(57)【要約】【課題】タンパク質モータを用いた新規信号変換素子を提供する。【解決手段】可動部材（１）と連結した第１の基板（２）と、前記第１の基板と対向する第２の基板（３）と、前記第１の基板に固定された第１のタンパク質モータ群（４）と、前記第２の基板に固定された第２のタンパク質モータ群（５）と、前記第１のタンパク質モータ群のいずれかのタンパク質モータと、前記第２のタンパク質モータ群のいずれかのタンパク質モータとを連結するタンパク質フィラメント（６）とを具備する信号変換素子。【選択図】　図２
2004109695.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動部材と連結した第１の基板と、
前記第１の基板と対向する第２の基板と、
前記第１の基板に固定された第１のタンパク質モータ群と、
前記第２の基板に固定された第２のタンパク質モータ群と、
前記第１のタンパク質モータ群のいずれかのタンパク質モータと、前記第２のタンパク質モータ群のいずれかのタンパク質モータとを連結するタンパク質フィラメントと、
を具備する信号変換素子。
【請求項２】
更に、前記タンパク質モータの素子環境を制御することにより信号変換素子の機能を制御する素子環境制御手段を具備する請求項１に記載の信号変換素子。
【請求項３】
更に、前記第２の基板の位置を測定する基板位置測定手段と、
前記基板位置測定手段により測定された前記第２の基板の位置に関する情報を電気信号に変換する電気信号変換手段と、
を具備する請求項１又は請求項２に記載の信号変換素子。
【請求項４】
可動部材と連結した第１の基板と、
前記第１の基板と対向する第２の基板と、
前記第１の基板および前記第２の基板に固定されたタンパク質フィラメントと、
前記第１の基板および前記第２の基板の間に存在するタンパク質モータ群と、
前記タンパク質モータの素子環境を制御することにより信号変換素子の機能を制御する素子環境制御手段と、
前記第２の基板の位置を測定する基板位置測定手段と、
前記基板位置測定手段により測定された前記第２の基板の位置に関する情報を電気信号に変換する電気信号変換手段と、
を具備する信号変換素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タンパク質モータを用いた信号変換素子に関する。より詳細には、タンパク質モータの「動き」を制御し、その「動き」により入力信号の変換・変調などを行なう信号変換素子に関する。
【０００２】
【従来技術】
生物には、自己修復、自己複製、学習、記憶など人工機械には真似のできない能力がある。この能力の基礎となるのは、「超分子」と呼ばれるナノメートルサイズの生体分子の集合体である。
【０００３】
生体内における機能のひとつとして「動き」が挙げられる。例えば、大型動物は、筋肉を収縮させ四肢を動かす。また、微小な生物には、繊毛や鞭毛を動かし、水中を泳ぐものもある。これらの動きを発生するものは、「タンパク質モータ」と呼ばれるタンパク質である。そして、このタンパク質モータが複数集まり、動きを作り出しているのである。
【０００４】
一般に、タンパク質モータは、ＡＴＰ（アデノシン三リン酸）を加水分解し、そこから得られるエネルギーを使ってタンパク質フィラメントとの間で滑り運動を行うことが知られている。
【０００５】
また、タンパク質モータの配向吸着について研究が進められ、タンパク質モータをＰＴＦＥ薄膜上に規則正しく配列させる方法が知られている（例えば、非特許文献１）。そして、タンパク質モータによってフィラメントが一定方向に運動することが確認されている。
【０００６】
また、生体外でタンパク質モータを利用してタンパク質フィラメントを一定方向に移動させる技術も知られている（例えば、非特許文献２）。
