(57)【要約】例えば運動量、トポグラフィーおよび電子挙動のシステム特性を動的に制御するためにシステムにおける合成分子スプリングデバイスを使用すること。システムは、（ａ）合成分子スプリングデバイス、この場合、合成分子スプリングデバイスは、（ｉ）少なくとも１つの合成分子アセンブリーであって、それぞれが下記の構成成分を含む少なくとも１つの化学的ユニットを有することを特徴とする少なくとも１つの：（１）原子、（２）少なくとも１つの原子に錯化した錯形成基、（３）少なくとも１つの錯化した原子と可逆的に物理化学的にペアになった軸配位子、および（４）実質的に弾性な分子リンカー、および（ｉｉ）少なくとも１つの原子−軸配位子ペアに対して指向された活性化メカニズムを含む；ならびに（ｂ）合成分子アセンブリーにカップリングされた１つの選択されたユニット、およびシステム特性を示すことを含む。活性化メカニズムは、原子−軸配位子ペアを物理化学的に変化させるために、活性化シグナルを原子−軸配位子ペアに送り、それにより、実質的に弾性な分子リンカーの収縮線状立体配座状態と拡張線状立体配座状態との間におけるスプリングタイプの弾性可逆的な移行の少なくとも１回のサイクルを活性化させ、システム特性における動的に制御可能な変化を引き起こす。
2005534506.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
システム特性を動的に制御するためにシステムにおいて合成分子スプリングデバイスを使用する方法であって、以下の工程を含む方法：
（ａ）合成分子スプリングデバイスを提供する工程、この場合、合成分子スプリングデバイスは、
（ｉ）少なくとも１つの合成分子アセンブリー［それぞれの前記合成分子アセンブリーは、以下の構成成分を含む少なくとも１つの化学的ユニットまたは化学的モジュールを特徴とする：
（１）少なくとも１つの原子、
（２）前記少なくとも１つの原子の少なくとも１つに錯化した少なくとも１つの錯形成基、
（３）前記少なくとも１つの錯化した原子と可逆的に物理化学的にペアになった少なくとも１つの軸配位子、および
（４）本体部を有し、かつ、２つの末端を有し、少なくとも一方の前記末端が前記合成分子アセンブリーの別の前記構成成分に化学的に結合している少なくとも１つの実質的に弾性な分子リンカー］、および
（ｉｉ）それぞれの前記合成分子アセンブリーの少なくとも１つの所定の前記原子−軸配位子ペアに対して作動可能に向けられた活性化メカニズムを含む；
（ｂ）システムの１つのユニットを選択する工程、この場合、前記選択されたユニットは、合成分子スプリングデバイスによって動的に制御可能なシステム特性を示す；
（ｃ）結合ユニットを形成するために、それぞれの前記合成分子アセンブリーを前記選択されたユニットに対して作動可能にカップリングさせる工程、ならびに
（ｄ）活性化シグナルを、前記活性化メカニズムから、前記結合ユニットの少なくとも１つの前記合成分子アセンブリーの前記少なくとも１つの所定の原子−軸配位子ペアに送って、前記少なくとも１つの所定の原子−軸配位子ペアを物理化学的に変化させ、前記結合ユニットの前記少なくとも１つの前記合成分子アセンブリーの前記少なくとも１つの実質的に弾性な分子リンカーの収縮線状立体配座状態と拡張線状立体配座状態との間、または、その拡張線状立体配座状態と収縮線状立体配座状態との間におけるスプリングタイプの弾性可逆的な移行の少なくとも１回のサイクルを活性化させ、それにより、前記選択されたユニットによって示されるシステム特性における動的に制御可能な変化を生じさせる工程。
【請求項２】
前記錯化原子と前記軸配位子との間の前記可逆的物理化学的にペアにする性質が、化学相互作用または結合であることから、一対の２つの非相互作用的、非結合的、または抗結合的成分、それによる前記合成分子アセンブリー中のすぐ近くの同じ隣位にある隣接物として位置している前記錯化原子と前記軸配位子であることまで様々なものである請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記化学相互作用または結合は共有結合、配位およびイオン結合からなる群から選択される請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記収縮線形配座状態において、前記錯化原子と前記軸配位子との間の前記可逆的物理化学的にペアにする性質が化学結合であって、前記拡張線形配座状態において、前記錯化原子と前記軸配位子との間の前記可逆的物理化学的にペアにする前記性質が一対の２つの非相互作用的、非結合的、または抗結合的成分であって、前記錯化原子および前記軸配位子が前記合成分子アセンブリー中のすぐ近くの同じ隣位にある隣接物として位置する請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記収縮線形配座状態において、前記錯化原子と前記軸配位子との間の前記可逆的物理化学的にペアにする性質が一対の２つの非相互作用的、非結合的または抗結合的成分であって、前記錯化原子および前記軸配位子が前記合成分子アセンブリー中のすぐ近くの同じ隣位にある隣接物として位置し、前記拡張線形配座状態において、前記錯化原子と前記軸配位子との間の前記可逆的物理化学的にペアにする性質が化学結合である請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記錯化原子が前記合成分子アセンブリーの別の前記成分とともに少なくとも１つの追加化学結合を形成する請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記原子は中性原子および陽電荷原子からなる群から選択される請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記原子は金属、半金属、および非金属からなる群から選択される元素の中性原子および陽電荷原子からなる群から選択される請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記原子は２価遷移金属カチオンおよび３価遷移金属カチオンからなる群から選択されるカチオンである請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記原子はマグネシウム、クロム、マンガン、鉄、ルテニウム、オスミウム、コバルト、ロジウム、ニッケル、銅、亜鉛、ケイ素、およびチタンからなる群から選択される金属元素のカチオンである請求項１記載の方法。
【請求項１１】
前記錯化基が、前記錯化基の前記錯化原子を前記合成分子アセンブリーの全体構造に対して局部的に配置するために機能する請求項１記載の方法。
【請求項１２】
前記錯化基が、前記錯化基の前記錯化原子を収縮線形配座状態と拡張線形配座状態との間の前記スプリングタイプ弾性可逆性移行を受けるために活性化される前記実質的に弾性な分子リンカーの構造および位置に対して局部的に配置するために機能する請求項１記載の方法。
【請求項１３】
前記錯化基が前記所定の原子−軸配位子ペアの結合および脱結合エネルギーを調整するために機能する請求項１記載の方法。
【請求項１４】
前記錯化基が前記分子リンカーの前記収縮線形配座状態と前記拡張線形配座状態との間の前記スプリングタイプ弾性可逆性移行を活性化するために必要とされる活性化エネルギーを調整するために機能する請求項１記載の方法。
【請求項１５】
前記錯化基が前記合成分子アセンブリーの２つの前記構成成分の間、あるいは、前記合成分子アセンブリーの前記構成成分と、前記合成分子アセンブリーに対して外部の実体の少なくとも１つのエレメントまたは構成成分との間での効率的な電気的／電子的な作動可能なカップリングまたは接続を提供するために、あるタイプの分子導電性ワイヤとして、電気的および／または電子的な伝導の媒体として使用されるために機能する請求項１記載の方法。
【請求項１６】
分子導電性ワイヤの前記タイプとして機能する前記錯化基の化学タイプ、構造幾何学的な構成または形態、および大きさが、前記合成分子アセンブリーの少なくとも一部を含む電気的／電子的な回路の指定された電気的／電子的経路に沿った電気的／電子的な電荷流を最適化するために選択される請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記錯化基が、様々な程度または範囲の共有原子価、配位、またはイオン強度の少なくとも１つの化学結合を介して前記原子と錯化され、可変寸法および柔軟性を有する可変幾何学形状または形態を有する請求項１記載の方法。
【請求項１８】
前記錯化基は、環式化合物、多環式化合物、非環式化合物、線状化合物、枝分かれ化合物、およびこれらの組合わせからなる群から選択される請求項１記載の方法。
【請求項１９】
前記錯化基は、マクロヘテロ環式化合物およびマクロ環式化合物からなる群から選択される環式化合物である請求項１記載の方法。
【請求項２０】
前記錯化基は、ポリアザ大環、クラウンエーテルおよびクリプテートからなる群から選択されるマクロヘテロ環式化合物である請求項１記載の方法。
【請求項２１】
前記錯化基は、テトラピロール、フタロシアニンおよびナフタロシアニンからなる群から選択される化合物のポリアザ大環タイプである請求項１記載の方法。
【請求項２２】
前記錯化基は、ポルフィリン、クロリン、バクテリオクロリン、コロールおよびポルフィセンからなる群から選択される化合物のテトラピロールタイプである請求項１記載の方法。
【請求項２３】
前記錯化基は、ポルフィリン、置換ポルフィリン、ジヒドロポルフィリン、置換ジヒドロポルフィリン、テトラヒドロポルフィリン、および置換テトラヒドロポルフィリンからなる群から選択される大環状化合物である請求項１記載の方法。
【請求項２４】
前記錯化基は、開放テトラピロールからなる群から選択される非環式化合物である請求項１記載の方法。
【請求項２５】
前記錯化基は、フィコシアノビリンおよびフィコエリトロビリンからなる群から選択される非環式化合物の開放テトラピロールタイプである請求項１記載の方法。
【請求項２６】
前記錯化基が、前記原子をキレート化する化学キレート化剤として機能し、これによって前記原子とともにキレートを形成する化合物である請求項１記載の方法。
【請求項２７】
前記軸配位子が、前記錯化原子に加えて、前記合成分子アセンブリーの少なくとも１つの他の前記成分と化学的に相互作用を行なうために機能する請求項１記載の方法。
【請求項２８】
前記軸配位子が、前記錯化原子に加えて、追加前記錯化原子、前記錯化基および前記実質的に弾性な分子リンカーからなる群から選択される、前記合成分子アセンブリーの少なくとも１つの他の前記成分と化学的に相互作用を行なうために機能する請求項１記載の方法。
【請求項２９】
前記軸配位子が、前記原子との少なくとも１つの配位結合相互作用、および前記合成分子アセンブリーの少なくとも１つの他の前記成分との少なくとも１つの追加の前記結合相互作用を生じることによって、前記実質的に弾性な分子リンカーの収縮線形配座状態と拡張線形配座状態との間の前記可逆性移行を誘発するために機能する請求項１記載の方法。
【請求項３０】
前記軸配位子が前記所定の原子−軸配位子ペアの結合および脱結合エネルギーを調整するために機能する請求項１記載の方法。
【請求項３１】
前記軸配位子が前記分子リンカーの前記収縮線形配座状態と前記拡張線形配座状態との間の前記スプリングタイプ弾性可逆性移行を活性化するために必要とされる活性化エネルギーを調整するために機能する請求項１記載の方法。
【請求項３２】
前記軸配位子が前記合成分子アセンブリーの２つの前記構成成分の間、あるいは、前記合成分子アセンブリーの前記構成成分と、前記合成分子アセンブリーに対して外部の実体の少なくとも１つのエレメントまたは構成成分との間での効率的な電気的／電子的な作動可能なカップリングまたは接続を提供するために、あるタイプの分子導電性ワイヤとして、電気的および／または電子的な伝導の媒体として使用されるために機能する請求項１記載の方法。
【請求項３３】
分子導電性ワイヤの前記タイプとして機能する前記軸配位子の化学タイプ、構造幾何学的な構成または形態、および大きさが、前記合成分子アセンブリーの少なくとも一部を含む電気的／電子的な回路の指定された電気的／電子的経路に沿った電気的／電子的な電荷流を最適化するために選択される請求項３２記載の方法。
【請求項３４】
前記軸配位子が、前記原子を前記合成分子アセンブリーの全体構造に対して局部的に配置するために機能する請求項１記載の方法。
【請求項３５】
前記軸配位子は単座配位子、二座配位子、三座配位子、および多座配位子からなる群から選択される１つのタイプの配位子である請求項１記載の方法。
【請求項３６】
前記軸配位子は、アニオン性化合物および中性化合物からなる群から選択される化合物である請求項１記載の方法。
【請求項３７】
前記軸配位子が、ルイス酸として挙動する電子リッチ領域または基を特徴とする中性化合物である請求項１記載の方法。
【請求項３８】
前記軸配位子は、ヘテロ環、架橋へテロ環、アミン、エーテル、アルコール、イソ−シアニド、ポリヘテロ環、アミド、チオール、不飽和化合物、アルキルハロゲン化物およびニトロ化合物からなる群から選択される中性化合物である請求項１記載の方法。
【請求項３９】
前記軸配位子は、置換ピリジン、置換イミダゾール、４，４’−ビピリジン、および１，３−ジアミノプロパンからなる群から選択される中性化合物である請求項１記載の方法。
【請求項４０】
前記軸配位子は、シアニド、酸およびカルボン酸からなる群から選択されるアニオン性化合物である請求項１記載の方法。
【請求項４１】
前記軸配位子は、物理化学的挙動の２つのタイプの領域を特徴とし、物理化学的挙動の第一の前記タイプの領域は、前記錯化原子との配位結合相互作用に参加する前記軸配位子の部分に対応し、物理化学的挙動の第二の前記タイプの領域は、前記軸配位子の前記最初の２つのタイプの間を連結するか、あるいは前記第一のタイプの領域と前記合成分子アセンブリーの別の前記成分との間を連結する、前記軸配位子の部分に対応する請求項１記載の方法。
【請求項４２】
前記軸配位子の物理化学的挙動の前記第二のタイプの領域は、前記スプリングタイプ弾性可逆性機能および前記実質的に弾性な分子リンカーの挙動を特徴とする請求項４１記載の方法。
【請求項４３】
前記軸配位子は、２つの前記錯化原子の各々と可逆的物理化学的にペアになった軸二座配位子であり、これによって、前記軸二座配位子の本体は、本体を有し、かつ各々がそれぞれ前記軸二座配位子の単一末端に化学結合している２つの末端を有する、実質的に弾性の分子リンカーである請求項１記載の方法。
【請求項４４】
前記実質的に弾性な分子リンカーが、前記合成分子アセンブリーの前記収縮および拡張線形配座状態に関し、前記合成分子アセンブリーの物理的幾何学的線形スペーサーとして機能する請求項１記載の方法。
【請求項４５】
前記実質的に弾性な分子リンカーが、前記合成分子アセンブリーの少なくとも１つの任意に規定されている軸に沿う規定された軌道にしたがって、線形配座状態における前記移行の間、結果として生じる平行移動または線形運動を指向するために機能する請求項１記載の方法。
【請求項４６】
前記実質的に弾性な分子リンカーが、前記合成分子アセンブリーの２つの前記構成成分の間、あるいは、前記合成分子アセンブリーの前記構成成分と前記合成分子アセンブリーに対して外部の実体の少なくとも１つのエレメントまたは構成成分との間での効率的な電気的／電子的な作動可能なカップリングまたは接続を提供するために、あるタイプの分子導電性ワイヤとして、電気的および／または電子的な伝導の媒体として使用されるために機能する請求項１記載の方法。
【請求項４７】
分子導電性ワイヤの前記タイプとして機能する前記実質的に弾性な分子リンカーの化学タイプ、構造幾何学的な構成または形態、および大きさが、前記合成分子アセンブリーの少なくとも一部を含む電気的／電子的な回路の指定された電気的／電子的経路に沿った電気的／電子的な電荷流を最適化するために選択される請求項４６記載の方法。
【請求項４８】
前記実質的に弾性な分子リンカーが、前記原子、前記錯化基および前記軸配位子からなる群から選択される前記合成分子アセンブリーの別の前記成分に化学結合された少なくとも１つの末端を有する請求項１記載の方法。
【請求項４９】
前記実質的に弾性な分子リンカーが、異なった単一前記錯化基に化学結合されている２つの末端のそれぞれを有する請求項１記載の方法。
【請求項５０】
前記実質的に弾性な分子リンカーが、少なくとも２つの個々の原子および少なくとも２つの分子からなる群から選択される化学的実体である請求項１記載の方法。
【請求項５１】
前記実質的に弾性な分子リンカーが、可変長さ、枝分かれ、および飽和を有する分子鎖、様々な一、二、または多−官能基を有する環式化合物、様々な一、二、または多−官能基を有する芳香族化合物、およびこれらの組合わせからなる群から選択される化学的実体である請求項１記載の方法。
【請求項５２】
前記実質的に弾性な分子リンカーが、アルカン、アルケン、アルキン、置換フェニル、アルコール、エーテル、モノ−（アリーレンエチニレン）、オリゴ−（アリーレンエチニレン）、ポリ（アリーレンエチニレン）、および（フェニレンエチニレン）からなる群から選択される化合物である請求項１記載の方法。
【請求項５３】
前記実質的に弾性な分子リンカーが、Ｃ２アルキン、Ｃ４アルキン、Ｃ６アルキン、１，４−置換フェニル、１，４−置換ビシクロ［２．２．２］オクタン、およびジエーテルからなる群から選択される化合物である請求項１記載の方法。
【請求項５４】
前記活性化シグナルが、各々が規定されている振幅および持続時間を有する２つの制御可能な一般的な相補レベルを有する請求項１記載の方法。
【請求項５５】
前記活性化シグナルの前記一般的な第一相補レベルは、対応する前記活性化メカニズムの操作と一貫性のある可逆的物理化学メカニズムの第一指向を介して、前記原子−軸配位子ペアを物理化学的に変性するために前記少なくとも１つの所定の原子−軸配位子ペアに送られ、これにより、前記少なくとも１つの実質的に弾性な分子リンカーの前記収縮線形配座状態から前記拡張線形配座状態への前記スプリングタイプ弾性可逆性移行が活性化され、これにより、前記活性化シグナルの前記一般的な第二相補レベルによって、前記少なくとも１つの実質的に弾性な分子リンカーが前記収縮配座状態に戻ることができる請求項５４記載の方法。
【請求項５６】
前記活性化シグナルの前記一般的な第一相補レベルによって、前記少なくとも１つの実質的に弾性な分子リンカーが、前記収縮配座状態に戻ることができ、これにより前記活性化シグナルの前記一般的な第二相補レベルは、対応する前記活性化メカニズムの操作と一貫性のある可逆的物理化学メカニズムの第二指向を介して、前記原子−軸配位子ペアを物理化学的に変性するために前記少なくとも１つの所定の原子−軸配位子ペアに送られ、これにより、前記少なくとも１つの実質的に弾性な分子リンカーの前記拡張線形配座状態から前記収縮線形配座状態への前記スプリングタイプ弾性可逆性移行が活性化される請求項５４記載の方法。
【請求項５７】
前記活性化シグナルの各前記一般的相補レベルは、規模、強さ、振幅、または強度を有する少なくとも１つの特定のサブレベルを特徴とする請求項５４記載の方法。
【請求項５８】
前記活性化メカニズムの操作パラメーターは、前記少なくとも１つの所定の原子−軸配位子ペアに送られる前記活性化シグナルの前記一般的な相補レベルの（１）規模、強さ、振幅、または強度、（２）頻度、（３）時間または持続時間、（４）反復率または周期性、および（５）スイッチ率からなる群から選択される請求項５４記載の方法。
【請求項５９】
前記活性化メカニズムは、前記活性化シグナルの電磁型を送る電磁メカニズム、前記活性化シグナルの電気／電子型を送る電気／電子メカニズム、前記活性化シグナルの化学型を送る化学的メカニズム、前記活性化シグナルの電気化学型を送る電気化学メカニズム、前記活性化シグナルの磁気型を送る磁気メカニズム、前記活性化シグナルの音響型を送る音響メカニズム、前記活性化シグナルの光音響型を送る光音響メカニズム、および前記活性化シグナルの組合わせ型を送るこれらの組合わせからなる群から選択されるメカニズムの型である請求項１記載の方法。
【請求項６０】
前記活性化メカニズムは、前記活性化シグナルのレーザービーム型を送るレーザービームベース活性化メカニズム、前記活性化シグナルのメーザービーム型を送るメーザービームベース活性化メカニズム、およびこれらの組合わせからなる群から選択される活性化メカニズムの電磁型である請求項１記載の方法。
【請求項６１】
前記活性化メカニズムは、前記活性化シグナルの電流型を送る電流ベース活性化メカニズム、活性化シグナルの加えられた電気ポテンシャル型を送る加えられた電気ポテンシャルベース活性化メカニズムおよびこれらの組合わせからなる群から選択される活性化メカニズムの電気／電子型である請求項１記載の方法。
【請求項６２】
前記活性化メカニズムは、前記活性化シグナルのプロトネーション−デプロトネーション型を送るプロトネーション−デプロトネーションベース活性化メカニズム、前記活性化シグナルのｐＨ変化型を送るｐＨ変化ベース活性化メカニズム、前記活性化シグナルの濃度変化型を送る濃度変化ベース活性化メカニズム、およびこれらの組合わせからなる群から選択される活性化メカニズムの化学型である請求項１記載の方法。
【請求項６３】
前記活性化メカニズムが、前記活性化シグナルの還元／酸化型を発生させて送る還元／酸化ベース電気化学型活性化メカニズムである請求項１記載の方法。
【請求項６４】
前記活性化メカニズムの特定のタイプおよび操作パラメータは、前記合成分子アセンブリーの前記構成成分の物理化学的なタイプおよび構造にしたがって選択される請求項１記載の方法。
【請求項６５】
前記活性化メカニズムは前記活性化シグナルを前記合成分子アセンブリーの少なくとも１つの前記所定の原子−軸配位子ペアを前記物理化学的に変性するために、約３５０ｎｍ〜約９００ｎｍの範囲内にある波長を有するレーザー光ビームとして前記活性化メカニズムの電磁型を送るレーザービームベースの前記活性化メカニズムの電磁型である請求項１記載の方法。
【請求項６６】
前記レーザービームがＨｚ程度〜ＭＨｚ程度の範囲内にある繰返し率において操作する請求項６５記載の方法。
【請求項６７】
前記レーザービームが４０ＭＨｚの繰返し率において操作する請求項６５記載の方法。
【請求項６８】
前記活性化メカニズムが還元／酸化ベースの活性化メカニズムの電気化学型であって、前記合成分子アセンブリーの少なくとも１つの前記所定の原子−軸配位子ペアを前記物理化学的に変性するために、約−１．０Ｖ〜約−２．５Ｖ対飽和カロメル参照電極の範囲内にある還元ポテンシャルとしての前記活性化シグナルの電気化学還元型を送り、約＋０．５Ｖ〜約＋１．３Ｖ対前記飽和カロメル参照電極の範囲内にある酸化ポテンシャルとしての前記活性化シグナルの電気化学酸化型を送る請求項１記載の方法。
【請求項６９】
前記活性化メカニズムがプロトネーション／デプロトネーションベースの活性化メカニズムの化学型であって、前記合成分子アセンブリーの少なくとも１つの前記所定の原子−軸配位子ペアを前記物理化学的に変性するために、アセトニトリルの酸性溶液およびＨＣｌの希釈水溶液／酸性アセトニトリル溶液として、前記活性化シグナルの化学プロトネーション型を送り、アセトニトリルと希釈ＮａＯＨとの塩基性溶液として、前記活性化シグナルの化学デプロトネーション型を送る請求項１記載の方法。
【請求項７０】
前記合成分子アセンブリーの前記化学ユニットまたはモジュールが：（５）前記合成分子アセンブリーの前記構成成分を相互に化学的に接続するための少なくとも１つの化学的コネクター、をさらに含む請求項１記載の方法。
【請求項７１】
前記化学的コネクターが前記合成分子アセンブリーの別の前記成分に対して追加の構造的制約を与えるために機能する請求項７０記載の方法。
【請求項７２】
前記化学的コネクターが原子および分子からなる群から選択される化学的実体である請求項７０記載の方法。
【請求項７３】
前記合成分子アセンブリーの前記化学ユニットまたはモジュールが：（６）前記合成分子アセンブリーの別の前記構成成分の所定の位置にそれぞれが配置された少なくとも１つの結合部位で、前記合成分子アセンブリーの前記位置を、前記合成分子アセンブリーに対して外部の実体に結合するか、または作動可能にカップリングするための少なくとも１つの結合部位、をさらに含む請求項１記載の方法。
【請求項７４】
前記結合部位が、電気的または電子的な伝導の媒体として、あるタイプの分子導電性ワイヤとして使用されるために、前記合成分子アセンブリーの２つの前記構成成分の間、または前記合成分子アセンブリーの前記構成成分と、前記合成分子アセンブリーに対して外部の実体の少なくとも１つのエレメントまたは構成成分との間での効率的な電気的／電子的な作動可能なカップリングまたは接続を提供するために機能する請求項７３記載の方法。
【請求項７５】
前記タイプの分子導電性ワイヤとして機能する前記結合部位の化学タイプ、構造幾何学的な構成または形態、および大きさが、前記合成分子アセンブリーの少なくとも一部を含む電気的／電子的な回路の指定された電気的／電子的経路に沿った電気的／電子的な電荷流を最適化するために選択される請求項７４記載の方法。
【請求項７６】
前記分子導電性ワイヤとして機能する前記結合部位は、ナノチューブ、多共役ポリマー、ＤＮＡをテンプレートとする金または銀の導電性ワイヤ、多芳香族分子、置換された多芳香族分子、および、少なくとも１つのチオール官能基を含む置換された多芳香族分子からなる群から選択される化学的実体である請求項７５記載の方法。
【請求項７７】
前記結合部位が、複数の前記結合部位によって相互に化学的に接続または結合された複数の前記化学的ユニットまたは化学的モジュールを特徴とする、前記合成分子アセンブリーのポリ分子形態のスケールアップされたアセンブリーにおいて接続性および方向づけられたモジュール性を提供するために機能する請求項７３記載の方法。
【請求項７８】
前記結合部位が、前記合成分子アセンブリーへ認識部位を供給するために機能する請求項７３記載の方法。
【請求項７９】
前記結合部位が、前記合成分子アセンブリーへ認識部位を供給するために機能し、前記結合部位が少なくとも１つの特定の抗体によって認識されるために少なくとも１つのレセプターを特徴とする請求項７３記載の方法。
【請求項８０】
前記結合部位が、様々な程度または範囲の共有原子価、配位、またはイオン強度の少なくとも１つの化学結合を介して、前記合成分子アセンブリーの少なくとも１つの他の前記成分へ化学結合されている化学的実体であって、可変寸法および柔軟性を有する可変幾何学形状または形態を有する請求項７３記載の方法。
【請求項８１】
前記結合部位は、原子、分子、介在スペーサーアーム、架橋基、キャリヤー分子、およびこれらの組合わせからなる群から選択される化学的実体である請求項７３記載の方法。
【請求項８２】
前記合成分子アセンブリーが、単一の前記合成分子アセンブリーの前記化学ユニットまたはモジュールの複数の少なくとも２つを組立てて連結することによって形成されたスケールアップされた合成分子アセンブリーであって、前記スケールアップされた合成分子アセンブリーの各前記化学ユニットまたはモジュールは前記成分を含み、単一の前記化学ユニットまたはモジュールの機能性を示す請求項１記載の方法。
【請求項８３】
前記スケールアップされた合成分子アセンブリーは、前記複数の前記化学ユニットまたはモジュールの一次元アレー、二次元アレー、三次元アレー、およびこれらの組合わせからなる群から選択される可変幾何学形状または形態であり、可変大きさおよび柔軟性を有する請求項８２記載の方法。
【請求項８４】
前記スケールアップされた合成分子アセンブリーの各前記化学ユニットまたはモジュールが、機能的および構造的に前記スケールアップされた合成分子アセンブリーの一部であることに加えて、その個々の機能および構造を保持する請求項８２記載の方法。
【請求項８５】
前記単一の化学ユニットまたはモジュールの前記スプリングタイプ弾性可逆性機能、構造、および挙動に関係する機能的および構造的特徴は、前記スケールアップされた合成分子アセンブリーの前記複数の前記化学ユニットまたはモジュールの数および幾何学形状または形態にしたがって、効果的に線形に拡張可能であること、および相乗作用的に拡張可能であることからなる群から選択されるように拡張可能である請求項８２記載の方法。
【請求項８６】
前記結合ユニットを形成するために、それぞれの合成分子アセンブリーを前記選択されたユニットに作動可能にカップリングする前記工程（ｃ）は、前記合成分子アセンブリーの少なくとも１つの前記構成成分を、システムの前記選択されたユニットの少なくとも１つのエレメントまたは構成成分にカップリングすることによって行われる請求項１記載の方法。
【請求項８７】
前記結合ユニットを形成するために、それぞれの合成分子アセンブリーを前記選択されたユニットに作動可能にカップリングする前記工程（ｃ）は、前記合成分子アセンブリーの少なくとも１つの前記構成成分を、システムの前記選択されたユニットの少なくとも１つのエレメントまたは構成成分にカップリングすることによって行われ、物理的カップリング機構、化学的カップリング機構、物理化学的カップリング機構、それらの組合せ、およびそれらの一体化からなる群から選択されるカップリング機構を使用することによって行われる請求項１記載の方法。
【請求項８８】
前記結合ユニットを形成するために、それぞれの合成分子アセンブリーを前記選択されたユニットに作動可能にカップリングする前記工程（ｃ）は、前記合成分子アセンブリーの少なくとも１つの前記構成成分を、システムの前記選択されたユニットの少なくとも１つのエレメントまたは構成成分にカップリングすることによって行われ、物理的吸着、物理的吸収、非結合性の物理的相互作用、機械的カップリング、単純な並置、電気的カップリング、電子的カップリング、磁気的カップリング、電磁的カップリング、電気機械的カップリング、磁気機械的カップリング、それらの組合せ、およびそれらの一体化からなる群から選択される物理的カップリング機構を使用することによって行われる請求項１記載の方法。
【請求項８９】
前記結合ユニットを形成するために、それぞれの合成分子アセンブリーを前記選択されたユニットに作動可能にカップリングする前記工程（ｃ）は、前記合成分子アセンブリーの少なくとも１つの前記構成成分を、システムの前記選択されたユニットの少なくとも１つのエレメントまたは構成成分にカップリングすることによって行われ、共有結合型の化学結合、配位型の化学結合、イオン型の化学結合、水素型の化学結合、ファンデルワールス型の化学結合、それらの組合せ、およびそれらの一体化からなる群から選択される化学的カップリング機構を使用することによって行われる請求項１記載の方法。
【請求項９０】
前記結合ユニットを形成するために、それぞれの合成分子アセンブリーを前記選択されたユニットに作動可能にカップリングする前記工程（ｃ）は、前記合成分子アセンブリーの少なくとも１つの前記構成成分を、システムの前記選択されたユニットの少なくとも１つのエレメントまたは構成成分にカップリングすることによって行われ、物理的カップリング機構の電気型を、前記化学的カップリング機構の少なくとも１つとの組合せまたは一体化で使用することによって行われ、電気コンダクタンス、電子コンダクタンスおよび電子トンネル効果からなる群から選択される少なくとも１つの現象が、前記合成分子アセンブリーの前記少なくとも１つの構成成分と、システムの前記選択されたユニットの前記作動可能にカップリングされた前記少なくとも１つのエレメントまたは構成成分との間で生じる請求項１記載の方法。
【請求項９１】
前記結合ユニットを形成するために、それぞれの合成分子アセンブリーを前記選択されたユニットに作動可能にカップリングする前記工程（ｃ）は、前記合成分子アセンブリーの少なくとも１つの前記構成成分を、システムの前記選択されたユニットの少なくとも１つのエレメントまたは構成成分にカップリングすることによって行われ、物理的カップリング機構の電子型を、前記化学的カップリング機構の少なくとも１つとの組合せまたは一体化で使用することによって行われ、電気コンダクタンス、電子コンダクタンスおよび電子トンネル効果からなる群から選択される少なくとも１つの現象が、前記合成分子アセンブリーの前記少なくとも１つの構成成分と、システムの前記選択されたユニットの前記作動可能にカップリングされた前記少なくとも１つのエレメントまたは構成成分との間で生じる請求項１記載の方法。
【請求項９２】
システム特性が運動量である請求項１記載の方法。
【請求項９３】
システム特性がトポグラフィーである請求項１記載の方法。
【請求項９４】
システム特性が電子挙動である請求項１記載の方法。
【請求項９５】
システム特性が、システムの前記選択されたユニットによって示される粒子運動に関係するような運動量である請求項１記載の方法。
【請求項９６】
システム特性が、システムの前記選択されたユニットによって示される方向配向した分子運動に関係するような運動量である請求項１記載の方法。
【請求項９７】
システム特性が、システムの前記選択されたユニットによって示される長さおよび高さからなる群から選択される変化する大きさに関係するようなトポグラフィーである請求項１記載の方法。
【請求項９８】
システム特性が、システムの前記選択されたユニットによって示される分子電気／電子導電性に関係するような電子挙動である請求項１記載の方法。
【請求項９９】
システム特性が、システムの前記選択されたユニットによって示される電気的／電子的なトグル切り換えまたは連動スイッチングに関する分子導電性に関係するような電子挙動である請求項１記載の方法。
【請求項１００】
システム特性が、前記選択されたユニットによって示される粒子運動に関係するような運動量であって、前記選択されたユニットは容器に含有される溶媒に懸濁または可溶化された粒子を特徴とし、前記粒子の前記粒子運動に関係する運動量のシステム特性は合成分子スプリングデバイスによって動的に制御可能である請求項１記載の方法。
【請求項１０１】
前記選択されたユニットの前記粒子がシステムの前記結合ユニットを前記形成するために複数の前記合成分子アセンブリーの前記作動可能なカップリングにおける可動性の基質として機能する請求項１００記載の方法。
【請求項１０２】
前記粒子が調節可能なサイズまたは大きさ、質量および体積を有する様々な幾何学的な構成、形態または形状である請求項１００記載の方法。
【請求項１０３】
前記粒子がセンチメートル〜オングストロームの範囲の程度のサイズまたは大きさを有する球状、楕円状、円盤状、円筒状もしくは桿様、多角形状および無定形からなる群から選択される幾何学的な構成、形態または形状である請求項１００記載の方法。
【請求項１０４】
前記選択されたユニットが、前記溶媒における金粒子の懸濁物であって、それにより、複数の前記合成分子アセンブリーは、システムの前記結合ユニットを形成するために、前記金粒子の表面に吸着によって前記作動可能にカップリングされる請求項１００記載の方法。
【請求項１０５】
前記選択されたユニットの前記容器は、開放容器、閉じた容器、メンブラン、小胞、および類似するタイプの前記容器からなる群から選択される請求項１００記載の方法。
【請求項１０６】
前記容器の少なくとも一部が、活性化メカニズムによって送られる前記活性化シグナルに対して透過性であって、前記活性化メカニズムが、レーザー光の形態の前記活性化シグナルを前記容器に送る、前記粒子に作動可能にカップリングされた前記合成分子アセンブリーを効果的に活性化するためのレーザー光源である請求項１００記載の方法。
【請求項１０７】
前記レーザー光源活性化メカニズムが、前記レーザー光活性化シグナルを、前記粒子に作動可能にカップリングされた前記合成分子アセンブリーの前記原子−軸配位子ペアに送った後、前記活性化シグナルの方向を向く前記原子−軸配位子ペアを有する前記合成分子アセンブリーと作動可能にカップリングされた前記粒子のみが、前記実質的に弾性な分子リンカーの前記スプリングタイプの弾性可逆的な線状立体配座移行に応答して、突然または急のジャンピング様式またはスイミング様式で制御可能に動き、これに対して、暗い面の方向を向く前記原子−軸配位子ペアを有する前記合成分子アセンブリーは、前記活性化メカニズムにより送られる活性化シグナルによって影響されず、前記スプリングタイプの弾性可逆的な移行を受けない請求項１０６記載の方法。
【請求項１０８】
前記システム特性が前記選択されたユニットによって示される方向配向した分子運動に関係するような運動量であって、前記選択されたユニットは容器に含有される液体に可溶化または混合され、分子配向ディレクター機構の影響にさらされる方向配向可能な分子を特徴とし、前記方向配向した分子運動に関係する運動量のシステム特性は前記合成分子スプリングデバイスによって動的に制御可能である請求項１記載の方法。
【請求項１０９】
前記方向配向可能な分子が液晶分子であって、前記分子配向ディレクター機構は液晶ディレクター機構であって、前記選択されたユニットは、前記容器に含有される前記液体に可溶化または混合され、前記液晶ディレクター機構の影響にさらされる前記液晶分子を特徴とする請求項１０８記載の方法。
【請求項１１０】
前記液晶分子が円筒状もしくは桿様、球状、楕円状、円盤状および多角形状からなる群から選択される調節可能なサイズまたは大きさ、質量および体積を有する幾何学的な構成、形態または形状である請求項１０８記載の方法。
【請求項１１１】
前記容器の少なくとも一部が、活性化メカニズムによって送られる前記活性化シグナルに対して透過性であって、前記活性化メカニズムが、レーザー光の形態の前記活性化シグナルを前記容器に送る、前記液晶分子に作動可能にカップリングされた前記合成分子アセンブリーを効果的に活性化するためのレーザー光源である請求項１０９記載の方法。
【請求項１１２】
前記レーザー光源活性化メカニズムが、前記レーザー光活性化シグナルを、前記液晶分子に作動可能にカップリングされた前記合成分子アセンブリーの前記原子−軸配位子ペアに送った後、前記液晶分子が実質的に弾性な分子リンカーの前記スプリングタイプの弾性可逆的な線状立体配座移行に応答して、前記液晶分子のディレクターとして実質的に同じ方向に沿って突然または急のジャンピング様式で制御可能に動く請求項１１１記載の方法。
【請求項１１３】
システム特性が前記選択されたユニットによって示される変化する大きさに関係するようなトポグラフィーであって、前記選択されたユニットは中空繊維状構造を特徴とし、前記中空繊維状構造の前記変化する前記長さの前記大きさに関係するトポグラフィーのシステム特性が合成分子スプリングデバイスによって動的に制御可能である請求項１記載の方法。
【請求項１１４】
前記選択されたユニットの前記中空繊維状構造が、複数の前記合成分子アセンブリーの前記作動可能なカップリングのための基質として機能し、前記合成分子アセンブリーは、システムの前記結合ユニットを前記形成するために、前記中空繊維状構造の幾何学的な構成または形態に従って配置および配列される請求項１１３記載の方法。
【請求項１１５】
前記中空繊維状構造が、前記中空繊維状構造に構造的性質、機械的性質、電気的性質、物理的性質および化学的性質からなる群から選択される特定の物理化学的性質を与えるために、ポリマータイプの物質、ゲルタイプの物質、および多孔性タイプの物質からなる群から選択される少なくとも１つのタイプの物質で少なくとも一部が充填される請求項１１４記載の方法。
【請求項１１６】
前記活性化メカニズムが、前記活性化シグナルの加えられた電気ポテンシャル型を前記カップリングされたユニットの前記合成分子アセンブリーの前記所定の原子−軸配位子ペアへ送る加えられた電気ポテンシャルベースの活性化メカニズムである請求項１１４記載の方法。
【請求項１１７】
前記活性化メカニズムが、前記加えられた電気ポテンシャル活性化シグナルを、前記結合ユニットの前記合成分子アセンブリーの前記所定の原子−軸配位子ペアに送った後、前記中空繊維状構造の前記長さが実質的に弾性な分子リンカーの前記スプリングタイプの弾性可逆的な線状立体配座移行に応答して、スプリングタイプの弾性可逆的な様式で制御可能に拡張及び収縮する前記合成分子アセンブリーと作動可能にカップリングされる請求項１１１記載の方法。
【請求項１１８】
システム特性が前記選択されたユニットによって示される変化する高さの大きさに関係するようなトポグラフィーであって、前記選択されたユニットは表面構造を特徴とし、前記表面構造の前記変化する前記高さの前記大きさに関係するトポグラフィーのシステム特性が合成分子スプリングデバイスによって動的に制御可能である請求項１記載の方法。
【請求項１１９】
前記選択されたユニットの前記表面構造の露出した上側表面が、システムの前記カップリングされたユニットを前記形成するために、前記合成分子アセンブリーの複数の前記作動可能なカップリングの基質として機能する請求項１１８記載の方法。
【請求項１２０】
前記表面構造の前記露出した上側表面が、前記合成分子アセンブリーとの化学的な適合性を有し、効率的な吸着を可能にする物質である請求項１１９記載の方法。
【請求項１２１】
前記露出した上側表面の前記物質の少なくとも一部分は金、白金および銀からなる群から選択される金属である請求項１２０記載の方法。
【請求項１２２】
前記表面構造が球状、楕円状、円盤状、円筒状もしくは桿様および無定形からなる群から選択される調節可能なサイズまたは大きさ、質量および体積を有する幾何学的な構成、形態または形状である請求項１１８記載の方法。
【請求項１２３】
前記活性化メカニズムのレーザー光源タイプが、前記活性化シグナルの電磁放射線タイプを、前記カップリングされたユニットの前記合成分子アセンブリーの前記所定の原子−軸配位子ペアに送った後、前記合成分子アセンブリーと作動可能にカップリングされた前記表面構造の前記高さが前記実質的に弾性な分子リンカーの前記スプリングタイプの弾性可逆的な線状立体配座移行に応答して、スプリングタイプの弾性可逆的な様式で制御可能に拡張および収縮する請求項１１９記載の方法。
【請求項１２４】
システム特性が、前記選択されたユニットによって示される分子電気／電子導電性に関係するような電子挙動であって、前記選択されたユニットは（ｉ）電圧源、（ｉｉ）スイッチ、（ｉｉｉ）負荷または抵抗、（ｉｖ）少なくとも２つの電極、および（ｖ）電子的配線を含む電子回路を特徴とし、前記電子回路の前記分子電気／電子導電性に関係するような電子挙動のシステム特性は合成分子スプリングデバイスによって動的に制御可能である請求項１記載の方法。
【請求項１２５】
前記分子導電性の動的に前記制御可能な変化が、少なくとも１つの前記合成分子アセンブリーに電子的にカップリングされた前記電子回路である前記結合ユニットにおける指定された電気的／電子的経路に沿って生じる請求項１２４記載の方法。
【請求項１２６】
前記結合ユニットにおける前記指定された電気的／電子的経路に沿って、各前記合成分子アセンブリーに含まれる少なくとも１つの実質的に弾性な分子リンカーの前記スプリングタイプの弾性可逆的な移行が前記電子回路における前記分子伝導性の変化を前記動的に制御するために利用される請求項１２５記載の方法。
【請求項１２７】
前記結合ユニットは、前記合成分子アセンブリーが電子的にカップリングされた電子回路を特徴とし、前記分子導電性の前記動的に制御可能な変化がそれに沿って生じる指定された電気的／電子的経路は、前記合成分子アセンブリーの前記構成成分の異なった組合わせを含む請求項１２４記載の方法。
【請求項１２８】
合成分子スプリングデバイスが、量子ドットの電子的な構成および特性を変性するために、前記合成分子アセンブリーの前記スプリングタイプの弾性可逆的な機能、構造および挙動を利用する分子レベルでのモジュレーターまたはアクチュエーターとして使用される請求項１２４記載の方法。
【請求項１２９】
前記量子ドットが、前記実質的に弾性な分子リンカーおよび前記原子に錯化された前記錯化基からなる群から選択される前記合成分子アセンブリーの前記構成成分である請求項１２８記載の方法。
【請求項１３０】
前記分子導電性の前記動的に制御可能な変化が、前記合成分子アセンブリーに電子的にカップリングされた前記電子回路である前記結合ユニットにおける前記電極間の指定された電気的／電子的経路に沿った電流または電荷の流れを動的に制御または調節することに関するものであり、合成分子スプリングデバイスの活性化メカニズムによって送られた活性化シグナルの増幅がある請求項１２４記載の方法。
【請求項１３１】
前記結合ユニットにおける前記指定された電気的／電子的経路に沿って、各前記合成分子アセンブリーに含まれる少なくとも１つの実質的に弾性な分子リンカーの前記スプリングタイプの弾性可逆的な移行が前記電子回路における電気的／電子的なトグル切り換えまたは連動スイッチングを動的に制御するために利用される請求項１２４記載の方法。
【請求項１３２】
前記電子回路における前記電圧源は、約−１０Ｖ〜約＋１０Ｖの範囲にある振幅を有するＤＣ印加電位およびＡＣ印加電位からなる群から選択される印加電位のタイプを作り出す請求項１２４記載の方法。
【請求項１３３】
前記電子回路における各前記電極が、ｎｍ２〜ｃｍ２の程度の範囲の導電性表面積を有する請求項１２４記載の方法。
【請求項１３４】
システム特性を動的に制御するために合成分子スプリングデバイスを含むシステムであって、以下のものを含むシステム：
（ａ）合成分子スプリングデバイス、この場合、合成分子スプリングデバイスは、
（ｉ）少なくとも１つの合成分子アセンブリーであって、それぞれの前記合成分子アセンブリーは、以下の構成成分を含む少なくとも１つの化学的ユニットまたは化学的モジュールを特徴とする：
（１）少なくとも１つの原子、
（２）前記少なくとも１つの原子の少なくとも１つに錯化した少なくとも１つの錯形成基、
（３）少なくとも１つの前記錯化した原子と可逆的に物理化学的にペアになった少なくとも１つの軸配位子、および
（４）本体部を有し、かつ２つの末端を有し、少なくとも一方の前記末端が前記合成分子アセンブリーの別の前記構成成分に化学的に結合している少なくとも１つの実質的に弾性な分子リンカー、および
（ｉｉ）それぞれの前記合成分子アセンブリーの少なくとも１つの所定の原子−軸配位子ペアに対して作動可能に向けられた活性化メカニズムを含む；ならびに
（ｂ）システムの１つの選択されたユニット（この場合、前記選択されたユニットは、合成分子スプリングデバイスによって動的に制御可能なシステム特性を示す）、
を含み、この場合、それぞれの前記合成分子アセンブリーは、結合ユニットを形成するために、前記選択されたユニットに対して作動可能にカップリングさせられ、それにより、活性化メカニズムが、活性化シグナルを、前記結合ユニットの少なくとも１つの前記合成分子アセンブリーの少なくとも１つの所定の原子−軸配位子ペアに送って、前記少なくとも１つの所定の原子−軸配位子ペアを物理化学的に変化させた後、前記結合ユニットの少なくとも１つの合成分子アセンブリーの前記少なくとも１つの実質的に弾性な分子リンカーの収縮線状立体配座状態と拡張線状立体配座状態との間、または、その拡張線状立体配座状態と収縮線状立体配座状態との間におけるスプリングタイプの弾性可逆的な移行の少なくとも１回のサイクルを作動させ、それにより、前記選択されたユニットによって示されるシステム特性における動的に制御可能な変化を生じさせる。
【請求項１３５】
前記錯化原子と前記軸配位子との間の前記可逆的物理化学的にペアにする性質が、化学相互作用または結合であることから、一対の２つの非相互作用的、非結合的、または抗結合的成分、それによる前記合成分子アセンブリー中のすぐ近くの同じ隣位にある隣接物として位置している前記錯化原子と前記軸配位子であることまで様々なものである請求項１３４記載のシステム。
【請求項１３６】
前記化学相互作用または結合は共有結合、配位およびイオン結合からなる群から選択される請求項１３５記載のシステム。
【請求項１３７】
前記収縮線形配座状態において、前記錯化原子と前記軸配位子との間の前記可逆的物理化学的にペアにする性質が化学結合であって、前記拡張線形配座状態において、前記錯化原子と前記軸配位子との間の前記可逆的物理化学的にペアにする前記性質が一対の２つの非相互作用的、非結合的、または抗結合的成分であって、前記錯化原子および前記軸配位子が前記合成分子アセンブリー中のすぐ近くの同じ隣位にある隣接物として位置する請求項１３４記載のシステム。
【請求項１３８】
前記収縮線形配座状態において、前記錯化原子と前記軸配位子との間の前記可逆的物理化学的にペアにする性質が一対の２つの非相互作用的、非結合的または抗結合的成分であって、前記錯化原子および前記軸配位子が前記合成分子アセンブリー中のすぐ近くの同じ隣位にある隣接物として位置し、前記拡張線形配座状態において、前記錯化原子と前記軸配位子との間の前記可逆的物理化学的にペアにする性質が化学結合である請求項１３４記載のシステム。
【請求項１３９】
前記錯化原子が前記合成分子アセンブリーの別の前記成分とともに少なくとも１つの追加化学結合を形成する請求項１３４記載のシステム。
【請求項１４０】
前記原子は中性原子および陽電荷原子からなる群から選択される請求項１３４記載のシステム。
【請求項１４１】
前記原子は金属、半金属、および非金属からなる群から選択される元素の中性原子および陽電荷原子からなる群から選択される請求項１３４記載のシステム。
【請求項１４２】
前記原子は２価遷移金属カチオンおよび３価遷移金属カチオンからなる群から選択されるカチオンである請求項１３４記載のシステム。
【請求項１４３】
前記原子はマグネシウム、クロム、マンガン、鉄、ルテニウム、オスミウム、コバルト、ロジウム、ニッケル、銅、亜鉛、ケイ素、およびチタンからなる群から選択される金属元素のカチオンである請求項１３４記載のシステム。
【請求項１４４】
前記錯化基が、前記錯化基の前記錯化原子を前記合成分子アセンブリーの全体構造に対して局部的に配置するために機能する請求項１３４記載のシステム。
【請求項１４５】
前記錯化基が、前記錯化基の前記錯化原子を収縮線形配座状態と拡張線形配座状態との間の前記スプリングタイプ弾性可逆性移行を受けるために活性化される前記実質的に弾性な分子リンカーの構造および位置に対して局部的に配置するために機能する請求項１３４記載のシステム。
【請求項１４６】
前記錯化基が前記所定の原子−軸配位子ペアの結合および脱結合エネルギーを調整するために機能する請求項１３４記載のシステム。
【請求項１４７】
前記錯化基が前記分子リンカーの前記収縮線形配座状態と前記拡張線形配座状態との間の前記スプリングタイプ弾性可逆性移行を活性化するために必要とされる活性化エネルギーを調整するために機能する請求項１３４記載のシステム。
【請求項１４８】
前記錯化基が前記合成分子アセンブリーの２つの前記構成成分の間、あるいは、前記合成分子アセンブリーの前記構成成分と、前記合成分子アセンブリーに対して外部の実体の少なくとも１つのエレメントまたは構成成分との間での効率的な電気的／電子的な作動可能なカップリングまたは接続を提供するために、あるタイプの分子導電性ワイヤとして、電気的および／または電子的な伝導の媒体として使用されるために機能する請求項１３４記載のシステム。
【請求項１４９】
分子導電性ワイヤの前記タイプとして機能する前記錯化基の化学タイプ、構造幾何学的な構成または形態、および大きさが、前記合成分子アセンブリーの少なくとも一部を含む電気的／電子的な回路の指定された電気的／電子的経路に沿った電気的／電子的な電荷流を最適化するために選択される請求項１４８記載のシステム。
【請求項１５０】
前記錯化基が、様々な程度または範囲の共有原子価、配位、またはイオン強度の少なくとも１つの化学結合を介して前記原子と錯化され、可変寸法および柔軟性を有する可変幾何学形状または形態を有する請求項１３４記載のシステム。
【請求項１５１】
前記錯化基は、環式化合物、多環式化合物、非環式化合物、線状化合物、枝分かれ化合物、およびこれらの組合わせからなる群から選択される請求項１３４記載のシステム。
【請求項１５２】
前記錯化基は、マクロヘテロ環式化合物およびマクロ環式化合物からなる群から選択される環式化合物である請求項１３４記載のシステム。
【請求項１５３】
前記錯化基は、ポリアザ大環、クラウンエーテルおよびクリプテートからなる群から選択されるマクロヘテロ環式化合物である請求項１３４記載のシステム。
【請求項１５４】
前記錯化基は、テトラピロール、フタロシアニンおよびナフタロシアニンからなる群から選択される化合物のポリアザ大環タイプである請求項１３４記載のシステム。
【請求項１５５】
前記錯化基は、ポルフィリン、クロリン、バクテリオクロリン、コロールおよびポルフィセンからなる群から選択される化合物のテトラピロールタイプである請求項１３４記載のシステム。
【請求項１５６】
前記錯化基は、ポルフィリン、置換ポルフィリン、ジヒドロポルフィリン、置換ジヒドロポルフィリン、テトラヒドロポルフィリン、および置換テトラヒドロポルフィリンからなる群から選択される大環状化合物である請求項１３４記載のシステム。
【請求項１５７】
前記錯化基は、開放テトラピロールからなる群から選択される非環式化合物である請求項１３４記載のシステム。
【請求項１５８】
前記錯化基は、フィコシアノビリンおよびフィコエリトロビリンからなる群から選択される非環式化合物の開放テトラピロールタイプである請求項１３４記載のシステム。
【請求項１５９】
前記錯化基が、前記原子をキレート化する化学キレート化剤として機能し、これによって前記原子とともにキレートを形成する化合物である請求項１３４記載のシステム。
【請求項１６０】
前記軸配位子が、前記錯化原子に加えて、前記合成分子アセンブリーの少なくとも１つの他の前記成分と化学的に相互作用を行なうために機能する請求項１３４記載のシステム。
【請求項１６１】
前記軸配位子が、前記錯化原子に加えて、追加前記錯化原子、前記錯化基および前記実質的に弾性な分子リンカーからなる群から選択される、前記合成分子アセンブリーの少なくとも１つの他の前記成分と化学的に相互作用を行なうために機能する請求項１３４記載のシステム。
【請求項１６２】
前記軸配位子が、前記原子との少なくとも１つの配位結合相互作用、および前記合成分子アセンブリーの少なくとも１つの他の前記成分との少なくとも１つの追加の前記結合相互作用を生じることによって、前記実質的に弾性な分子リンカーの収縮線形配座状態と拡張線形配座状態との間の前記可逆性移行を誘発するために機能する請求項１３４記載のシステム。
【請求項１６３】
前記軸配位子が前記所定の原子−軸配位子ペアの結合および脱結合エネルギーを調整するために機能する請求項１３４記載のシステム。
【請求項１６４】
前記軸配位子が前記分子リンカーの前記収縮線形配座状態と前記拡張線形配座状態との間の前記スプリングタイプ弾性可逆性移行を活性化するために必要とされる活性化エネルギーを調整するために機能する請求項１３４記載のシステム。
【請求項１６５】
前記軸配位子が前記合成分子アセンブリーの２つの前記構成成分の間、あるいは、前記合成分子アセンブリーの前記構成成分と、前記合成分子アセンブリーに対して外部の実体の少なくとも１つのエレメントまたは構成成分との間での効率的な電気的／電子的な作動可能なカップリングまたは接続を提供するために、あるタイプの分子導電性ワイヤとして、電気的および／または電子的な伝導の媒体として使用されるために機能する請求項１３４記載のシステム。
【請求項１６６】
分子導電性ワイヤの前記タイプとして機能する前記軸配位子の化学タイプ、構造幾何学的な構成または形態、および大きさが、前記合成分子アセンブリーの少なくとも一部を含む電気的／電子的な回路の指定された電気的／電子的経路に沿った電気的／電子的な電荷流を最適化するために選択される請求項１６５記載のシステム。
【請求項１６７】
前記軸配位子が、前記原子を前記合成分子アセンブリーの全体構造に対して局部的に配置するために機能する請求項１３４記載のシステム。
