酵素トランジスタに関する基礎研究

酶晶体管的基础研究

基本信息

批准号：
08878041
负责人：
青木孝文
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
1996
资助国家：
日本
起止时间：
1996 至 1997
项目状态：
已结题

项目摘要

酵素トランジスタは,エフェクターによりその活性が制御される酵素の機能をモデルにした素子である.電気化学的手法に基づく酵素トランジスタは,エフェクター分子を検出する「ディテクタ」部とその結果に応じてある特定の酵素の活性を制御する「モジュレータ」部により構成される.1.モジュレータ電極を電気化学的に実現した.具体的な酵素反応系としては,グルコースデヒドロゲナーゼ(酵素)とNAD(補酵素),ヒドロキノン(電子の授受を媒介するメディエータ)の系を用い,これを白金電極反応とカップルさせることにより,酵素活性の電気的制御系を実現した.本システムは,分子情報担体としてグルコース(基質)を想定した場合のモジュレータ電極として機能することが実験的に確認された.すなわち,白金電極に与える電位によって電子伝達効率が変調され,等価的にグルコースデヒドロゲナーゼ酵素反応全体の速度が変動することが確認された.ディテクタ電極として,グルコースオキシターゼ酵素電極を用い,溶液中のグルコース濃度をモニターしたところ,白金電極電位によるグルコース濃度の変調が観測された.これにより,原理的には酵素トランジスタの機能が実現可能であることが判明した.2.前年度までに,均一系(溶液中の濃度分布に偏りのない系)で動作する酵素トランジスタ回路の解析および設計手法が確立されたが,この結果をもとに拡散過程を含む不均一な反応拡散場における酵素トランジスタのシミュレーション実験を行った.その結果,基質濃度の時空間パターンの形成・発展などの興味深い現象が発見され,これによる新しい信号処理の可能性が見いだされた.今後,酵素トランジスタによる反応拡散コンピューティングに関する新しい研究の展開が期待できる見通しを得た.

酶晶体管是酶功能的模型，其活性由效应子控制。基于电化学技术的酶晶体管由“检测器”部分组成，该部分检测效应分子和一个“调节剂”部分，该部分根据结果控制特定酶的活性。 1。调节电极通过电化学实现。使用的混凝土酶反应系统是葡萄糖脱氢酶（酶），NAD（辅酶）和氢醌（介导电子转移和接收的介体）的系统，并通过将它们与铂电极反应（现实化的酶活性系统）结合在一起。当葡萄糖（底物）被假定为分子信息载体时，该系统被实验确认为调节器电极。换句话说，电子传递效率是通过施加到铂电极的电位调节的，并使用等效的葡萄糖脱氢。证实了整个Nase酶反应的速度波动。当使用葡萄糖氧酶电极作为检测器电极监测溶液中的葡萄糖浓度时，观察到通过铂电势对葡萄糖浓度的调节。这表明酶晶体管的功能可以原则上实现2。到上一年，已经建立了用于在均匀系统中运行的酶晶体管电路的分析和设计方法（溶液中浓度分布没有偏差的系统）。基于这些结果，我们在包含扩散过程的异质反应扩散场中对酶晶体管进行了模拟实验。结果，发现了有趣的现象，例如底物浓度的时空模式的形成和发展，并发现了信号处理的新可能性。将来，我们将有前景探索使用酶晶体管对反应扩散计算计算的新研究。