【０００７】
【非特許文献１】
Ｊｐｎ．　Ｊ．　Ａｐｐｌ．　Ｐｈｙｓ．　Ｖｏｌ．　３４　（１９９５）　ｐｐ．　３９３７−３９４１
【非特許文献２】
Ｂｉｏｐｈｙｓ．　Ｊ．　Ｖｏｌ．　８１　（２００１）　ｐｐ．　１５５５−１５６１
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、タンパク質モータの機能を用いた新規信号変換素子を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、以下の発明によって解決される。
（１）可動部材と連結した第１の基板と、前記第１の基板と対向する第２の基板と、前記第１の基板に固定された第１のタンパク質モータ群と、前記第２の基板に固定された第２のタンパク質モータ群と、前記第１のタンパク質モータ群のいずれかのタンパク質モータと、前記第２のタンパク質モータ群のいずれかのタンパク質モータとを連結するタンパク質フィラメントとを具備する信号変換素子。
（２）更に、前記タンパク質モータの素子環境を制御することにより信号変換素子の機能を制御する素子環境制御手段を具備する上記（１）に記載の信号変換素子。
【００１０】
（３）更に、前記第２の基板の位置を測定する基板位置測定手段と、
前記基板位置測定手段により測定された前記第２の基板の位置に関する情報を電気信号に変換する電気信号変換手段とを具備する上記（１）又は（２）に記載の信号変換素子。
【００１１】
（４）可動部材と連結した第１の基板と、前記第１の基板と対向する第２の基板と、前記第１の基板および前記第２の基板に固定されたタンパク質フィラメントと、前記第１の基板および前記第２の基板の間に存在するタンパク質モータ群と、前記タンパク質モータの素子環境を制御することにより信号変換素子の機能を制御する素子環境制御手段と、前記第２の基板の位置を測定する基板位置測定手段と、前記基板位置測定手段により測定された前記第２の基板の位置に関する情報を電気信号に変換する電気信号変換手段とを具備する信号変換素子。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明の信号変換素子の一例の概略図を示す。図１（ａ）に、第１の基板と第２の基板との間の概要を示す。図１（ａ）に示されるように、本発明のひとつの実施形態である信号変換素子は、可動部材（１）と連結した第１の基板（２）と、前記第１の基板と対向する第２の基板（３）と、前記第１の基板に固定された第１のタンパク質モータ群（４）と、前記第２の基板に固定された第２のタンパク質モータ群（５）と、前記第１のタンパク質モータ群のいずれかのタンパク質モータと、前記第２のタンパク質モータ群のいずれかのタンパク質モータとを連結するタンパク質フィラメント（６）とを具備する。
本発明の信号変換素子は、このような構成を備えることにより、可動部材に伝えられた信号を第２の基板の振動などに関する情報として伝達できる。さらには、本発明の信号変換素子の環境を制御することで、様々な機能を持ちその機能を制御できる信号変換素子を提供できる。
【００１３】
なお、第２の基板（３）の位置を測定する基板位置測定手段としての光学的センサ（７）と、基板位置測定手段により測定された前記第２の基板（３）の位置に関する情報を電気信号に変換する図示しない電気信号変換手段とをさらに備えた信号変換素子は、第２の基板（３）の位置に関する情報を電気信号として出力できる。
基板位置測定手段は、例えば図１の基板測定部分（７）における第２の基板の変位を測定する。
【００１４】
