| 注：NAD（P）[＋]の[＋]は上つき文字 |
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| 口絵 |
| はしがき ⅰ |
| 翻訳者紹介 ⅱ |
| 原書執筆者リスト ⅲ |
| 序 1 |
| 1章 バイオエレクトロニクス─序論─ 3 |
| 2章 タンパク質を介する電子移動 15 |
| 2.1 電子エネルギーの特性 15 |
| 2.2 電子トンネル現象の理論 16 |
| 2.3 トンネル経路 17 |
| 2.4 結合により制限されたET（電子移動）速度と経路モデルの検証 19 |
| 2.5 多重トンネル経路モデル 23 |
| 2.6 タンパク質間電子移動：ドッキングとトンネル現象 27 |
| 2.7 電子移動の理論における新しい方向と実験 29 |
| 2.8 まとめ 30 |
| 3章 酸化還元酵素の電極上での再構成：機能化電極界面における電子移動の基礎とバイオセンサー・バイオ燃料電池への応用 33 |
| 3.1 序 33 |
| 3.2 再構成酸化還元タンパク質により機能化された電極 41 |
| 3.2.1 分子リレーシステム、またはポリマーリレーシステムを用いた再構成フラビン酵素電極 42 |
| 3.2.2 カーボンナノチューブあるいは導電性ポリマーワイヤ上での再構成によるフラビン酵素の電気接触 51 |
| 3.2.3 金属ナノ粒子を用いたフラビン酵素の電気接触 56 |
| 3.2.4 再構成キノンタンパク質から成る集積化電気接触電極 61 |
| 3.2.5 電気接触した再構成ヘムタンパク質 63 |
| 3.2.6 電極上でのde novoヘムタンパク質の再構成 65 |
| 3.3 補因子─酵素親和性複合体の表面上での架橋結合による酸化還元タンパク質の電気接触 68 |
| 3.3.1 集積化NAD（P）[＋]依存性酵素電極 70 |
| 3.3.2 集積化電気接触ヘムタンパク質電極 75 |
| 3.4 バイオ燃料電池設計のための再構成酵素電極 78 |
| 3.5 結論と展望 87 |
| 4章 電気的に接触した酵素のバイオセンサーへの応用 93 |
| 4.1 序文 93 |
| 4.2 バイオセンサー─バイオエレクトロニクスの先駆者 94 |
| 4.3 センサーアレイの小型化を通して─バイオチップ 97 |
| 4.4 バイオセンサーにおける電気的に接触した酵素へのルート 98 |
| 4.5 酵素電極の通常の応用 101 |
| 4.6 直接接触したタンパク質の応用研究 103 |
| 4.6.1 酸素由来ラジカルを検出するためのタンパク質電極 104 |
| 4.6.2 シトクロムP450─直接的な電気連絡が可能な酵素ファミリー 111 |
| 4.7 結論 117 |
| 5章 電気化学的DNAセンサー 121 |
| 5.1 序論 121 |
| 5.1.1 指示電極 122 |
| 5.1.2 電気化学的方法 122 |
| 5.2 核酸自身の持つ電気活性と核酸の標識 124 |
| 5.2.1 核酸構成要素の電気活性 124 |
| 5.2.2 非標識核酸の分析 125 |
| 5.2.3 核酸の電気活性標識 131 |
| 5.2.4 信号増幅 135 |
| 5.3 DNAおよびRNAのハイブリダイゼーション検出用センサー 135 |
| 5.3.1 DNAハイブリダイゼーション 136 |
| 5.3.2 DNAセンサーにおける電気化学的検出 136 |
| 5.3.3 単一表面技術（single-surface technique、SST） 136 |
| 5.3.4 二重表面技術（double-surface technique；DST） 148 |
| 5.3.5 DNAハイブリダイゼーションセンサーに関するまとめ 154 |
| 5.4 DNA損傷検出用センサー 154 |
| 5.4.1 DNA損傷 154 |
| 5.4.2 DNA損傷と電気化学的特性との関係 157 |
| 5.4.3 DNA損傷センサーとしてのDNA修飾電極 162 |
| 5.4.4 DNA鎖切断を検出するセンサー 163 |
| 5.4.5 DNA塩基に対する共有結合的損傷の検出 165 |
| 5.4.6 非共有結合的にDNAと相互作用する遺伝毒物 168 |
| 5.4.7 電気化学的に引き起こされるDNA損傷 171 |
| 5.4.8 電気化学的DNA損傷センサーの分析応用 172 |
| 5.4.9 DNA損傷センサーに関するまとめ 176 |
