分子(RNAおよびD NA)等のような他の基質上に吸着されている。summary According to one feature of the invention, the macrocycle is in a state capable of performing a function. The structure is, for example, a neurological or biological material, a nucleic acid molecule or other material. information, electrical potential, optical properties, and energy for different materials. It is used to input and/or read out files, status information, etc. aforementioned In one example, disclosed in U.S. patent application Ser. No. 535.672, the macrocycle The molecules were adsorbed onto the silver base. In the present invention, the function can be Macrocyclic molecular structures in a ready state include, for example, nerve cells, muscles, nucleic acid molecules (RNA and D have been adsorbed onto other substrates such as NA).

ここに用いられるような“機能を果たすことができる状態の大環状分子または分 子構造”は、大環状分子または次により詳細に説明される機能を成し得る大環状 分子のように挙動する分子であるところの分子を意味する。大環状分子の例は、 例えば金属フタロシアニン(好適なものの1つは鉄(Fe)である)、スルホン 化され得るまたはされ得ない(好適なスルホン化の1つはテトラスルホン化(T s)である。)コバルトまたは銅フタロシアニン、ポリフィリン、葉緑素、ヘム 、ヘモグロビン(タンパク質分子を有する大環状分子)およびチトクロームのよ うなフタロシアニン(Pc)を含む。As used herein, a “macrocyclic molecule or molecule in a state capable of performing a function” "child structure" means a macrocycle or a macrocycle capable of performing the functions described in more detail below. It means a molecule that behaves like a molecule. Examples of macrocycles are For example, metal phthalocyanines (one of the preferred ones is iron (Fe)), sulfones (one suitable sulfonation is tetrasulfonation (T s). ) cobalt or copper phthalocyanine, porphyrin, chlorophyll, heme , hemoglobin (a macrocyclic molecule with protein molecules) and cytochromes. Contains eel phthalocyanine (Pc).

大環状分子ではなく大環状分子のように挙動する材料(分子)の−例はフィトク ロームである。フィトクロームは、このような分子が植物内に包まれている場合 にあるように、光による照射時において状態を変える分子である。このような材 料に1つの周波数の光をあてて他の周波数の光に感光するようにすることは可能 である。次に、単一の大環状分子または複数の大環状分子に関する本明細書を通 じて、機能を果たすことができる状態の大環状分子構造を含むことは理解するこ とができる。Examples of materials (molecules) that behave like macrocycles rather than macrocycles It's ROHM. Phytochromes are produced when such molecules are packaged within plants. As shown in , it is a molecule that changes state when irradiated with light. This kind of material It is possible to expose materials to light of one frequency and make them sensitive to light of other frequencies. It is. Next, throughout this specification with respect to a single macrocycle or multiple macrocycles, It should be understood that it includes a macrocyclic molecular structure that is capable of performing a function. I can do it.

本発明の別の特徴は、 (a)神経学的物質または生物学的物質に対して機能を果たすことができる状態 の大環状分子を連結すること、(b)前記大環状分子に電磁放射線を向けること および(C)前記大環状分子によって散乱された光を検出することを具えて、前 記検出された光が前記神経学的物質または生物学的物質の状態を表わす 神経学的物質または生物学的物質の状態を読み出すための方法に関するものであ る。Another feature of the invention is: (a) the state of being able to perform a function on neurological or biological substances; (b) directing electromagnetic radiation to said macrocycle; and (C) detecting light scattered by the macrocycle. the detected light is indicative of the state of the neurological or biological substance; Concerning methods for reading out the status of neurological or biological substances. Ru.

本発明の付加的な特徴は、 (a)神経学的物質または生物学的物質に対して機能を果たすことができる状態 の大環状分子を直接的にまたは間接的に連結すること、 (b)前記神経学的物質または生物学的物質の状態に影響を及ぼさせる前記大環 状分子に、電気的または光学的入力の少なくとも1つを加えること を具えて、 神経学的物質または生物学的物質の状態または機能に影響を及ぼす方法に関する ものである。Additional features of the invention include: (a) the state of being able to perform a function on neurological or biological substances; directly or indirectly linking macrocycles of (b) said macrocycle influencing the state of said neurological or biological substance; applying at least one electrical or optical input to the shaped molecule; Equipped with Concerning methods of influencing the state or function of neurological or biological substances It is something.

他の特徴は、 (a)核酸の分子に機能を果たすことができる状態の大環状分子を連結すること および (b)前記機能を果たすことができる状態の大環状分子と核酸分子との間におけ る電荷移動または他の状態の変化をもたらすように電気的または光学的入力をそ の機能を果たすことができる状態の大環状分子に加えることを具えて、 核酸分子に影響を及ばず方法に関するものである。Other features are (a) Linking a macrocyclic molecule capable of performing a function to a nucleic acid molecule and (b) between the macrocyclic molecule and the nucleic acid molecule in a state capable of performing the above function; Applying an electrical or optical input to cause a charge transfer or other change of state comprising adding to the macrocycle in a state capable of performing the function of It relates to methods that do not affect nucleic acid molecules.

さらに、別の特徴は、 (a)核酸分子を、機能を果たすことができる状態の大環状分子と連結すること 、 (b)前記大環状分子には影響を与えないがその大環状分子から散乱可能な波長 または周波数で電磁放射線を前記大環状分子に加えることおよび (C)少なくとも前記核酸分子の部分の状態を表わすものとして前記散乱された 電磁放射線を検出することを具える 少なくとも核酸分子の部分の状態を読み出す方法に関するものである。Furthermore, another feature is (a) linking a nucleic acid molecule to a macrocycle in a state capable of performing a function; , (b) a wavelength that does not affect the macrocycle but can be scattered from the macrocycle; or applying electromagnetic radiation to said macrocycle at a frequency and (C) the scattered information is representative of the state of at least a portion of the nucleic acid molecule; comprising detecting electromagnetic radiation The present invention relates to a method of reading out the state of at least a portion of a nucleic acid molecule.

さらに、付加的な特徴は、 (a)核酸分子と、 ら)この核酸分子に関する情報を入力および/または読み出すために、この核酸 分子に対して連結される機能を果たすことができる状態の大環状分子と を有するメモリ装置に関するものである。Additionally, additional features include: (a) a nucleic acid molecule; etc.) to input and/or read out information about this nucleic acid molecule. A macrocyclic molecule in a state that can perform the function of being linked to a molecule. The present invention relates to a memory device having:

さらに、他の特徴は、 (a)生きている動物の神経および/または筋に大環状分子を結合することおよ び (ロ)人工的に生物学的機能または神経学的機能を刺激するように前記大環状分 子に刺激を与えることに関するものである。例としては、光および他の電磁放射 線を検出するための前記装置の使用、および非生物学的/非神経学的源からのあ るいは生物学的または神経学的源からの入力を利用する人工手足における使用で あることができる。他の例としては、少なくとも他の部分において自然動作また は機能から能力が奪われている自然の手足の人工的制御であることができる。In addition, other features are (a) Attachment of macrocycles to the nerves and/or muscles of living animals and Beauty (b) said macrocyclic segment so as to artificially stimulate biological or neurological functions; It is about stimulating the child. Examples include light and other electromagnetic radiation The use of said device to detect radiation and radiation from non-biological/non-neurological sources. or for use in artificial limbs that utilize input from biological or neurological sources. Something can happen. Other examples include natural behavior or can be an artificial control of a natural limb that is deprived of function.

なお、別の特徴は、大環状分子および他の構造のエネルギーレベルが異なる量子 井戸に移動するような種々の量子レベルへの大環状分子および他の構造の活性化 は、大環状分子および他の構造の共鳴スペクトラム分析における種々の各状態ベ クトル出力指紋を生ずることができるという発見に関するものである。この発見 は、非常に速いスイッチング速度能力を有する単一分子装置に対する多重レベル および多重出力の特徴の利用を可能にする。Another feature is that macrocycles and other structures have different energy levels Activation of macrocycles and other structures to various quantum levels such as moving into wells The various state bases in resonance spectral analysis of macrocycles and other structures are The invention relates to the discovery that vector output fingerprints can be generated. this discovery is a multilevel versus single-molecule device with very fast switching speed capabilities. and enable the use of multiple output features.

本発明の前記目的および他の目的、利点は、次の説明が進むにつれて一層明らか になる。The above objects and other objects and advantages of the present invention will become more apparent as the following description proceeds. become.

次に、前述された関連する目的を成し遂げるために、本発明は、これから先に明 細書において十分に説明され、かつ特許請求の範囲において指摘される特徴を具 えている。Next, in order to accomplish the above-mentioned related objects, the present invention has been disclosed hereinafter. It embodies the features fully explained in the specification and pointed out in the claims. It is growing.

次の説明および添付された図面は、本発明のある例証となる実施例を詳細に説明 する。しかしながら、これらは、本発明の原理が用いられることができ0種々の 方法のうちのほんのいくつかだけを表わしているにすぎない。The following description and accompanying drawings set forth in detail certain illustrative embodiments of the invention. do. However, there are various ways in which the principles of the present invention can be used. Only some of the methods are represented.

