無配線バイオコンピューティングシステムに関する基礎研究

无线生物计算系统的基础研究

• 批准号: 05858042
• 负责人: 青木 孝文
• 金额: $ 0.7万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1993
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1993 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05858042/
• 关键词: バイオコンピュータ; 分子コンピュータ; バイオ情報処理; 生体情報処理; バイオ素子; 分子素子; 集合論理

本研究では、無配線コンピューティングのためのバイオ素子に関する基礎実験ならびに性能評価を行った。1.バイオ素子の機能は、溶液中の基質分子を識別する「並列選択機能」と分子情報を放出する「並列出力機能」に分けられる。まず、並列選択機能にかんしては、複数の酵素を表面に固定化した多酵素センサが要求される。本研究では、グルコース酸化酵素、ガラクトース酸化酵素およびアルコール酸化酵素をアルブミンとともに固定化した3酵素センサの試作に成功した。またその過程で、多酵素センサ自体が、溶液中の基質濃度ベクトルに対する重み付き線形加算特性を容易に実現できることが明かになった。今後は、このようなアナログ動作および分子の拡散・反応過程を反映したバイオ素子のモデル化が重要であると思われる。2.一方、並列出力機能に関しては、電気信号により酵素反応の活性を調節し、目的とする物質の生成を制御することが必要になる。当初、このためには、酵素を固定化した特殊な導電性高分子膜が必要であると考ていた。しかしながら、酵素や過酸化水素などが第2の基質として関与する酵素反応系では、この第2の基質の濃度を通常の電極反応を利用して調節することにより、等価的に酵素反応を制御できることが判明した。このためグルコース酸化酵素を固定可した白金電極の系について、実験システムを構成し、予備実験を完了した。3.上記の並列選択・出力機能を結合して、バイオ素子を構成した場合の動作を計算機上で模擬し、速度評価を行った。この結果、10mum程度に集積化されたバイオ素子によるリング・オシレータは、約30msの周期で発振することが明らかになった。今後は、配線によらない超並列演算が、全体のアーキテクチャに対してどの程度の効果を有するかということについて、定量的に評価していく必要があると考えられる。

This study was conducted to evaluate the performance of the base station without wiring. 1. The function of a molecule is to recognize a matrix molecule in solution, and the function of a molecule is to release molecular information. The function of parallel selection is to immobilize a plurality of enzymes on the surface and to provide multi-enzyme support. In this study, we successfully tried to immobilize three enzymes in the presence of different enzymes. The process, multi-enzyme substrate, matrix concentration in solution, and linear addition characteristics are easy to realize. In the future, it is important to reflect the molecular dispersion and reaction process of the molecule. 2. A formula and a list of factors related to the regulation of enzyme activity and the regulation of substance production by electrical signals are essential. Immobilization of enzymes is essential for the preparation of special conductive polymer films. The concentration of the second substrate in the enzyme reaction system is regulated by the normal electrode reaction. The enzyme can be immobilized in platinum electrode system, and the preparation process is completed. 3. In addition, the function of parallel selection and output is combined with the function of speed evaluation on the computer. The result is a 10-mum concentration of light and light with a period of about 30 ms In the future, the allocation of lines will exceed the parallel calculation, and all the results of the allocation of lines will be evaluated quantitatively.

项目成果

T.Aoki: "Dreams for new-divice-based superchips-From transistor to enzymes-" Proc.of the 23rd IEEE Int'l Symp.on Multiple-Valued Logic. 140-149 (1993)

T.Aoki：“基于新型器件的超级芯片的梦想 - 从晶体管到酶 -”第 23 届 IEEE 国际多值逻辑研讨会论文集。

T.Aoki: "Biocomputing system with no wiring" Proc.of the 1993 Int'l Symp.on Nonlinear Theory and Its Applications. 1. 211-216 (1993)

T.Aoki：“无布线的生物计算系统”1993 年国际研讨会非线性理论及其应用程序。