(57)【要約】合成分子スプリングデバイスは次のものを特徴とする：（ａ）合成分子アセンブリーＳＭＡであって、各拡張可能である化学モジュールは、（ｉ）少なくとも１つの原子Ｍ、（ｉｉ）原子Ｍに錯化された少なくとも１つの錯化基ＣＧ、（ｉｉｉ）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、（ｉｖ）本体を有し、かつ少なくとも１つの末端が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ＭＬを含むアセンブリーと、（ｂ）所望により原子−軸配位子ペア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。所望により、（ｖ）化学的コネクターＣＣおよび／または（ｖｉ）結合部位ＢＳを含む。【選択図】図１
2005508257.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
合成分子スプリングデバイスであって、
（ａ）少なくとも１つの化学単位またはモジュールを特徴とする合成分子アセンブリーであって、
（ｉ）少なくとも１つの原子；
（ｉｉ）前記少なくとも１つの原子の少なくとも１つに錯化された少なくとも１つの錯化基；
（ｉｉｉ）少なくとも１つの前記錯化原子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；および
（ｉｖ）本体を有し、かつ少なくとも１つの末端が前記合成分子アセンブリーの別の前記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
を含む合成分子アセンブリーと、
（ｂ）少なくとも１つの予め決定されている前記原子−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であって、前記少なくとも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、前記活性化メカニズムが前記少なくとも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を送ることにより、前記少なくとも１つの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
とを含む、合成分子スプリングデバイス。
【請求項２】
前記合成分子アセンブリーはさらに、
（ｖ）前記合成分子アセンブリーの前記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
を含む請求項１のデバイス。
【請求項３】
前記合成分子アセンブリーはさらに、
（ｖ）少なくとも１つの結合部位であって、各結合部位が、前記合成分子アセンブリーの各位置を外部エンティティーへポテンシャル結合させるために、前記合成分子アセンブリーの前記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
を含む請求項１のデバイス。
【請求項４】
前記合成分子アセンブリーはさらに、
（ｖ）前記合成分子アセンブリーの前記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と、
（ｖｉ）少なくとも１つの結合部位であって、各結合部位が、前記合成分子アセンブリーの各位置を外部エンティティーへポテンシャル結合させるために、前記合成分子アセンブリーの前記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
を含む請求項１のデバイス。
【請求項５】
前記活性化シグナルは、２つの制御可能な一般的相補レベル、すなわち一般的な第一相補レベルと一般的な第二相補レベルとを有し、一般的な各相補レベルは、規定されている振幅と持続時間とを特徴とする請求項１のデバイス。
【請求項６】
前記活性化シグナルの前記一般的な第一相補レベルは、前記少なくとも１つの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を活性化するためのものである請求項５のデバイス。
【請求項７】
前記活性化シグナルの前記一般的な第二相補レベルは、前記少なくとも１つの分子リンカーを、前記収縮線形配座状態に戻すためのものである請求項６のデバイス。
【請求項８】
前記活性化シグナルの前記一般的な第一相補レベルは、前記少なくとも１つの分子リンカーを、前記収縮線形配座状態にさせるためのものである請求項５のデバイス。
【請求項９】
前記活性化シグナルの前記一般的な第二相補レベルは、前記少なくとも１つの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を活性化するためのものである請求項８のデバイス。
【請求項１０】
前記活性化シグナルの前記一般的な各相補レベルは、少なくとも１つの特別なサブレベルを特徴とし、前記各々の特定のサブレベルは、規模、強さ、振幅、または強度を有する請求項５のデバイス。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの分子リンカーの前記スプリングタイプ弾性可逆性移行は、前記少なくとも１つの分子リンカーの２つの任意に選択された末端間の有効距離の変化の符号および規模を示すために、分子リンカー末端間有効距離変化であるパラメーターを特徴とする請求項１のデバイス。
【請求項１２】
前記錯化原子は、少なくとも１つの中性原子と、前記合成分子アセンブリーの別の前記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つの追加の化学結合を形成しうる少なくとも１つの陽電荷原子とからなる群から選択される請求項１のデバイス。
【請求項１３】
前記錯化原子は、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または陽電荷原子である請求項１のデバイス。
【請求項１４】
前記錯化原子は、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元素のカチオンである請求項１のデバイス。
【請求項１５】
前記錯化原子は、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請求項１のデバイス。
【請求項１６】
前記錯化基は、前記合成分子アセンブリーの全体構造に対して前記錯化原子を局部的に配置することによって機能する請求項１のデバイス。
【請求項１７】
前記錯化基は、前記分子リンカーの構造および位置に対して前記錯化原子を局部的に配置することによって機能する請求項１のデバイス。
【請求項１８】
前記錯化基は、前記原子−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によって機能する請求項１のデバイス。
【請求項１９】
前記錯化基は、前記分子リンカー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または調節することによって機能する請求項１のデバイス。
【請求項２０】
前記錯化基は、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前記原子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請求項１のデバイス。
【請求項２１】
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化合物である請求項１のデバイス。
【請求項２２】
環式化合物としての前記錯化基は、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請求項１のデバイス。
【請求項２３】
マクロヘテロ環式化合物としての前記錯化基は、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請求項１のデバイス。
【請求項２４】
化合物のポリアザ大環タイプとしての前記錯化基は、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請求項１のデバイス。
【請求項２５】
化合物のテトラピロールタイプとしての前記錯化基は、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請求項１のデバイス。
【請求項２６】
非環式化合物としての前記錯化基は、開放テトラピロールからなる群から選択される請求項１のデバイス。
【請求項２７】
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請求項２６のデバイス。
【請求項２８】
合成分子スプリングデバイスであって、
（ａ）１つの化学単位またはモジュールを特徴とする合成分子アセンブリーであって、
（ｉ）２つの原子；
（ｉｉ）２つの錯化基であって、各々が対応原子に錯化されているもの；
（ｉｉｉ）対応原子−軸配位子ペアを介して前記２つの原子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；および
（ｉｖ）本体を有し、かつ単一対応前記錯化基に各々が化学結合された２つの末端を有する実質的に弾性な第一分子リンカー、および本体を有し、かつ単一対応前記錯化基に各々が化学結合された２つの末端を有する実質的に弾性な第二分子リンカー
を含む合成分子アセンブリーと、
