(57)【要約】有機回路素子および有機導体が、前記回路または有機導体の導電性を変化させるために化学修飾することのできる電子アクセプターおよびドナーと一緒に開示される。前記有機回路素子は、複数の部材を含み、それらの各々はオリゴヌクレオチド二本鎖を含む。前記複数の部材は、前記電子ドナーから伝導電子を受容するための少なくとも1つのドナー部材と、前記伝導電子を吸引する領域を提供するために前記電子アクセプターと連絡するための少なくとも1つのアクセプター部材と、および接合部で電界を制御する電界制御体と協働する目的で、前記複数の部材のうちの少なくとも1つと交差して少なくとも1つの電界制御接合部を画定する少なくとも1つの制御体部材と、を含む。導電性核酸物質内の第1および第2位置の間の電気信号を制御する方法は、前記導電性核酸物質に結合している電子アクセプターまたは電子ドナーを化学修飾する手段を含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の部材の各々がオリゴヌクレオチド二本鎖を含み、
i）電子ドナーから伝導電子を受容するための少なくとも1つのドナー部材；
ii）伝導電子を吸引するための領域を提供するために電子アクセプターと連絡するための少なくとも1つのアクセプター部材；および
iii）接合部で電界を制御するために電界制御体と協働する目的で、複数の部材の少なくとも1つと交差して少なくとも1つの電界制御接合部を画定する少なくとも1つの制御体部材、を含む、複数の部材を含む有機回路素子であって、
電子ドナーまたは電子アクセプターが、回路素子の導電性を維持する条件下で有機回路素子の導電性を変化させるために可逆的に化学修飾されるのに適合している有機回路素子。
【請求項２】
部材の少なくとも一部が、導電性金属を含有するオリゴヌクレオチド二本鎖を含む、請求項1記載の有機回路素子。
【請求項３】
部材の各々が、導電性金属を含有するオリゴヌクレオチド二本鎖を含む、請求項1記載の有機回路素子。
【請求項４】
少なくとも1つのドナー部材および少なくとも1つのアクセプター部材の各々が、導電性金属を含有するオリゴヌクレオチド二本鎖を含む、請求項1記載の有機回路素子。
【請求項５】
ドナー部材と電気的に連絡している電子ドナーをさらに含む、請求項2記載の有機回路素子。
【請求項６】
アクセプター部材と電気的に連絡している電子アクセプターをさらに含む、請求項2記載の有機回路素子。
【請求項７】
制御体部材と電気的に連絡している電界制御体をさらに含む、請求項2記載の有機回路素子。
【請求項８】
ドナー部材と電気的に連絡している電子ドナーをさらに含み、そしてアクセプター部材と電気的に連絡している電子アクセプターをさらに含む、請求項7記載の有機回路素子。
【請求項９】
ドナー部材、アクセプター部材および制御体部材が、交差して電界制御接合部を画定する、請求項2記載の有機回路素子。
【請求項１０】
制御体部材が、ドナー部材およびアクセプター部材のうちの1つと交差して電界制御接合部を画定する、請求項2記載の有機回路素子。
【請求項１１】
複数の部材が共通の部材を含み、そしてドナー部材、アクセプター部材および制御体部材が各々第1、第2、および第3位置で共通部材と交差し、第3位置が電界制御接合部を画定する、請求項2記載の有機回路素子。
【請求項１２】
少なくとも1つの制御体部材が複数の制御体部材を含み、複数の制御体部材が複数の部材の他の各部材と交差して少なくとも1つの電界制御接合部を画定する、請求項2記載の有機回路素子。
【請求項１３】
導電性金属を含有するオリゴヌクレオチド二本鎖が第1核酸鎖および第2核酸鎖を含み、第1および第2核酸鎖が1つの骨格によって共有結合した各複数の窒素含有芳香族塩基を含み、第1核酸鎖の窒素含有芳香族塩基が水素結合によって第2核酸鎖の窒素含有芳香族塩基へ結合され、第1および第2核酸鎖上の窒素含有芳香族塩基が導電性金属を含有するオリゴヌクレオチド二本鎖の長さに沿ってスタック配置で水素結合した塩基対を形成し、水素結合した塩基対が窒素含有芳香族塩基の1つにおいて窒素原子へ配位結合されたインターキレート化金属カチオンを含む、請求項2記載の有機回路素子。
