(57)【要約】【課題】精密な配置の２次元ナノ粒子構造体を容易に製造する。【解決手段】基台１上に、脂質二重層２を形成し、核酸２１、２２の塩基配列の少なくとも一部に、相補反応する一本鎖の相補反応部２１ａ，２２ａを有した核酸により、修飾されたナノ粒子１１，１２を、脂質二重層上に堆積し、脂質二重層の構成分子を加熱して流動させることにより、ナノ粒子間を相補反応部により相補反応させて、ナノ粒子間を結合して、ナノ粒子の２次元配列を得る。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノ粒子構造体の製造方法において、
基台上に、脂質二重層を形成し、
核酸の塩基配列の少なくとも一部に、相補反応する相補反応部を有した核酸により、修飾されたナノ粒子を、前記脂質二重層上に堆積し、
前記脂質二重層の構成分子を加熱して流動させることにより、前記ナノ粒子間を前記相補反応部により相補反応させて、前記ナノ粒子間を結合して、
前記ナノ粒子の２次元配列を得ることを特徴とする
ナノ粒子構造体の製造方法。
【請求項２】
前記脂質二重層は、ジドデシルジメチルアンモニウムブロマイド（ＤＤＡＢ）から成ることを特徴とする請求項１に記載のナノ粒子構造体の製造方法。
【請求項３】
前記ナノ粒子間は、それらのナノ粒子を修飾している核酸のそれぞれの相補反応部が相補反応することにより、結合されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のナノ粒子構造体の製造方法。
【請求項４】
前記脂質二重層上に、前記ナノ粒子を修飾している核酸とは別の核酸であって、核酸の塩基配列の少なくとも一部に、相補反応する相補反応部を有した連結用の核酸を配置し、
その後に、核酸により修飾された前記ナノ粒子を、前記脂質二重層上に堆積し、
連結用の核酸の相補反応部と、前記ナノ粒子の有する核酸の相補反応部とを相補反応させて、異なるナノ粒子を連結用の核酸を介して結合させた結合部を、ナノ粒子間の全結合のうちの少なくとも一部に設けた
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載のナノ粒子構造体の製造方法。
【請求項５】
前記核酸は、全長に渡って一本鎖の核酸であることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載のナノ粒子構造体の製造方法。
【請求項６】
前記核酸は、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ＰＮＡ、ＬＮＡ、または、ＢＮＡであることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載のナノ粒子構造体の製造方法。
【請求項７】
ナノ粒子構造体において、
前記ナノ粒子構造体を形成するための基台と、
前記基台の表面に形成された脂質二重層と、
前記脂質二重層上に形成された、核酸の塩基配列の少なくとも一部に、相補反応する相補反応部を有した核酸により修飾されたナノ粒子であって、前記ナノ粒子間は前記相補反応部による相補反応により結合された前記ナノ粒子の２次元配列と
を有する
ことを特徴とするナノ粒子構造体。
【請求項８】
前記脂質二重層は、ジドデシルジメチルアンモニウムブロマイド（ＤＤＡＢ）から成ることを特徴とする請求項７に記載のナノ粒子構造体。
【請求項９】
前記ナノ粒子間は、それらのナノ粒子を修飾している核酸のそれぞれの相補反応部が相補反応することにより、結合されていることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載のナノ粒子構造体。
【請求項１０】
前記ナノ粒子間は、前記ナノ粒子を修飾している核酸とは別の核酸であって、核酸の塩基配列の少なくとも一部に、相補反応する相補反応部を有し、前記ナノ粒子の２次元配列の形状を決定する連結用の核酸を介して、連結用の核酸の相補反応部と、前記ナノ粒子の有する核酸の相補反応部との相補反応により結合させた結合部を、ナノ粒子間の全結合のうちの少なくとも一部に設けた
ことを特徴とする請求項７乃至請求項９の何れか１項に記載のナノ粒子構造体。