（ｂ）前記２つの原子−軸配位子ペアの少なくとも１つに動作可能に指向されている活性化メカニズムであって、前記２つの原子−軸配位子ペアの少なくとも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が前記２つの原子−軸配位子ペアの少なくとも１つへ活性化シグナルを送ることにより、前記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と
を含む、合成分子スプリングデバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野および背景
本発明は、分子レベルの合成デバイス、例えば合成分子スプリング、エンジン、および機械に関しており、より詳しくは合成分子スプリングデバイスに関する。本発明の合成分子スプリングデバイスは、一般に合成分子アセンブリーおよび活性化メカニズムを特徴とし（ｆｅａｔｕｒｉｎｇ）、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。様々なタイプの主要成分、すなわち、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および活性化メカニズムは、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。
【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、このような分子デバイスを設計し、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＋単位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】
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の一部として、潜在的に拡張可能で、相互作用的で、および／または巨視的世界と統合可能である化学単位またはモジュールの形態にある分子構造は、広い範囲の将来の分子用途におけるキー要素と予測される。
【０００７】
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、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エンティティー、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。
【０００８】
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、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、化学単位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「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。
【０００９】
現在までのところ、本発明者らは、合成分子アセンブリーおよび活性化メカニズムを特徴とし、非常に多様な異なる環境において動作可能である、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、挙動を示す、合成分子スプリングデバイスの先行技術の教示は知らない。したがってこのような合成分子スプリングデバイスへのニーズがあり、このようなデバイスを有することは非常に有利であろう。
【００１０】
発明の概要
本発明は、合成分子スプリングデバイスに関する。一般に合成分子アセンブリーおよび活性化メカニズムを特徴とするこの合成分子スプリングデバイスは、非常に多様な異なる環境において動作可能である、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、挙動を示す。様々な種類の主要成分、すなわち、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および活性化メカニズムは、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。
【００１１】
原子−軸配位子（ａｘｉａｌ  ｌｉｇａｎｄ）結合は、原子中心への軸連結反応における結合エネルギーの放出により、合成分子アセンブリーに含まれている分子リンカーの、収縮線形配座状態又は拡張線形配座状態（ｃｏｎｔｒａｃｔｅｄ  ｏｒ  ｅｘｐａｎｄｅｄ  ｌｉｎｅａｒ  ｃｏｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｌ  ｓｔａｔｅ）への変形を強いる。活性化シグナル、例えば適切な波長の電磁放射による光活性化は、配位子と原子との結合相互作用を改変させ、その結果、原子−軸配位子ペアの一部または全部解離を生じる。これによって、分子リンカーのこの収縮線形配座状態が、その平衡（緩和／拡張（ｅｘｐａｎｄ））配座状態に緩和／拡張される。この緩和／拡張は、特に分子リンカーの、一般的には合成分子アセンブリーの、付随的拡張につながる。軸連結反応に典型的な結合エネルギーは、用いられる特定の配位子、原子、溶媒、および錯化基に応じて約１０Ｋｃａｌ／モルである。このエネルギーは、分子リンカーの末端から末端までの距離における実質的な変化を引起こすのに十分であり、したがって合成分子アセンブリー構造の有効全長を変える。活性化シグナル、例えば電磁放射を終了させると、結果として配位子の原子中心への再結合／会合を生じ、分子リンカーのコンホメーションをその当初収縮配座状態へ変形させる。したがって合成分子アセンブリーの分子リンカーの線形配座状態の移行の完全なサイクルが完了し、これは活性化メカニズムを用いた連続的な活性化によって反復させることができる。
【００１２】
したがって本発明によれば、合成分子スプリングデバイスであって、（ａ）（ｉ）少なくとも１つの原子；（ｉｉ）少なくとも１つの原子の少なくとも１つに錯化された少なくとも１つの錯化基；（ｉｉｉ）少なくとも１つの錯化原子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；および（ｉｖ）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を含む、少なくとも１つの化学単位またはモジュールを特徴とする合成分子アセンブリーと、（ｂ）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であって、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（ｍｏｄｉｆｙ）ために、前記活性化メカニズムが少なくとも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を送ることにより、この少なくとも１つの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とを含む、合成分子スプリングデバイスが提供される。
【００１３】
下記の本発明の好ましい実施態様におけるさらにほかの特徴によれば、この合成分子アセンブリーはさらに、（ｖ）この合成分子アセンブリー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と、（ｖｉ）少なくとも１つの結合部位であって、各結合部位が、合成分子アセンブリーの各位置を外部エンティティーへポテンシャル結合させる（ｐｏｔｅｎｔｉａｌｌｙ  ｂｏｎｄ）ために、合成分子アセンブリー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。
【００１４】
下記の本発明の好ましい実施態様におけるさらにほかの特徴によれば、この活性化シグナルは、２つの制御可能な一般的相補レベル、すなわち一般的な第一相補レベルと一般的な第二相補レベルとを有し、一般的な各相補レベルは、規定されている振幅と持続時間とを特徴とする。
【００１５】
下記の本発明の好ましい実施態様におけるさらなるほかの特徴によれば、この活性化シグナルの一般的な第一相補レベルは、少なくとも１つの分子リンカーの収縮線形配座状態から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を活性化するためのものである。
【００１６】
下記の本発明の好ましい実施態様におけるさらなるほかの特徴によれば、この活性化シグナルの一般的な第二相補レベルは、少なくとも１つの分子リンカーを、収縮線形配座状態に戻すためのものである。
【００１７】
下記の本発明の好ましい実施態様におけるさらなるほかの特徴によれば、この活性化シグナルの一般的な各相補レベルは、少なくとも１つの特別なサブレベルを特徴とし、各々の特定のサブレベルは、規模、強さ（ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）、振幅、または強度（ｓｔｒｅｎｇｔｈ）を有する。
【００１８】
下記の本発明の好ましい実施態様におけるさらなるほかの特徴によれば、この少なくとも１つの分子リンカーのスプリングタイプ弾性可逆性移行は、この少なくとも１つの分子リンカーの２つの任意に選択された末端間の有効距離の変化の符号（ｓｉｇｎ）および規模を示すために、分子リンカー末端間有効距離変化であるパラメーターを特徴とする。
【００１９】
下記の本発明の好ましい実施態様におけるさらなるほかの特徴によれば、この錯化原子は、少なくとも１つの中性原子と、合成分子アセンブリー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つの追加の化学結合を形成しうる少なくとも１つの陽電荷原子とからなる群から選択される。
【００２０】
