酵素トランジスタに基づく集積化分子コンピューティングシステムに関する研究

基于酶晶体管的集成分子计算系统研究

• 批准号: 13780260
• 负责人: 平塚 眞彦
• 金额: $ 0.7万
• 依托单位: Sendai National College of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13780260/
• 关键词: 分子コンピューティング; 分子コンピュータ; 分子デバイス; バイオコンピュータ; バイオチップ; バイオ素子; 並列コンピューテイング; 並列コンピューティング

本研究では,本研究代表者が提案する基本素子モデル「酵素トランジスタ(Enzyme Transistor)」に関する基礎研究を行うことを目的とする.今年度は,酵素トランジスタに基づく無配線集積回路の検討(集積回路工学の観点から)を行った.電気化学およびマイクロ加工技術などを駆使することにより,酵素トランジスタモデルに基づく無配線集積回路が原理的に実現可能であることを明らかにした.まず,素子間の無配線通信の原理を実証する.酵素トランジスタを模擬するマイクロ電極をガラス基板上に集積化したチップ(マイクロ電極アレー)を試作した.ガラス基板上に白金蒸着によりミクロンオーダのマイクロ電極パターンを形成する.チップ上の微量溶液中に,可逆なレドックス分子(キノン/ヒドロキノン系)を情報担体とする分子情報伝達系を形成する.これにより,無配線通信の原理を確認することに成功した.次に,反応拡散場を利用した並列コンピューティングの原理を実験的に検証することを試みる.その第一段階として,可逆なレドックス分子(キノン/ヒドロキノン系)の生成・消滅を多数のマイクロ電極で制御することにより,目的に応じたプログラマブルな反応拡散場をチップ上の微量溶液に実現するための原理を確認した.マイクロ電極アレー上の個々の電極は,計算機上にプログラムされた非線形関数によって制御する.これにより,各種の非線形ダイナミクス(例えば興奮性ダイナミクス等)を定性的に再現する反応拡散場を創出することにはじめて成功した.

This study is based on the proposal of the representative of this study,"Enzyme Transistor", which is related to basic research. This year, a discussion on the basic design of gridless integrated circuits for enzymes (highlights of integrated circuit engineering) will be held. Electrochemistry and chemical processing technology can be applied to the realization of the principle of wire-free integrated circuits. The principle of wireless communication between elements is demonstrated. The enzyme is concentrated on the substrate. Platinum vapor deposition on a substrate is carried out to form an electrode. In a trace amount of solution on a chip, reversible Naredokos molecules (Kenon/Naredokenon systems) serve as information carriers and molecular information transmission systems are formed. The principle of wireless communication is confirmed. In the second place, the anti-dumping mechanism is used to test the principle of the anti-dumping mechanism. The principle of the formation and elimination of most reversible molecules in the first stage of the reaction is confirmed. The electrodes on the computer are not linear. This is because all kinds of non-linear shapes (such as excitability, etc.) are qualitatively reproduced and successfully created.

项目成果

M.Hiratsuka, T.Aoki, T.Higuchi: "A model for biomolecular computing using enzyme transistors"Interdisciplinary Information Sciences. Vol.7No.2. 259-278 (2001)

M.Hiratsuka、T.Aoki、T.Higuchi：“使用酶晶体管的生物分子计算模型”跨学科信息科学。

M.Hiratsuka, T.Aoki, T.Higuchi: "A model of reaction-diffusion cellular automata for massively parallel molecular computing"Proceedings of the 31st IEEE International Symposium on Multiple-Valued Logic. 247-252 (2001)

M.Hiratsuka、T.Aoki、T.Higuchi：“用于大规模并行分子计算的反应扩散细胞自动机模型”第 31 届 IEEE 国际多值逻辑研讨会论文集。

M.Hiratsuka, H.Morimitsu, T.Aoki, T.Higuchi: "Toward molecular computing using artificial catalyst devices"Proceedings of 2002 International Symposium on New Paradigm VLSI Computing. 121-124 (2002)

M.Hiratsuka、H.Morimitsu、T.Aoki、T.Higuchi：“利用人工催化剂装置进行分子计算”2002 年新范式 VLSI 计算国际研讨会论文集。

M.Hiratsuka, H.Morimitsu, T.Aoki, T.Higuchi: "Active wave propagation in one-dimensional reaction-diffusion cellular automata"第14回 回路とシステム(軽井沢)ワークショップ論文集. 447-452 (2001)

M. Hiratsuka、H. Morimitsu、T. Aoki、T. Higuchi：“一维反应扩散细胞自动机中的主动波传播”第 14 届电路与系统（轻井泽）研讨会论文集 447-452 (2001)。

H.Morimitsu, M.Hiratsuka, T.Aoki, T.Higuchi: "Experimental observation of active wave propagation in reaction-diffusion cellular automata"Proceedings of 2001 International Symposium on Nonlinear Theory and its Applications. Vol.2. 517-520 (2001)

H.Morimitsu、M.Hiratsuka、T.Aoki、T.Higuchi：“反应扩散元胞自动机中主动波传播的实验观察”2001 年非线性理论及其应用国际研讨会论文集。