结合生物工艺学与电子学的生物电子学、被称为时代的“明星”。它同神经科学与有机合成化学的发展领域有极大关系。但它是以什么为目标的科学？它的研究对象是什么呢？正像人类对人脑的研究一样，生物电子学的研究肯定会有不小的起伏。

计算机向人脑学习

生物电子学这门科学最近已经有些耳熟了，一般说来，它的研究范围是生物工艺学，或者笼统地说是生物学向电子学渗透交叉的新领域。这一新领域，特别在最近两三年内正在迅速引起人们的关切。这是首先由于电子学的要求，我们知道，当前半导体技术的发展目标是超微型、高集成化。我们可以想象，二十一世纪初，仅是蚀刻插座模子，目前正在使用的光和紫外线等精加工技术所产生的问题以及线路间发热等问题，将会与日俱增，以硅为中心的现代电子学的发展将面临它的极限，从而考虑一幅取代硅的蓝图，在根本解决种种问题的历程中是必不可少的。科学家作为第一方案提出的是用分子作为电子学的元件，这样，它的体积就一下子小得多了。当然不一定是一个分子制成一个元件、也可以考虑分子的集合体，但也有设想绝对地使用一个分子的。这样一来，硅和镓 · 砷等无机化合物无论如何都是困难重重了。因此，人们就寄希望于有机分子，并为此而正在发展有机合成技术，从而使当前“应用有机分子进行电子设计”的呼声甚嚣尘上了。

作为第二方案的探讨是，汲取某些生物机体的复杂而高效的机能。关于图像识别和平行处理等方面的信息处理，对目前的电子技术来说，已经是很花力气的事了，而我们的脑和神经系统却轻巧而出色地完成了任务。所以要把脑和神经系统的机能带进电子学的研究领域，即从电子学方面由于看到了发展极限而寄希望于生物机体。这种希望可以说是生物电子学受人瞩目的一个背景。

至于生物学方面，还有其他希望。生物工艺学应用了酶和微生物等的细胞，使迅速发展人工合成技术有了可能，目前正在投产的是抗生物质和激素等，其中之“最”是基因工程，它把EI的产品的设计图纸交给了基因，生产场地则借用了细胞，从而连啤不断而且方便地进行着生产。老实说，作为H的产品的分子等于就是完成生产的技术。所以这种工程不光是为了生产产品，而且重要的是为其他方面的应用另辟蹊径。

生物机体分子的信息功能

首先是有关利用信息的方法。生物机体所执行的机能，除了生产物质之外，就足变换和积累信息，也就是要利用信息的变换和积累方面的机能。

其次，对于生物机体分子，迄今认为材料不多。是不是由于薄弱呢，还是不太经久呢？不过，试以酶为例，结合膜与粒子等而成的适当单体，可以稳定地用处理固体的技术进行处理。这样，随着技术的进展，今后便可能作为材料，特别是作为有关电子学方面的材料来使用。

再就是脑和神经系统正以非常的势头在发展中，基因工程已经确立成为一种工程。接下来可以成立蛋白质工程。再下一步将是什么？推测起来，可能是脑神经工程了。这样，就是说脑与神经的结构将会给开发计算机以极大的启示。

这样进行尝试，即使从生物学方面说，当它进入电子学领域后，情况将会更加良好。所以说生物电子学目前轰动一时的背景应该从人们对生物学和电子学两者所寄予的希望进行领会。

分子电子学

一般说来，分子电子学是利用有机分了的特性制造具有新功能的元件。与此相对应的生物电子学，既然是利用生物机体的分子求作模型，制出新的功能元件，而且把生物机体系统的设计思想和算法顺序作为模型而加以利用。可以说，不仅制成了一个元件，而且完成了一个系统。因此两者的方向是完全相同的。一般地，也许还可以把分子电子学说成是：包含着很多以生物机体为模型的分子而涉及生物电子学的部分。

对于生物电子学，认为有广义与狭义之分。这种说法，未必妥当。也有人对分子电子学作广义的解释。但是，倒不如认为它们具有密切的相互关系和互为补充的不可分性。目前它们的方向是相同的，将来可能会有什么样的差别：可能从化学入手进行探索，也可能从生物学入手进行探索。例如，要制造以生物机体系统为模型的计算机，就少不掉需要这样的分子，于是对这种分子的研究就必不可少了。至于管它叫做生物电子学呢还是分子电子学呢？恐怕怎么叫都行。一个基本问题是兼有生物机体分子和有机分子的可能性，至于使用有机系的分子制作新的功能元件，两者是完全相同的。随着制造这种分子的技术逐渐发达，将使目的产物能够用人类双手制造出来的情况日趋普遍。

生物计算机

大有希望的目标之一是生物计算机，由于它可能发挥目前计算机所难于实现的图像识别之类的机能，在某种意义上说，生物计算机是类似人脑的工于思维的计算机。这确是一个宏大的目标。对此，可以这样认识：首先使用了现有元件系统，求作像对生体系那样的算法顺序的模型；其次用生体分子与合成的有机分子的分子元件，以及利用生体系的设计思想与计算顺序由生物元件制成的产品；再就是对脑和神经系统的利用，如果这种有效利用可能的话，就等于对人脑的借用。它的现实性姑且不谈，然而可能性是可以考虑的。