図面の簡単な説明 添付された図面において、 第1図はラーマン分光測光検出器の有する基質上に吸着された大環状分子を示す 電気−光学スイッチの図式的な図解であり、 第2図は前述された明細書に開示されたような例えば銀または半導体のような導 体または半導体の基質上と同様に、例えば神経、筋または核酸分子のような基質 上に吸着された単分子層として本発明によって用いることができるテトラスルホ ン化フタロシアニンの形での大環状分子の図式的な図解であり、 第3図は銀電極を活性化し、この銀電極上に大環状分子を吸着するためのシステ ムの図式的な図解であり、第4図は特に神経の状態を読み出すために、神経およ び、例えばラーマン分光測光器のような光学システムに直接的に連結される大環 状分子の図式的な図解であり、第5図は神経節対の図式的な図解であり、第6図 は生理学的溶液中の動物、および神経細胞の状態に影響を及ぼしまたは神経細胞 の状態を読み出すために大環状分子に連結される露出された神経節対の図式的な 図解であり、 第7図は神経および電気システムにインターフェイス材料を介して連結された大 環状分子、およびそのような神経の状態に影響を及ぼしまたそのような神経の状 態を読み出すための光学システムの図式的な図解であり、第8図は直接的に神経 に連結された大環状分子、神経の状態を読み出すための光学システムおよび神経 の状態に影響を及ぼすレーザシステムの図式的な図解であり、第9図は選択的に 種々の電気的ポテンシャルを神経に加えるための可変電圧源に接続された神経線 維の図式的な図解であり、 第10図は神経の状態または他の情報を検査しまたは読み出すための特にラーマ ン分光測光型の光学システムの図式的な図解であり、 第11図は第10図における神経から得られたデータの分析を助成するためのデ ータを得るに、大環状分子の被制御検査を成すための第1図の電気−光学スイッ チシステム4に似たシステムの図式的な図解であり、第12図はおよそ20℃の 温度において膜を横切ってミリボルト単位の種々の分極ポテンシャルを有する神 経線維東上に吸着された人工海水中の10−5モル濃度の鉄テトラスルホン化フ タロシアニン(Fe−TsPc)からの共鳴ラーマンスペクトラムの図式的な表 示であり、 第13図は海水中の5X10−5モルのメチルオレンジからの共鳴ラーマンスペ クトラムと、活動していない静止ポテンシャルにある5X10−5モルのメチル オレンジによって染色されたロブスタの神経からの共鳴ラーマンスペクトラムの 図式的な表示であり、 第14図および第15図は核酸分子とともに用いられた大環状分子の図式的な図 解であり、 第16図および第17図は本発明の個々の実施例による神経学的/生物学的基質 上に吸着された大環状分子の神経学的/生物学的使用の図式的な図解である。Brief description of the drawing In the attached drawings, Figure 1 shows macrocyclic molecules adsorbed on the substrate of the Raman spectrophotometric detector. is a schematic illustration of an electro-optical switch, FIG. as well as on body or semiconductor substrates, such as nerve, muscle or nucleic acid molecules. Tetrasulfonate, which can be used according to the invention as a monolayer adsorbed on is a schematic illustration of a macrocycle in the form of an ionized phthalocyanine, Figure 3 shows a system for activating a silver electrode and adsorbing macrocycles onto this silver electrode. Figure 4 is a diagrammatic illustration of the system. and macrocycles coupled directly to optical systems, such as Raman spectrophotometers. Figure 5 is a diagrammatic illustration of a pair of ganglia, and Figure 6 is a diagrammatic illustration of a pair of ganglia. animals in physiological solutions, and affect the state of neurons or neurons Schematic of an exposed ganglion pair coupled to a macrocycle to read out the state of the Illustrated, Figure 7 shows a large cell connected to neural and electrical systems via an interface material. cyclic molecules, and those that affect and alter the state of such nerves. Fig. 8 is a schematic illustration of an optical system for reading out the state of the nervous system. macrocycles linked to optical systems for reading out the state of nerves and nerves. FIG. 9 is a schematic illustration of a laser system affecting the state of nerve wire connected to a variable voltage source to apply different electrical potentials to the nerve It is a schematic illustration of FIG. is a schematic illustration of a spectrophotometric optical system; Figure 11 shows the data to aid in the analysis of the data obtained from the nerves in Figure 10. To obtain data, the electro-optical switch of Figure 1 is used to perform controlled testing of macrocycles. Figure 12 is a diagrammatic illustration of a system similar to System 4, with a temperature of approximately 20°C. God with various polarization potentials in millivolts across the membrane at temperatures Iron tetrasulfonated fluoride at a concentration of 10-5 molar in artificial seawater was adsorbed on the fibers of Togami. Schematic table of resonance Raman spectrum from talocyanine (Fe-TsPc) It is an indication, Figure 13 shows the resonance Raman spectrum from 5X10-5 moles of methyl orange in seawater. ctram and 5X10-5 moles of methyl in the inactive resting potential. Resonance Raman spectrum from Robusta nerve stained by orange It is a diagrammatic representation, Figures 14 and 15 are schematic illustrations of macrocycles used with nucleic acid molecules. The solution is Figures 16 and 17 show neurological/biological substrates according to individual embodiments of the invention. 1 is a schematic illustration of neurological/biological uses of macrocycles adsorbed thereon.

好適実施例の説明 図面について詳細に述べると、1は本発明に有用な電気−光学システムを示して いる。この電気−光学システム1には、分子電気−光学装置2があって、分子電 気−光学スイッチ3の形態における分子電気−光学装置2の1つの変形の拡大図 が示されている。この分子電気−光学スイッチ3は銀電極の表面上に吸着された 大環状分子を含んでいる。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT Referring to the drawings in detail, 1 shows an electro-optical system useful in the present invention. There is. The electro-optical system 1 includes a molecular electro-optical device 2, which includes a molecular electro-optical device 2. Close-up view of one variant of the molecular electro-optic device 2 in the form of a pneumatic-optic switch 3 It is shown. This molecular electro-optic switch 3 was adsorbed on the surface of a silver electrode. Contains macrocycles.

選択的に可調節な可変圧電源4は分子電気−光学装置2の大環状分子5を活性化 するに、言い換えれば電気的ポテンシャルを与えるに用いられている。1個また は複数個のレーザビーム6.7は、例えばレーザ光または電磁エネルギー源の周 波数が大環状分子5に影響を及ぼすほどである場合には活性化機能をもらたすよ うに、および/または大環状分子5の状態を読み出すように、分子電気−光学装 置2に光学的入力を与えている。A selectively adjustable variable voltage power source 4 activates the macrocycle 5 of the molecular electro-optic device 2. In other words, it is used to provide electrical potential. one more The plurality of laser beams 6.7 are e.g. If the wave number is large enough to affect the macrocycle 5, it will have an activation function. A molecular electro-optical device is used to read out the state of the sea urchin and/or macrocycle 5. Optical input is provided to position 2.

ラーマン分光測光分析器または検出器10は電気−光学システム1の残る部分で ある。このラーマン分光測光検出器10は、分子電気−光学装置2から受け取っ た光をそのラーマン分光測光検出器10の空間的に分布された要素に分割するグ レーチング11を有している。これらの分割された光はそれらの光が観測され得 るあるいは電気−光学感度的に検出され得るスクリーン12上にまたは平面上に 向けられる。この後者の目的のために、ラーマン分光測光分析器または検出器1 0は、例えば13.14で示されているような1個または複数個の感光性検出装 置(光感釦装置)を有している。この光感釦装置13.14は、この光感釦装置 13.14によって受け取られた光の強度を表わす電気信号または電気特性を形 成するため、例えばいずれも大環状分子から構成される光電子増倍器、感光性ダ イオード、半導体センサのグリッド等であり得る。A Raman spectrophotometric analyzer or detector 10 is the remaining part of the electro-optical system 1. be. This Raman spectrophotometric detector 10 receives from the molecular electro-optical device 2. a group for dividing the light into spatially distributed elements of the Raman spectrophotometric detector 10; It has a rating of 11. These split lights can be observed. on a screen 12 or on a flat surface that can be detected electro-optically or electro-optically. Directed. For this latter purpose, a Raman spectrophotometric analyzer or detector 1 0 includes one or more photosensitive detection devices, such as those shown in 13.14. (photosensitive button device). This light-sensitive button device 13.14 is a light-sensitive button device. 13.14 form an electrical signal or characteristic representing the intensity of light received by For example, photomultipliers made of macrocyclic molecules, photosensitive damascene, etc. It can be a diode, a grid of semiconductor sensors, etc.

電気−光学システム1の動作において、入射光20は分子電気−光学装置2に向 けられる。この分子電気−光学装置2からの散乱光21は、ラーマン分光測光検 出器10に向けられて、この散乱光210強度、波長、周波数および/または構 成成分の空間分布が分析される。大環状分子5は、自然状態または非混乱状態か ら励起状態に変化するように電気入力および/または光入力に応答して励起可能 であるとともに、このような励起のレベルまたは範囲は、電気的ポテンシャルお よび/または波長、周波数および/または入射光の強度に依存する。このような 励起は、イオン化型の影響をもたらせて、この結果分子間または分子内の電荷移 動、トラッピングあるいは、(複数個の)分子の特定位置における電子の励起状 態への励起があるようである。In operation of electro-optic system 1, incident light 20 is directed into molecular electro-optic device 2. I get kicked. The scattered light 21 from this molecular electro-optical device 2 is analyzed by Raman spectrophotometry. This scattered light 210 intensity, wavelength, frequency and/or configuration is directed toward the source 10. The spatial distribution of the components is analyzed. Is macrocycle 5 in the native or undisturbed state? Excitable in response to electrical and/or optical input to change from to excited state and the level or range of such excitation depends on the electrical potential and and/or depending on the wavelength, frequency and/or intensity of the incident light. like this Excitation can lead to ionizing effects resulting in inter- or intra-molecular charge transfer. kinetics, trapping, or excited states of electrons at specific positions in (multiple) molecules. There seems to be an excitation towards the state.

このようなトラッピングまたは励起電子の位置は、入力ポテンシャルおよび/ま たは光波長、光周波数および/または光強度の相関的な要素であり得るとともに 、分子内にある結合の自然振動特性を変えることができる。このような変化は分 子によって散乱された光の光学特性を変える。The position of such trapped or excited electrons depends on the input potential and/or or may be a correlated factor of optical wavelength, optical frequency and/or optical intensity; , can change the natural vibrational properties of bonds within a molecule. Such changes are changes the optical properties of the light scattered by the particles.

ラーマン分光測光検出器10は、散乱した光の周波数領域における空間分布を成 し遂げるとともに、各スペクトラムの構成成分の強度を測定するためのラーマン 分光測光器であることが好適である。このラーマン分光測光検出器10の動作は 表面のラインに沿ってラーマン散乱を高められることができる。しかしながら、 他の光学分析器もまた、本発明によって所望の情報を検出することが可能である 場合には、用いることができる。The Raman spectrophotometric detector 10 determines the spatial distribution of scattered light in the frequency domain. Raman to measure the intensity of each spectrum component. Preferably it is a spectrophotometer. The operation of this Raman spectrophotometric detector 10 is Raman scattering can be enhanced along the lines of the surface. however, Other optical analyzers are also capable of detecting the desired information according to the present invention. It can be used in some cases.