【請求項１４】
インターキレート化金属カチオンが、インターキレート化二価金属カチオンを含む、請求項13記載の有機回路素子。
【請求項１５】
二価金属カチオンが、亜鉛、コバルトおよびニッケルからなる群より選択される、請求項14記載の有機回路素子。
【請求項１６】
金属カチオンが、
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のカチオンからなる群より選択される、請求項13記載の有機回路素子。
【請求項１７】
第1および第2核酸鎖がデオキシリボ核酸を含み、窒素含有芳香族塩基がアデニン、チミン、グアニンおよびシトシンからなる群より選択される、請求項14記載の有機回路素子。
【請求項１８】
二価金属カチオンで窒素含有芳香族塩基のイミンプロトンが置換され、窒素含有芳香族塩基がチミンおよびグアニンからなる群より選択される、請求項14記載の有機回路素子。
【請求項１９】
窒素含有芳香族塩基の少なくとも1つがN3窒素原子を有するチミンを含み、二価金属カチオンがN3窒素原子によって配位結合されている、請求項14記載の有機回路素子。
【請求項２０】
窒素含有芳香族塩基の少なくとも1つがN1窒素原子を有するグアニンを含み、そして二価金属カチオンがN1窒素原子によって配位結合されている、請求項14記載の有機回路素子。
【請求項２１】
電子ドナーが、ドナー部材へ電子を供与することができる電極を含む、請求項8記載の有機回路素子。
【請求項２２】
電子アクセプターが、アクセプター部材から電子を受容することができる電極を含む、請求項8記載の有機回路素子。
【請求項２３】
電子ドナーがドナー部材へ電子を供与することができる電子ドナー分子を含む、請求項8記載の有機回路素子。
【請求項２４】
電子ドナー分子が、蛍光分子を含む、請求項23記載の有機回路素子。
【請求項２５】
電子ドナー分子が、フルオレセインを含む、請求項24記載の有機回路素子。
【請求項２６】
電子アクセプターが、アクセプター部材から電子を受容することができる電子アクセプター分子を含む、請求項8記載の有機回路素子。
【請求項２７】
電子アクセプター分子が、蛍光分子を含む、請求項26記載の有機回路素子。
【請求項２８】
電子アクセプター分子が、ローダミンを含む、請求項27記載の有機回路素子。
【請求項２９】
電界制御体が、制御体発色団を含む、請求項8記載の有機回路素子。
【請求項３０】
電界制御体が、蛍光分子を含む、請求項8記載の有機回路素子。
【請求項３１】
電界制御体が、フルオレセインを含む、請求項8記載の有機回路素子。
【請求項３２】
電界制御体が、ローダミンを含む、請求項8記載の有機回路素子。
【請求項３３】
制御体発色団が、ある波長範囲内の放射線を吸収する、請求項29記載の有機回路素子。
【請求項３４】
電子アクセプターが、アクセプター部材からの電子の受容に反応して、ある波長範囲内の放射線を放出することができる発色団を含む、請求項8記載の有機回路素子。
【請求項３５】
電界制御体が、電極を含む、請求項8記載の有機回路素子。
【請求項３６】
電界制御体が複数の状態を含み、複数の状態のうちの各状態が電界制御接合部で各静電電位を発生させるために選択可能である、請求項8記載の有機回路素子。
【請求項３７】
状態が、印加された外部電位に反応して選択可能である、請求項36記載の有機回路素子。
【請求項３８】
請求項8記載の有機回路素子を含み、電子ドナーへ伝導電子を供給するため、および電子アクセプターから伝導電子を受容するための導電性媒体をさらに含むシステム。
【請求項３９】
電子が電子ドナーから流れて、ドナー部材を経由し、電界制御接合部を経由し、アクセプター部材を経由し、電子アクセプターを経由し、そして電子ドナーに戻る閉回路を提供するために、導電性媒体が電子ドナーに電子を供与することができ、かつ電子アクセプターから電子を受容することができる、請求項38記載のシステム。
【請求項４０】
導電性媒体が、水溶液を含む、請求項39記載のシステム。
【請求項４１】
導電性媒体が、導電性ワイヤーを含む、請求項39記載のシステム。
【請求項４２】