【請求項１６８】
前記軸配位子は単座配位子、二座配位子、三座配位子、および多座配位子からなる群から選択される１つのタイプの配位子である請求項１３４記載のシステム。
【請求項１６９】
前記軸配位子は、アニオン性化合物および中性化合物からなる群から選択される化合物である請求項１３４記載のシステム。
【請求項１７０】
前記軸配位子が、ルイス酸として挙動する電子リッチ領域または基を特徴とする中性化合物である請求項１３４記載のシステム。
【請求項１７１】
前記軸配位子は、ヘテロ環、架橋へテロ環、アミン、エーテル、アルコール、イソ−シアニド、ポリヘテロ環、アミド、チオール、不飽和化合物、アルキルハロゲン化物およびニトロ化合物からなる群から選択される中性化合物である請求項１３４記載のシステム。
【請求項１７２】
前記軸配位子は、置換ピリジン、置換イミダゾール、４，４’−ビピリジン、および１，３−ジアミノプロパンからなる群から選択される中性化合物である請求項１３４記載のシステム。
【請求項１７３】
前記軸配位子は、シアニド、酸およびカルボン酸からなる群から選択されるアニオン性化合物である請求項１３４記載のシステム。
【請求項１７４】
前記軸配位子は、物理化学的挙動の２つのタイプの領域を特徴とし、物理化学的挙動の第一の前記タイプの領域は、前記錯化原子との配位結合相互作用に参加する前記軸配位子の部分に対応し、物理化学的挙動の第二の前記タイプの領域は、前記軸配位子の前記最初の２つのタイプの間を連結するか、あるいは前記第一のタイプの領域と前記合成分子アセンブリーの別の前記成分との間を連結する、前記軸配位子の部分に対応する請求項１３４記載のシステム。
【請求項１７５】
前記軸配位子の物理化学的挙動の前記第二のタイプの領域は、前記スプリングタイプ弾性可逆性機能および前記実質的に弾性な分子リンカーの挙動を特徴とする請求項１７４記載のシステム。
【請求項１７６】
前記軸配位子は、２つの前記錯化原子の各々と可逆的物理化学的にペアになった軸二座配位子であり、これによって、前記軸二座配位子の本体は、本体を有し、かつ各々がそれぞれ前記軸二座配位子の単一末端に化学結合している２つの末端を有する、実質的に弾性の分子リンカーである請求項１３４記載のシステム。
【請求項１７７】
前記実質的に弾性な分子リンカーが、前記合成分子アセンブリーの前記収縮および拡張線形配座状態に関し、前記合成分子アセンブリーの物理的幾何学的線形スペーサーとして機能する請求項１３４記載のシステム。
【請求項１７８】
前記実質的に弾性な分子リンカーが、前記合成分子アセンブリーの少なくとも１つの任意に規定されている軸に沿う規定された軌道にしたがって、線形配座状態における前記移行の間、結果として生じる平行移動または線形運動を指向するために機能する請求項１３４記載のシステム。
【請求項１７９】
前記実質的に弾性な分子リンカーが、前記合成分子アセンブリーの２つの前記構成成分の間、あるいは、前記合成分子アセンブリーの前記構成成分と前記合成分子アセンブリーに対して外部の実体の少なくとも１つのエレメントまたは構成成分との間での効率的な電気的／電子的な作動可能なカップリングまたは接続を提供するために、あるタイプの分子導電性ワイヤとして、電気的および／または電子的な伝導の媒体として使用されるために機能する請求項１３４記載のシステム。
【請求項１８０】
分子導電性ワイヤの前記タイプとして機能する前記実質的に弾性な分子リンカーの化学タイプ、構造幾何学的な構成または形態、および大きさが、前記合成分子アセンブリーの少なくとも一部を含む電気的／電子的な回路の指定された電気的／電子的経路に沿った電気的／電子的な電荷流を最適化するために選択される請求項１７９記載のシステム。
【請求項１８１】
前記実質的に弾性な分子リンカーが、前記原子、前記錯化基および前記軸配位子からなる群から選択される前記合成分子アセンブリーの別の前記成分に化学結合された少なくとも１つの末端を有する請求項１３４記載のシステム。
【請求項１８２】
前記実質的に弾性な分子リンカーが、異なった単一前記錯化基に化学結合されている２つの末端のそれぞれを有する請求項１３４記載のシステム。
【請求項１８３】
前記実質的に弾性な分子リンカーが、少なくとも２つの個々の原子および少なくとも２つの分子からなる群から選択される化学的実体である請求項１３４記載のシステム。
【請求項１８４】
前記実質的に弾性な分子リンカーが、可変長さ、枝分かれ、および飽和を有する分子鎖、様々な一、二、または多−官能基を有する環式化合物、様々な一、二、または多−官能基を有する芳香族化合物、およびこれらの組合わせからなる群から選択される化学的実体である請求項１３４記載のシステム。
【請求項１８５】
前記実質的に弾性な分子リンカーが、アルカン、アルケン、アルキン、置換フェニル、アルコール、エーテル、モノ−（アリーレンエチニレン）、オリゴ−（アリーレンエチニレン）、ポリ（アリーレンエチニレン）、および（フェニレンエチニレン）からなる群から選択される化合物である請求項１３４記載のシステム。
【請求項１８６】
前記実質的に弾性な分子リンカーが、Ｃ２アルキン、Ｃ４アルキン、Ｃ６アルキン、１，４−置換フェニル、１，４−置換ビシクロ［２．２．２］オクタン、およびジエーテルからなる群から選択される化合物である請求項１３４記載のシステム。
【請求項１８７】
前記活性化シグナルが、各々が規定されている振幅および持続時間を有する２つの制御可能な一般的な相補レベルを有する請求項１３４記載のシステム。
【請求項１８８】
前記活性化シグナルの前記一般的な第一相補レベルは、対応する前記活性化メカニズムの操作と一貫性のある可逆的物理化学メカニズムの第一指向を介して、前記原子−軸配位子ペアを物理化学的に変性するために前記少なくとも１つの所定の原子−軸配位子ペアに送られ、これにより、前記少なくとも１つの実質的に弾性な分子リンカーの前記収縮線形配座状態から前記拡張線形配座状態への前記スプリングタイプ弾性可逆性移行が活性化され、これにより、前記活性化シグナルの前記一般的な第二相補レベルによって、前記少なくとも１つの実質的に弾性な分子リンカーが前記収縮配座状態に戻ることができる請求項１８７記載のシステム。
【請求項１８９】
前記活性化シグナルの前記一般的な第一相補レベルによって、前記少なくとも１つの実質的に弾性な分子リンカーが、前記収縮配座状態に戻ることができ、これにより前記活性化シグナルの前記一般的な第二相補レベルは、対応する前記活性化メカニズムの操作と一貫性のある可逆的物理化学メカニズムの第二指向を介して、前記原子−軸配位子ペアを物理化学的に変性するために前記少なくとも１つの所定の原子−軸配位子ペアに送られ、これにより、前記少なくとも１つの実質的に弾性な分子リンカーの前記拡張線形配座状態から前記収縮線形配座状態への前記スプリングタイプ弾性可逆性移行が活性化される請求項１８７記載のシステム。
【請求項１９０】
前記活性化シグナルの各前記一般的相補レベルは、規模、強さ、振幅、または強度を有する少なくとも１つの特定のサブレベルを特徴とする請求項１８７記載のシステム。
【請求項１９１】
前記活性化メカニズムの操作パラメーターは、前記少なくとも１つの所定の原子−軸配位子ペアに送られる前記活性化シグナルの前記一般的な相補レベルの（１）規模、強さ、振幅、または強度、（２）頻度、（３）時間または持続時間、（４）反復率または周期性、および（５）スイッチ率からなる群から選択される請求項１８７記載のシステム。
【請求項１９２】
前記活性化メカニズムは、前記活性化シグナルの電磁型を送る電磁メカニズム、前記活性化シグナルの電気／電子型を送る電気／電子メカニズム、前記活性化シグナルの化学型を送る化学的メカニズム、前記活性化シグナルの電気化学型を送る電気化学メカニズム、前記活性化シグナルの磁気型を送る磁気メカニズム、前記活性化シグナルの音響型を送る音響メカニズム、前記活性化シグナルの光音響型を送る光音響メカニズム、および前記活性化シグナルの組合わせ型を送るこれらの組合わせからなる群から選択されるメカニズムの型である請求項１３４記載のシステム。
【請求項１９３】
前記活性化メカニズムは、前記活性化シグナルのレーザービーム型を送るレーザービームベース活性化メカニズム、前記活性化シグナルのメーザービーム型を送るメーザービームベース活性化メカニズム、およびこれらの組合わせからなる群から選択される活性化メカニズムの電磁型である請求項１３４記載のシステム。
【請求項１９４】
前記活性化メカニズムは、前記活性化シグナルの電流型を送る電流ベース活性化メカニズム、活性化シグナルの加えられた電気ポテンシャル型を送る加えられた電気ポテンシャルベース活性化メカニズムおよびこれらの組合わせからなる群から選択される活性化メカニズムの電気／電子型である請求項１３４記載のシステム。
【請求項１９５】
前記活性化メカニズムは、前記活性化シグナルのプロトネーション−デプロトネーション型を送るプロトネーション−デプロトネーションベース活性化メカニズム、前記活性化シグナルのｐＨ変化型を送るｐＨ変化ベース活性化メカニズム、前記活性化シグナルの濃度変化型を送る濃度変化ベース活性化メカニズム、およびこれらの組合わせからなる群から選択される活性化メカニズムの化学型である請求項１３４記載のシステム。
【請求項１９６】
前記活性化メカニズムが、前記活性化シグナルの還元／酸化型を発生させて送る還元／酸化ベース電気化学型活性化メカニズムである請求項１３４記載のシステム。
【請求項１９７】
前記活性化メカニズムの特定のタイプおよび操作パラメータは、前記合成分子アセンブリーの前記構成成分の物理化学的なタイプおよび構造にしたがって選択される請求項１３４記載のシステム。
【請求項１９８】
前記活性化メカニズムは前記活性化シグナルを前記合成分子アセンブリーの少なくとも１つの前記所定の原子−軸配位子ペアを前記物理化学的に変性するために、約３５０ｎｍ〜約９００ｎｍの範囲内にある波長を有するレーザー光ビームとして前記活性化メカニズムの電磁型を送るレーザービームベースの前記活性化メカニズムの電磁型である請求項１３４記載のシステム。
【請求項１９９】
前記レーザービームがＨｚ程度〜ＭＨｚ程度の範囲内にある繰返し率において操作する請求項１９８記載のシステム。
【請求項２００】
前記レーザービームが４０ＭＨｚの繰返し率において操作する請求項１９８記載のシステム。
【請求項２０１】
前記活性化メカニズムが還元／酸化ベースの活性化メカニズムの電気化学型であって、前記合成分子アセンブリーの少なくとも１つの前記所定の原子−軸配位子ペアを前記物理化学的に変性するために、約−１．０Ｖ〜約−２．５Ｖ対飽和カロメル参照電極の範囲内にある還元ポテンシャルとしての前記活性化シグナルの電気化学還元型を送り、約＋０．５Ｖ〜約＋１．３Ｖ対前記飽和カロメル参照電極の範囲内にある酸化ポテンシャルとしての前記活性化シグナルの電気化学酸化型を送る請求項１３４記載のシステム。
【請求項２０２】
前記活性化メカニズムがプロトネーション／デプロトネーションベースの活性化メカニズムの化学型であって、前記合成分子アセンブリーの少なくとも１つの前記所定の原子−軸配位子ペアを前記物理化学的に変性するために、アセトニトリルの酸性溶液およびＨＣｌの希釈水溶液／酸性アセトニトリル溶液として、前記活性化シグナルの化学プロトネーション型を送り、アセトニトリルと希釈ＮａＯＨとの塩基性溶液として、前記活性化シグナルの化学デプロトネーション型を送る請求項１３４記載のシステム。
【請求項２０３】
前記合成分子アセンブリーの前記化学ユニットまたはモジュールが：（５）前記合成分子アセンブリーの前記構成成分を相互に化学的に接続するための少なくとも１つの化学的コネクター、をさらに含む請求項１３４記載のシステム。
【請求項２０４】
前記化学的コネクターが前記合成分子アセンブリーの別の前記成分に対して追加の構造的制約を与えるために機能する請求項２０３記載のシステム。
【請求項２０５】
前記化学的コネクターが原子および分子からなる群から選択される化学的実体である請求項２０３記載のシステム。
【請求項２０６】
前記合成分子アセンブリーの前記化学ユニットまたはモジュールが：（６）前記合成分子アセンブリーの別の前記構成成分の所定の位置にそれぞれが配置された少なくとも１つの結合部位で、前記合成分子アセンブリーの前記位置を、前記合成分子アセンブリーに対して外部の実体に結合するか、または作動可能にカップリングするための少なくとも１つの結合部位、をさらに含む請求項１３４記載のシステム。
【請求項２０７】
前記結合部位が、電気的または電子的な伝導の媒体として、あるタイプの分子導電性ワイヤとして使用されるために、前記合成分子アセンブリーの２つの前記構成成分の間、または前記合成分子アセンブリーの前記構成成分と、前記合成分子アセンブリーに対して外部の実体の少なくとも１つのエレメントまたは構成成分との間での効率的な電気的／電子的な作動可能なカップリングまたは接続を提供するために機能する請求項２０６記載のシステム。
【請求項２０８】
前記タイプの分子導電性ワイヤとして機能する前記結合部位の化学タイプ、構造幾何学的な構成または形態、および大きさが、前記合成分子アセンブリーの少なくとも一部を含む電気的／電子的な回路の指定された電気的／電子的経路に沿った電気的／電子的な電荷流を最適化するために選択される請求項２０７記載のシステム。
【請求項２０９】
前記分子導電性ワイヤとして機能する前記結合部位は、ナノチューブ、多共役ポリマー、ＤＮＡをテンプレートとする金または銀の導電性ワイヤ、多芳香族分子、置換された多芳香族分子、および、少なくとも１つのチオール官能基を含む置換された多芳香族分子からなる群から選択される化学的実体である請求項２０８記載のシステム。
【請求項２１０】
前記結合部位が、複数の前記結合部位によって相互に化学的に接続または結合された複数の前記化学的ユニットまたは化学的モジュールを特徴とする、前記合成分子アセンブリーのポリ分子形態のスケールアップされたアセンブリーにおいて接続性および方向づけられたモジュール性を提供するために機能する請求項２０６記載のシステム。
【請求項２１１】
前記結合部位が、前記合成分子アセンブリーへ認識部位を供給するために機能する請求項２０６記載のシステム。
【請求項２１２】
前記結合部位が、前記合成分子アセンブリーへ認識部位を供給するために機能し、前記結合部位が少なくとも１つの特定の抗体によって認識されるために少なくとも１つのレセプターを特徴とする請求項２０６記載のシステム。
【請求項２１３】
前記結合部位が、様々な程度または範囲の共有原子価、配位、またはイオン強度の少なくとも１つの化学結合を介して、前記合成分子アセンブリーの少なくとも１つの他の前記成分へ化学結合されている化学的実体であって、可変寸法および柔軟性を有する可変幾何学形状または形態を有する請求項２０６記載のシステム。
【請求項２１４】
前記結合部位は、原子、分子、介在スペーサーアーム、架橋基、キャリヤー分子、およびこれらの組合わせからなる群から選択される化学的実体である請求項２０６記載のシステム。
【請求項２１５】
前記合成分子アセンブリーが、単一の前記合成分子アセンブリーの前記化学ユニットまたはモジュールの複数の少なくとも２つを組立てて連結することによって形成されたスケールアップされた前記合成分子アセンブリーであって、前記スケールアップされた合成分子アセンブリーの各前記化学ユニットまたはモジュールは前記成分を含み、単一の前記化学ユニットまたはモジュールの機能性を示す請求項１３４記載のシステム。
【請求項２１６】
前記スケールアップされた合成分子アセンブリーは、前記複数の前記化学ユニットまたはモジュールの一次元アレー、二次元アレー、三次元アレー、およびこれらの組合わせからなる群から選択される可変幾何学形状または形態であり、可変大きさおよび柔軟性を有する請求項２１５記載のシステム。
【請求項２１７】
前記スケールアップされた合成分子アセンブリーの各前記化学ユニットまたはモジュールが、機能的および構造的に前記スケールアップされた合成分子アセンブリーの一部であることに加えて、その個々の機能および構造を保持する請求項２１５記載のシステム。
【請求項２１８】
前記単一の化学ユニットまたはモジュールの前記スプリングタイプ弾性可逆性機能、構造、および挙動に関係する機能的および構造的特徴は、前記スケールアップされた合成分子アセンブリーの前記複数の前記化学ユニットまたはモジュールの数および幾何学形状または形態にしたがって、効果的に線形に拡張可能であること、および相乗作用的に拡張可能であることからなる群から選択されるように拡張可能である請求項２１５記載のシステム。
【請求項２１９】
前記結合ユニットを形成するために、それぞれの合成分子アセンブリーを前記選択されたユニットに前記作動可能なカップリングが、前記合成分子アセンブリーの少なくとも１つの前記構成成分を、システムの前記選択されたユニットの少なくとも１つのエレメントまたは構成成分にカップリングすることによって行われる請求項１３４記載のシステム。
【請求項２２０】
前記結合ユニットを形成するために、それぞれの合成分子アセンブリーを前記選択されたユニットに前記作動可能なカップリングが、前記合成分子アセンブリーの少なくとも１つの前記構成成分を、システムの前記選択されたユニットの少なくとも１つのエレメントまたは構成成分にカップリングすることによって行われ、物理的カップリング機構、化学的カップリング機構、物理化学的カップリング機構、それらの組合せ、およびそれらの一体化からなる群から選択されるカップリング機構を使用することによって行われる請求項１３４記載のシステム。
【請求項２２１】
前記結合ユニットを形成するために、それぞれの合成分子アセンブリーを前記選択されたユニットに前記作動可能なカップリングが、前記合成分子アセンブリーの少なくとも１つの前記構成成分を、システムの前記選択されたユニットの少なくとも１つのエレメントまたは構成成分にカップリングすることによって行われ、物理的吸着、物理的吸収、非結合性の物理的相互作用、機械的カップリング、単純な並置、電気的カップリング、電子的カップリング、磁気的カップリング、電磁的カップリング、電気機械的カップリング、磁気機械的カップリング、それらの組合せ、およびそれらの一体化からなる群から選択される物理的カップリング機構を使用することによって行われる請求項１３４記載のシステム。
【請求項２２２】
前記結合ユニットを形成するために、それぞれの合成分子アセンブリーを前記選択されたユニットに前記作動可能なカップリングが、前記合成分子アセンブリーの少なくとも１つの前記構成成分を、システムの前記選択されたユニットの少なくとも１つのエレメントまたは構成成分にカップリングすることによって行われ、共有結合型の化学結合、配位型の化学結合、イオン型の化学結合、水素型の化学結合、ファンデルワールス型の化学結合、それらの組合せ、およびそれらの一体化からなる群から選択される化学的カップリング機構を使用することによって行われる請求項１３４記載のシステム。
【請求項２２３】
前記結合ユニットを形成するために、それぞれの合成分子アセンブリーを前記選択されたユニットに前記作動可能なカップリングが、前記合成分子アセンブリーの少なくとも１つの前記構成成分を、システムの前記選択されたユニットの少なくとも１つのエレメントまたは構成成分にカップリングすることによって行われ、物理的カップリング機構の電気型を、前記化学的カップリング機構の少なくとも１つとの組合せまたは一体化で使用することによって行われ、電気コンダクタンス、電子コンダクタンスおよび電子トンネル効果からなる群から選択される少なくとも１つの現象が、前記合成分子アセンブリーの前記少なくとも１つの構成成分と、システムの前記選択されたユニットの前記作動可能にカップリングされた前記少なくとも１つのエレメントまたは構成成分との間で生じる請求項２２２記載のシステム。
【請求項２２４】
前記結合ユニットを形成するために、それぞれの合成分子アセンブリーを前記選択されたユニットに前記作動可能なカップリングが、前記合成分子アセンブリーの少なくとも１つの前記構成成分を、システムの前記選択されたユニットの少なくとも１つのエレメントまたは構成成分にカップリングすることによって行われ、物理的カップリング機構の電子型を、前記化学的カップリング機構の少なくとも１つとの組合せまたは一体化で使用することによって行われ、電気コンダクタンス、電子コンダクタンスおよび電子トンネル効果からなる群から選択される少なくとも１つの現象が、前記合成分子アセンブリーの前記少なくとも１つの構成成分と、システムの前記選択されたユニットの前記作動可能にカップリングされた前記少なくとも１つのエレメントまたは構成成分との間で生じる請求項２２２記載のシステム。
【請求項２２５】
システム特性が運動量である請求項１３４記載のシステム。
【請求項２２６】
システム特性がトポグラフィーである請求項１３４記載のシステム。
【請求項２２７】
システム特性が電子挙動である請求項１３４記載のシステム。
【請求項２２８】
システム特性が、システムの前記選択されたユニットによって示される粒子運動に関係するような運動量である請求項１３４記載のシステム。
【請求項２２９】
システム特性が、システムの前記選択されたユニットによって示される方向配向した分子運動に関係するような運動量である請求項１３４記載のシステム。
【請求項２３０】
システム特性が、システムの前記選択されたユニットによって示される長さおよび高さからなる群から選択される変化する大きさに関係するようなトポグラフィーである請求項１３４記載のシステム。
【請求項２３１】
システム特性が、システムの前記選択されたユニットによって示される分子電気／電子導電性に関係するような電子挙動である請求項１３４記載のシステム。
【請求項２３２】
システム特性が、システムの前記選択されたユニットによって示される電気的／電子的なトグル切り換えまたは連動スイッチングに関する分子導電性に関係するような電子挙動である請求項１３４記載のシステム。
【請求項２３３】
システム特性が、前記選択されたユニットによって示される粒子運動に関係するような運動量であって、前記選択されたユニットは容器に含有される溶媒に懸濁または可溶化された粒子を特徴とし、前記粒子の前記粒子運動に関係する運動量のシステム特性は合成分子スプリングデバイスによって動的に制御可能である請求項１３４記載のシステム。
【請求項２３４】
前記選択されたユニットの前記粒子がシステムの前記結合ユニットを前記形成するために複数の前記合成分子アセンブリーの前記作動可能なカップリングにおける可動性の基質として機能する請求項２３３記載のシステム。
【請求項２３５】
前記粒子が調節可能なサイズまたは大きさ、質量および体積を有する様々な幾何学的な構成、形態または形状である請求項２３３記載のシステム。
【請求項２３６】
前記粒子がセンチメートル〜オングストロームの範囲の程度のサイズまたは大きさを有する球状、楕円状、円盤状、円筒状もしくは桿様、多角形状および無定形からなる群から選択される幾何学的な構成、形態または形状である請求項２３３記載のシステム。
【請求項２３７】
前記選択されたユニットが、前記溶媒における金粒子の懸濁物であって、それにより、複数の前記合成分子アセンブリーは、システムの前記結合ユニットを形成するために、前記金粒子の表面に吸着によって前記作動可能にカップリングされる請求項２３３記載のシステム。
【請求項２３８】
前記選択されたユニットの前記容器は、開放容器、閉じた容器、メンブラン、小胞、および類似するタイプの前記容器からなる群から選択される請求項２３３記載のシステム。
【請求項２３９】
前記容器の少なくとも一部が、活性化メカニズムによって送られる前記活性化シグナルに対して透過性であって、前記活性化メカニズムが、レーザー光の形態の前記活性化シグナルを前記容器に送る、前記粒子に作動可能にカップリングされた前記合成分子アセンブリーを効果的に活性化するためのレーザー光源である請求項２３３記載のシステム。
【請求項２４０】
前記レーザー光源活性化メカニズムが、前記レーザー光活性化シグナルを、前記粒子に作動可能にカップリングされた前記合成分子アセンブリーの前記原子−軸配位子ペアに送った後、前記活性化シグナルの方向を向く前記原子−軸配位子ペアを有する前記合成分子アセンブリーと作動可能にカップリングされた前記粒子のみが、前記実質的に弾性な分子リンカーの前記スプリングタイプの弾性可逆的な線状立体配座移行に応答して、突然または急のジャンピング様式またはスイミング様式で制御可能に動き、これに対して、暗い面の方向を向く前記原子−軸配位子ペアを有する前記合成分子アセンブリーは、前記活性化メカニズムにより送られる活性化シグナルによって影響されず、前記スプリングタイプの弾性可逆的な移行を受けない請求項２３９記載のシステム。
【請求項２４１】
前記システム特性が前記選択されたユニットによって示される方向配向した分子運動に関係するような運動量であって、前記選択されたユニットは容器に含有される液体に可溶化または混合され、分子配向ディレクター機構の影響にさらされる方向配向可能な分子を特徴とし、前記方向配向した分子運動に関係する運動量のシステム特性は前記合成分子スプリングデバイスによって動的に制御可能である請求項１３４記載のシステム。
【請求項２４２】
前記方向配向可能な分子が液晶分子であって、前記分子配向ディレクター機構は液晶ディレクター機構であって、前記選択されたユニットは、前記容器に含有される前記液体に可溶化または混合され、前記液晶ディレクター機構の影響にさらされる前記液晶分子を特徴とする請求項２４１記載のシステム。
【請求項２４３】
前記液晶分子が円筒状もしくは桿様、球状、楕円状、円盤状および多角形状からなる群から選択される調節可能なサイズまたは大きさ、質量および体積を有する幾何学的な構成、形態または形状である請求項２４２記載のシステム。
【請求項２４４】
前記容器の少なくとも一部が、活性化メカニズムによって送られる前記活性化シグナルに対して透過性であって、前記活性化メカニズムが、レーザー光の形態の前記活性化シグナルを前記容器に送る、前記液晶分子に作動可能にカップリングされた前記合成分子アセンブリーを効果的に活性化するためのレーザー光源である請求項２４２記載のシステム。
【請求項２４５】
前記レーザー光源活性化メカニズムが、前記レーザー光活性化シグナルを、前記液晶分子に作動可能にカップリングされた前記合成分子アセンブリーの前記原子−軸配位子ペアに送った後、前記液晶分子が実質的に弾性な分子リンカーの前記スプリングタイプの弾性可逆的な線状立体配座移行に応答して、前記液晶分子のディレクターとして実質的に同じ方向に沿って突然または急のジャンピング様式で制御可能に動く請求項２４４記載のシステム。
【請求項２４６】
システム特性が前記選択されたユニットによって示される変化する大きさに関係するようなトポグラフィーであって、前記選択されたユニットは中空繊維状構造を特徴とし、前記中空繊維状構造の前記変化する前記長さの前記大きさに関係するトポグラフィーのシステム特性が合成分子スプリングデバイスによって動的に制御可能である請求項１３４記載のシステム。
【請求項２４７】
前記選択されたユニットの前記中空繊維状構造が、複数の前記合成分子アセンブリーの前記作動可能なカップリングのための基質として機能し、前記合成分子アセンブリーは、システムの前記結合ユニットを前記形成するために、前記中空繊維状構造の幾何学的な構成または形態に従って配置および配列される請求項２４６記載のシステム。
【請求項２４８】
前記中空繊維状構造が、前記中空繊維状構造に構造的性質、機械的性質、電気的性質、物理的性質および化学的性質からなる群から選択される特定の物理化学的性質を与えるために、ポリマータイプの物質、ゲルタイプの物質、および多孔性タイプの物質からなる群から選択される少なくとも１つのタイプの物質で少なくとも一部が充填される請求項２４７記載のシステム。
【請求項２４９】
前記活性化メカニズムが、前記活性化シグナルの加えられた電気ポテンシャル型を前記カップリングされたユニットの前記合成分子アセンブリーの前記所定の原子−軸配位子ペアへ送る加えられた電気ポテンシャルベースの活性化メカニズムである請求項２４７記載のシステム。
【請求項２５０】
前記活性化メカニズムが、前記加えられた電気ポテンシャル活性化シグナルを、前記結合ユニットの前記合成分子アセンブリーの前記所定の原子−軸配位子ペアに送った後、前記中空繊維状構造の前記長さが実質的に弾性な分子リンカーの前記スプリングタイプの弾性可逆的な線状立体配座移行に応答して、スプリングタイプの弾性可逆的な様式で制御可能に拡張及び収縮する前記合成分子アセンブリーと作動可能にカップリングされる請求項２４９記載のシステム。
【請求項２５１】
システム特性が前記選択されたユニットによって示される変化する高さの大きさに関係するようなトポグラフィーであって、前記選択されたユニットは表面構造を特徴とし、前記表面構造の前記変化する前記高さの前記大きさに関係するトポグラフィーのシステム特性が合成分子スプリングデバイスによって動的に制御可能である請求項１３４記載のシステム。
【請求項２５２】
前記選択されたユニットの前記表面構造の露出した上側表面が、システムの前記カップリングされたユニットを前記形成するために、前記合成分子アセンブリーの複数の前記作動可能なカップリングの基質として機能する請求項２５１記載のシステム。
【請求項２５３】
前記表面構造の前記露出した上側表面が、前記合成分子アセンブリーとの化学的な適合性を有し、効率的な吸着を可能にする物質である請求項２５２記載のシステム。
【請求項２５４】
前記露出した上側表面の前記物質の少なくとも一部分は金、白金および銀からなる群から選択される金属である請求項２５３記載のシステム。
【請求項２５５】
前記表面構造が球状、楕円状、円盤状、円筒状もしくは桿様および無定形からなる群から選択される調節可能なサイズまたは大きさ、質量および体積を有する幾何学的な構成、形態または形状である請求項２５１記載のシステム。
【請求項２５６】
前記活性化メカニズムのレーザー光源タイプが、前記活性化シグナルの電磁放射線タイプを、前記カップリングされたユニットの前記合成分子アセンブリーの前記所定の原子−軸配位子ペアに送った後、前記合成分子アセンブリーと作動可能にカップリングされた前記表面構造の前記高さが前記実質的に弾性な分子リンカーの前記スプリングタイプの弾性可逆的な線状立体配座移行に応答して、スプリングタイプの弾性可逆的な様式で制御可能に拡張および収縮する請求項２５２記載のシステム。
【請求項２５７】
システム特性が、前記選択されたユニットによって示される分子電気／電子導電性に関係するような電子挙動であって、前記選択されたユニットは（ｉ）電圧源、（ｉｉ）スイッチ、（ｉｉｉ）負荷または抵抗、（ｉｖ）少なくとも２つの電極、および（ｖ）電子的配線を含む電子回路を特徴とし、前記電子回路の前記分子電気／電子導電性に関係するような電子挙動のシステム特性は合成分子スプリングデバイスによって動的に制御可能である請求項１３４記載のシステム。
【請求項２５８】
前記分子導電性の動的に前記制御可能な変化が、少なくとも１つの前記合成分子アセンブリーに電子的にカップリングされた前記電子回路である前記結合ユニットにおける指定された電気的／電子的経路に沿って生じる請求項２５７記載のシステム。
【請求項２５９】
前記結合ユニットにおける前記指定された電気的／電子的経路に沿って、各前記合成分子アセンブリーに含まれる少なくとも１つの実質的に弾性な分子リンカーの前記スプリングタイプの弾性可逆的な移行が前記電子回路における前記分子伝導性の変化を前記動的に制御するために利用される請求項２５８記載のシステム。
【請求項２６０】
前記結合ユニットは、前記合成分子アセンブリーが電子的にカップリングされた電子回路を特徴とし、前記分子導電性の前記動的に制御可能な変化がそれに沿って生じる指定された電気的／電子的経路は、前記合成分子アセンブリーの前記構成成分の異なった組合わせを含む請求項２５７記載のシステム。
【請求項２６１】
合成分子スプリングデバイスが、量子ドットの電子的な構成および特性を変性するために、前記合成分子アセンブリーの前記スプリングタイプの弾性可逆的な機能、構造および挙動を利用する分子レベルでのモジュレーターまたはアクチュエーターとして使用される請求項２５７記載のシステム。
【請求項２６２】
前記量子ドットが、前記実質的に弾性な分子リンカーおよび前記原子に錯化された前記錯化基からなる群から選択される前記合成分子アセンブリーの前記構成成分である請求項２６１記載のシステム。
【請求項２６３】
前記分子導電性の前記動的に制御可能な変化が、前記合成分子アセンブリーに電子的にカップリングされた前記電子回路である前記結合ユニットにおける前記電極間の指定された電気的／電子的経路に沿った電流または電荷の流れを動的に制御または調節することに関するものであり、合成分子スプリングデバイスの活性化メカニズムによって送られた活性化シグナルの増幅がある請求項２５７記載のシステム。
【請求項２６４】
前記結合ユニットにおける前記指定された電気的／電子的経路に沿って、各前記合成分子アセンブリーに含まれる少なくとも１つの実質的に弾性な分子リンカーの前記スプリングタイプの弾性可逆的な移行が前記電子回路における電気的／電子的なトグル切り換えまたは連動スイッチングを動的に制御するために利用される請求項２５７記載のシステム。
【請求項２６５】
前記電子回路における前記電圧源は、約−１０Ｖ〜約＋１０Ｖの範囲にある振幅を有するＤＣ印加電位およびＡＣ印加電位からなる群から選択される印加電位のタイプを作り出す請求項２５７記載のシステム。
【請求項２６６】
前記電子回路における各前記電極が、ｎｍ２〜ｃｍ２の程度の範囲の導電性表面積を有する請求項２５７記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、合成分子レベルでのデバイス（例えば、合成分子スプリング、エンジンまたはマシーンなど）をシステムにおいて使用する方法に関する。より詳細には、本発明は、システム特性を動的に制御するためにシステムにおいて合成分子スプリングデバイスを使用する方法、およびその対応するシステムに関する。本発明の実行を記述および例示するために使用される例示的なシステム特性は、運動量、トポグラフィーおよび電子挙動である。これらのシステム特性のそれぞれを動的に制御するために合成分子スプリングデバイスを使用することが、本発明の対応するシステムのいくつかの特定の例示的な好ましい実施形態に関して例示的に記載される。
【背景技術】
【０００２】
外部トリガーまたは活性化メカニズムの作用下、制御可能に伸縮する能力を特徴とする分子構造は、ナノデバイス、材料科学、ロボット工学、バイオミメティックス、および分子エレクトロニクスの発展途上の分野におけるキー要素となると期待されている。特に、適切なトリガーまたは活性化シグナルによってトリガーされるか、または活性化される指向運動（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  ｍｏｔｉｏｎ）、例えば線形および／または回転指向運動を示すことができる、および／または引起こすことができる分子構造は、スプリング様、エンジン様、および／または機械様挙動を示すか、または包含する動作および機能を有する分子デバイスを構成するために必要とされる。
【０００３】
近年、合成分子レベルでのデバイス（例えば、合成分子スプリング、エンジンまたはマシーンなど）を設計し、開発し、かつ実施する研究および試みがますます多く提示されている。このような教示のいくつかは次のとおりである：Ｂｉｓｓｅｌｌ，Ｒ．Ａ．、Ｃｏｒｄｏｖａ，Ｅ．、Ｋａｉｆｅｒ，Ａ．Ｅ．およびＳｔｏｄｄａｒｔ，Ｊ．Ｆ．「化学的および電気化学的にスイッチ可能な分子シャトル（Ａ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｌｙ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｌｙ  Ｓｗｉｔｃｈａｂｌｅ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｓｈｕｔｔｌｅ）」、Ｎａｔｕｒｅ  ３６９、１３３−１３７（１９９４）；Ｆｅｒｉｎｇａ，Ｂ．Ｌ．、「分子運動の制御において（Ｉｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｏｆ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｍｏｔｉｏｎ）」、Ｎａｔｕｒｅ  ４０８、１５１−１５４（２０００）；Ｊｉｍｅｎｅｚ，Ｍ．Ｃ．、Ｄｉｅｔｒｉｃｈ−Ｂｕｃｈｅｃｋｅｒ，Ｃ．、およびＳａｕｖａｇｅ，Ｊ．Ｐ．、「合成分子筋肉序説：線形ロタキサンダイマーの収縮および伸張（Ｔｏｗａｒｄｓ  Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｍｕｓｃｌｅｓ：Ｃｏｎｔｒａｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｓｔｒｅｔｃｈｉｎｇ  ｏｆ  ａ  Ｌｉｎｅａｒ  Ｒｏｔａｘａｎｅ  Ｄｉｍｅｒ）」、Ａｎｇｅｗａｎｄｔｅ  Ｃｈｅｍｉｅ−Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｅｄｉｔｉｏｎ  ｉｎ  Ｅｎｇｌｉｓｈ  ３９、３２８４−３２８７（２０００）；Ｍａｈａｄｅｖａｎ，Ｌ．およびＭａｔｓｕｄａｉｒａ，Ｐ．、「超分子スプリングおよびラチェットによって動力供給される運動性（Ｍｏｔｉｌｉｔｙ  Ｐｏｗｅｒｅｄ  ｂｙ  Ｓｕｐｒａｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｓｐｒｉｎｇｓ  ａｎｄ  Ｒａｔｃｈｅｔｓ）」、Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２８８、９５−９９（２０００）；Ｏｔｅｒｏ，Ｔ．Ｆ．およびＳａｎｓｉｎｅｎａ，Ｊ．Ｍ．「人工筋肉用の軟質湿潤導電性ポリマー（Ｓｏｆｔ  ａｎｄ  Ｗｅｔ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ  ｆｏｒ  Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ  Ｍｕｓｃｌｅｓ）」、Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  １０、４９１−４９４（１９９８）；およびＴａｓｈｉｒｏ，Ｋ．、Ｋｏｎｉｓｈｉ，Ｋ．、およびＡｉｄａ，Ｔ．「レドックス応答性回転モジュールとしての金属ビスポルフィリネートダブルデッカー錯体、プローブとしてキラリティーを用いる還元形態および酸化形態の配位子回転活性に関する研究（Ｍｅｔａｌ  Ｂｉｓｐｏｒｐｈｙｒｉｎａｔｅ  Ｄｏｕｂｌｅ−Ｄｅｃｋｅｒ  Ｃｏｍｐｌｅｘｅｓ  ａｓ  Ｒｅｄｏｘ−Ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅ  Ｒｏｔａｔｉｎｇ  Ｍｏｄｕｌｅｓ，Ｓｔｕｄｉｅｓ  ｏｎ  Ｌｉｇａｎｄ  Ｒｏｔａｔｉｏｎ  Ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｒｅｄｕｃｅｄ  ａｎｄ  Ｏｘｉｄｉｚｅｄ  Ｆｏｒｍｓ  Ｕｓｉｎｇ  Ｃｈｉｒａｌｉｔｙ  ａｓ  ａ  Ｐｒｏｂｅ）」、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  １２２，７９２１−７９２６（２０００）。
【０００４】
これらの教示はとりわけ、ロタキサン分子、カテナン分子、ポリピロールフィルム、単一壁ナノチューブシートの形態におけるこのような分子構造に関する。特にロタキサン分子および／またはカテナン分子に関するいくつかの教示は次のとおりである：Ｌｅｉｇｈ，Ｄ．Ａ．、Ｔｒｏｉｓｉ，Ａ．およびＺｅｂｅｔｔｏ，Ｆ．、「ベンジルアミド［２］カテナンにおける大環状環回転の量子−機械的説明（Ａ  Ｑｕａｎｔｕｍ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｍａｃｒｏｃｙｃｌｉｃ  Ｒｉｎｇ  Ｒｏｔａｔｉｏｎ  ｉｎ  Ｂｅｎｚｙｌｉｃ  Ａｍｉｄｅ  ［２］Ｃａｔｅｎａｎｅｓ）」、Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ７、１４５０−１４５４（２００１）；Ａｍｅｎｄｏｌａ，Ｖ．、Ｆａｂｂｒｉｚｚｉ，Ｌ．、Ｍａｎｇａｎｏ，Ｃ．、およびＰａｌｌａｖｉｃｉｎｉ，Ｐ．、「金属イオン転位に基づく分子機械（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｍａｃｈｉｎｅｓ  Ｂａｓｅｄ  ｏｎ  Ｍｅｔａｌ  Ｉｏｎ  Ｔｒａｎｓｌｏｃａｔｉｏｎ）」、Ａｃｃｏｕｎｔｓ  ｏｆ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  ３４、４８８−４９３（２００１）；Ｃｏｌｌｉｎ，Ｊ．Ｐ．、Ｄｉｅｔｒｉｃｈ−Ｂｕｃｈｅｃｋｅｒ，Ｃ．、Ｇａｖｉｎａ，Ｐ．、Ｊｉｍｅｎｅｚ−Ｍｏｌｅｒｏ，Ｍ．およびＳａｕｖａｇｅ，Ｊ．Ｐ．、「シャトルおよび筋肉：遷移金属に基づく線形分子機械（Ｓｈｕｔｔｌｅｓ  ａｎｄ  Ｍｕｓｃｌｅｓ：Ｌｉｎｅａｒ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｍａｃｈｉｎｅｓ  Ｂａｓｅｄ  ｏｎ  Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ  Ｍｅｔａｌｓ）」、Ａｃｃｏｕｎｔｓ  ｏｆ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  ３４、４７７−４８７（２００１）；Ａｓｈｔｏｎ，Ｐ．Ｒ．ら、「ビピリジニウムおよびジアルキルアンモニウム認識部位を組込むカテナンにおける二重モード「共立体配座」スイッチング（Ｄｕａｌ−Ｍｏｄｅ‘Ｃｏ−Ｃｏｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｌ’Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ  ｉｎ  Ｃａｔｅｎａｎｅｓ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇ  Ｂｉｐｙｒｉｄｉｎｉｕｍ  ａｎｄ  Ｄｉａｌｋｙｌａｍｍｏｎｉｕｍ  Ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ  Ｓｉｔｅｓ）」、Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ７、３４８２−３４９３（２００１）；およびＣａｒｄｅｎａｓ，Ｄ．Ｊ．ら、「［２］−カテナン部分に共有結合した［Ｒｕ（Ｔｐｙ）２］２＋ユニットから構成されている多成分錯体の合成、Ｘ線構造、および電気化学的および励起状態特性。カテネート金属イオンの変更によるエネルギー−伝達方向の制御（Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ，Ｘ−ｒａｙ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  ａｎｄ  Ｅｘｃｉｔｅｄ−Ｓｔａｔｅ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  Ｍｕｌｔｉｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  Ｃｏｍｐｌｅｘｅｓ  Ｍａｄｅ  ｏｆ  ａ  ［Ｒｕ（Ｔｐｙ）２］２＋  Ｕｎｉｔ  Ｃｏｖａｌｅｎｔｌｙ  Ｌｉｎｋｅｄ  ｔｏ  ａ  ［２］−Ｃａｔｅｎａｔｅ  Ｍｏｉｅｔｙ．Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｅｎｅｒｇｙ−Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ  ｂｙ  Ｃｈａｎｇｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｃａｔｅｎａｔｅ  Ｍｅｔａｌ  Ｉｏｎ）」、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  １２１、５４８１−５４８８（１９９９）。
【０００５】
それにもかかわらずこれらの教示は、単独で、あるいは組合わせて、分子デバイスの、特に動的な制御に服しやすいシステム特性を特徴とするシステムの部分として、実際的な商業用途にとって決定的に重要な先行必要条件および特徴の完全なセットの満足すべき実施態様を提供しない。このような先行必要条件および特徴のいくつかは次のとおりである：（１）巨視的世界への組合わせ可能性、（２）仕事を遂行する可能性、（３）単次元または多次元拡張可能性に関するモジュール性、（４）用途の広さ、（５）エラー強さ（ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ）、（６）逆転可能性（ｒｅｖｅｒｓａｂｉｌｉｔｙ）、（７）連続または不連続モードにおける実施可能性、（８）高度に分解しうる時間応答、および（９）多様な異なる技術による操作中の監視の可能性である。
【０００６】
機械は一般に、特定の目標およびタスク、例えば有用な仕事の遂行を得るために、または特別な特性あるいは機械を含むシステムの特性を制御するために予め決められた方法で、加えられた力を改変し、伝達し、指向するために形成されて連結された別々の実体、本体（ｂｏｄｙ）、成分、および／または要素を通常有するデバイスとして規定される。エンジンは一般に、外部供給燃料を消費することによって作動する、電気、スプリング駆動、または油圧、モーターと明確に区別するために、エネルギーを機械運動に転換するデバイスまたは機械として規定される。
【０００７】
したがって、成分および／または要素の相互関係のある集団を特徴とし、有用な仕事の遂行のために、または特別な特性あるいはシステムの特性および一般的にシステム、特に分子構造を含むシステムの動的制御のために、特別な分子コンホメーションにおいて予め決定されている化学結合のエネルギーを保存して、この保存されたエネルギーを機械運動に転換する能力を有する、化学ユニットまたはモジュールの形態にある分子構造は、分子エンジンと見なされてもよい。このような分子モジュールを、分子エンジンの全体または一部として用いるために、その作用を制御する必要がある。１つの可能性は、化学結合の条件的形成および切断に依るものである。ここで、化学結合の形成および切断は、潜在的エネルギーの保存および放出、および付随的分子機械運動または活動を引起こす。例えば先行文献において「分子機械」、「分子エンジン」、「分子スプリング」などの用語、および分子構造およびアセンブリーに関連したその他の同様な用語を見ることはまったく普通であるが、関連する機械的特性の実用的実施は現在のところ一般に、例えばＡｍｅｎｄｏｌａ，Ｖ．ら、「遷移金属によってスイッチされた分子事象（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｅｖｅｎｔｓ  Ｓｗｉｔｃｈｅｄ  ｂｙ  Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ  Ｍｅｔａｌｓ）」、Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  Ｒｅｖｉｅｗｓ  １９０、６４９−６６９（１９９９）によって浮き彫りにされているように、まったく実証されているとは言えない。
【０００８】
本発明の同じ発明者らによる国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ０２／０７１７８（２００２年３月１２日出願；その教示は、本明細書中に全体が示されているかのように参考として特に組み込まれる）に開示される合成分子スプリングデバイスは、一般には、少なくとも１つの合成分子アセンブリーと、活性化メカニズムとを特徴としており、広範囲の様々な異なる環境で操作することができるマルチパラメトリック制御可能なスプリングタイプの弾性可逆的な機能、構造および挙動を示す。それに記載されているように、異なるタイプの主要構成成分（すなわち、それぞれの合成分子アセンブリー、および活性化メカニズム）は、デバイスの制御可能なスプリングタイプの弾性可逆的な機能、構造および挙動を維持しながら、広範囲の様々な対応する群および亜群から選択することができる。
【０００９】
分子デバイス（例えば、国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ０２／０７１７８に記載される合成分子スプリングデバイスなど）は、その操作および機能において、拡張可能な化学的ユニットまたは化学的モジュールの形態での分子構造を特徴とするスプリング様挙動および／またはエンジン様挙動および／またはマシーン様挙動を示し、あるいは、そのような挙動を含むので、システムのシステム特性を動的に制御するために必要とされるシステムの重要な構成成分として効果的に利用することができる。究極的には、そのようなシステムは、分子デバイスを含んでおり、実用的な商業的適用のために非常に重要な上記に示された必須条件および特徴を満たすために、肉眼的世界の中に取り込むことができ、または、肉眼的世界と一体化することができる。
【００１０】
先行技術では、システムのシステム特性を制御するために分子デバイスを使用することが教示されている。米国特許第６２１２０９３号（Ｌｉｎｄｓｅｙに対して発行）には、電気的特性を制御するために分子システムの一部としてサンドイッチ配位化合物での金属ポルフィリンを特徴とする高密度不揮発性メモリー用の分子エレクトロニクスデバイスが開示されている。Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、２６５、３５３〜３５７（１９９７）、「単分子を使用する電気機械的増幅器」において、Ｊｏａｃｈｉｍ他は、分子レベルでの構成成分および肉眼的な構成成分を特徴とするシステムの一部としての分子的な電気機械的増幅器を記載している。その教示では、フラーレン分子が量子ドットとして使用され、金属のＳＴＭ（走査トンネル型顕微鏡）チップが、機械的力をフラーレン分子に加え、それにより、構造的変形を生じさせ、フラーレン分子のエネルギーギャップを変化させるために使用されている。
【００１１】
分子デバイスを使用することによってシステム特性を外部から制御することのさらなる様々な試みが知られており、しかし、それらは、所望される特性を分子レベルで直接かつ容易に制御することができないために、典型的には、商業的適用において実行するために実施することができない。先行技術における他の教示、例えば、上記で引用された教示などは、合成分子レベルでのデバイス（例えば、合成分子スプリング、エンジンまたはマシーンなど）を、システム特性を制御するためにシステムにおいて利用するという、一般的で、詳細でない実施不可能な指示および／または示唆のみを記載しているにすぎない。先行技術では、一般的には、運動量、トポグラフィーまたは電子挙動などのシステム特性を動的に制御するために、特に、商業的適用のための潜在的能力を有するシステム特性を動的に制御するために、国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ０２／０７１７８に開示される合成分子スプリングデバイスのマルチパラメトリック制御可能なスプリングタイプの弾性可逆的な機能、構造および挙動を示す合成分子デバイスを使用するための方法は何ら教示されていない。
【００１２】
従って、システム特性を動的に制御するためにシステムおいて合成分子スプリングデバイスを使用する方法、およびその対応するシステムが求められており、そのような方法およびその対応するシステムを得ることは非常に好都合である。さらに、システム特性（例えば、運動量、トポグラフィーおよび電子挙動など）を動的に制御するために、広範囲の様々な異なる分野において一般に適用可能であり、また、商業的に実行することができるそのような方法およびその対応するシステムが求められている。
【発明の開示】
【００１３】
本発明は、システム特性を動的に制御するためにシステムにおいて合成分子スプリングデバイスを使用する方法、およびその対応するシステムに関する。本発明の実行を記述および例示するために使用される例示的なシステム特性は、運動量、トポグラフィーおよび電子挙動である。これらのシステム特性のそれぞれを動的に制御するために合成分子スプリングデバイスを使用することが、本発明の対応するシステムのいくつかの特定の例示的な好ましい実施形態に関して例示的に記載される。
【００１４】
本発明の合成分子スプリングデバイスは、一般には、少なくとも１つの合成分子アセンブリーと、活性化メカニズムとを特徴としており、広範囲の様々な異なる環境で操作することができるマルチパラメトリック制御可能なスプリングタイプの弾性可逆的な機能、構造および挙動を示し、また、広範囲の様々な異なる特定のタイプのシステム特性（例えば、運動量、トポグラフィーおよび電子挙動）を動的に制御するために一般に適用可能である。合成分子スプリングデバイスの異なるタイプの主要な構成成分（すなわち、その少なくとも１つの合成分子アセンブリーのそれぞれ、および活性化メカニズム）は、制御可能なスプリングタイプの弾性可逆的な機能、構造および挙動を維持しながら、広範囲の様々な対応する群および亜群から選択することができる。
【００１５】
従って、本発明によれば、システム特性を動的に制御するためにシステムにおいて合成分子スプリングデバイスを使用する方法が提供され、この方法は、（ａ）合成分子スプリングデバイスを提供する工程、この場合、合成分子スプリングデバイスは、（ｉ）少なくとも１つの合成分子アセンブリー［そのそれぞれが、下記の構成成分を含む少なくとも１つの化学的ユニットまたは化学的モジュールを特徴とする：（１）少なくとも１つの原子、（２）前記少なくとも１つの原子の少なくとも１つに錯化した少なくとも１つの錯形成基、（３）少なくとも１つの錯化した原子と可逆的に物理化学的にペアになった少なくとも１つの軸配位子、および（４）本体部を有し、かつ、２つの末端を有し、少なくとも一方の末端が合成分子アセンブリーの別の構成成分に化学的に結合している少なくとも１つの実質的に弾性な分子リンカー］、および（ｉｉ）それぞれの合成分子アセンブリーの少なくとも１つの所定の原子−軸配位子ペアに対して作動可能に向けられた活性化メカニズムを含む；（ｂ）システムの１つのユニットを選択する工程、この場合、選択されたユニットは、合成分子スプリングデバイスによって動的に制御可能なシステム特性を示す；（ｃ）結合ユニットを形成するために、それぞれの合成分子アセンブリーを選択されたユニットに対して作動可能にカップリングさせる工程、ならびに（ｄ）作動シグナルを、活性化メカニズムから、結合ユニットの少なくとも１つの合成分子アセンブリーの少なくとも１つの所定の原子−軸配位子ペアに送って、少なくとも１つの所定の原子−軸配位子ペアを物理化学的に変化させ、結合ユニットの少なくとも１つの合成分子アセンブリーの少なくとも１つの実質的に弾性な分子リンカーの収縮線状立体配座状態と拡張線状立体配座状態との間、または、その拡張線状立体配座状態と収縮線状立体配座状態との間におけるスプリングタイプの弾性可逆的な移行の少なくとも１回のサイクルを作動させ、それにより、選択されたユニットによって示されるシステム特性における動的に制御可能な変化を生じさせる工程、を含む。
【００１６】