【請求項１１】
前記核酸は、全長に渡って一本鎖の核酸であることを特徴とする請求項７乃至請求項１０の何れか１項に記載のナノ粒子構造体。
【請求項１２】
前記核酸は、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ＰＮＡ、ＬＮＡ、または、ＢＮＡであることを特徴とする請求項７乃至請求項１１の何れか１項に記載のナノ粒子構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２次元ナノ粒子構造体（結晶）とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、ＤＮＡにおける塩基配列の相補性を利用して、ナノ粒子の結晶を得ることが研究されている。非特許文献１、２、３では、Ａｕナノ粒子を、相補反応をする一本鎖の結合部を先端に有したＤＮＡで修飾して、ＤＮＡの相補反応を用いてＡｕ粒子を自己組織化により結晶化することが行われている。例えば、Ａｕナノ粒子の面心立方格子、体心立方格子などの結晶が製造できることが提案されている。
【０００３】
また、特許文献１には、核酸で修飾された微粒子同士を結合して、担体上に配置したり、担体上に形成されたテンプレート核酸と、微粒子の核酸とを相補反応させて、担体上に微粒子を配置した触媒が開示されている。
また、特許文献２には、３分岐ＤＮＡの先端に相補反応領域を形成することで、相補反応によりＤＮＡの球体が形成され、この球の内部に金属体を担持できることが開示されている。
また、特許文献３には、ＤＮＡの自己組織化性を利用して、基板上にＤＮＡの格子構造を形成して、金属粒子がＤＮＡに結合せず基板に結合する性質を利用して、基板表面が露出した各窓に金属粒子を配列することが開示されている。
また、特許文献４には、センシングを目的する物質以外の物質の吸着を防止するために脂質２重膜と自己組織化能力を有するタンパク質との複合膜を基板上に形成して、目的物質をＦｃ領域結合部位に吸着することが開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】DNA-programmable nanoparticle crystallization(nature06508,Vol.451,Sung Yong Park   他）
【非特許文献２】Nanoparticle Superlattice Engineering with DNA(SCIENCE,VOL.334,Robert J.Macfarlane   他）
【非特許文献３】DNA-guided crystallization of colloidal nanoparticles(nature06560,Vol.451,Dmytro Nykypanchuk   他）
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１１９３６６
【特許文献２】特開２００３−２５９８６９
【特許文献３】特開２０００−１９０３００
【特許文献４】特開２００７−１２１２７６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、非特許文献１、２、３は、金属ナノ粒子を自己組織化により３次元配列させた立体結晶であり、２次元結晶については、何ら示唆していない。また、特許文献１は、粉末に対して特定の位置関係で金属微粒子を結合するためにＤＮＡの相補性を用いる方法であって、基板上にナノ粒子の２次元結晶を形成する方法ではない。また、特許文献２は、３分岐したＤＮＡの自己組織化によりＤＮＡの球体を形成して、内部空間に金属粒子を担持する方法であり、基板上にナノ粒子の２次元結晶を形成する方法ではない。また、特許文献３は、ＤＮＡの自己組織化により２次元の格子構造を基板上に形成しているが、窓に保持される粒子とＤＮＡとの結合は用いられていない。また、特許文献４は、脂質２重膜とＤＮＡとの複合層が用いられているが、ナノ粒子の２次元配列構造を形成するものではない。
このように、従来技術は、ナノ粒子の３次元結晶をＤＮＡの相補性を用いて形成するものであって、ナノ粒子の２次元配列構造を形成することは、全く、知られていない。