有機回路素子を製造する方法であって、方法が、複数の部材を形成させるために複数のオリゴヌクレオチドをアニーリングする手段および処理する手段を含み、複数の部材の各部材が二本鎖部分を形成するように整列したオリゴヌクレオチド対を含み、複数の部材が、
a）電子ドナーから伝導電子を受容するための少なくとも1つのドナー部材；
b）伝導電子を吸引するための領域を提供するために電子アクセプターと連絡するための少なくとも1つのアクセプター部材；および
c）接合部で電界を制御するために電界制御体と協働する目的で、複数の部材の少なくとも1つと交差して少なくとも1つの電界制御接合部を画定する少なくとも1つの制御体部材、を含む方法。
【請求項４３】
ドナー部材と電気的に連絡している電子ドナーを配置する手段をさらに含む、請求項42記載の方法。
【請求項４４】
アクセプター部材と電気的に連絡している電子アクセプターを配置する手段をさらに含む、請求項42記載の方法。
【請求項４５】
制御体部材と電気的に連絡している電界制御体を配置する手段をさらに含む、請求項42記載の方法。
【請求項４６】
ドナー部材およびアクセプター部材と各々電気的に連絡している電子ドナーおよび電子アクセプターを配置する手段をさらに含む、請求項45記載の方法。
【請求項４７】
アニーリングする手段および処理する手段が、ドナー部材、アクセプター部材および制御体部材が交差して電界制御接合部を画定する構成で複数の部材を形成するために複数のオリゴヌクレオチドをアニーリングする手段および処理する手段を含む、請求項42記載の方法。
【請求項４８】
アニーリングする手段および処理する手段が、制御体部材がドナー部材およびアクセプター部材の一方と交差して電界制御接合部を画定する構成で複数の部材を形成するために複数のオリゴヌクレオチドをアニーリングする手段および処理する手段を含む、請求項42記載の方法。
【請求項４９】
複数の部材が共通の部材を含み、アニーリングする手段および処理する手段が、ドナー部材、アクセプター部材および制御体部材が各々第1、第2、および第3位置で共通部材と交差して第3位置が電界制御接合部を画定する構成で複数の部材を形成するために複数のオリゴヌクレオチドをアニーリングする手段および処理する手段を含む、請求項42記載の方法。
【請求項５０】
複数の部材が複数の制御体部材を含み、アニーリングする手段および処理する手段が、複数の制御体部材が複数の部材と交差して少なくとも1つの電界制御接合部を画定する構成で複数の部材を形成するために複数のオリゴヌクレオチドをアニーリングする手段および処理する手段を含む、請求項42記載の方法。
【請求項５１】
アニーリングする手段が二本鎖部分を形成するために有効な条件下で複数のオリゴヌクレオチドをアニーリングする手段を含み、処理する手段が少なくとも1つの電界制御接合部を形成させるために有効な条件下で複数のオリゴヌクレオチドを処理する手段を含む、請求項42記載の方法。
【請求項５２】
オリゴヌクレオチドが、1つの骨格によって共有結合した複数の窒素含有芳香族塩基を含む、請求項42記載の方法。
【請求項５３】
オリゴヌクレオチドが、アデニン、チミン、グアニン、シトシン、およびウラシルからなる群より選択される窒素含有芳香族塩基を含むデオキシリボ核酸を含む、請求項52記載の方法。
【請求項５４】
二本鎖部分が導電性金属を含有するオリゴヌクレオチド二本鎖部分を含み、導電性金属を含有するオリゴヌクレオチド二本鎖部分がオリゴヌクレオチドの第1鎖および第2鎖を含み、第1鎖の窒素含有芳香族塩基が水素結合によって第2鎖の窒素含有芳香族塩基に結合し、第1および第2鎖上の窒素含有芳香族塩基が導電性金属を含有するオリゴヌクレオチド二本鎖部分の長さに沿ってスタック配置で水素結合した塩基対を形成し、水素結合した塩基対が窒素含有芳香族塩基の1つにおいて窒素原子に配位結合されたインターキレート化金属カチオンを含む、請求項52記載の方法。
【請求項５５】
インターキレート化金属カチオンが、インターキレート化二価金属カチオンを含む、請求項54記載の方法。
【請求項５６】
アニーリングする手段が、導電性金属を含有するオリゴヌクレオチド二本鎖部分を形成するために有効な条件下で複数のオリゴヌクレオチドを塩基性溶液に供させる手段を含む、請求項55記載の方法。