また、本発明の信号変換素子の別の例を図１（ｂ）に示す。可動部材と連結した第１の基板と、前記第１の基板と対向する第２の基板と、前記第１の基板および前記第２の基板に固定されたタンパク質フィラメントと、前記第１の基板および前記第２の基板の間に存在するタンパク質モータ群とからなるものが挙げられる。好ましくは、更に、前記タンパク質モータの素子環境を制御することにより信号変換素子の機能を制御する素子環境制御手段と、前記第２の基板の位置を測定する基板位置測定手段と、前記基板位置測定手段により測定された前記第２の基板の位置に関する情報を電気信号に変換する電気信号変換手段とを具備するものである。
以下、本発明の要素などを説明する。
【００１５】
（基板）
基板の材質としては、ガラス、表面に樹脂薄膜を有するガラス、樹脂、表面に樹脂薄膜を有する金属などが挙げられる。基板に用いる樹脂としては、ＰＴＦＥ（テフロン（登録商標））、ＦＥＰ、ＰＦＡ、ＰＣＦＥ、ＥＴＦＥ、シリコン、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）などが挙げられるが、これに限定されるものではなく公知の樹脂を用いることができる。
また、基板の形状としては、特に限定されるものではないが、図１のように略直線状のものや、図２に示されるようにくし状となっているものが挙げられる。
【００１６】
図２に記載された本発明の信号変換素子の例について説明する。図２には明示されていないが、２つの基板（２）、（３）のそれぞれのくしの間には、例えば図１（ａ）又は図１（ｂ）と同様に、タンパク質モータ群とタンパク質フィラメントとが存在している。タンパク質モータの平均駆動力はわずかであるが、図２のようなくし状の基板を２つ用意し、それぞれのくしの歯の部分にタンパク質モータ群又はタンパク質フィラメントを一定方向に固定することによって、より大きな滑り力を得ることができるのである。
【００１７】
基板の大きさとしては、例えば、一辺の長さが、１００ナノメートル〜１ミリメートルのものが挙げあられ、好ましくは１００ナノメートル〜１００マイクロメートルであるが、タンパク質モータにより駆動することができれば特に限定されるものではない。
【００１８】
（可動部材）
可動部材（１）としては、例えば電圧などの電気信号を受けてその大きさが変化する圧電素子や、電気信号を受けて位置が変化する部材などが挙げられる。可動部材（１）と連結した第１の基板（２）は、可動部材と基板とが別々に設けられていてもよいし、可動部材と基板とが一体として成形されていてもよく、何らかの情報などを受けて移動可能なものであれば特に限定されるものではない。
可動部材の長さとしては、１０ナノメートル〜１ミリメートルが挙げられ、好ましくは１００ナノメートル〜１００マイクロメートルであるが、基板に変位をもたらすことができる大きさであれば特に限定されるものではない。
【００１９】
圧電素子としては、公知の圧電体を用いることができ、特に限定されるものではない。圧電体とは、外部から応力を加えられると、その応力に比例した大きさの分極（電圧）が生じ、また外部から電圧がかけられると、その電圧に比例した大きさのひずみが生ずるものをいう。圧電体としては、例えばバリウムチタンオキサイドやＰＺＴ、ＰＬＺＴなど公知の圧電体を、公知の組成において用いることができる。
【００２０】
（タンパク質モータ）
タンパク質モータとしては、ミオシン、キネシン、ダイニンが挙げられる。生体運動での分子素過程では共通したパターンが観察される。一種類のタンパク質分子が重合して、太さ数〜数十ナノメーターのフィラメントを形成し、このフィラメントと数十ナノメータの大きさのタンパク質モータとの間で滑り合いが生じ、運動を行う。この運動のエネルギー源は、生物共通のエネルギー通貨であるアデノシン三リン酸（ＡＴＰ）の高エネルギーリン酸結合である。タンパク質モータはＡＴＰ分子を加水分解しリン酸結合の化学エネルギーを得て、フィラメントとの間で滑り力を発生する。ミオシン−アクチンフィラメント、ダイニン−微小管、キネシン−微小管の３種の組み合わせが生体運動のほとんどを担っている。それぞれ前者がタンパク質モータで、後者がタンパク質フィラメントである。
