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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08878041/
• 关键词: 分子素子; バイオ素子; 分子コンピューティング; バイオコンピューティング; 酵素反応

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.

Enzyme activity is controlled by enzyme function. Electrochemistry is the process of enzyme activation, molecular activation, and molecular activation. Specific enzyme reaction systems include: enzyme, NAD(complement enzyme), enzyme (electron acceptor), platinum electrode reaction system, enzyme activity and electrical control system. The molecular information carrier is used to identify the function of the electrode. The platinum electrode and the potential of the electron transfer rate change, and the speed of the enzyme reaction changes. The platinum electrode potential is adjusted by adjusting the concentration of the enzyme in the solution. 2. In the previous year, uniform system (concentration distribution in solution) was established, and the result of the analysis was dispersed in the process of heterogeneous reaction. As a result, the formation and development of the time-space dispersion of matrix concentration and the possibility of new signal processing were found. In the future, the enzyme will be released in the future.

项目成果

青木孝文: "酵素トランジスタ回路の解析と設計" 電子情報通信学会論文誌A. J79-A・5. 1073-1081 (1996)

Takafumi Aoki：“酶晶体管电路的分析和设计”IEICE Transactions A. J79-A·5。1073-1081（1996）

平塚眞彦: "酵素トランジスタによる興奮性反応拡散場" 電子情報通信学会技術研究報告. CAS97-52. 1-8 (1997)

Masahiko Hiratsuka：“酶晶体管的兴奋反应扩散场”IEICE CAS97-52（1997）。

M.Hiratsuka: "Enzyme transistor circuits for biomolecular computing" Proc.of the 27th IEEE Int'l Symp.on Multiple-Valued Logic. 47-52 (1997)

M.Hiratsuka：“用于生物分子计算的酶晶体管电路”Proc.of the 27th IEEE Intl Symp.on Multiple-Valued Logic。

T.Higuchi: "A Multiplex Computing Paradigm" Methodologies for the Conception, Design, and Application of Intelligent Systems. 1. 95-100 (1996)

T.Higuchi：智能系统概念、设计和应用的“多重计算范式”方法。