下記の本発明の好ましい実施態様におけるさらなるほかの特徴によれば、この錯化原子は、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元素のカチオンである。
【００２１】
下記の本発明の好ましい実施態様におけるさらなるほかの特徴によれば、この錯化基は、合成分子アセンブリーの全体構造に対してこの錯化原子を局部的に配置することによって機能し、および／またはこの錯化基は、分子リンカーの構造および位置に対してこの錯化原子を局部的に配置することによって機能する。
【００２２】
下記の本発明の好ましい実施態様におけるさらなるほかの特徴によれば、この錯化基は、原子−軸配位子ペアの結合／脱結合（ｄｅｂｏｎｄｉｎｇ）エネルギーを調整または調節することによって機能する。
【００２３】
下記の本発明の好ましい実施態様におけるさらなるほかの特徴によれば、この錯化基は、分子リンカー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活性化エネルギーを調整または調節することによって機能する。
【００２４】
下記の本発明の好ましい実施態様におけるさらなるほかの特徴によれば、この錯化基は、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この原子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。
【００２５】
下記の本発明の好ましい実施態様におけるさらなるほかの特徴によれば、この錯化基は、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化合物である。
【００２６】
本発明のもう１つの側面によれば、合成分子スプリングデバイスであって、（ａ）（ｉ）２つの原子；（ｉｉ）２つの錯化基であって、各々が対応原子に錯化されているもの；（ｉｉｉ）対応原子−軸配位子ペアを介してこれら２つの原子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；および（ｉｖ）本体を有し、かつ単一対応前記錯化基に各々が化学結合された２つの末端を有する実質的に弾性な第一分子リンカー、および本体を有し、かつ単一対応前記錯化基に各々が化学結合された２つの末端を有する実質的に弾性な第二分子リンカーを含む、１つの化学単位またはモジュールを特徴とする合成分子アセンブリーと、（ｂ）２つの原子−軸配位子ペアの少なくとも１つに動作可能に指向されている活性化メカニズムであって、２つの原子−軸配位子ペアの少なくとも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が２つの原子−軸配位子ペアの少なくとも１つへ活性化シグナルを送ることにより、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とを含む、合成分子スプリングデバイスが提供される。
【００２７】
本発明は、合成分子レベルデバイス、例えば合成分子スプリングの現在知られている構成のいくつかの基本的欠点および制限をうまく克服する。
【００２８】
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、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、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、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、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、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、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、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、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。
【００２９】
好ましい実施態様の説明
本発明は、合成分子スプリングデバイスに関する。本明細書において、本発明は、分子構造およびアセンブリーの形態で自然に存在する成分および要素に基づいた「天然」分子スプリングデバイス、例えば特定条件下に、分子スプリングデバイスの特性および機能を示すと考えられる分子構造およびアセンブリーの自然に存在する「生化学」または「分子生物学」タイプとは対照的に、合成化学の技術を用いて合成的に製造および／または変性される成分および要素に基づいた「合成」分子スプリングデバイスに関しており、これに焦点を当てることが注目される。
【００３０】
本発明の新規性、進歩性、および商業的適用可能性の主要な側面は、この合成分子スプリングデバイスが、一般的に非常に特殊なタイプの環境においてのみ動作可能な、限定されたパラメーターの制御可能なスプリングタイプ弾性構造、機能、および挙動を示しうる先行技術の合成分子スプリングタイプデバイスとは非常に対照的に、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、および挙動を示すということである。
【００３１】
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。
【００３２】
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対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。
【００３３】
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。
【００３４】
本発明のいくつかの具体的な独特の側面および利点は、次のとおりである：
−  こ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。
−  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。この特性は、分子デバイスが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。
−  こ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において、化学制御のみが利用可能であり、これによってこの合成分子スプリングデバイスの実施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。
−  この合成分子スプリングデバイス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、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。
【００３５】
本発明の合成分子スプリングデバイスは、可変操作条件下および多様な異なる環境において動作可能であり、巨視的世界の一部であるか、またはこれと組合わせられ、かつこれと相互作用的である。例えば合成分子スプリングデバイスの実施の一部として、この合成分子アセンブリーは、固体状態、液体状態、気体状態、およびこれらの組合わせからなる群から選択される物質の状態において１つの統一体として、分子レベルにおける機械的作業を遂行するため、基質分子のコンホメーションを機械的に改変するため、あるいは分子レベルにおけるその他のあらゆる操作のために用いることができる。特に、この合成分子アセンブリーは、基質と物理化学的に相互作用的な多様な方法で用いることができる。この場合、基質は、例えば分子または巨大分子エンティティーであるか、または原子の複合体である。
【００３６】
本発明は、その適用において、下記の説明、図面、または実施例に記載されている、その適用される合成分子スプリングデバイスの成分の構成、配列、および組成の詳細に、あるいはこのデバイスの操作または実施工程の順序または配列の詳細に限定されないと理解すべきである。例えば下記の説明は、本発明の実施を例証するために、この合成分子スプリングデバイスの実際に適用しうるものであって、かつ潜在的に商業的に実現可能ないくつかの好ましい実施態様例のみを包含している。本発明は、その他の実施態様も可能であり、あるいは様々な方法で実施または実行しうる。同様に、本明細書において用いられている表現法、用語法、および表記法は、説明を目的としており、限定的なものと見なすべきではないと理解すべきである。例えば合成分子スプリングデバイスの活性化メカニズムの活性化シグナルの機能を記載するために用いられている用語法および表記法に関しては、本明細書において具体的に下に記載される。
【００３７】
本発明による合成分子スプリングデバイスは、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、同様な成分または要素のことである。すぐ後には、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および機能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５つの異なる好ましい実施態様例の詳細な説明および例証が続く。