本発明の別の局面によれば、システム特性を動的に制御するために合成分子スプリングデバイスを含むシステムが提供され、このシステムは、（ａ）合成分子スプリングデバイス、この場合、合成分子スプリングデバイスは、（ｉ）少なくとも１つの合成分子アセンブリー［そのそれぞれが、下記の構成成分を含む少なくとも１つの化学的ユニットまたは化学的モジュールを特徴とする：（１）少なくとも１つの原子、（２）前記少なくとも１つの原子の少なくとも１つに錯化した少なくとも１つの錯形成基、（３）少なくとも１つの錯化した原子と可逆的に物理化学的にペアになった少なくとも１つの軸配位子、および（４）本体部を有し、かつ２つの末端を有し、少なくとも一方の末端が合成分子アセンブリーの別の構成成分に化学的に結合している少なくとも１つの実質的に弾性な分子リンカー］、および（ｉｉ）それぞれの合成分子アセンブリーの少なくとも１つの所定の原子−軸配位子ペアに対して作動可能に向けられた活性化メカニズムを含む；ならびに（ｂ）システムの１つの選択されたユニット（この場合、選択されたユニットは、合成分子スプリングデバイスによって動的に制御可能なシステム特性を示す）を含み、この場合、それぞれの合成分子アセンブリーは、結合ユニットを形成するために、選択されたユニットに対して作動可能にカップリングさせられ、それにより、活性化メカニズムが、作動シグナルを、結合ユニットの少なくとも１つの合成分子アセンブリーの少なくとも１つの所定の原子−軸配位子ペアに送って、少なくとも１つの所定の原子−軸配位子ペアを物理化学的に変化させた後、結合ユニットの少なくとも１つの合成分子アセンブリーの少なくとも１つの実質的に弾性な分子リンカーの収縮線状立体配座状態と拡張線状立体配座状態との間、または、その拡張線状立体配座状態と収縮線状立体配座状態との間におけるスプリングタイプの弾性可逆的な移行の少なくとも１回のサイクルを作動させ、それにより、選択されたユニットによって示されるシステム特性における動的に制御可能な変化を生じさせる。
【００１７】
図面の簡単な説明
本発明は本明細書において、例としてのみ添付図面を参照して記載される。ここで図面を詳細に具体的に参照すると、示されている詳細は、本発明の好ましい実施態様の例として示され、例証的考察のみを目的としており、本発明の原理および概念的側面の最も有用かつ容易に理解される記載であると考えられるものを提供するために示されていると強調される。この点に関して、本発明の基本的理解に必要なものよりも詳細に本発明の構造的詳細を示そうとする試みはなされず、これらの図面を用いて行なわれる説明によって、本発明のいくつかの形態がどのように実際に具体化されうるかが、当業者に明らかになる。
図１は本発明による合成分子スプリングデバイスの好ましい第一実施態様例の側面図を示す概略図であり、単一合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）が非限定的な例として示され、ここで（Ａ）は、収縮配座状態にある分子リンカー（ＭＬおよびＭＬ’）を示し、（Ｂ）は、拡張配座状態にある分子リンカー（ＭＬおよびＭＬ’）を示している。
図２は本発明による合成分子スプリングデバイスの好ましい第二実施態様例の側面図を示す概略図であり、単一合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）が非限定的な例として示され、ここで（Ａ）は、収縮配座状態にある分子リンカー（ＭＬ）を示し、（Ｂ）は、拡張配座状態にある分子リンカー（ＭＬ）を示している。
図３は本発明による合成分子スプリングデバイスの好ましい第三実施態様例の側面図を示す概略図であり、単一合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）が非限定的な例として示され、ここで（Ａ）は、収縮配座状態にある分子リンカー（ＭＬ）を示し、（Ｂ）は、拡張配座状態にある分子リンカー（ＭＬ）を示している。
図４は本発明による合成分子スプリングデバイスの好ましい第四実施態様例の側面図を示す概略図であり、単一合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）が非限定的な例として示され、ここで（Ａ）は、収縮配座状態にある分子リンカー（ＭＬおよびＭＬ’）を示し、（Ｂ）は、拡張配座状態にある分子リンカー（ＭＬおよびＭＬ’）を示している。
図５は本発明による合成分子スプリングデバイスの好ましい第五実施態様例の側面図を示す概略図であり、単一合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）が非限定的な例として示され、ここで（Ａ）は、収縮配座状態にある分子リンカー（ＭＬ）を示し、（Ｂ）は、拡張配座状態にある分子リンカー（ＭＬ）を示している。
図６は非限定的な例として、スケールアップ合成分子アセンブリー（ＳＭＡ−Ｕ）と、スケールアップ活性化メカニズム（ＡＭ−Ｕ）との垂直構成を特徴とする、本発明によるスケールアップ合成分子スプリングデバイスの好ましい第一実施態様例の側面図を示す概略図である。
図７は非限定的な例として、単一のスケールアップ合成分子アセンブリー（ＳＭＡ−Ｕ）と、スケールアップ活性化メカニズム（ＡＭ−Ｕ）との水平構成を特徴とする、本発明によるスケールアップ合成分子スプリングデバイスの好ましい第二実施態様例の側面図を示す概略図である。
図８は非限定的な例として、スケールアップ合成分子アセンブリー（ＳＭＡ−Ｕ）と、スケールアップ活性化メカニズム（ＡＭ−Ｕ）との二次元アレー構成を特徴とする、本発明によるスケールアップ合成分子スプリングデバイスの好ましい第三実施態様例の側面図を示す概略図である。
図９は本発明に従って、粒子運動に関係するような運動量のシステム特性を動的に制御するために使用される合成分子スプリングデバイスを含むシステムの第１の例示的な好ましい実施形態の側面図を例示する概略図である。
図１０は本発明に従って、方向配向した粒子運動に関係するような運動量のシステム特性を動的に制御するために使用される合成分子スプリングデバイスを含むシステムの第２の例示的な好ましい実施形態の側面図を例示する概略図である。
図１１は本発明に従って、変化する大きさ（例えば、長さなど）に関連するようなトポグラフィーのシステム特性を動的に制御するために使用される合成分子スプリングデバイスを含むシステムの第１の例示的な好ましい実施形態の側面図を例示する概略図である。
図１２は本発明に従って、変化する大きさ（例えば、高さなど）に関連するようなトポグラフィーのシステム特性を動的に制御するために使用される合成分子スプリングデバイスを含むシステムの第２の例示的な好ましい実施形態の側面／透視図を例示する概略図である。
図１３は本発明に従って、分子の導電性に関連するような電子挙動のシステム特性を動的に制御するために使用される合成分子スプリングデバイスを含むシステムの第１の例示的な好ましい実施形態の側面図を例示する概略図である。
図１４は本発明に従って、分子の導電性に関連するような電子挙動のシステム特性を動的に制御するために使用される合成分子スプリングデバイスを含むシステムの第２の例示的な好ましい実施形態の側面図を例示する概略図である。
図１５は本発明に従って、分子の導電性に関連するような電子挙動のシステム特性を動的に制御するために使用される合成分子スプリングデバイスを含むシステムの第３の例示的な好ましい実施形態の側面図を例示する概略図である。
図１６は本発明に従って、分子の導電性に関連するような電子挙動のシステム特性を動的に制御するために使用される合成分子スプリングデバイスを含むシステムの第４の例示的な好ましい実施形態の側面図を例示する概略図である。
図１７ａは本発明に従って、電気的／電子的なトグル切り換えまたは連動スイッチングに関連するような電子挙動のシステム特性を動的に制御するために使用される合成分子スプリングデバイスを含むシステムの第５の例示的な好ましい実施形態の側面図を例示する概略図である。
図１７ｂは本発明に従って、電気的／電子的なトグル切り換えまたは連動スイッチングに関連するような電子挙動のシステム特性を動的に制御するために使用される合成分子スプリングデバイスを含むシステムの第５の例示的な好ましい実施形態の側面図を例示する概略図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明は、システム特性を動的に制御するためにシステムにおいて合成分子スプリングデバイスを使用する方法、およびその対応するシステムに関する。本発明の実行を記述および例示するために使用される例示的なシステム特性は、運動量、トポグラフィーおよび電子挙動である。これらのシステム特性のそれぞれを動的に制御するために合成分子スプリングデバイスを使用することが、本発明の対応するシステムのいくつかの特定の例示的な好ましい実施形態に関して例示的に記載される。
【００１９】
本明細書中では、本発明が、合成化学の技術を使用して合成的に作製および／または修飾される構成成分およびエレメントから構築される「合成」分子アセンブリーを特徴とする「合成」分子スプリングデバイスに関連し、かつ、そのような「合成」分子スプリングデバイスを使用することに集中することは留意される。従って、本発明には、１つまたは複数の最初は天然に存在するタイプの原料（例えば、最初は天然に存在する生物学的タイプ、生化学的タイプまたは分子生物学的タイプの原料など）を合成的に修飾することによって自身が作製されるか、または得られる任意の数の構成成分および／またはエレメントから構築される合成分子アセンブリーを特徴とする、本発明の合成分子スプリングデバイスの様々な代替的な実施形態が含まれる。このことは、天然に存在する構成成分およびエレメントの形態で使用される分子構造および／または分子アセンブリー（例えば、指定された条件のもとで分子スプリングデバイスの特性および挙動を示すと見なされ得る天然に存在する生物学的タイプ、生化学的タイプまたは分子生物学的タイプの分子構造および分子アセンブリーなど）を特徴とする「天然」の分子スプリングデバイスを使用することとは対照的である。
【００２０】
本発明の新規性、進歩性および商業的適用性の大きな局面の１つが、合成分子スプリングデバイスをその構成成分の１つとして含むシステムのシステム特性を非常に効果的に動的に制御するために、広範囲の様々な異なる環境で操作可能なマルチパラメトリック制御可能なスプリングタイプの弾性可逆的な機能、構造および挙動を示す合成分子スプリングデバイスを使用するという局面である。このことは、典型的には非常に特定のタイプの環境でのみ操作可能であり、それにより、そのような合成分子スプリングタイプデバイスを含むシステムのシステム特性を動的に制御するその能力を著しく制限する、パラメトリック制御可能なスプリングタイプの弾性的な構造、機能および挙動を示すとして主張される合成分子デバイスを使用するという先行技術の方法とはっきりとした対照をなしている。
【００２１】
本発明の新規性および進歩性のもう１つの側面は、この合成分子スプリングデバイスの様々なタイプの主要成分、すなわち少なくとも１つ以上の各合成分子アセンブリーおよび活性化メカニズムが、非常に多様な対応群および部分群から選択されうる一方、制御可能なスプリングタイプ弾性可逆性機能、構造、および挙動を保持するということである。この側面は、主要成分のタイプを変更することによって容易に保持されない「明らかな」スプリングタイプ構造、機能、および挙動、およびその制御を有する、先行技術の合成分子スプリングタイプデバイスと著しい対照をなす。
【００２２】
本発明の新規性および進歩性のもう１つの側面は、多パラメーターの制御可能なスプリングタイプ弾性可逆性機能、構造、および挙動が、比較的単純に決定論的（ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｓｔｉｃ）であり、これによって例えば合成分子アセンブリーの変形に対するその平衡エネルギーのプロフィールまたはグラフプロットが、比較的単純に予想可能であるということである。
【００２３】
本発明の新規性および進歩性のもう１つの側面は、この合成分子スプリングデバイスによって示された多パラメーターの制御可能なスプリングタイプ弾性可逆性機能、構造、および挙動が、実際的な商業的適用にとって決定的に重要ないくつかの先行必要条件および特色を特徴とするということである。このような先行必要条件および特徴は、次のとおりである：（１）巨視的世界への組合わせ可能性、（２）仕事を遂行する可能性、（３）単次元または多次元拡張可能性に関するモジュール性、（４）用途の広さ、（５）エラー強さ、（６）逆転可能性の弾性タイプ、（７）連続または不連続モードにおける実施可能性、（８）高度に分解しうる時間応答、および（９）様々な技術、例えば分光法および／または機械的技術を用いることによる、操作中の監視の可能性である。
【００２４】
新規性および進歩性の上記に示された局面に基づいて、本発明は、システム特性を制御するためにシステムにおいて分子デバイスを使用することの現在知られている方法およびその対応するシステムの様々な制限を克服し、かつ、そのような方法およびその対応するシステムの範囲を拡大することに成功している。
【００２５】
本発明の顕著な利点は、様々な非常に異なるタイプのシステム特性を動的に制御するために、合成分子スプリングデバイスの適用性が比較的多様であるということである。より具体的には、例えば、非限定的な様式ではあるが、本発明の実行は、非常に異なるタイプのシステム特性、例えば、運動量、トポグラフィーおよび電子挙動などを動的に制御するために例示的に記載される。
【００２６】
直前に示された利点の直接的な結果として、本発明のさらなる利点は、本発明の方法および対応するシステムが、一般的には物理学、化学、生物学を包含し、そして具体的には、広範囲の異なるタイプの適用（この場合、それぞれの適用が、動的に制御可能なシステム特性を有するシステムを特徴とする）を伴うその様々な異なる部分領域、組合せおよび一体化を包含する分子レベルでのデバイス、およびそのような分子レベルでのデバイスを含むシステムを伴う広範囲の異なる技術領域および技術分野に対して一般に適用可能であるということである。
【００２７】
より具体的には、例えば、非限定的な様式ではあるが、本発明の方法および対応するシステムは、固体物理学、固体化学、材料科学、電気活性材料、光活性材料、化学活性材料、音響材料、無機半導体および／または有機半導体、集積回路、半導体チップ、マクロエレクトロニクス、ナノエレクトロニクス、分子エレクトロニクス、ロボット工学、化学触媒作用、生化学、生物物理学、生物物理化学、バイオメディカル化学、分子生物学およびバイオミメティクスの技術および技術分野に対して適用可能である。
【００２８】
本発明のさらなる具体的な独特の側面および利点は、次のとおりである：
−  システム特性を動的に制御するための合成分子スプリングデバイスの例えば光励起の場合の速い、ならびに例えばｐＨ制御の場合の遅い、時間的な（ｔｉｍｅ−ｓｃａｌｅ）機能の可能性。
−  システムのシステム特性を動的に制御する一方で合成分子スプリングデバイスの作業サイクルの間に化学的またはその他の副生物が発生しないこと。この作業サイクルは、可逆性プロセスに基づいている。本発明のこの側面は、合成分子スプリングデバイスがシステムの一部として連続的かつ効率的に操作しうるために非常に重要である。
−  合成分子スプリングデバイスのモジュール式機能的／構造的方法は、多様な活性化および制御手段を提供する。したがって、個々の成分の特異的特性および特徴およびその要素にしたがって合成分子スプリングデバイスを制御することができる。例えば光励起、電気還元／酸化によって、あるいは化学的操作によって、例えば単座配位子をこの合成分子スプリングデバイスの合成分子アセンブリー中に導入することによって、［Ｎｉ］ポルフィリンベースの合成分子スプリングデバイスを活性化することができる。［Ｚｎ］ポルフィリンをベースとする同様な合成分子スプリングデバイスの実施態様において、好ましくは化学制御が利用可能であり、これによってシステムのシステム特性を動的に制御するための合成分子スプリングデバイスの使用に関して選択性を与える。
−  様々な環境においてこの合成分子スプリングデバイスの様々な実施態様を操作することができる。例えばこの合成分子アセンブリーをより水溶性または有機溶性にするために、この合成分子アセンブリーの周辺位置に、親水性または疎水性置換基を導入することができる。拡張／収縮移行を介した合成分子スプリングデバイスの本来の機能は一般に、溶媒環境には感受性が高くない。
−  この合成分子アセンブリーにおける分子リンカーの誘発された運動、およびそれによる動的に制御可能なシステム特性を有するシステムのユニットに作動可能にカップリングされた合成分子アセンブリーの誘発された運動は、例えばＡｓｆａｒｉ，Ｚ．およびＶｉｃｅｎｓ，Ｊ．の「分子機械（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｍａｃｈｉｎｅｓ）」、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｉｎｃｌｕｓｉｏｎ  Ｐｈｅｎｏｍｅｎａ  ａｎｄ  Ｍａｃｒｏｃｙｃｌｉｃ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ３６、１０３−１１８（２０００）によって記載されているもののような、熱変動タイプの現象に基づいていない。
−  監視技術の分光技術およびより「機械的な」タイプ、例えば原子力顕微鏡法を、システムのシステム特性を動的に制御する合成分子スプリングデバイスの動作を監視するために用いることができる。
【００２９】
本発明の合成分子スプリングデバイスは、様々な異なる環境において調節可能な操作条件のもとで操作可能であり、肉眼的世界のスタンドアロンシステムの一部として含まれるか、あるいは、他のエレメント、構成成分、ユニット、デバイス、機構もしくはシステムと一体化され、かつ／または相互作用し得る肉眼的世界のシステムの一部として含まれる。例えば、合成分子スプリングデバイスを実行する一部として、１つまたは複数の合成分子アセンブリーが、分子レベルでの機械的作業を行うために、基質分子の立体配座を機械的に変化させるために、または、分子レベルでの本質的には任意の他の操作のために、固体状態、液体状態、気体状態、その境界、およびその組合せからなる群から選択される物質相または物質状態におけるシステム構成成分として使用される。特に、１つまたは複数の合成分子アセンブリーが、基質（この場合、基質は、例えば、分子的実体もしくは高分子的実体または原子の混成物である）と物理化学的に相互作用し得る様々な様式で使用される。
【００３０】
本発明は、その適用において、下記の説明、図面または実施例に示される合成分子スプリングデバイスを使用する方法の操作または実行の各段階の順序またはシーケンスの細部、あるいは、下記の説明、図面または実施例に示される合成分子スプリングデバイスを含むその対応するシステムの構成成分およびエレメントの構築、構成および組成の細部に限定されないことを理解しなければならない。例えば、下記の説明では、本発明の実行を例示するために、合成分子スプリングデバイスの少数の実際に適用可能であり、かつ潜在的に商業化が実現可能な特定の例示的な好ましい実施形態のみが含まれる。
【００３１】
特に、例えば、図１〜図８のそれぞれにおいて、本発明の合成分子スプリングデバイスは、非限定的な例として、「１つ」だけの合成分子アセンブリー（これは、本明細書中では（ＳＭＡ）またはＳＭＡとして示され、あるいは、スケールアップされた合成分子アセンブリーの実施形態の場合、本明細書中では（ＳＭＡ−Ｕ）またはＳＭＡ−Ｕとして示される）を特徴とするとして例示される。本発明の方法およびその対応するシステムの典型的な商業的適用に関しては、合成分子スプリングデバイスは、複数の合成分子アセンブリー（これは、本明細書中では（ＳＭＡｓ）またはＳＭＡｓとして示される）を特徴とし、それにより、複数の合成分子アセンブリー（（ＳＭＡｓ）またはＳＭＡｓ）のそれぞれの合成分子アセンブリー（（ＳＭＡ）またはＳＭＡ）が、１つだけの合成分子アセンブリー（（ＳＭＡ）またはＳＭＡ）の下記に記載および例示される構造／機能関係および挙動に従って特徴づけられ、かつ使用される。従って、本発明は、他の実施形態が可能であり、または、様々な方法で実施することができ、または、様々な方法で実施される。そのうえ、本明細書中に記載されるのと類似または同等である様々な方法および材料を、本発明を実施または試験するために使用することができるが、好適な方法および材料が本明細書中に記載される。
【００３２】
別途定義されない限り、本明細書中で使用されるすべての技術的および科学的な言葉、用語および／または表現は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有することもまた理解しなければならない。本明細書中で用いられる表現法、用語法および表記は記述目的であり、限定であるとして見なしてはならない。
【００３３】
例えば、特に、一般には、合成分子スプリングデバイスの活性化メカニズムの作動シグナルの機能および影響を記載および例示するために使用され、そして具体的には、本明細書中下記に具体的に記載されるように、単独で機能するか、または、合成分子スプリングデバイスを含むシステムにおいて作動可能にカップリングされたユニットの一部として機能するかのいずれかの合成分子スプリングデバイスの少なくとも１つの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の少なくとも１つの分子リンカー（ＭＬ）の収縮線状立体配座状態（Ａ）から拡張線状立体配座状態（Ｂ）への、または、その拡張線状立体配座状態（Ｂ）から収縮線状立体配座状態（Ａ）への得られるスプリングタイプの弾性可逆的な移行を記載および例示するために使用される表現法、用語法および表記に関してはそうである。
【００３４】
本発明によるシステム特性を動的に制御するためにシステムにおいて合成分子スプリングデバイスを使用する方法およびその対応するシステムは、下記の説明および添付図面を参照してよりよく理解される。下記の説明および添付図面全体において、同様な参照文字、頭字語、記号、または数字は、同様なシステムの成分、要素またはユニットのことである。すぐ後には、本発明の一般化された方法および対応する一般化されたシステムの簡単な説明があり、ついでその後に、この一般化された合成分子スプリングデバイスの８つの特定の好ましい実施態様例の詳細な説明および例証が続く。
【００３５】
以降、下記は、本発明による一般化された方法およびその対応する一般化されたシステムを実行する９通りの異なる特定の例示的な好ましい実施形態の例示的な記載である。それらにおいて、本発明の実行を記載および例示するために使用される例示的なシステム特性は、運動量、トポグラフィーおよび電子挙動である。一般化されたシステムのそれぞれの特定の例示的な好ましい実施形態が、記載された方法に従って実行され、それにより、対応するシステム特性が、本発明の合成分子スプリングデバイスを使用して動的に制御可能である。
【００３６】
システム特性を動的に制御するためにシステムにおいて合成分子スプリングデバイスを使用する一般化された方法は下記の主要な工程を特徴とする：（ａ）その構造／機能関係および挙動が下記に記載され、図１〜図８に例示される構成成分を有し、（ｉ）少なくとも１つの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）、および（ｉｉ）活性化メカニズム（ＡＭ）を特徴とする合成分子スプリングデバイスを提供する工程；（ｂ）システムの１つのユニット（Ｕ）を選択する工程、この場合、選択されたユニット（Ｕ）が、合成分子スプリングデバイスによって動的に制御可能なシステム特性を示す；（ｃ）結合ユニット（ＣＵ）を形成するために、合成分子スプリングデバイスのそれぞれの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）を選択されたユニット（Ｕ）に対して作動可能にカップリングさせる工程、ならびに（ｄ）作動シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）を、活性化メカニズム（ＡＭ）から、結合ユニット（ＣＵ）の少なくとも１つの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の少なくとも１つの所定の原子−軸配位子ペアに送って、少なくとも１つの所定の原子−軸配位子ペアを物理化学的に変化させ、結合ユニット（ＣＵ）の少なくとも１つの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の少なくとも１つの実質的に弾性な分子リンカー（ＭＬ）の収縮線状立体配座状態と拡張線状立体配座状態との間、または、その拡張線状立体配座状態と収縮線状立体配座状態との間におけるスプリングタイプの弾性可逆的な移行の少なくとも１回のサイクルを作動させ、それにより、選択されたユニット（Ｕ）によって示されるシステム特性における動的に制御可能な変化を生じさせる工程。
【００３７】
システム特性を動的に制御するために合成分子スプリングデバイスを含む対応する一般化されたシステムは下記の主要な構成成分を特徴とする：（ａ）その構造／機能関係および挙動が下記に記載され、図１〜図８に例示される構成成分を有し、（ｉ）少なくとも１つの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）、および（ｉｉ）活性化メカニズム（ＡＭ）を特徴とする合成分子スプリングデバイス；ならびに（ｂ）システムの１つの選択されたユニット（Ｕ）、この場合、選択されたユニット（Ｕ）が、合成分子スプリングデバイスによって動的に制御可能なシステム特性を示す。それぞれの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）は、結合ユニット（ＣＵ）を形成するために、選択されたユニット（Ｕ）に対して作動可能にカップリングされ、それにより、活性化メカニズム（ＡＭ）が、作動シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）を、結合ユニット（ＣＵ）の少なくとも１つの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の少なくとも１つの所定の原子−軸配位子ペアに送って、少なくとも１つの所定の原子−軸配位子ペアを物理化学的に変化させた後、結合ユニット（ＣＵ）の少なくとも１つの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の少なくとも１つの実質的に弾性な分子リンカー（ＭＬ）の収縮線状立体配座状態と拡張線状立体配座状態との間、または、その拡張線状立体配座状態と収縮線状立体配座状態との間におけるスプリングタイプの弾性可逆的な移行の少なくとも１回のサイクルを作動させることが存在し、それにより、選択されたユニット（Ｕ）によって示されるシステム特性における動的に制御可能な変化が生じる。
【００３８】
本発明のこの一般化された合成分子スプリングデバイスは、次の主要成分を特徴とする：（ｉ）少なくとも１つの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）、少なくとも１つの化学ユニットまたは要素を含むモジュールを特徴とする各合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）：（１）少なくとも１つの原子（Ｍ）、（２）少なくとも１つの原子（Ｍ）に錯化された少なくとも１つの錯化基（ＣＧ）、（３）錯化基（ＣＧ）に錯化された少なくとも１つの原子（Ｍ）と可逆的物理化学的にペアになった少なくとも１つの軸配位子（ＡＬ）、および（４）本体を有し、かつ少なくとも１つの末端が合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の別の成分と化学結合している２つの末端を有する、少なくとも１つの実質的に弾性な分子リンカー（ＭＬ）を含む、少なくとも１つの化学ユニットまたはモジュールを特徴とする合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）；および（ｉｉ）少なくとも１つの予め決定されている原子−軸配位子ペアに動作可能に指向されている活性化メカニズム（ＡＭ）であって、原子−軸配位子ペアを物理化学的に変性するために、前記活性化メカニズム（ＡＭ）が少なくとも１つの予め決定されている原子−軸配位子ペアへ活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）を送ることにより、少なくとも１つの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の少なくとも１つの実質的に弾性な分子リンカー（ＭＬ）の収縮線形配座状態と拡張線形配座状態との間のスプリングタイプ弾性可逆性移行の少なくとも１つのサイクルが活性化されるもの。
【００３９】
各合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）は任意に、追加成分：（５）合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の成分を互いに化学的に連結するための少なくとも１つの化学的コネクター（ＣＣ）、および／または（６）少なくとも１つの結合部位（ＢＳ）であって、各々が、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）のその位置をより包含的なメカニズム、デバイスまたはシステムの選択されたユニット（Ｕ）などの外部実体部分またはこれから離れた部分へポテンシャル結合または作動可能なカップリングをさせるための、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の別の成分の予め決定されている位置に配置されているものとを含む。
【００４０】
本発明の方法および対応するシステムにおいて、結合ユニット（ＣＵ）を形成するために、それぞれの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）を選択されたユニット（Ｕ）に作動可能にカップリングする工程は、一般には、所与の合成分子スプリングデバイスのそれぞれの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の少なくとも１つの構成成分を、合成分子スプリングデバイスを含むシステムの選択されたユニット（Ｕ）の少なくとも１つのエレメントまたは構成成分にカップリングし、それにより、システムの結合ユニット（ＣＵ）を形成することによって行われる。
【００４１】
具体的には、作動可能にカップリングする工程は、物理的カップリング機構、化学的カップリング機構、物理化学的カップリング機構、それらの組合せ、およびそれらの一体化からなる群から選択されるカップリング機構を使用することによって行われる。好ましい物理的カップリング機構は、物理的吸着、物理的吸収、非結合性の物理的相互作用、機械的カップリング、単純な並置、電気的カップリング、電子的カップリング、磁気的カップリング、電磁的カップリング、電気機械的カップリングおよび磁気機械的カップリングからなる群から選択される。好ましい化学的カップリング機構は、共有結合型の化学結合、配位型の化学結合、イオン型の化学結合、水素型の化学結合、およびファンデルワールス型の化学結合からなる群から選択される。
【００４２】
原理的には、作動可能にカップリングする工程は、前記の好ましい物理的カップリング機構の少なくとも１つと、前記の好ましい化学的カップリング機構の少なくとも１つとの本質的には任意の組合せを使用することによって行うことができる。そのような組合せタイプのカップリング機構のいくつかの具体的な例として、前記の好ましい化学的カップリング機構の少なくとも１つとの組合せまたは一体化での電気的および／または電子的なタイプの物理的カップリング機構があり、それにより、電気コンダクタンス、電子コンダクタンスおよび／または電子トンネル効果の現象が、所与の合成分子スプリングデバイスのそれぞれの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の少なくとも１つの構成成分と、システムの選択されたユニット（Ｕ）の作動可能にカップリングされた少なくとも１つのエレメントまたは構成成分との間で生じる。
【００４３】
好ましくは、作動可能にカップリングする工程は、結合ユニット（ＣＵ）を形成するために、合成分子スプリングデバイスを含むシステムの選択されたユニット（Ｕ）の少なくとも１つのエレメントまたは構成成分に対して、所与の合成分子スプリングデバイスのそれぞれの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の、必要に応じて使用される１つもしくは複数の結合部位（ＢＳ）を介して、かつ／または、少なくとも１つの原子（Ｍ）に錯化した少なくとも１つの錯化基（ＣＧ）を介して、かつ／または、少なくとも１つの軸配位子（ＡＬ）を介して、かつ／または、少なくとも１つの他の構成成分を介して行われる。
【００４４】
システムの結合ユニット（ＣＵ）を形成するために、それぞれの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）を選択されたユニット（Ｕ）に作動可能にカップリングする工程を行う上記に示された方法のいくつかの具体的な例が、一般化された合成分子スプリングデバイスの８通りの異なる特定の例示的な好ましい実施形態の記載において、そして、続いてその後に、一般化された方法およびその対応する一般化されたシステムを実行する９通りの異なる特定の例示的な好ましい実施形態の記載において、下記に詳しく例示的に記載される。
【００４５】
この活性化シグナルは、各々が規定されている振幅および持続時間を有する２つの制御可能な一般的な相補レベルを有する。すなわち、本明細書においてＡＳと呼ばれる一般的な第一相補レベルと、本明細書においてＡＳ’と呼ばれる一般的な第二相補レベルである。活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）の一般的な第一相補レベルＡＳは、活性化メカニズム（ＡＭ）の操作ベースと一貫性のある可逆的物理化学メカニズムの第一指向を介して、原子−軸配位子ペアを物理化学的に変性するために、少なくとも１つの予め決定されている原子−軸配位子ペアへ送られ、これによって、少なくとも１つの予め決定されている分子リンカー（ＭＬ）の、本明細書において（Ａ）と呼ばれる収縮線形配座状態から、本明細書において（Ｂ）と呼ばれる拡張線形配座状態への、スプリングタイプ弾性可逆性移行の活性化が行われる。活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）の一般的な第二相補レベルＡＳ’によって、この少なくとも１つの予め決定されている分子リンカー（ＭＬ）は、収縮線形配座状態（Ａ）に戻ることができる。
【００４６】
本発明の代替実施態様において、原子−軸配位子ペアと分子リンカー（ＭＬ）との間の物理化学的関係は、上記のその関係と反対であり、これにより、活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）の一般的な第一相補レベルＡＳによって、この少なくとも１つの分子リンカー（ＭＬ）が、収縮線形配座状態（Ａ）になりうる。活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）の一般的な第二相補レベルＡＳ’は、活性化メカニズム（ＡＭ）の操作ベースと一貫性のある可逆的物理化学メカニズムの第二指向を介して、原子−軸配位子ペアを物理化学的に変性するために、少なくとも１つの予め決定されている原子−軸配位子ペアへ送られ、これによって、少なくとも１つの分子リンカー（ＭＬ）の、拡張線形配座状態（Ｂ）から収縮線形配座状態（Ａ）への、スプリングタイプ弾性可逆性移行の活性化が行われる。
【００４７】
実際、用語法および表記法に関して、活性化メカニズム（ＡＭ）の活性化シグナルの機能の意味を限定しないようにするために、活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）のこれら２つの制御可能な一般的相補レベルＡＳおよびＡＳ’は互換性があり、これによって活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）は、活性化シグナル（ＡＳ’／ＡＳ）として記載されてもよいことが注目される。さらには本明細書において、それぞれ活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）または（ＡＳ’／ＡＳ）の各々の一般的な相補レベルＡＳおよびＡＳ’、またはＡＳ’およびＡＳは、少なくとも１つの特定のサブレベル、好ましくはそれぞれ特定の規模、強さ、振幅、または強度を有する複数の特定のサブレベルを特徴とすることも注目される。
【００４８】
本発明を実行する目的について理解することに関して、本明細書中では、特定の合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）に含まれるスプリングタイプの実質的に弾性な分子リンカー（ＭＬ）の収縮線状立体配座状態（Ａ）から拡張線状立体配座状態（Ｂ）への、または、その拡張線状立体配座状態（Ｂ）から収縮線状立体配座状態（Ａ）へのスプリングタイプの弾性可逆的な移行は、分子リンカー（ＭＬ）の２つの端部の間に広がる長さ軸に沿った「直線」方向での分子リンカー（ＭＬ）の本体部の長さまたは高さの「有効」距離の変化を示す。
【００４９】
実際、特定の合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）に含まれる分子リンカー（ＭＬ）の収縮線状立体配座状態（Ａ）から拡張線状立体配座状態（Ｂ）への、または、その拡張線状立体配座状態（Ｂ）から収縮線状立体配座状態（Ａ）へのスプリングタイプの弾性可逆的な移行の期間中およびその完了後には、分子リンカー（ＭＬ）の２つの端部の間に広がる長さ軸に沿ったのとは異なる方向で、分子リンカー（ＭＬ）の本体部の「有効」幅の、大きくないが、測定可能な変化が存在し得る。具体的には、主に、分子リンカー（ＭＬ）の２つの末端の間に広がる長さ軸に対して実質的には直交する方向においてである。分子リンカー（ＭＬ）の本体部の「有効」幅の、大きくないが、測定可能なこの変化は、分子リンカー（ＭＬ）の収縮線状立体配座状態と拡張線状立体配座状態との間、または、拡張線状立体配座状態と収縮線状立体配座状態との間における所与のスプリングタイプの弾性可逆的な移行の期間中に分子リンカー（ＭＬ）の本体部に沿って生じるねじれおよび／またはストレスに関係する現象の結果の１つである。
【００５０】
従って、実質的に弾性な分子リンカー（ＭＬ）の収縮から拡張線形配座状態へ、拡張から収縮線形配座状態へのスプリングタイプ弾性可逆性移行は、本明細書においてそれぞれ分子リンカー末端間有効距離変化ＤＥ−ＤＣまたはＤＣ−ＤＥと呼ばれているパラメーターを特徴とし、これは、線形配座状態における各々のスプリングタイプ弾性可逆性移行にしたがって、特定の合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）中に含まれている、単一分子リンカー（ＭＬ）の２つの末端間に広がる長さ軸に沿った直線方向における「有効」距離Ｄの変化の、または複数の分子リンカー（ＭＬ）の２つの任意に選択された末端間の直線方向における「有効」距離Ｄの変化の符号、すなわちそれぞれプラスまたはマイナス、および規模を示す。このパラメーターについて、ＤＣは、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）が収縮線形配座状態にある時の分子リンカー末端間有効距離Ｄのことであり、ＤＥは、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）が拡張線形配座状態にある時の分子リンカー末端間有効距離Ｄのことである。
【００５１】
本発明の方法および対応するシステムに関して、それにより、それぞれの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の少なくとも１つの分子リンカー（ＭＬ）の立体配座状態の間でのスプリングタイプの弾性可逆的な移行が、システムの選択されたユニット（Ｕ）によって示されるシステム特性における動的に制御可能な変化を生じさせ、従って、上記で記載されたパラメーター、すなわち、分子リンカーの末端間有効距離の変化（ＤＥ−ＤＣまたはＤＣ−ＤＥ）は直接、システム特性が合成分子スプリングデバイスによって動的に制御可能となる程度に関連し、かつ、その程度と相関する。
【００５２】
原子−軸配位子の結合は、原子−軸配位子ペアの形態であるが、軸配位子（ＡＬ）に対する原子（Ｍ）の軸連結のときに放出される結合エネルギーのために、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）に含まれる少なくとも１つの実質的に弾性な分子リンカー（ＭＬ）の収縮線状立体配座状態またはその拡張線状立体配座状態への変形を強いる。作動シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）、例えば、適切な波長の電磁放射線による光活性化、または、母体溶液のｐＨを変化させることによる化学的活性化は、原子（Ｍ）と軸配位子（ＡＬ）との間の結合相互作用を変化させ、原子−軸配位子ペアの部分的または完全な解離を生じさせる。このことは、それぞれの実質的に弾性な分子リンカー（ＭＬ）の収縮線状立体配座状態がその平衡（緩和した／拡張した）立体配座状態に緩和すること／拡張することを可能にする。この緩和／拡張は、具体的には、分子リンカー（ＭＬ）の付随する拡張に変換され、一般的には、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の付随する拡張に変換される。
【００５３】
軸連結に対する典型的な結合エネルギーは、特定の合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の特定の軸配位子（ＡＬ）、原子（Ｍ）および／または錯化基（ＣＧ）に依存して、約１０Ｋｃａｌ／ｍｏｌである。結合エネルギーはまた、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）、および／または、それぞれの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）が作動可能にカップリングされているシステムの選択されたユニット、および／または、システムの全体的な母体環境の特定の物質相もしくは物質状態（すなわち、固体、液体または気体）によって影響を受ける。そのような結合エネルギーは、それぞれの実質的に弾性な分子リンカー（ＭＬ）の末端間距離の実質的な変化を生じさせるために十分であり、従って、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の構造の有効全長を変化させるために十分である。
【００５４】
作動シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）を停止させること、例えば、電磁放射線を停止すること、または、母体溶液のｐＨ変化を停止することは、軸配位子（ＡＬ）に対する原子（Ｍ）の再結合／会合をもたらし、かつ、それぞれの実質的に弾性な分子リンカー（ＭＬ）の立体配座をその最初の収縮立体配座状態に変形させる。従って、ほとんどの場合、それぞれの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）を作動させることによって、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）のそれぞれの実質的に弾性な分子リンカー（ＭＬ）の線状立体配座状態の移行の１サイクルが完了し、そのため、このサイクルは、活性化メカニズム（ＡＭ）を使用して連続した活性化によって繰り返すことができる。場合により、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）を活性化することによって、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）のそれぞれの実質的に弾性な分子リンカー（ＭＬ）の収縮線状立体配座状態と拡張線状立体配座状態との間、またはその拡張線状立体配座状態と収縮線状立体配座状態との間における少なくとも１つのスプリングタイプの弾性可逆的な移行が作動される。
【００５５】
直前に記載された合成分子スプリングデバイスの構造／機能関係および挙動は、単独で機能するか、または、合成分子スプリングデバイスを含むシステムにおいて作動可能にカップリングされたユニットの一部として機能するかのいずれかの合成分子スプリングデバイスに対して適用可能である。そのうえ、直前に記載された合成分子スプリングデバイスの構造／機能関係および挙動は、本発明の合成分子スプリングデバイスの詳細な例示的記載がこの直後に記載されるが、本明細書中下記で記載されるように、システムの選択されたユニット（Ｕ）によって示されるシステム特性における動的に制御可能な変化を生じさせるために、システムに含まれる合成分子スプリングデバイスの少なくとも１つの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）のそれぞれを使用するという本発明の新規性および進歩性の大きな局面の１つを成し遂げるために利用される。
【００５６】
ここで図面を参照すると、図１は、本発明の合成分子スプリングデバイスの好ましい第一実施態様例の側面図を示す概略図であり、単一合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）が非限定的な例として示され、ここで（Ａ）は、収縮配座状態にある分子リンカーＭＬおよびＭＬ’を示し、（Ｂ）は、拡張配座状態にある分子リンカー（ＭＬおよびＭＬ’）を示している。
【００５７】
図１［（Ａ）および（Ｂ）］において、合成分子スプリングデバイス１０は、次の主要成分を特徴とする：（ｉ）（１）２つの原子ＭおよびＭ’、（２）２つの錯化基ＣＧおよびＣＧ’であって、各々がそれぞれ対応原子ＭおよびＭ’に錯化されているもの、（３）それぞれ対応原子−軸配位子ペア１２および１４を介して、２つの原子ＭおよびＭ’の各々と可逆的物理化学的にペアになった１つの軸二座配位子ＡＬ、および（４）本体１６を有し、かつ各々がそれぞれ単一対応錯化基（ＣＧおよびＣＧ’）に化学結合された２つの末端１８および２０を有する実質的に弾性な第一分子リンカー（ＭＬ）、および本体２２を有し、かつ各々がそれぞれ単一対応錯化基（ＣＧおよびＣＧ’）に化学結合された２つの末端２４および２６を有する実質的に弾性な第二分子リンカー（ＭＬ’）を含む、１つの化学ユニットまたはモジュールを特徴とする合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）；および（ｉｉ）２つの原子−軸配位子ペア１２および１４の少なくとも１つに動作可能に指向されている活性化メカニズム（ＡＭ）であって、これら２つの原子−軸配位子ペア１２および１４の少なくとも１つを物理化学的に変性するために、前記活性化メカニズム（ＡＭ）がこれら２つの原子−軸配位子ペア１２および１４の少なくとも１つへ活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）を送ることにより、分子リンカー（ＭＬおよびＭＬ’）の収縮線形配座状態（Ａ）と拡張線形配座状態（Ｂ）との間のスプリングタイプ弾性可逆性移行（二重線二方向矢印によって示されている）の少なくとも１つのサイクルが活性化されるもの。
【００５８】
図１に示されているように、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）は、次の追加成分を含む：（５）軸二座配位子ＡＬの本体２７を、それぞれ錯化基（ＣＧ）へ、および第一分子リンカー（ＭＬ）の本体１６へ化学的に連結するための２つの化学的コネクター（ＣＣおよびＣＣ’）、および（６）それぞれ第一分子リンカー（ＭＬ）の本体１６、錯化基（ＣＧ）、および錯化基（ＣＧ’）のところに位置する３つの結合部位（ＢＳ、ＢＳ’、およびＢＳ’’）であって、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）のこれらの位置をより包含的なメカニズム、デバイスまたはシステムの選択されたユニット（Ｕ）などの外部実体部分またはこれから離れた部分へポテンシャル結合させるためのものであり、図１において一般的に合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）および選択されたユニット（Ｕ）の間の点線矢印により示される。
【００５９】
これら２つの分子リンカーＭＬおよびＭＬ’の各々の収縮（Ａ）から拡張（Ｂ）線形配座状態へ、あるいは拡張（Ｂ）から収縮（Ａ）線形配座状態へのスプリングタイプ弾性可逆性移行（二重線二方向矢印によって示されている）は、既に規定されているパラメーター、すなわち分子リンカー末端間有効距離変化、それぞれＤＥ−ＤＣまたはＤＣ−ＤＥを特徴とする。これは、図１に示されているように、線形配座状態における各々のスプリングタイプ弾性可逆性移行にしたがって、分子リンカー（ＭＬおよびＭＬ’）のいずれか１つの、例えば第二分子リンカー（ＭＬ’）の２つの任意に選択された末端２４と２６との間の末端間に広がる長さ軸に沿った直線方向における有効距離Ｄの変化の符号、すなわちそれぞれプラスまたはマイナス、および規模を示す。
【００６０】
システム特性を動的に制御するためにシステムにおいて、図１に例示される合成分子スプリングデバイス１０などの合成分子スプリングデバイスを使用する本発明による方法およびその対応するシステムに関して、合成分子スプリングデバイス１０の合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の結合部位（ＢＳ、ＢＳ’およびＢＳ”）の少なくとも１つは、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の示された位置（１つまたは複数）を、システムの選択されたユニット（Ｕ）である外部実体の少なくとも１つのエレメントまたは構成成分に対して、例えば、物理的、化学的または物理化学的な結合機構またはカップリング機構（これらは下記においてさらに記載され、図９〜図１８に例示的に示される）を使用することによって結合または作動可能にカップリングするためであり、この場合、選択されたユニット（Ｕ）が、合成分子スプリングデバイス１０によって動的に制御可能なシステム特性を示す。そのうえ、パラメーター、すなわち、分子リンカーの末端間有効距離の変化（ＤＥ−ＤＣまたはＤＣ−ＤＥ）は直接、システム特性が合成分子スプリングデバイス１０によって動的に制御可能となる程度に関連し、かつ、その程度と相関する。
【００６１】
上記で述べられたように、図１には、１つだけの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）が非限定的な例として示されている。しかし、本発明の方法およびその対応するシステムの典型的な商業的適用に関しては、合成分子スプリングデバイス１０は複数の合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）を特徴としており、それにより、複数の合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）のそれぞれの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）が、１つだけの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の上記に記載および例示された構造／機能関係および挙動に従って特徴づけられ、かつ使用される。
【００６２】
図２は、本発明の合成分子スプリングデバイスの好ましい第二実施態様例の側面図を示す概略図であり、単一合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）が非限定的な例として示され、ここで（Ａ）は、収縮配座状態にある分子リンカー（ＭＬ）を示し、（Ｂ）は、拡張配座状態にある分子リンカー（ＭＬ）を示している。
【００６３】
図２［（Ａ）および（Ｂ）］において、合成分子スプリングデバイス３０は、次の主要成分を特徴とする：（ｉ）（１）３つの原子（Ｍ、Ｍ’、およびＭ’’）、（２）３つの錯化基（ＣＧ、ＣＧ’、およびＣＧ’’）であって、各々がそれぞれ対応原子（Ｍ、Ｍ’、およびＭ’’）に錯化されているもの、（３）それぞれ対応原子−軸配位子ペア３２、３４、および３６を介して、３つの原子（Ｍ、Ｍ’、およびＭ’’）の各々と可逆的物理化学的にペアになった１つの軸三座配位子（ＡＬ）、および（４）本体３８を有し、かつ各々がそれぞれ単一錯化基（ＣＧおよびＣＧ’’）に化学結合された２つの末端４０および４２を有する、実質的に弾性な分子リンカー（ＭＬ）を含む、１つの化学ユニットまたはモジュールを特徴とする合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）；および（ｉｉ）３つの原子−軸配位子ペア３２、３４、および３６の少なくとも１つ、例えば原子−軸配位子ペア３２（図示されている）に動作可能に指向されている活性化メカニズム（ＡＭ）であって、これら３つの原子−配位子ペア３２、３４、および３６の少なくとも１つ、例えば原子−軸配位子ペア３２（図示されている）を物理化学的に変性するために、前記活性化メカニズム（ＡＭ）がこれら３つの原子−軸配位子ペア３２、３４、および３６の少なくとも１つ、例えば原子−軸配位子ペア３２（図示されている）へ活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）を送ることにより、分子リンカー（ＭＬ）の収縮線形配座状態（Ａ）と拡張線形配座状態（Ｂ）との間のスプリングタイプ弾性可逆性移行（二重線二方向矢印によって示されている）の少なくとも１つのサイクルが活性化されるもの。
【００６４】
図２に示されているように、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）は、次の追加成分を含む：（５）３つの化学的コネクター、すなわち軸三座配位子（ＡＬ）をそれぞれ分子リンカー（ＭＬ）の本体３８へ、および錯化基（ＣＧ’’）へ化学的に連結するためのＣＣおよびＣＣ’、およびこれら２つの錯化基（ＣＧ’およびＣＧ’’）を互いに化学的に連結するためのＣＣ’’、および（６）それぞれ分子リンカーＭＬの本体３８、原子Ｍ、および錯化基（ＣＧ’）のところに位置する３つの結合部位（ＢＳ、ＢＳ’、およびＢＳ’’）であって、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）のこれらの位置をより包含的なメカニズム、デバイスまたはシステムの選択されたユニット（Ｕ）などの外部実体部分またはこれから離れた部分へポテンシャル結合させるためのものであり、図２において一般的に合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）および選択されたユニット（Ｕ）の間の点線矢印により示される。
【００６５】