第1図のラーマン分光測光検出器10において、三角形のエンベロープ22は、 グレーティング11によって分割されて電気−光学感度的に検出されるにしたが って、分子電気−光学装置2から散乱されたまたは再放射された散乱光21のス ペクトラム構成成分の空間分布の最端を表わす。In the Raman spectrophotometric detector 10 of FIG. 1, the triangular envelope 22 is It is divided by grating 11 and detected with electro-optical sensitivity. Therefore, the stream of scattered light 21 scattered or re-emitted from the molecular electro-optical device 2 is Represents the extreme end of the spatial distribution of spectrum components.

このエンベロープ22内には、通常、いつくかのラーマンスペクトラム線23が あるだろう。もしラーマン分光測光検出器10のモノクロメータにおける帯域通 過が例えば20cm−’のように比較的に広くあるとするならば、光感釦装置1 3は24で示された大環状分子50強度−ポテンシャルの出力ボルト−ラーマン グラフをもたらすことができるだろう。異なるボルドーラーマングラフ25は第 2の光感釦装置14および他の各光感釦装置によってもたらされることができる 。これらの光感釦装置の夫々は、好ましくはモノクロメータのグレーティング1 1によって分割されたときの所定周波数で光を検出するように置かれるだろう。Within this envelope 22, there are usually several Raman spectrum lines 23. there will be. If the bandwidth of the monochromator of the Raman spectrophotometric detector 10 is If the screen is relatively wide, for example 20 cm-', then the photosensitive button device 1 3 is the macrocycle shown in 24 50 intensity-potential output volts-Raman It would be possible to produce a graph. Different Bordeaux Rahman graphs 25 2 photosensitive button device 14 and each other photosensitive button device . Each of these light-sensitive button devices preferably includes grating 1 of the monochromator. It will be placed to detect light at a predetermined frequency when divided by 1.

前述された明細書に詳細に開示されているように、大環状分子5に与えられる電 気的ポテンシャルにすぐに応答する高速スイッチとしての電気−光学システム1 はおよそ60〜80F′″のオーダの雰囲気室温でおよそ2X10−”秒から5 X10−”秒までの応答時間を有することができ種々の電気的および他の論理構 成は、電気−光学システム1からの出力を解読および/または利用するに用いる ことができる。第1図に示されている一例は、光感釦装置13からの出力の大き さが指定されたレベルを超える場合だけに出力信号を通過させる複数個の論理レ ベル弁別器26、この論理レベル弁別器26からの出力によって論理的に作動す る論理ゲート27等を有している。アナログ検出装置もまた、例えば所定のラー マンスペクトラム線の光の強度を表わすアナログ出力を与えるために用いること ができる。As disclosed in detail in the above-mentioned specification, the electric charge imparted to the macrocycle 5 Electro-optical system as a high-speed switch that responds quickly to optical potential 1 from approximately 2X10-'' seconds to 5 seconds at an ambient room temperature on the order of approximately 60-80F''. Can have response times of up to 10-” seconds The configuration is used to decipher and/or utilize the output from the electro-optical system 1. be able to. An example shown in FIG. Multiple logical levels that pass the output signal only if the signal exceeds a specified level. Bell discriminator 26, which operates logically by the output from this logic level discriminator 26. It has logic gates 27 and the like. Analog detection devices can also be used, e.g. To be used to provide an analog output representing the intensity of light in the man spectrum line Can be done.

第1図に示されている銀電極上に吸着され得る水溶性TsPc分子の一例は第2 図に示されている。第2図の水溶性TsPc分子30はテトラスルホン化フタロ シアニン(TsPc)である。この水溶性TsPc分子30は、大内部リングお よび大外部リングを構成する4個のピロール環31および4個のベンゼン環32 から構成されている。この大内部リングは無金属フタロシアニン()lsub2 −Pc)を構成する2個のプロトンを含むことができ、または種々の金属フタロ シアニン(M−Pc)を作り出す4個の一定の秩序に整えられた中心金属イオン を有することができる。このような金属イオンは第2図において“M″によって 示されているとともに、本好適実施例および本発明の最上態様においては鉄であ る(銅およびコバルトも有用である。)。このようなフタロシアニンハ、商業的 にコダック・コーポレーションにューヨーク、ロチェスタ)から手に入れること ができる。スルホン化は全体的な分子特性に最小限度の影響しか与えないように 思われる。しかし、スルホン化は水に不溶の他のPc分子を水性の媒体に可溶に することを可能にし、これは水が溶媒として用いられる場合には望ましい。けれ ども、有機溶媒の使用に対して、このようなPc分子はその溶媒に可溶、である ことだけを必要とする。したがって、スルホン化は必要でないかもしれないし、 または望まれないかもしれない。An example of a water-soluble TsPc molecule that can be adsorbed onto the silver electrode shown in FIG. As shown in the figure. The water-soluble TsPc molecule 30 in Figure 2 is a tetrasulfonated phthalate. It is cyanine (TsPc). This water-soluble TsPc molecule 30 has a large inner ring and and four pyrrole rings 31 and four benzene rings 32 constituting the large outer ring. It consists of This large inner ring is metal-free phthalocyanine ()lsub2 -Pc), or various metal phthalates. Four central metal ions arranged in a certain order that create cyanine (M-Pc) can have. Such metal ions are designated by “M” in Figure 2. In the preferred embodiment and top aspect of the invention, iron is shown. (Copper and cobalt are also useful.) Such phthalocyanins are commercially available Available from Kodak Corporation (New York, Rochester) Can be done. Sulfonation should have minimal impact on overall molecular properties Seem. However, sulfonation makes other water-insoluble Pc molecules soluble in aqueous media. , which is desirable when water is used as a solvent. Kere However, when using an organic solvent, such Pc molecules are soluble in the solvent. All you need is that. Therefore, sulfonation may not be necessary and Or it may be unwanted.

第3図においては銀電極を活性化して、それに大環状分子を吸着させるためのシ ステムが示されている。さらに詳しくは前述された明細書に開示されている。吸 着した大環状分子を有する銀電極は、例えば神経学的基質および生物学的基質か ら得られるラーマンスペクトラムの分析用の制御情報を与えるために、本発明に 用いることができる。第3図のシステムにおいて、大環状分子(TsPc) 3 5は吸着されて銀電極36上に単分子膜を形成した。この銀電極36はphiで あってスルホン酸0.05モル濃度および大環状物質10−sモル濃度の化学的 に清浄な水浴媒体37中に置かれるとともに、30〜60秒の間、飽和カロメル 基準電極38に対して500mVの陽極処理(anodization )ポテ ンシャルが印加された。ポテンシオスタット型装置39は通常のポテンシオスタ ット型技術において陽極処理用の電気入力を与えるために用いられた。この手順 は銀電極36のインターフェイスを活性化するとともに、吸着された大環状分子 の単分子層を形成するために用いられた。Figure 3 shows a system for activating a silver electrode and adsorbing macrocyclic molecules to it. Stem is shown. Further details are disclosed in the above-mentioned specifications. Sucking Silver electrodes with attached macrocycles can be used for example in neurological and biological substrates. In order to provide control information for analysis of Raman spectra obtained from Can be used. In the system shown in Figure 3, a macrocyclic molecule (TsPc) 3 5 was adsorbed to form a monomolecular film on the silver electrode 36. This silver electrode 36 is phi 0.05 molar concentration of sulfonic acid and 10-s molar concentration of macrocycle. saturated calomel for 30 to 60 seconds. 500 mV anodization pot with respect to the reference electrode 38 was applied. The potentiostat type device 39 is a conventional potentiostat. Used in cut-type technology to provide electrical input for anodizing. This step activates the interface of the silver electrode 36, and at the same time activates the adsorbed macrocyclic molecules. was used to form a monolayer of

次に、第4図に転じると、大環状分子40が神経41に結合されているのが示さ れている。本発明の主要な態様によれば、大環状分子装置は神経学的物質および /または生物学的物質上に吸着され、これらの物質は、例えば第3図の前述され た例における銀電極36に対する代替基質として供される。神経41は神経膜の 部分としての脂質43によって保持されるタンパク質分子42から構成されてい る。Turning now to FIG. 4, a macrocycle 40 is shown coupled to a nerve 41. It is. According to a principal aspect of the invention, the macrocyclic molecular device comprises neurological substances and and/or adsorbed onto biological materials, these materials can be e.g. It serves as an alternative substrate for the silver electrode 36 in the above example. Nerve 41 is of the neural membrane. It is composed of protein molecules 42 held together by lipids 43 as moieties. Ru.

この神経41と大環状部分40との間の44で示されている連結は、この神経4 1における大環状分子40による有害な影響の可能性を大いに減する物理的なも のであるらしい。また、第4図において、このような連結は、(好ましくは単一 の大環状分子だけが必要とされる)大環状分子40と神経膜との間のまっすぐな 連結として示されている。The connection shown at 44 between this nerve 41 and the macroannulus 40 is 1, which greatly reduces the possibility of deleterious effects by macrocycles 40. It seems that there is. Also, in FIG. 4, such a connection (preferably a single A straight line between the macrocycle 40 and the neural membrane (only macrocycles of Shown as a concatenation.

更に、この連結は、例えば1個または複数個の電子の移動、あるいは1個または 複数個の電子の励起または逆励起のような電荷移動が、大環状分子40と神経4 1との間において生じて、この大環状分子40の状態に検出可能な変化をもたら せるものである。この大環状分子40に影響を及ぼすことなくその大環状分子4 0によって散乱可能な周波数または波長の電荷放射線を持つレーザ源45と、前 述されたように、この散乱された放射線を、言い換えれば好ましくは光を検出す るラーマン分光測光検出器10とを用いて、神経41の特性、状態等を読み出す ことができる。とりわけ、共鳴ラーマンスペクトラムを、神経41の特定の状態 または他の特性を反映するように得ることができる。Furthermore, this linkage may include, for example, the transfer of one or more electrons, or the transfer of one or more electrons. Charge transfer, such as excitation or de-excitation of multiple electrons, occurs between the macrocycle 40 and the nerve 4. 1, resulting in a detectable change in the state of this macrocycle 40. It is something that can be done. the macrocycle 4 without affecting the macrocycle 40. a laser source 45 with charge radiation at a frequency or wavelength that can be scattered by As mentioned, this scattered radiation, in other words preferably light, is detected. The characteristics, state, etc. of the nerve 41 are read using the Raman spectrophotometric detector 10. be able to. In particular, the resonant Raman spectrum is or can be obtained to reflect other characteristics.

