80年代初，有人提出了生物元件的构想，以此为契机，生物电子工程开始受到社会的重视，并被列为新的研究领域。生物电子学作为开拓21世纪的尖端技术而寄予极大的希望。但是，生物电子学的研究只是刚刚起步，研究区域也未定论。
生物电子学是指生物科学及生物技术或生物工程和电子学的融合。其相关区域并非仅局限于此，若以广范围的相关区域为基体，将会出现多种多样的分枝。生物电池、生物能量转换体系、生物传感器、人工神经、人工感觉器官、神经器件、生物元件、生物计算机等一系列器件是研究的目标，并能模拟脑功能。
由于生物学和电子学体系的相互作用而派生出种种新现象、新概念，如酶功能、细胞功能的电子控制等，这意味着生物学和电子学之间已经互相沟通。
以上只是生物电子学中的一部分内容，今后还将拓展新的内容，使生物电子学不断发展。
分子元件、生物元件的构筑
生物电子学是从生物学和电子学的相互作用中延伸出来的。电子学以半导体材料为基础，并不断发展，由于半导体工艺技术和电流的控制技术临近极限，因此提出了利用分子，即分子电子元件及生物电子元件的设想。
70年代中叶提出了以分子作电子元件的基本结构要素。为在分子内分布电子，设想以分子作元件的基本要素构筑元件。艾维拉姆（Aviram）提出了在一分子内设计带有电子供给区、绝缘区、电子受体区的结构，形成分子整流元件的方案（图1）。其后，莫兹哥（Metzger）等试企图合成艾维拉姆所提出的结构分子以探索元件功能，但未成功。其原因是由于排列分子、存取分子的分子操作技术及分子的特性评价技术等尚未开发。
从各个角度对分子（电子）元件进行了分子设计。卡尔特（Carter）提出了以孤立子传导为基础，在分子内带三个端子的元件结构，但他的设计思想中存有许多疑点，无法进行合成试验，即使能实现此结构，对三个端子各自的通道也未找到具体的对策。
光合成的光激发过程中的分子构筑对分子元件设计起着重要作用。目前已知光合成菌的光化学反应中心的分子排列状态和随光激发产生的电子转移速度。光反应中心部位拟比作高效率的光电二极管，电子从集光叶绿素（D'）移向（D），然后经光激发，电子移向分子电线（wire）部分W1， W2，及至受体分子（A），这时，D-W1-W2-A具有光电二极管的功能。顺向的电子转移速度是皮可秒（10-12）级的，逆向则显现了由纳秒控制成毫秒的D，W1，W2，A分子的能量关系以及分子间距和分子取向。
以光合成的反应中心作模型，设计了在一分子内带光激发分子（D）、增感分子（S）、电子受体（A）的结构（图2）。这称之为“三点荧光组分子”，此外还有各种分子设计的提案。日本的藤平等合成了D-S-A分子，用LB膜法在电极表面形成分子膜，经光电流测定表明，D-S-A分子被光激发后，电子能单向移动。
最近，艾维拉姆报告了可利用隧道扫描显微镜（STM）访问分子元件结构中的分子。海梅洛夫（Hameroff）提出了利用STM的分子操作法，这一系列开拓分子元件新局面的试验受到关注。
分子膜技术
开发分子取向、排列技术是构筑分子元件、生物元件的重要课题。虽有利用STM操作单分子的提案，但要实现它，还有许多必须解决的问题，因此开发这种新方法的试验更显日益重要。
在单分子操作困难的状况下，分子集合体的操作技术、排列控制的分子膜制作技术及这些分子集合体系的特性评价是重要的基础技术。自指出LB膜对构筑分子元件、生物元件的有效性以来，对LB膜的研究日趋扩大（图3），对此已有许多综述和评论。
与生物元件相关的最重要的分子膜技术是生物分子，特别是蛋白质的分子膜制作技术。但是在蛋白质的LB膜制作中，存在蛋白质表面失活，界面展开膜制作困难等问题。
制作蛋白质LB膜的方法有四种：1）蛋白质分子包结磷脂膜；2）蛋白质分子的二维结晶3）蛋白质分子的化学修饰；4）蛋白质分子展开膜的交联。用吸附法使磷脂的LB膜吸入蛋白质的方法可在温和的条件下进行，因是以磷脂的LB膜为基础，故可制作稳定的LB膜。
日本的相泽等提出了以蛋白质LB膜为基体，构筑蛋白质分子膜的方法，在水面铺开牛血清蛋白质，测定表面压（x）－分子占有面积（A）曲线，得到典型的x－A曲线。但当压缩展开膜、固定屏障时，表面压慢慢减小，此时、对基础液添加戊二醛类的交联剂，则表面压成恒定的。BSA分子之间的交联若继续进行，单分子展开膜即被固定。若将其移至基片，则可得稳定的LB膜（图4）。以BSA的LB膜作基底，并通过利用抗原体反应等，就可实现构筑功能蛋白质分子膜。
分子接口
在蛋白质分子膜构成的生物元件中，控制电子转移是很重要的。尤其是当蛋白质分子膜和金属或半导体等电子导电体形成接触界面后，此界面的电子转移就难以进行，因为蛋白质分子的电子转移大多是在分子内的特定部位局部进行的，相泽指出了构筑接触界面电子转移接口的重要性，并称之为分子接口（图5）。