【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：（ａ）（ｉ）少なくとも１つの原子（Ｍ）、（ｉｉ）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）、（ｉｉｉ）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（ｉｖ）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つの化学単位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（ｂ）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少なくとも１つのサイクルが活性化されるもの。
【００３９】
この合成分子アセンブリー（ＳＭＡ）は任意に、追加成分：（ｖ）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（ｖｉ）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またはデバイスの外部エンティティー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、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】
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。
【００４１】
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つの予め決定されている分子リンカー（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の活性化が行われる。
【００４２】
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。
【００４３】
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、好ましくは規模、強さ、振幅、または強度の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。
【００４４】
予め決定されている分子リンカー（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「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。
【００４５】
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、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。
【００４６】
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：（ａ）（ｉ）２つの原子ＭおよびＭ’、（ｉｉ）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、（ｉｉｉ）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（ｉｖ）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つの化学単位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（ｂ）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。
【００４７】
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：（ｖ）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（ｖｉ）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またはデバイスの外部エンティティー（図１に示されていない）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る。
【００４８】
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移行にしたがって、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。
【００４９】
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、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。
【００５０】
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：（ａ）（ｉ）３つの原子Ｍ、Ｍ’、およびＭ’’、（ｉｉ）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、（ｉｉｉ）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（ｉｖ）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つの化学単位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（ｂ）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。
【００５１】
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：（ｖ）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（ｖｉ）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またはデバイスの外部エンティティー（図２に示されていない）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。
【００５２】
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。
【００５３】
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、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。
【００５４】
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：（ａ）（ｉ）１つの原子Ｍ、（ｉｉ）原子Ｍに錯化された１つの錯化基ＣＧ、（ｉｉｉ）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（ｉｖ）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つの化学単位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（ｂ）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。
【００５５】
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：（ｖ）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（ｖｉ）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のこれらの位置を、より包含的なメカニズムまたはデバイスの外部エンティティー（図３に示されていない）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。
【００５６】
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。
【００５７】
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、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。
【００５８】
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：（ａ）（ｉ）１つの原子Ｍ、（ｉｉ）原子Ｍに錯化された１つの錯化基ＣＧ、（ｉｉｉ）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（ｉｖ）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つの化学単位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（ｂ）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。
【００５９】
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：（ｖ）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（ｖｉ）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またはデバイスの外部エンティティー（図４に示されていない）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。
【００６０】