発明者が大環状分子と神経細胞との適合性を発見したことは重要である。このよ うな適合性は、生きている神経学的物質および生物学的物質に対する本発明の使 用結果を著しく改良する。この理由は、大環状分子は神経学的物質および生物学 的物質の死亡を早める傾向にないためである。It is significant that the inventor discovered the compatibility of macrocycles with nerve cells. This way Such compatibility supports the use of the present invention with living neurological and biological materials. significantly improve results. The reason for this is that macrocycles are biological and neurological substances. This is because it does not tend to hasten the death of the target substance.

本発明のその有益な特徴は、従来神経学的物質および生物学的物質を研究するに 用いられた、例えばメチールオレンジのような染料の使用と直接的な対照をなし ている。Its advantageous features of the present invention are that conventional neurological and biological materials are In direct contrast to the use of dyes, such as methyl orange, ing.

ここでもまた注目されることは、所望の場合には、レーザからの入射ビームの波 長または周波数は、順次に神経の状態または状況に影響を与える電荷移動をもた らすように、太線状分子に影響を及ぼすように選択することができるということ である。このように、大環状分子を神経への入力装置として用いることができる 。更に、注目されることは、ここにおける詳細な説明が神経に対する大環状分子 の連結について述べていることである。しかし、このような連結がまた筋に対し ておよび/または他の神経学的および/または生物学的物質に対しても存在し得 ることは認識されるだろう。このようにして、本発明による大環状分子は神経学 的物質または生物学的物質に対する読み出し目的および/または入力目的のため に光学システムとの連結を与えている。Again, it is noted that if desired, the waveform of the incident beam from the laser length or frequency causes charge transfer that in turn affects the neural state or situation. can be selected to affect thick linear molecules, such as It is. In this way, macrocycles can be used as neural input devices. . Furthermore, it is noted that the detailed description herein This is about the connection of . However, this kind of connection also goes against the plot. and/or other neurological and/or biological substances. That will be recognized. In this way, macrocycles according to the invention can be used in neurology. for readout and/or input purposes for physical or biological substances; provides a connection with the optical system.

第5図には、例えば裸鯛類動物または腹足類動物51のような動物の脳からの神 経節対50が示されている。第6図には、生理学的溶液52または人工海水につ けられた神経節対50が図式的に示されている。この神経節対50内には複数個 の神経細胞53がある。過去において、所定の神経細胞53の活動を監視したり 、あるいは外部から生じる刺激をその所定神経細胞53に直接的に与えるために 、この所定神経細胞53に電気プローブを付ける必要があった。したがって、非 常に多数のそのような電気プローブが対応する数の神経細胞を監視するために必 要とされた。このような電気プローブに対して利用できる場所は神経節対50お よびその神経節対50内の神経細胞の非常に小さいサイズによって制限されてい た。この制限は実験手順を損胞53に有害な、破壊的でさえある影響を有しがち である。FIG. Fifty segmental pairs are shown. FIG. 6 shows the physiological solution 52 or artificial seawater. A truncated ganglion pair 50 is shown schematically. Within this ganglion pair 50, there are multiple There are 53 nerve cells. In the past, the activity of certain nerve cells 53 was monitored. , or to directly apply an external stimulus to the predetermined nerve cell 53. , it was necessary to attach an electric probe to this predetermined nerve cell 53. Therefore, non- At any given time, a large number of such electrical probes are required to monitor a corresponding number of neurons. was considered essential. The available locations for such electrical probes are 50 or more ganglion pairs. and is limited by the very small size of neurons within its ganglion pairs. Ta. This limitation makes experimental procedures prone to having deleterious, even destructive effects on cysts. It is.

次に、本発明によれば、神経細胞、神経学的細胞または生物学的細胞に対して直 接的に情報を読み出しまたは入力するために、この細胞に対して大環状分子を非 破壊的にがつ非侵害的に、直接的に連結することができる。Next, according to the present invention, it is possible to directly target nerve cells, neurological cells or biological cells. In order to directly read out or input information, macrocycles are non-injected into this cell. Can be coupled directly, destructively and non-invasively.

例1 腹足類動物51の神経節対50内の神経細胞53の培養または染色は、神経節対 50、言い換えれば神経細胞53を露出させるために、54においてその腹足類 運動51の組織をカットすることによって行われている。生理学的溶液(人工海 水)52中でio”’〜10−6モル濃度の大環状分子の溶液は鉄フタロシアニ ンを用いて作り出される。腹足類動物51はその神経節対50が露出したままそ のような溶液に浸される。Example 1 Culture or staining of neurons 53 within ganglion pairs 50 of gastropods 51 50, in other words the gastropod at 54 to expose the nerve cells 53. Movement 51 is performed by cutting the tissue. Physiological solution (artificial sea A solution of macrocycles with a molar concentration of io''~10-6 in water) 52 is an iron phthalocyanide. It is produced using Gastropod 51 is left with its ganglion pair 50 exposed. immersed in a solution such as

例2 腹足類動物51の行動分析および一時変異は連結した大環状分子を持つ神経細胞 53を用いる場合に可能である。Example 2 Behavioral analysis and temporary mutations in gastropods 51 are neuronal cells with linked macrocycles. This is possible when using 53.

とりわけ、−この腹足類動物51は外部の非神経性の刺激が与えられる。食物は その食物(ビール(beer)およびイカが特に効果的である。)に感じる腹足 類動物51の近くに置かれるとともに、この感知は腹足類動物51にその日55 を開けさせる。このような開口に出会うと直ぐに、明らかに腹足類動物51に不 快感を誘発する傾向がある負刺激が、露出された神経節対51における1個また は複数個の神経細胞53に連結された大環状分子への入力を与えることによって 供給される。通常、10回未満の数回の繰返しの後に、腹足類運動51は新しい 行動を学習して食物刺激に応答して口を開かなくなる。In particular: - the gastropod 51 is provided with an external non-neural stimulus; food is A feeling of bloating from the food (beer and squid are particularly effective) When placed close to the gastropod 51, this sensing will cause the gastropod 51 to have them open. As soon as such an opening is encountered, it is obvious that the gastropod 51 Negative stimuli that tend to induce pleasure sensations are present in one or more exposed ganglion pairs 51. by providing input to macrocycles connected to multiple neurons 53. Supplied. Usually after several repetitions, less than 10 times, gastropod movements 51 become new They learn the behavior and stop opening their mouths in response to food stimuli.

前述の接近法を用いる場合には、例えば第4図に示されているようにして、腹足 類動物5]の近くに食物が置かれ、また食物が取り除かれるにつれて、刺激実験 の間に、神経細胞53の状態を読み出すことができる。When using the approach described above, for example, as shown in FIG. Stimulus experiments as food is placed near the animal and as food is removed During this time, the state of the nerve cells 53 can be read out.

第7図において見られるように、大環状分子を神経細胞膜または神経細胞に連結 するにインターフェイス材料44′を用いることができる。このようなインター フェイス材料44′は制御可能な電源56から神経41への電気的刺激を加える ための媒体を与える。この目的のために、連結インターフェイスは半導体型の材 料のものであることが望ましく、例えばポリジアセチレン、ポリピロールおよび ドープした脂質を含む。他の連結インターフェイス材料44′は、光学的刺激に 応答可能な感光性材料の、神経41に電気的刺激を入力するロドプシンであって も良い。第7図のシステムは、電源56が神経41に電気的刺激の直接的な印加 を可能にして、これに対して大環状分子が非影響レーザ45およびラーマン分光 測光検出器10を用いて情報の読み出しを提供するところのつけ加えられた範囲 を別にすれば、作用的に第4図のシステムと同一である。Linking the macrocycle to the nerve cell membrane or nerve cell as seen in Figure 7 An interface material 44' may be used to do so. Such an interface The face material 44' applies electrical stimulation to the nerve 41 from a controllable power source 56. Give a medium for. For this purpose, the coupling interface is a semiconductor-type material. Examples of polydiacetylene, polypyrrole and Contains doped lipids. Another coupling interface material 44' is used for optical stimulation. Rhodopsin that inputs electrical stimulation to the nerve 41 of a responsive photosensitive material, Also good. In the system of FIG. 7, a power source 56 directly applies electrical stimulation to the nerve 41. This allows macrocycles to be unaffected by laser45 and Raman spectroscopy. Added area for providing information readout using photometric detector 10 Otherwise, it is operationally identical to the system of FIG.

本発明の別の実施例は第8図に示されている。第8図では、神経41が大環状分 子40に対して連結され、またレーザ45およびラーマン分光測光検出器10が 神経物質の状態を読み出すために用いられている。しかしながら、第8図におい ては、レーザ57は神経の状態または活性化レベルに影響を及ぼすようなその神 経に入射する電磁放射線58の源を提供している。このような放射線の波長/周 波数は、このような影響を有するように選択される。これら大環状分子40、レ ーザ45およびラーマン分光測定光検出器10はレーザ57によりそのような励 起が行われている神経41の状態を読み出すために用いられている。けれども、 所望の場合には、前記連結インターフェイス材料44′および電源56もまた第 8図の実施例における励起に用いることもできる。Another embodiment of the invention is shown in FIG. In Figure 8, nerve 41 is a macrocyclic segment. a laser 45 and a Raman spectrophotometric detector 10. It is used to read out the state of nerve substances. However, in Figure 8 If the laser 57 2. Provides a source of electromagnetic radiation 58 that is incident on the tube. The wavelength/frequency of such radiation The wave number is selected to have such an effect. These macrocyclic molecules 40, The laser 45 and the Raman spectroscopy photodetector 10 receive such excitation by the laser 57. It is used to read out the state of the nerve 41 that is being stimulated. However, If desired, the coupling interface material 44' and power source 56 also It can also be used for excitation in the embodiment shown in FIG.