小型化的生物传感器

生物传感器也是目标之一。它是借鉴生物机体，特别是人体感觉器官处理信息，作为模型而制作的一种灵敏元件。凡与人体五官中视觉、听觉有关的物理信息，用无机材料便能制作高明的灵敏元件；与味觉嗅觉有关的化学信息的处理技术就比较落后了。化学信息是以分子为对象的，但它必须从众多的分子中找出特定的分子，那是非常麻烦的。

说具体些，氧、抗体、内分泌受容体等在生物机体中具有对物质识别能力的分子，以及把微生物作为受容体使用的能力。这些受容体与特定分子相结合所产生的变化，包括电信号的变换与特定物质量的测定。

生物传感器从十多年前开始研究以来，成了应用生物技术的电子元件中的第一号，已经达到商品化生产的规模。

生物机体有着极复杂的化学结构。为了详细识别化学物质的细分类并测出它们的量，对于了解生物体的结构是十分重要的。这一切都离不开酶。使用酶的生物传感器是了解生体结构的一大凭借。在基础医学方面，检测神经传递物质的生物传感器，虽则还难以把神经传递物质与激素区分开来，但表明两者都参与了生体内化学信息的传递，把化学信息转变为电信息。它充分意味着电子学的作用。所以应该考虑生物传感器这一类型的应用。

在生体中对复杂的化学反应起媒介作用的酶，选择名叫基质的特定物质参与特定反应，那是有赖于蛋白质酶的空间结构。基质分子插入蛋白质酶结构的空隙，结果分子受挠曲，由于不稳定而进行分解，引起种种反应。

催化作用的酶

把引起这种特定物质特定反应的酶粘附在有机物质的膜上，叫做“固定化”。在不同场合，酶分子是通过化学反应进行固定化的，有两种固定化方法：化学的有共有结合法与架桥法，物理的有包括法与吸着法。总之都使用了固定酶的膜。在研究室里，在半导体元件的尖端附着一层酶膜，可以小型化地进行研究工作，也可作为临床化学分析用的传感器。

生物传感器的半导体元件化，便于十分小型化，也能够结合其他电路，便于取得电信号，目前已在面临大量生产中。例如直径约十厘米的硅器件可以生产不知多少千个灵敏元件。如果价格低廉的话，还可以省却彻底清洗的功夫而予以舍弃，因为涂上测定液后，不适用的元件非彻底清洗就无法再用。

最后一个优点就是多功能化，检出尿素与葡萄糖的电解效应晶体管（FET）的集成化已告成功，它是对生体分子与半导体等现有电子元件的结合，已在各方面进行了若干试制。将来，就是要开发一种组合传感器，是结合在一个元件之中的多功能灵敏元件。

利用半导体技术进行酶的固定化

制作生物传感器的技术是半导体制造技术与酶的固定化技术的结合。由于酶是蛋白质，耐热性很小，在50 ~ 60摄氏度的温度中就逐渐丧失活性。与之相反，制作半导体，需要加热，也需用有机溶剂和酸进行清洗，于是，如何使两种技术并行不悖，却是一个问题。

多功能化的生物传感器在一个底板上分别由FET把不同的酶进行固定化。这种技术是日本东京工业大学固体电子工程学教授森泉丰荣等开发的。把感光性的有机膜完全张开，用照相平版印刷术进行抽选，对一部分有机膜用小型注射器注入酶固定化的材料和有机材料，同时还用集成电路的密封技术，使能高精度与自动化。但是酶的固定化也可能是酶的无序地附着在膜上，膜的厚度可能达几个微米，而酶的完全附着与否关系到元件的敏感度，膜的厚度又与反应速度有关。

这里认为它是酶分子十分整齐地排列而成的分子族，它在FET上面是不能固定化的。于是高感度、高速度而且感度和谐的生物传感器成功了。这种使用酶分子膜的生物传感器将是只此一家第一号的分子电子元件。

制作超薄型分子膜

尽管生物计算机目前还是“纸上谈兵”，但是使用有机分子的各种功能元件还是有希望的。诸如能够识别图像的元件啊，在存贮方面，正在利用光化学烧孔等分子集合系的性质，对要求迅速提高的记录密度进行试制等。眼前的目标倒不如可以说就在这里。这方面的研究，首先要使有机分子和生体分子超薄膜化。要说薄到什么程度，那就是只有一个分子那么薄，充其量也只能有几个分子相重叠那么厚，而且不光是要求薄，同样重要的是分子的整齐排列，这样的分子膜的制作是当前的一个重要课题。

撒切尔首相的旧业

把有机分子在水面上排列成一个分子厚度的单分子层，逐层累积就成'分子三明治'就是所谓的单分子累积腹，或者叫做LB膜。五十年来，它从表面化学领域向有机分子膜发展，应用于电子学领域。英国首相撒切尔夫人在牛津时代以化学家的身份发表了有关LB膜的论文，预言了这一研究的兴起。

LB膜利用分子中亲水性与疏水性两种不同性质，使用了兼备两种性质的分子。下一步的研究将是什么分子都可以的薄膜化方法，有机分子将要求更进一步的超薄膜化技术和对分子逐个处理的技术。此外，为制作功能元件之用的分子设计、像使用功能元件那样的生体分子的探索，甚至设计等一系列课题都在等待着进行研究。

[科学朝日（日），1985年5月号]