JPH0691241B2 - Transistor element - Google Patents
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- JPH0691241B2 JPH0691241B2 JP60003603A JP360385A JPH0691241B2 JP H0691241 B2 JPH0691241 B2 JP H0691241B2 JP 60003603 A JP60003603 A JP 60003603A JP 360385 A JP360385 A JP 360385A JP H0691241 B2 JPH0691241 B2 JP H0691241B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、集積回路分野におけるトランジスタ素子に
関するもので、生体材料を核素子の構成材料として用い
ることにより、そのサイズを生体分子レベルの超微細な
大きさ(数十〜数百Å)に近づけることができ、高密
度,高速化を図ることができるようにしたものである。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a transistor device in the field of integrated circuits, and by using a biomaterial as a constituent material of a nuclear device, its size can be reduced to ultrafine particles at a biomolecule level. It is possible to approach a large size (several tens to several hundreds of Å) and to achieve high density and high speed.
従来、集積回路に用いられているトランジスタ素子とし
ては、第6図に示す電界効果型トランジスタ(FET)が
あった。図において、1はn形シリコン基板、2はチャ
ンネル領域、3はP+層、4はSiO2膜、5はソース電
極、6はゲート電極、7はドレイン電極であり、この従
来のFETをトランジスタ動作又はスイッチング動作させ
るには、ゲート電極に印加するゲート電圧を制御して行
う。即ち、ゲート電圧によってソース電極5とドレイン
電極7間の表面層における電流キャリア数を変化させれ
ば、これにより電流が制御される。Conventionally, a field effect transistor (FET) shown in FIG. 6 has been used as a transistor element used in an integrated circuit. In the figure, 1 is an n-type silicon substrate, 2 is a channel region, 3 is a P + layer, 4 is a SiO 2 film, 5 is a source electrode, 6 is a gate electrode, and 7 is a drain electrode. Alternatively, the switching operation is performed by controlling the gate voltage applied to the gate electrode. That is, if the number of current carriers in the surface layer between the source electrode 5 and the drain electrode 7 is changed by the gate voltage, the current is controlled by this.
従来のトランジスタ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トラ
ンジスタ素子あるいはこれと類似の構造の整流素子を用
いたLSIとして256KビットLSIが実用化されている。Since the conventional transistor element is configured as described above, it can be microfabricated.Currently, a 256K-bit LSI is put to practical use as an LSI using the transistor element having the above structure or a rectifying element having a similar structure. ing.
ところで、集積回路のメモリ容量と演算速度を上昇させ
るには、素子そのものの微細化が不可欠であるが、Siを
用いる素子では0.2μm程度の超微細パターンで電子の
平均自由行程と素子サイズとがほぼ等しくなり、素子の
独立性が保たれなくなるという限界を抱えている。この
ように、日々発展を続けているシリコンテクノロジー
も、微細化の点ではいずれは壁に突きあたることが予想
され、新しい原理に基づく電気回路素子であって上記0.
2μmの壁を破ることのできるものが求められている。By the way, in order to increase the memory capacity and operation speed of an integrated circuit, it is indispensable to miniaturize the element itself. However, in the element using Si, the average free path and the element size of the electron are reduced by an ultrafine pattern of about 0.2 μm. There is a limit that they become almost equal and the independence of elements cannot be maintained. In this way, silicon technology, which continues to develop day by day, is expected to eventually hit the wall in terms of miniaturization, and it is an electric circuit element based on a new principle.
What can break a 2 μm wall is required.
この発明は、かかる状況に鑑みてなされたもので、生体
材料を電気回路素子の構成材料として用いることによ
り、そのサイズを生体分子レベルの超微細な大きさにま
で近づけることのできる電気回路素子を、特にそのうち
のトランジスタ素子を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above circumstances, and by using a biomaterial as a constituent material of an electric circuit element, an electric circuit element capable of approaching its size to an ultrafine size at a biomolecule level is provided. , Especially for the purpose of providing a transistor element of them.