前述の点から見て、種々の技術が、特にラーマン分光測光検出器システムととも に、大環状分子を用いて神経学的物質および生物学的物質に関する情報および励 起の入力および/または読み出すために用いることができることが十分に理解認 識される。次に、このような技術を実行するための方法および装置の例を、第9 図乃至第12図に関してさらに詳細に説明する。In view of the foregoing, various technologies are available, particularly with Raman spectrophotometric detector systems. The use of macrocycles to provide information and encouragement about neurological and biological substances Make sure that you fully understand and understand that it can be used to input and/or read data. be recognized. Next, examples of methods and apparatus for carrying out such techniques are presented in the ninth section. Further details will be explained with reference to FIGS. 12 to 12.

第9図に示されているのは外膜61と内膜62を有する神経線維60である。知 られるように、ロブスタおよび人間の神経システムはよく似た特徴を有している 。これらの特徴の1つは相対的な接地ポテンシャルにある外膜61と、内膜62 との間において一’i’omVの電気的ポテンシャル降下を有するという神経の 自然性向である。この−70mVの電気的ポテンシャルは、通常、神経の活動し ていない静止ポテンシャルとして知られる。第9図における電圧源63は神経線 維60に種々の電気的ポテンシャルを供給するために選択的に調節可能またはセ ット可能である。−例は一70mVの、言い換えれば電圧源63がいかなる効果 をも有さない神経の活動していない静止状態からOmVまでである。Illustrated in FIG. 9 is a nerve fiber 60 having an adventitia 61 and an intima 62. knowledge The robusta and human nervous systems have similar characteristics, as shown in . One of these features is that the adventitia 61 and the intima 62 are at a relative ground potential. The nerve has an electrical potential drop of 1'i'omV between It is a natural tendency. This electrical potential of -70mV is normally used for nerve activity. known as the rest potential. The voltage source 63 in FIG. 9 is a nerve wire. selectively adjustable or separable to provide various electrical potentials to fiber 60. It is possible to - the example is -70mV, in other words the voltage source 63 has no effect from the resting state of the nerve with no activity to OmV.

本発明によって分析されるような神経に関するラーマンスペクトラムにおける結 果は、第12図にグラフで示されており、分析するだめの装置は第10図に図式 的に示されでいる。Consequences in the Raman spectrum for nerves as analyzed by the present invention The results are shown graphically in Figure 12, and the equipment for analysis is shown diagrammatically in Figure 10. It is shown that.

更にとりわけ、培養されてあったまたは別に各大環状分子構造と連結されてあっ た神経線維60は、第10図に示されている支持容器64内に、例えば電気絶縁 材としてワセリン石油を用いてその支持容器64の壁から電気的絶縁状態で支持 され収納されてあった。レーザ45からのレーザ光65は神経線維60に向けら れて、この神経線維60から散乱された光は適当なレンズ66、モノクロメータ 11および感光性検知装置13を有するラーマン分光測光検′出器10によって 分析された。第10図の図式的なグラフ67は所定ポテンションにおける神経線 維60からの散乱光の検出から得られた共鳴ラーマンスペクトラムのタイプを示 している。More particularly, each macrocyclic structure that has been cultured or otherwise linked to The nerve fibers 60 are placed in a support container 64 shown in FIG. Using petroleum jelly as a material, it is supported in an electrically insulated state from the wall of the support container 64. It was stored away. Laser light 65 from laser 45 is directed toward nerve fiber 60. The light scattered from the nerve fiber 60 is then passed through a suitable lens 66 and a monochromator. 11 and a Raman spectrophotometric detector 10 having a photosensitive detection device 13. Analyzed. The schematic graph 67 of FIG. 10 shows the neural line at a given potential. The type of resonance Raman spectrum obtained from the detection of scattered light from fiber 60 is shown. are doing.

神経線維60の分析に用いられて大環状分子の性質と、種々の電気的ポテンシャ ルに対する大環状分子の反応における情報とを得るために、第11図の装置70 が用いられた。この装置70は、大環状分子40の単分子層を有する銀基質36 がレーザ源45からのレーザ光65によって照らされる点においては、第1図お よび第3図の装置に似ている。種々の共鳴ラーマンスペクトラムは、71におけ るように、(飽和カロメル電極であり得る)基準電極38に対する動作電極(大 環状分子の単分子層を有する銀基質)の種々の各ポテンシャル値において測定さ れてグラフに表わされている。更に、周期的な電圧電流曲線は72、このような ポテンシャルが変化されて共鳴ラーマンスペクトラムが得られるにしたがって展 開される。このような周期的な電圧電流曲線は、データが神経線維60に対して 得られおよび/または分析される場合に、参照目的のために用いることができる 。第12図において、一番上の曲線75aは第11図の装置を用いて測定された 海水に対して得られたラーマンスペクトラムの結果を示している。Properties of macrocycles used in analysis of nerve fibers 60 and various electrical potentials The apparatus 70 of FIG. was used. This device 70 comprises a silver substrate 36 having a monolayer of macrocycles 40. is illuminated by the laser beam 65 from the laser source 45, as shown in FIG. and similar to the apparatus of FIG. The various resonance Raman spectra are at 71 The working electrode (a large measured at various potential values of a silver substrate (with a monolayer of cyclic molecules). is shown in a graph. Furthermore, the periodic voltage-current curve is 72, such as expands as the potential is changed and a resonant Raman spectrum is obtained. It will be opened. Such a periodic voltage-current curve indicates that the data is for the nerve fiber 60. can be used for reference purposes when obtained and/or analyzed . In FIG. 12, the top curve 75a was measured using the apparatus of FIG. It shows the Raman spectrum results obtained for seawater.

75b、75cおよび75dによって示された第12図の残る3つの曲線は、第 10図の装置を用いて、−70mVの神経の活動していない静止ポテンシャル、 −10mVのポテンシャル、OmVのポテンシャルで測定された神経線維60の 共鳴ラーマンスペクトラムである。これらの曲線の相違は比較されることができ 、神経の状態および活性化レベルについての情報を与える。注目されることは、 1543cm−’のラーマン線が炭素−炭素結合の振動を表わしており、134 6cm−’のラーマン線が炭素−窒素結合の振動を表わしている゛ことである。The remaining three curves in FIG. 12 indicated by 75b, 75c and 75d are Using the apparatus shown in Figure 10, the nerve's inactive resting potential of -70 mV, −10 mV potential, nerve fiber 60 measured at OmV potential. It is a resonance Raman spectrum. The differences in these curves can be compared , giving information about the state and activation level of the nerves. What is noteworthy is that The Raman line at 1543 cm-' represents the vibration of carbon-carbon bonds, and 134 The 6 cm-' Raman line represents the vibration of the carbon-nitrogen bond.

このように、神経線維60に対する活性化ポテンシャルの変化の間において、電 荷移動は神経と、この神経に連結された大環状分子との間に生ずる。また、この ような電荷移動の結・果は、本発明によって用いられるラーマン分光測光技術を 使って光学的に読み出すことができる。In this way, during changes in the activation potential for the nerve fibers 60, Cargo transfer occurs between a nerve and a macrocycle connected to the nerve. Also, this The result of such charge transfer is similar to the Raman spectrophotometry technique used by the present invention. can be read out optically.

前述されたことは、神経学的物質を染色する種々の材料を用いて過去に成された 結果に対比してである。例えば、第13図に示されているように、曲線76aは 海水中の5XIO−’モル濃度のメチールオレンジに対する共鳴ラーマンスペク トラムを表わしている。しかしながら、第13図における曲線76bは、15分 間5X10−’モル濃度のメチールオレンジによって染色されて数回きれいな海 水によって洗われたロブスタの神経から得られたラーマンスペクトラムを示して いる。活動していない静止ポテンシャルにおける神経に488nmおよび分解能 2cm−’での100mvのレーザ励起によって記録が行われた曲線76aおよ び第12図に75によって示された曲線におけるラーマン線の分解能または特有 さと比較して曲線76bにおけるラーマン線の分解能の欠如は重要であり神経学 的分析の従来の技術を超えて本発明の実質的な利点を明らかにしている。The foregoing has been accomplished in the past using various materials that stain neurological substances. In contrast to the results. For example, as shown in FIG. 13, curve 76a is Resonance Raman spectra for methyl orange at 5XIO-' molar concentration in seawater It represents a tram. However, curve 76b in FIG. Clean sea several times stained by 5x10' molar methyl orange Showing the Luhrmann spectrum obtained from Robusta nerves washed by water There is. 488 nm and resolution for nerves in inactive resting potential Curve 76a and the recording was made with a 100 mv laser excitation at 2 cm-'. and the resolution or characteristic of the Raman line in the curve indicated by 75 in FIG. The lack of Raman line resolution in curve 76b compared to The present invention reveals substantial advantages over conventional techniques of analytical analysis.

所定の基質および吸着された大環状分子に対する各共鳴ラーマンスペクトラムが 多重出力、夫々が異なるラーマンスペクトラム線を表わすr、□x+r2m。、 ・・・・・・rl+a□を形成することができるために、本発明は多重出力シス テムに帰着するということができる。Each resonance Raman spectrum for a given substrate and adsorbed macrocycle is Multiple outputs, r, □x+r2m, each representing a different Raman spectrum line. , ......rl+a□, the present invention provides a multiple output system. It can be said that it all comes down to temu.

量子メカニズムの分野において指摘されていることは、種々の物質が相対的に最 も低い自由エネルギーレベルの1個または複数個のエネルギー井戸に落ち得るこ とである。In the field of quantum mechanisms, it has been pointed out that various materials have relatively maximum can also fall into one or more energy wells with lower free energy levels. That is.

例えば、大環状分子は6個の別々のエネルギー井戸または量子井戸、あるいはそ の大環状分子が強いられ得るまたは当然に生じ得る状態を有することができるこ とに発明者は注目した。前記各エネルギー井戸に対して、共鳴ラーマンスペクト ラムは他のエネルギー井戸値の共鳴ラーマンスペクトラムとは相異しえることを 発明者はまた見出している。For example, a macrocycle has six separate energy wells or quantum wells, or The fact that macrocycles can have forced or natural states The inventor paid attention to this. For each energy well, the resonance Raman spectrum We know that Ram can be different from the resonant Raman spectrum of other energy well values. The inventor has also discovered.