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。
【００６１】
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、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。
【００６２】
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：（ａ）（ｉ）２つの原子ＭおよびＭ’、（ｉｉ）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’；（ｉｉｉ）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（ｉｖ）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つの化学単位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（ｂ）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。
【００６３】
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：（ｖ）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（ｖｉ）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のこれらの位置を、より包含的なメカニズムまたはデバイスの外部エンティティー（図５に示されていない）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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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、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少なくとも１つのサイクルを活性化する。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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との間の関係の性質は、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。
【００７２】
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の一対の非相互作用的または非結合的成分の形態にある。
【００７３】
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の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。
【００７４】
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。好ましくは原子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元素のカチオンである。より好ましくは原子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。
【００７５】
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予め決定されている分子リンカー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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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】
2005508257.tif 000003
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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】
2005508257.tif 000004
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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エンティティーであり、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。
【０１０７】
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、それぞれが例えば、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単一対応錯化基ＣＧに化学結合されている２つの末端を有する。
【０１０８】
一般に分子リンカーＭＬは、少なくとも２つの個々の原子のエンティティーと少なくとも２つの分子のエンティティーとからなる群から選択される化学的エンティティーである。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エンティティーである。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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、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、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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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、好ましくは規模、強さ、振幅、または強度の複数の特定のサブレベルを特徴とする。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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、活性化シグナルの化学型を送る化学的メカニズム、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、活性化シグナルの磁気型を送る磁気メカニズム、活性化シグナルの音響型を送る音響メカニズム、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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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、およびこれらの組合わせからなる群から選択される。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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単位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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
この場合、レーザー光波長は理想的には、これが合成分子アセンブリーＳＭＡの錯化基ＣＧ、原子Ｍ、軸配位子ＡＬ錯体について、一般的には約３５０ｎｍ〜約９００ｎｍの範囲にある吸収最大値に相当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の場合、一般的には約３８０ｎｍ〜約４６０ｎｍの範囲にあるソレー吸収帯の領域のレーザー光波長を有することが望まれる。これは例えば、４２０ｎｍ波長において評価された場合のプラス／マイナス３ｎｍの精度で、４０ＭＨｚ反復率で操作されるピコ秒ダイオードレーザーを用いて達成される。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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メカニズムをカチオン−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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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エンティティーであり、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エンティティーである。
【０１３９】
結合部位ＢＳは主として、合成分子アセンブリーＳＭＡの少なくとも一部を、より包含的なメカニズムデバイスの外部エンティティ（図面に示されていない）部分またはこれから離れた部分に結合することによって機能する。
【０１４０】