この分子リンカーＭＬの収縮（Ａ）から拡張（Ｂ）線形配座状態へ、あるいは拡張（Ｂ）から収縮（Ａ）線形配座状態へのスプリングタイプ弾性可逆性移行（二重線二方向矢印によって示されている）は、既に規定されているパラメーター、すなわちそれぞれ分子リンカー末端間有効距離変化（ＤＥ−ＤＣまたはＤＣ−ＤＥ）を特徴とする。これは、図２に示されているように、線形配座状態における各々のスプリングタイプ弾性可逆性移行にしたがって、分子リンカーＭＬの２つの末端４０と４２との間の末端間に広がる長さ軸に沿った直線方向における有効距離Ｄの変化の符号、すなわちそれぞれプラスまたはマイナス、および規模を示す。
【００６６】
システム特性を動的に制御するためにシステムにおいて、図２に例示される合成分子スプリングデバイス３０などの合成分子スプリングデバイスを使用する本発明による方法およびその対応するシステムに関して、合成分子スプリングデバイス３０の合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の結合部位（ＢＳ、ＢＳ’およびＢＳ”）の少なくとも１つは、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の示された位置（１つまたは複数）を、システムの選択されたユニット（Ｕ）である外部実体の少なくとも１つのエレメントまたは構成成分に対して、例えば、物理的、化学的または物理化学的な結合機構またはカップリング機構（これらは下記においてさらに記載され、図９〜図１８に例示的に示される）を使用することによって結合または作動可能にカップリングするためであり、この場合、選択されたユニット（Ｕ）が、合成分子スプリングデバイス３０によって動的に制御可能なシステム特性を示す。そのうえ、パラメーター、すなわち、分子リンカーの末端間有効距離の変化（ＤＥ−ＤＣまたはＤＣ−ＤＥ）は直接、システム特性が合成分子スプリングデバイス３０によって動的に制御可能となる程度に関連し、かつ、その程度と相関する。
【００６７】
上記で述べられたように、図２には、１つだけの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）が非限定的な例として示されている。しかし、本発明の方法およびその対応するシステムの典型的な商業的適用に関しては、合成分子スプリングデバイス３０は複数の合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）を特徴としており、それにより、複数の合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）のそれぞれの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）が、１つだけの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の上記に記載および例示された構造／機能関係および挙動に従って特徴づけられ、かつ使用される。
【００６８】
図３は、本発明の合成分子スプリングデバイスの好ましい第三実施態様例の側面図を示す概略図であり、単一合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）が非限定的な例として示され、ここで（Ａ）は、収縮配座状態にある分子リンカー（ＭＬ）を示し、（Ｂ）は、拡張配座状態にある分子リンカー（ＭＬ）を示している。
【００６９】
図３［（Ａ）および（Ｂ）］において、合成分子スプリングデバイス５０は、次の主要成分を特徴とする：（ｉ）（１）１つの原子（Ｍ）、（２）原子（Ｍ）に錯化された１つの錯化基（ＣＧ）、（３）原子−軸配位子ペア５２を介して原子（Ｍ）と可逆的物理化学的ペアになった１つの軸配位子（ＡＬ）、および（４）本体５４を有し、かつ２つの末端５６および５８を有する実質的に弾性な分子リンカー（ＭＬ）であって、末端５４が錯化基（ＣＧ）に化学結合しており、末端５６が化学的コネクター（ＣＣ’’）を介して軸単座配位子（ＡＬ）に化学結合しているものを含む、１つの化学ユニットまたはモジュールを特徴とする合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）；および（ｉｉ）原子−軸配位子ペア５２に動作可能に指向されている活性化メカニズム（ＡＭ）であって、原子−軸配位子ペア５２を物理化学的に変性するために、前記活性化メカニズム（ＡＭ）が原子−軸配位子ペア５２へ活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）を送ることにより、分子リンカー（ＭＬ）の収縮線形配座状態（Ａ）と拡張線形配座状態（Ｂ）との間のスプリングタイプ弾性可逆性移行（二重線二方向矢印によって示されている）の少なくとも１つのサイクルが活性化されるもの。
【００７０】
図３に示されているように、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）は、次の追加成分を含む：（５）３つの化学的コネクター、すなわち軸単座配位子（ＡＬ）を、それぞれ錯化基（ＣＧ）へ、および分子リンカー（ＭＬ）の本体５４へ化学的に連結するためのＣＣおよびＣＣ’、および分子リンカー（ＭＬ）の末端５８を軸単座配位子（ＡＬ）へ化学的に連結するためのＣＣ’’、および（６）それぞれ分子リンカーＭＬの本体５４、および化学的コネクターＣＣ’’のところに位置する２つの結合部位ＢＳおよびＢＳ’であって、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）のこれらの位置の少なくとも１つをより包含的なメカニズム、デバイスまたはシステムの選択されたユニット（Ｕ）などの外部実体部分またはこれから離れた部分へポテンシャル結合または作動可能にカップリングさせるためのものであり、図３において一般的に合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）および選択されたユニット（Ｕ）の間の点線矢印により示される。
【００７１】
この分子リンカーＭＬの収縮（Ａ）から拡張（Ｂ）線形配座状態へ、あるいは拡張（Ｂ）から収縮（Ａ）線形配座状態へのスプリングタイプ弾性可逆性移行（二重線二方向矢印によって示されている）は、既に規定されているパラメーター、すなわちそれぞれ分子リンカー末端間有効距離変化ＤＥ−ＤＣまたはＤＣ−ＤＥを特徴としている。これは、図３に示されているように、線形配座状態における各々のスプリングタイプ弾性可逆性移行にしたがって、分子リンカーＭＬの２つの末端５６と５８との間の末端間に広がる長さ軸に沿った直線方向における有効距離Ｄの変化の符号、すなわちそれぞれプラスまたはマイナス、および規模を示す。
【００７２】
システム特性を動的に制御するためにシステムにおいて、図３に例示される合成分子スプリングデバイス５０などの合成分子スプリングデバイスを使用する本発明による方法およびその対応するシステムに関して、合成分子スプリングデバイス５０の合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の結合部位（ＢＳおよびＢＳ’）の少なくとも１つは、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の示された位置（１つまたは複数）を、システムの選択されたユニット（Ｕ）である外部実体の少なくとも１つのエレメントまたは構成成分に対して、例えば、物理的、化学的または物理化学的な結合機構またはカップリング機構（これらは下記においてさらに記載され、図９〜図１８に例示的に示される）を使用することによって結合または作動可能にカップリングするためであり、この場合、選択されたユニット（Ｕ）が、合成分子スプリングデバイス５０によって動的に制御可能なシステム特性を示す。そのうえ、パラメーター、すなわち、分子リンカーの末端間有効距離の変化（ＤＥ−ＤＣまたはＤＣ−ＤＥ）は直接、システム特性が合成分子スプリングデバイス５０によって動的に制御可能となる程度に関連し、かつ、その程度と相関する。
【００７３】
上記で述べられたように、図３には、１つだけの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）が非限定的な例として示されている。しかし、本発明の方法およびその対応するシステムの典型的な商業的適用に関しては、合成分子スプリングデバイス５０は複数の合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）を特徴としており、それにより、複数の合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）のそれぞれの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）が、１つだけの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の上記に記載および例示された構造／機能関係および挙動に従って特徴づけられ、かつ使用される。
【００７４】
図４は、本発明の合成分子スプリングデバイスの好ましい第四実施態様例の側面図を示す概略図であり、単一合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）が非限定的な例として示され、ここで（Ａ）は、収縮配座状態にある分子リンカー（ＭＬおよびＭＬ’）を示し、（Ｂ）は、拡張配座状態にある分子リンカー（ＭＬおよびＭＬ’）を示している。
【００７５】
図４［（Ａ）および（Ｂ）］において、合成分子スプリングデバイス６０は、次の主要成分を特徴とする：（ｉ）（１）１つの原子（Ｍ）、（２）原子（Ｍ）に錯化された１つの錯化基（ＣＧ）、（３）各々がそれぞれ対応原子−軸配位子ペア６２および６４を介して原子Ｍと可逆的物理化学的ペアになっている２つの軸単座配位子（ＡＬおよびＡＬ’）、および（４）本体６６を有し、かつ２つの末端６８および７０を有し、末端６８が第一化学的コネクター（ＣＣ）に化学結合され、末端７０が第一軸単座配位子ＡＬに化学結合されている実質的に弾性な第一分子リンカー（ＭＬ）、および本体７２を有し、かつ２つの末端７４および７６を有し、末端７４が第一化学的コネクター（ＣＣ）に化学結合され、末端７６が第二軸単座配位子（ＡＬ’）に化学結合されている実質的に弾性な第二分子リンカー（ＭＬ’）を含む、１つの化学ユニットまたはモジュールを特徴とする合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）；および（ｉｉ）２つの原子−軸配位子ペア６２および６４の少なくとも１つ、例えば両方の原子−軸配位子結合６２および６４（図示されている）に動作可能に指向されている活性化メカニズム（ＡＭ）であって、２つの原子−軸配位子結合６２および６４の少なくとも１つ、例えば両方の原子−軸配位子結合６２および６４（図示されている）を物理化学的に変性するために、前記活性化メカニズム（ＡＭ）が２つの原子−軸配位子ペア６２および６４の少なくとも１つ、例えば両方の原子−軸配位子結合６２および６４（図示されている）へ活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）を送ることにより、分子リンカー（ＭＬおよびＭＬ’）の収縮線形配座状態（Ａ）と拡張線形配座状態（Ｂ）との間のスプリングタイプ弾性可逆性移行（二重線二方向矢印によって示されている）の少なくとも１つのサイクルが活性化されるもの。
【００７６】
図４に示されているように、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）は、次の追加成分を含む：（５）３つの化学的コネクター、すなわち第一分子リンカーＭＬの末端６８を、第二分子リンカー（ＭＬ’）の末端７４に化学的に連結するためのＣＣ、錯化基ＣＧを化学的コネクターＣＣに化学的に連結するためのＣＣ’、錯化基ＣＧを第二分子リンカー（ＭＬ’）の本体７２に化学的に連結するためのＣＣ’’、および（６）錯化基（ＣＧ）のところに位置する１つの結合部位（ＢＳ）であって、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）のこの位置をより包含的なメカニズム、デバイスまたはシステムの選択されたユニット（Ｕ）などの外部実体部分またはこれから離れた部分へポテンシャル結合または作動可能にカップリングさせるさせるためのものであり、図４において一般的に合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）および選択されたユニット（Ｕ）の間の点線矢印により示される。
【００７７】
これら２つの分子リンカー（ＭＬおよびＭＬ’）の少なくとも１つの収縮（Ａ）から拡張（Ｂ）線形配座状態へ、あるいは拡張（Ｂ）から収縮（Ａ）線形配座状態へのスプリングタイプ弾性可逆性移行（二重線二方向矢印によって示されている）は、既に規定されているパラメーター、すなわちそれぞれ分子リンカー末端間有効距離変化（ＤＥ−ＤＣまたはＤＣ−ＤＥ）を特徴とする。これは、図４に示されているように、線形配座状態における各々のスプリングタイプ弾性可逆性移行にしたがって、それぞれ第一分子リンカー（ＭＬ）および第二分子リンカー（ＭＬ’）の２つの任意に選択された末端７０と７６との間の末端間に広がる長さ軸に沿った直線方向における有効距離Ｄの変化の符号、すなわちそれぞれプラスまたはマイナス、および規模を示す。
【００７８】
システム特性を動的に制御するためにシステムにおいて、図４に例示される合成分子スプリングデバイス６０などの合成分子スプリングデバイスを使用する本発明による方法およびその対応するシステムに関して、合成分子スプリングデバイス６０の合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の結合部位（ＢＳ）は、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の示された位置を、システムの選択されたユニット（Ｕ）である外部実体の少なくとも１つのエレメントまたは構成成分に対して、例えば、物理的、化学的または物理化学的な結合機構またはカップリング機構（これらは下記においてさらに記載され、図９〜図１８に例示的に示される）を使用することによって結合または作動可能にカップリングするためであり、この場合、選択されたユニット（Ｕ）が、合成分子スプリングデバイス６０によって動的に制御可能なシステム特性を示す。そのうえ、パラメーター、すなわち、分子リンカーの末端間有効距離の変化（ＤＥ−ＤＣまたはＤＣ−ＤＥ）は直接、システム特性が合成分子スプリングデバイス６０によって動的に制御可能となる程度に関連し、かつ、その程度と相関する。
【００７９】
上記で述べられたように、図４には、１つだけの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）が非限定的な例として示されている。しかし、本発明の方法およびその対応するシステムの典型的な商業的適用に関しては、合成分子スプリングデバイス６０は複数の合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）を特徴としており、それにより、複数の合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）のそれぞれの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）が、１つだけの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の上記に記載および例示された構造／機能関係および挙動に従って特徴づけられ、かつ使用される。
および規模を示す。
【００８０】
図５は、本発明の合成分子スプリングデバイスの好ましい第五実施態様例の側面図を示す概略図であり、単一合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）が非限定的な例として示され、ここで（Ａ）は、収縮配座状態にある分子リンカーＭＬを示し、（Ｂ）は、拡張配座状態にある分子リンカーＭＬを示している。
【００８１】
図５［（Ａ）および（Ｂ）］において、合成分子スプリングデバイス８０は、次の主要成分を特徴とする：（ｉ）（１）２つの原子（ＭおよびＭ’）、（２）各々がそれぞれ対応原子（ＭおよびＭ’）に錯化されている２つの錯化基（ＣＧおよびＣＧ’）；（３）それぞれ対応原子−軸配位子ペア８２および８４を介して、２つの原子（ＭおよびＭ’）の各々と可逆的物理化学的にペアになった１つの軸二座配位子ＡＬであって、この好ましい実施態様において、既に記載され、例証された４つの好ましい実施態様例（図１〜４）とは対照的に、軸二座配位子（ＡＬ）の本体８６が、本体８６を有し、かつ各々がそれぞれ軸二座配位子（ＡＬ）の単一末端９２および９４に化学結合している２つの末端８８および９０を有する実質的に弾性の分子リンカーＭＬであるもの、および（４）本体９６を有し、かつ各々がそれぞれ単一対応錯化基（ＣＧおよびＣＧ’）に化学結合された２つの末端９８および１００を有する実質的に剛性の第一分子リンカー（ＭＬ’）、および本体１０２を有し、かつ各々がそれぞれ単一対応錯化基ＣＧおよびＣＧ’に化学結合された２つの末端１０４および１０６を有する実質的に剛性な第二分子リンカー（ＭＬ’’）を含む、１つの化学ユニットまたはモジュールを特徴とする合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）；および（ｉｉ）２つの原子−軸配位子ペア８２および８４の少なくとも１つ、例えば両方の原子−軸配位子結合８２および８４（図示されている）に動作可能に指向されている活性化メカニズム（ＡＭ）であって、２つの原子−軸配位子ペア８２および８４の少なくとも１つ、例えば両方の原子−軸配位子結合８２および８４（図示されている）を物理化学的に変性するために、前記活性化メカニズム（ＡＭ）が２つの原子−軸配位子ペア８２および８４の少なくとも１つ、例えば両方の原子−軸配位子結合８２および８４（図示されている）へ活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）を送ることにより、実質的に弾性の分子リンカー（ＭＬ）の収縮線形配座状態（Ａ）と拡張線形配座状態（Ｂ）との間のスプリングタイプ弾性可逆性移行（二重線二方向矢印によって示されている）の少なくとも１つのサイクルが活性化されるもの。
【００８２】
図５に示されているように、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）は、次の追加成分を含む：（５）軸二座配位子（ＡＬ）の本体８６（すなわち、第一分子リンカーＭＬ）を、それぞれ第二分子リンカー（ＭＬ’）の本体９６へ、および錯化基（ＣＧ）へ化学的に連結するための２つの化学的コネクター（ＣＣおよびＣＣ’）、および（６）それぞれ第二分子リンカー（ＭＬ’）の本体９６、原子（Ｍ’）、および錯化基（ＣＧ’）のところに位置する３つの結合部位（ＢＳ、ＢＳ’、およびＢＳ’’）であって、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）のこれらの位置の少なくとも１つをより包含的なメカニズム、デバイスまたはシステムの選択されたユニット（Ｕ）などの外部実体部分またはこれから離れた部分へポテンシャル結合または作動可能にカップリングさせるさせるためのものであり、図５において一般的に合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）および選択されたユニット（Ｕ）の間の点線矢印により示される。
【００８３】
実質的に弾性な第一分子リンカー（ＭＬ）の収縮（Ａ）から拡張（Ｂ）線形配座状態へ、あるいは拡張（Ｂ）から収縮（Ａ）線形配座状態へのスプリングタイプ弾性可逆性移行（二重線二方向矢印によって示されている）は、既に規定されているパラメーター、すなわちそれぞれ分子リンカー末端間有効距離変化ＤＥ−ＤＣまたはＤＣ−ＤＥを特徴とする。これは、図５に示されているように、線形配座状態における各々のスプリングタイプ弾性可逆性移行にしたがって、分子リンカー（ＭＬ）の２つの末端８８と９０との間の末端間に広がる長さ軸に沿った直線方向における有効距離Ｄの変化の符号、すなわちそれぞれプラスまたはマイナス、および規模を示す。
【００８４】
システム特性を動的に制御するためにシステムにおいて、図５に例示される合成分子スプリングデバイス８０などの合成分子スプリングデバイスを使用する本発明による方法およびその対応するシステムに関して、合成分子スプリングデバイス８０の合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の結合部位（ＢＳ、ＢＳ’およびＢＳ”）の少なくとも１つは、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の示された位置（１つまたは複数）を、システムの選択されたユニット（Ｕ）である外部実体の少なくとも１つのエレメントまたは構成成分に対して、例えば、物理的、化学的または物理化学的な結合機構またはカップリング機構（これらは下記においてさらに記載され、図９〜図１８に例示的に示される）を使用することによって結合または作動可能にカップリングするためであり、この場合、選択されたユニット（Ｕ）が、合成分子スプリングデバイス８０によって動的に制御可能なシステム特性を示す。そのうえ、パラメーター、すなわち、分子リンカーの末端間有効距離の変化（ＤＥ−ＤＣまたはＤＣ−ＤＥ）は直接、システム特性が合成分子スプリングデバイス８０によって動的に制御可能となる程度に関連し、かつ、その程度と相関する。
【００８５】
上記で述べられたように、図５には、１つだけの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）が非限定的な例として示されている。しかし、本発明の方法およびその対応するシステムの典型的な商業的適用に関しては、合成分子スプリングデバイス８０は複数の合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）を特徴としており、それにより、複数の合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）のそれぞれの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）が、１つだけの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の上記に記載および例示された構造／機能関係および挙動に従って特徴づけられ、かつ使用される。
【００８６】
次のことが特に注目される。すなわち、原子Ｍと可逆的物理化学的にペアになった軸配位子（ＡＬ）を記載するために用いられている「可逆的物理化学的にペアになった（ｒｅｖｅｒｓｉｂｌｙ  ｐｈｙｓｉｃｏｃｈｅｍｉｃａｌｌｙ  ｐａｉｒｅｄ）」という用語は、軸配位子（ＡＬ）および原子（Ｍ）が、それぞれ図１〜５においてそれぞれ（Ａ）および（Ｂ）によって例証されているように、物理化学的変性のため、すなわち制御可能な範囲または程度まで、原子−軸配位子結合ペアを「脱結合」するため、または制御可能な範囲または程度まで原子−軸配位子非結合ペアを「結合」するために、活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）を、予め決定されている原子−軸配位子ペアへ、すなわち原子−軸配位子「結合」ペアへ、または原子−軸配位子「非結合」ペアへ送る活性化メカニズム（ＡＭ）にしたがって、制御可能な範囲または程度まで互いから可逆的物理化学的に脱結合または解離するか、または制御可能な範囲または程度まで互いに結合または会合しうることを意味するということである。
【００８７】
本発明の合成分子スプリングデバイスの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の予め決定されている分子リンカー（ＭＬ）の収縮線形配座状態と拡張線形配座状態との間のスプリングタイプ弾性可逆性移行の各サイクルを活性化させるための駆動力を与えるのは、活性化メカニズム（ＡＭ）の制御された操作によって開始される、原子−軸配位子ペアのこのタイプの制御可能な可逆性化学脱結合および結合能力である。
【００８８】
したがって本発明の合成分子スプリングデバイスの実施のために、オペレーターは、活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）を、原子−軸配位子「結合」ペアへ、あるいは原子−軸配位子「非結合」ペアの「どちらか」へ送るため、物理化学的変性のため、すなわちそれぞれ制御可能な範囲または程度まで原子−軸配位子結合ペアを「脱結合」するため、または制御可能な範囲または程度まで原子−軸配位子非結合ペアを「結合」するために、活性化メカニズム（ＡＭ）を操作および制御し、これによって、実質的に弾性な分子リンカー（ＭＬ）の収縮線形配座状態と拡張線形配座状態との間のスプリングタイプ弾性可逆性移行の少なくとも１つのサイクルを活性化する。
【００８９】
一般化された合成分子スプリングデバイスの直前の５つの好ましい実施態様例において、このタイプの制御可能な可逆性脱結合および結合、または結合および脱結合プロセスは一般に、「活性化する」という語句の使用とともに、分子リンカーの収縮線形配座状態（Ａ）と拡張線形配座状態（Ｂ）との間のスプリングタイプ弾性可逆性移行の少なくとも１つのサイクルに言及される。この場合、線形配座状態（Ａ）および（Ｂ）は、各添付図面において適切に例証されている。
【００９０】
次に、本発明の合成分子スプリングデバイスの上記成分の各々の様々なタイプの具体的な好ましいカテゴリーおよびサブカテゴリーとともに、機能および構造を記載するさらなるほかの詳細がある。次の詳細は、上記一般化された合成分子スプリングデバイス、および図１〜５に例証されている、合成分子スプリングデバイスの既に記載されている５つの好ましい実施態様例の各々に適用される。例証を目的として一般的に、機能および構造は、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）および活性化メカニズム（ＡＭ）の各単一成分、例えば原子（Ｍ）、錯化基（ＣＧ）、軸配位子（ＡＬ）、および分子リンカー（ＭＬ）を参照して以下に記載される。しかしながらこのような記載は、複数のこれらの単一成分を特徴とする本発明の合成分子スプリングデバイスの実施態様に広げることができ、かつ適用可能であることは明確に理解すべきである。
【００９１】
錯化基（ＣＧ）に錯化される原子（Ｍ）は、上記のように、軸配位子（ＡＬ）と可逆的物理化学的にペアにされることによって機能し、これによって可逆的物理化学的にペアになった原子−軸配位子ペア、例えば原子−軸配位子ペア１２および１４（図１）、３２、３４、および３６（図２）、５２（図３）、６２および６４（図４）、および８２および８４（図５）を形成する。
【００９２】
一般に、収縮線形配座状態（Ａ）および拡張線形配座状態（Ｂ）の各々において、錯化原子（Ｍ）と軸配位子（ＡＬ）との間の可逆的物理化学的にペアにする相互作用の性質は、明確に規定されている化学相互作用または結合、例えば様々な程度または範囲の共有原子価、配位、またはイオン強度の共有結合、配位、またはイオン結合であることから、一対の２つの非相互作用的または非結合的成分、すなわち合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）中のすぐ近くの同じ隣位にある隣接物として位置している錯化原子Ｍと軸配位子ＡＬであることまで、様々なものである。
【００９３】
大部分の場合、例えば図１〜４に例証されているように、合成分子スプリングデバイスの既に記載されている最初の４つの好ましい実施態様例に適用可能なものとして、収縮線形配座状態（Ａ）において、この錯化原子（Ｍ）および軸配位子（ＡＬ）は、化学結合、例えば様々な程度または範囲の共有原子価、配位、またはイオン強度の共有結合、配位、またはイオン結合の形態にあり、一方、拡張線形配座状態（Ｂ）において、錯化原子（Ｍ）および軸配位子（ＡＬ）は、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）中のすぐ近くの同じ隣位にある隣接物として位置する一対の非相互作用的または非結合的成分形態にある。
【００９４】
しかしながらいくつかの場合例えば、図５に例証されている合成分子スプリングデバイスの既に記載されている好ましい第五実施態様例に適用可能なものとして、次のような反対の現象が起こる。すなわち、収縮線形配座状態（Ａ）において、この錯化原子Ｍおよび軸配位子（ＡＬ）は、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）中のすぐ近くの同じ隣位にある隣接物として位置する一対の非相互作用的または非結合的成分の形態にあり、一方、拡張線形配座状態（Ｂ）において、錯化原子Ｍおよび軸配位子（ＡＬ）は、化学結合、例えば様々な程度または範囲の共有原子価、配位、またはイオン強度の共有結合、配位、またはイオン結合の形態にある。
【００９５】
原則として、錯化基（ＣＧ）に錯化されている原子（Ｍ）は、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の別の成分とともに、様々な程度または範囲の共有原子価、配位、またはイオン強度の少なくとも１つの追加化学結合を形成しうる、少なくとも１つの中性原子または少なくとも１つの陽電荷原子（カチオン）である。特に原子Ｍは、金属、半金属、および非金属からなる群から選択される元素のあらゆる中性原子または陽電荷原子（カチオン）である。例えば原子（Ｍ）は２価遷移金属カチオンおよび３価遷移金属カチオンからなる群から選択されるカチオンである。さらに例えば原子（Ｍ）は、マグネシウム、クロム、マンガン、鉄、ルテニウム、オスミウム、コバルト、ロジウム、ニッケル、銅、亜鉛、ケイ素、およびチタンからなる群から選択される金属元素のカチオンである。さらに例えば原子（Ｍ）は、マグネシウム、鉄、ニッケル、コバルト、銅、および亜鉛からなる群から選択される金属元素のカチオンである。
【００９６】
原子（Ｍ）に錯化された錯化基（ＣＧ）は主として、一般に合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の全体構造に対して、および特に、収縮線形配座状態と拡張線形配座状態との間のスプリングタイプ弾性可逆性移行を受けるために活性化される実質的に弾性な分子リンカー（ＭＬ）の構造および位置に対して、原子（Ｍ）を局部的に配置することによって機能する。
【００９７】
例えば図１を参照するが、ここでは、合成分子スプリングデバイス１０、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）は、２つの実質的に弾性な分子リンカー（ＭＬおよびＭＬ’）を含み、各々が本体を有し、かつ各々がそれぞれ単一対応錯化基（ＣＧおよびＣＧ’）に化学結合している２つの末端を有し、特に原子Ｍが原子Ｍ’と同じである特別な場合、Ｃｏ（ＩＩ）金属カチオンであり、第一錯化基ＣＧが第二錯化基（ＣＧ’）と同じである場合、ポルフィリンであり、これらのＣｏ（ＩＩ）カチオンは本質的にポルフィリンコアへ閉じ込められている（ｃｏｎｆｉｎｅｄ）。各々のＣｏ−ポルフィリン錯体は、共有結合を介して、両方の分子リンカー（ＭＬおよびＭＬ’）に化学的に連結され、これによってＣｏ（ＩＩ）カチオンの相対位置が決定される。
【００９８】
錯化基（ＣＧ）の第二機能は、原子−軸配位子ペアの結合／脱結合エネルギーを調整または調節することである。この調整または調節機能は、原子−軸配位子ペアの結合／脱結合エネルギーが、原子（Ｍ）と錯化基（ＣＧ）との間の錯体のタイプ、強度、および物理化学的特徴に関連するという事実によって存在する。例えば原子−錯化基錯体の典型的な金属−ポルフィリンタイプの金属原子は通常、特定の軸配位子へのより高い結合エネルギーを有し、これは具体的には、ポルフィリン錯化基が周辺メソ位置における電子求引性基を有する時にシグマドナーとして機能する。例えばメソ−テトラ（ペンタフルオロフェニル）置換ポルフィリンにおいてである。
【００９９】
錯化基ＣＧの第三機能は、活性化メカニズム（ＡＭ）によって送られる活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）中に必然的に含まれている活性化エネルギーを調整または調節することである。これは、分子リンカー（ＭＬ）の収縮線形配座状態（Ａ）と拡張線形配座状態（Ｂ）との間のスプリングタイプ弾性可逆性移行を活性化するために必要とされる。例えば活性化メカニズム（ＡＭ）の電気化学的タイプによって送られる活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）中に含まれている活性化エネルギーに関するレドックスポテンシャルは、錯化基（ＣＧ）が、ポルフィリン、置換ポルフィリン、ジヒドロポルフィリン、置換ジヒドロポルフィリン、テトラヒドロポルフィリン、および置換テトラヒドロポルフィリンからなる群から選択される大環状化合物であるように、錯化基（ＣＧ）、スケルトン、および原子Ｍを選択することによって設計されうる。この場合、大環飽和の程度が増加され、一方、例えば１つまたはそれ以上の分子リンカー（ＭＬ）への化学結合を生じるために用いられる大環上の同じ追加置換基を維持する。通常、大環飽和の程度は、レドックスポテンシャルに対して、したがって活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）中に含まれている活性化エネルギーに対して主な効果を有する一方、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の機能的および構造的特徴および挙動を保持する。
【０１００】
合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の一部としての錯化基（ＣＧ）の、必要に応じて使用される第４の機能は、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の２つの構成成分の間、あるいは、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の構成成分と、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）に対して外部の実体（例えば、選択されたユニット（Ｕ）（選択されたユニット（Ｕ）として図１〜図５には一般的に示される）など、これは、より多くを包含する機構、デバイスまたはシステムの一部であるか、またはそれらとは別である）の少なくとも１つのエレメントまたは構成成分（例えば、少なくとも１つの電極など）との間のいずれかでの効率的な電気的／電子的な作動可能なカップリングまたは接続を提供するために、あるタイプの分子導電性ワイヤとして、電気的および／または電子的な伝導の媒体として使用されるためである。従って、電気コンダクタンス、電子コンダクタンスおよび電子トンネル効果の現象の少なくとも１つが、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の２つの構成成分の間、あるいは、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の構成成分と、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）に対して外部の実体（例えば、選択されたユニット（Ｕ）など）の少なくとも１つのエレメントまたは構成成分（例えば、少なくとも１つの電極など）との間のいずれかで生じる。
【０１０１】
あるタイプの分子導電性ワイヤとして機能するとき、錯化基（ＣＧ）の特定の化学タイプ、構造幾何学的な構成または形態、および大きさが、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の少なくとも一部を、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の２つの構成成分の間、あるいは、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の構成成分と、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）に対して外部の実体（例えば、選択されたユニット（Ｕ）など）の少なくとも１つのエレメントまたは構成成分（例えば、少なくとも１つの電極など）との間のいずれかに含む電気的／電子的な回路の指定された電気的／電子的経路に沿った電気的／電子的な電荷流を最適化するために選択される。
【０１０２】
錯化基（ＣＧ）の、必要に応じて使用されるこの第４の機能の例示的な利用が、本発明の一般化された方法およびその対応する一般化されたシステムを実行するいくつかの特定の例示的な好ましい実施形態において下記に例示的に記載される。特に、図１１、図１３および図１６にそれぞれ例示されるシステム３００、システム４００およびシステム５５０の実施形態において、この場合には、錯化基（ＣＧまたはＣＧ’）は、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の少なくとも一部を含む電子回路Ｕの指定された電気的／電子的経路の一部であり、それぞれのシステムの電子回路Ｕの少なくとも２つの電極（Ｅｉ）に電気的／電子的に作動可能にカップリングまたは接続されている。
【０１０３】
一般に錯化基（ＣＧ）は、様々な程度または範囲の共有原子価、配位、またはイオン強度の少なくとも１つの化学結合を介して原子（Ｍ）を錯化しうる化合物であり、可変寸法および柔軟性を有する可変幾何学形状または形態を有する。
【０１０４】
好ましくは錯化基（ＣＧ）は、環式化合物、多環式化合物、非環式化合物、線状化合物、枝分かれ化合物、およびこれらの組合わせからなる群から選択される化合物である。
【０１０５】
特に環式化合物として、錯化基（ＣＧ）は、マクロヘテロ環式化合物とマクロ環式化合物とからなる群から選択される。より具体的には、マクロヘテロ環式化合物として、錯化基（ＣＧ）は、ポリアザ大環、クラウンエーテル、およびクリプテートからなる群から選択される。より具体的には、化合物のポリアザ大環タイプとして、錯化基（ＣＧ）は、テトラピロール、およびフタロシアニン、およびナフタロシアニンからなる群から選択される。より具体的には、化合物のテトラピロールタイプとして、錯化基（ＣＧ）は、ポルフィリン、クロリン、バクテリオクロリン、コロール、およびポルフィセンからなる群から選択される。
【０１０６】
特に非環式化合物として、錯化基（ＣＧ）は、開放テトラピロール、例えばフィコシアノビリン、およびフィコエリトロビリンからなる群から選択される。
【０１０７】
好ましくは錯化基（ＣＧ）は、原子（Ｍ）をキレート化する化学キレート化剤として機能し、これによって原子（Ｍ）とともにキレートを形成する化合物である。この場合、このキレートは、好ましくは、金属カチオンとして、錯化基（ＣＧ）の少なくとも２つの非金属イオンへの配位結合によって接着された原子（Ｍ）を含むヘテロ環式環に対応する。
【０１０８】
軸配位子（ＡＬ）は第一に、上記のように錯化基（ＣＧ）に錯化されている、原子（Ｍ）と可逆的物理化学的にペアになり、これによって可逆的物理化学的にペアになった原子−軸配位子ペアを形成することによって機能する。
【０１０９】
軸配位子（ＡＬ）の第二機能は、錯化原子（Ｍ）に加えて、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の少なくとも１つのほかの成分と化学的に相互作用を行なうことである。より具体的には、軸配位子（ＡＬ）は第二に、錯化原子（Ｍ）に加えて、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の追加原子（Ｍ’）、錯化基（ＣＧ）、分子リンカー（ＭＬ）、任意化学的コネクター（ＣＣ）、および任意結合部位（ＢＳ）からなる群から選択される少なくとも１つのほかの成分と化学的に相互作用を行なうことによって機能する。特に軸配位子（ＡＬ）は、原子（Ｍ）との少なくとも１つの配位結合相互作用、および合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の少なくとも１つのほかの成分との少なくとも１つの追加結合相互作用を生じることによって、予め決定されている分子リンカー（ＭＬ）の収縮線形配座状態と拡張線形配座状態との間の可逆性移行を誘発するためのものである。
【０１１０】
配位子化学業界でよく知られているように、軸配位子は、物理化学的挙動の１つ以上のタイプの領域を特徴としうる。本発明において好ましくは、軸配位子（ＡＬ）は、物理化学的挙動の少なくとも２つのタイプの領域を特徴とする。物理化学的挙動の第一のタイプの領域は、原子（Ｍ）との配位結合相互作用に参加する軸配位子（ＡＬ）の部分に対応する。物理化学的挙動の第二のタイプの領域は、軸配位子（ＡＬ）の最初の２つのタイプの間を連結するか、あるいは第一のタイプの領域と合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の別の成分との間を連結する、軸配位子（ＡＬ）の部分に対応する。
【０１１１】
一般に、軸配位子（ＡＬ）の物理化学的挙動の第一または第二のタイプの領域は、軸配位子（ＡＬ）の「末端」または「ターミナル」領域、または軸配位子（ＡＬ）の「中間」領域に対応しうる。例えば軸配位子（ＡＬ）が、線状または枝分かれ幾何学形状または形態を有する特別な場合、軸配位子（ＡＬ）の物理化学的挙動の第一または第二のタイプの領域は、軸配位子（ＡＬ）の「末端」または「ターミナル」領域に対応しうる。軸配位子（ＡＬ）が、環状幾何学形状または形態を有する特別な場合、軸配位子（ＡＬ）の物理化学的挙動の第一または第二のタイプの領域は必然的に、軸配位子（ＡＬ）の「中間」領域に対応する。その理由は、環式軸配位子は、任意に画定または割当てられない（ａｓｓｉｇｎ）限り、「末端」または「ターミナル」領域を有していないからである。
【０１１２】
軸配位子（ＡＬ）の第三機能は、原子−軸配位子ペアの結合／脱結合エネルギーを調整または調節することである。この調整または調節機能は、原子−軸配位子ペアの結合／脱結合エネルギーが、軸配位子（ＡＬ）のタイプ、強度、および物理化学的特徴、ならびに原子（Ｍ）のこれらのものに直接関連しているという事実によって存在する。
【０１１３】
この調整または調節効果を例証するために、気相におけるニッケル−バクテリオクロロフィル［Ｎｉ］−ＢＣｈｌである原子（Ｍ）と錯化基（ＣＧ）との錯体へ、軸配位子を結合するための結合エネルギーに直接関連する連結反応エネルギーの計算が実施された。これらの結果が次の表に示され、計算手順の詳細が次に続く。計算に用いられ、かつこの表に示されている軸配位子の例は必ずしも、特定の合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）に含まれている軸配位子であるわけではないことが注目される。
【表１】
2005534506.tif 000003
【０１１４】
構造および軌道配列（ｏｒｂｉｔａｌ  ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）ならびに特性計算を含む、この表に示されている分子系の配座解析は、ガウシアン（ＧＡＵＳＳＩＡＮ）９８を用い、比較を目的として多様な計算技術を利用して実施された。用いられたハイブリッド密度汎関数（ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ）（ＨＤＦＴ）技術は、Ｂ３ＬＹＰであり、これには、Ｂｅｃｋｅによって最初に提案されたハイブリッド交換汎関数とともに、Ｌｅｅ−Ｙａｎｇ−Ｐａｒｒの相関汎関数が用いられる。ＨａｙおよびＷａｄｔの相対論的有効コアポテンシャル（ｒｅｌａｔｉｖｉｓｔｉｃ  ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ  ｃｏｒｅ  ｐｏｔｅｎｔｉａｌｓ）（ＲＥＣＰ）が、遷移金属のために用いられた。選ばれた比有効コアポテンシャル／ベースセットの組合わせは、ＬＡＮＬ２ＤＺ（ロス・アラモス・ナショナル・ラボラトリー（Ｌｏｓ  Ａｌａｍｏｓ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ）２−ダブル−ζ；この「２」は、原子価および「原子価−１」殻が陽処理される（ｔｒｅａｔ  ｅｘｐｌｉｃｉｔｌｙ）ことを示している）であった。ＬＡＮＬ２ＤＺベースセットは、原子価および「原子価−１」殻におけるダブル−ζ品質を有するものであり、一方、ＲＥＣＰはダーウイン（Ｄａｒｗｉｎ）および質量−速度寄与を含む。より精密な特性については、ＬＡＮＬ２ＤＺ＋１と表わされているより大きいベースセットを用いて、ファイン−インテグレーショングリッド、タイトシングルポイント特性計算が実施された。これは、Ｎｉ上の単一ｆ関数を用いて増大された（ａｕｇｍｅｎｔｅｄ  ｗｉｔｈ）ＬＡＮＬ２ＤＺと、第一および第二列原子上の標準的ダニング（Ｄｕｎｎｉｎｇ）のｃｃ−ｐｖｄｚ（相関整合分極原子価（ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ  ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ  ｐｏｌａｒｉｚｅｄ  ｖａｌｅｎｃｅ）ダブル−ζ）ベースセット（［４ｓ３ｐｌｄ／３ｓ２ｐｌｄ／２ｓｌｐ］）とからなる。
【０１１５】
軸配位子（ＡＬ）の第四機能は、活性化メカニズム（ＡＭ）によって送られる活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）中に必然的に含まれている活性化エネルギーを調整または調節することであり、これは、分子リンカー（ＭＬ）の収縮線形配座状態（Ａ）と拡張線形配座状態（Ｂ）との間のスプリングタイプ弾性可逆性移行を活性化するために必要とされる。
【０１１６】
例えば、アクロニトリル中のニッケル−バクテリオクロロフィル［Ｎｉ］−ＢＣｈｌである、原子（Ｍ）と錯化基（ＣＧ）との錯体から軸配位子を脱結合するのに必要とされる活性化エネルギーに直接関連する、分光電子ｐ−ｐ*移行の測定が実施された。これらの結果は、下記の表に示されている。これらの計算に用いられ、表に示されている軸配位子の例は必ずしも、特定の合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）に含まれている軸配位子であるわけではないことが注目される。
【０１１７】
アクロニトリルにおいて測定された、様々な軸配位子での［Ｎｉ］−ＢＣｈｌの光学スペクトルの変化
【表２】
2005534506.tif 000004
【０１１８】
合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の一部としての軸配位子（ＡＬ）の、必要に応じて使用される第５の機能は、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の２つの構成成分の間、あるいは、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の構成成分と、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）に対して外部の実体（例えば、（選択されたユニット（Ｕ）として図１〜図５には一般的に示される）選択されたユニット（Ｕ）など、これは、より多くを包含する機構、デバイスまたはシステムの一部であるか、またはそれらとは別である）の少なくとも１つのエレメントまたは構成成分（例えば、少なくとも１つの電極など）との間のいずれかでの効率的な電気的／電子的な作動可能なカップリングまたは接続を提供するために、あるタイプの分子導電性ワイヤとして、電気的および／または電子的な伝導の媒体として使用されるためである。従って、電気コンダクタンス、電子コンダクタンスおよび電子トンネル効果の現象の少なくとも１つが、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の２つの構成成分の間、あるいは、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の構成成分と、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）に対して外部の実体（例えば、選択されたユニット（Ｕ）など）の少なくとも１つのエレメントまたは構成成分（例えば、少なくとも１つの電極など）との間のいずれかで生じる。
【０１１９】
あるタイプの分子導電性ワイヤとして機能するとき、軸配位子（ＡＬ）の特定の化学タイプ、構造幾何学的な構成または形態、および大きさが、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の少なくとも一部を、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の２つの構成成分の間、あるいは、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の構成成分と、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）に対して外部の実体（例えば、選択されたユニット（Ｕ）など）の少なくとも１つのエレメントまたは構成成分（例えば、少なくとも１つの電極など）との間のいずれかに含む電気的／電子的な回路の指定された電気的／電子的経路に沿った電気的／電子的な電荷流を最適化するために選択される。
【０１２０】
例えば、少なくとも２つの原子（Ｍ、または、ＭおよびＭ’）が存在する合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）における場合、共役π系の電子構成を特徴とする軸配位子（ＡＬ）を有することが好ましい。この場合の具体的な一例が、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）が、ポルフィリンまたはフタロシアニンである錯化基（ＣＧ）、それぞれが異なる酸化状態にある鉄カチオンである原子（ＭおよびＭ’）、および１，４−ジイソシアノベンゼンである軸配位子（ＡＬ）を含む場合である。
【０１２１】
軸配位子（ＡＬ）の、必要に応じて使用されるこの第５の機能の例示的な利用が、本発明の一般化された方法およびその対応する一般化されたシステムを実行する２つの特定の例示的な好ましい実施形態において下記に例示的に記載される。特に、図１３および図１４にそれぞれ例示されるシステム４００およびシステム４５０の実施形態において、この場合には、軸配位子（ＡＬ）は、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の少なくとも一部を含む電子回路Ｕの指定された電気的／電子的経路の一部であり、それぞれのシステムの電子回路Ｕの少なくとも２つの電極（Ｅｉ）に電気的／電子的に作動可能にカップリングまたは接続されている。
【０１２２】
軸配位子（ＡＬ）のあまり決定的でない第六機能は、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の全体構造に対して原子（Ｍ）を局部的に配置することである。例えばいくつかの金属ポルフィリンまたはフタロシアニンにおいて、テトラ−とペンタ−との、またはヘキサ−とペンタ−との配位状態間の原子Ｍの配位状態を変える時、原子（Ｍ）は、平面内（ｉｎ−ｐｌａｎｅ）から平面外（ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ）構成まで、錯化基（ＣＧ）に対してその位置を変更しうる。
【０１２３】
一般に軸配位子（ＡＬ）は、様々な程度または範囲の共有原子価、配位、またはイオン強度の少なくとも１つの化学結合を介して、原子（Ｍ）と物理化学的に相互作用しうる化合物であり、可変寸法および柔軟性を有する可変幾何学形状または形態を有する。さらには軸配位子（ＡＬ）は、錯化原子（Ｍ）に加えて、様々な程度または範囲の共有原子価、配位、またはイオン強度の少なくとも１つの化学結合を介して、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の少なくとも１つのほかの成分と化学的に相互作用しうる化合物である。一般に軸配位子（ＡＬ）は、単座配位子、二座配位子、三座配位子、および多座配位子からなる群から選択される１つのタイプの配位子である。
【０１２４】
好ましくは軸配位子（ＡＬ）は、アニオン性化合物と中性化合物とからなる群から選択される化合物である。好ましくは中性化合物としての軸配位子（ＡＬ）は、ルイス酸として挙動する電子リッチ領域または基を特徴とする。
【０１２５】
特に中性化合物として、軸配位子（ＡＬ）は、ヘテロ環、架橋へテロ環、アミン、エーテル、アルコール、イソ−シアニド、ポリヘテロ環、アミド、チオール、不飽和化合物、アルキルハロゲン化物、およびニトロ化合物からなる群から選択される。例えば中性化合物として、軸配位子（ＡＬ）は、ピリジン、イミダゾール、４，４’−ビピリジン、および１，３−ジアミノプロパンからなる群から選択される。
【０１２６】
例えばアニオン性化合物として、軸配位子（ＡＬ）は、シアニド、酸、カルボン酸からなる群から選択される。
【０１２７】
本発明の特に好ましい実施態様において、上記のように、軸配位子（ＡＬ）の物理化学的挙動の第二のタイプの領域は、例えば、図５に例証されているような合成分子スプリングデバイス８０の好ましい第五実施態様例に関して既に上に記載されているように、スプリングタイプ弾性可逆性機能、構造、および挙動、または特色を特徴とする。その特定の好ましい実施態様例において、軸配位子（ＡＬ）は、２つの原子（ＭおよびＭ’）の各々と可逆的物理化学的にペアになった軸二座配位子（ＡＬ）であり、これによって、軸二座配位子（ＡＬ）の本体８６は、本体８６を有し、かつ各々がそれぞれ軸二座配位子（ＡＬ）の単一末端９２および９４に化学結合している２つの末端８８および９０を有する、実質的に弾性の分子リンカー（ＭＬ）である。
【０１２８】
本発明を実施するために、好ましくは、原子（Ｍ）、錯化基（ＣＧ）、および軸配位子（ＡＬ）の特定の組合わせを選択することによって、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）を設計するために用いられる理論（ｒａｔｉｏｎａｌ）は、選択される活性化メカニズム（ＡＭ）の特定タイプをベースとする。例えば、一般に合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の作用に対して、例えばｐＨ制御を介して化学的制御を有する一方、特に光励起の時に分子リンカー（ＭＬ）の収縮から拡張配座状態への移行を避けることが望まれる場合、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）は、次の特定の主要成分、すなわちＭｇ（ＩＩ）である原子（Ｍ）、ポルフィリン誘導体である錯化（ＣＧ）、およびアルコールである軸配位子（ＡＬ）を含むように設計されてもよい。
【０１２９】
分子リンカー（ＭＬ）は主として、実質的に弾性であり、本体を有し、かつ少なくとも１つの末端が合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の別の成分に化学結合されている２つの末端を有することによって機能する。