ところで、微生物の生体膜及び高等生物のミトコンドリ
アの内膜中には、それぞれ機能は異なるが、H2,有機
酸,NAD(P)H(Nicotineamide Adenine Dinucleotide
(Phosphate))などの還元性の化学物質から電子を引
き抜く酵素蛋白質とともに、その引き抜かれた電子を生
体膜の定められた方向に運ぶ電子伝達能を有する蛋白質
(以下、電子伝達蛋白質と記す)が複数種類存在してい
る。そしてこれらの電子伝達蛋白質は生体膜中に一定の
配向性をもって埋め込まれ、分子間で電子伝達が起こる
ように特異的な分子間配置をとっている。Incidentally, during the lining of the mitochondrial biological membrane and higher organisms microorganisms, although each feature different, H 2, organic acid, NAD (P) H (Nicotineamide Adenine Dinucleotide
(Phosphate)) and an enzyme protein that withdraws an electron from a reducing chemical substance, as well as a protein (hereinafter referred to as an electron transfer protein) having an electron transfer ability to carry the extracted electron in a predetermined direction of a biological membrane. There are multiple types. These electron transfer proteins are embedded in the biological membrane with a certain orientation, and have a specific intermolecular arrangement so that electron transfer occurs between the molecules.
このように、電子伝達蛋白質は生体膜中で精巧な配置を
もって連鎖状に並んでいるため、電子を蛋白質連鎖に沿
って流すことが可能で、電子の動きを分子レベルで制御
することができると考えられる。In this way, the electron transfer proteins are arranged in a chain in a biological membrane with a fine arrangement, so that electrons can flow along the protein chain, and the movement of electrons can be controlled at the molecular level. Conceivable.
第5図に電子伝達蛋白質の連鎖(電子伝達系)の一例と
して、ミトコンドリアの内膜の電子伝達系を模式的に示
す。図において、8はミトコンドリアの内膜、9〜15は
電子伝達蛋白質であり、還元性有機物であるNADH(図中
L),コハク酸(図中M)からそれぞれNADH−Q還元酵
素9,コハク酸脱水素酵素10により引き抜かれた電子は、
NADH−Q還元酵素9,コハク酸脱水素酵素10→チリクロー
ムb(11)→チトクロームc1(12)→チトクロームc
(13)→チトクロームa(14)→チトクロームa3(15)
の経路で伝達し、出口側Nで最終的に酸素に渡され、水
を生ずる。FIG. 5 schematically shows an electron transfer system of the inner membrane of mitochondria as an example of a chain of electron transfer proteins (electron transfer system). In the figure, 8 is an inner membrane of mitochondria, 9 to 15 are electron transfer proteins, and NADH-Q reductase 9 and succinate are converted from reducing organic substances such as NADH (L in the figure) and succinic acid (M in the figure), respectively. The electrons extracted by the dehydrogenase 10 are
NADH-Q reductase 9, succinate dehydrogenase 10 → Chilechrome b (11) → cytochrome c1 (12) → cytochrome c
(13) → Cytochrome a (14) → Cytochrome a3 (15)
And is finally passed to oxygen on the outlet side N to produce water.
第5図に示した電子伝達蛋白質は電子伝達時に酸化還元
(レドックス)反応を伴い、各電子伝達蛋白質のレドッ
クス電位の負の準位から正の準位へと電子を流すことが
できる。The electron transfer protein shown in FIG. 5 is accompanied by a redox reaction during electron transfer, and electrons can flow from the negative level of the redox potential of each electron transfer protein to the positive level.
また、最近の知見によれば、同一生体内に存在している
電子伝達蛋白質ばかりでなく、異種の生体内に存在する
電子伝達蛋白質を組み合わせても電子伝達が可能な電子
伝達蛋白質複合体を形成することが可能であることが示
されている。According to recent findings, not only electron transfer proteins existing in the same living body but also electron transfer proteins existing in different living bodies are combined to form electron transfer protein complexes capable of electron transfer. Has been shown to be possible.
従って、適当なレドックス電位を持つ電子伝達蛋白質を
2種類(A及びB)用い、これらをA−B−Aと3層に
累積させれば、それらのドレックス電位の違いを利用し
てトランジスタ特性又はスイッチング特性を生ずる接合
を形成できると考えられる。本件発明者はこのことに着
目してこの発明を創作したものである。Therefore, if two kinds of electron transfer proteins (A and B) having an appropriate redox potential are used and these are accumulated in ABA and the three layers, the transistor characteristics or It is believed that junctions can be formed that produce switching characteristics. The inventors of the present invention pay attention to this fact and create the present invention.
即ち、本発明に係るトランジスタ素子は、相互に隣接す
る電子伝達蛋白質間でレドックス電位の異なる第1,第2,
第3電子伝達蛋白質で作成された第1,第2,第3電子伝達
蛋白質膜を順に接着接合して設け、それぞれ上記第1,第
2,第3電子伝達蛋白質膜に接続される第1,第2,第3の電
極を設けたものである。That is, the transistor element according to the present invention has first, second, and different redox potentials between electron transfer proteins adjacent to each other.