このような状態は、所定の大環状分子における自由電子の位置によって物理的に 表現される。このような状態はまた状態ベクトルによって表現することができる 。この状態ベクトルにおいて、例えば夫々が異なるラーマン線を表わす各ベクト ルNは複数個の4つの値を有し、また各状態ベクトルは、例えば前述された方法 で始められるレーザ光によって照らされる場合には、零の強度から最高強度(r □8)まで行くことができる。Such states are physically determined by the position of free electrons in a given macrocycle. expressed. Such a state can also be represented by a state vector . In this state vector, for example, each vector represents a different Raman line. N has a plurality of four values, and each state vector is When illuminated by a laser beam starting at □You can go up to 8).

こうして、吸着された大環状分子を有する所定材料の所定エネルギー井戸または 量子井戸に対して、状態ベクトルNは次のように表わすことができる。Thus, a given energy well of a given material with adsorbed macrocycles or For a quantum well, the state vector N can be expressed as:

各r□8値は所定の状態ベクトルにおける他のr□8値から異なり得ることは、 言い換えれば吸着された大環状分子および基質が所定の量子井戸またはエネルギ ー井戸にある場合には、前記システムは多重レベル出力、言い換えれば多重レベ ル出力システムを形成することができることを意味する。このような多重レベル 出力は分析目的のために用いることができ、または理論、数学、電子、コンピュ ータ等の目的に用いることができる。例えば第1図に図式的に示されるような光 学情報を変換するための模範的な符合化面路は、例えば所定のラーマンスペクト ラムの多重レベル出力を表わす電気信号を導出するに用いることができる。That each r□8 value can be different from other r□8 values in a given state vector is In other words, the adsorbed macrocycle and substrate are - in a well, the system has a multi-level output, in other words a multi-level This means that it is possible to form a single output system. Such multiple levels The output can be used for analytical purposes or for theoretical, mathematical, electronic, or It can be used for purposes such as data. For example, light as shown diagrammatically in FIG. An exemplary encoding surface path for converting scientific information is, for example, a given Raman spectrum. It can be used to derive electrical signals representative of the multi-level output of the ram.

しかしながら、発明者はまた所定の基質および連結された大環状分子の種々のエ ネルギー井戸状態または量子井戸状態が種々の各状態ベクトルを形成することが できることを発見している。このように、1個の状態ベクトルに対するrim。However, the inventors also discovered that a given substrate and various types of linked macrocycles Energy well states or quantum well states can form various state vectors. I am discovering what is possible. Thus, rim for one state vector.

は異なる状態ベクトルに対するr、′ 、□と同一であり得ない。また、この結 果は、例えばメモリ使用に対して本発明を用いて達し得るコンピュータおよび同 様の技術におけるような出力と同様に、本発明を用いて得られることができる情 報の大きさ、量および重要性になおさらに範囲をつけ加える本発明を用いたシス テムの多重状態出力の可能性として知られる。cannot be the same as r,′ ,□ for different state vectors. Also, this conclusion The results, for example on memory usage, can be achieved using the present invention in computers and the like. The information that can be obtained using the present invention is similar to the output as in other techniques. A system using the present invention that adds even more scope to the magnitude, quantity and importance of information. This is known as the possibility of a system's multistate output.

数学的に、本発明の多重状態出力の可能性は状態ベクトル方程式によって、次の ように表わすことができる。Mathematically, the multi-state output possibility of the present invention is expressed by the state vector equation as It can be expressed as

第1図の周期的な電圧電流曲線72のピークは、銀基買上に吸着された大環状分 子の単分子層のエネルギー井戸が生じる部分を表わしている。所定のポテンシャ ルを基質に加えることによってその大環状分子および基質に種々の値のエネルギ ー井戸を強制的に形成することができる。例えば、この1つが第11図に示され ている。同様に、分析および/または入力機能の結果を成し遂げるために他の生 物学的物質および神経学的物質に種々のエネルギー井戸を強制的に形成すること ができる。The peak of the periodic voltage-current curve 72 in FIG. It represents the part where the energy well of the child monolayer occurs. given potential By adding energy to the macrocycle and the substrate, various values of energy can be applied to the macrocycle and the substrate. - Wells can be forced to form. For example, one of these is shown in Figure 11. ing. Similarly, other products may be used to accomplish the results of the analysis and/or input functions. Forcing various energy wells into physical and neurological matter Can be done.

手短に第14図および第15図について述べると、例えばDNAのような核酸分 子80は、この核酸分子80を構成する多くの塩基分子を有するらせん形態にあ る。本発明によれば、核酸分子の状態を読み出すために、または所望の場合に核 層81は、この核酸分子80の一対の塩基82.83間に相関されることができ る。読み出し目的のために、レーザ45は大環状分子上に光を向け、ラーマン分 光測光検出器10がその結果を分析する。このレーザ光の周波数/波長は大環状 分子かまたは核酸分子かのいずれでも影響を及ぼすべきではない。けれども、所 望の場合には、レーザ45からの光は、例えば研究目的のために、既知の方法で または未知の方法で核酸分子に、影響を及ぼすように核酸分子に対して、核酸分 子に配列変化をもたらせるように、言い換えれば電荷移動が生じるように大環状 分子に影響を及ぼすことができる。Briefly referring to Figures 14 and 15, for example, nucleic acid components such as DNA The child 80 is in the form of a helix with many base molecules making up this nucleic acid molecule 80. Ru. According to the present invention, in order to read out the state of a nucleic acid molecule or when desired, A layer 81 can be correlated between a pair of bases 82,83 of this nucleic acid molecule 80. Ru. For readout purposes, the laser 45 directs light onto the macrocycle and captures the Raman fraction. A photometric detector 10 analyzes the results. The frequency/wavelength of this laser light is macrocyclic There should be no effect on either molecules or nucleic acid molecules. However, the place If desired, the light from the laser 45 can be transmitted in a known manner, for example for research purposes. or to affect a nucleic acid molecule in an unknown manner. Macrocyclic structure so that arrangement changes can occur in the offspring, in other words, charge transfer can occur. Can affect molecules.

第15図において、レーザ45は状態または他の情報を読み出すために大環状分 子81上に1つの波長の光を向ける。核酸分子に影響を及ぼす周波数である他の レーザは核酸分子に入射する。レーザ84が動作しているかどうか、またそのレ ーザによる光または他の電磁放射線の出力の波長、周波数ふよび/または強度に よって、大環状分子に対応する検出可能な結果が生ずるだろう。In FIG. 15, a laser 45 is inserted into the macrocycle to read out status or other information. One wavelength of light is directed onto the child 81. Other frequencies that affect nucleic acid molecules The laser is incident on the nucleic acid molecule. Check whether the laser 84 is working or not. The wavelength, frequency and/or intensity of light or other electromagnetic radiation output by a laser Thus, a detectable result corresponding to macrocycles will occur.

核酸分子または同様の分子の複雑さを考えると、例えばコンピュータまたは他の 目的のために、非常に小さい空間に巨大な量の情報を蓄積するメモリ装置として 核酸分子等は高く評価されることができる。このような記録は、核酸分子のほど きおいて、またことによると同様の他の方法において、量子井戸値および生じる 状態ベクトルの形であるかもしれない。Given the complexity of nucleic acid molecules or similar molecules, e.g. As a memory device that stores huge amounts of information in a very small space for the purpose Nucleic acid molecules etc. can be highly valued. Such records are based on the size of nucleic acid molecules. Note that, and possibly other similar methods, quantum well values and the resulting It may be in the form of a state vector.

第16図および第17図についても手短に述べると、同図は、例えば人間の人工 光センサおよび人工手または動かなくなった手の制御に関連して本発明の使用を 図式的に示している。例えば、第16図の装置88において、入力光を検出する ために置かれた複数の大環状分子89aがある。また、このような大環状分子8 9aは核酸分子に影響を及ぼすために神経89bに接続されている。この神経8 9bは、コンピュータまたは他のタイプのいずれかのデコーダに、例えば人間の ような動物の脳とのインターフェースであり得る装置90にさえ信号を送ること ができ、入射光についての情報を与える。第17図において、装置91は、手の 動作をもたらす制御筋または人工装置に順に接続される筋肉または神経に情報を 与えることができる。この装置91と関連する大環状分子92への入力は、例え ば(大環状分子は電気的または光学的のいずれかのタイプの入力になるために、 電気的または光学的入力のいずれかが与えられる)コンピュータ93のような外 部源からであることができ、あるいは例えば他の神経、神経細胞、筋等のような 自然源からであることができる。16 and 17 as well, the figures show, for example, human artificial Use of the invention in conjunction with optical sensors and control of artificial or immobilized hands Diagrammatically shown. For example, in the device 88 of FIG. There are a plurality of macrocycles 89a placed for the purpose. In addition, such macrocyclic molecules 8 9a is connected to nerve 89b for influencing nucleic acid molecules. This nerve 8 9b to a computer or any other type of decoder, e.g. sending signals even to the device 90, which may be an interface with the brain of an animal such as can give information about the incident light. In FIG. 17, the device 91 transmits information to muscles or nerves that in turn connect to control muscles or artificial devices that produce movement can give. The input to the macrocycle 92 associated with this device 91 is, for example (for macrocycles to be inputs of either electrical or optical type, an external device such as a computer 93 (provided with either electrical or optical input) can be from other sources, such as other nerves, nerve cells, muscles, etc. Can be from natural sources.

産業上の利用可能性 評価されることは本発明が種々の目的のための神経学的物質および生物学的物質 からの情報を読み出し、また情報を入力するために用いることができることであ る。また、人工手足または動かなくなった手足制御に用いることができることで ある。更に、情報記憶および情報検索の目的のために用いることができることで ある。本発明はまた神経学的物質および/または生物学的物質、および神経学的 物質および/または生物学的物質における製薬、調合薬および他の侵入の影響の 分析型試験に用いることができる。Industrial applicability It is appreciated that the present invention is suitable for use in neurological and biological materials for various purposes. It can be used to read information from and input information from Ru. It can also be used to control artificial limbs or immobilized limbs. be. Additionally, it can be used for information storage and information retrieval purposes. be. The present invention also relates to neurological and/or biological substances, and Effects of pharmaceuticals, pharmaceuticals and other intrusions on substances and/or biological materials Can be used for analytical type tests.