| 6章 表面に固定化した生体材料の一分子レベル探査：バイオエレクトロニクスに向けて 187 |
| 6.1 生体分子の吸着を制御する方法 188 |
| 6.2 吸着した生体分子を調べる方法 189 |
| 6.3 生体分子でパターン形成した表面 191 |
| 6.4 単一の生体分子をアドレッシングする試み 196 |
| 6.5 結論 200 |
| 7章 バイオエレクトロニクスセンサーのためのⅣ属半導体と生体分子とのインターフェース 204 |
| 7.1 序論 204 |
| 7.2 バイオエレクトロニクスにおける半導体基板 205 |
| 7.2.1 シリコン 205 |
| 7.2.2 ダイヤモンド 206 |
| 7.3 化学的な機能分子の付加 208 |
| 7.3.1 シリコン表面への生体分子の共有結合 208 |
| 7.3.2 DNAでコートされたシリコン表面上でのDNAのハイブリダイゼーション 211 |
| 7.3.3 ダイヤモンド表面へのDNAの共有結合と、ハイブリダイゼーション 213 |
| 7.4 DNAでコーティングされた材料表面の電気特性の解析 215 |
| 7.4.1 シリコン 215 |
| 7.4.2 DNAをコートされたダイヤモンド表面のインピーダンススぺクトロメトリー 219 |
| 7.5 抗原─抗体検出への展開 221 |
| 7.6 総括 223 |
| 8章 生体物質－ナノ粒子ハイブリッドシステムを用いたセンサーと電子デバイス 226 |
| 8.1 序論 226 |
| 8.2 生体分子─ナノ粒子システムの生物電気化学的応用 227 |
| 8.2.1 ナノ粒子─酵素ハイブリッドによる生物電気化学システム 227 |
| 8.2.2 ナノ粒子による生体認識現象のセンサーのための電気分析システム 231 |
| 8.3 電気触媒および生体電気触媒過程のトリガーと増強のための酸化還元機能化磁性粒子の応用 244 |
| 8.4 結論と展望 251 |
| 9章 DNAを鋳型としたエレクトロニクス 258 |
| 9.1 序論と背景 258 |
| 9.2 DNAを鋳型とするエレクトロニクス 259 |
| 9.3 DNAのメタル化 261 |
| 9.4 配列特異的分子リソグラフィー 264 |
| 9.5 DNA鋳型によるカーボンナノチューブ電界効果トランジスタの自己組織化 269 |
| 9.6 まとめと展望 273 |
| 10章 バイオエレクトロニクスのための一分子操作 279 |
| 10.1 一分子操作 279 |
| 10.1.1 ガラス微小針 281 |
| 10.1.2 レーザートラップ 281 |
| 10.1.3 ナノメートル計測の空間および時間分解能 282 |
| 10.1.4 分子糊（molecular glue） 282 |
| 10.1.5 微小針法とレーザートラップ法の比較 283 |
| 10.2 生体分子の機械的特性 283 |
| 10.2.1 タンパク質ポリマー 283 |
| 10.2.2 機械的に誘発される単一タンパク質分子のアンフォールディング 286 |
| 10.2.3 相互作用する分子 286 |
| 10.3 操作技術と分子モーター 289 |
| 10.3.1 アクチンフィラメントの操作 289 |
| 10.3.2 単一ミオシン分子の操作 291 |
| 10.3.3 ミオシンの単位ステップ 291 |
| 10.3.4 ステップサイズと非従来型（nonconventional）ミオシン 293 |
| 10.3.5 キネシンの操作 294 |
| 10.4 別のタイプの分子モーター 295 |
| 10.5 相互作用力の直接測定 295 |
| 10.5.1 正に荷電した表面間の静電力 296 |
| 10.5.2 ミオシンフィラメントの表面力特性 296 |
| 11章 分子オプトバイオエレクトロニクス 298 |
| 11.1 序論 298 |
| 11.2 電子伝達された酸化還元酵素による生体触媒反応の光化学スイッチ 299 |
| 11.2.1 光異性化分子で修飾した酸化還元酵素による生体触媒反応の電子伝達 301 |
| 11.2.2 光異性化コマンドインターフェースによる酸化還元酵素の相互作用による生体触媒反応の電子伝達 305 |
| 11.2.3 共有結合性光異性化分子による電子伝達メディエーターを用いた酸化還元酵素の生体触媒反応の電子伝達 310 |
| 11.3 光異性体インターフェースで電子的に変換された可逆的バイオアフィニティ相互作用 311 |