【０００７】
そこで、本発明は、ナノ粒子の２次元配列構造を容易に得ることを目的とし、コロイドフォトニック結晶、メタマテリアルなど、多様な用途を有する２次元ナノ粒子構造体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本製造方法の発明は、ナノ粒子構造体の製造方法において、基台上に、脂質二重層を形成し、核酸の塩基配列の少なくとも一部に、相補反応する相補反応部を有した核酸により、修飾されたナノ粒子を、脂質二重層上に堆積し、脂質二重層の構成分子を加熱して流動させることにより、ナノ粒子間を相補反応部により相補反応させて、ナノ粒子間を結合して、ナノ粒子の２次元配列を得ることを特徴とするナノ粒子構造体の製造方法である。
【０００９】
また、物の発明は、ナノ粒子構造体において、ナノ粒子構造体を形成するための基台と、基台の表面に形成された脂質二重層と、脂質二重層上に形成された、核酸の塩基配列の少なくとも一部に、相補反応する相補反応部を有した核酸により修飾されたナノ粒子であって、ナノ粒子間は相補反応部による相補反応により結合されたナノ粒子の２次元配列とを有することを特徴とするナノ粒子構造体である。
【００１０】
本発明において、脂質二重層は、ジドデシルジメチルアンモニウムブロマイド(Didodecyldimethylammonium Bromid)（ＤＤＡＢ）を用いることが望ましい。表面の分子（頭部）が正に帯電した脂質二重層を用いることで、負に帯電した核酸を吸着することができる。脂質二重層は、ＤＤＡＢの他、１，２−ジオレオイル−３−トリメチルアンモニウムプロパン（1,2-dioleoyl-3-trimethylammonium-propane（ＤＯＴＡＰ）、１，２，ジミリストイル−３−トリメチルアンモニウムプロパン（1,2-dimyristoyl-3-trimethylammonium-propane （ＤＭＴＡＰ）、１，２−ジ−Ｏ−オクタデシル−３−トリメチルアンモニウムプロパン（1,2-di-O-octadecenyl-3-trimethylammonium propane）（ＤＯＴＭＡ）など用いることができる。本発明では、脂質二重層の流動性と頭部の正の帯電性を用いて、ナノ粒子の自己組織化を容易にしている。したがって、加熱による流動性と表面分子の正の帯電性を有する物質であれば、ＤＤＡＢの他、各種の脂質二重層を用いることができる。また、脂質二重層には、頭部が正に帯電したカチオン性脂質だけで構成する他、カチオン性脂質に、頭部が負に帯電したアニオン性脂質を混合させた脂質、カチオン性脂質に中性脂質を混合させた脂質、カチオン性脂質に、アニオン性脂質と中性脂質とを混合させた脂質であって、全体として正の帯電性を有した脂質を用いることができる。
【００１１】
上記の発明において、核酸により修飾されたナノ粒子とは、核酸とナノ粒子とが接続されていることを意味する。核酸の末端とナノ粒子の構成原子とが化学結合していても良い。この場合に核酸の末端をナノ粒子の構成原子と化合する置換基に置換した上で、この置換基とナノ粒子の構成原子とを結合させても良い。また、物理的に、ナノ粒子の表面に核酸が吸着されて接続された状態であっても良い。上記発明において、相補反応部は、他の相補反応部に対して、塩基配列が順次相補反応する配列を有した部分である。相補反応部は、他の相補反応部と相補反応するためには反応直前には、一般的には、１本鎖であることが必要である。例えば、反応前から元々、相補反応部が１本鎖である場合の他、相補反応をする一方又は両方の相補反応部は、短い二本鎖であって、反応直前に短い１本鎖（塩基対）が剥がれて、２つの相補反応部が１本鎖となって相補反応して２本鎖となる場合もある。また、相補反応をする一方又は両方の相補反応部が、ループ状又はヘアピン状に一部結合していて一部２本鎖となっているものが、反応直前に、２つの反応部が１本鎖に解けて、それらの１本鎖が相補反応する場合がある。相補反応部以外の核酸の部分は、１本鎖であっても、２本鎖であっても良い。また、核酸の塩基配列の少なくとも一部に、元々、又は、反応直前に、相補反応部が形成されれば良い。核酸の先端部に相補反応部が、元々、形成されていたり、又は、反応直前に形成されることが望ましい。また、核酸の全体に渡って１本鎖であっても良い。また、相補反応部は２本鎖であっても良い。２本鎖の相補反応部が相補反応して４本鎖となることもある。例えば、ＧＧＧＧ…の塩基配列（グアニンのみの配列）の場合に相補反応により４重鎖を形成し、グアニン４重鎖を形成する。したがって、相補反応部は、他の核酸と相補反応する部分として定義される。相補反応部以外の部分の核酸は、１本鎖、２本鎖、４本鎖など、任意である。