The first, second, and third electron transfer protein membranes made of the third electron transfer protein are provided by sequentially adhering and joining, respectively, and
The second, third and third electron transfer protein membranes are provided with first, second and third electrodes.
この発明においては、レドックス電位の異なる少なくと
も2種類の3つの電子伝達蛋白質はトランジスタ特性又
はスイッチング特性を呈する。即ち、第4図に示すA−
B−A型電子伝達蛋白質複合体の模式図とそのレドック
ス電位の関係を用いて説明すると、この電子伝達蛋白質
A,B,Aを接合してなる複合体では、A,B,A蛋白質のレドッ
クス電位の分布を、各蛋白質への印加電圧を制御して変
化させることができ、これによりn型半導体とp型半導
体とを接合してなるp−n−p接合と類似のトランジス
タ特性又はスイッチング特性を呈する素子を得ることが
できる。In the present invention, at least two kinds of three electron transfer proteins having different redox potentials exhibit transistor characteristics or switching characteristics. That is, A- shown in FIG.
The electron transfer protein complex will be described with reference to the schematic diagram of the B-A type electron transfer protein complex and the relationship between its redox potential.
In the complex composed of A, B, and A, the distribution of redox potential of A, B, and A proteins can be changed by controlling the applied voltage to each protein. It is possible to obtain an element exhibiting transistor characteristics or switching characteristics similar to a p-n-p junction formed by joining a type semiconductor.
以下、本発明の実施例を図について説明する。第1図は
この発明の一実施例によるトランジスタ素子が組み込ま
れた装置の模式的断面構成図であり、図において、16は
絶縁特性を持つ例えばガラス製基板、17はAg,Au,Alなど
の金属製電極で、基板16上に複数条が平行に形成されて
いる。18は電子伝達蛋白質であるフラボドキシンで作成
された第1電子伝達蛋白質膜で、上記複数上の電極17上
に形成されている。20は上記複数条の平行電極17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18上に形成されている。19は電子伝達蛋白質
であるチトクロームcで作成された第2電子伝達蛋白質
膜で、上記第1電子伝達蛋白質膜18に累積して接着接合
され、電極20に接合されている。21は電子伝達蛋白質で
あるフラボドキシンで作成された第3電子伝達蛋白質膜
で、上記第2電子伝達蛋白質膜19に累積して接着接合さ
れている。22は上記複数条の平行電極20と直角方向に形
成された複数条の平行電極で、上記第3電子伝達蛋白質
膜21上に形成されている。第2図は形成したトランジス
タ素子を組み込んだ装置を分解して示す分解斜視図であ
る。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional configuration diagram of an apparatus in which a transistor element according to an embodiment of the present invention is incorporated. In the figure, 16 is an insulating substrate such as a glass substrate, 17 is Ag, Au, Al, etc. A plurality of lines are formed in parallel on the substrate 16 by the metal electrodes. Reference numeral 18 denotes a first electron transfer protein film made of flavodoxin which is an electron transfer protein, and is formed on the electrodes 17 above the plurality of electrodes. Reference numeral 20 denotes a plurality of parallel electrodes formed in a direction perpendicular to the plurality of parallel electrodes 17 and is formed on the first electron transfer protein film 18. Reference numeral 19 denotes a second electron transfer protein film made of cytochrome c, which is an electron transfer protein, and is cumulatively adhesively bonded to the first electron transfer protein film 18 and bonded to the electrode 20. Reference numeral 21 is a third electron transfer protein film made of flavodoxin, which is an electron transfer protein, and is accumulated and adhesively bonded to the second electron transfer protein film 19. Reference numeral 22 is a plurality of parallel electrodes formed in a direction perpendicular to the plurality of parallel electrodes 20 and is formed on the third electron transfer protein film 21. FIG. 2 is an exploded perspective view showing the apparatus incorporating the formed transistor element in an exploded manner.
このように構成されたトランジスタ素子は、図中上下方
向に電子伝達通路を有し、第1,第3電子伝達蛋白質膜1
8,21に接続される電極17,22は、それぞれ電子伝達通路
と交わる面に接続され、第2電子伝達蛋白質膜19に接続
される電極20は電子伝達通路と交わらないよう、即ち電
子伝達通路に電気的影響を与えるように接続されてい
る。The transistor element thus configured has an electron transfer path in the vertical direction in the figure, and has the first and third electron transfer protein membranes 1
Electrodes 17 and 22 connected to 8 and 21 are connected to the surfaces that intersect with the electron transfer passage, respectively, and electrode 20 connected to the second electron transfer protein membrane 19 does not intersect with the electron transfer passage. Are connected to have an electrical effect on.