国際調査報告international search report

Claims (47)

【特許請求の範囲】[Claims] 1.(a)神経学的物質または生物学的物質に対して機能を果たすことができる 状態の大環状分子を連結すること、 (b)前記大環状分子に電磁放射線を向けることおよび(c)前記大環状分子に よって散乱された光を検出すること を具えて、前記検出された光が前記神経学的物質または生物学的物質の状態を表 わす 神経学的物質または生物学的物質の状態を読み出すための方法。1. (a) capable of performing a function on neurological or biological substances; linking macrocycles of states; (b) directing electromagnetic radiation at the macrocycle; and (c) directing electromagnetic radiation at the macrocycle. Detecting the scattered light wherein the detected light is indicative of a state of the neurological or biological material. Wasu A method for reading out the status of neurological or biological substances. 2.前記大環状分子に電磁線放射線を向けることは、レーザ放射線を用いて前記 大環状分子を照らすことを含む請求の範囲第1項の方法。2. Directing electromagnetic radiation to the macrocycle includes directing the electromagnetic radiation to the macrocycle using laser radiation. The method of claim 1 comprising illuminating the macrocycle. 3.前記神経学的物質または生物学的物質に対して機能を果たすことができる状 態の大環状分子を連結することは、前記神経学的物質または生物学的物質に前記 大環状分子を物理的に連結することを含む請求の範囲第1項の方法。3. A condition capable of performing a function on the neurological substance or biological substance. linking the macrocycle in the form to the neurological or biological substance. 6. The method of claim 1, comprising physically linking the macrocycles. 4.前記神経学的物質または生物学的物質に対して機能を果たすことのできる状 態の大環状分子を連結することは、前記大環状分子と、前記神経学的物質または 生物学的物質との間にインターフェイスを物理的に接続することを含む請求の範 囲第1項の方法。4. A state capable of performing a function on the neurological substance or biological substance. Linking the macrocycle of the macrocycle and the neurological substance or Claims that include physically connecting an interface to a biological material The method described in box 1. 5.前記物理的に接続することは、前記インターフェイスとして半導体材料を用 いることを含む請求の範囲第4項の方法。5. The physically connecting uses a semiconductor material as the interface. 5. The method of claim 4, comprising: 6.前記大環状分子は前記神経学的物質または生物学的物質の状態にすぐ反応し て、前記大環状分子の状態が物理的に前記神経学的物質または生物学的物質の状 態を表わす請求の範囲第1項の方法。6. The macrocycle is responsive to the condition of the neurological or biological substance. and the state of the macrocycle physically changes the state of the neurological or biological material. 2. The method of claim 1, wherein the method represents a state of 7.前記神経学的物質または生物学的物質はその神経学的物質または生物学的物 質の特定された状態に応答して1個または複数個の電子あるいは電子エネルギー レベルの形で電荷移動をもたらすとともに、前記大環状分子は前記電荷移動を受 け取り、この大環状分子に関して電子の受け取りとその電子の位置との相関的な 婆素として入射光に影響を及ぼす請求の範囲第6項の方法。7. said neurological or biological substance is that neurological substance or biological substance; one or more electrons or electron energies in response to a specified state of quality the macrocycle undergoes the charge transfer. The correlation between the acceptance of electrons and the position of the electrons for this macrocycle. 7. The method of claim 6, which affects the incident light as a filter element. 8.前記大環状分子に電磁放射線を向けることは、前記大環状分子に影響を及ぼ さない周波数および波長の放射線を向けることを含む請求の範囲第1項の方法。8. Directing electromagnetic radiation at the macrocycle affects the macrocycle. 2. The method of claim 1, comprising directing radiation at a frequency and wavelength that does not occur. 9.前記大環状分子に電磁放射線を向けることは、ラーマン分光測光法を用いる ことを含む請求の範囲第1項の方法。9. Directing electromagnetic radiation to the macrocycle using Raman spectrophotometry The method of claim 1 comprising: 10.更に、前記神経学的物質または生物学的物質に状態を誘導することを含む 請求の範囲第1項の方法。10. further comprising inducing a condition in said neurological or biological substance. The method according to claim 1. 11.前記神経学的物質または生物学的物質に状態を誘導することは、光学的に 前記大環状分子を照らして、この大環状分子が前記神経学的物質または生物学的 物質に関して電荷移動をもたらすことを含む請求の範囲第10項の方法。11. Inducing a condition in said neurological or biological substance may include optically In light of said macrocycle, said macrocycle is said to be said neurological substance or biological substance. 11. The method of claim 10, comprising effecting charge transfer with respect to the material. 12.前記神経学的物質または生物学的物質に状態を誘導することは、前記大環 状分子に電気的入力を加えることを含む請求の範囲第10項の方法。12. Inducing a condition in said neurological substance or biological substance 11. The method of claim 10, comprising applying an electrical input to the shaped molecule. 13.更に、物理的に前記大環状分子と、前記神経学的物質または生物学的物質 との間にインターフェイス連結として電気的導体材料または電気的半導体材料を 接続することを含む請求の範囲第12項の方法。13. Furthermore, physically the macrocyclic molecule and the neurological or biological substance electrically conductive material or electrically semiconducting material as an interface connection between 13. The method of claim 12, comprising connecting. 14.前記電気的導体材料または電気的半導体材料は、実質的にロドプシン、ポ リジアセチレン、ポリピロールおよびドープされた物質から成る群から選択され る請求の範囲第13項の方法。14. The electrically conductive or electrically semiconducting material may be substantially selected from the group consisting of lydiacetylene, polypyrrole and doped materials 14. The method of claim 13. 15.前記電気的導体材料または電気的半導体材料は、適合した導電ポリマーで ある請求の範囲第13項の方法。15. The electrically conductive or electrically semiconducting material is a compatible conductive polymer. 14. The method of claim 13. 16.前記電気的導体材料または電気的半導体材料は、半導体である請求の範囲 第13項の方法。16. Claims wherein the electrically conductive material or electrically semiconductor material is a semiconductor. The method of Section 13. 17.前記大環状分子に電気的入力を加えることは、前記電気的入力を前記イン ターフェイス連結に加えることを含む請求の範囲第13項乃至第16項のいずれ かの方法。17. Applying an electrical input to the macrocycle includes converting the electrical input to the input. Any of claims 13 to 16 including addition to surface connection. That method. 18.(a)神経学的物質または生物学的物質に対して機能を果たすことができ る状態の大環状分子を連結すること、(b)前記神経学的物質または生物学的物 質の状態に影響を及ぼさせる前記大環状分子に、電気的または光学的入力の少な くとも1つを加えることを具えて、 神経学的物質または生物学的物質の状態または機能に影響を及ぼす方法。18. (a) capable of performing a function on neurological or biological substances; (b) said neurological or biological substance; The reduction of electrical or optical input to the macrocycle that affects the quality state including adding at least one A method of affecting the state or function of neurological or biological substances. 19.前記大環状分子は、前記電気的または光学的入力に応答して前記神経学的 物質または生物学的物質に少なくとも1個の電子を放出する請求の範囲第18項 の方法。19. Said macrocycle responds to said electrical or optical input to said neurological Claim 18: releasing at least one electron into a substance or biological substance the method of. 20.前記神経学的物質または生物学的物質は、神経または筋の少なくとも1つ であるとともに、前記神経学的物質または生物学的物質の状態または機能に影響 を及ぼすことは、前記神経または筋に影響を及ぼすことを含む請求の範囲第18 項の方法。20. The neurological or biological substance is at least one of nerves or muscles. and affect the state or function of said neurological or biological substance. Claim 18, wherein affecting the nerve or muscle includes affecting the nerve or muscle. Section method. 21.更に、前記神経または筋の状態を読み出すことを含む請求の範囲第20項 の方法。21. Claim 20 further comprising reading out the condition of the nerve or muscle. the method of. 22.前記神経学的物質または生物学的物質は少なくとも動物の部分であるとと もに、前記電気的または光学的入力の少なくとも1つを加えることは前記動物に 行動の変化をもたらす請求の範囲第18項の方法。22. said neurological or biological material is at least an animal part; applying at least one of said electrical or optical inputs to said animal; 19. The method of claim 18 which results in behavioral change. 23.前記神経学的物質または生物学的物質に対して機能を果たすことができる 状態の大環状分子を連結する過程は、複数個の前記大環状分子が入っている液体 中に前記神経学的物質または生物学的物質を置くことを含む請求の範囲第1項ま たは第18項の方法。23. capable of performing a function on said neurological or biological substance The process of linking macrocyclic molecules in the state is a process in which a liquid containing a plurality of macrocyclic molecules is Claims 1 or 2 which include placing said neurological or biological material in or the method of paragraph 18. 24.前記複数個の大環状分子が入っている液体中に前記神経学的物質または生 物学的物質を置くことは、電解液中に前記神経学的物質または生物学的物質を置 くことを含む請求の範囲第23項の方法。24. The neurological substance or biological substance is present in the liquid containing the plurality of macrocycles. Placing a physical substance means placing said neurological substance or biological substance in an electrolyte. 24. The method of claim 23, comprising: 25.前記複数個の大環状分子が入っている液体中に前記神経学的物質または生 物学的物質を置くことは、海水または人工海水中に置くことを含む請求の範囲第 24項の方法。25. The neurological substance or biological substance is present in the liquid containing the plurality of macrocycles. Placing the physical substance does not include placing it in seawater or artificial seawater. Method of Section 24. 26.前記神経学的物質または生物学的物質に対して機能を果たすことがてきる 状態の大環状分子を連結することは、前記大環状分子のおよそ10−4モル濃度 からおよそ10−6モル濃度の溶液が入っている生理学的溶液に前記神経学的物 質または生物学的物質を置くことを含む請求の範囲第1項または第18項の方法 。26. capable of performing a function on the neurological or biological substance Linking the macrocycles in the state involves approximately a 10-4 molar concentration of said macrocycles. The neurological substance is added to a physiological solution containing an approximately 10-6 molar solution of 19. The method of claim 1 or claim 18, comprising placing a biological substance. . 27.前記大環状分子は、鉄フタロシアニンを含む請求の範囲第26項の方法。