【００１２】
上記発明において、ナノ粒子の結合の一つの態様は、ナノ粒子間が、それらのナノ粒子を修飾している核酸のそれぞれの相補反応部が相補反応することにより、結合されることである。また、ナノ粒子の結合の他の態様は、ナノ粒子を修飾している核酸以外の核酸を用いて結合する態様である。すなわち、脂質二重層上に、ナノ粒子を修飾している核酸とは別の核酸であって、核酸の塩基配列の少なくとも一部に、相補反応する一本鎖の相補反応部を有した連結用の核酸を配置し、その後に、核酸により修飾されたナノ粒子を、脂質二重層上に堆積し、連結用の核酸の相補反応部と、ナノ粒子の有する核酸の相補反応部とを相補反応させて、異なるナノ粒子を連結用の核酸を介して結合させた結合部を、ナノ粒子間の全結合のうちの少なくとも一部に設けるようにすることができる。また、物の発明では、ナノ粒子間は、ナノ粒子を修飾している核酸とは別の核酸であって、核酸の塩基配列の少なくとも一部に、相補反応する一本鎖の相補反応部を有し、ナノ粒子の２次元配列の形状を決定する連結用の核酸を介して、連結用の核酸の相補反応部と、ナノ粒子の有する核酸の相補反応部との相補反応により結合させた結合部を、ナノ粒子間の全結合のうちの少なくとも一部に設けたナノ粒子構造体である。
【００１３】
この場合に、隣接するナノ粒子間をナノ粒子を修飾している核酸で直接接合している領域と、ナノ粒子を修飾している核酸以外の連結用の核酸を用いて、ナノ粒子間を間接的に接続している領域とが混在していても良い。連結用の核酸を用いることで、ナノ粒子の２次元配列の形状を容易に制御することが可能となる。
【００１４】
また、本発明において、核酸は、先端部や中央部の一部が１本鎖で他が２本鎖の場合、反応直前に相補反応部の２本鎖の短い方の鎖が剥がれて１本鎖となる場合など、任意である。全長に渡って一本鎖の核酸であることが望ましい。また、核酸は、ＤＮＡ（デオキシリボ核酸）、ＲＮＡ（リボ核酸）、ＰＮＡ（ペプチド核酸）、ＬＮＡ（ロックト核酸）、または、ＢＮＡ（架橋核酸）を用いることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、脂質二重層を用いているので、ナノ粒子の２次元配列構造を精度良く容易に製造することができる。また、精密なナノ粒子の２次元配列構造が得られるので、本発明のナノ粒子構造体は、興味ある光学特性、電磁気特性を示すメタマテリアルとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明のナノ粒子構造体を形成する表面に脂質二重層が形成された基板の斜視図。
【図２】本発明に係る核酸で修飾されたナノ粒子を示す説明図。
【図３】本発明に係る核酸で修飾されたナノ粒子の結合を示した説明図。
【図４】本発明に係る核酸で修飾されたナノ粒子の結合を示した説明図。
【図５】本発明に係るナノ粒子の自己組織化の過程を説明した斜視図。
【図６】本発明に係るナノ粒子の自己組織化の過程を説明した断面図。
【図７】本発明の製造工程に係る温度時間特性。
【図８】本発明の各製造工程における表面のＡＦＭ像。
【図９】本発明の実施例２に係る連結用のＤＮＡを用いた２次元ナノ粒子構造を示した平面図。
【図１０】本発明の実施例２に係る連結用のＤＮＡを用いた２次元ナノ粒子構造を示した斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を具体的な一実施例に基づいて説明する。本発明の以下の実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００１８】