| 11.3.1 光異性化抗原に基づく可逆的な免疫センサー 313 |
| 11.3.2 生体触媒反応と同期したバイオアフィニティ認識現象による可逆的二相性スイッチ 317 |
| 11.4 生体触媒過程・生体認識過程の変換法としての光電流生成 319 |
| 11.4.1 光誘導電気伝達過程に同期した酵素─生体触媒反応 319 |
| 11.4.2 光誘導性電子移動過程に同期する生体認識現象 320 |
| 11.5 結論 322 |
| 12章 ニューロン・半導体インターフェース 326 |
| 12.1 序論 326 |
| 12.2 イオン・電子インターフェース 327 |
| 12.2.1 プレーナー型（平面型）コア－コート伝導体 330 |
| 12.2.2 細胞・シリコン接合の間隙 333 |
| 12.2.3 間隙のコンダクタンス 337 |
| 12.2.4 細胞・シリコン接合のイオンチャネル 345 |
| 12.3 ニューロン・シリコン回路 349 |
| 12.3.1 ニューロン活動のトランジスタ記録 349 |
| 12.3.2 ニューロン活動の容量性刺激 354 |
| 12.3.3 シリコンチップ上の二つのニューロン 359 |
| 12.3.4 明確な神経回路網へ向けて 364 |
| 12.4 脳・シリコンチップ 370 |
| 12.4.1 組織・シート伝導体 370 |
| 12.4.2 脳切片のトランジスタ記録 372 |
| 12.4.3 脳切片の容量性刺激 375 |
| 12.5 要約と展望 379 |
| 13章 S-layerタンパク質のバイオエレクトロニクスへの応用 382 |
| 13.1 序論 382 |
| 13.1.1 ナノテクノロジーへの応用 383 |
| 13.2 S-layerタンパク質とポリン 383 |
| 13.2.1 テーラーメードS-layerタンパク質層の構築原理 384 |
| 13.2.2 S-layerの化学修飾 387 |
| 13.2.3 非共有結合的な力による相互作用 388 |
| 13.3 複合型バイオエレクトロニクスシステムのために開発された実験法 389 |
| 13.3.1 電子顕微鏡 389 |
| 13.3.2 複合X線・中性子反射率測定法 389 |
| 13.3.3 タンパク質で機能的に修飾されたカンチレバーチップを用いた原子間力顕微鏡 390 |
| 13.3.4 走査型電気化学顕微鏡 391 |
| 13.4 S-layerタンパク質の表面加工への応用 391 |
| 13.4.1 透過性障壁としてのS-layerタンパク質 392 |
| 13.4.2 脂質インターフェースでのS-layerタンパク質 392 |
| 13.4.3 S-layer格子への超分子結合部位の導入 399 |
| 13.5 S-layerを用いた分子ナノテクノロジー 400 |
| 13.5.1 遠紫外線照射（DUV）によるS-layer格子のパターン形成 400 |
| 13.5.2 生体鋳型として、Bacillus sphaericus由来S-layerタンパク質で作った結晶化表面を持つ金と白金の超格子の、S-layerテンプレート設計による半導体と金属ナノ粒子の合成 402 |
| 13.5.3 S-layerで支持された白金ナノクラスターの生成 404 |
| 13.5.4 Bacillus sphaericus NCTC 9602由来のS-layerタンパク質により形成されるプロテインチューブの形成と選択的メタル化 406 |
| 13.5.5 S─layer／硫化カドミウムの超格子 407 |
| 13.6 S-layer格子への酵素の固定化と電気伝導（センサーへの応用） 408 |
| 13.6.1 S-layerとグルコースオキシダーゼによる電流測定バイオセンサー 408 |
| 13.6.2 S-layerとグルコースオキシダーゼに基づく光学バイオセンサー 409 |
| 13.7 結論 409 |
| 14章 核酸によるコンピューティング 413 |
| 14.1 序論 413 |
| 14.2 大規模並列処理アプローチ 414 |
| 14.2.1 Adlemanの初の実験 414 |
| 14.3 Seeman-Winfreeパラダイム：分子自己集合（分子自己組織化） 422 |
| 14.4 Rothemund-Shapiroパラダイム: 刺激状態マシン 427 |
| 14.5 コンピューティングにおける核酸触媒 430 |
| 14.6 結論 441 |
| 15章 結論と展望 444 |
| 索引 |