結合部位ＢＳの第二機能は、複数の化学単位またはモジュールを特徴とする「多分子」合成分子アセンブリーＳＭＡのスケールアップアセンブリーにおいて指向されたモジュール性を供給することである。例えばスケールアップアセンブリーのビルディングブロックタイプにしたがって、特定のねじ切り（ｔｈｒｅａｄｉｎｇ）または連結可能性を規定することによって、複数の化学単位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の大きい多分子構造のボトムアップセルフアセンブリーの連結性のタイプおよび構成を予め決定することが可能である。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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エンティティーであり、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エンティティーである。
【０１４３】
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、合成分子アセンブリーＳＭＡのユニット（ｕｎｉｔａｒｙ）またはモジュール特徴によって拡張可能である（ｓｃａｌａｂｌｅ）。これは、巨視的世界への合成分子スプリングデバイスの組合わせおよび実行に関する本発明の重要な特徴である。
【０１４４】
本発明の一般化された合成分子スプリングデバイスの説明によれば、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つの化学単位またはモジュールを特徴とする。すなわち、（ｉ）少なくとも１つの原子Ｍ、（ｉｉ）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、（ｉｉｉ）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（ｉｖ）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。
【０１４５】
さらには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、（ｖ）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（ｖｉ）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またはデバイスの外部エンティティー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、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。
【０１４６】
したがって定義によれば、合成分子アセンブリーＳＭＡは、上記の化学単位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単位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、例えば複数の化学単位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る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形成するためにスケールアップされる。
【０１４７】
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の連結単位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つのほかの単位またはモジュールを連結するための連結単位またはモジュールとして機能する。複数の化学単位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の各化学単位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。
【０１４８】
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単位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の複数の化学単位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。
【０１４９】
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。
【０１５０】
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、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。下記の図解には具体的に示されていないが、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。
【０１５１】
図６は、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。
【０１５２】
図７は、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。
【０１５３】
図８は、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。
【０１５４】
直前の記載によって明白に示されているように、個々の化学単位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の複数の化学単位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。
【０１５５】
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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
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】
【０１５８】
【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る。
【図６】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】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】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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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年6月30日(2003.6.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
合成分子スプリングデバイスであって、
（ａ）少なくとも１つの化学単位またはモジュールを有する合成分子アセンブリーであって、
（ｉ）少なくとも１つの原子；
（ｉｉ）前記少なくとも１つの原子の少なくとも１つに錯化された少なくとも１つの錯化基；
（ｉｉｉ）少なくとも１つの前記錯化原子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；および
（ｉｖ）本体を有し、かつ少なくとも１つの末端が前記合成分子アセンブリーの別の前記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
を含む合成分子アセンブリーと、
（ｂ）少なくとも１つの予め決定されている前記原子−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であって、前記少なくとも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、前記活性化メカニズムが前記少なくとも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を送ることにより、前記少なくとも１つの実質的に弾性な分子リンカーの収縮線形配座状態と拡張線形配座状態との間の、または前記拡張線形配座状態と前記収縮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と
を含む、合成分子スプリングデバイス。
【請求項２】
前記錯化原子と前記軸配位子との間に前記可逆的物理化学的にペアを形成することの性質は、化学相互作用または結合であることから、前記錯化原子と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ている一対の２つの非相互作用的または非結合的成分であることまで、様々なものである請求項１のデバイス。
【請求項３】
前記化学相互作用または結合は共有結合、配位結合、およびイオン結合からなる群から選択される請求項２のデバイス。
【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を形成することの性質は化学結合であり、および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を形成することの前記性質は前記錯化原子と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ている一対の２つの非相互作用的または非結合的成分である請求項１のデバイス。