【００２１】
ミオシンは、タンパク質フィラメントであるアクチンフィラメントに沿って方向性のある運動を行い、細胞内部の運動や筋肉の収縮を起す。ミオシンとしては、例えば骨格筋ミオシンなどが挙げられるが、特に限定されるものではない。
【００２２】
キネシンは、細胞小器官を微小管に沿って移動させるタンパク質モータである（Ｈｉｒｏｋａｗａ，Ｎ．　Ｓｃｉｅｎｃｅ　２７９，　５１９−５２６，　１９９８）。細胞内小器官の輸送を行うキネシンは、２つの重鎖と数個の軽鎖と中間鎖からできていて、それぞれの重鎖は配列の保存された球状のＡＴＰ結合頭部と棒状の尾部でできている。頭部ドメインは、微小管結合能とＡＴＰアーゼ活性を持つモータユニットであり、尾部は特定の細胞成分と結合し、輸送するものの種類を決めている。
【００２３】
ダイニンは微小管に沿って運動するタンパク質モータであり、細胞小器官の輸送を行なったり、鞭毛や繊毛の波打ち運動を作り出す（ＤｉＢｅｌｌａ，　Ｌ．Ｍ．，　＆　Ｋｉｎｇ，　Ｓ．Ｍ．，　Ｉｎｔｌ．　Ｒｅｖ．　Ｃｙｔｏｌ．，　２１０，２２７−２６８，２００１）。ダイニンは数種の重鎖と中間鎖、軽鎖からなる。ダイニンには球状の頭部が１つ以上存在し、それぞれの頭部にＡＴＰ加水分解活性があり、微小管との結合部位がある。力学測定から、ダイニンは鞭毛運動の原動力としての単純な力発生器ではなく、力の出力調節機能をも兼ねていると考えられる。
【００２４】
タンパク質モータ一分子の力は、後述の実験例１にあるように平均数ｐＮ（１−１０ｐＮ）である。したがって、本発明の信号変換素子においては、タンパク質モータの力を考慮し、複数のタンパク質モータを例えば複数列に整列させて用いることが好ましい。また、本発明の信号変換素子一つあたりに要求されるタンパク質モータの数は、そのタンパク質モータの種類や、信号変換素子の可動基板の弾性係数などにもよるが、少なくとも千〜１０万個以上用いられていることが好ましく、好ましくは１万〜１億個の範囲が挙げられる。
【００２５】
（タンパク質フィラメント）
本発明においては、タンパク質フィラメントとして、アクチン、微小管などを用いることができる。
アクチンとしては、例えば、ウサギの骨格筋のアクチンフィラメントなどが挙げられるが、特に限定されるものではない。
ウサギの骨格筋からのアクチンの調整方法としては例えば、Ｐａｒｄｅｅ　＆　Ｓｐｕｄｉｃｈ、Ｍｅｔｈｏｄ．　Ｅｎｚｙｍｏｌ．８５：１６４−１８１（１９８２）に記載の方法が挙げられる。またミオシンＩＩ（Ｍｙｏｓｉｎ　ＩＩ）のウサギの骨格筋からの精製方法としてはＭａｒｇｏｓｓｉａｎ　＆　　Ｌｏｗｅｙ、Ｍｅｔｈｏｄ．　Ｅｎｚｙｍｏｌ．　８５，　５５−７１　（１９８２）に記載の方法が挙げられる。
【００２６】
微小管としては、特に限定されるものではなく、公知の微小管を用いることができる。微小管は、アルファーチューブリンとベーターチューブリン各１分子から成るヘテロ二量体を基本単位として重合したすべての真核生物に存在する細胞内構造体であり、通常１３本のプロトフィラメントからなる管状構造をもつ。細胞内の微小管の重合は、微小管末端のチューブリンに結合したグアニンヌクレオチドの加水分解反応に支配されており、この動的不安定性（微小管ダイナミクス）が、有糸分裂、鞭毛・せん毛運動、オルガネラの輸送、分泌機能、細胞骨格形成、生体膜機能などの多岐にわたり中枢的な機能を果たす上で重要であることが知られている〔Ａｎｎｕａｌ　Ｒｅｖｅｉｗ　ｏｆ　Ｃｅｌｌ　Ｂｉｏｌｏｇｙ、７、９３（１９９１）；　Ａｎｎｕａｌ　Ｒｅｖｉｅｗ　ｏｆ　Ｂｉｏｐｈｙｓｉｃｓ　ａｎｄ　Ｂｉｏｍｏｌｅｃｕｌａｒ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ、２１、１４５−１６６（１９９２）〕。