図１に示すように、基板１の表面上に、脂質二重層２を、ベシクルフュージョン法を用いて形成した。基板１にはマイカ、脂質二重層２はジドデシルジメチルアンモニウムブロマイド（ＤＤＡＢ）を用いた。ナノ粒子は、Ａｕを用いた。図２は、核酸で修飾されたナノ粒子の模式図である。核酸には、ＤＮＡを用いた。Ａｕ粒子をＤＮＡで修飾する方法は、公知の方法を用いることができる。例えば、Ａｕ粒子のコロイド溶液に、ＤＮＡ分子の末端（５’末端、又は、３’末端）にチオール基を付けたＤＮＡを混合することでＡｕ粒子にＤＮＡを接続することができる。また、Ａｕとの反応基は、チオール基の他、任意の反応基を用いることができる。図３、図４は、２つのＡｕ粒子がＤＮＡで結合される様子を示している。本実施例のＤＮＡは、全長に渡り１本鎖のＤＮＡである。Ａｕ粒子１１はＤＮＡ２１で修飾され、Ａｕ粒子１２はＤＮＡ２２で修飾されている。そして、ＤＮＡ２１は、先端部に相補反応部２１ａを有し、ＤＮＡ２２は、先端部に相補反応部２２ａを有している。なお、全長に渡り１本鎖でなくとも、先端部分の相補反応部だけが１本鎖であっても良い。Ａｕ粒子に結合するＤＮＡの本数を制御する方法として、相補反応部を有したＤＮＡと相補反応部を有してないＤＮＡとの混合比を変化させる方法がある。また、相補反応部を有したＤＮＡとＤＮＡの末端にナノ粒子に対する反応基を付加しないＤＮＡとの混合比を変化させる方法がある。また、ナノ粒子に吸着する材料（繊維など）と相補反応部を有したＤＮＡとの混合比を制御する方法がある。
【００１９】
ＤＮＡは情報がヌクレオチドの一次配列にその塩基単位アデニン（Ａ）、グアニン（Ｇ）、シトシン（Ｃ）及びチミン（Ｔ）によってコードされている。ＤＮＡの一本鎖は相補反応（ハイブリダイゼーション）によって、それらの相補鎖を認識し結合して二本鎖核酸二重らせん構造を形成する。これはＡがＴを認識し、ＧがＣを認識するという核酸固有の塩基対形成性によって起こる。与えられた配列は正確且つ相補的な配列にのみハイブリダイズするので、原子・分子レベルで高い塩基配列特異性を有する。
【００２０】
相補反応部２１ａの先端２１１から根元２１２に向かう塩基配列の塩基と、相補反応部２２ａの根元２２２から先端２２１に向かう塩基配列の塩基とが、全て相補反応する。例えば、相補反応部２１ａは、先端２１１から根元２１２に向けて「ＡＴＧＴＣＧＡＡＴＧ」の順で配列された１０個の塩基から成る。また、相補反応部２２ａは、根元２２２から先端２２１に向けて「ＴＡＣＡＧＣＴＴＡＣ」の順で配列された１０個の塩基から成る。この配列により、相補反応部２１ａと相補反応部２２ａの全長に渡り、塩基（Ａ，Ｔ）、（Ｇ，Ｃ）の対が形成される結果、相補反応部２１ａと相補反応部２２ａとは塩基の相補反応により結合して２本鎖となる。ＤＮＡ２１の相補反応部２１ａ以外の基礎部２１ｂの塩基配列と、ＤＮＡ２２の相補反応部２２ａ以外の基礎部２２ｂの塩基配列とは、相補反応性が満たされないように構成されている。このようなＤＮＡの塩基配列のプログラミング法は、公知である。例えば、ハミング距離に基づく設計法、最少自由エネルギーに基づく設計法、de novo デザインなどを用いることができる。
【００２１】
この結果、ＤＮＡ２１で修飾されたＡｕ粒子１１に対するＤＮＡ２２で修飾されたＡｕ粒子１２の相対位置が変化すると、相補反応部２１ａと相補反応部２２ａとが結合する。相補反応部２１ａと相補反応部２２ａの長さ、基礎部２１ｂと基礎部２２ｂの長さを調整することで、Ａｕ粒子１１とＡｕ粒子１２との距離を制御することができる。
【００２２】
次に、ＤＮＡで修飾されたナノ粒子を、脂質二重層２の表面上に滴下する。このときの様子を図５に示す。次に、温度を室温２５℃から３５分かけて６０℃まで昇温して、その温度を６０分保持して、塩基の相補反応を起こさせる。このときの様子を、図６に示す。まず、図６（ｂ）に示すように、Ａｕ粒子１１のＤＮＡは脂質二重層２の表面分子に吸着される。脂質二重層２の表面の親水基は正に帯電しており、ＤＮＡは負に帯電している。したがって、クーロン力により、Ａｕ粒子のＤＮＡが脂質二重層２の表面に良好に吸着される。この状態において、加熱すると、脂質二重層が相転移し表面分子が流動する。この結果、図６（ｃ）に示すように、図４に示したＡｕ粒子１１のＤＮＡ２１とＡｕ粒子１２のＤＮＡ２２とが、接触する確率が高くなり、そられの相補反応部２１ａと相補反応部２２ａとが相補反応により結合することになる。この結果、図５（ｃ）に示すように、多数のＡｕ粒子は、ＤＮＡの長さによって決定される粒子間距離の稠密構造又は超格子構造に自己組織化的に結集する。この状態から、室温に冷却することで、脂質二重層が固相に相転移することで、Ａｕの２次元ナノ構造が固定される。図７は、ナノ粒子構造体を製造する場合の温度履歴特性を示している。