また上記のようにして形成された素子に対し、本実施例
では第3図(a)に示すように電圧が印加される。即
ち、上記第1電子伝達蛋白質膜18と第2電子伝達蛋白質
膜19との間に電極17,20を介して電圧V1が印加され、ま
た第2電子伝達蛋白質膜19と第3電子伝達蛋白質膜21と
の間に電極20,22を介して電圧V2が印加されるようにな
っており、上記電圧V1,V2を印加するための各電源はそ
の出力電圧が制御できるようになっている。In this embodiment, a voltage is applied to the element formed as described above as shown in FIG. 3 (a). That is, the voltage V 1 is applied between the first electron transfer protein film 18 and the second electron transfer protein film 19 via the electrodes 17 and 20, and the second electron transfer protein film 19 and the third electron transfer protein film are also applied. A voltage V 2 is applied between the film 21 and the membrane 21 via electrodes 20 and 22, and the output voltage of each power source for applying the above voltages V 1 and V 2 can be controlled. ing.
次に上記装置の製造方法について説明する。Next, a method of manufacturing the above device will be described.
まず、基板16上に金属薄膜をイオンビーム法,分子線
法,蒸着法等を利用して作成し、金属電極17を形成す
る。そして該電極17上に電子伝達蛋白質としてのチトク
ロームcとフラボドキシンを用いて単分子膜及びそれら
の累積膜を作成する訳であるが、これらの膜を作成する
には、LB(Langmuir−Blodgett)法を用いればよい。こ
のLB法の詳細については、電気学会雑誌,第55巻,204
〜213頁,昭和10年4月(Iwing Langmuir)、ジャー
ナル オブ アメリカン ケミカル ソサイティ(K.Bl
odgett:Journal of American Chemical Society)57巻,
P1007,1935年、杉道夫ら,固体物理,Vol 17,P744〜75
2,1982年、ジャーナル オブ コロイド アンド イ
ンターフェイス サイエンス(Journal of Colloid and
Interface Science)Vol 68,P471〜477,1979年、など
に記載されている。First, a metal thin film is formed on the substrate 16 by using an ion beam method, a molecular beam method, a vapor deposition method, or the like to form a metal electrode 17. Then, on the electrode 17, cytochrome c as an electron transfer protein and flavodoxin are used to form a monomolecular film and a cumulative film thereof. The LB (Langmuir-Blodgett) method is used to form these films. Can be used. For details of this LB method, see The Institute of Electrical Engineers of Japan, Vol. 55, 204.
Pp. 213, April 1952 (Iwing Langmuir), Journal of American Chemical Society (K. Bl)
odgett: Journal of American Chemical Society) Volume 57,
P1007, 1935, Michio Sugi et al., Solid State Physics, Vol 17, P744〜75
2,1982, Journal of Colloid and Interface Science
Interface Science) Vol 68, P471-477, 1979, etc.
一例を説明すると、水槽の水面にフラボドキシン溶液を
滴下し、水面にフラボドキシンの単分子膜を形成する。
そしてこのフラボドキシン膜を形成した水槽に、電極17
を形成した基板16を垂直に挿入し浸して行くと、該電極
17を有する基板16にフラボドキシン膜が付着接合し、第
1電子伝達蛋白質膜18が作成される。このとき、基板16
を水槽に挿入し浸していったが、逆に水面下から垂直に
引き上げるようにして基板16上にフラボドキシン膜を形
成するようにしてもよい。To explain one example, a flavodoxin solution is dropped on the water surface of a water tank to form a flavodoxin monomolecular film on the water surface.
Then, the electrode 17 is placed in the water tank on which the flavodoxin film is formed.
The substrate 16 on which the electrodes are formed is vertically inserted and immersed,
The flavodoxin film is attached and bonded to the substrate 16 having 17 to form the first electron transfer protein film 18. At this time, the substrate 16
Although it was inserted into the water tank and dipped in it, the flavodoxin film may be formed on the substrate 16 by pulling it up vertically from below the water surface.