【０１３０】
さらには実質的に弾性な機能性は、分子リンカー（ＭＬ）の適切な構造とともに、本発明の合成分子スプリングデバイスの多パラメーターの制御可能なスプリングタイプ弾性可逆性機能、構造、および挙動の主要側面を実施するために決定的に重要である。具体的には既に上に記載されているように、図１〜５に例証されているような、合成分子スプリングデバイスの５つの好ましい実施態様例を参照した場合、少なくとも１つの予め決定されている原子−軸配位子ペアを物理化学的に変性するために、活性化メカニズム（ＡＭ）が少なくとも１つの予め決定されている原子−軸配位子ペアへ活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）を送ることにより、分子リンカー（ＭＬ）の収縮線形配座状態（Ａ）と拡張線形配座状態（Ｂ）との間のスプリングタイプ弾性可逆性移行の少なくとも１つのサイクルが活性化される。
【０１３１】
分子リンカー（ＭＬ）は、非常に多様な異なる環境において動作可能な、多パラメーターの制御可能なスプリングタイプ弾性可逆性機能、構造、および挙動を示すために、特に合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）に、一般に合成分子スプリングデバイスに必要とされる、所望の範囲または程度の弾性にしたがって選択される。より具体的には分子リンカー（ＭＬ）の弾性は、分子リンカー（ＭＬ）の拡張または収縮の特定の線形配座状態が一方の状態から他方の状態に転換される時、活性化メカニズム（ＡＭ）の使用にしたがって、十分な機械的スプリングタイプ弾性可逆性復元力を生じるために選択される。
【０１３２】
分子リンカー（ＭＬ）の主要機能に関連する第二機能は、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の収縮および拡張線形配座状態に関して、幾何学形状および形態および寸法の設計および合成の一部として、物理的幾何学的線形スペーサーとしての役割を果たすことである。分子リンカー（ＭＬ）は、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の主要成分であり、これは、収縮から拡張線形配座状態へ、あるいは拡張から収縮線形配座状態への移行の範囲または程度を決定する。既に上に記載されているように、この移行範囲または程度は、パラメーター、すなわちそれぞれ分子リンカー末端間有効距離変化（ＤＥ−ＤＣまたはＤＣ−ＤＥ）を特徴とする。これは、線形配座状態における各々の移行にしたがって、特定の合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）中に含まれている、単一分子リンカー（ＭＬ）の２つの末端間、または複数の分子リンカー（ＭＬ）の２つの任意に選択された末端間の末端間「有効」距離Ｄの変化の符号、すなわちそれぞれプラスまたはマイナス、および規模を示す。
【０１３３】
分子リンカー（ＭＬ）の第三機能は、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の少なくとも１つの任意に規定されている軸に沿う規定された軌道にしたがって、線形配座状態における移行の間、結果として生じる平行移動または線形運動を指向することである。
【０１３４】
合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の一部としての分子リンカー（ＭＬ）の、必要に応じて使用される第４の機能は、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の２つの構成成分の間、あるいは、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の構成成分と、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）に対して外部の実体（例えば、（選択されたユニット（Ｕ）として図１〜図５には一般的に示される）選択されたユニット（Ｕ）など、これは、より多くを包含する機構、デバイスまたはシステムの一部であるか、またはそれらとは別である）の少なくとも１つのエレメントまたは構成成分（例えば、少なくとも１つの電極など）との間のいずれかでの効率的な電気的／電子的な作動可能なカップリングまたは接続を提供するために、あるタイプの分子導電性ワイヤとして、電気的および／または電子的な伝導の媒体として使用されるためである。従って、電気コンダクタンス、電子コンダクタンスおよび電子トンネル効果の現象の少なくとも１つが、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の２つの構成成分の間、あるいは、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の構成成分と、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）に対して外部の実体（例えば、選択されたユニット（Ｕ）など）の少なくとも１つのエレメントまたは構成成分（例えば、少なくとも１つの電極など）との間のいずれかで生じる。
【０１３５】
あるタイプの分子導電性ワイヤとして機能するとき、分子リンカー（ＭＬ）の特定の化学タイプ、構造幾何学的な構成または形態、および大きさが、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の少なくとも一部を、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の２つの構成成分の間、あるいは、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の構成成分と、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）に対して外部の実体（例えば、選択されたユニット（Ｕ）など）の少なくとも１つのエレメントまたは構成成分（例えば、少なくとも１つの電極など）との間のいずれかに含む電気的／電子的な回路の指定された電気的／電子的経路に沿った電気的／電子的な電荷流を最適化するために選択される。
【０１３６】
分子リンカー（ＭＬ）の、必要に応じて使用されるこの第４の機能の例示的な利用が、本発明の一般化された方法およびその対応する一般化されたシステムを実行するいくつかの特定の例示的な好ましい実施形態において下記に例示的に記載される。特に、図１１、１３、１４、１５および図１７にそれぞれ例示されるシステム３００、４００、４５０、５００および６００の実施形態において、この場合には、分子リンカー（ＭＬまたはＭＬ”）は、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の少なくとも一部を含む電子回路Ｕの指定された電気的／電子的経路の一部であり、それぞれのシステムの電子回路Ｕの少なくとも２つの電極（Ｅｉ）に電気的／電子的に作動可能にカップリングまたは接続されている。
【０１３７】
一般に分子リンカー（ＭＬ）は、本体を有し、かつ少なくとも１つの末端が様々な程度または範囲の共有原子価、配位、またはイオン強度の少なくとも１つの化学結合を介して、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の別の成分に化学結合されている２つの末端を有する、実質的に弾性である化学的実体であり、可変寸法および柔軟性を有する可変幾何学形状または形態を有する。
【０１３８】
特に分子リンカー（ＭＬ）は、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の原子（Ｍ）、錯化基（ＣＧ）、軸配位子（ＡＬ）、任意化学的コネクター（ＣＣ）、および任意結合部位（ＢＳ）からなる群から選択される別の成分に化学結合された少なくとも１つの末端を有する。好ましくは分子リンカー（ＭＬ）は、、それぞれ図１および２に例証されている、合成分子スプリングデバイス１０および３０の好ましい第一および第二実施態様例に関して既に記載されているような異なった単一対応錯化基（ＣＧ）、例えば異なった単一対応錯化基（ＣＧおよびＣＧ’）に化学結合されている２つの末端を有する。
【０１３９】
一般に分子リンカー（ＭＬ）は、少なくとも２つの個々の原子の実体と少なくとも２つの分子の実体とからなる群から選択される化学的実体である。好ましくは分子リンカー（ＭＬ）は、様々な程度または範囲の共有原子価、配位、またはイオン強度の少なくとも１つの化学結合を介して、互いに、および合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の少なくとも１つのほかの成分と物理化学的に相互作用しうる少なくとも２つの原子を特徴とする化学的実体である。
【０１４０】
より好ましくは分子リンカー（ＭＬ）は、可変長さ、枝分かれ、および飽和を有する分子鎖、様々な一、二、または多−官能基を有する環式化合物、様々な一、二、または多−官能基を有する芳香族化合物、およびこれらの組合わせからなる群から選択される。
【０１４１】
特に分子リンカー（ＭＬ）は、アルカン、アルケン、アルキン、置換フェニル、アルコール、エーテル、モノ−（アリーレンエチニレン）、オリゴ−（アリーレンエチニレン）、ポリ（アリーレンエチニレン）、および（フェニレンエチニレン）からなる群から選択される化合物である。分子リンカー（ＭＬ）の具体例は、Ｃ２アルキン、Ｃ４アルキン、Ｃ６アルキン、１，４−置換フェニル、１，４−置換ビシクロ［２．２．２］オクタン、およびジエーテルからなる群から選ばれる化合物である。
【０１４２】
活性化メカニズム（ＡＭ）は、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）のスプリングタイプ弾性可逆性機能、構造、および挙動を制御可能に活性化することによって作用する。具体的には、既に上に記載されているように、図１〜５に例証されているような、合成分子スプリングデバイスの５つの好ましい実施態様例を参照した場合、少なくとも１つの予め決定されている原子−軸配位子ペアへ動作可能に指向されている活性化メカニズム（ＡＭ）は、少なくとも１つの予め決定されている原子−軸配位子ペアを物理化学的に変性するために、少なくとも１つの予め決定されている原子−軸配位子ペアへ活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）を送り、これによって、分子リンカー（ＭＬ）の収縮線形配座状態（Ａ）と拡張線形配座状態（Ｂ）との間のスプリングタイプ弾性可逆性移行の少なくとも１つのサイクルを活性化する。
【０１４３】
原則的には活性化メカニズム（ＡＭ）は本質的に、次のように適切に設計され、かつ構成されたメカニズムのあらゆるタイプである。すなわちこれは、少なくとも１つの予め決定されている原子−軸配位子ペアを物理化学的に変性するために、少なくとも１つの予め決定されている原子−軸配位子ペア、例えば原子−軸配位子ペア１２および１４（図１）、３２、３４、および３６（図２）、５２（図３）、６２および６４（図４）、および８２および８４（図５）へ活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）を送るために、少なくとも１つの予め決定されている可逆的物理化学的ペアになった原子−軸配位子ペアへ動作可能に指向され、これによって、分子リンカー（ＭＬ）の収縮線形配座状態（Ａ）と拡張線形配座状態（Ｂ）との間のスプリングタイプ弾性可逆性移行の少なくとも１つのサイクルを活性化することによって制御可能に操作されるものである。好ましくは活性化メカニズム（ＡＭ）は動作可能であり、可変操作条件下、多様な異なる環境においてこの機能を果たす。
【０１４４】
本発明の一般化合成分子スプリングデバイスの構造および機能の記載に関して既に上に記載されているように、活性化シグナルは、各々が規定されている振幅および持続時間を有する２つの制御可能な一般的な相補レベルを有する。すなわち、一般的な第一相補レベル（ＡＳ）と、一般的な第二相補レベル（ＡＳ’）である。活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）の一般的な第一相補レベル（ＡＳ）は、活性化メカニズム（ＡＭ）の操作のベースと一貫性のある可逆的物理化学メカニズムの第一指向を介して、原子−軸配位子ペアを物理化学的に変性するために少なくとも１つの予め決定されている原子−軸配位子ペアに送られ、これによって、少なくとも１つの予め決定されている分子リンカー（ＭＬ）の収縮線形配座状態（Ａ）から拡張線形配座状態（Ｂ）へのスプリングタイプ弾性可逆性移行が活性化される。活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）の一般的な第二相補レベル（ＡＳ’）によって、少なくとも１つの予め決定されている分子リンカー（ＭＬ）が、収縮配座状態（Ａ）に戻ることができる。
【０１４５】
本発明の代替実施態様において、原子−軸配位子ペアと分子リンカー（ＭＬ）との間の物理化学的関係は、活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）の一般的な第一相補レベル（ＡＳ）によって、実質的に弾性な分子リンカー（ＭＬ）が、収縮配座状態（Ａ）に戻ることができる上記のこの関係とは反対である。活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）の一般的な第二相補レベル（ＡＳ’）は、対応する活性化メカニズム（ＡＭ）の操作のベースと一貫性のある可逆的物理化学メカニズムの第二指向を介して、原子−軸配位子ペアを物理化学的に変性するために少なくとも１つの予め決定されている原子−軸配位子ペアに送られ、これによって、少なくとも１つの予め決定されている分子リンカー（ＭＬ）の拡張線形配座状態（Ｂ）から収縮線形配座状態（Ａ）へのスプリングタイプ弾性可逆性移行が活性化される。
【０１４６】
実際、用語法および表記法に関して、活性化メカニズム（ＡＭ）の活性化シグナルの機能の意味を制限しないために、活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）のこれら２つの制御可能な一般的な相補レベル（ＡＳおよびＡＳ’）は、互換性があり、これによって活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）は、活性化シグナル（ＡＳ’／ＡＳ）として記載することができることが注目される。さらには既に上に記載されているように、それぞれ活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’またはＡＳ’／ＡＳ）の各一般的相補レベル（ＡＳおよびＡＳ’、またはＡＳ’およびＡＳ）は、少なくとも１つの特定のサブレベル、好ましくはそれぞれ特定の規模、強さ、振幅、または強度を有する複数の特定のサブレベルを特徴とする。
【０１４７】
ある一定の瞬間に、活性化メカニズム（ＡＭ）の活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）のこれら２つの一般的な相補レベル（ＡＳおよびＡＳ’）のどちらかは、部分的には活性化メカニズム（ＡＭ）の操作パラメーターにしたがって、少なくとも１つの予め決定されている可逆的物理化学的にペアになった原子−軸配位子ペアへ制御可能に指向されて送られる。活性化メカニズム（ＡＭ）の選択された操作パラメーターの例は、少なくとも１つの予め決定されている可逆的物理化学的にペアになった原子−軸配位子ペアに指向されて送られる活性化シグナルの特定の一般的な相補レベルの（１）規模、強さ、振幅、または強度、（２）頻度（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）、（３）時間または持続時間、（４）反復率または周期性、および（５）スイッチ率、すなわち、１つ例えば第一相補レベル（ＡＳ）からもう１つへの、例えば第二相補レベル（ＡＳ’）への、またはその逆へのスイッチングである。
【０１４８】
一般に、活性化メカニズム（ＡＭ）は、化学種のペアを物理化学的に変性するために、化学種のペアに活性化シグナルを送るために、一対の化学種に動作可能に指向されるメカニズムである。本発明において、既に上に記載され、例証されているように、このような一対の化学種は、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の可逆的物理化学的にペアになった原子−軸配位子ペアに対応する。
【０１４９】
好ましくは活性化メカニズム（ＡＭ）は、活性化シグナルの電磁型を送る電磁メカニズム、活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）の電気／電子型を送る電気／電子メカニズム、活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）の化学型を送る化学的メカニズム、活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）の電気化学型を送る電気化学メカニズム、活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）の磁気型を送る磁気メカニズム、活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）の音響型を送る音響メカニズム、活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）の光音響型を送る光音響メカニズム、および活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）の組合わせ型を送るこれらの組合わせからなる群から選択されるメカニズムの型であって、それにより、活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）の各タイプは活性化メカニズム（ＡＭ）に対応するタイプの作動パラメータにより、制御可能に方向づけられ、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の少なくとも１つの予め決定されている可逆的物理化学的にペアになった原子−軸配位子ペアに送られる。
【０１５０】
活性化メカニズムの電磁型の例は、活性化シグナルのレーザービーム型を送るレーザービームベース活性化メカニズム、活性化シグナルのメーザービーム型を送るメーザービームベース活性化メカニズム、およびこれらの組合わせからなる群から選択される。
【０１５１】
活性化メカニズムの電気／電子型の例は、活性化シグナルの電流型を送る電流ベース活性化メカニズム、活性化シグナルのバイアス電圧型を送るバイアス電圧ベース活性化メカニズム、活性化シグナルの加えられた電気ポテンシャル型を送る加えられた電気ポテンシャルベース活性化メカニズムおよびこれらの組合わせからなる群から選択される。
【０１５２】
活性化メカニズムの化学型の例は、活性化シグナルのプロトネーション−デプロトネーション型を送るプロトネーション−デプロトネーションベース活性化メカニズム、活性化シグナルのｐＨ変化型を送るｐＨ変化ベース活性化メカニズム、活性化シグナルの濃度変化型を送る濃度変化ベース活性化メカニズム、およびこれらの組合わせからなる群から選択される。
【０１５３】
活性化メカニズムの電気化学型の例は、活性化シグナルの還元／酸化型を発生させて送る還元／酸化ベース活性化メカニズムである。
【０１５４】
本発明の合成分子スプリングデバイスの実施のために、用いられる特定のタイプの活性化メカニズム（ＡＭ）は、特定のタイプの相互関連成分およびそれらの特徴を有する、特定のタイプの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）にしたがって選択され、設計され、操作される。より具体的には、特定のタイプの活性化メカニズム（ＡＭ）を決定するためのベースとして用いられる合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の主要成分は、原子（Ｍ）、錯化基（ＣＧ）、および錯配位子（ＡＬ）である。分子リンカー（ＭＬ）の一般的機能および構造とは別に、特に合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の全体的機能および構造に関して、および一般に合成分子スプリングデバイスの全体的機能および構造に関して、既に上に記載されているように、分子リンカー（ＭＬ）の特定のタイプおよび特徴は、活性化メカニズム（ＡＭ）の選択、設計、および操作に関して二次的重要性を有する。
【０１５５】
活性化メカニズム（ＡＭ）の選択、設計、および操作に関して、分子リンカー（ＭＬ）のこの二次的重要性は、特に合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）を設計および操作するため、および一般に合成分子スプリングデバイスの設計および操作のための、一般に独立したモジュール方法を用いることを可能にする。より具体的には、同じ特定のタイプの活性化メカニズム（ＡＭ）が、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）、例えば図６〜８に例証され、かつ本発明の合成分子スプリングデバイスのモジュール性およびスケールアップに関して下に記載されているような、スケールアップ合成分子アセンブリー（ＳＭＡ−Ｕ）を活性化するために選択され、設計され、かつ操作されてもよく、これは、様々なタイプの分子リンカー（ＭＬ）を含むスケールアップされた複数の化学ユニットまたはモジュールを特徴とし、可変寸法および柔軟性を有する可変幾何学形状または形態を有し、例えばこの場合、分子リンカー（ＭＬ）が長いかあるいは短く、柔軟性であるか剛性であり、原子（Ｍ），錯化基（ＣＧ）、および軸配位子（ＡＬ）のタイプおよび特徴が、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）において、同一であるか、またはモジュールごとに少なくとも類似である場合である。
【０１５６】
あるいはまた本発明は次のように実施することもできる。すなわち、活性化メカニズム（ＡＭ）の異なる特定のタイプ、例えば電磁、電気化学、および化学型が、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）を活性化するために、選択され、設計され、操作されてもよく、これは、本明細書において下に記載されているのと同じ主要成分、すなわち同じ原子（Ｍ）、錯化基（ＣＧ）、軸配位子（ＡＬ）、および分子リンカー（ＭＬ）を特徴とする。
【０１５７】
本発明の合成分子スプリングデバイスの一部として含まれている活性化メカニズム（ＡＭ）の３つの異なる特定のタイプを実施するために選択される詳細は、本明細書において次に記載される。各実施例の場合、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）は、Ｎｉ（ＩＩ）カチオンとしての原子（Ｍ）、メソ置換ポルフィリン誘導体としての錯化基（ＣＧ）、４，４’ビピリジンとしての軸配位子（ＡＬ）、および本体を有し、かつ少なくとも１つの末端が合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の別の成分に化学結合されている２つの末端を有する、少なくとも１つの実質的に弾性な分子リンカー（ＭＬ）を含む。
【０１５８】
第一実施例の場合、活性化メカニズム（ＡＭ）の電磁型の例としてレーザービームベースの活性化メカニズムが実施される。ニッケルポルフィリンにおける光誘発カチオン−軸配位子解離は通常、大環錯化基の最低π−π*励起状態から中心Ｎｉ原子までの超高速光励起エネルギー伝達に関わっており、これによって、高スピン（１ｄｘ２−ｚ２、１ｄｚ２）トリプレット状態から低スピン（２ｄｚ２）シングレット状態へ錯化基の電子構成を変える。
【０１５９】
この場合、レーザー光の波長は理想的には、波長が、典型的には約３５０ｎｍ〜約９００ｎｍの範囲において、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の錯化基（ＣＧ）、原子（Ｍ）、軸配位子（ＡＬ）の錯体に対する吸収極大に対応するように選択される。より具体的には、金属ポルフィリン化合物の場合、レーザー光の波長を、Ｓｏｒｅｔ吸収帯の領域に、典型的には約３８０ｎｍ〜約４６０ｎｍの領域に有することが所望される。これは、例えば、Ｈｚ程度〜ＭＨｚ程度の範囲にある繰返し率（すなわち、オンおよびオフの切り換え）で、そして好ましくは、高速トリガーリングの場合、４０ＭＨｚの繰返し率、±３ｎｍの精度、および、約３５０ｎｍ〜約５７０ｎｍの範囲にある波長または約７００ｎｍ〜約８００ｎｍの範囲にある波長、好ましくは約４２０ｎｍ〜約４５０ｎｍの範囲にある波長で稼動するピコ秒ダイオードレーザーによって達成される。
【０１６０】
活性化メカニズム（ＡＭ）によってカチオン−軸配位子ペアへ送られる活性化シグナル（ＡＳ）の電磁型として機能するレーザービームパルスを用いて、カチオン−軸配位子ペアへレーザービームベース活性化メカニズムを動作可能に指向させると、二重占有（ｏｃｃｕｐｉｅｄ）ｄｚ２軌道関数と軸配位子上の電子密度との間の強い反発の結果として、カチオン−軸配位子解離を介してカチオン−軸配位子ペアを物理化学的に変性する。カチオン−軸配位子解離は、分子リンカー（ＭＬ）の収縮線形配座状態（Ａ）から拡張線形配座状態（Ｂ）へのスプリングタイプ弾性可逆性移行の活性化を伴なう。カチオン−軸配位子ペアのところで指向されたレーザービームパルスの終了に続いて、軸配位子とカチオンとの会合は、分子リンカー（ＭＬ）の拡張線形配座状態（Ｂ）から収縮線形配座状態（Ａ）へのスプリングタイプ弾性可逆性移行の活性化を伴なう。
【０１６１】
第二実施例の場合、活性化メカニズム（ＡＭ）の電気化学型の例として還元／酸化ベースの活性化メカニズムが実施される。ニッケルポルフィリンにおける電気還元は通常、金属中心である。上記のレーザービームベース活性化メカニズムを用いる場合と同様に、この場合、還元／酸化ベースの活性化メカニズムの使用も結果として、錯化基の（１ｄｘ２−ｚ２、２ｄｚ２）電気構成を生じる。
【０１６２】
この場合、金属ポルフィリンに典型的な還元ポテンシャルは、約−１．０Ｖ〜約−２．５Ｖ対ＳＣＥ（飽和カロメル参照電極）の範囲内にある。金属ポルフィリンに典型的な酸化ポテンシャルは、＋０．５Ｖ〜約＋１．３Ｖ対ＳＣＥの範囲内にある。電気還元／酸化については、電気化学業界においてよく知られているように、外部電圧供給が、例えば適切な電池構成を有する標準的な電気化学ワークステーションの一部として用いられてもよい。特に例えば、参照電極がアセトニトリル／Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド電解質溶液中のＡｇ／Ａｇ＋であってもよい、標準的な３電極構成を特徴とする標準的電気化学ワークステーションである。作用電極および対向電極は、ＰｔディスクまたはＰｔワイヤであってもよい。これらの電極は、特定の操作モードにしたがって、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）に電気的に組合わされる。例えばこれは、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）と外部電圧源とを電気的に組合わせることができる電解質溶液またはその他のあらゆる媒質であってもよい。
【０１６３】
活性化メカニズムＡＭによってカチオン−軸配位子ペアへ送られる活性化シグナルＡＳの電気化学型としての機能を用いて、還元／酸化ベースの活性化シグナルをカチオン−軸配位子ペアへ動作可能に指向させると、二重占有ｄｚ２軌道関数と軸配位子上の電子密度との間の強い反発の結果として、カチオン−軸配位子解離を介して、カチオン−軸配位子ペアを物理化学的に変性する。カチオン−軸配位子解離は、分子リンカー（ＭＬ）の収縮線形配座状態（Ａ）と拡張線形配座状態（Ｂ）との間のスプリングタイプ弾性可逆性移行の少なくとも１つのサイクルの活性化を伴なう。
【０１６４】
第三実施例の場合、活性化メカニズム（ＡＭ）の化学型の例としてプロトネーション／デプロトネーションベースの活性化メカニズムが実施される。ビピリジン軸配位子は、ルイス塩基として作用する。合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）は、溶解されるか、またはアクロニトリル溶媒中に浸漬される表面と結合させられる。アセトニトリルの酸性溶液およびＨＣｌの希釈水溶液／酸性アセトニトリル溶液が調製される。活性化シグナル（ＡＳ）の化学型として機能する酸性アセトニトリル溶液は、例えば制御可能な溶媒送達構成を用いて、アセトニトリル溶媒環境中に位置する合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）のカチオン−軸配位子ペアへ動作可能に指向されて送られる。この酸性アセトニトリルは、プロトネーションまたは酸性化を介して、カチオン−軸配位子ペアを物理化学的に変性し、それによってビピリジン軸配位子（ＡＬ）の窒素原子はプロトン化され、これによって軸配位子（ＡＬ）とニッケル（ＩＩ）カチオン（Ｍ）との間に配位結合を形成する能力をゆるめる（ｌｏｏｓｉｎｇ）。カチオン−軸配位子配位結合の破壊または切断は、分子リンカー（ＭＬ）の収縮線形配座状態（Ａ）から拡張線形配座状態（Ｂ）へのスプリングタイプ弾性可逆性移行の活性化を伴なう。
【０１６５】
分子リンカー（ＭＬ）の収縮線形配座状態（Ａ）を、同様にであるが相補的に復元するために、活性化シグナル（ＡＳ’）の化学型として機能するアセトニトリルと希釈ＮａＯＨとの塩基性溶液は、制御可能な溶媒送達構成を用いて、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）のカチオン−軸配位子ペアをホストする（ｈｏｓｔｉｎｇ）酸性化溶液に動作可能に指向されて送られる。塩基性アセトニトリルは、デプロトネーションを介してカチオン−軸配位子ペアを物理化学的に変性し、これによってビピリジン軸配位子（ＡＬ）のプロトン化窒素原子が脱プロトンされ、これによって軸配位子（ＡＬ）とニッケル（ＩＩ）カチオンＭとの間に配位結合を形成する能力が得られる。カチオン−軸配位子配位結合の形成には、分子リンカー（ＭＬ）の拡張線形配座状態（Ｂ）から収縮線形配座状態（Ａ）へのスプリングタイプ弾性可逆性移行の活性化を伴なう。
【０１６６】
上記で述べられたように、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）は、必要に応じて、下記のさらなる構成成分を含む：（５）合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の構成成分を相互に化学的に接続するための少なくとも１つの化学的コネクター（ＣＣ）、および／または（６）合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の別の構成成分の所定の位置にそれぞれが配置された少なくとも１つの結合部位（ＢＳ）で、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）のその位置を、外部の実体（例えば、選択されたユニット（Ｕ）など、これは、より多くを包含する機構、デバイスまたはシステムの一部であるか、またはそれらとは別である）に潜在的に結合するか、または作動可能にカップリングするための少なくとも１つの結合部位（ＢＳ）。合成分子スプリングデバイスの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の、必要に応じて使用されるが、これらのさらなる構成成分の構造／機能関係の下記の記載では、図１〜図８が再び参照される。
【０１６７】
化学的コネクター（ＣＣ）は主として、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の成分を互いに化学的に連結することによって機能する。
【０１６８】
化学的コネクター（ＣＣ）の第二機能は、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の別の成分に対して追加の構造的制約を与えることである。例えば、上記のように錯化基（ＣＧ）に錯化されている、原子（Ｍ）と可逆的物理化学的にペアになっていること、および可逆的物理化学的にペアになっている原子−軸配位子ペアの一部として存在することに加えて、軸配位子（ＡＬ）は、化学的コネクター（ＣＣ）を介して合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）に連結されうる。
【０１６９】
一般に、化学的コネクター（ＣＣ）は、様々な程度または範囲の共有原子価、配位、またはイオン強度の化学結合を介して、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の成分を互いに化学的に連結しうる化学的実体であり、可変寸法および柔軟性を有する可変幾何学形状または形態を有する。一般に、化学的コネクター（ＣＣ）は、原子と分子とからなる群から選択される化学的実体である。
【０１７０】
結合部位（ＢＳ）は、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の少なくとも１つの構成成分を、外部の実体の少なくとも１つのエレメントまたは構成成分（例えば、選択されたユニット（Ｕ）など、これは、より多くを包含する機構、デバイスまたはシステムの一部であるか、またはそれらとは別である）に結合または作動可能にカップリングすることによって主に機能する。
【０１７１】
システム特性を動的に制御するためにシステムにおいて、図１〜図５にそれぞれ例示される合成分子スプリングデバイス１０、３０、５０、６０または８０などの合成分子スプリングデバイスを使用する本発明による方法およびその対応するシステムに関して、特定の合成分子スプリングデバイスの結合部位（ＢＳ、ＢＳ’およびＢＳ”）の少なくとも１つは、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の示された位置（１つまたは複数）を、システムの選択されたユニット（Ｕ）である外部の実体に対して、例えば、物理的、化学的または物理化学的な結合機構またはカップリング機構（これらは、さらに下記において記載され、図９〜図１８に例示的に示される）によって結合または作動可能にカップリングするためであり、この場合、選択されたユニット（Ｕ）が、特定の合成分子スプリングデバイスによって動的に制御可能なシステム特性を示す。
【０１７２】
本発明の合成分子スプリングデバイスの特定の実施形態において、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の一部としての結合部位（ＢＳ）の機能は、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の構成成分と、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）に対して外部の実体（例えば、（選択されたユニット（Ｕ）として図１〜図５には一般的に示される）選択されたユニット（Ｕ）など、これは、より多くを包含する機構、デバイスまたはシステムの一部であるか、またはそれらとは別である）の少なくとも１つのエレメントまたは構成成分（例えば、少なくとも１つの電極など）との間での効率的な電気的／電子的な作動可能なカップリングまたは接続を提供するために、あるタイプの分子導電性ワイヤとして、電気的および／または電子的な伝導の媒体として使用されるためのものである。従って、電気コンダクタンス、電子コンダクタンスおよび電子トンネル効果の現象の少なくとも１つが、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の構成成分と、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）に対して外部の実体（例えば、選択されたユニット（Ｕ）など）の少なくとも１つのエレメントまたは構成成分（例えば、少なくとも１つの電極など）との間で生じる。
【０１７３】
あるタイプの分子導電性ワイヤとして機能するとき、結合部位（ＢＳ）の特定の化学タイプ、構造幾何学的な構成または形態、および大きさが、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の少なくとも一部を、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の構成成分と、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）に対して外部の実体（例えば、選択されたユニット（Ｕ）など）の少なくとも１つのエレメントまたは構成成分（例えば、少なくとも１つの電極など）との間に含む電気的／電子的な回路の指定された電気的／電子的経路に沿った電気的／電子的な電荷流を最適化するために選択される。
【０１７４】
結合部位（ＢＳ）のこの特定の機能の例示的な利用が、本発明の一般化された方法およびその対応する一般化されたシステムを実行するいくつかの特定の例示的な好ましい実施形態において下記に例示的に記載される。特に、図１３、図１４、図１５、図１６および図１７にそれぞれ例示されるシステム４００、システム４５０、システム５００、システム５５０およびシステム６００の実施形態において、この場合、結合部位（ＢＳ、ＢＳ’およびＢＳ”）は、それぞれが、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の少なくとも一部を含む電子回路Ｕの指定された電気的／電子的経路の一部であり、それぞれのシステムの電子回路Ｕの少なくとも２つの電極（Ｅｉ）に電気的／電子的に作動可能にカップリングまたは接続されている。
【０１７５】
結合部位（ＢＳ）の第２の機能は、複数の結合部位（ＢＳ）によって相互に化学的に接続または結合された複数の化学的ユニットまたは化学的モジュールを特徴とする、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の「ポリ分子」形態のスケールアップされたアセンブリーにおいて接続性および方向づけられたモジュール性を提供するためのものである。例えば、組み立てブロックタイプのスケールアップされたアセンブリーに従った特定の数珠繋ぎ可能性または連結可能性を規定することによって、複数の化学的ユニットまたは化学的モジュールを特徴とする合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の接続性のタイプおよび構成、そのような合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の大きいポリ分子構造のボトムアップ型自己アセンブリーのタイプおよび構成を事前に決定することが可能であり、また、所定数の結合部位（ＢＳ）を、複数の個々の化学的ユニットまたは化学的モジュールの中に接続性および方向づけられたモジュール性を提供するために使用することが可能である。
【０１７６】
結合部位（ＢＳ）の第三機能は、特に合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）へ、および一般に合成分子スプリングデバイスへ認識部位を供給することである。例えば、特定の抗体によって認識されるために１つまたはそれ以上のレセプターを特徴とする結合部位（ＢＳ）を用いることによってである。
【０１７７】
一般に結合部位（ＢＳ）は、様々な程度または範囲の共有原子価、配位、またはイオン強度の少なくとも１つの化学結合を介して、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の少なくとも１つのほかの成分へ化学結合されている化学的実体であり、可変寸法および柔軟性を有する可変幾何学形状または形態を有する。より具体的には、結合部位（ＢＳ）は、原子、分子、介在スペーサーアーム、架橋基、キャリヤー分子、およびこれらの組合わせからなる群から選択される化学的実体である。
【０１７８】
本発明の特定の好ましい実施形態において、少なくとも１つの結合部位（ＢＳ、ＢＳ’および／またはＢＳ”）は、分子導電性ワイヤとして機能しており、好ましくは、ナノチューブ、多共役ポリマー、ＤＮＡをテンプレートとする金または銀の導電性ワイヤ、多芳香族分子、置換された多芳香族分子、および、少なくとも１つのチオール官能基を含む置換された多芳香族分子からなる群から選択される化学的実体である。
【０１７９】
モジュール性およびスケールアップ
本発明の合成分子スプリングデバイスは、それぞれの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）のユニタリー特徴またはモジュール特徴のために拡張可能である。このことは、例えば、下記において詳しく例示的に記載されるように、肉眼的世界で合成分子スプリングデバイスを実行することに関して本発明の重要な特徴の１つであり、それにより、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）は、１つだけの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の形態で、または、複数の合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）の形態で、または、スケールアップされた合成分子アセンブリー（ＳＭＡ−Ｕ）の形態で、または、多数のスケールアップされた合成分子アセンブリー（ＳＭＡ−Ｕｓ）の形態で、システムの選択されたユニット（Ｕ）によって示されるシステム特性の変化を生じさせるために、合成分子スプリングデバイスを含むシステムの選択されたユニット（Ｕ）に対して作動可能にカップリングされる。
【０１８０】
本発明の一般化された合成分子スプリングデバイスの上記説明によれば、各合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）は、次のものを含む少なくとも１つの化学ユニットまたはモジュールを特徴とする。すなわち、（１）少なくとも１つの原子（Ｍ）、（２）少なくとも１つの原子（Ｍ）に錯化された少なくとも１つの錯化基（ＣＧ）、（３）錯化基（ＣＧ）に錯化された、少なくとも１つの原子（Ｍ）と可逆的物理化学的にペアになった少なくとも１つの軸配位子（ＡＬ）、および（４）本体を有し、かつ少なくとも１つの末端が合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の別の成分に化学結合している２つの末端を有する、少なくとも１つの実質的に弾性な分子リンカーである。
【０１８１】
さらには各合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）は任意に、次の追加成分を含んでいる。すなわち、（５）合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の成分を互いに化学的に連結するための少なくとも１つの化学的コネクター（ＣＣ）、および／または（６）少なくとも１つの結合部位（ＢＳ）であって、各々が、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）のその位置を、より包含的なメカニズム、デバイスまたはシステムの選択されたユニット（Ｕ）などの外部実体部分またはこれから離れた部分へポテンシャル結合または作動可能にカップリングさせるための、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の別の成分の予め決定されている位置に配置されているものである。
【０１８２】
したがって定義によれば、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）は、上記の化学ユニットまたはモジュールの複数の少なくとも２つ（ａ  ｐｌｕｒａｌｉｔｙ  ｏｆ  ａｔ  ｌｅａｓｔ  ｔｗｏ）を適切に組立てて連結することによってスケールアップされ、これによって各化学ユニットまたはモジュールは、上記成分を含む。さらには合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）は、例えば複数の化学ユニットまたはモジュールの一次元アレー、二次元アレー、三次元アレー、およびこれらの組合わせからなる群から選ばれ、可変大きさおよび柔軟性を有する可変幾何学形状または形態を形成するためにスケールアップされる。
【０１８３】
原則的には、本明細書においてＳＭＡ−Ｕと呼ばれている、スケールアップされた合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の連結ユニットまたはモジュールの予め決められている部分、すなわちある一定数は、スケールアップされた合成分子アセンブリーの一部として、および／または例えば下記の図６〜８に例証されているような、スケールアップされた合成分子アセンブリー（ＳＭＡ−Ｕ）の少なくとも２つのほかのユニットまたはモジュールを連結するための連結ユニットまたはモジュールとして機能する。複数の化学ユニットまたはモジュールの一次元、二次元、または三次元アレーの一部として組込まれた時、このスケールアップされた合成分子アセンブリー（ＳＭＡ−Ｕ）の各化学ユニットまたはモジュールは、機能的および構造的にこのスケールアップされた合成分子アセンブリー（ＳＭＡ−Ｕ）の一部であることに加えて、その個々の機能および構造を保持する。
【０１８４】
合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）のユニットまたはモジュール特徴の一部として、機能的および構造的特徴、すなわち個々の化学ユニットまたはモジュールの多パラメーターの制御可能なスプリングタイプ弾性可逆性機能、構造、および挙動は、このスケールアップされた合成分子アセンブリー（ＳＭＡ−Ｕ）の複数の化学ユニットまたはモジュールの実際の数および幾何学形状または形態にしたがって、効果的に線形に拡張可能であるか、あるいは相乗作用的に拡張可能でありうる。さらには一般に合成分子スプリングデバイスのスケールアップの一部として、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）のスケールアップとともに、この合成分子スプリングデバイス、すなわち活性化メカニズム（ＡＭ）のもう１つの主要成分はまた、本明細書において（ＡＭ−Ｕ）と呼ばれている、スケールアップされた活性化メカニズムを形成するためにこれに対応してスケールアップされうる。
【０１８５】
例えばスケールアップされた合成分子アセンブリー（ＳＭＡ−Ｕ）およびスケールアップされた活性化メカニズム（ＡＭ−Ｕ）を特徴とする、スケールアップされた合成分子スプリングデバイスは、設計、構成、および操作することができ、これによって、既に記載されているパラメーター、すなわち、１つまたはそれ以上の任意に選択された分子リンカー（ＭＬ）の線形配座状態におけるスプリングタイプの弾性可逆的な移行の範囲または程度を特徴とする、分子リンカー末端間有効距離変化（ＤＥ−ＤＣまたはＤＣ−ＤＥ）も、スケールアップされた合成分子アセンブリー（ＳＭＡ−Ｕ）中に含まれている複数の特定の分子リンカー（ＭＬ）の線形配座状態における複数のスプリングタイプの弾性可逆的な移行の範囲または程度を説明するためにスケールアップされうる。
【０１８６】
本発明のスケールアップされた合成分子スプリングデバイスの３つの異なる好ましい実施態様例の図解は、次のように示される。各図解において、単一のスケールアップされた合成分子アセンブリー（ＳＭＡ−Ｕ）は、複数の合成分子アセンブリーを特徴とし、各々が、図１に例証され、かつ既に上に記載されているように、合成分子スプリングデバイス１０の合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）に類似している。下記の図解には一般的にのみ示されているが、ある一定の合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の主要成分、すなわち元素（Ｍ）、錯化基（ＣＧ）、軸配位子（ＡＬ）、分子リンカー（ＭＬ）、および任意追加成分、すなわち化学的コネクター（ＣＣ）、および結合部位（ＢＳ）は、同じ合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の中で同一であるかまたは様々であってもよく、および／または同一であるかまたは特定のスケールアップされた合成分子アセンブリー（ＳＭＡ−Ｕ）の合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）ごとに様々であってもよいことが注目される。
【０１８７】
図６は、非限定的な例として、単一のスケールアップされた合成分子アセンブリー（ＳＭＡ−Ｕ）およびスケールアップされた活性化メカニズム（ＡＭ−Ｕ）の垂直構成を特徴とする、スケールアップされた合成分子スプリングデバイス１１０の好ましい第一実施態様例の側面図を示す概略図である。
【０１８８】
図７は、非限定的な例として、単一のスケールアップされた合成分子アセンブリー（ＳＭＡ−Ｕ）およびスケールアップされた活性化メカニズム（ＡＭ−Ｕ）の水平構成を特徴とする、スケールアップされた合成分子スプリングデバイス１２０の好ましい第二実施態様例の側面図を示す概略図である。
【０１８９】
図８は、非限定的な例として、単一のスケールアップされた合成分子アセンブリー（ＳＭＡ−Ｕ）およびスケールアップされた活性化メカニズム（ＡＭ−Ｕ）の二次元アレー構成を特徴とする、スケールアップされた合成分子スプリングデバイス１３０の好ましい第三実施態様例の側面図を示す概略図である。
【０１９０】
図６、図７および図８に示されるように、それぞれのスケールアップされた合成分子スプリングデバイス（１１０、１２０および１３０）のスケールアップされた合成分子アセンブリー（ＳＭＡ−Ｕ）はそれぞれ、下記のさらなる構成成分を含む：（６）異なる分子リンカー（ＭＬ）の本体部に沿った位置にそれぞれが配置された３つの結合部位（ＢＳ、ＢＳ’およびＢＳ”）で、結合部位（ＢＳ）によって相互に化学的に接続または結合された複数の化学的ユニットまたは化学的モジュールを特徴とするスケールアップされた合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）において接続性および方向づけられたモジュール性を提供するための３つの結合部位（ＢＳ、ＢＳ’およびＢＳ”）。結合部位（ＢＳ、ＢＳ’およびＢＳ”）はまた、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の３つの位置の少なくとも１つを、外部の実体（例えば、スケールアップされた合成分子アセンブリー（ＳＭＡ−Ｕ）と、選択されたユニット（Ｕ）との間における点線によって図６、図７および図８のそれぞれには一般的に示される選択されたユニット（Ｕ）など、これは、より多くを包含する機構、デバイスまたはシステムの一部であるか、またはそれらとは別である）の少なくとも１つのエレメントまたは構成成分に対して潜在的に結合するか、または作動可能にカップリングするために機能する。
【０１９１】
直前の記載によって明白に示されているように、所与の合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の個々の化学ユニットまたはモジュールの機能的および構造的特徴、すなわち多パラメーターの制御可能なスプリングタイプ弾性可逆性機能、構造、および挙動は、このスケールアップされた合成分子アセンブリー（ＳＭＡ−Ｕ）の複数の化学ユニットまたはモジュールの実際の数および幾何学形状または形態にしたがって、効果的に線形に拡張可能である。したがって図１〜５に例証されている、合成分子スプリングデバイスの既に記載されている５つの好ましい実施態様例の各々に十分に適用可能な、一般化された合成分子スプリングデバイスの主要成分および任意成分の各々の機能および構造に関する上記の詳細な説明はまた、図６〜８に例証されている、本発明の記載されたばかりのスケールアップされた合成分子スプリングデバイスにも十分に適用可能である。
【０１９２】
システム特性を動的に制御するためにシステムにおいて、図６、図７および図８にそれぞれ例示されるスケールアップされた合成分子スプリングデバイス１１０、１２０または１３０の合成分子スプリングデバイスを使用する本発明による方法およびその対応するシステムに関して、任意の例示的なスケールアップされた合成分子スプリングデバイス（１１０、１２０または１３０）の結合部位（ＢＳ、ＢＳ’およびＢＳ”）の少なくとも１つは、それぞれのスケールアップされた合成分子アセンブリー（ＳＭＡ−Ｕ）の示された位置（１つまたは複数）を、システムの選択されたユニット（Ｕ）である外部の実体の少なくとも１つのエレメントまたは構成成分に対して、例えば、物理的、化学的または物理化学的な結合機構またはカップリング機構（これらは、下記においてさらに記載され、図９〜図１８に例示的に示される）を使用することによって結合または作動可能にカップリングするためであり、この場合、選択されたユニット（Ｕ）が、それぞれの個々のスケールアップされた合成分子スプリングデバイス（１１０、１２０または１３０）によって動的に制御可能なシステム特性を示す。そのうえ、パラメーター、すなわち、分子リンカーの末端間有効距離の変化（ＤＥ−ＤＣまたはＤＣ−ＤＥ）は、それぞれの個々のスケールアップされた合成分子アセンブリー（ＳＭＡ−Ｕ）に対して適用可能であるとして、システム特性がそれぞれの個々のスケールアップされた合成分子スプリングデバイス（１１０、１２０または１３０）によって動的に制御可能となる程度に直接的に関連し、かつ、その程度と相関する。
【０１９３】
上記で示されたように、図６、図７および図８のそれぞれでは、それぞれのスケールアップされた合成分子スプリングデバイス（１１０、１２０および１３０）はそれぞれ、「１つ」だけのスケールアップされた合成分子アセンブリー（ＳＭＡ−Ｕ）を特徴とするとして、非限定的な例として例示されている。しかし、本発明の方法およびその対応するシステムの典型的な商業的適用に関しては、スケールアップされた合成分子スプリングデバイス（１１０、１２０または１３０）は複数のスケールアップされた合成分子アセンブリー（ＳＭＡ−Ｕｓ）を特徴としており、それにより、複数のスケールアップされた合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ−Ｕｓ）のそれぞれのスケールアップされた合成分子アセンブリー（ＳＭＡ−Ｕ）は、１つだけのスケールアップされた合成分子アセンブリー（ＳＭＡ−Ｕ）の上記に記載および例示された構造／機能関係および挙動に従って特徴づけられ、かつ使用される。
【０１９４】
本発明の合成分子スプリングデバイスの前記に記載および例示された構造／機能関係および挙動は、単独で機能するか、または、合成分子スプリングデバイスを含むシステムにおいて作動可能にカップリングされたユニットの一部として機能するかのいずれかの合成分子スプリングデバイスに対して適用可能である。
【０１９５】