27. 27. The method of claim 26, wherein the macrocycle comprises iron phthalocyanine. 28.前記大環状分子は、実質的にフタロシアニン、ポリフィリン、チトクロー ム、葉緑素および植物クロームから成る群から選択される請求の範囲第26項の 方法。28. Said macrocycles include substantially phthalocyanines, porphyrins, cytochromes, etc. of claim 26 selected from the group consisting of chromium, chlorophyll and phytochrome. Method. 29.前記神経学的物質または生物学的物質は少なくとも動物の部分であるとと もに、前記大環状分子は実質的に前記動物またはその動物の部分と適合する請求 の範囲第1項または第18項の方法。29. said neurological or biological material is at least an animal part; and wherein said macrocycle is substantially compatible with said animal or part of said animal. The method of item 1 or item 18 of the scope. 30.前記神経学的物質または生物学的物質は、動物の神経または筋を含む請求 の範囲第1項または第18項の方法。30. Claims that the neurological or biological material includes animal nerves or muscles. The method of item 1 or item 18 of the scope. 31.(a)核酸の分子に機能を果たすことができる状態の大環状分子を連結す ることおよび (b)前記機能を果たすことができる状態の大環状分子と前記核酸分子との間に おける電荷移動をもたらすように電気的または光学的入力をその機能を果たすこ とができる状態の大環状分子に加えることを具えて、 核酸分子に影響を及ぼす方法。31. (a) Linking a macrocyclic molecule that can perform a function to a nucleic acid molecule. and (b) between the macrocyclic molecule in a state capable of performing the function and the nucleic acid molecule; electrical or optical input to perform its function, resulting in charge transfer in the and adding to the macrocycle in a state where Methods of influencing nucleic acid molecules. 32.前記核酸は、実質的にRNAおよびDNAから成る群から選択される請求 の範囲第31項の方法。32. Claim wherein said nucleic acid is selected from the group consisting essentially of RNA and DNA. The method of paragraph 31. 33.前記機能を果たすことができる状態の大環状分子に対する前記電気的また は光学的入力に応答して、前記核酸分子の状態における変化は構造状態変化を介 してもたらされる請求の範囲第32項の方法。33. The electrical or In response to optical input, the change in the state of the nucleic acid molecule is mediated through a structural state change. 33. The method of claim 32, wherein the method is: 34.(a)核酸分子を、機能を果たすことができる状態の大環状分子と連結す ること、 (b)前記大環状分子には影響を与えないがその大環状分子から散乱可能な波長 または周波数で電磁放射線を前記大環状分子に加えることおよび (c)少なくとも前記核酸分子の部分の状態を表わすものとして前記散乱された 電磁放射線を検出することを具える 少なくとも核酸分子の部分の状態を読み出す方法。34. (a) linking a nucleic acid molecule to a macrocycle that is capable of performing its function; That, (b) a wavelength that does not affect the macrocycle but can be scattered from the macrocycle; or applying electromagnetic radiation to said macrocycle at a frequency and (c) said scattered information is representative of the state of at least a portion of said nucleic acid molecule; comprising detecting electromagnetic radiation A method for reading out the state of at least a portion of a nucleic acid molecule. 35.前記少なくとも核酸分子の部分の状態を表わすものとして散乱された電磁 放射線を検出することは、前記機能を果たすことができる状態の大環状分子と、 この大環状分子に連結される前記核酸分子の部分とのラーマンスペクトラム指紋 を検出するためのラーマン分光測光法を用いることを含む請求の範囲第34項の 方法。35. scattered electromagnetic radiation representing the state of at least a portion of the nucleic acid molecule; Detecting radiation comprises detecting a macrocyclic molecule in a state capable of performing the function; Raman spectral fingerprint of the portion of the nucleic acid molecule linked to this macrocycle The method of claim 34 includes using Raman spectrophotometry to detect Method. 36.更に、前記機能を果たすことができる状態の大環状分子に対して電荷移動 を生じさせるようにその核酸分子に放射線を放射することによって、この核酸分 子の状態に影響を及ぼすことを含む請求の範囲第34項の方法。36. Furthermore, charge transfer to the macrocyclic molecule in a state capable of performing the above function This nucleic acid molecule is treated by emitting radiation to the nucleic acid molecule in a manner that causes 35. The method of claim 34, comprising influencing the state of the child. 37.(a)機能を果たすことができる状態の大環状分子、(b)神経学的物質 または生物学的物質に対して前記大環状分子を連結するための連結手段、 (c)前記大環状分子に電磁放射線を向けるための方向づけ手段、 (d)前記大環状分子によって散乱された光を検出して、この検出された光が前 記神経学的物質または生物学的物質の状態を表わす検出手段 を具えて、神経学的物質または生物学的物質の状態を読み出す装置。37. (a) Macrocycles in a state capable of performing a function; (b) neurological substances; or a linking means for linking the macrocycle to a biological substance; (c) directing means for directing electromagnetic radiation onto said macrocycle; (d) detecting the light scattered by the macrocycle so that the detected light is Detection means indicative of the state of neurological or biological material A device for reading out the status of neurological or biological substances. 38.(a)機能を果たすことができる状態の大環状分子、(b)この大環状分 子を神経学的物質または生物学的物質に対して連結するための連結手段および( c)前記神経学的物質または生物学的物質の状態に影響を及ぼさせる前記大環状 分子に、電気的または光学的入力の少なくとも1つを加えるための印加手段を具 えて、神経学的物質または生物学的物質の状態または機能に影響を及ぼす装置。38. (a) a macrocycle in a state capable of performing a function; (b) this macrocycle; a coupling means for coupling the child to neurological or biological material and ( c) said macrocycle influencing the state of said neurological or biological substance; comprising application means for applying at least one electrical or optical input to the molecule; device that affects the condition or function of neurological or biological material. 39.(a)機能を果たすことができる状態の大環状分子、(b)この大環状分 子を核酸分子に連結するための連結手段および (c)前記機能を果たすことができる状態の大環状分子と前記核酸分子との間に おける電荷移動をもたらすように電気的または光学的入力をその機能を果たすこ とができる状態の大環状分子に加えるための印加手段 を具えて、核酸分子に影響を及ぼす装置。39. (a) a macrocycle in a state capable of performing a function; (b) this macrocycle; a linking means for linking the child to the nucleic acid molecule; and (c) between the macrocyclic molecule in a state capable of performing the function and the nucleic acid molecule; electrical or optical input to perform its function, resulting in charge transfer in the Application means for adding to the macrocyclic molecule in a state where A device that affects nucleic acid molecules. 40.(a)機能を果たすことができる状態の大環状分子、(b)この大環状分 子と核酸分子とを連結するための連結手段、 (c)前記大環状分子に影響を与えないがその大環状分子から散乱可能な波長ま たは周波数で電磁放射線を前記大環状分子に加えるための印加手段および(d) 前記核酸分子の少なくとも部分の状態を表わすものとして前記散乱された電磁放 射線を検出するための検出手段 を具えて、少なくとも核酸分子の部分の状態を読み出す装置。40. (a) a macrocycle in a state capable of performing a function; (b) this macrocycle; a linking means for linking the child and the nucleic acid molecule; (c) wavelengths that do not affect the macrocycle but are scatterable from the macrocycle; (d) applying means for applying electromagnetic radiation to said macrocycle at a frequency of the scattered electromagnetic radiation as representative of the state of at least a portion of the nucleic acid molecule; Detection means for detecting rays A device for reading out the state of at least a portion of a nucleic acid molecule. 41.(a)核酸分子と、 (b)この核酸分子に関する情報を入力および/または読み出すために、この核 酸分子に対して連結される機能を果たすことができる状態の大環状分子とを有す るメモリ装置。41. (a) a nucleic acid molecule; (b) to input and/or read out information about this nucleic acid molecule; and a macrocyclic molecule capable of performing the function of being linked to an acid molecule. memory device. 42.(a)生きている動物の神経および/または筋に大環状分子を連結するこ とおよび (b)人工的に生物学的機能または神経学的機能を刺激するように前記大環状分 子に刺激を与えることを具える方法。42. (a) Linking macrocycles to the nerves and/or muscles of living animals Toto and (b) said macrocycle so as to artificially stimulate a biological or neurological function; How to provide stimulation to your child. 43.更に、電磁放射を検出するために、前記連結された大環状分子と生きてい る動物の神経および/または筋とを用いることを含む請求の範囲第42項の方法 。43. Furthermore, in order to detect electromagnetic radiation, the linked macrocycle and a living 43. The method of claim 42, which comprises using nerves and/or muscles of an animal that . 44.前記電磁放射を検出するために、連結された大環状分子と生きている動物 の神経および/または筋とを用いることは、光を検出することを含む請求の範囲 第43項の方法。44. Live animals with linked macrocycles to detect electromagnetic radiation Claims that using the nerves and/or muscles of includes detecting light The method of paragraph 43. 45.更に、自然または人工手足を制御するために、前記連結された大環状分子 と生きている動物の神経および/または筋とを用いることを含む請求の範囲第4 2項の方法。45. Additionally, the linked macrocycles can be used to control natural or artificial limbs. Claim 4 includes using nerves and/or muscles of living animals. Method 2. 46.前記電磁放射を検出するために、連結された大環状分子と生きている動物 の神経および/または筋とを用いることは、前記大環状分子に入力を加え、また は情報を読み出すためのコンピュータを用いることを含む請求の範囲第45項の 方法。46. Live animals with linked macrocycles to detect electromagnetic radiation using the nerves and/or muscles of the macrocycle to provide input to the macrocycle and also The method of claim 45 includes using a computer to read the information. Method. 47.組み合わせにおいて、 (a)大環状分子および他の構造のエネルギーレベルが異なる量子井戸に移動す るように、前記大環状分子および他の構造を種々の量子レベルに活性化するため の活性化手段および (b)前記大環状分子および他の構造の共鳴スペクトラム分析における種々の各 状態ベクトル出力指紋を読み出すための検出手段 を具える装置。47. In combination, (a) The energy levels of macrocycles and other structures move into different quantum wells. to activate the macrocycles and other structures to various quantum levels, such as activation means and (b) various types of resonance spectrum analysis of the macrocycles and other structures; Detection means for reading state vector output fingerprint A device comprising:
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