次に上記と同様の方法で、上記第1電子伝達蛋白質膜18
上に電極20を作成する。このとき、電子伝達蛋白質が破
壊されないよう低温で作成する必要がある。続いて、水
槽の数面にチトクロームc溶液を滴下し、水面にチトク
ロームcの単分子膜を形成する。そして上記第1電子伝
達蛋白質18及び電極20が作成された基板16を、チトクロ
ームcの膜を有する水槽に垂直に挿入し浸して行くと、
第1電子伝達蛋白質膜18上にチトクロームc膜が付着接
合し、電極20に接合した第2電子伝達蛋白質膜19が作成
される。同様にして基板16の第2電子伝達蛋白質膜19上
にフラボドキシン膜を付着接合して第3電子伝達蛋白質
膜21を作成し、さらにこの上に電極22を作成する。Next, in the same manner as described above, the first electron transfer protein film 18
Create the electrode 20 on top. At this time, it is necessary to prepare at a low temperature so that the electron transfer protein is not destroyed. Subsequently, a cytochrome c solution is dropped on several surfaces of the water tank to form a monomolecular film of cytochrome c on the water surface. Then, the substrate 16 on which the first electron transfer protein 18 and the electrode 20 are formed is vertically inserted into a water tank having a cytochrome c membrane and immersed therein.
The cytochrome c film is adhered and joined onto the first electron transfer protein film 18, and the second electron transfer protein film 19 joined to the electrode 20 is prepared. Similarly, a flavodoxin film is adhered and bonded onto the second electron transfer protein film 19 of the substrate 16 to form a third electron transfer protein film 21, and further an electrode 22 is formed thereon.
なお、上記電子伝達蛋白質膜は、単分子膜であっても、
また別の電子伝達蛋白質の膜をこれに重ねたものであっ
てもよい。例えば第1電子伝達蛋白質を2層累積して形
成する場合は、これらの両電子伝達蛋白質膜間のレドッ
クス電位差は、第1,第2の両電子伝達蛋白質間のレドッ
クス電位差より小さいものを選定する。各種の電子伝達
蛋白質のレドックス電位は、「高野 常広著;蛋白質核
酸酵素,27,P1543,1982年」に記載されており、チトクロ
ームcとフラボドキシンのレドックス電位差は約665mV
である。The electron transfer protein membrane may be a monomolecular film,
Further, a film of another electron transfer protein may be laminated on this. For example, when the first electron transfer protein is formed by accumulating two layers, the redox potential difference between these two electron transfer protein membranes is selected to be smaller than the redox potential difference between the first and second electron transfer proteins. . The redox potentials of various electron transfer proteins are described in "Takahiro Takano; Protein Nucleic Acid Enzymes, 27, P1543, 1982", and the redox potential difference between cytochrome c and flavodoxin is about 665 mV.
Is.
また、上記製法において水面に滴下する電子伝達蛋白質
溶液に予め脂質及び脂肪酸のいずれかを混合し、該混合
溶液を水面に滴下して水面上に膜を形成し、これを基板
に付着接合させるようにしてもよく、これによれば上記
脂質又は脂肪酸が電子伝達蛋白質の分子の支持体として
作用し、電子伝達蛋白質の配向が整えられる。Further, in the above-mentioned production method, either the lipid or the fatty acid is mixed in advance with the electron transfer protein solution to be dropped on the water surface, and the mixed solution is dropped on the water surface to form a film on the water surface, which is then attached to a substrate for bonding. According to this, the lipid or fatty acid acts as a support for the molecule of the electron transfer protein, and the orientation of the electron transfer protein is adjusted.
また、金属電極と電子伝達蛋白質膜間の電子の授受を良
好にするためには、金属電極を4,4'−ビピリジル(bipy
ridyl)、2,2'−ビピリジルなどで化学修飾しておいて
もよい。Further, in order to improve the transfer of electrons between the metal electrode and the electron transfer protein membrane, the metal electrode should be 4,4′-bipyridyl (bipyridine).
ridyl), 2,2'-bipyridyl or the like.
次に作用効果について説明する。Next, the function and effect will be described.
第1図において、電極17と電極20間に第1電子伝達蛋白
質膜18が介在しているが、第1電子伝達蛋白質膜18だけ
であれば、誘電体として作用するので両電極17と20間の
絶縁は保たれる。しかし、上記のように第1,第2及び第
3電子伝達蛋白質膜が配向を整えられて累積され、接着
接合されると、電極17と22間の電子の授受が可能とな
る。即ち、電極20は第2電子伝達蛋白質膜19に対して絶
縁的であるが、この電極20に電圧を印加することによ
り、第2の電子伝達蛋白質膜19に対して電気的影響を与
えることができる。即ち電極20は従来のFETのゲート電
極に相当し、電極17,22はそれぞれソース電極,ドレイ
ン電極に相当する。In FIG. 1, the first electron transfer protein film 18 is interposed between the electrode 17 and the electrode 20. However, if only the first electron transfer protein film 18 acts as a dielectric, it is between the electrodes 17 and 20. Insulation is maintained. However, as described above, when the first, second and third electron transfer protein films are aligned, accumulated, and adhesively bonded, electrons can be transferred between the electrodes 17 and 22. That is, the electrode 20 is insulative to the second electron transfer protein film 19, but by applying a voltage to this electrode 20, the second electron transfer protein film 19 can be electrically affected. it can. That is, the electrode 20 corresponds to the gate electrode of the conventional FET, and the electrodes 17 and 22 correspond to the source electrode and the drain electrode, respectively.