上記に記載の通り、システム特性を動的に制御するためにシステムにおいて合成分子スプリングデバイスを使用する一般化された方法は下記の主要な工程を特徴とする：（ａ）その構造／機能関係および挙動が下記に記載され、上記図１〜図８に例示される構成成分を有し、（ｉ）少なくとも１つの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）、および（ｉｉ）活性化メカニズム（ＡＭ）を特徴とする合成分子スプリングデバイスを提供する工程；（ｂ）システムの１つのユニット（Ｕ）を選択する工程、この場合、選択されたユニット（Ｕ）が、合成分子スプリングデバイスによって動的に制御可能なシステム特性を示す；（ｃ）結合ユニット（ＣＵ）を形成するために、合成分子スプリングデバイスのそれぞれの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）を選択されたユニット（Ｕ）に対して作動可能にカップリングさせる工程、ならびに（ｄ）活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）を、活性化メカニズム（ＡＭ）から、結合ユニット（ＣＵ）の少なくとも１つの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の少なくとも１つの所定の原子−軸配位子ペアに送って、少なくとも１つの所定の原子−軸配位子ペアを物理化学的に変化させ、結合ユニット（ＣＵ）の少なくとも１つの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の少なくとも１つの実質的に弾性な分子リンカー（ＭＬ）の収縮線状立体配座状態と拡張線状立体配座状態との間、または、その拡張線状立体配座状態と収縮線状立体配座状態との間におけるスプリングタイプの弾性可逆的な移行の少なくとも１回のサイクルを活性化させ、それにより、選択されたユニット（Ｕ）によって示されるシステム特性における動的に制御可能な変化を生じさせる工程。
【０１９６】
上記に記載の通り、システム特性を動的に制御するために合成分子スプリングデバイスを含む対応する一般化されたシステムは下記の主要な構成成分を特徴とする：（ａ）その構造／機能関係および挙動が下記に記載され、図１〜図８に例示される構成成分を有し、（ｉ）少なくとも１つの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）、および（ｉｉ）活性化メカニズム（ＡＭ）を特徴とする合成分子スプリングデバイス；ならびに（ｂ）システムの１つの選択されたユニット（Ｕ）、この場合、選択されたユニット（Ｕ）が、合成分子スプリングデバイスによって動的に制御可能なシステム特性を示す。それぞれの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）は、結合ユニット（ＣＵ）を形成するために、選択されたユニット（Ｕ）に対して作動可能にカップリングされ、それにより、活性化メカニズム（ＡＭ）が、活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）を、結合ユニット（ＣＵ）の少なくとも１つの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の少なくとも１つの所定の原子−軸配位子ペアに送って、少なくとも１つの所定の原子−軸配位子ペアを物理化学的に変化させた後、結合ユニット（ＣＵ）の少なくとも１つの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の少なくとも１つの実質的に弾性な分子リンカー（ＭＬ）の収縮線状立体配座状態と拡張線状立体配座状態との間、または、その拡張線状立体配座状態と収縮線状立体配座状態との間におけるスプリングタイプの弾性可逆的な移行の少なくとも１回のサイクルを活性化させることが存在し、それにより、選択されたユニット（Ｕ）によって示されるシステム特性における動的に制御可能な変化が生じる。
【０１９７】
本発明の一般化された方法および対応する一般化されたシステムにおけるシステムの選択されたユニット（Ｕ）は、本明細書中に開示されるように使用および実行される合成分子スプリングデバイスにより動的に制御可能なシステム特性を示すための構造および機能によって特徴づけられ、かつ、そのような構造および機能を特徴とする。
【０１９８】
本発明の実行を記述および例示するために使用される例示的なシステム特性は、運動量、トポグラフィーおよび電子挙動である。一般化された方法およびその対応する一般化されたシステムを実行することの９通りの異なる特定の例示的な好ましい実施形態（それぞれが所与のシステム特性の異なる特定の局面に関連する）が下記に詳しく例示的に記載される。所与のシステム特性のそれぞれの異なる特定の局面について、システムの対応する選択されたユニット（Ｕ）が存在する。
【０１９９】
本発明の「動的に制御可能な」局面を可能にすることは、所与の合成分子スプリングデバイスのそれぞれの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）を選択されたユニット（Ｕ）に作動可能にカップリングすることによって達成される。非限定的な様式ではあるが、この作動可能なカップリングの一般的に使用される具体的な一例が、図１〜図５にそれぞれ例示される例示的な合成分子スプリングデバイス（１０、３０、５０、６０および８０）の一部として構造化され、かつ機能し、また、図１〜図８のそれぞれにおいて一般的に示される選択されたユニット（Ｕ）に関連して、図６〜図８のそれぞれに例示される例示的なスケールアップされた合成分子スプリングデバイス（１１０、１２０および１３０）の一部として構造化され、かつ機能する結合部位（ＢＳ、ＢＳ’およびＢＳ”）に関して上記に例示的に記載されている。
【０２００】
本発明の方法および対応するシステムにおいて、結合ユニット（ＣＵ）を形成するために、それぞれの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）を選択されたユニット（Ｕ）に作動可能にカップリングする工程は、一般には、所与の合成分子スプリングデバイスのそれぞれの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の少なくとも１つの構成成分を、合成分子スプリングデバイスを含むシステムの選択されたユニット（Ｕ）の少なくとも１つのエレメントまたは構成成分にカップリングし、それによりシステムの結合ユニット（ＣＵ）を形成することによって行われる。
【０２０１】
具体的には、作動可能にカップリングする工程は、物理的カップリング機構、化学的カップリング機構、物理化学的カップリング機構、それらの組合せ、およびそれらの一体化からなる群から選択されるカップリング機構を使用することによって行われる。好ましい物理的カップリング機構は、物理的吸着、物理的吸収、非結合性の物理的相互作用、機械的カップリング、単純な並置、電気的カップリング、電子的カップリング、磁気的カップリング、電磁的カップリング、電気機械的カップリング、磁気機械的カップリング、それらの組合せ、およびそれらの一体化からなる群から選択される。好ましい化学的カップリング機構は、共有結合型の化学結合、配位型の化学結合、イオン型の化学結合、水素型の化学結合、ファンデルワールス型の化学結合、それらの組合せ、およびそれらの一体化からなる群から選択される。
【０２０２】
原理的には、作動可能にカップリングする工程は、前記の好ましい物理的カップリング機構の少なくとも１つと、前記の好ましい化学的カップリング機構の少なくとも１つとの本質的には任意の組合せを使用することによって行うことができる。そのような組合せタイプのカップリング機構のいくつかの具体的な例として、前記の好ましい化学的カップリング機構の少なくとも１つとの組合せまたは一体化での電気的および／または電子的なタイプの物理的カップリング機構があり、それにより、電気コンダクタンス、電子コンダクタンスおよび／または電子トンネル効果の現象が、所与の合成分子スプリングデバイスのそれぞれの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の少なくとも１つの構成成分と、システムの選択されたユニット（Ｕ）の作動可能にカップリングされた少なくとも１つのエレメントまたは構成成分との間で生じる。
【０２０３】
好ましくは、作動可能にカップリングする工程は、結合ユニット（ＣＵ）を形成するために、合成分子スプリングデバイスを含むシステムの選択されたユニット（Ｕ）の少なくとも１つのエレメントまたは構成成分に対して、所与の合成分子スプリングデバイスのそれぞれの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の、必要に応じて使用されるが、１つもしくは複数の結合部位（ＢＳ）を介して、かつ／または、少なくとも１つの原子（Ｍ）に錯化した少なくとも１つの錯化基（ＣＧ）を介して、かつ／または、少なくとも１つの軸配位子（ＡＬ）を介して、かつ／または、少なくとも１つの他の構成成分を介して行われる。
【０２０４】
システムの結合ユニット（ＣＵ）を形成するために、それぞれの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）を選択されたユニット（Ｕ）に作動可能にカップリングする工程を行う上記に示された方法のいくつかの具体的な例が、一般化された方法およびその対応する一般化されたシステムを実行する９通りの異なる特定の例示的な好ましい実施形態の記載において、下記に詳しく例示的に記載される。
【０２０５】
下記は、本発明による方法およびその対応するシステムを実行する９通りの異なる特定の例示的な好ましい実施形態の例示的な記載である。それにおいて、本発明の実行を記述および例示するために使用される例示的なシステム特性は、運動量、トポグラフィーおよび電子挙動である。一般化されたシステムのそれぞれの特定の例示的な好ましい実施形態は、記載された方法に従って実行され、それにより、対応するシステム特性が、本発明の合成分子スプリングデバイスを使用して動的に制御可能である。
【０２０６】
下記の例示的な記載を通して、図９〜図１７にそれぞれ例示される９通りの異なるシステム（２００、２５０、３００、３５０、４００、４５０、５００、５５０および６００）は、本発明による「同じ」一般化された方法およびその「同じ」対応する一般化されたシステムを実行する９通りの異なる特定の例示的な好ましい実施形態に対応するが、９通りの異なる、関連がなく、かつ／または独立した方法およびその対応するシステムには対応しない。
【０２０７】
運動量のシステム特性の動的な制御
粒子運動および方向配向した粒子運動に関係するような運動量のシステム特性を動的に制御するためにシステムにおいて合成分子スプリングデバイスを使用する方法およびその対応するシステムを実行する、図９および図１０にそれぞれ例示される下記の２つの特定の例示的な好ましい実施形態により、媒体における光活性な分子成分、電気活性な分子成分または化学活性な分子成分としての合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の適用が明らかにされる。
【０２０８】
一般には、図９および図１０に例示される例示的な実施形態において、合成分子スプリングデバイスは、上記に記載され、図１〜図８に例示されるように、モノマーアセンブリー、オリゴマーアセンブリーおよび／またはポリマーアセンブリーの例示的な形態にある複数の合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）を特徴とする。より具体的には、これらの実施形態のそれぞれにおいて、複数の合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）の例示的な合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）は、以前には上記で記載され、図１に例示される合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）のわずかに改変されたタイプに対応する。
【０２０９】
一般に、それぞれのシステム（２００および２５０）の選択されたユニット（Ｕ）は、粒子、結晶、小胞、タンパク質、分子および細胞からなる群から選択される実体を含み、この場合、これらは、液体、気体または固体などの母体媒体に懸濁、可溶化、溶解、混合または分散されている。それぞれのシステムの選択されたユニット（Ｕ）に含まれる実体の具体的な例が、ナノ粒子、方向配向した粒子、液晶、方向配向した分子、および液晶分子からなる群から選択され、この場合、これらは、液体、気体または固体などの母体媒体に懸濁、可溶化、溶解、混合または分散されている。最も好ましくは、それぞれのシステム（２００および２５０）の選択されたユニット（Ｕ）は、（システム２００およびシステム２５０のそれぞれの実施形態において、選択されたユニット（Ｕ）が合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）を何ら有しない場合）、それぞれ、容器に含有される溶媒に懸濁または可溶化された粒子を含み、また、液体に可溶化された方向配向した分子（例えば、液晶分子など）を含み、この場合、それぞれのシステムにおいて、選択されたユニット（Ｕ）が、合成分子スプリングデバイスによって動的に制御可能な運動量のシステム特性を示す。
【０２１０】
システム２００において、合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）は、結合ユニット（ＣＵ）を形成するために、選択されたユニット（Ｕ）の少なくとも１つのエレメントまたは構成成分に対して、少なくとも１つの結合部位（ＢＳ）を介して、化学的吸着であるカップリング機構によって作動可能にカップリングされる。システム２５０において、合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）は、結合ユニット（ＣＵ）を形成するために、選択されたユニット（Ｕ）の少なくとも１つのエレメントまたは構成成分に対して、少なくとも１つの錯化基（ＣＧ）を介して、非結合性の物理的相互作用であるカップリング機構によって作動可能にカップリングされる。結合ユニット（ＣＵ）の一部として、合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）は、固体状態、液体状態、気体状態、その境界、およびその組合せからなる群から選択される物質相または物質状態にある。
【０２１１】
システム２００およびシステム２５０において、活性化メカニズム（ＡＭ）により、活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）が、選択されたユニット（Ｕ）によって示される運動量（すなわち、それぞれ、溶媒に懸濁もしくは可溶化された粒子によって示される運動量、または、液体に可溶化された液晶分子によって示される運動量）のシステム特性を、選択されたユニット（Ｕ）の運動量を周囲の媒体と交換することを介して変化させるために、結合ユニット（ＣＵ）の一部としての少なくとも１つの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の少なくとも１つの所定の原子−軸配位子ペアに送られる。活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）は、例えば、結合ユニット（ＣＵ）に向けられたレーザー光電磁的シグナル、電気的シグナル、電子的シグナル、または化学的シグナルである。
【０２１２】
図９は、粒子運動に関係するような運動量のシステム特性を動的に制御するために使用される合成分子スプリングデバイスを含む、一般的にはシステム２００として示されるシステムの第１の例示的な好ましい実施形態の側面図を例示する概略図である。
【０２１３】
図９において、粒子運動に関係するような運動量のシステム特性を動的に制御するために合成分子スプリングデバイスを含むシステム２００は、下記の主要な構成成分を特徴とする：（ａ）その構造／機能関係および挙動が上記に記載され、図１〜図８に例示される構成成分を有する合成分子スプリングデバイス［これは、（ｉ）少なくとも１つの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）（この場合、図９には、例示目的だけのために、非限定的な様式ではあるが、複数の合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）の２つだけの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ−１およびＳＭＡ−２）が示されている）、および（ｉｉ）活性化メカニズム（ＡＭ）を特徴とする］；ならびに（ｂ）システム２００の選択されたユニット（Ｕ）（これは、一般には、容器２０６に含有される溶媒２０４に懸濁または可溶化された粒子２０２である）（選択されたユニット（Ｕ）が合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）を何ら有しない場合）、この場合、選択されたユニット（Ｕ）が、合成分子スプリングデバイスによって動的に制御可能な、粒子運動に関係する運動量のシステム特性を示す。
【０２１４】
図９に示されるように、システム２００において、複数の合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）（例えば、ＳＭＡ−１およびＳＭＡ−２）のそれぞれは、結合ユニット（ＣＵ）を形成するために、選択されたユニット（Ｕ）（すなわち、容器２０６に含有される溶媒２０４に懸濁または可溶化された粒子２０２）に対して作動可能にカップリングされ、それにより、活性化メカニズム（ＡＭ）が、活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）を、少なくとも１つの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の少なくとも１つの所定の原子−軸配位子ペアに、例えば、結合ユニット（ＣＵ）の合成分子アセンブリー（ＳＭＡ−１）の２つの原子−軸配位子ペア（１２および１４）の少なくとも１つ、および／または、結合ユニット（ＣＵ）の合成分子アセンブリー（ＳＭＡ−２）の２つの原子−軸配位子ペア（１２および１４）の少なくとも１つに送って、少なくとも１つの所定の原子−軸配位子ペアを物理化学的に変化させた後、少なくとも１つの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の少なくとも１つの分子リンカー（ＭＬ）、例えば、結合ユニット（ＣＵ）の合成分子アセンブリー（ＳＭＡ−１）の２つの分子リンカー（ＭＬおよびＭＬ’）の少なくとも１つ、および／または、結合ユニット（ＣＵ）の合成分子アセンブリー（ＳＭＡ−２）の２つの分子リンカー（ＭＬおよびＭＬ’）の少なくとも１つの、上記に示され、図１〜図８に例示されるような収縮線状立体配座状態および拡張線状立体配座状態（それぞれ、（Ａ）および（Ｂ））の間、または、拡張線状立体配座状態および収縮線状立体配座状態（それぞれ、（Ｂ）および（Ａ））の間におけるスプリングタイプの弾性可逆的な移行の少なくとも１回のサイクルを活性化させることが存在し、それにより、システム２００の選択されたユニット（Ｕ）（すなわち、容器２０６に含有される溶媒２０４に懸濁または可溶化された粒子２０２）によって示される、粒子運動に関係する運動量のシステム特性における動的に制御可能な変化が生じる。
【０２１５】
図９において、それぞれの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ−１およびＳＭＡ−２）は、以前には上記に記載され、図１に例示される合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）のわずかに改変されたタイプに対応する。具体的には、それぞれの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ−１およびＳＭＡ−２）において、下部側の錯化基（ＣＧ’）は、それぞれの個々の合成分子アセンブリー（ＳＭＡ−１およびＳＭＡ−２）をシステム２００の選択されたユニット（Ｕ）の粒子２０２に結合または作動可能にカップリングするために機能する少なくとも２つの結合部位（ＢＳおよびＢＳ’）を含む。これは、作動可能なカップリングを、粒子２０２の露出した外側表面２０８に対するそれぞれの個々の合成分子アセンブリー（ＳＭＡ−１およびＳＭＡ−２）の十分に規定された結合の形態で、かつ、粒子表面２０８に関して十分に規定された空間的配向で可能にする。好ましくは、結合部位（ＢＳおよびＢＳ’）のそれぞれが、適切な幾何学的な構成または形態および大きさを有し、それぞれの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の得られる立体配座を誘導するために下部側の錯化基（ＣＧ’）に結合し、それにより、それぞれの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の分子リンカー（ＭＬおよびＭＬ’）が、図９に示されるように、粒子表面２０８に対して実質的に垂直な配向を獲得する。システム２００の代わりの実施形態において、複数の合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）は、オリゴマーまたはポリマーのスケールアップされた合成分子アセンブリー（ＳＭＡ−Ｕｓ）の所定数、例えば、以前には上記に記載され、図６〜図８に例示されるスケールアップされた合成分子アセンブリー（ＳＭＡ−Ｕｓ）の所定数を含む。
【０２１６】
選択されたユニット（Ｕ）の粒子２０２は、合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）の、例えば、吸着による結合または作動可能なカップリングにおける可動性の基質として機能する。粒子２０２は、好ましくは、合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）との化学的な適合性を有し、かつ、合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）に対する効率的な吸着を可能にする物質からなる。例えば、チオール基を合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）の結合部位（ＢＳおよびＢＳ’）に有するとき、粒子２０２の少なくとも外層２０８は、金、白金または銀などの貴金属を含むか、または、そのような貴金属であることが好ましい。薄い金属外層で被覆された粒子２０２は、光の反射を最小限に抑えるために非常に効果的である。
【０２１７】
一般には、粒子２０２は、調節可能なサイズまたは大きさ、質量および体積を有する様々な幾何学的な構成、形態または形状である。例えば、粒子２０２は、球状、楕円状、円盤状、円筒状もしくは桿様、多角形状であり得るか、または、特に図９に示されるように、特定の規定された形状もしくは幾何形状を有さず、すなわち、無定形であり得る。粒子２０２は、センチメートル〜オングストロームの範囲（好ましくは、ミリメートル〜ナノメートルの範囲）の程度のサイズまたは大きさを有する。粒子の質量および形状に関係する構造的要因により、粒子２０２の自己回転が、広く知られている物理法則に従って決定される。これらの要因は、システム２００の操作を最適化するために利用することができる。
【０２１８】
システム２００の特定の実施形態において、選択されたユニット（Ｕ）は、溶媒２０４における金粒子２０２の懸濁物であり、それにより、合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）は、合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）のフィルム２０８（これは、図９では、それぞれの粒子２０２の周囲を形成する濃い線によって示される）で被覆され、かつ、溶媒２０４に懸濁または可溶化された比較的小さいサイズの金粒子２０２に対応するカップリングされたユニット（ＣＵ）を形成するために、金粒子２０２の表面２０８に吸着によって作動可能にカップリングされる。そのうえ、好ましくは、合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）の立体配座は、それぞれの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の分子リンカー（ＭＬおよびＭＬ’）が、図９に示されるように、粒子表面２０８に対して実質的に垂直または直角である配向を獲得するようになり、それにより、収縮線状立体配座状態および拡張線状立体配座状態（それぞれ、（Ａ）および（Ｂ））の間、または、拡張線状立体配座状態および収縮線状立体配座状態（それぞれ、（Ｂ）および（Ａ））の間におけるスプリングタイプの弾性可逆的な移行が粒子表面２０８に対して垂直または直角である方向で生じる。
【０２１９】
システム２００の選択されたユニット（Ｕ）の容器２０６は、溶媒２０４に懸濁または可溶化された粒子２０２を含有するか、または閉じ込めるために利用される開放容器もしくは閉じた容器、メンブラン、小胞、または類似するタイプの構造体である。この特定の実施形態において、容器２０６はまた、結合ユニット（ＣＵ）（すなわち、合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）で被覆され、かつ溶媒２０４に懸濁または可溶化された粒子２０２）を含有するか、または閉じ込めるために利用される。活性化メカニズム（ＡＭ）が容器２０６に対して外部であるこの実施形態において、容器２０６の少なくとも一部は、活性化メカニズム（ＡＭ）によって送られ、所定数の合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）に向けられた活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）に対して透過性である。活性化メカニズム（ＡＭ）が、レーザー光（Ｌ）の形態の活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）を、容器２０６に、（Ｌと印された矢印によって示される）直線方向で送るレーザー光源である図９に示される例示的なシステム２００では、レーザー光源によって送られるレーザー光（Ｌ）が、粒子２０２に被覆された合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）を効果的に活性化することを可能にするために、好ましくは、左右の容器の壁（Ｗ１およびＷ２）はそれぞれが所定のスペクトル範囲に対して十分に透明である。
【０２２０】
一般には、システム２００において、活性化メカニズム（ＡＭ）は、結合ユニット（ＣＵ）に向けられた活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）（これは、例えば、レーザー光電磁的シグナル、電気的シグナル、電子的シグナル、化学的シグナルまたは電気化学的シグナルである）を送る、本発明の一般化された合成分子スプリングデバイスの構造／機能の記載において以前には上記で示された任意のタイプの活性化メカニズム（ＡＭ）である。システム２００において、活性化メカニズム（ＡＭ）は、好ましくは、大きい繰返しパルス率を有するレーザー光源である。例えば、Ｈｚ程度〜ＭＨｚ程度の範囲にある繰返し率（すなわち、オンおよびオフの切り換え）で、そして好ましくは、高速トリガーリングの場合、４０ＭＨｚの繰返し率、±３ｎｍの精度、および、約３５０ｎｍ〜約５７０ｎｍの範囲にある波長または約７００ｎｍ〜約８００ｎｍの範囲にある波長、好ましくは約４２０ｎｍ〜約４５０ｎｍの範囲にある波長で稼動するピコ秒ダイオードレーザーである。
【０２２１】
操作時において、活性化メカニズム（ＡＭ）（すなわち、レーザー光源）が、活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）（すなわち、電磁放射線（Ｌ））を、少なくとも１つの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の少なくとも１つの所定の原子−軸配位子ペアに、例えば、結合ユニット（ＣＵ）の合成分子アセンブリー（ＳＭＡ−１）の２つの原子−軸配位子ペア（１２および１４）の少なくとも１つ、および／または、結合ユニット（ＣＵ）の合成分子アセンブリー（ＳＭＡ−２）の２つの原子−軸配位子ペア（１２および１４）の少なくとも１つに送った後、結合ユニット（ＣＵ）のその部分のみが、すなわち、活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）（すなわち、電磁放射線（Ｌ））の方向（図９における左側）を向く原子−軸配位子ペア（１２および１４）を有する合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）と作動可能にカップリングされたそのような粒子のみが、少なくとも１つの分子リンカー（ＭＬおよびＭＬ’）のスプリングタイプの弾性可逆的な線状立体配座移行に応答して、突然または急の「ジャンピング」様式または「スイミング」様式で制御可能に動き、これに対して、暗い面の方向（図９における右側）を向く原子−軸配位子ペアを有するそのような合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）は、活性化メカニズム（ＡＭ）により送られる活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）によって影響されず、従って、スプリングタイプの弾性可逆的な移行を受けない。
【０２２２】
従って、原理的には、本発明のそのような実施形態を実行することによって、合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）のスプリングタイプの弾性可逆的な移行は、選択されたユニット（Ｕ）（すなわち、溶媒２０４に懸濁または可溶化された粒子２０２）によって示される粒子運動に関係する運動量のシステム特性の動的に制御可能な変化のために、粒子２０２が、例えば、回転および／または並進によって、突然または急の「ジャンピング」様式または「スイミング」様式で制御可能に動くことを可能にする。本発明によるシステム２００の実行は、本発明のさらなる利点および利益を記載したときに以前に上記で述べられたように、広範囲の様々な異なる適用に対して商業的に適用可能である。
【０２２３】
図１０は、方向配向した分子運動に関係するような運動量のシステム特性を動的に制御するために使用される合成分子スプリングデバイスを含むシステム（これは一般的にはシステム２５０として示される）の第２の例示的な好ましい実施形態の側面図を例示する概略図である。
【０２２４】
図１０において、方向配向した分子運動に関係する運動量のシステム特性を動的に制御するために合成分子スプリングデバイスを含むシステム２５０は、下記の主要な構成成分を特徴とする：（ａ）その構造／機能関係および挙動が上記に記載され、図１〜図８に例示される構成成分を有する合成分子スプリングデバイス［これは、（ｉ）少なくとも１つの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）（この場合、図１０には、例示目的だけのために、非限定的な様式ではあるが、１つだけの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）が示されている）および（ｉｉ）活性化メカニズム（ＡＭ）を特徴とする］；ならびに（ｂ）システム２５０の選択されたユニット（Ｕ）（これは、一般には、容器２５６に含有される液体２５４に可溶化または混合され、分子配向ディレクター機構２５８の影響にさらされる方向配向可能な分子２５２である）（選択されたユニット（Ｕ）が合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）を何ら有しない場合）、この場合、選択されたユニット（Ｕ）が、合成分子スプリングデバイスによって動的に制御可能な、方向配向した粒子運動に関係する運動量のシステム特性を示す。
【０２２５】
図１０に示されるように、システム２５０において、それぞれの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）、例えば、ＳＭＡは、結合ユニット（ＣＵ）を形成するために、選択されたユニット（Ｕ）（すなわち、容器２５６に含有される液体２５４に可溶化または混合され、分子配向ディレクター機構２５８の影響にさらされる方向配向可能な分子２５２）に対して作動可能にカップリングされ、それにより、活性化メカニズム（ＡＭ）が、活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）を、少なくとも１つの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の少なくとも１つの所定の原子−軸配位子ペアに、例えば、結合ユニット（ＣＵ）の合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の２つの原子−軸配位子ペア（１２および１４）の少なくとも１つに送って、少なくとも１つの所定の原子−軸配位子ペアを物理化学的に変化させた後、少なくとも１つの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の少なくとも１つの分子リンカー（ＭＬ）、例えば、結合ユニット（ＣＵ）の合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の２つの分子リンカー（ＭＬおよびＭＬ’）の少なくとも１つの、上記に示され、図１〜図８に例示されるような収縮線状立体配座状態および拡張線状立体配座状態（それぞれ、（Ａ）および（Ｂ））の間、または、拡張線状立体配座状態および収縮線状立体配座状態（それぞれ、（Ｂ）および（Ａ））の間におけるスプリングタイプの弾性可逆的な移行の少なくとも１回のサイクルを作動させることが存在し、それにより、システム２５０の選択されたユニット（Ｕ）（すなわち、システム２５０の容器２５６に含有される液体２５４に可溶化または混合され、分子配向ディレクター機構２５８の影響にさらされる方向配向可能な分子２５２）によって示される、方向配向した粒子運動に関係する運動量のシステム特性における動的に制御可能な変化が生じる。
【０２２６】
本発明のシステムのこの特定の例示的な好ましい実施形態において、好ましくは、非限定的な一例として、方向配向可能な分子２５２は液晶分子２５２であり、それに対応して、分子配向ディレクター機構２５８は液晶ディレクター機構２５８である。従って、システム２５０の選択されたユニット（Ｕ）は、容器２５６に含有される液体２５４に可溶化または混合され、液晶ディレクター機構２５８の影響にさらされる液晶分子２５２を特徴とする。以降、非限定な様式ではあるが、システム２５０の選択されたユニット（Ｕ）のこれらの好ましい例示的な構成成分が、本発明のシステムのこの特定の例示的な好ましい実施形態を実行することの下記の例示的な記載において示される。
【０２２７】
本発明のこの特定の例示的な好ましい実施形態において、例示的な合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）は、以前には上記に記載され、図１に例示される合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）のわずかに改変されたタイプに対応する。具体的には、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）において、それぞれの錯化基（ＣＧおよびＣＧ’）は、選択されたユニット（Ｕ）の液晶分子２５２に対する、それぞれの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の、特に、物理的相互作用による作動可能なカップリングのために機能する結合した化学基２６０（これは図１０では長方形２６０によって示される）を有し、その一方で、液晶分子２５２は、容器２５６に含有される液体２５４に可溶化または混合され、液晶ディレクター機構２５８の影響にさらされる。
【０２２８】
図１０によって例示される実施形態において、合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）は、作動可能なカップリングが粒子２０２の露出した外側表面２０８に対するそれぞれの個々の合成分子アセンブリー（ＳＭＡ−１およびＳＭＡ−２）の十分に規定された接続または結合の形態である図９に例示されるシステム（すなわち、システム２００）の以前に記載された例示的な好ましい実施形態と同様な方法では、選択されたユニット（Ｕ）の液晶分子２５２に対する物理的または化学的な「結合」を介して作動可能にカップリングされていない。その代わり、システム２５０の実施形態では、結合した化学基２６０を含む合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）は、周囲の環境（すなわち、容器２５６に含有される液体２５４に可溶化または混合され、液晶ディレクター機構２５８の影響にさらされる液晶分子２５２である選択されたユニット（Ｕ））の運動量のシステム特性と「物理的に相互作用する」ことが可能であり、かつ、そのようなシステム特性に所定の様式で影響を及ぼすことができる構造を特徴とする。システム２５０の特定の実施形態において、錯化基（ＣＧおよびＣＧ’）に結合した所定数の化学基２６０は液晶分子２５２である。
【０２２９】
一般には、液晶分子２５２は、調節可能なサイズまたは大きさ、質量および体積を有する様々な幾何学的な構成、形態または形状である。例えば、液晶分子２５２は、円筒状もしくは桿様、球状、楕円状、円盤状、または多角形状であり得る。液晶分子２５２は、好ましくは、図１０に特に示されるように円筒状または桿様の幾何学的な構成、形態または形状である。
【０２３０】
システム２５０において、それぞれの液晶分子２５２は、一般には、長い剛直な分子軸、および強い双極子、および／または容易に分極し得る置換基を有する桿様の分子構造を特徴とする。液晶状態の特徴的な特徴は、共通する軸（これは一般には「ディレクター」として知られている）に沿った向きを指し示す傾向を液晶分子は有するということが、液晶および液晶を特徴とするデバイスの分野および技術では広く知られている。このことは、固有の秩序を全く示さない液相の分子とは対照的である。ディレクターに沿った向きを指し示しやすい液晶分子の傾向は、液晶媒体の性質が測定方向に依存するということを意味する異方性として知られている状態をもたらす。
【０２３１】
適切な外部の力または影響がない場合、液晶分子のディレクターは自由に任意の方向を向いている。液晶分子を適切な力または影響（例えば、加えられた電場または磁場など）にさらすことにより、液晶分子系の巨視的性質の著しい変化（すなわち、方向配向した変化）が生じ得る。表面処理を、ディレクターの特定の方向配向を強制させるために液晶デバイスにおいて使用することができる。例えば、薄いポリマー被覆（通常的には薄いポリイミド被覆）がガラス基板上に広げられ、布で一方向にこすられたとき、その表面と接触している液晶分子は、こすられた方向と一致して整列することが観測されている。
【０２３２】
図１０において特に示されるように、液晶分子２５２は、加えられた電場（Ｅ）である適切な力または影響にさらされ、この場合、電場（Ｅ）は、選択されたユニット（Ｕ）の液晶ディレクター機構２５８によりもたらされ、かつ、活性化メカニズム（ＡＭ）によって送られるレーザー光（Ｌ）の方向（これはＬと印された矢印により示される）に対して平行するが、逆向き（これはＥと印された矢印により示される）で加えられる。液晶ディレクター機構２５８は、（ｉ）電圧源（ＶＬＣ）、（ｉｉ）スイッチ（Ｓ）、（ｉｉｉ）電極（Ｅ１およびＥ２）、および（ｉｖ）電気配線２６２を特徴とする。電極（Ｅ１およびＥ２）は、好ましくは、例えば、広く知られている透明な導電性材料のインジウムスズオキシド（ＩＴＯ）から作製される。液晶ディレクター機構２５８が活性化されたとき、液体２５４に可溶化または混合されている液晶分子２５２は、加えられた電場（Ｅ）の同じ方向で、共通する軸（すなわち、ディレクター）の方向で方向配向し、整列する。図１０に例示されるように、錯化基（ＣＧおよびＣＧ’）に結合している化学基２６０は、液晶分子２５２と物理的に相互作用するので、液晶分子２５２のディレクターと実質的に同じ方向で、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の軸の好ましい方向配向および整列を誘導する。
【０２３３】
システム２５０の選択されたユニット（Ｕ）の容器２５６は、液体２５４に可溶化または混合され、液晶ディレクター機構２５８の影響にさられる液晶分子２５２を含有するか、または閉じ込めるために利用される開放容器もしくは閉じた容器、メンブラン、小胞、または類似するタイプの構造体である。この特定の実施形態において、容器２５６は、結合ユニット（ＣＵ）（すなわち、液体２５４に可溶化または混合され、液晶ディレクター機構２５８の影響にさられる液晶分子２５２）を含有するか、または閉じ込め、かつ、合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）と物理的に相互作用させるためにもまた利用される。活性化メカニズム（ＡＭ）が容器２５６に対して外部であるこの実施形態において、容器２５６の少なくとも一部は、活性化メカニズム（ＡＭ）によって送られ、所定数の合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）に向けられた活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）に対して透過性である。活性化メカニズム（ＡＭ）が、レーザー光（Ｌ）の形態の活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）を、容器２５６に向かう（Ｌと印された矢印によって示される）直線方向で送るレーザー光源である図１０に示される例示的なシステム２５０では、レーザー光源によって送られるレーザー光（Ｌ）が、液晶分子２５２と物理的に相互作用する合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）を効果的に活性化することを可能にするために、好ましくは、左右の容器の壁（Ｗ１およびＷ２）、ならびに液晶ディレクター機構２５８の電極（Ｅ１およびＥ２）は、それぞれが所定のスペクトル範囲に対して十分に透明である。
【０２３４】
一般には、システム２５０において、活性化メカニズム（ＡＭ）は、結合ユニット（ＣＵ）に向けられた活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）（これは、例えば、レーザー光電磁的シグナル、電気的シグナル、電子的シグナル、化学的シグナルまたは電気化学的シグナルである）を送る、本発明の一般化された合成分子スプリングデバイスの構造／機能の記載において以前には上記に示された任意のタイプの活性化メカニズム（ＡＭ）である。システム２５０において、活性化メカニズム（ＡＭ）は、好ましくは、大きい繰返しパルス率を有するレーザー光源である。例えば、Ｈｚ程度〜ＭＨｚ程度の範囲にある繰返し率（すなわち、オンおよびオフの切り換え）で、そして好ましくは、高速トリガーリングの場合、４０ＭＨｚの繰返し率、±３ｎｍの精度、および、約３５０ｎｍ〜約５７０ｎｍの範囲にある波長または約７００ｎｍ〜約８００ｎｍの範囲にある波長、好ましくは約４２０ｎｍ〜約４５０ｎｍの範囲にある波長で稼動するピコ秒ダイオードレーザーである。
【０２３５】
操作時において、活性化メカニズム（ＡＭ）（すなわち、レーザー光源）が、活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）（すなわち、電磁放射線（Ｌ））を、少なくとも１つの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の少なくとも１つの所定の原子−軸配位子ペアに、例えば、結合ユニット（ＣＵ）の合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の２つの原子−軸配位子ペア（１２および１４）の少なくとも１つに送った後、少なくとも１つの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）と作動可能にカップリングされた、すなわち、少なくとも１つの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）と物理的に相互作用している液晶分子２５２が、少なくとも１つの分子リンカー（ＭＬおよびＭＬ’）のスプリングタイプの弾性可逆的な線状立体配座移行に応答して、方向配向した分子運動に対応する液晶分子２５２のディレクターと実質的に同じ方向に沿って、突然または急の「ジャンピング」様の様式で制御可能に動く。
【０２３６】
従って、原理的には、本発明のそのような実施形態を実行することによって、合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）のスプリングタイプの弾性可逆的な移行は、選択されたユニット（Ｕ）（すなわち、容器２５６に含有される液体２５４に可溶化または混合され、液晶ディレクター機構２５８の影響にさられる液晶分子２５２）によって示される方向配向した粒子運動に関係する運動量のシステム特性の動的に制御可能な変化のために、液晶分子２５２が、液晶分子２５２のディレクターと実質的に同じ方向に沿って、突然または急の「ジャンピング」様の様式で制御可能に動くことを可能にする。
【０２３７】
本発明によるシステム２５０の実行の場合、レーザー光源である活性化メカニズム（ＡＭ）によって容器２５６に向かう方向で送られるレーザー光（Ｌ）である活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）の方向と、選択されたユニット（Ｕ）の液晶ディレクター機構２５８によってもたらされる加えられた電場（Ｅ）である力または影響の方向との間での比較または差は可変である。そのうえ、方向におけるこの比較または差は、部分的には、選択されたユニット（Ｕ）（すなわち、容器２５６に含有される液体２５４に可溶化または混合され、液晶ディレクター機構２５８の影響にさられる液晶分子２５２）によって示される方向配向した粒子運動に関係する運動量のシステム特性の動的に制御可能な変化を「調整」するために使用される。
【０２３８】
本発明によるシステム２５０の実行は、本発明のさらなる利点および利益を記載したときに以前に上記で述べられたように、広範囲の様々な異なる適用に対して商業的に適用可能である。本発明に従ってシステム２５０を実行することの特に注目に値する例は、ディスプレーデバイス（例えば、二次元または三次元のディスプレーデバイスなど）、水力学、電気活性材料、光活性材料および化学活性材料の分野においてである。
【０２３９】
トポグラフィーのシステム特性の動的な制御
図１１は、変化する大きさ（例えば、長さなど）に関連するようなトポグラフィーのシステム特性を動的に制御するために使用される合成分子スプリングデバイスを含む、一般的にはシステム３００として示されるシステムの第１の例示的な好ましい実施形態の側面図を例示する概略図である。
【０２４０】
図１１において、変化する大きさ（例えば、長さなど）に関連するトポグラフィーのシステム特性を動的に制御するために合成分子スプリングデバイスを含むシステム３００は、下記の主要な構成成分を特徴とする：（ａ）その構造／機能関係および挙動が上記に記載され、図１〜図８に例示される構成成分を有する合成分子スプリングデバイス［これは、（ｉ）少なくとも１つの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）（この場合、図１１には、例示目的だけのために、非限定的な様式ではあるが、複数のスケールアップされた合成分子アセンブリー（ＳＭＡ−Ｕｓ）が、例示的な１つだけのスケールアップされた合成分子アセンブリー（ＳＭＡ−Ｕ）の一部の拡大図とともに示されている）、および（ｉｉ）活性化メカニズム（ＡＭ）を特徴とする］；ならびに（ｂ）システム３００の選択されたユニット（Ｕ）（これは一般には中空繊維状構造３０４である）（選択されたユニット（Ｕ）が合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）を何ら有しない場合）、この場合、選択されたユニット（Ｕ）が、合成分子スプリングデバイスによって動的に制御可能な、変化する大きさ（例えば、長さなど）に関連するトポグラフィーのシステム特性を示す。
【０２４１】
図１１に示されるように、システム３００において、それぞれの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）（例えば、ＳＭＡ−Ｕ）は、結合ユニット（ＣＵ）を形成するために、選択されたユニット（Ｕ）（すなわち、中空繊維状構造３０４）に対して作動可能にカップリングされ、それにより、活性化メカニズム（ＡＭ）が、活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）を、少なくとも１つの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の少なくとも１つの所定の原子−軸配位子ペアに、例えば、結合ユニット（ＣＵ）のスケールアップされた合成分子アセンブリー（ＳＭＡ−Ｕ）の原子−軸配位子ペア（１２および１４）の少なくとも１つに送って、少なくとも１つの所定の原子−軸配位子ペアを物理化学的に変化させた後、少なくとも１つの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の少なくとも１つの分子リンカー（ＭＬ）、例えば、結合ユニット（ＣＵ）のスケールアップされた合成分子アセンブリー（ＳＭＡ−Ｕ）の分子リンカー（ＭＬおよびＭＬ’）の少なくとも１つの、上記に示され、図１〜図８に例示されるような収縮線状立体配座状態および拡張線状立体配座状態（それぞれ、（Ａ）および（Ｂ））の間、または、拡張線状立体配座状態および収縮線状立体配座状態（それぞれ、（Ｂ）および（Ａ））の間におけるスプリングタイプの弾性可逆的な移行の少なくとも１回のサイクルを作動させることが存在し、それにより、システム３００の選択されたユニット（Ｕ）（すなわち、システム３００の中空繊維状構造３０４）によって示される変化する大きさ（例えば、長さなど）に関係するトポグラフィーのシステム特性における動的に制御可能な変化が生じる。
【０２４２】
一般には、図１１に示されるシステム３００において、合成分子スプリングデバイスは、上記に記載され、図６〜図８に例示されるように、オリゴマーアセンブリーおよび／またはポリマーアセンブリーの例示的な形態にある複数の合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）を特徴とする。本発明の方法およびその対応するシステムを実行する特定の例示的な好ましい実施形態が図１１に例示されており、そのような実施形態により、繊維様の電気活性材料としての合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の適用が明らかにされる。
【０２４３】
具体的には、システム３００において、例示的な合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）は、以前には上記で記載され、図６に例示されるスケールアップされた合成分子アセンブリー（ＳＭＡ−Ｕ）のわずかに改変されたタイプに対応する。この場合、分子リンカー（ＭＬおよびＭＬ’）は、分子リンカー（ＭＬ）が比較的良好な電気伝導体であり、これに対して、分子リンカー（ＭＬ’）が比較的良好な電気絶縁体であるように選択される。従って、合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）のそれぞれは、交互の電気伝導性を示す構造を特徴とする。本質的には反対の電気伝導特性を有する分子リンカー（ＭＬおよびＭＬ’）のそのような特定の選択は、電荷の流れを、好ましくは、分子リンカー（ＭＬ）によって規定される経路だけに沿った代わりに、錯化基（ＣＧおよびＣＧ’、この場合、それぞれが、対応する原子（ＭおよびＭ’）に対してそれぞれ錯化される）および電気伝導性の分子リンカー（ＭＬ）によって規定される経路（これは図１１では点線の経路３０２によって示される）に沿って導くために行われる。合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）のこの構成により、合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）を流れる電荷が、構成成分（すなわち、それぞれの所定の原子−軸配位子ペアの軸配位子（ＡＬ）および／または原子（Ｍ））の少なくとも１つ、ならびに／あるいは、錯化基（ＣＧおよびＣＧ’）の少なくとも１つを効果的に還元（解結合もしくは結合）または酸化（結合もしくは解結合）し、その結果として、少なくとも１つの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の少なくとも１つの分子リンカー（ＭＬ）の収縮線状立体配座状態および拡張線状立体配座状態（それぞれ（Ａ）および（Ｂ））の間におけるスプリングタイプの弾性可逆的な移行の少なくとも１回のサイクルの活性化を生じさせることが確保される。
【０２４４】
選択されたユニット（Ｕ）の中空繊維状構造３０４は、合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）の作動可能なカップリングのための基質として機能する。この場合、例えば、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ−Ｕｓ）は、システム３００の結合ユニット（ＣＵ）を形成するために、中空繊維状構造３０４の幾何学的な構成または形態に従って配置および配列される。中空繊維状構造３０４は、好ましくは、合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）との物理化学的な適合性を有し、かつ、以前に記載された物理的カップリング機構、化学的カップリング機構および／または物理化学的カップリング機構の少なくとも１つによる合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）との効率的なカップリングを可能にする少なくとも１つの材料から作製される。
【０２４５】