【００２７】
（基板位置測定手段）
基板位置測定手段としては、例えば、ＣＣＤカメラ、２分割フォトダイオードなどが挙げられるが、第２の基板（３）の変位を測定することができるものであれば、特に限定されるものではない。
【００２８】
（電気信号変換手段）
電気信号変換手段としては、前記基板位置測定手段によって測定された基板の変異に関する情報を電流や、電圧など電気信号に変えることができるものであれば、特に限定されるものではなく、通常のＣＣＤカメラに接続されている電気信号変換手段など、公知の電気信号変換手段を用いることができる。
【００２９】
（素子環境）
本発明の信号変換素子は、タンパク質を用いているので、そのタンパク質が置かれている環境を整えることが好ましい。
素子環境としては、例えばタンパク質を緩衝液で浸すことが挙げられる。緩衝液としては、例えば、２５ｍＭの塩酸イミダゾール（ｐＨ７．４）と、２５ｍＭの塩化カリウムと、４ｍＭの塩化マグネシウムと、１ｍＭのエチレングリコール−ビス−（２−アミノエチルエーテル）−Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−４酢酸（ＥＧＴＡ）と、１０ｍＭのジチオスレイトール（ＤＴＴ：ｄｉｔｈｉｏｔｈｒｅｉｔｏｌ）からなる溶液が挙げられる。
【００３０】
（素子環境制御手段）
タンパク質モータが軟体動物平滑筋ミオシンである場合、ミオシンはカルシウムにより直接その活性の制御を受けることが知られている。したがって、信号変換素子に加えられるカルシウムの濃度を制御することにより素子動作環境を制御することができる。より具体的には、本発明の信号変換素子にカルシウムを含んだ溶液を供給するカルシウム供給手段を設け、素子動作環境を制御することが挙げられる。制御されるカルシウムの量としては、ミオシンの量などにもよるが、予めカルシウム濃度とミオシンの運動関係を調べておき、最も好ましいカルシウム濃度を中心として制御する。ＥＧＴＡ−カルシウム緩衝液を用いてカルシウム濃度を１０−８　−　１０−４　Ｍの範囲で制御すればよい。
【００３１】
また、タンパク質モータが、タンパク質フィラメント上を滑るためには、ＡＴＰが必要とされる。そこで、ＡＴＰ量を制御することにより素子環境を制御することができる。より具体的には、本発明の信号変換素子にＡＴＰを含んだ溶液を供給するＡＴＰ供給手段を設け、素子環境を制御することが挙げられる。ＡＴＰの量も上記カルシウムの量と同様にして制御することができる。また、具体的な制御方法としては、例えばＡＴＰを全く与えない状態と、十分にＡＴＰを与えた状態とによりタンパク質モータの挙動を制御することなどが挙げられる。タンパク質モータが動くためには上述のようにＡＴＰを必要とする。したがって、ＡＴＰが全く存在しなければ、タンパク質モータは動かないことになる。本発明の信号変換素子にＡＴＰが供給されていない状態では、本発明の可動部材が変位し、第１の基板が変位したとしても、その変位は本発明の特徴である非線型フィルタリングを受けることなく第２の基板に線形変位を与えるにすぎないこととなる。ただし、１〜１０００マイクロＭの範囲でＡＴＰを制御することが好ましく、より好ましいＡＴＰの範囲は１０マイクロＭ〜５００マイクロＭである。
【００３２】
また、温度によってもタンパク質モータの機能が変化する。したがって、素子環境制御手段としての温度制御手段によりタンパク質モータの温度環境を制御することにより本発明の信号変換素子の応答性を制御できる。一般に、１０℃程度の温度差があれば、タンパク質モータは２〜４倍の速度変化をもたらすことが知られている。すなわち、タンパク質モータの環境温度を変化させることで、タンパク質モータの動きを制御することができる。このような温度制御手段としては、例えば、本発明の信号変換素子に貼り付けられても良い発熱板などが挙げられる。なお、温度制御はタンパク質モータが変性しない範囲内で制御することが好ましい。