第3図(a)は本実施例のトランジスタ素子の電圧印加
状態を示す模式図で、同図(b)はこのときの各電子伝
達蛋白質膜のレドックス電位状態を示す図である。同図
(b)において、破線は電圧印加前の状態、即ちオフ状
態を示し、VOはチトクロームcとフラボドキシンのレド
ックス電位の差(約665mV)である。このような状態に
おいて、電極17と20との間に電極17側を正として電圧V1
を印加し、電極20と22との間に電極20側を正として電圧
V2を印加すると、レドックス電位状態は第3図(b)の
実線のように変化する。即ち、第1電子伝達蛋白質18の
レドックス電位はV1’だけ正方向に、第2電子伝達蛋白
質19のレドックス電位はvo'だけ負方向に、第3電子伝
達蛋白質21のレドックス電位は負方向にV2'だけ増大
し、電極22と17との間に電子が流れてオン状態となる。FIG. 3 (a) is a schematic diagram showing the voltage application state of the transistor element of this example, and FIG. 3 (b) is a diagram showing the redox potential state of each electron transfer protein membrane at this time. In FIG. 7B, the broken line shows the state before voltage application, that is, the OFF state, and V O is the difference in redox potential between cytochrome c and flavodoxin (about 665 mV). In such a state, the voltage V 1 is set between the electrodes 17 and 20 with the electrode 17 side being positive.
Voltage is applied between the electrodes 20 and 22 with the electrode 20 side being positive.
When V 2 is applied, the redox potential state changes as shown by the solid line in FIG. 3 (b). That is, the redox potential of the first electron transfer protein 18 is positive by V 1 ', the redox potential of the second electron transfer protein 19 is negative by vo', and the redox potential of the third electron transfer protein 21 is negative. It is increased by V2 ′, and electrons flow between the electrodes 22 and 17 to turn on.
また上記電圧V2,V2を制御することにより各電子伝達蛋
白質のレドックス電位の分布を変化させれば、電極17,2
2間に流れる電流を変化させることができる。If the distribution of the redox potential of each electron transfer protein is changed by controlling the above voltages V 2 and V 2 , the electrodes 17, 2
The current flowing between the two can be changed.
上記構成及び電圧印加によるレドックス電位の変化は、
従来の半導体トランジスタ(p−n−p接合タイプ)と
同様と考えられ、上記構成によりトランジスタ素子を分
子レベルの超微細な大きさの素子として実現でき、該素
子を用いて高密度化,高速度化が可能な集積回路が得ら
れる。The change in the redox potential due to the above configuration and voltage application is
It is considered to be similar to the conventional semiconductor transistor (pnp junction type), and the transistor element can be realized as an element having an ultrafine size at the molecular level by the above configuration, and the device can be used for high density and high speed. An integrated circuit that can be realized is obtained.
なお上記実施例において電子伝達蛋白質への電子の供給
に酵素を利用するようにしてもよい。An enzyme may be used to supply electrons to the electron transfer protein in the above examples.
また、電子伝達蛋白質としては、非ヘム−鉄・硫黄蛋白
質、チトクロームc系蛋白質、チトクロームb系蛋白
質、チトクロームa、フラボドキシン、プラストシアニ
ン、チオレドキシンなどがあり、これらのうちから各電
子伝達蛋白質を選択するにあたっては、分子間の配向
と、電極が形成された基板に対する配向とが電子伝達に
適したものを選定する。The electron transfer proteins include non-heme-iron / sulfur proteins, cytochrome c type proteins, cytochrome b type proteins, cytochrome a, flavodoxin, plastocyanin, thioredoxin, etc., and each electron transfer protein is selected from these. At this time, the orientation between the molecules and the orientation with respect to the substrate on which the electrode is formed are selected to be suitable for electron transfer.
また上記実施例では2種類の蛋白質の累積膜でトランジ
スタ素子を構成した場合について説明したが、これは3
種類以上の蛋白質の累積膜として構成してもよい。Further, in the above-mentioned embodiment, the case where the transistor element is composed of the cumulative film of two kinds of proteins has been described.