图6是适用于氧化还原酶的分子接口例。第一种是电子介体，蛋白质在电子转移点和电子导电体之间移动，输送电子。海勒（Heller）提出了蛋白质与电子介质共价结合，通过分子内的隧道传导，使电子从分子内的电子转移部位移向分子外的构想。第二种是电子启动子。电子启动子本身不输送电子，但能保持蛋白质结构，使电子转移顺利进行。第三种是利用分子导线的方法。导电性高分子能发挥分子导线的功能，因此设想以这些分子导线直接连接蛋白质的电子转移部位和电子导电体。目前适用的方法是电子导电体表面单分子层吸附氧化还原酶，其后与吡咯水溶液接触，进行定位电解氧化聚合，并以聚吡咯链固定酶分子，这种膜因能保持酶活性，且显示导电性而称之为导电性酶膜。
非常巧妙地利用了蛋白质分子功能的生物元件是生物传感器。生物传感器是由以蛋白质为主体的分子识别部位和信号转换部位构成的。显示分子识别功能的蛋白质可使用酶、结合蛋白质、抗体或受体等。利用酶的分子识别机能的生物传感器称酶传感器，酶可将识别测定对象而产生的变化转换成电信号。目前的酶传感器是可在信号转换部位检测随酶反应而起的物质变化、热变化、光学变化、氢离子浓度变化等的结构，已报告的许多酶传感器几乎都是用上述方式构成的。这些是基于酶反应生成物的间接方式。但由于氧化还原酶的反应伴有电子转移，故通过直接检测这种电子转移，即可实现这一方式，即酶直接与分子识别产生的电子导电体接续。
卡斯（Cass）以二茂铁衍生物作电子介体，并设计葡糖氧化酶（GOD）和硼酸碳电极可产生电子转移，制作了不依赖溶氧（溶解在液体中的氧）的葡萄糖传感器（图7）。此外还有利用电荷转移络合物的有机电极，直接进行god的电子转移。还有人提出利用导电性酶膜，测定伴随GOD的分子识别产生的电子转移的方式。以上试验表明了蛋白质分子作为元件的结构要素，蛋白质的分子功能直接和导电体的电子功能结合，形成生物元件的可行性。
酶或抗体膜的制作技术是生物传感器的基础技术，原有的酶或抗体固化技术虽也适用于生物传感器，但原有技术未必适合于生物传感器的制作程序，特别是微制作，必须开发新工艺、新技术。
对酶传感器，已开发了显微生产法。第一种是利用光致抗蚀膜的平版印刷技术的方法。第二种是利用柏黑电镀技术的方法，第三种是电解聚合法，利用这些方法，可便利地制作数μm ~ 数+μm的微型梅传感器。
人工感觉
感觉的人工化是生物电子学的重要目标，人工感觉的目的旨在同时处理多重信息。这种人工感觉也可说是实现生物计算机的关键之一。
味觉、嗅觉都具备多重信息同时处理的能力。这些感觉器官不仅仅对特定的物质有反应，而是能同时捕捉物质群，并从中选出有特征的重要信息的机构，由此可知，它们并非是仅响应特定物质的选择性高的生物传感器的集成化。因此，不仅要制作精致的信号感觉元件，还须有达到脑功能的巧妙的信息处理程序。
人工感觉制备的研究刚就绪。相泽提出了用LB法组织排列有萤光分子的分子膜，可同时处理多重信息的信号感觉系统。累积几种峰波不同的萤光分子，制作分子膜，分子膜的各层选择不同的萤光分子以响应不同的分子类群。大多数的分子类与此膜接触后，萤光分子的萤光特性发生变化，由于波长不同，故可同时测定分子膜各层的萤光变化，通过识别萤光特性变化的图谱，即可实现同时处理多重分子情报。
人工突触
生物体内存在非常独特的信息传递体系，即分子通信系统，在一般的信息传递系统中，电子和电子是信息的传递房，但在分子通信中则是由分子传递信息。
分子通信不能在生物体外实现，也可说是生物固有的信息传递方式。分子通信体系是由信息分子和信息分子的发信、接收部位构成的，处于神经细胞接合部的突触是连接20 ~ 30 nm这一极短距离的分子通信系统。突触是神经线路网中最重要的郞位，现寄希望于实现能代替突触功能的器件。
相泽等向能取代突触前膜的器件挑战，研究出了利用脉冲传感器，可放出神经传递物的人工突触。人工突触的前膜部分尖端约制作50 μm大小。用聚四氯乙烯在包有绝缘膜的铂丝前端形成聚吡咯薄膜层。对铂部分加极小量的电压脉冲，就能立刻放出神经传递物质。做器件是非常困难的，但现正在不断地研究积累。
电控制细胞功能
神经细胞纵横生长，形成非常复杂的三维网络，实现神经网络正是生物计算机的目标之一。若能控制神经细胞的生长，就有可能控制神经网络的形成。因此神经细胞的培养和活细胞的接口都日趋重要。有人试在金属或半导体电极表面培养细胞，电控制细胞机能，虽然有电控制细胞的形态和增殖机能的可能性，然而发现由于电极表面覆盖着聚吡咯类的导电性高分子薄膜，细胞的电子效应因此而增幅。
最近，有关神经细胞的分化，又有了新的发现。神经生长促进因子对胎生期的知觉神经节、交感神经节的神经细胞有特殊作用，能促进其分化生长。在NGF共存下培养PC12细胞时，延生了神经纤维，并分化成神经细胞。在定位设定的电极上培养细胞，测定了由外加电场的NGF导致的分化促进，其结果发现，在0 ~ 0.4 Vvs. AgAgCl的外加电场下，PC12细胞的分化由于NGF而被促进，但成0.5 Vvs. AgAgCl时，分化受到抑制。这些事实意味着电控制神经细胞生长方向的可能性。
［化学工業（日）1989年2月］