【００３３】
（固定化）
基板にタンパク質モータを固定化させる。基板にタンパク質モータを固定化させる方法としては、吸着、イオン結合、共有結合などが挙げられる。タンパク質モータを固定化担体に吸着させる方法としては、例えばＪｐｎ．　Ｊ．　Ａｐｐｌ．　Ｐｈｙｓ．　Ｖｏｌ．　３４　（１９９５）　ｐｐ．　３９３７−３９４１やＢｉｏｐｈｙｓ．　Ｊ．　７２，１９９７−２００１　（１９９７）に記載された方法を採用することができる。
【００３４】
ガラス表面に吸着したタンパク質モータによるタンパク質フィラメントの滑り運動について、ガラス表面にランダムな方向で吸着しているタンパク質モータのうち、タンパク質フィラメントの運動にとって最適な方向を持つタンパク質モータがタンパク質フィラメントと相互作用すると考えられる。この結果、タンパク質フィラメントは方向をランダムに変えながら滑り運動を起す。アクチンフィラメントや微小管などのフィラメント構造は重合する際に極性を持ち、この極性がタンパク質モータの滑り運動の方向を決めていると考えられる。実際、生体内ではいくつかのタンパク質モータは細胞内構造として規則正しく配列して存在しており、相互作用するタンパク質フィラメントの極性は一方向に決まっていて、効率的に機能するように配列されている。人工的な基板表面を作る際にタンパク質モータを配列すれば、効率的な運動と方向性とを作り出すことができる。
【００３５】
（作用）
以下、本発明の信号変換素子の機能について説明する。
タンパク質モータとタンパク質フィラメントとの相互作用は一種の粘弾性と考えられる。２枚の基板にそれぞれ固定化したタンパク質モータと、その２つのタンパク質モータと相互作用したタンパク質フィラメントがあったとする。
ここで、２枚の基板を相対速度Ｖ［ｌ／ｓ］で引っ張ると、タンパク質フィラメントは、結合時間ｔｏｎ　［ｓ］に相対速度Ｖをかけた距離だけ引き伸ばされる。タンパク質モータ結合のばね定数をｋとすると、引き伸ばされた際の、平均の抗力Ｆａｖｅは次の式で表すことができる。
【００３６】
【式】
Ｆａｖｅ＝−ｋ×ｔｏｎ×Ｖ
【００３７】
ここで、ｆを、反応サイクルにおいてタンパク質モータと、タンパク質フィラメントとが結合している時間の割合とすると、時間平均あたりの抗力Ｆは、次の式で表すことができる。
【００３８】
【式】
Ｆ＝−ｆ×ｋ×ｔｏｎ×Ｖ
【００３９】
上記式から分かるように、タンパク質モータとタンパク質フィラメントは、速度に比例した力を発生する粘性抵抗として作用する。上記式から、抗力Ｆは、様々な要因によって制御できることがわかる。例えば、タンパク質モータとタンパク質フィラメントの周囲の環境条件を制御すれば、反応サイクルにおいてタンパク質モータと、タンパク質フィラメントとが結合している時間の割合であるｆなどを制御することができる。すなわち、タンパク質モータとタンパク質フィラメントの周囲に存在する溶液中のＡＴＰ濃度などを制御するなど、上述の素子環境制御手段を用いることにより本発明の信号変換素子の機能を制御することができる。
【００４０】
（実験例１）
ダイニン１分子の力測定
レーザートラップを用いてタンパク質モータであるダイニン１分子の腕力を測定した（Ｓａｋａｋｉｂａｒａ，　ｅｔ　ａｌ．，　Ｎａｔｕｒｅ　４００，　５８６−５９０　（１９９９））。