It may be configured as a cumulative film of more than one kind of protein.
また、各電子伝達蛋白質は、異種電子伝達蛋白質間では
一定方向のみに電子が流れるという性質を利用して、累
積膜に垂直な方向には電子が流れ、上記累積膜に平行な
方向で隣接する電子伝達蛋白質分子間では電子の授受が
起こらないような所定の分子配置をとるようLB法などで
配向させることが望ましい。Further, each electron transfer protein utilizes the property that electrons flow only in a certain direction between heterogeneous electron transfer proteins, so that electrons flow in the direction perpendicular to the cumulative film and are adjacent to each other in the direction parallel to the cumulative film. It is desirable that the electron transfer protein molecules be oriented by the LB method or the like so as to have a predetermined molecular arrangement so that electrons are not transferred between the molecules.
以上のように、この発明によれば、相互にレドックス電
位の異なる電子伝達蛋白質で第1,第2,第3の電子伝達蛋
白質膜を形成し、各電子伝達蛋白質のレドックス電位の
違いを利用してトランジスタ動作又はスイッチング動作
を行わせるようにしたので、トランジスタ素子サイズを
生体分子レベルの超微細な大きさに近づけることがで
き、該素子を用いた集積回路の高密度化,高速度化を図
ることができる効果がある。As described above, according to the present invention, electron transfer proteins having different redox potentials form the first, second, and third electron transfer protein membranes, and the difference in the redox potential of each electron transfer protein is utilized. Since the transistor operation or the switching operation is performed by using the device, the transistor element size can be made close to the ultra-fine size at the biomolecule level, and the integrated circuit using the element can have higher density and higher speed. There is an effect that can be.
第1図は本発明の一実施例によるトランジスタ素子が組
み込まれた装置の模式的断面構成図、第2図は該装置の
分解斜視図、第3図(a)は上記トランジスタ素子の電
圧印加状態を示す模式図、第3図(b)はその各電子伝
達蛋白質膜のレトックス電位状態を示す図、第4図は電
子伝達蛋白質複合体の模式図とそのレドックス電位を示
す図、第5図はミトコンドリアの内膜の電子伝達系を示
す模式図、第6図は従来の電界効果型トランジスタ素子
を示す断面図である。 17,20,22…電極、18…第1電子伝達蛋白質膜、19…第2
電子伝達蛋白質膜、21…第3電子伝達蛋白質膜。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。FIG. 1 is a schematic sectional configuration diagram of a device incorporating a transistor element according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an exploded perspective view of the device, and FIG. 3 (a) is a voltage application state of the transistor element. FIG. 3 (b) is a diagram showing the retox potential state of each electron transfer protein membrane, FIG. 4 is a schematic diagram of the electron transfer protein complex and its redox potential, and FIG. 5 is FIG. 6 is a schematic view showing the electron transfer system of the inner membrane of mitochondria, and FIG. 6 is a sectional view showing a conventional field effect transistor device. 17,20,22 ... Electrode, 18 ... First electron transfer protein membrane, 19 ... Second
Electron transfer protein membrane, 21 ... Third electron transfer protein membrane. The same reference numerals in the drawings indicate the same or corresponding parts.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/368 L 9277−4M 29/804 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Office reference number FI technical display location H01L 21/368 L 9277-4M 29/804
Claims (11)
蛋白質で作成された第1電子伝達蛋白質膜と、 上記第1電子伝達蛋白質のレドックス電位と異なるレド
ックス電位を有する第2電子伝達蛋白質で作成され、上
記第1電子伝達蛋白質膜上に累積して接着接合された第
2電子伝達蛋白質膜と、 上記第2電子伝達蛋白質のレドックス電位と異なるレド
ックス電位を有する第3電子伝達蛋白質で作成され、上
記第2電子伝達蛋白質膜上に累積して接着接合された第
3電子伝達蛋白質膜と、 それぞれ上記第1,第3電子伝達蛋白質膜に接続された第
1,第3の電極と、 上記第2電子伝達蛋白質膜に電気的影響を与えるための
第2の電極とを備え、 上記各電子伝達蛋白質のレドックス電位の違いを利用し
てトランジスタ特性又はスイッチング特性を呈するよう
にしたことを特徴とするトランジスタ素子。1. A first electron transfer protein membrane made of a first electron transfer protein capable of transferring electrons in a certain direction, and a second electron transfer protein having a redox potential different from the redox potential of the first electron transfer protein. And a second electron transfer protein film that is cumulatively adhered and bonded on the first electron transfer protein film and a third electron transfer protein having a redox potential different from the redox potential of the second electron transfer protein. And a third electron transfer protein film accumulated and adhered on the second electron transfer protein film, and a third electron transfer protein film connected to the first and third electron transfer protein films, respectively.