【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を形成することの性質は前記錯化原子と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ている一対の２つの非相互作用的または非結合的成分であり、および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を形成することの性質は化学結合である請求項１のデバイス。
【請求項６】
前記錯化原子は、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のデバイス。
【請求項７】
前記錯化原子は、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のデバイス。
【請求項８】
前記錯化原子は、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のデバイス。
【請求項９】
前記錯化原子は、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元素のカチオンである請求項１のデバイス。
【請求項１０】
前記錯化基は、前記合成分子アセンブリーの全体構造に対して前記錯化基の前記錯化原子を局部的に配置するために機能する請求項１のデバイス。
【請求項１１】
前記錯化基は、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前記錯化基の前記錯化原子を局部的に配置するために機能する請求項１のデバイス。
【請求項１２】
前記錯化基は、前記予め決定されている原子−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のデバイス。
【請求項１３】
前記錯化基は、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のデバイス。
【請求項１４】
前記錯化基は、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のデバイス。
【請求項１５】
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化合物である請求項１のデバイス。
【請求項１６】
前記錯化基は、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環式化合物である請求項１のデバイス。
【請求項１７】
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のデバイス。
【請求項１８】
前記錯化基は、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化合物のポリアザ大環タイプである請求項１のデバイス。
【請求項１９】
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のデバイス。
【請求項２０】
前記錯化基が、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請求項１のデバイス。
【請求項２１】
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のデバイス。
【請求項２２】
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である請求項１のデバイス。
【請求項２３】
前記錯化基は、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のデバイス。
【請求項２４】
前記軸配位子は、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つのほか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のデバイス。
【請求項２５】
前記軸配位子は、前記錯化原子に加えて、追加の前記錯化原子、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つのほか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のデバイス。
【請求項２６】
前記軸配位子は、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つのほか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可逆性移行を誘発するために機能する請求項１のデバイス。
【請求項２７】
前記軸配位子は、前記予め決定されている原子−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のデバイス。
【請求項２８】
前記軸配位子は、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のデバイス。
【請求項２９】
前記軸配位子は、前記合成分子アセンブリーの全体構造に対して前記原子を局部的に配置するために機能する請求項１のデバイス。
【請求項３０】
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のデバイス。
【請求項３１】
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のデバイス。
【請求項３２】
前記軸配位子は、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中性化合物である請求項１のデバイス。
【請求項３３】
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のデバイス。
【請求項３４】
前記軸配位子は、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中性化合物である請求項１のデバイス。
【請求項３５】
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のデバイス。
【請求項３６】
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のデバイス。
【請求項３７】
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、前記実質的に弾性な分子リンカーの前記スプリングタイプ弾性可逆性機能、および挙動を特徴とする請求項３６のデバイス。
【請求項３８】
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、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、前記実質的に弾性な分子リンカーである請求項１のデバイス。
【請求項３９】
前記実質的に弾性な分子リンカーは、前記合成分子アセンブリーの前記収縮線形配座状態および拡張線形配座状態に関して、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のデバイス。
【請求項４０】
前記実質的に弾性な分子リンカーは、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のデバイス。
【請求項４１】
前記実質的に弾性な分子リンカーは、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のデバイス。
【請求項４２】
前記実質的に弾性な分子リンカーは、それぞれが異なる単一の前記錯化基に化学結合されている２つの末端を有する請求項１のデバイス。
【請求項４３】
前記実質的に弾性な分子リンカーは、少なくとも２つの個々の原子と少なくとも２つの分子とからなる群から選択される化学的エンティティーである請求項１のデバイス。
【請求項４４】
前記実質的に弾性な分子リンカーは、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化学的エンティティーである請求項１のデバイス。
【請求項４５】
前記実質的に弾性な分子リンカーは、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請求項１のデバイス。
【請求項４６】
前記実質的に弾性な分子リンカーは、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択される化合物である請求項１のデバイス。
【請求項４７】
前記活性化シグナルは、２つの制御可能な一般的相補レベルを有し、各相補レベルは、規定されている振幅と持続時間とを有する請求項１のデバイス。
【請求項４８】
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つの予め決定されている原子−軸配位子ペアに送られ、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の活性化が行われ、前記活性化シグナルの前記一般的な第二相補レベルは、前記少なくとも１つの実質的に弾性な分子リンカーを、前記収縮線形配座状態に戻すことを可能とする請求項４７のデバイス。
【請求項４９】
前記活性化シグナルの前記一般的な第一相補レベルは、前記少なくとも１つの実質的に弾性な分子リンカーを、前記収縮線形配座状態に戻すことを可能とし、前記活性化シグナルの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ニ指向を介して、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つの予め決定されている原子−軸配位子ペアに送られ、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の活性化が行われる請求項４７のデバイス。