ダイニン１分子を直径１マイクロメートルのポリスチレン微小粒子に吸着した。このとき、微小粒子に対するダイニンの混合比率を低くすることによって微小粒子あたり活性のあるダイニンが１分子以下となるような条件を見つけ、採用した。このような混合条件の下で観測された微小粒子の運動は単一分子のダイニンによる運動であると判断される。
この微小粒子をレーザートラップで捕捉し、微小管と接触させる。すると、ダイニン−微小管の相互作用が始まり、微小粒子の運動が観測される。
ダイニンは、レーザートラップに捕捉されているために移動距離に比例した力を受けている。ダイニンは微小管の上を滑りながら徐々に負荷を増し、負荷とダイニンの出す力がつりあったところで運動を停止した。ダイニンが微小管から離れると、レーザートラップによって移動距離０ナノメートルの捕捉中心まで引き戻された。
運動記録からダイニン１分子が発生した力を見積もると平均２ｐＮであった。
【００４１】
（実験例２）
巨視的レベルのばねによるタンパク質モータの力測定
弾性係数が１０−５０ｐＮ／μｍ程度のガラス微小針（長さ２００マイクロメータから１ｍｍ程度）をキネシンの発生する力でたわませ、発生する力に関する情報を得た（Ｓｈｉｒａｋａｗａ，　ｅｔ　ａｌ．，　Ｊ．　ｅｘｐ．　Ｂｉｏｌ．　１９８，　１８０９−１８１５　（１９９５））。キネシンをガラス微小針表面に吸着させて、ガラス基板上に固定した微小管の上を運動させた。その結果を、図５（ａ）に示す。図中、８（縦に走っている淡い線）は、微小管の束（実際にはウニ精子の鞭毛）であり、９（図の右から中央にかけて見える明るい白いもの）は、ガラス微小針であり、１０（図の左下の白いライン）は縮尺（２マイクロメートル）である。キネシンは、このガラス微小針の先端に吹き付けてあるが、大きさ１０−２０ｎｍであるから光学顕微鏡ではその実体を見ることができない。基板上の微小管にガラス微小針を近づけていくと、やがて相互作用が始まり、キネシンの力によって針がたわみ、５−２０ｐＮの力発生が確認できた。この針の変位量は０．１−５　μｍ程度であった。その結果を、図５（ｂ）に示す。図５（ｂ）中、力の変動のあるデータ１１はキネシンと微小管の相互作用のあるデータを表し、力の変動のないデータ１２は相互作用のなもののデータを表す。図５（ｂ）において、横軸は時間軸（５マスで２秒）を表し、縦軸はガラス微小針のたわみ量と弾性係数から計算した力（図の縮尺で力とたわみ量がそれぞれ１０ｐＮ、及び２５０ｎｍ）。この実験系は、基板に吸着させたタンパク質モータとタンパク質フィラメントを相互作用させることで巨視的レベルのばねを変形させることができることを示しており、本発明の実現可能性を明確に支持している。
【００４２】
（実施例１）
−変調・フィルター制御素子−
図４のフローチャート及び、図３の本発明の信号変換素子の概略図に従って、本発明の信号変換素子（変調・フィルター制御素子）について説明する。なお、図中Ｓはステップを表す。
まず、図３の変動部材（１）に複数の周波数を含む交流電気信号（ＯＮ）が入力される（Ｓ１０１）。
すると、変動部材が電気信号により変形し、その変形が第１の基板の変位をもたらす（Ｓ１０２）。変位の方向は、図３（ｂ）の矢印の方向（および、矢印とは逆の方向）である。
【００４３】
素子環境制御手段（例えばＡＴＰ量を制御する手段）に入力された情報によって特定周波数成分の通過が連続量の制御信号として判断される（Ｓ１０３）。この情報は、例えばＡＴＰの濃度を制御する情報となり、本発明の信号変換素子にＡＴＰが供給される。この結果、第２の基板には特定の周波数成分が伝播されず、第２の基板は変位しない。この結果、本発明の信号変換素子からは、入力信号に特定周波数帯域への非線型フィルターをかけた信号が、出力される。一方、本発明の信号変換素子に、例えばＡＴＰの供給がなされない場合は、第１の基板の変位情報が線形応答として第２の基板の変位へと直接伝達される（Ｓ１０４）。
【００４４】