システム３００における代わりの実施形態において、中空繊維状構造３０４は、中空繊維状構造３０４に特定の物理化学的性質（例えば、特定の構造的性質、機械的性質、電気的性質、物理的性質および／または化学的性質など）を与えるために、ポリマータイプの物質、ゲルタイプの物質、および多孔性タイプの物質からなる群から選択される少なくとも１つのタイプの物質で少なくとも一部が充填される。従って、システム３００のそのような代わりの実施形態において、合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）（例えば、ＳＭＡ−Ｕ）は、結合ユニット（ＣＵ）を形成するために、以前に記載された物理的カップリング機構、化学的カップリング機構および／または物理化学的カップリング機構の少なくとも１つに従って、選択されたユニット（Ｕ）（すなわち、上記に示されたタイプの物質の少なくとも１つで少なくとも一部が満たされた中空繊維状構造３０４）に作動可能にカップリングされる。
【０２４６】
一般には、システム３００において、活性化メカニズム（ＡＭ）は、結合ユニット（ＣＵ）に向けられた活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）（これは、例えば、レーザー光電磁的シグナル、電気的シグナル、電子的シグナル、化学的シグナルまたは電気化学的シグナルである）を送る、本発明の一般化された合成分子スプリングデバイスの構造／機能の記載において以前には上記に示された任意のタイプの活性化メカニズム（ＡＭ）である。活性化メカニズム（ＡＭ）が、非電気的または非電子的なタイプの活性化メカニズム、例えば、電磁的タイプの活性化メカニズム（例えば、レーザービームに基づく活性化メカニズムなど）あるいは化学的タイプの活性化メカニズム（例えば、プロトン化−脱プロトン化に基づく活性化メカニズム、ｐＨ変化に基づく活性化メカニズムまたは濃度変化に基づく活性化メカニズム）である場合、上記で記載されたような、例示的な合成分子アセンブリー（ＳＭＡ−Ｕ）におけるＭＬおよびＭＬ’の特別に選択された交互になった電気伝導性の構成は必要とされない。
【０２４７】
好ましくは、システム３００において、活性化メカニズム（ＡＭ）は、電流タイプの活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）を送る電流に基づく活性化メカニズム、および、加えられた電気的電位タイプの活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）を送る加えられた電気的電位に基づく活性化メカニズムからなる群から選択される電気的タイプの活性化メカニズムである。図１１に示される特定の実施形態において、活性化メカニズム（ＡＭ）は、（ｉ）電圧源（ＶＡＭ）、（ｉｉ）スイッチ（Ｓ）、（ｉｉｉ）電極（Ｅ１およびＥ２）、（ｉｖ）導電性媒体３０６、および（ｖ）電気配線３０８を特徴とする。
【０２４８】
導電性媒体３０６は、具体的には、結合ユニット（ＣＵ）を形成するために、それぞれの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）を選択されたユニット（Ｕ）に作動可能にカップリングするステップを行うことに関して以前に記載された物理的カップリング機構、化学的カップリング機構および／または物理化学的カップリング機構の少なくとも１つに従って、活性化メカニズム（ＡＭ）の電極（Ｅ１およびＥ２）を結合ユニット（ＣＵ）の合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）に電気的に接続するための構造および機能を特徴とする。より具体的には、電極（Ｅ１およびＥ２）を、活性化メカニズム（ＡＭ）の導電性媒体を介して、結合ユニット（ＣＵ）の合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）に電気的に接続することは、物理的吸着、物理的吸収、非結合性の物理的相互作用、機械的カップリング、単純な並置、電気的カップリングおよび電子的カップリングからなる群から選択される少なくとも１つの物理的カップリング機構を使用することによって、ならびに／あるいは、共有結合型の化学結合、配位型の化学結合、イオン型の化学結合、水素型の化学結合、およびファンデルワールス型の化学結合からなる群から選択される少なくとも１つの化学的カップリング機構によって行われる。
【０２４９】
好ましくは、電極（Ｅ１およびＥ２）を、活性化メカニズム（ＡＭ）の導電性媒体３０６を介して、結合ユニット（ＣＵ）の合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）に電気的に接続することは、それぞれの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の少なくとも１つの構成成分を介して行われ、例えば、それにより、少なくとも１つの構成成分が、以前に上記で記載されたような分子導電性ワイヤとして、例えば、少なくとも１つの結合部位（ＢＳ）、ならびに／あるいは、少なくとも１つの原子（Ｍ）および／または少なくとも１つの軸配位子（ＡＬ）に錯化した少なくとも１つの錯化基（ＣＧ））などとして構造化され、かつ機能し、それにより、電気コンダクタンス、電子コンダクタンスおよび電子トンネル効果の現象の少なくとも１つが、活性化メカニズム（ＡＭ）の電極（Ｅ１およびＥ２）と、結合ユニット（ＣＵ）のそれぞれの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）との間で効率的に生じる。
【０２５０】
図１１に例として示されるように、活性化メカニズム（ＡＭ）の導電性媒体３０６を介する電極（Ｅ１およびＥ２）は、結合ユニット（ＣＵ）の中空繊維状構造３０４の末端領域または端部３１０において、それぞれの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の少なくとも１つの構成成分を介して結合ユニット（ＣＵ）の合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）に電気的に接続される。システム３００の代わりの実施形態において、電気コンダクタンス、電子コンダクタンスおよび電子トンネル効果の現象の少なくとも１つが、活性化メカニズム（ＡＭ）の電極（Ｅ１およびＥ２）と、結合ユニット（ＣＵ）のそれぞれの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）との間で効率的に生じる限り、活性化メカニズム（ＡＭ）の導電性媒体３０６を介する電極（Ｅ１およびＥ２）は、結合ユニット（ＣＵ）の中空繊維状構造３０４の他の領域（例えば、中央領域３１２など）において、それぞれの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の少なくとも１つの構成成分を介して結合ユニット（ＣＵ）の合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）に電気的に接続される。
【０２５１】
システム３００の実行において、活性化メカニズム（ＡＭ）は、スイッチＳを閉じることによって操作され、それにより、電圧源（ＶＡＭ）によってもたらされる電気的電位が、配線３０８を介して電極（Ｅ１およびＥ２）に送られ、電極（Ｅ１およびＥ２）の間で確立され、次に、電極（Ｅ１およびＥ２）は、この電気的電位を、導電性媒体３０６を介して結合ユニット（ＣＵ）のそれぞれの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）に伝える。活性化メカニズム（ＡＭ）が、活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）（すなわち、電気的電位）を、少なくとも１つの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の少なくとも１つの所定の原子−軸配位子ぺアに、例えば、結合ユニット（ＣＵ）のスケールアップされた合成分子アセンブリー（ＳＭＡ−Ｕ）の原子−軸配位子ぺア（１２および１４）の少なくとも１つに送った後、上記に記載されるように、少なくとも１つの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）と作動可能にカップリングされた中空繊維状構造３０４の長さ（Ｌ）が、少なくとも１つの分子リンカー（ＭＬおよびＭＬ’）のスプリングタイプの弾性可逆的な立体配座移行に応答して、スプリングタイプの弾性可逆的な様式で制御可能に拡張し、かつ収縮する。
【０２５２】
従って、原理的には、本発明のそのような実施形態を実行することによって、合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）のスプリングタイプの弾性可逆的な移行は、中空繊維状構造３０４の長さ（Ｌ）が、システム３００の選択されたユニット（Ｕ）（すなわち、中空繊維状構造３０４）によって示される変化する大きさ（例えば、長さなど）に関係するトポグラフィーのシステム特性の動的に制御可能な変化のために、スプリングタイプの弾性可逆的な様式で制御可能に拡張し、かつ収縮することを可能にする。
【０２５３】
本発明に従ったシステム３００の実行は、本発明のさらなる利点および利益を記載したときに以前に上記で述べられたように、広範囲の様々な異なる適用に対して商業的に適用可能である。システム３００を本発明に従って実行する特に注目に値する一例は、合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）が、構造的支持または他の機械的な性質をポリマー材料に提供するために支持ポリマーに取り込むことによるものである。そのような実施形態において、ポリマー支持体はまた、合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）に作動可能にカップリングされた異なるポリマーユニットをポリマー材料内で絶縁する電気的絶縁体として使用することができる。
【０２５４】
図１２は、変化する大きさ（例えば、高さなど）に関連するようなトポグラフィーのシステム特性を動的に制御するために使用される合成分子スプリングデバイスを含む、一般的にはシステム３５０として示されるシステムの第２の例示的な好ましい実施形態の側面／透視図を例示する概略図である。
【０２５５】
図１２において、変化する大きさ（例えば、高さなど）に関連するトポグラフィーのシステム特性を動的に制御するために合成分子スプリングデバイスを含むシステム３５０は、下記の主要な構成成分を特徴とする：（ａ）その構造／機能関係および挙動が上記に記載され、図１〜図８に例示される構成成分を有する合成分子スプリングデバイス［これは、（ｉ）少なくとも１つの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）（この場合、図１２には、例示目的だけのために、非限定的な様式ではあるが、複数のスケールアップされた合成分子アセンブリー（ＳＭＡ−Ｕｓ）が、例示的な１つだけのスケールアップされた合成分子アセンブリー（ＳＭＡ−Ｕ）の一部の拡大図とともに示されている）、および（ｉｉ）活性化メカニズム（ＡＭ）を特徴とする］；ならびに（ｂ）システム３００の選択されたユニット（Ｕ）（これは一般には表面構造３５２である）（選択されたユニット（Ｕ）が合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）を何ら有しない場合）、この場合、選択されたユニット（Ｕ）は、合成分子スプリングデバイスによって動的に制御可能な、変化する大きさ（例えば、高さなど）に関連するトポグラフィーのシステム特性を示す。
【０２５６】
図１２に示されるように、システム３５０において、それぞれの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）（例えば、ＳＭＡ−Ｕ）は、結合ユニット（ＣＵ）を形成するために、選択されたユニット（Ｕ）（すなわち、表面構造３５２）に対して作動可能にカップリングされ、それにより、活性化メカニズム（ＡＭ）が、活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）を、少なくとも１つの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の少なくとも１つの所定の原子−軸配位子ペアに、例えば、結合ユニット（ＣＵ）のスケールアップされた合成分子アセンブリー（ＳＭＡ−Ｕ）の原子−軸配位子ペア（１２および１４）の少なくとも１つに送って、少なくとも１つの所定の原子−軸配位子ペアを物理化学的に変化させた後、少なくとも１つの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の少なくとも１つの分子リンカー（ＭＬ）、例えば、結合ユニット（ＣＵ）のスケールアップされた合成分子アセンブリー（ＳＭＡ−Ｕ）の分子リンカー（ＭＬおよびＭＬ’）の少なくとも１つの、上記に示され、図１〜図８に例示されるような収縮線状立体配座状態および拡張線状立体配座状態（それぞれ、（Ａ）および（Ｂ））の間、または、拡張線状立体配座状態および収縮線状立体配座状態（それぞれ、（Ｂ）および（Ａ））の間におけるスプリングタイプの弾性可逆的な移行の少なくとも１回のサイクルを活性化させることが存在し、それにより、システム３５０の選択されたユニット（Ｕ）（すなわち、表面構造３５２）によって示される変化する大きさ（例えば、高さなど）に関係するトポグラフィーのシステム特性における動的に制御可能な変化が生じる。
【０２５７】
一般には、図１２に示されるシステム３５０において、合成分子スプリングデバイスは、上記に記載され、図６〜図８に例示されるように、オリゴマーアセンブリーおよび／またはポリマーアセンブリーの例示的な形態にある複数の合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）を特徴とする。本発明の方法およびその対応するシステムを実行する特定の例示的な好ましい実施形態が図１２に例示されており、そのような実施形態により、表面構造の光活性な構成成分、電気活性な構成成分または化学活性な構成成分としての合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の適用が明らかにされる。
【０２５８】
具体的には、システム３５０において、例示的な合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）は、以前には上記で記載され、図６に例示されるスケールアップされた合成分子アセンブリー（ＳＭＡ−Ｕ）のわずかに改変されたタイプに対応する。この場合、下部側の錯化基（ＣＧ’）は、それぞれの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ−Ｕ）を、システム３５０の選択されたユニット（Ｕ）（これは表面構造３５２である）に結合または作動可能にカップリングするために機能する少なくとも２つの結合部位（ＢＳおよびＢＳ’）を含む。これは、表面構造３５２の露出した上側表面３５４に対するそれぞれの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ−Ｕ）の十分に規定された結合、および、表面構造３５２の露出した上側表面３５４に関して十分に規定された空間的配向を可能にする。
【０２５９】
好ましくは、結合部位（ＢＳおよびＢＳ’）のそれぞれが、適切な幾何学的な構成または形態および大きさであり、かつ、それぞれの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の得られる立体配座を誘導するために錯化基（ＣＧ’）に結合し、それにより、それぞれの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の分子リンカー（ＭＬおよびＭＬ’）が、図１２に示されるように、表面構造２３５２の露出した上側表面３５４に対して実質的に垂直な配向を獲得する。システム３５０の代わりの実施形態において、複数の合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）は、単一またはモノマーの合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）の所定数、例えば、以前には上記に記載され、図１〜図５に例示される合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の所定数を含む。
【０２６０】
選択されたユニット（Ｕ）の表面構造３５２の表面３５４の露出した上側表面は、合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）の、例えば、吸着による結合または作動可能なカップリングにおける基質として機能する。表面構造３５２の露出した上側表面３５４は、好ましくは、合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）との化学的な適合性を有し、かつ、合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）に対する効率的な吸着を可能にする物質からなる。例えば、チオール基を合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）の結合部位（ＢＳおよびＢＳ’）に有するとき、表面構造３５２の露出した上側表面３５４は、金、白金または銀などの貴金属を含むか、または、全体がそのような貴金属であることが好ましい。薄い金属外層で被覆された露出した上側表面３５４は、光の反射を最小限に抑えるために非常に効果的である。
【０２６１】
一般には、表面構造３５２は、調節可能なサイズまたは大きさ、質量および体積を有する様々な幾何学的な構成、形態または形状である。例えば、表面構造３５２は、多角形状（例えば、特に図１２に示されるように、長方形または正方形など）、球状、楕円状、円盤状、円筒状もしくは桿様であるか、または、特定の規定された形状もしくは幾何形状を有さず、すなわち、無定形である。表面構造３５２は、センチメートル〜オングストロームの範囲（好ましくは、ミリメートル〜ナノメートルの範囲）の程度のサイズまたは大きさを有する。
【０２６２】
システム３５０の特定の実施形態において、選択されたユニット（Ｕ）は、金を含むか、または全体が金である露出した上部表面３５４を有する表面構造３５２であり、それにより、合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）が、露出した上側表面３５４の上側の平均高さがＨ０である合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）のマトリックス形状のフィルムまたは層３５６（これは、図１２では、直立して配置された合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）の群によって示される）で被覆された金表面構造３５２に対応する結合ユニット（ＣＵ）を形成するために、表面構造３５２の露出した上側表面３５４に、吸着によって作動可能にカップリングされる。そのうえ、好ましくは、合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）の立体配座は、それぞれの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の分子リンカー（ＭＬおよびＭＬ’）が、図１２に示されるように、金表面３５４に対して実質的に垂直または直角である配向を獲得するようになり、それにより、収縮線状立体配座状態および拡張線状立体配座状態（それぞれ、（Ａ）および（Ｂ））の間、または、拡張線状立体配座状態および収縮線状立体配座状態（それぞれ、（Ｂ）および（Ａ））の間におけるスプリングタイプの弾性可逆的な移行が金表面３５４に対して垂直または直角である方向で生じる。
【０２６３】
一般には、システム３５０において、活性化メカニズム（ＡＭ）は、結合ユニット（ＣＵ）に向けられた活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）（これは、例えば、レーザー光電磁的シグナル、電気的シグナル、電子的シグナル、化学的シグナルまたは電気化学的シグナルである）を送る、本発明の一般化された合成分子スプリングデバイスの構造／機能の記載において以前には上記に示された任意のタイプの活性化メカニズム（ＡＭ）である。例えば、システム３５０において、活性化メカニズム（ＡＭ）は、大きい繰返しパルス率を有するレーザー光源である。例えば、Ｈｚ程度〜ＭＨｚ程度の範囲にある繰返し率（すなわち、オンおよびオフの切り換え）で、そして好ましくは、高速トリガーリングの場合、４０ＭＨｚの繰返し率、±３ｎｍの精度、および、約３５０ｎｍ〜約５７０ｎｍの範囲にある波長または約７００ｎｍ〜約８００ｎｍの範囲にある波長、好ましくは約４２０ｎｍ〜約４５０ｎｍの範囲にある波長で稼動するピコ秒ダイオードレーザーである。
【０２６４】
操作時において、活性化メカニズム（ＡＭ）（例えば、レーザー光源）が、活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）（例えば、電磁放射線）を、少なくとも１つの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の少なくとも１つの所定の原子−軸配位子ペアに、例えば、結合ユニット（ＣＵ）のスケールアップされた合成分子アセンブリー（ＳＭＡ−Ｕ）の原子−軸配位子ペア（１２および１４）の少なくとも１つに送った後、上記で記載されたように、少なくとも１つの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）と作動可能にカップリングされている表面構造３５２の高さが、少なくとも１つの分子リンカー（ＭＬおよびＭＬ’）のスプリングタイプの弾性可逆的な線状立体配座移行に応答して、スプリングタイプの弾性可逆的な様式で制御可能に拡張し、かつ収縮する。
【０２６５】
従って、原理的には、本発明のそのような実施形態を実行することによって、合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）のスプリングタイプの弾性可逆的な移行は、システム３５０の選択されたユニット（Ｕ）（すなわち、表面構造３５２）によって示される変化する大きさ（例えば、高さなど）に関係するトポグラフィーのシステム特性の動的に制御可能な変化のために、表面構造３５２の少なくとも一部の高さが、スプリングタイプの弾性可逆的な様式で制御可能に拡張し、かつ収縮することを可能にする。
【０２６６】
システム３５０は、表面構造３５２の（図１２に示されるような）Ｘ−Ｙ平面における座標（Ｘ，Ｙ）を有する特定の位置の高さに関係するなどのトポグラフィーを動的に制御するために特に実行することができる。結合ユニット（ＣＵ）のスケールアップされた合成分子アセンブリー（ＳＭＡ−Ｕ）の少なくとも１つの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の少なくとも１つの所定の原子−軸配位子ペアの一般的または特定されない数を含む表面構造３５２のＸ−Ｙ平面における１組の座標｛Ｘ，Ｙ｝を有する一般的な区域、領域または場所に活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）（例えば、電磁放射線）を送るために活性化メカニズム（ＡＭ）（例えば、レーザー光源）を一般的に導くことの代わりに、結合ユニット（ＣＵ）のスケールアップされた合成分子アセンブリー（ＳＭＡ−Ｕ）の少なくとも１つの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の少なくとも１つの所定の原子−軸配位子ペアの特定の数を含む表面構造３５２のＸ−Ｙ平面における１つだけの座標（Ｘ，Ｙ）を有する特定の区域、領域または場所に活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）（例えば、電磁放射線）を送るために、特異的に導く活性化メカニズム（ＡＭ）（例えば、レーザー光源）が存在する。
【０２６７】
本発明によるシステム３５０の実行は、本発明のさらなる利点および利益を記載したときに以前に上記で述べられたように、広範囲の様々な異なる適用に対して商業的に適用可能である。本発明に従ってシステム３５０を実行することの特に注目に値する例は、ナノスケールの構成成分およびデバイス（例えば、鋳型など）を、リトグラフィーのための相補的な方法として、分子メモリーアレイとして、ならびに、光−音響学的および電気−音響学的な構成成分およびデバイス（メンブランなど）として製造するためである。
【０２６８】
電子挙動のシステム特性の動的制御
分子導電性に関係するような電子挙動のシステム特性を動的に制御するためにシステムにおいて合成分子スプリングデバイスを使用して本発明の方法およびその対応するシステムを実行する、図１３、図１４、図１５、図１６および図１７に例示される下記の５つの特定の例示的な好ましい実施形態により、一般には分子エレクトロニクスの分野に対する合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の適用、そして具体的には、電子回路における光活性な構成成分、電気活性な構成成分または化学活性な構成成分、分子エレクトロニクスの構成成分としての合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の適用が明らかにされる。
【０２６９】
合成分子スプリングデバイスの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の前記に記載および例示された基本的な動的な構造／機能関係および挙動は理想的には、分子エレクトロニクスの構成成分、デバイス、機構およびシステムを設計、構築および実行するために適用される。本発明のそれぞれの実施形態において、システム特性は、上記に記載され、図１〜図８に例示されるように、合成分子スプリングデバイスの特定の合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）に含まれる少なくとも１つの実質的に弾性な分子リンカー（ＭＬ）の収縮線状立体配座状態および拡張線状立体配座状態の間、または、その拡張線状立体配座状態および収縮線状立体配座状態の間におけるスプリングタイプの弾性可逆的な移行の直接的な結果として動的に制御可能である。
【０２７０】
図１３、図１４、図１５、図１６および図１７において、電子挙動のシステム特性を動的に制御するために合成分子スプリングデバイスを含むそれぞれのシステム（それぞれ、４００、４５０、５００、５５０および６００）は、下記の主要な構成成分を特徴とする：（ａ）その構造／機能関係および挙動が上記に記載され、図１〜図８に例示される構成成分を有する合成分子スプリングデバイス［これは、（ｉ）少なくとも１つの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）（この場合、図１３、図１４、図１５、図１６および図１７には、例示目的だけのために、非限定的な様式ではあるが、１つだけの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）が示されている）、および（ｉｉ）活性化メカニズム（ＡＭ）を特徴とする］；ならびに（ｂ）それぞれのシステム（それぞれ、４００、４５０、５００、５５０および６００）の選択されたユニット（Ｕ）（これは、（ｉ）電圧源（Ｖ）、（ｉｉ）スイッチ（Ｓ）、（ｉｉｉ）負荷または抵抗（Ｒ）、（ｉｖ）少なくとも２つの電極（Ｅｉ、ただし、ｉ＝２〜Ｎの電極）、および（ｖ）電子的配線８０２を一般には含む電子回路であり、本明細書中では電子回路Ｕとして示される）（それぞれのシステムにおいて、選択されたユニット（Ｕ）が合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）を何ら有しない場合）、この場合、選択されたユニット（Ｕ）が、個々の合成分子スプリングデバイスによって動的に制御可能な、電子挙動のシステム特性を示す。
【０２７１】
図１３、図１４、図１５、図１６および図１７に示されるように、それぞれのシステム（それぞれ、４００、４５０、５００、５５０および６００）において、それぞれの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）（例えば、ＳＭＡ）は、結合ユニット（ＣＵ）を形成するために、選択されたユニット（Ｕ）（すなわち、電子回路Ｕ）に対して作動可能にカップリングされ、それにより、活性化メカニズム（ＡＭ）が、活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）を、少なくとも１つの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の少なくとも１つの所定の原子−軸配位子ペアに、例えば、結合ユニット（ＣＵ）の合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の２つの原子−軸配位子ペアの少なくとも１つに送って、少なくとも１つの所定の原子−軸配位子ペアを物理化学的に変化させた後、少なくとも１つの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の少なくとも１つの分子リンカー（ＭＬ）、例えば、結合ユニット（ＣＵ）の合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の２つの分子リンカー（ＭＬおよびＭＬ’）の少なくとも１つの、上記に示され、図１〜図８に例示されるような収縮線状立体配座状態および拡張線状立体配座状態（それぞれ、（Ａ）および（Ｂ））の間、または、拡張線状立体配座状態および収縮線状立体配座状態（それぞれ、（Ｂ）および（Ａ））の間におけるスプリングタイプの弾性可逆的な移行の少なくとも１回のサイクルを活性化させることが存在し、それにより、それぞれの個々のシステム（４００、４５０、５００、５５０および６００）の選択されたユニット（Ｕ）（すなわち、電子回路Ｕ）によって示される電子挙動のシステム特性における動的に制御可能な変化が生じる。
【０２７２】
分子（電気的／電子的）導電性に関係するような電子挙動のシステム特性を動的に制御するためにシステムにおいて合成分子スプリングデバイスを使用する方法およびその対応するシステムを実行する、図１３および図１４に例示される下記の２つの特定の例示的な好ましい実施形態により、一般には分子エレクトロニクスの分野に対する合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の適用、そして具体的には、電子回路における電気−機械的な分子リレーとしての合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の適用が明らかにされる。
【０２７３】
図１３および図１４は、分子導電性に関係するような電子挙動のシステム特性を動的に制御するために使用される合成分子スプリングデバイスをそれぞれ含むシステム（それぞれ、システム４００およびシステム４５０として一般的には示される）の第１および第２の例示的な好ましい実施形態の側面図を例示する概略図である。
【０２７４】
本発明のこれらの実施形態のそれぞれにおいて、活性化メカニズム（ＡＭ）による合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の活性化は、図１３および図１４にそれぞれ例示されるシステム４００およびシステム４５０の選択されたユニット（Ｕ）（すなわち、電子回路Ｕ）によって示される分子導電性に関係するような電子挙動のシステム特性の動的に制御可能な変化を生じさせる。具体的には、分子導電性の動的に制御可能な変化が、それぞれの例示的な合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）に作動可能（電子的）にカップリングされた電子回路Ｕであるそれぞれの個々の結合ユニット（ＣＵ）における指定された電気的／電子的経路（これは図１３および図１４において点鎖線の経路（４０２および４５２）によってそれぞれ示される）に沿って生じる。より具体的には、それぞれの個々の結合ユニット（ＣＵ）における指定された電気的／電子的経路（４０２および４５２）に沿って、選択されたユニット（Ｕ）に作動可能（電子的）にカップリングされたそれぞれの例示的な合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）に含まれる少なくとも１つの実質的に弾性な分子リンカー（ＭＬ”）の収縮線状立体配座状態および拡張線状立体配座状態の間、または、その拡張線状立体配座状態および収縮線状立体配座状態の間におけるスプリングタイプの弾性可逆的な移行が、それぞれの個々の電子回路Ｕにおける分子伝導性の変化を動的に制御するために利用される。
【０２７５】
図１３および図１４にそれぞれ例示されるそれぞれのシステム（４００および４５０）において、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）は、以前には上記で記載され、図５に例示される合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）のわずかに改変されたタイプに対応する。この場合、軸二座配位子（ＡＬ）の本体部８６は実質的に弾性な分子リンカー（ＭＬ”）であり、これは本体部８６を有し、かつ、軸二座配位子（ＡＬ）の一端（９２および９４）にそれぞれがそれぞれ化学結合した２つの端部（８８および９０）を有し、そして、第１の実質的に剛直な分子リンカー（ＭＬ）は本体部９６を有し、かつ、１つの対応する錯化基（ＣＧおよびＣＧ’）にそれぞれがそれぞれ化学結合している２つの端部（９８および１００）を有し、そして、第２の実質的に剛直な分子リンカー（ＭＬ’）は本体部１０２を有し、かつ、１つの対応する錯化基（ＣＧおよびＣＧ’）にそれぞれがそれぞれ化学結合した２つの端部（１０４および１０６）を有する。
【０２７６】
図１３および図１４にそれぞれ例示されるそれぞれのシステム（４００および４５０）の選択されたユニット（Ｕ）（すなわち、電子回路Ｕ）において、電圧源（Ｖ）により、約−１０Ｖ〜約＋１０Ｖの範囲にある振幅、好ましくは、約−２Ｖ〜約＋２Ｖの範囲にある振幅を有するＤＣまたはＡＣのいずれかの印加電位がもたらされる。それぞれの電子回路Ｕにおける第１および第２の電極（Ｅ１およびＥ２）は、それぞれがｍｍ２〜ｃｍ２の程度の範囲の導電性表面積を有する。
【０２７７】
それぞれのシステム（４００および４５０）において、結合ユニット（ＣＵ）を形成するために、それぞれの個々の合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）を、以前には上記に記載されたタイプの分子導電性ワイヤとしてそれぞれが好ましくは構造化され、かつ機能する結合部位（ＢＳおよびＢＳ’）を介して、選択されたユニット（Ｕ）（すなわち、電子回路Ｕ）の第２および第１の電極（Ｅ２およびＥ１）にそれぞれ作動可能にカップリングまたは結合することが、前記に記載された好ましい物理的カップリング機構の少なくとも１つおよび／または前記に記載された好ましい化学的カップリング機構の少なくとも１つを使用することによって行われる。そのようなタイプのカップリング機構のいくつかの具体的な例として、共有結合型の化学結合、配位型の化学結合、イオン型の化学結合、水素型の化学結合、およびファンデルワールス型の化学結合からなる群から選択される少なくとも１つの化学的カップリング機構との組合せまたは一体化での電気的および／または電子的なタイプの物理的カップリング機構がある。
【０２７８】
従って、あるタイプの分子導電性ワイヤとしてそれぞれが構造化され、かつ機能する結合部位（ＢＳおよびＢＳ’）は、効率的な電気的／電子的かつ作動可能なカップリングまたは接続を、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の錯化基（ＣＧおよびＣＧ’）または軸配位子（ＡＬ’およびＡＬ”）などの構成成分と、図１３および図１４にそれぞれ例示されるようなシステム４００およびシステム４５０の選択されたユニット（Ｕ）（すなわち、電子回路Ｕ）の第２および第１の電極（Ｅ２およびＥ１）との間にそれぞれ提供し、それにより、電気コンダクタンス、電子コンダクタンスおよび電子トンネル効果の現象の少なくとも１つが、結合部位（ＢＳおよびＢＳ’）と、選択されたユニット（Ｕ）の電極（Ｅ２およびＥ１）との間で生じる。
【０２７９】
それぞれのシステム（４００および４５０）の代わりの実施形態において、選択されたユニット（Ｕ）（すなわち、電子回路Ｕ）は、少なくとも１つの構成成分を介して、例えば、以前には上記で記載されたタイプの分子導電性ワイヤとして好ましくは構造化され、かつ機能するさらなる結合部位（ＢＳ”）（これは図１３および図１４には示されていない）を介して、指定された合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）に作動可能にカップリングされる第３の電極（Ｅ３）（これは図１３および図１４には示されていない）を含む。そのような代わりの実施形態において、第３の電極（Ｅ３）は、合成分子スプリングデバイスの電気的／電子的または電気化学的なタイプの活性化メカニズム（ＡＭ）に電気的に接続されるための構造および機能を特徴とする。
【０２８０】
それぞれのシステム（４００および４５０）において、あるタイプの分子導電性ワイヤとして構造化され、かつ機能するそれぞれの結合部位（ＢＳ、ＢＳ’および場合により使用されるＢＳ”）は、好ましくは、ナノチューブ、多共役ポリマー、ＤＮＡをテンプレートとする金または銀の導電性ワイヤ、多芳香族分子、置換された多芳香族分子、および、少なくとも１つのチオール官能基を含む置換された多芳香族分子からなる群から選択される化学的実体である。
【０２８１】
図１３に示されるシステム４００の実施形態において、例示的な合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）に作動可能（電子的）にカップリングされた電子回路Ｕである結合ユニット（ＣＵ）では、分子導電性の動的に制御可能な変化がそれに沿って生じる指定された電気的／電子的経路（点鎖線の経路４０２）は、結合部位（ＢＳ）、錯化基（ＣＧ）、原子（Ｍ）、本体部８６が実質的に弾性な分子リンカー（ＭＬ”）である軸配位子（ＡＬ）、原子（Ｍ’）、錯化基（ＣＧ’）、および結合部位（ＢＳ’）を特徴とする。これらの構成成分の構成または配置は、好ましくは、分子導電性媒体として構造化され、かつ機能する。第１および第２の実質的に剛直な分子リンカー（ＭＬおよびＭＬ’）は、実質的に弾性な分子リンカー（ＭＬ”）と比較して、それぞれが、電気的／電子的に絶縁性であり、かつ非常に剛直であるように選択される。錯化基（ＣＧおよびＣＧ’）、原子（ＭおよびＭ’）、軸配位子（ＡＬ）、および結合部位（ＢＳおよびＢＳ’）は、それぞれが、結合ユニット（ＣＵ）における指定された電気的／電子的経路４０２に沿った電気的／電子的な電荷の流れを最適化するために選択される。
【０２８２】
図１４に示されるシステム４５０の実施形態において、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）は２つの化学的コネクター（ＣＣおよびＣＣ’）をさらに含み、そのそれぞれが、１つの対応する錯化基（ＣＧおよびＣＧ’）をそれぞれ、さらに含まれる対応する軸単座配位子（ＡＬ’およびＡＬ”）にそれぞれ化学的に接続し、次に、軸単座配位子（ＡＬ’およびＡＬ”）はそれぞれが、対応する結合部位（ＢＳおよびＢＳ’）にそれぞれ化学的に接続され、かつ、対応する原子（ＭおよびＭ’）にそれぞれ化学的に接続される。化学的コネクター（ＣＣおよびＣＣ’）は、原子−軸配位子ペア（Ｍ−ＡＬ’およびＭ’−ＡＬ”）をそれぞれ、例えば、所望されない解離から妨げるために構造化され、かつ機能する。合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）のこれらのさらに含まれる化学的に接続された構成成分は、結合ユニット（ＣＵ）を形成するために、以前に記載された物理的カップリング機構、化学的カップリング機構および／または物理化学的カップリング機構の少なくとも１つに従って、それぞれの個々の合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）を選択されたユニット（Ｕ）（すなわち、電子回路Ｕ）の電極（Ｅ２およびＥ１）にぞれぞれ作動可能にカップリングまたは結合するために構造化され、かつ機能する。
【０２８３】
図１４に示されるシステム４５０の実施形態において、例示的な合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）に作動可能（電子的）にカップリングされた電子回路Ｕである結合ユニット（ＣＵ）では、分子導電性の動的に制御可能な変化がそれに沿って生じる指定された電気的／電子的経路（点鎖線の経路４５２）は、結合部位（ＢＳ）、軸単座配位子（ＡＬ’）、原子（Ｍ）、本体部８６が実質的に弾性な分子リンカー（ＭＬ”）である軸二座配位子（ＡＬ）、原子（Ｍ’）、軸単座配位子（ＡＬ”）、および結合部位（ＢＳ’）を特徴とする。これらの構成成分の構成または配置は、好ましくは、分子導電性媒体として構造化され、かつ機能する。第１および第２の実質的に剛直な分子リンカー（ＭＬおよびＭＬ’）は、実質的に弾性な分子リンカー（ＭＬ”）と比較して、それぞれが、電気的／電子的に絶縁性であり、かつ非常に剛直であるように選択される。錯化基（ＣＧおよびＣＧ’）、原子（ＭおよびＭ’）、軸二座配位子（ＡＬ）、軸単座配位子（ＡＬ’およびＡＬ”）、および結合部位（ＢＳおよびＢＳ’）は、それぞれが、結合ユニット（ＣＵ）における指定された電気的／電子的経路４５２に沿った電気的／電子的な電荷の流れを最適化するために選択される。
【０２８４】
一般には、図１３および図１４にそれぞれ例示されるシステム４００およびシステム４５０において、活性化メカニズム（ＡＭ）は、結合ユニット（ＣＵ）に向けられた活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）（これは、例えば、レーザー光電磁的シグナル、電気的シグナル、電子的シグナル、化学的シグナルまたは電気化学的シグナルである）を送る、本発明の一般化された合成分子スプリングデバイスの構造／機能の記載において以前には上記に示された任意のタイプの活性化メカニズム（ＡＭ）である。それぞれのシステム（４００および４５０）において、活性化メカニズム（ＡＭ）は、好ましくは、大きい繰返しパルス率を有するレーザー光源である。例えば、Ｈｚ程度〜ＭＨｚ程度の範囲にある繰返し率（すなわち、オンおよびオフの切り換え）で、そして好ましくは、高速トリガーリングの場合、４０ＭＨｚの繰返し率、±３ｎｍの精度、および、約３５０ｎｍ〜約５７０ｎｍの範囲にある波長または約７００ｎｍ〜約８００ｎｍの範囲にある波長、好ましくは約４２０ｎｍ〜約４５０ｎｍの範囲にある波長で稼動するピコ秒ダイオードレーザーである。
【０２８５】
図１３および図１４にそれぞれ例示されるそれぞれのシステム（４００および４５０）における、以前には上記に記載され、図５に例示される合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）に関して、操作時において、活性化メカニズム（ＡＭ）（例えば、レーザー光源）が、活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）（すなわち、電磁放射線）を、結合ユニット（ＣＵ）の合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の少なくとも１つの所定の原子−軸配位子ペア（８２および８４）に送って、少なくとも１つの所定の原子−軸配位子ペア（８２および８４）を物理化学的に変化させた後、結合ユニット（ＣＵ）の合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の実質的に弾性な分子リンカー（ＭＬ’）の拡張線状立体配座状態および収縮線状立体配座状態（それぞれ、（Ｂ）および（Ａ））の間におけるスプリングタイプの弾性可逆的な移行の少なくとも１回のサイクルを作動させることが存在し、それにより、それぞれの個々のシステム（４００および４５０）の選択されたユニット（Ｕ）（すなわち、電子回路Ｕ）によって示される分子導電性に関係する電子挙動のシステム特性における動的に制御可能な変化が生じる。
【０２８６】
図１３および図１４にそれぞれ例示されるそれぞれのシステム（４００および４５０）において、再び図５を参照して、その最初の拡張線状立体配座状態（Ｂ）では、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の軸二座配位子（ＡＬ）の本体部８６である実質的に弾性な分子リンカー（ＭＬ”）は、原子−軸配位子ペア８２（Ｍ−ＡＬ）の結合性相互作用および原子−軸配位子ペア８４（Ｍ’−ＡＬ）の結合性相互作用のために拡張するか、または伸びる。活性化メカニズム（ＡＭ）が、活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）を合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の少なくとも１つの所定の原子−軸配位子ペア（８２および８４）に送るために活性化させられると、Ｍ−ＡＬ結合およびＭ’−ＡＬ結合の少なくとも一方が切断され、ＭＬ”の収縮した状態（Ａ）がもたらされる。これにより、それぞれの個々の結合ユニット（ＣＵ）におけるそれぞれの指定された電気的／電子的経路（４０２および４０５）に沿った分子導電性が一時的に改変させられ、すなわち、制御可能な様式で動的に変化させられる。
【０２８７】
本発明によるシステム４００およびシステム４５０の実行は、本発明のさらなる利点および利益を記載したときに以前に上記で述べられたように、広範囲の様々な異なる適用に対して商業的に適用可能である。本発明に従ってシステム４００およびシステム４５０を実行することの特に注目に値する例は、合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）が、集積回路、半導体チップ、電子的センサー、ならびに分子エレクトロニクスの構成成分、機構、デバイスおよびシステムに組み入れられることによるものである。
【０２８８】
分子導電性に関係するような電子挙動のシステム特性を動的に制御するためにシステムにおいて合成分子スプリングデバイスを使用する方法およびその対応するシステムを実行する、図１５および図１６に例示される下記の２つの特定の例示的な好ましい実施形態により、一般には分子エレクトロニクスの分野に対する合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の適用、そして具体的には、電子回路における電気−機械的な分子モジュレーター、例えば、分子アクチュエーター、分子増幅器または分子減衰器としての合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の適用が明らかにされる。
【０２８９】
図１５および図１６は、分子導電性に関係するような電子挙動のシステム特性を動的に制御するために使用される合成分子スプリングデバイスを含むシステム（それぞれ、システム５００およびシステム５５０として一般的には示される）の第３および第４の例示的な好ましい実施形態の側面図を例示する概略図である。
【０２９０】
本発明のこれらの実施形態のそれぞれにおいて、活性化メカニズム（ＡＭ）による合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の活性化は、図１５および図１６にそれぞれ例示されるシステム５００およびシステム５５０の選択されたユニット（Ｕ）（すなわち、電子回路Ｕ）によって示される分子導電性に関係するような電子挙動のシステム特性の動的に制御可能な変化を生じさせる。具体的には、分子導電性の動的に制御可能な変化が、それぞれの例示的な合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）に作動可能（電子的）にカップリングされた電子回路Ｕであるそれぞれの個々の結合ユニット（ＣＵ）における指定された電気的／電子的経路（これは図１５および図１６において点鎖線の経路５０２および経路５５２によってそれぞれ示される）に沿って生じる。より具体的には、それぞれの個々の結合ユニット（ＣＵ）における指定された電気的／電子的経路（５０２および５５２）に沿って、選択されたユニット（Ｕ）に作動可能（電子的）にカップリングされたそれぞれの例示的な合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）に含まれる２つの分子リンカー（ＭＬおよびＭＬ’）の少なくとも１つの収縮線状立体配座状態および拡張線状立体配座状態の間、または、その拡張線状立体配座状態および収縮線状立体配座状態の間におけるスプリングタイプの弾性可逆的な移行が、それぞれの個々の電子回路Ｕにおける分子導電性の変化を動的に制御するために利用される。
【０２９１】
図１５および図１６にそれぞれ例示されるそれぞれのシステム（５００および５５０）において、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）は、以前には上記で記載され、図１に例示される合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）のわずかに改変されたタイプに対応する。
【０２９２】
図１３および図１４にそれぞれ例示されるそれぞれのシステム（４００および４５０）の選択されたユニット（Ｕ）（すなわち、電子回路Ｕ）において、電圧源（Ｖ）により、約−１０Ｖ〜約＋１０Ｖの範囲にある振幅、好ましくは、約−２Ｖ〜約＋２Ｖの範囲にある振幅を有するＤＣまたはＡＣのいずれかの印加電位がもたらされる。それぞれの電子回路Ｕにおける第１および第２の電極（Ｅ１およびＥ２）は、それぞれがｎｍ２〜ｃｍ２の程度の範囲の導電性表面積を有する。
【０２９３】
それぞれのシステム（５００および５５０）において、結合ユニット（ＣＵ）を形成するために、それぞれの個々の合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）を、以前には上記に記載されたタイプの分子導電性ワイヤとしてそれぞれが好ましくは構造化され、かつ機能する結合部位（ＢＳおよびＢＳ’）を介して、選択されたユニット（Ｕ）（すなわち、電子回路Ｕ）の第２および第１の電極（Ｅ２およびＥ１）にそれぞれ作動可能にカップリングまたは結合することは、前記に記載された好ましい物理的カップリング機構の少なくとも１つおよび／または前記に記載された好ましい化学的カップリング機構の少なくとも１つを使用することによって行われる。そのようなタイプのカップリング機構のいくつかの具体的な例として、共有結合型の化学結合、配位型の化学結合、イオン型の化学結合、水素型の化学結合、およびファンデルワールス型の化学結合からなる群から選択される少なくとも１つの化学的カップリング機構との組合せまたは一体化での電気的および／または電子的なタイプの物理的カップリング機構がある。
【０２９４】
従って、あるタイプの分子導電性ワイヤとしてそれぞれが構造化され、かつ機能する結合部位（ＢＳおよびＢＳ’）は、効率的な電気的／電子的かつ作動可能なカップリングまたは接続を、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の分子リンカー（ＭＬ）または錯化基（ＣＧ’）などの構成成分と、図１５および図１６にそれぞれ例示されるようなシステム５００およびシステム５５０の選択されたユニット（Ｕ）（すなわち、電子回路Ｕ）の第２および第１の電極（Ｅ２およびＥ１）との間にそれぞれ提供し、それにより、電気コンダクタンス、電子コンダクタンスおよび電子トンネル効果の現象の少なくとも１つが、結合部位（ＢＳおよびＢＳ’）と、選択されたユニット（Ｕ）の電極（Ｅ２およびＥ１）との間でそれぞれ生じる。
【０２９５】
それぞれのシステム（５００および５５０）の代わりの実施形態において、選択されたユニット（Ｕ）（すなわち、電子回路Ｕ）は、少なくとも１つの構成成分を介して、例えば、指定された合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の以前には上記に記載されたタイプの分子導電性ワイヤとして好ましくは構造化され、かつ機能するさらなる結合部位（ＢＳ”）（これは図１５および図１６には示されていない）を介して、指定された合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）に作動可能にカップリングされる第３の電極（Ｅ３）（これは図１５および図１６には示されていない）を含む。そのような代わりの実施形態において、第３の電極（Ｅ３）は、合成分子スプリングデバイスの電気的／電子的または電気化学的なタイプの活性化メカニズム（ＡＭ）に電気的に接続するための構造および機能を特徴とする。
【０２９６】
それぞれのシステム（５００および５５０）において、あるタイプの分子導電性ワイヤとして構造化され、かつ機能するそれぞれの結合部位（ＢＳ、ＢＳ’および場合により使用されるＢＳ”）は、好ましくは、ナノチューブ、多共役ポリマー、ＤＮＡをテンプレートとする金または銀の導電性ワイヤ、多芳香族分子、置換された多芳香族分子、および、少なくとも１つのチオール官能基を含む置換された多芳香族分子からなる群から選択される化学的実体である。
【０２９７】
図１５に示されるシステム５００の実施形態において、例示的な合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）に作動可能（電子的）にカップリングされた電子回路Ｕである結合ユニット（ＣＵ）では、分子導電導性の動的に制御可能な変化がそれに沿って生じる指定された電気的／電子的経路（点鎖線の経路５０２）は、結合部位（ＢＳ）、実質的に弾性な分子リンカー（ＭＬ）、および結合部位（ＢＳ’）を特徴とする。これらの構成成分のそれぞれは、分子導電体として、好ましくは、以前には上記に記載されたタイプの分子導電性ワイヤとして構造化され、かつ機能し、また、結合ユニット（ＣＵ）における指定された電気的／電子的経路５０２に沿った電気的／電子的な電荷の流れを最適化するために選択される。
【０２９８】
図１６に示されるシステム５５０の実施形態において、例示的な合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）に作動可能（電子的）にカップリングされた電子回路Ｕである結合ユニット（ＣＵ）では、分子導電性の動的に制御可能な変化がそれに沿って生じる指定された電気的／電子的経路（点鎖線の経路５５２）は、結合部位（ＢＳ）、錯化基（ＣＧ’）、原子（Ｍ’）、および結合部位（ＢＳ’）を特徴とする。これらの構成成分のそれぞれは、分子導電体として、好ましくは、以前には上記に記載されたタイプの分子導電性ワイヤとして構造化され、かつ機能し、また、結合ユニット（ＣＵ）における指定された電気的／電子的経路５５２に沿った電気的／電子的な電荷の流れを最適化するために選択される。
【０２９９】