【請求項５０】
前記活性化シグナルの前記一般的な各相補レベルは、規模、強さ、振幅、または強度を有する少なくとも１つの特別なサブレベルを特徴とする請求項４７のデバイス。
【請求項５１】
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つの予め決定されている原子−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（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、からなる群から選択される請求項４７のデバイス。
【請求項５２】
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のデバイス。
【請求項５３】
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のデバイス。
【請求項５４】
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、前記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、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のデバイス。
【請求項５５】
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のデバイス。
【請求項５６】
前記活性化メカニズムは、前記活性化シグナルの還元／酸化型を発生させて送る活性化メカニズムの還元／酸化ベース電気化学型である請求項１のデバイス。
【請求項５７】
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成分の物理化学的タイプおよび構造にしたがって選択される請求項１のデバイス。
【請求項５８】
前記活性化メカニズムは、前記合成分子アセンブリーの少なくとも１つの前記予め決定されている前記原子−軸配位子ペアを物理化学的に変性するために、約３５０ｎｍ〜約９００ｎｍの範囲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シグナルの電磁型を送る活性化メカニズムのレーザービームベース電磁型である請求項１のデバイス。
【請求項５９】
前記レーザービームはＨｚのオーダー〜ＭＨｚのオーダーの範囲にある反復率で動作する請求項５８のデバイス。
【請求項６０】
前記レーザービームは４０ＭＨｚの反復率で動作する請求項５８のデバイス。
【請求項６１】
前記活性化メカニズムは、前記合成分子アセンブリーの少なくとも１つの前記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、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前記活性化シグナルの電気化学的還元型を送り、および約＋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前記活性化シグナルの電気化学的酸化型を送る活性化メカニズムの還元／酸化ベース電気化学型である請求項１のデバイス。
【請求項６２】
前記活性化メカニズムは、前記合成分子アセンブリーの少なくとも１つの前記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、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的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的デプロトネーション型を送る活性化メカニズムのプロトネーション−デプロトネーションベース化学型である請求項１のデバイス。
【請求項６３】
前記合成分子アセンブリーの前記化学単位またはモジュールはさらに、（ｖ）前記合成分子アセンブリーの前記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を含む請求項１のデバイス。
【請求項６４】
前記化学的コネクターは、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６３のデバイス。
【請求項６５】
前記化学的コネクターは、原子と分子とからなる群から選択される化学的エンティティーである請求項６３のデバイス。
【請求項６６】
前記合成分子アセンブリーの前記化学単位またはモジュールはさらに、
（ｖｉ）少なくとも１つの結合部位であって、各結合部位が、前記合成分子アセンブリーの各位置を外部エンティティーへポテンシャル結合させるために、前記合成分子アセンブリーの前記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
を含む請求項１のデバイス。
【請求項６７】
前記結合部位は、複数の前記結合部位によって互いに化学的に結合または連結されている複数の前記化学単位またはモジュールを特徴とする前記合成分子アセンブリーの多分子形成のスケールアップアセンブリーにおいて指向されたモジュール性および連結性を供給するために機能する請求項６６のデバイス。
【請求項６８】
前記結合部位は、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６６のデバイス。
【請求項６９】
前記結合部位は、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、前記結合部位は少なくとも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６６のデバイス。
【請求項７０】
前記結合部位は、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、前記合成分子アセンブリーの少なくとも１つのほかの前記成分へ化学結合されている化学的エンティティーであり、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請求項６６のデバイス。
【請求項７１】
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エンティティーである請求項６６のデバイス。
【請求項７２】
前記合成分子アセンブリーは、単一の前記合成分子アセンブリーの前記化学単位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るスケールアップされた合成分子アセンブリーであり、前記スケールアップされた合成分子アセンブリーの各化学単位またはモジュールは、前記成分を含み、単一の前記化学単位またはモジュールの機能を示す請求項１のデバイス。
【請求項７３】
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単位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、可変寸法および柔軟性を有する請求項７２のデバイス。
【請求項７４】
前記スケールアップされた合成分子アセンブリーの各化学単位またはモジュールは、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７２のデバイス。
【請求項７５】
前記単一の化学単位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単位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りうる、および相乗作用的に拡張可能でありうるからなる群から選択される様式で拡張可能である請求項７２のデバイス。
【請求項７６】
合成分子スプリングデバイスであって、
（ａ）１つの化学単位またはモジュールを有する合成分子アセンブリーであって、
（ｉ）２つの原子；
（ｉｉ）２つの錯化基であって、各々が対応原子に錯化されているもの；
（ｉｉｉ）対応原子−軸配位子ペアを介して前記２つの原子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；および
（ｉｖ）本体を有し、かつ単一対応前記錯化基に各々が化学結合された２つの末端を有する実質的に弾性な第一分子リンカー、および本体を有し、かつ単一対応前記錯化基に各々が化学結合された２つの末端を有する実質的に弾性な第二分子リンカー
を含む合成分子アセンブリーと、
（ｂ）前記２つの原子−軸配位子ペアの少なくとも１つに動作可能に指向されている活性化メカニズムであって、前記２つの原子−軸配位子ペアの少なくとも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が前記２つの原子−軸配位子ペアの少なくとも１つへ活性化シグナルを送ることにより、少なくとも１つの前記実質的に弾性の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間の、または前記拡張線形配座状態と前記収縮線形配座状態と間の、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と
を含む、合成分子スプリングデバイス。
【国際調査報告】
2005508257.tif 000078