第２の基板が変位すると（図３（ｂ））、基板測定位置に第２の基板の先端が移動するため、基板位置測定手段が第２の基板が変位したことを検出する（Ｓ１０５）。すると、測定された第２の基板の位置情報は、電気信号変換手段により電気信号に変換される（Ｓ１０６）。そして、電気信号変換手段により電気信号に変換された第２の基板の位置情報は、電気回路に出力される。このように、所定の条件に応じて本発明から出力される信号が変調・フィルター制御される。
【００４５】
（実施例２）
−デジタル素子−
図４のフォローチャート及び、図３の本発明の信号変換素子の概略図に従って、本発明の信号変換素子（デジタル素子）について説明する。なお、図中Ｓはステップを表す。
まず、図３の変動部材（１）に電気信号（ＯＮ）が入力される（Ｓ１０１）。
すると、変動部材が電気信号により変形し、その変形が第１の基板の変位をもたらす（Ｓ１０２）。変位の方向は、図３（ｂ）の矢印の方向（又は逆方向）である。
【００４６】
素子環境制御手段（例えばカルシウム量を制御する手段）が、入力された情報がＹＥＳかＮＯか判断する（Ｓ１０３）。この情報が、ＮＯの場合は、例えば本発明の信号変換素子にカルシウムが供給されない。この結果、第２の基板は変位しないので、本発明の信号変換素子は、信号変換なしという信号（０ＦＦ）が出力する。一方、この情報がＹＥＳの場合は、第１の基板の変位が第２の基板の変位へと伝達される（Ｓ１０４）。
【００４７】
第２の基板が変位すると（図３（ｂ））、基板測定位置に第２の基板の先端が移動するため、基板位置測定手段が第２の基板が変位したことを検出する（Ｓ１０５）。すると、測定された第２の基板の位置情報は、電気信号変換手段により電気信号に変換される（Ｓ１０６）。そして、電気信号変換手段により電気信号に変換された第２の基板の位置情報は、変位ありという信号（ＯＮ）として電気回路に出力される。このように、所定の条件に応じて本発明から出力される信号が制御される。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によれば、タンパク質モータを用いた新規信号変換素子を提供できる。
これらの信号変換素子は、例えば、変調・フィルター素子や、モジュールなどとして利用することができる。さらには、これらの信号変換素子を、例えばオートマトンなどを利用してコンピュータを設計することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の信号変換素子の一例を示す概略図である。
【図２】図２は、本発明の信号変換素子の一例を示す概略図である。
【図３】図３は、本発明の信号変換素子の一例を示す概略図である。
【図４】図４は、本発明の信号変換素子の作用の一例を示すフローチャートである。
【図５】図５（ａ）は、キネシンをガラス微小針に吸着させて、ガラス基板面に固定した微小管の上を運動させた際の図面に代わる光学顕微鏡写真である。図５（ｂ）は、キネシンと微小管の相互作用を観測した図である。
【符号の説明】
１　可動部材
２　第１の基板
３　第２の基板
４　第１のタンパク質モータ
５　第２のタンパク質モータ
６　タンパク質フィラメント
７　基板検出位置
８　微小管の束
９　ガラス微小針
１０　縮尺（２マイクロメートル）
１１　キネシンと微小管の相互作用のあるデータ
１２　キネシンと微小管の相互作用のないデータ
【図１】
2004109695.tif 000003
【図２】
2004109695.tif 000004
【図３】
2004109695.tif 000005
【図４】
2004109695.tif 000006
【図５】
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