【００２３】
ナノ粒子の２次元配列が完成した時点で、ＤＮＡは焼失させたり、全体を樹脂で覆ってナノ粒子を固定したりしても良い。また、基板上に形成する脂質二重層を微細形状にパターニングして、各微細領域にのみナノ粒子の２次元配列を形成して、各領域を一つの素子とすれば、基板上に集積回路を形成することも可能である。
【００２４】
次に、製造の各段階における表面のＡＦＭ像を測定した。その結果を図８に示す。図８（ａ）は、基板１上に脂質二重層２を形成した状態の基板表面のＡＦＭ像である。図８（ｂ）は、ＤＮＡで修飾されたＡｕ粒子を脂質二重層２上に吸着させた状態での表面のＡＦＭ像である。ＤＮＡで修飾されたＡｕ粒子は、脂質二重層２の表面上に吸着されているが、Ａｕ粒子の２次元配列は観測されていない。図８（ｃ）は、試料を６０℃で６０分、保持した後に室温まで徐冷した後の脂質二重層２の表面のＡＦＭ像である。Ａｕ粒子が稠密構造又は超格子構造に２次元配列していることが観測された。
【実施例２】
【００２５】
図９の（ａ）に示すように、脂質二重層２の表面上に、３分岐した連結用のＤＮＡ３１、３２をパターニングにより形成した。また、図９の（ｂ）に示すように、脂質二重層２の表面上に、三角形、四角形の形状に、連結用のＤＮＡ３１、３２を形成した。このＤＮＡ３１、３２の３分岐の全ての先端部分には、それぞれ、１本鎖の相補反応部３１ａ、３２ａが形成されている。また、三角形、四角形の角部からは１本鎖の相補反応部３１ａ、３２ａが伸びている。これらの相補反応部３１ａ、３２ａは、実施例１で用いたＡｕ粒子１１、１２の相補反応部２１ａ、２２ａに対して、相補反応をするように塩基が配列されている。その後、ＤＮＡで修飾されたＡｕ粒子１１、１２を脂質二重層２上に滴下して、加熱すれば、連結用のＤＮＡ３１、３２の３分岐の先端にＡｕ粒子１１、１２が接合する。このようにすれば、連結用のＤＮＡの２次元パターンにより、任意の２次元構造の粒子配列を形成することができる。また、連結用のＤＮＡの３分岐の先端の３つの相補反応部や、三角形、四角形の角部の３つ、又は４つの相補反応部を、異なる塩基配列にして、それぞれの枝に別の元素から成るナノ粒子を結合すれば、複数元素の新たな２次元化合物が形成される。また、この場合に、ナノ粒子間が連結用のＤＮＡで間接的に接続される領域と、ナノ粒子間がそれらのナノ粒子を修飾しているＤＮＡで直接接続される領域とが、混在していても良い。以上のようにナノ粒子の２次元配列構造を得ることで、例えば、任意の２次元結晶構造を有した化合物半導体、合金などの新規な物理特性を有する材料や、メタマテリアルなどを得ることができる。
【００２６】
また、図１０に示すように方法で製造することも可能である。図１０に示すように、正四面体形状のＤＮＡを形成して、底面の三角形の３つの角に相補反応部３１ａ、３１ｂ、３１ｃを設けた連結用のＤＮＡ３１を形成する。又は、三角形にＤＮＡを形成して３つの角に相補反応部３２ａ、３２ｂ、３２ｃを設けた連結用のＤＮＡ３２を形成する。元素の異なるそれぞれのナノ粒子は、この３つの相補反応部にそれぞれ相補反応をする相補反応部を有したＤＮＡで修飾されている。これらのＤＮＡで修飾された各ナノ粒子と、連結用のＤＮＡ３１、３２を混合して、脂質二重層の上に混合液を滴下して加熱することで、相補反応と自己組織化による結晶化を実現することができる。異なる元素のナノ粒子をどの結晶構造の位置に配置するかは、連結用のＤＮＡ３１、３２における相補反応部３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３２ａ、３２ｂ、３２ｃの塩基配列の種類により決定することができる。また、この場合に、ナノ粒子間が連結用のＤＮＡで間接的に接続される領域と、ナノ粒子間がそれらのナノ粒子を修飾しているＤＮＡで直接接続される領域とが、混在していても良い。以上のようにナノ粒子の２次元配列構造を得ることで、任意の結晶構造を有した化合物や合金を得ることができる。また、単一元素のナノ粒子を用いる場合には、単一元素の新たな２次元結晶構造を有した材料を得ることができる。