一般には、図１５および図１６にそれぞれ例示されるそれぞれのシステム（５００および５５０）において、活性化メカニズム（ＡＭ）は、結合ユニット（ＣＵ）に向けられた活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）（これは、例えば、レーザー光電磁的シグナル、電気的シグナル、電子的シグナル、化学的シグナルまたは電気化学的シグナルである）を送る、本発明の一般化された合成分子スプリングデバイスの構造／機能の記載において以前には上記に示された任意のタイプの活性化メカニズム（ＡＭ）である。それぞれのシステム（５００および５５０）において、活性化メカニズム（ＡＭ）は、好ましくは、大きい繰返しパルス率を有するレーザー光源である。例えば、Ｈｚ程度〜ＭＨｚ程度の範囲にある繰返し率（すなわち、オンおよびオフの切り換え）で、そして好ましくは、高速トリガーリングの場合、４０ＭＨｚの繰返し率、±３ｎｍの精度、および、約３５０ｎｍ〜約５７０ｎｍの範囲にある波長または約７００ｎｍ〜約８００ｎｍの範囲にある波長、好ましくは約４２０ｎｍ〜約４５０ｎｍの範囲にある波長で稼動するピコ秒ダイオードレーザーである。
【０３００】
図１５および図１６にそれぞれ例示されるそれぞれのシステム（５００および５５０）における、以前には上記に記載され、図１に例示される合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）に関しては、操作時において、活性化メカニズム（ＡＭ）（例えば、レーザー光源）が、活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）（すなわち、電磁放射線）を、結合ユニット（ＣＵ）の合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の少なくとも１つの所定の原子−軸配位子ペア（１２および１４）に送って、少なくとも１つの所定の原子−軸配位子ペア（１２および１４）を物理化学的に変化させた後、結合ユニット（ＣＵ）の合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の２つの分子リンカー（ＭＬおよびＭＬ’）の少なくとも１つの収縮線状立体配座状態および拡張線状立体配座状態（それぞれ、（Ａ）および（Ｂ））の間におけるスプリングタイプの弾性可逆的な移行の少なくとも１回のサイクルを活性化させることが存在し、それにより、それぞれの個々のシステム（５００および５５０）の選択されたユニット（Ｕ）（すなわち、電子回路Ｕ）によって示される分子導電性に関係する電子挙動のシステム特性における動的に制御可能な変化が生じる。
【０３０１】
図１５および図１６にそれぞれ例示されるそれぞれのシステム（５００および５５０）において、再び図１を参照して、最初に、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の２つの分子リンカー（ＭＬおよびＭＬ’）は、原子−軸配位子ペア１２（Ｍ−ＡＬ）の結合性相互作用および原子−軸配位子ペア１４（Ｍ’−ＡＬ）の結合性相互作用のために、収縮線状立体配座状態（Ａ）にある。活性化メカニズム（ＡＭ）が、活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）を合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の少なくとも１つの所定の原子−軸配位子ペア（１２および１４）に送るために活性化されられると、Ｍ−ＡＬ結合およびＭ’−ＡＬ結合の少なくとも一方が切断され、２つの分子リンカー（ＭＬおよびＭＬ’）の少なくとも一方の拡張線状立体配座状態（Ｂ）がもたらされる。これにより、それぞれの個々の結合ユニット（ＣＵ）におけるそれぞれの指定された電気的／電子的経路（５０２および５５２）に沿った分子導電性が一時的に改変させられ、すなわち、制御可能な様式で動的に変化させられる。
【０３０２】
本発明によるシステム５００およびシステム５５０の実行は、本発明のさらなる利点および利益を記載したときに以前に上記で述べられたように、広範囲の様々な異なる適用に対して商業的に適用可能である。本発明に従ってシステム５００およびシステム５５０を実行することの特に注目に値する例は、合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）が、集積回路、半導体チップ、電子的センサー、ならびに分子エレクトロニクスの構成成分、機構、デバイスおよびシステムに組み入れられることによるものである。
【０３０３】
分子導電性に関連するような電子挙動のシステム特性を動的に制御するためにシステムにおいて合成分子スプリングデバイスを使用する本発明による方法およびその対応するシステムを実行する、図１５および図１６に例示される前記に記載された２つの特定の例示的な好ましい実施形態により、一般には分子エレクトロニクスの分野に対する合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の適用、そして具体的には、電子回路における電気−機械的な分子モジュレーター、例えば、分子アクチュエーター、分子増幅器または分子減衰器としての合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の適用が明らかにされる。
【０３０４】
電気機械的な分子増幅器の概念が、Ｊｏａｃｈｉｍ他（「単分子を使用する電気化学的増幅器」、Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、２６５、３５３〜３５７、１９９７）により記載されている。Ｊｏａｃｈｉｍ他によって開示されたように、フラーレン分子が量子ドット（ＱＤ）として使用され、金属のＳＴＭ（走査電子顕微鏡）チップが、機械的力をフラーレン分子に加え、それにより、構造的変形を生じさせ、そして、フラーレン分子のエネルギーギャップおよび従って量子ドットのエネルギーギャップを変化させるために使用される。
【０３０５】
この分野では、量子ドット（ＱＤ）は、一般には、半導体様材料の小さい体積に閉じ込められた自由電子の集まりとして示される。ＱＤは、例えば、π電子を有する分子であり得るし、それにより、π電子の雲が分子のπ電子系に閉じ込められる。フラーレンおよびフラーレン型分子のほかに、例示的な量子ドットはポルフィリン大環状分子またはπ共役芳香族分子である。そのような分子は、通常、ＨＯＭＯ−ＬＵＭＯのエネルギーギャップまたはＳＯＭＯ−ＬＵＭＯのエネルギーギャップを有する（この場合、用語ＨＯＭＯ、用語ＬＵＭＯおよび用語ＳＯＭＯは、それぞれ、最高被占分子軌道、最低空分子軌道および半占有分子軌道に対する広く知られている頭字語である）。
【０３０６】
Ｊｏａｃｈｉｍ他によって開示された試みとは別ではあるが、電気機械的な分子増幅器を提供するための様々な試みが先行技術では知られている。しかしながら、それらは、主に、所望されるシステム特性またはパラメーターの分子レベルでの固有的に簡便な動的制御を有していないので、商業的適用における実行に関して実施不可能である。
【０３０７】
本発明によるシステム５００およびシステム５５０の以前に記載された実施形態の例示的な実行は、合成分子スプリングデバイスが、量子ドット（ＱＤ）の電子的な構成および性質を調節するために、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）のマルチパラメトリック制御可能なスプリングタイプの弾性可逆的な機能、構造および挙動を利用する分子レベルでのモジュレーターまたはアクチュエーターとして使用されることによるものである。
【０３０８】
図１５に示されるシステム５００の実施形態において、例示的な合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）に作動可能（電子的）にカップリングされた電子回路Ｕである結合ユニット（ＣＵ）では、指定された電気的／電子的経路５０２に含まれる例示的な量子ドット（ＱＤ）として機能する実質的に弾性な分子リンカー（ＭＬ）の電子的な構成および性質、および従って、選択されたユニット（Ｕ）（すなわち、電子回路Ｕ）によって示される電子的な構成および性質が、具体的には合成分子アセンブリーの操作によって、そして一般的には合成分子スプリングデバイスの操作によって調節される。
【０３０９】
具体的には、活性化メカニズム（ＡＭ）（例えば、レーザー光源）が、活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）（すなわち、電磁放射線）を、結合ユニット（ＣＵ）の合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の少なくとも１つの所定の原子−軸配位子ペア（１２および１４）に送って、少なくとも１つの所定の原子−軸配位子ペア（１２および１４）を物理化学的に変化させた後、結合ユニット（ＣＵ）の合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の分子リンカー（ＭＬ）の収縮線状立体配座状態および拡張線状立体配座状態（それぞれ、（Ａ）および（Ｂ））の間におけるスプリングタイプの弾性可逆的な移行の少なくとも１回のサイクルを活性化させることが存在する。このプロセスにより、指定された電気的／電子的経路５０２に含まれる例示的な量子ドット（ＱＤ）として機能する実質的に弾性な分子リンカー（ＭＬ）の電子的な構成および性質における動的に制御可能な変化が生じ、従って、システム５００の選択されたユニット（Ｕ）（すなわち、電子回路Ｕ）によって示される分子導電性に関係する電子挙動のシステム特性における動的に制御可能な変化が生じる。
【０３１０】
例示的な量子ドット（ＱＤ）として機能する実質的に弾性な分子リンカー（ＭＬ）の電子的な構成および性質における動的に制御可能な変化は、主として、分子軌道の縮重が持ち上がること、ならびに／または、実質的に弾性な分子リンカー（ＭＬ）のＨＯＭＯ−ＬＵＭＯの電子ギャップの構成および振幅の変化に関してであり、これらは、分子リンカー（ＭＬ）の収縮線状立体配座状態および拡張線状立体配座状態（それぞれ、（Ａ）および（Ｂ））の間におけるスプリングタイプの弾性可逆的な移行によって生じさせられる。
【０３１１】
本発明の関係した代わりの実施形態において、作動可能（電子的）にカップリングされたユニット（ＣＵ）の一部である合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の少なくとも１つの錯化基−原子（ＣＧ−Ｍ）錯体のＨＯＭＯ−ＬＵＭＯの電子ギャップの構成および振幅を、合成分子スプリングデバイスの合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）における分子レベルでの構造的変形、リガンド場効果または関連した効果を誘導することによって、原子（Ｍ）と、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の所定の原子−軸配位子ペアの一部としての軸配位子（ＡＬ）との相互作用に従って調節することが存在する。
【０３１２】
例えば、図１６に示されるシステム５５０の実施形態において、例示的な合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）に作動可能（電子的）にカップリングされた電子回路Ｕである結合ユニット（ＣＵ）では、指定された電気的／電子的経路５５２に含まれる例示的な量子ドット（ＱＤ）として機能する錯化基−原子（ＣＧ’−Ｍ’）錯体の電子的な構成および性質、および従って、選択されたユニット（Ｕ）（すなわち、電子回路Ｕ）によって示される電子的な構成および性質が、具体的には合成分子アセンブリーの操作によって、そして一般的には合成分子スプリングデバイスの操作によって動的に変化し、または調節される。
【０３１３】
具体的には、活性化メカニズム（ＡＭ）（例えば、レーザー光源）が、活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）（すなわち、電磁放射線）を、結合ユニット（ＣＵ）の合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の所定の原子−軸配位子ペア１４に送って、所定の原子−軸配位子ペア１４を物理化学的に変化させた後、結合ユニット（ＣＵ）の合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の２つの分子リンカー（ＭＬおよびＭＬ’）の少なくとも１つの収縮線状立体配座状態および拡張線状立体配座状態（それぞれ、（Ａ）および（Ｂ））の間におけるスプリングタイプの弾性可逆的な移行の少なくとも１回のサイクルを活性化させることが存在する。このプロセスにより、指定された電気的／電子的経路５５２に含まれる例示的な量子ドット（ＱＤ）として機能する錯化基−原子（ＣＧ’−Ｍ’）錯体の電子的な構成および性質における動的に制御可能な変化が生じ、従って、システム５５０の選択されたユニット（Ｕ）（すなわち、システム５５０の電子回路Ｕ）によって示される分子導電性に関係する電子挙動のシステム特性における動的に制御可能な変化が生じる。
【０３１４】
例示的な量子ドット（ＱＤ）として機能する錯化基−原子（ＣＧ’−Ｍ’）錯体の電子的な構成および性質における動的に制御可能な変化は、主として、分子軌道の縮重が持ち上がること、ならびに／または、錯化基−原子（ＣＧ’−Ｍ’）錯体のＨＯＭＯ−ＬＵＭＯの電子ギャップの構成および振幅の調節に関してであり、これらは、２つの分子リンカー（ＭＬおよびＭＬ’）の少なくとも１つの収縮線状立体配座状態および拡張線状立体配座状態（それぞれ、（Ａ）および（Ｂ））の間におけるスプリングタイプの弾性可逆的な移行によって生じさせられる。
【０３１５】
より具体的には、システム５５０の実施形態において、２つの分子リンカー（ＭＬおよびＭＬ’）の少なくとも１つの収縮線状立体配座状態および拡張線状立体配座状態（それぞれ、（Ａ）および（Ｂ））の間におけるスプリングタイプの弾性可逆的な移行は、合成分子スプリングデバイスの活性化メカニズム（ＡＭ）によって送られる活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）の特定の特徴に従って十分に規定された時間分解能および空間分解能を伴って軸配位子（ＡＬ）と錯化基−原子（ＣＧ’−Ｍ’）錯体の原子（Ｍ’）との相互作用を調節する。特に、軸配位子（ＡＬ）と錯化基−原子（ＣＧ’−Ｍ’）錯体の原子（Ｍ’）との相互作用を制御可能な様式で動的に変化させるか、または調節することは、（１）大きさ、強度、振幅または強さ、（２）頻度、（３）時間または継続時間、（４）反復率または周期性、および（５）スイッチング速度（すなわち、所定の可逆的かつ物理化学的にペアになった原子−軸配位子ペア１４に向けられ、かつ送られた活性化シグナルの特定の一般的な相補的レベルの、ある相補的レベル（例えば、第１の相補的レベル）（ＡＳ）から別の相補的レベル（例えば、第２の相補的レベル）（ＡＳ’）へのスイッチングまたはその逆のスイッチング）の、活性化メカニズム（ＡＭ）の以前に示されている選択された例示的な操作パラメーターを使用することによって達成される。
【０３１６】
システム５５０の実施形態において、例示的な量子ドット（ＱＤ）として機能する錯化基−原子（ＣＧ’−Ｍ’）錯体の電子的な構成および性質における動的に制御可能な変化は、分子軌道の縮重が持ち上がること、ならびに／または、錯化基−原子（ＣＧ’−Ｍ’）錯体のＨＯＭＯ−ＬＵＭＯの電子ギャップの構成および振幅の調節に関しては、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の収縮線状立体配座状態および拡張線状立体配座状態（（Ａ）および（Ｂ））について異なる構造的および電子的な効果のためである。錯化基−原子（ＣＧ’−Ｍ’）錯体は、その原子（Ｍ’）が、所定の原子−軸配位子ペア１４の一部としての軸配位子（ＡＬ）と相互作用するが、拡張線状立体配座状態（Ｂ）における錯化基−原子（ＣＧ’−Ｍ’）錯体によって示される構造的および電子的な性質に対して、収縮線状立体配座状態（Ａ）では異なる構造的および電子的な性質を示す。
【０３１７】
システム５５０の実施形態に対して特に適用可能なものは、電極（Ｅ２およびＥ１）間における電荷の流れを誘導するために必要とされる加えられた電気的電位が、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）のこれらの構成成分の構造的および電子的な効果に関して、軸配位子（ＡＬ）と錯化基−原子（ＣＧ’−Ｍ’）錯体の原子（Ｍ’）との物理化学的な相互作用の性質に依存するということである。
【０３１８】
そのうえ、錯化基（ＣＧ’）、原子（Ｍ）および軸配位子（ＡＬ）の特定の化学的タイプ、構造的な幾何学的構成または形態、および大きさが選択され、それにより、合成分子スプリングデバイスの活性化メカニズム（ＡＭ）によって送られる活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）により開始または活性化される、軸配位子（ＡＬ）と原子（Ｍ）との間における解離／会合相互作用が、分子軌道の縮重が持ち上がること、ならびに／または、錯化基−原子（ＣＧ’−Ｍ’）錯体のＨＯＭＯ−ＬＵＭＯの電子ギャップの構成および振幅の調節に関して、例示的な量子ドット（ＱＤ）として機能する錯化基−原子（ＣＧ’−Ｍ’）錯体の電子的な構造および性質を制御可能な様式で動的に変化させ、または調節する。
【０３１９】
錯化基−原子（ＣＧ’−Ｍ’）錯体の電子的な構成および性質のこの制御可能な動的な変化または調節は、原子−軸配位子ペア１２（Ｍ−ＡＬ）の結合性相互作用を壊すことにより、軸配位子（ＡＬ）が、機械的ストレスの緩和の結果として、より大きい親和性で原子（Ｍ’）に一時的に結合することができるという事実によって達成される。より具体的には、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の最初の収縮した線状立体配座状態（Ａ）において、軸配位子（ＡＬ）は原子（ＭおよびＭ’）によって２つの端部で結合しており、その間中、２つの分子リンカー（ＭＬおよびＭＬ’）は、図１６に示されるように、原子−軸配位子ペア１２（Ｍ−ＡＬ）の結合性相互作用および原子−軸配位子ペア１４（Ｍ’−ＡＬ）の結合性相互作用のために収縮している。
【０３２０】
活性化メカニズム（ＡＭ）が、活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）を合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の所定の原子−軸配位子ペア（１２）に対して特異的に向けて送るために活性化させられると、原子−軸配位子ペア１２（Ｍ−ＡＬ）の結合が切断され、その間に、２つの分子リンカー（ＭＬおよびＭＬ’）の少なくとも１つのスプリングタイプの弾性可逆的な拡張が軸配位子（ＡＬ）を原子（Ｍ’）に向かってより接近させ、原子（Ｍ’）に対するより強い結合相互作用を、最初の収縮線状立体配座状態（Ａ）からの機械的ストレスの緩和の結果として生じさせ、それにより、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の拡張線状立体配座状態（Ｂ）をもたらす。
【０３２１】
原子−軸配位子ペア１２（Ｍ−ＡＬ）の結合が無傷のままである実際の時間の程度、および、切断されたままである実際の時間の程度は、一般には合成分子スプリングデバイスの特定の操作に依存しており、（１）大きさ、強度、振幅または強さ、（２）頻度、（３）時間または継続時間、（４）反復率または周期性、および（５）スイッチング速度（すなわち、所定の可逆的かつ物理化学的にペアになった原子−軸配位子ペア１４に向けられ、かつ送られた活性化シグナルの特定の一般的な相補的レベルの、ある相補的レベル（例えば、第１の相補的レベル）（ＡＳ）から別の相補的レベル（例えば、第２の相補的レベル）（ＡＳ’）へのスイッチングまたはその逆のスイッチング）の、活性化メカニズム（ＡＭ）の以前に示されている選択された例示的な操作パラメーターの特定の使用に依存し、また、軸配位子（ＡＬ）と錯化基−原子（ＣＧ’−Ｍ’）錯体の原子（Ｍ’）との物理化学的な相互作用の強さを部分的には決定する、分子リンカー（ＭＬおよびＭＬ’）の特定の化学的タイプ、構造的な幾何学的構成または形態、大きさ、および弾性に依存する。
【０３２２】
システム５５０の実施形態の操作時において、分子導電性の動的に制御可能な変化は、例示的な合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）に作動可能（電子的）にカップリングされた電子回路Ｕである結合ユニット（ＣＵ）における電極（Ｅ２およびＥ１）間の指定された電気的／電子的経路５５２に沿った電流または電荷の流れを動的に制御または調節することに関しては、合成分子スプリングデバイスの活性化メカニズム（ＡＭ）によって送られた活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）を増幅する方法であると考えることができる。
【０３２３】
非限定的な様式ではあるが、軸配位子（ＡＬ）と錯化基−原子（ＣＧ’−Ｍ’）錯体の原子（Ｍ’）とのあるタイプの物理化学的な相互作用を達成し、それにより、ちょうど記載されたように、本発明に従って、分子軌道の縮重が持ち上がること、ならびに／または、錯化基−原子（ＣＧ’−Ｍ’）錯体のＨＯＭＯ−ＬＵＭＯの電子ギャップの構成および振幅の調節に関して、例示的な量子ドット（ＱＤ）として機能する錯化基−原子（ＣＧ’−Ｍ’）錯体の電子的な構成および性質を制御可能な様式で動的に変化させるか、または調節するためのシステム５５０の特定の例示的な実施形態は、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）が原子（ＭおよびＭ’）（この場合、それぞれが、Ｃｏ（ＩＩ）、Ｎｉ（ＩＩ）およびＭｇ（ＩＩ）からなる群から選択される金属原子である）を含み、錯化基（ＣＧ’およびＣＧ）が、それぞれ、化学修飾バクテリオクロロフィルであり、かつ、軸配位子（ＡＬ）が、一置換または二置換の４，４’−ビピリジン軸配位子、一置換または二置換のピラジン軸配位子、およびそれらの誘導体からなる群から選択される場合である。
【０３２４】
そのうえ、システム５５０のこの特定の例示的な実施形態の場合、活性化メカニズム（ＡＭ）は、活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）（これは、例えば、レーザー光電磁的シグナル、電気的シグナル、電子的シグナル、化学的シグナルまたは電気化学的シグナルである）を送る、本発明の一般化された合成分子スプリングデバイスの構造／機能の記載において以前には上記に示された任意のタイプの活性化メカニズム（ＡＭ）である。
【０３２５】
分子導電性に関係するような電子挙動のシステム特性を動的に制御するためにシステムにおいて合成分子スプリングデバイスを使用する方法およびその対応するシステムを実行する、図１７Ａおよび図１７Ｂに例示される下記の特定の例示的な好ましい実施形態は、電気的／電子的なトグル切り換えまたは連動スイッチングに関するものであり、これらの実施形態により、一般的には、分子エレクトロニクスの分野に対する合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の適用、そして具体的には、電子回路における電気−機械的な分子的な電気的／電子的トグルスイッチまたは連動スイッチとしての合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の適用が明らかにされる。
【０３２６】
図１７Ａおよび図１７Ｂは、電気的／電子的なトグル切り換えまたは連動スイッチングに関連するような電子挙動のシステム特性を動的に制御するために使用される合成分子スプリングデバイスを含むシステム（一般的にはシステム６００として示される）の第５の例示的な好ましい実施形態の側面図をそれぞれが例示する概略図である。
【０３２７】
本発明のこの実施形態において、活性化メカニズム（ＡＭ）による合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の活性化は、図１７Ａおよび図１７Ｂに例示されるシステム６００の選択されたユニット（Ｕ）（すなわち、電子回路Ｕ）によって示される電気的／電子的なトグル切り換えまたは連動スイッチングに関係するような電子挙動のシステム特性の動的に制御可能な変化を生じさせる。具体的には、動的に制御可能な電気的／電子的なトグル切り換えまたは連動スイッチングが、例示的な合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）に作動可能（電子的）にカップリングされた電子回路Ｕである結合ユニット（ＣＵ）における指定された電気的／電子的経路（これは図１７Ａおよび図１７Ｂにおいて点鎖線の経路（６０２）によってそれぞれ示される）に沿って生じる。より具体的には、結合ユニット（ＣＵ）における指定された電気的／電子的経路（６０２）に沿って、選択されたユニット（Ｕ）に作動可能（電子的）にカップリングされた例示的な合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）に含まれる分子リンカー（ＭＬ）の収縮線状立体配座状態および拡張線状立体配座状態の間、または、その拡張線状立体配座状態および収縮線状立体配座状態の間におけるスプリングタイプの弾性可逆的な移行が、電子回路Ｕにおける電気的／電子的トグル切り換えまたは連動スイッチングを動的に制御するために利用される。
【０３２８】
図１７Ａおよび図１７Ｂに例示されるシステム６００において、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）は、以前には上記で記載され、図１に例示される合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）のわずかに改変されたタイプに対応する。この場合、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）において、軸二座配位子（ＡＬ）が、特定のときには、２つの原子（ＭおよびＭ’）の代わりに、原子−軸配位子ペア１２の形態で、１つの原子（Ｍ）だけと可逆的かつ物理化学的にペアとなる。軸二座配位子（ＡＬ）は、異なるときには、原子−軸配位子ペア１４の形態で、第２の原子（Ｍ’）だけと可逆的かつ物理化学的にペアとなることができる。合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）はさらに２つの化学的コネクター（ＣＣおよびＣＣ’）を含む（これらは、本明細書中では、第１の化学的コネクター（ＣＣ）および第２の化学的コネクター（ＣＣ’）として示される）。
【０３２９】
第１の化学的コネクター（ＣＣ）は、図１７Ａおよび図１７Ｂに示されるように、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の錯化基ＣＧと錯化基ＣＧ’との間に広がる全長（これは本明細書中では錯化基間距離Ｄ［ＣＧ−ＣＧ’］として示される）を実質的に制約し、従って、実質的に一定に維持するために、錯化基（ＣＧ）を錯化基（ＣＧ’）に化学的に接続するために構造化され、かつ機能する。
【０３３０】
第２の化学的コネクター（ＣＣ’）は、図１７Ａおよび図１７Ｂに示されるように、２つの分子リンカー（ＭＬおよびＭＬ’）のそれぞれを軸配位子（ＡＬ）の本体部２７に化学的に接続するために構造化され、かつ機能し、それにより、２つの分子リンカー（ＭＬおよびＭＬ’）のそれぞれが、第２の化学的コネクター（ＣＣ’）に対するそれぞれの結合点（６０４および６０６）において、必ずしも等しくない２つの部分（部分１および部分２）に分けられる。
【０３３１】
図１７Ａに例示されるようなシステム６００の実施形態の上記に記載された特定の構成において、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）は、原子−軸配位子ペア１２の形態で第１の原子（Ｍ）と可逆的かつ物理化学的にペアになった軸二座配位子（ＡＬ）を特徴とし、それにより、２つの分子リンカー（ＭＬおよびＭＬ’）のそれぞれの部分１が、収縮線状立体状態（Ａ）にあり、その一方で、２つの分子リンカー（ＭＬおよびＭＬ’）のそれぞれの部分２が、拡張線状立体状態（Ｂ）にある。システム６００の操作時において、下記にさらに記載されるが、２つの分子リンカー（ＭＬおよびＭＬ’）のそれぞれの部分１は、拡張線状立体配座状態（Ｂ）に変化し、その一方で、２つの分子リンカー（ＭＬおよびＭＬ’）のそれぞれの部分２は、収縮線状立体状態（Ａ）に変化し、それにより、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）は、その場合、図１７Ｂに例示されるように、原子−軸配位子ペア１４の形態で第２の原子（Ｍ’）と可逆的かつ物理化学的にペアになった軸二座配位子（ＡＬ）を特徴とする。
【０３３２】
図１７Ａおよび図１７Ｂに示されるシステム６００の実施形態において、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）は、以前には上記に記載されたタイプの分子導電性ワイヤとしてそれぞれが好ましくは構造化され、かつ機能する結合部位（ＢＳ’、ＢＳ”およびＢＳ）を含み、それらは、効率的な電気的／電子的かつ作動可能なカップリングまたは接続を、少なくとも１つの構成成分（例えば、非限定的な様式ではあるが、図１７Ａおよび図１７Ｂに示されるように、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の実質的に弾性の分子リンカー（ＭＬ））と、選択されたユニット（Ｕ）（すなわち、電子回路Ｕ）の第１、第２および第３の電極（Ｅ１、Ｅ２およびＥ０）とのそれぞれの間に提供するためのものである。従って、電気コンダクタンス、電子コンダクタンスおよび電子トンネル効果の現象の少なくとも１つが、少なくとも１つの構成成分（例えば、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の実質的に弾性な分子リンカー（ＭＬ））と、選択されたユニット（Ｕ）（すなわち、電子回路Ｕ）の第１、第２および第３の電極（Ｅ１、Ｅ２およびＥ０）とのそれぞれの間で生じる。
【０３３３】
図１７Ａおよび図１７Ｂに示されるシステム６００の選択されたユニット（Ｕ）（すなわち、電子回路Ｕ）において、電圧源（Ｖ）により、約−１０Ｖ〜約＋１０Ｖの範囲にある振幅、好ましくは、約−２Ｖ〜約＋２Ｖの範囲にある振幅を有するＤＣまたはＡＣのいずれかの印加電位がもたらされる。電子回路Ｕにおける第１、第２および第３の電極（Ｅ１、Ｅ２およびＥ０）は、それぞれがｎｍ２〜ｃｍ２の程度の範囲の導電性表面積を有する。
【０３３４】
システム６００において、結合ユニット（ＣＵ）を形成するために、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）を、以前には上記に記載されたタイプの分子導電性ワイヤとしてそれぞれが好ましくは構造化され、かつ機能する結合部位（ＢＳ’、ＢＳ”およびＢＳ）を介して、選択されたユニット（Ｕ）（すなわち、電子回路Ｕ）の第１、第２および第３の電極（Ｅ１、Ｅ２およびＥ０）とそれぞれ作動可能にカップリングまたは結合することは、前記に記載された好ましい物理的カップリング機構の少なくとも１つおよび／または前記に記載された好ましい化学的カップリング機構の少なくとも１つを使用することによって行われる。そのようなタイプのカップリング機構のいくつかの具体的な例として、共有結合型の化学結合、配位型の化学結合、イオン型の化学結合、水素型の化学結合、およびファンデルワールス型の化学結合からなる群から選択される少なくとも１つの化学的カップリング機構との組合せまたは一体化での電気的および／または電子的なタイプの物理的カップリング機構がある。
【０３３５】
従って、あるタイプの分子導電性ワイヤとしてそれぞれが構造化され、かつ機能する結合部位（ＢＳ’、ＢＳ”およびＢＳ）は、効率的な電気的／電子的かつ作動可能なカップリングまたは接続を、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の分子リンカー（ＭＬ）または錯化基（ＣＧおよびＣＧ’）などの構成成分と、図１７Ａおよび図１７Ｂに例示されるようなシステム６００の選択されたユニット（Ｕ）（すなわち、電子回路Ｕ）の第１、第２および第３の電極（Ｅ１、Ｅ２およびＥ０）とのそれぞれの間に提供し、それにより、電気コンダクタンス、電子コンダクタンスおよび電子トンネル効果の現象の少なくとも１つが、結合部位（ＢＳ’、ＢＳ”およびＢＳ）と、選択されたユニット（Ｕ）の電極（Ｅ１、Ｅ２およびＥ０）とのそれぞれの間で生じる。
【０３３６】
システム６００の代わりの実施形態において、選択されたユニット（Ｕ）（すなわち、電子回路Ｕ）は、少なくとも１つの構成成分を介して、例えば、指定された合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の以前には上記に記載されたタイプの分子導電性ワイヤとして好ましくは構造化され、かつ機能するさらなる結合部位（ＢＳ”’）（これは図１７Ａおよび図１７Ｂには示されていない）を介して、指定された合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）に作動可能にカップリングされる第４の電極（Ｅ３）（これは図１７Ａおよび図１７Ｂには示されていない）を含む。そのような代わりの実施形態において、第４の電極（Ｅ３）は、合成分子スプリングデバイスの電気的／電子的または電気化学的なタイプの活性化メカニズム（ＡＭ）に電気的に接続するための構造および機能を特徴とする。
【０３３７】
システム６００において、あるタイプの分子導電性ワイヤとして構造化され、かつ機能するそれぞれの結合部位（ＢＳ’、ＢＳ”、ＢＳおよび場合により使用されるＢＳ”’）は、好ましくは、ナノチューブ、多共役ポリマー、ＤＮＡをテンプレートとする金または銀の導電性ワイヤ、多芳香族分子、置換された多芳香族分子、および、少なくとも１つのチオール官能基を含む置換された多芳香族分子からなる群から選択される化学的実体である。
【０３３８】
図１７Ａおよび図１７Ｂに示されるシステム６００の実施形態において、例示的な合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）に作動可能（電子的）にカップリングされた電子回路Ｕである結合ユニット（ＣＵ）では、動的に制御可能な電気的／電子的なトグル切り換えまたは連動スイッチングがそれに沿って生じる指定された電気的／電子的経路６０２は、結合部位（ＢＳ’）、実質的に弾性な分子リンカー（ＭＬ）の部分１、結合部位（ＢＳ）、実質的に弾性な分子リンカー（ＭＬ）の部分２、および結合部位（ＢＳ”）を特徴とする。これらの構成成分のそれぞれが、分子導電体として、好ましくは、以前には上記に記載されたタイプの分子導電性ワイヤとして構造化され、かつ機能し、そして、結合ユニット（ＣＵ）における指定された電気的／電子的経路６０２に沿った、図１７Ａおよび図１７ＢにおいてＩ１およびＩ２により示される電気的／電子的な電荷の流れを最適化するために選択される。
【０３３９】
システム６００の代わりの実施形態において、電子回路Ｕにおいて動的に制御可能な電気的／電子的なトグル切り換えまたは連動スイッチングがそれに沿って生じる指定された電気的／電子的経路６０２は、錯化基（ＣＧおよびＣＧ’）の少なくとも１つを含み、それにより、結合部位（ＢＳ’およびＢＳ”）の対応する少なくとも１つが、対応する錯化基（ＣＧおよびＣＧ’）とのそれぞれの間における効率的な電気的／電子的かつ作動可能なカップリングまたは接続を、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の（図１７に示されるような）実質的に弾性な分子リンカー（ＭＬ）と電子回路Ｕの第１および第２の電極（Ｅ１およびＥ２）とのそれぞれの間での代わりに提供する。従って、システム６００のそのような代わりの実施形態において、錯化基（ＣＧおよびＣＧ’）の少なくとも１つのそれぞれが、分子導電体として、好ましくは、以前には上記に記載されたタイプの分子導電性ワイヤとして構造化され、かつ機能し、そして、結合ユニット（ＣＵ）における指定された電気的／電子的経路６０２に沿った電気的／電子的な電荷の流れ（Ｉ１およびＩ２）を最適化するために選択される。
【０３４０】
一般には、図１７Ａおよび図１７Ｂに例示されるシステム６００において、活性化メカニズム（ＡＭ）は、結合ユニット（ＣＵ）に向けられた活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）（これは、例えば、レーザー光電磁的シグナル、電気的シグナル、電子的シグナル、化学的シグナルまたは電気化学的シグナルである）を送る、本発明の一般化された合成分子スプリングデバイスの構造／機能の記載において以前には上記に示された任意のタイプの活性化メカニズム（ＡＭ）である。システム６００において、活性化メカニズム（ＡＭ）は、好ましくは、大きい繰返しパルス率を有するレーザー光源である。例えば、Ｈｚ程度〜ＭＨｚ程度の範囲にある繰返し率（すなわち、オンおよびオフの切り換え）で、そして好ましくは、高速トリガーリングの場合、４０ＭＨｚの繰返し率、±３ｎｍの精度、および、約３５０ｎｍ〜約５７０ｎｍの範囲にある波長または約７００ｎｍ〜約８００ｎｍの範囲にある波長、好ましくは約４２０ｎｍ〜約４５０ｎｍの範囲にある波長で稼動するピコ秒ダイオードレーザーである。
【０３４１】
図１７Ａおよび図１７Ｂに例示されるシステム６００における、以前には上記に記載され、図１に例示される合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）に関しては、操作時において、活性化メカニズム（ＡＭ）（例えば、レーザー光源）が、活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）（すなわち、電磁放射線）を、所定の原子−軸配位子ペアに、例えば、結合ユニット（ＣＵ）の合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の所定の原子−軸配位子ペア１２に送って、所定の原子−軸配位子ペア１２を物理化学的に変化させた後、結合ユニット（ＣＵ）の合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の実質的に弾性な分子リンカー（ＭＬ）の収縮線状立体配座状態および拡張線状立体配座状態（それぞれ、（Ａ）および（Ｂ））の間におけるスプリングタイプの弾性可逆的な移行の少なくとも１回のサイクルを活性化させることが存在し、それにより、システム６００の選択されたユニット（Ｕ）（すなわち、電子回路Ｕ）によって示される電気的／電子的なトグル切り換えまたは連動スイッチングに関係する電子挙動のシステム特性における動的に制御可能な変化が生じる。
【０３４２】
より具体的には、図１７Ａに例示されるように、最初に、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）は、原子−軸配位子ペア１２の形態で第１の原子（Ｍ）と可逆的かつ物理化学的にペアになった軸二座配位子（ＡＬ）を特徴とし、それにより、２つの分子リンカー（ＭＬおよびＭＬ’）のそれぞれの部分１が、原子−軸配位子ペア１２（Ｍ−ＡＬ）の結合性相互作用のために、収縮線状立体配座状態（Ａ）にあり、その一方で、２つの分子リンカー（ＭＬおよびＭＬ’）のそれぞれの部分２が、拡張線状立体配座状態（Ｂ）にある。活性化メカニズム（ＡＭ）が、活性化シグナル（ＡＳ／ＡＳ’）を合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の所定の原子−軸配位子ペア１２に送るために活性化させられると、Ｍ−ＡＬ結合が切断され、その間に、２つの分子リンカー（ＭＬおよびＭＬ’）のそれぞれの部分１が、拡張線状立体配座状態（Ｂ）に変化し、その一方で、２つの分子リンカー（ＭＬおよびＭＬ’）のそれぞれの部分２が、収縮線状立体配座状態（Ａ）に変化し、それにより、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）は、その場合、図１７Ｂに例示されるように、原子−軸配位子ペア１４の形態で第２の原子（Ｍ’）と可逆的かつ物理化学的にペアになった軸配位子（ＡＬ）を特徴とする。これにより、結合ユニット（ＣＵ）における指定された電気的／電子的経路６０２に沿ったそれぞれの部分１および部分２の分子導電性が同時に一時的に改変させられ、すなわち、制御可能な様式で動的に変化し、それにより、システム６００の選択されたユニット（Ｕ）（すなわち、電子回路Ｕ）によって示される電気的／電子的なトグル切り換えまたは連動スイッチングに関係する電子挙動のシステム特性における動的に制御可能な変化が生じる。
【０３４３】
図１７Ａおよび図１７Ｂに示されるシステム６００の実施形態において、部分１の収縮線状立体配座状態（Ａ）から拡張線状立体配座状態（Ｂ）への、または、その拡張線状立体配座状態（Ｂ）から収縮線状立体配座状態（Ａ）へのスプリングタイプの弾性可逆的な移行は、分子リンカーの断面末端間有効距離の変化（それぞれ、ＤＥ１−ＤＣ１またはＤＣ１−ＤＥ１）として本明細書中では示されるパラメーターによって特徴づけられ、これは、線状立体配座状態における個々のスプリングタイプの弾性可逆的な移行の後での、２つの分子リンカー（ＭＬおよびＭＬ’）のそれぞれの部分１の２つの任意に選択された末端（例えば、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）に含まれる分子リンカー（ＭＬ）の部分１の末端６０８および末端６１０）の間に広がる長さ軸に沿った直線方向での「有効」距離（Ｄ１）の変化の符号（すなわち、それぞれ、正または負）および大きさを示す。同様に、部分２の拡張線状立体配座状態（Ｂ）から収縮線状立体配座状態（Ａ）への、または、その収縮線状立体配座状態（Ａ）から拡張線状立体配座状態（Ｂ）へのスプリングタイプの弾性可逆的な移行は、分子リンカーの断面末端間有効距離の変化（それぞれ、ＤＣ２−ＤＥ２またはＤＥ２−ＤＣ２）として本明細書中では示されるパラメーターによって特徴づけられ、これは、線状立体配座状態における個々のスプリングタイプの弾性可逆的な移行の後での、２つの分子リンカー（ＭＬおよびＭＬ’）のそれぞれの部分２の２つの任意に選択された末端（例えば、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）に含まれる分子リンカー（ＭＬ）の部分２の末端６１２および末端６１４）の間に広がる長さ軸に沿った直線方向での「有効」距離（Ｄ２）の変化の符号（すなわち、それぞれ、正または負）および大きさを示す。
【０３４４】
これらのパラメーターについて、ＤＣｉは、収縮線状立体配座状態（Ａ）における２つの分子リンカー（ＭＬおよびＭＬ’）のそれぞれの部分ｉの分子リンカーの断面末端間有効距離（Ｄｉ）を示し、ＤＥｉは、拡張線状立体配座状態（Ｂ）における２つの分子リンカー（ＭＬおよびＭＬ’）のそれぞれの部分ｉの分子リンカーの断面末端間有効距離（Ｄｉ）を示す。
【０３４５】
図１７Ａおよび図１７Ｂに示されるシステム６００の実施形態において、分子リンカーの断面末端間有効距離の変化（Ｄ１およびＤ２）のパラメーターは、以前に定義されたパラメーター、すなわち、図１に示されるように、線状立体配座状態における個々のスプリングタイプの弾性可逆的な移行の後での、分子リンカー（ＭＬおよびＭＬ’）のいずれかの２つの任意に選択された末端（例えば、第２の分子リンカー（ＭＬ’）の末端２４および末端２６））の間に広がる長さ方向の軸に沿った直線方向での末端間有効距離（Ｄ）の変化の符号（すなわち、それぞれ、正または負）および大きさを示す分子リンカーの末端間有効距離の変化（ＤＥ−ＤＣまたはＤＣ−ＤＥ）とそれぞれ類似している。
【０３４６】
システム６００の実施形態の操作に関しては、それにより、合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）の分子リンカー（ＭＬ）の立体配座状態の間におけるスプリングタイプの弾性可逆的な移行が、システム６００の選択されたユニット（Ｕ）（これは電子回路Ｕである）によって示される電気的／電子的なトグル切り換えまたは連動スイッチングに関係するような電子挙動のシステム特性の動的に制御可能な変化を生じさせる場合、上記で記載されたパラメーターのバリエーション、すなわち、分子リンカーの断面末端間有効距離の変化（ＤＥｉ−ＤＣｉまたはＤＣｉ−ＤＥｉ）は、従って、電子挙動のシステム特性が合成分子スプリングデバイスによって動的に制御される程度に直接関連し、かつ、その程度と相関させられる。
【０３４７】
本発明によるシステム６００の実行は、本発明のさらなる利点および利益を記載したときに以前に上記で述べられたように、広範囲の様々な異なる適用に対して商業的に適用可能である。本発明に従ってシステム６００を実行することの特に注目に値する例は、合成分子アセンブリー（ＳＭＡｓ）が、集積回路、半導体チップ、電子的センサー、ならびに分子エレクトロニクスの構成成分、機構、デバイスおよびシステムに組み入れられることによるものである。
【０３４８】
図１３〜図１７に例示される本発明の前記の５つの特定の例示的な実施形態は、本発明の新規性、進歩性および商業的適用性の以前に述べられた主要な局面、すなわち、例えば、合成分子スプリングデバイスをその構成成分の１つとして含むシステムのシステム特性（５つの前記の特定の例示的な実施形態では電子挙動である）を非常に効果的に動的に制御するために、広範囲の様々な異なる環境で操作可能なマルチパラメトリック制御可能なスプリングタイプの弾性可逆的な機能、構造および挙動を示す合成分子スプリングデバイスを使用するという主要な局面を十分に例示し、かつそのような局面と完全に一致する。
【０３４９】
以前には上記に簡単に示されたように、先行技術では、システムのシステム特性を制御するために分子デバイスを使用することが教示されている。例えば、米国特許第６２１２０９３号（Ｌｉｎｄｓｅｙに対して発行）には、電気的特性を制御するための分子システムの一部としてサンドイッチ配位化合物での金属ポルフィリンを特徴とする高密度不揮発性メモリー用の分子エレクトロニクスデバイスが開示されている。しかしながら、Ｌｉｎｄｓｅｙまたは他の先行技術はいずれも、本明細書中に開示されるようにシステムのシステム特性を動的に制御するために本発明の合成分子スプリングデバイスに含まれる合成分子アセンブリーによって示されるマルチパラメトリック制御可能なスプリングタイプの弾性可逆的な機能、構造および挙動を利用することを教示していない。
【０３５０】
従って、本発明の顕著な利点の１つは、様々な非常に異なるタイプのシステム特性（例えば、運動量、トポグラフィーおよび電子挙動）を動的に制御するための合成分子スプリングデバイスの比較的多様な適用性である。
【０３５１】
この利点の直接的な結果として、本発明のさらなる利点は、本発明の方法および対応するシステムが、分子レベルでのデバイス、およびそのような分子レベルでのデバイスを伴い、また、一般的には物理学、化学、生物学を包含し、そして具体的には、広範囲の異なるタイプの適用（この場合、それぞれの適用が、動的に制御可能なシステム特性を有するシステムを特徴とする）を伴う様々な異なる部分領域、その組合せ、およびその一体化を包含するシステムを伴う広範囲の様々な異なる技術領域および技術分野に対して一般に適用可能であるということである。
【０３５２】
より具体的には、例えば、非限定的な様式ではあるが、本発明の方法および対応するシステムは、固体物理学、固体化学、材料科学、電気活性材料、光活性材料、化学活性材料、音響材料、無機半導体および／または有機半導体、集積回路、半導体チップ、マイクロエレクトロニクス、ナノエレクトロニクス、分子エレクトロニクス、ロボット工学、化学触媒作用、生化学、生物物理学、生物物理化学、バイオメディカル化学、分子生物学およびバイオミメティクスの技術および技術分野に対して適用可能である。
【０３５３】
明確にするために別々の実施態様の文脈において記載されている本発明のいくつかの特徴はまた、単一実施態様において組合わせて提供されてもよいことが分かる。逆に、簡略化のために、単一実施態様の文脈において記載されている本発明の様々な特徴はまた、別々に、またはあらゆる適切な部分的組合わせ（ｓｕｂｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）において提供されてもよい。
【０３５４】
この明細書において挙げられているすべての出版物、特許、および特許出願は、各々の個々の出版物、特許、および特許出願が、具体的かつ個別に参照して本明細書に組込まれると指摘されているかのように同程度にその全体が参照して本明細書に組込まれる。さらには、この出願におけるあらゆる参考文献の引用または識別は、このような参考文献が、本発明の先行技術として有効であるという容認と解釈されるべきではない。
【０３５５】
本発明は、その特定の実施態様および実施例とともに記載されてはいるが、多くの代替例、修正例、および変形例が、当業者には明らかになることは明白である。したがって添付クレームの精神および広い範囲内にあるこのようなすべての代替例、修正例、および変形例を包含するものとする。
【図面の簡単な説明】
【０３５６】
【図１】本発明による合成分子スプリングデバイスの好ましい第一実施態様例の側面図を示す概略図であり、単一合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）が非限定的な例として示され、ここで（Ａ）は、収縮配座状態にある分子リンカー（ＭＬおよびＭＬ’）を示し、（Ｂ）は、拡張配座状態にある分子リンカー（ＭＬおよびＭＬ’）を示している。
【図２】本発明による合成分子スプリングデバイスの好ましい第二実施態様例の側面図を示す概略図であり、単一合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）が非限定的な例として示され、ここで（Ａ）は、収縮配座状態にある分子リンカー（ＭＬ）を示し、（Ｂ）は、拡張配座状態にある分子リンカー（ＭＬ）を示している。
【図３】本発明による合成分子スプリングデバイスの好ましい第三実施態様例の側面図を示す概略図であり、単一合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）が非限定的な例として示され、ここで（Ａ）は、収縮配座状態にある分子リンカー（ＭＬ）を示し、（Ｂ）は、拡張配座状態にある分子リンカー（ＭＬ）を示している。
【図４】本発明による合成分子スプリングデバイスの好ましい第四実施態様例の側面図を示す概略図であり、単一合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）が非限定的な例として示され、ここで（Ａ）は、収縮配座状態にある分子リンカー（ＭＬおよびＭＬ’）を示し、（Ｂ）は、拡張配座状態にある分子リンカー（ＭＬおよびＭＬ’）を示している。
【図５】本発明による合成分子スプリングデバイスの好ましい第五実施態様例の側面図を示す概略図であり、単一合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）が非限定的な例として示され、ここで（Ａ）は、収縮配座状態にある分子リンカー（ＭＬ）を示し、（Ｂ）は、拡張配座状態にある分子リンカー（ＭＬ）を示している。
【図６】非限定的な例として、スケールアップ合成分子アセンブリー（ＳＭＡ−Ｕ）と、スケールアップ活性化メカニズム（ＡＭ−Ｕ）との垂直構成を特徴とする、本発明によるスケールアップ合成分子スプリングデバイスの好ましい第一実施態様例の側面図を示す概略図である。
【図７】非限定的な例として、単一のスケールアップ合成分子アセンブリー（ＳＭＡ−Ｕ）と、スケールアップ活性化メカニズム（ＡＭ−Ｕ）との水平構成を特徴とする、本発明によるスケールアップ合成分子スプリングデバイスの好ましい第二実施態様例の側面図を示す概略図である。
【図８】非限定的な例として、スケールアップ合成分子アセンブリー（ＳＭＡ−Ｕ）と、スケールアップ活性化メカニズム（ＡＭ−Ｕ）との二次元アレー構成を特徴とする、本発明によるスケールアップ合成分子スプリングデバイスの好ましい第三実施態様例の側面図を示す概略図である。
【図９】本発明に従って、粒子運動に関係するような運動量のシステム特性を動的に制御するために使用される合成分子スプリングデバイスを含むシステムの第１の例示的な好ましい実施形態の側面図を例示する概略図である。
【図１０】本発明に従って、方向配向した粒子運動に関係するような運動量のシステム特性を動的に制御するために使用される合成分子スプリングデバイスを含むシステムの第２の例示的な好ましい実施形態の側面図を例示する概略図である。
【図１１】本発明に従って、変化する大きさ（例えば、長さなど）に関連するようなトポグラフィーのシステム特性を動的に制御するために使用される合成分子スプリングデバイスを含むシステムの第１の例示的な好ましい実施形態の側面図を例示する概略図である。
【図１２】本発明に従って、変化する大きさ（例えば、高さなど）に関連するようなトポグラフィーのシステム特性を動的に制御するために使用される合成分子スプリングデバイスを含むシステムの第２の例示的な好ましい実施形態の側面／透視図を例示する概略図である。
【図１３】本発明に従って、分子の導電性に関連するような電子挙動のシステム特性を動的に制御するために使用される合成分子スプリングデバイスを含むシステムの第１の例示的な好ましい実施形態の側面図を例示する概略図である。
【図１４】本発明に従って、分子の導電性に関連するような電子挙動のシステム特性を動的に制御するために使用される合成分子スプリングデバイスを含むシステムの第２の例示的な好ましい実施形態の側面図を例示する概略図である。
【図１５】本発明に従って、分子の導電性に関連するような電子挙動のシステム特性を動的に制御するために使用される合成分子スプリングデバイスを含むシステムの第３の例示的な好ましい実施形態の側面図を例示する概略図である。
【図１６】本発明に従って、分子の導電性に関連するような電子挙動のシステム特性を動的に制御するために使用される合成分子スプリングデバイスを含むシステムの第４の例示的な好ましい実施形態の側面図を例示する概略図である。
【図１７Ａ】本発明に従って、電気的／電子的なトグル切り換えまたは連動スイッチングに関連するような電子挙動のシステム特性を動的に制御するために使用される合成分子スプリングデバイスを含むシステムの第５の例示的な好ましい実施形態の側面図を例示する概略図である。
【図１７Ｂ】本発明に従って、電気的／電子的なトグル切り換えまたは連動スイッチングに関連するような電子挙動のシステム特性を動的に制御するために使用される合成分子スプリングデバイスを含むシステムの第５の例示的な好ましい実施形態の側面図を例示する概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【国際調査報告】
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2005534506.tif 000024