1, a third electrode, and a second electrode for electrically affecting the second electron transfer protein membrane, and using the difference in redox potential of each electron transfer protein, transistor characteristics or switching characteristics A transistor element characterized by exhibiting:
蛋白質,チトクロームc系蛋白質,チトクロームb系蛋
白質,チトクロームa,フラボドキシン,プラストシアニ
ン,又はチオレドキシンであることを特徴とする特許請
求の範囲第1項記載のトランジスタ素子。2. The electron transfer protein is a non-heme-iron / sulfur protein, a cytochrome c type protein, a cytochrome b type protein, a cytochrome a, a flavodoxin, a plastocyanin, or a thioredoxin. The transistor element according to item 1.
とを特徴とする特許請求の範囲第1項又は第2項記載の
トランジスタ素子。3. The transistor device according to claim 1 or 2, wherein the electron transfer protein film is a monomolecular film.
を利用するようにしたことを特徴とする特許請求の範囲
第1項ないし第3項のいずれかに記載のトランジスタ素
子。4. The transistor device according to claim 1, wherein an enzyme is used to supply electrons to the electron transfer protein.
有機分子で化学修飾した化学修飾電極であることを特徴
とする特許請求の範囲第1項ないし第4項のいずれかに
記載のトランジスタ素子。5. The transistor element according to claim 1, wherein each of the electrodes is a metal electrode or a chemically modified electrode obtained by chemically modifying the metal electrode with an organic molecule. .
蛋白質が、各膜が累積された方向である膜面に垂直な方
向に電子が流れ、水平方向の隣接する電子伝達蛋白質分
子間では電子の授受がなされないよう配向されているこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第5項のい
ずれかに記載のトランジスタ素子。6. The electron transfer protein membrane of each of the above-mentioned electron transfer proteins, in which electrons flow in a direction perpendicular to a membrane surface, which is a direction in which the respective membranes are accumulated, and between adjacent electron transfer protein molecules in a horizontal direction. The transistor element according to any one of claims 1 to 5, which is oriented so that electrons are not transferred.
て、脂質又は脂肪酸を用いたことを特徴とする特許請求
の範囲第1項ないし第6項のいずれかに記載のトランジ
スタ素子。7. The transistor device according to claim 1, wherein a lipid or a fatty acid is used as a support for orienting the electron transfer protein.
角に配置されていることを特徴とする特許請求の範囲第
1項ないし第7項のいずれかに記載のトランジスタ素
子。8. The transistor element according to claim 1, wherein the first electrode and the second electrode are arranged at right angles to each other.
の平行な線状電極群であることを特徴とする特許請求の
範囲第8項記載のトランジスタ素子。9. The transistor element according to claim 8, wherein each of the first and second electrodes is a group of a plurality of parallel linear electrodes.
直角に配置されていることを特徴とする特許請求の範囲
第1項ないし第9項のいずれかに記載のトランジスタ素
子。10. The transistor element according to claim 1, wherein the second electrode and the third electrode are arranged at right angles to each other.
数の平行な線状電極群であることを特徴とする特許請求
の範囲第10項記載のトランジスタ素子。11. The transistor element according to claim 10, wherein each of the second and third electrodes is a group of a plurality of parallel linear electrodes.
Priority Applications (3)
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|---|---|---|---|
| JP60003603A JPH0691241B2 (en) | 1985-01-12 | 1985-01-12 | Transistor element |
| US06/815,068 US4613541A (en) | 1985-01-12 | 1985-12-31 | Electronic device using electron transport proteins |
| DE19863600564 DE3600564A1 (en) | 1985-01-12 | 1986-01-10 | ELECTRONIC DEVICE WITH ELECTRONIC TRANSPORTING PROTEINS |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60003603A JPH0691241B2 (en) | 1985-01-12 | 1985-01-12 | Transistor element |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61163663A JPS61163663A (en) | 1986-07-24 |
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Families Citing this family (4)
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| JP5673769B2 (en) * | 2013-09-30 | 2015-02-18 | ソニー株式会社 | Molecular element, single molecule optical switch element, functional element, molecular wire and electronic device |
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1985
- 1985-01-12 JP JP60003603A patent/JPH0691241B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61163663A (en) | 1986-07-24 |
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