【００２７】
上記全実施例において、相補反応部は１本鎖で説明したが、相補反応すれば、反応直前に１本鎖が剥離して、相補反応部が１本鎖となるもの、剥離して反応性のある２本鎖となるもの、元々、相補反応性のありる２本鎖で構成しても良い。基板は、脂質二重層が形成される基板であれば、任意である。例えば、Ｓｉ、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＳｉＣなどの半導体、Ａｌ2 Ｏ3 、ＳｉＣ、ＺｎＯ、ＴｉＮ、ＳｉＯ3 などのセラミックス、樹脂基板などを用いることができる。また、ナノ粒子の元素は、任意である。
また、核酸にはＤＮＡを用いているが、本発明は核酸の相補反応性を用いているので、ＤＮＡと類似のＲＮＡ、ＰＮＡ、ＬＮＡ、または、ＢＮＡを用いることができるのは明らかである。
【００２８】
また、本発明は、脂質二重層の頭部の正の帯電性による核酸の吸着力と、流動性を用いているので、脂質二重層は、頭部が正に帯電し、温度や光や他の物理特性により流動性が得られる材料であれば、任意である。
【００２９】
また、ナノ粒子の大きさは任意であるが、粒径４〜５ｎｍ、粒径８〜１１ｎｍ、粒径１６〜１７ｎｍ程度とすることができる。また、ナノ粒子は、核酸で修飾できれば、任意の元素を用いることができる。例えば、Ａｕの他、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｌｉ，Ａｇ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｖ，Ｃｕ，Ａｌ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅ, Ｍｇなどである。また、ナノ粒子自体を、これら金属間の合金、これら金属の少なくとも１種と他の原子との合金、例えば、Ｎｉ−Ｍｇ合金を用いることができる。また、ナノ粒子には、半導体、ＴｉＯ2 、又は、誘電体などを用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、面上にナノ粒子の２次元配列構造を、任意に設計できることから、興味ある物理特性を示すコロイドフォトニック結晶、メタマテリアルなどの光学材料を得ることができる。また、基板上に、ナノ粒子の２次元配列構造を素子する集積回路などを形成することができる。
【符号の説明】
【００３１】
１…基板
２…脂質二重層
１１，１２…Ａｕ粒子
２１，２２…ＤＮＡ
３１，３２…連結用のＤＮＡ
２１ａ，２２ａ，３１ａ，３２ａ…相補反応部
【図６】
2015000450.tif 000003
【図７】
2015000450.tif 000004
【図９】
2015000450.tif 000005
【図１】
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【図２】
2015000450.tif 000007
【図３】
2015000450.tif 000008
【図４】
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【図５】
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【図８】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年7月2日(2014.7.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】配列表
【補正方法】追加
【補正の内容】
【配列表】
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