【請求項５７】
導電性金属を含有するオリゴヌクレオチド二本鎖部分を形成するために有効な条件が、導電性金属を含有するオリゴヌクレオチド二本鎖部分鎖内の窒素含有芳香族塩基のイミンプロトンが二価金属カチオンで置換されるために有効である、請求項56記載の方法。
【請求項５８】
塩基性溶液が、少なくともpH７である、請求項56記載の方法。
【請求項５９】
塩基性溶液が、約1：1.5から約1：2.0の核酸対金属イオン比を有する、請求項56記載の方法。
【請求項６０】
二価金属カチオンが、亜鉛、コバルトおよびニッケルからなる群より選択される、請求項55記載の方法。
【請求項６１】
金属カチオンが、
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のカチオンからなる群より選択される、請求項54記載の方法。
【請求項６２】
二価金属カチオンで窒素含有芳香族塩基のイミンプロトンが置換され、窒素含有芳香族塩基がチミンおよびグアニンからなる群より選択される、請求項55記載の方法。
【請求項６３】
窒素含有芳香族塩基の少なくとも1つがN3窒素原子を有するチミンを含み、二価金属カチオンがN3窒素原子によって配位結合されている、請求項55記載の方法。
【請求項６４】
窒素含有芳香族塩基の少なくとも1つがN1窒素原子を有するグアニンを含み、二価金属カチオンがN1窒素原子によって配位結合されている、請求項55記載の方法。
【請求項６５】
電子ドナーが、ドナー部材へ電子を供与することのできる電子ドナー分子を含む、請求項46記載の方法。
【請求項６６】
電子アクセプターが、アクセプター部材から電子を受容することができる電子アクセプター分子を含む、請求項46記載の方法。
【請求項６７】
電子ドナー分子が、蛍光分子を含む、請求項65記載の方法。
【請求項６８】
電子アクセプター分子が、蛍光分子を含む、請求項66記載の方法。
【請求項６９】
電子ドナー分子が、フルオレセインを含む、請求項67記載の方法。
【請求項７０】
電子アクセプター分子が、ローダミンを含む、請求項68記載の方法。
【請求項７１】
電子ドナーが、ドナー部材へ電子を供与することができる電極を含む、請求項46記載の方法。
【請求項７２】
電子アクセプターが、アクセプター部材から電子を受容することができる電極を含む、請求項46記載の方法。
【請求項７３】
電界制御体が、制御体発色団を含む、請求項46記載の方法。
【請求項７４】
電界制御体が、蛍光分子を含む、請求項46記載の方法。
【請求項７５】
電界制御体が、フルオレセインを含む、請求項46記載の方法。
【請求項７６】
電界制御体が、ローダミンを含む、請求項46記載の方法。
【請求項７７】
制御体発色団が、ある波長範囲内の放射線を吸収する、請求項73記載の方法。
【請求項７８】
電子アクセプターが、アクセプター部材からの電子の受容に反応して、ある波長範囲内の放射線を放出することができる発色団を含む、請求項46記載の方法。
【請求項７９】
処理する手段が、電界制御接合部を形成するために有効な条件下で複数のオリゴヌクレオチドを塩基性溶液に供させる手段を含む、請求項42記載の方法。
【請求項８０】
電界制御体が、電極を含む、請求項46記載の方法。
【請求項８１】
電界制御体が複数の状態を含み、複数の状態のうちの各状態が電界制御接合部で各静電電位を発生させるために選択可能である、請求項46記載の方法。
【請求項８２】
導電性核酸物質内の第1および第2位置の間の電気信号を制御する方法であって、方法が第1および第2位置の間に挿入された核酸物質内の第3位置で静電電位を変動させる手段をさらに含む方法。
【請求項８３】
変動させる手段が第3位置と連絡している電界制御体の複数の状態のうちの1つを選択する手段を含み、これらの状態の各々が第3位置での各静電電位に対応する、請求項82記載の方法。
【請求項８４】
選択する手段が、電界制御体を照射する手段を含む、請求項83記載の方法。
【請求項８５】
電界制御体が蛍光分子および発色団からなる群より選択され、選択する手段が電界制御体を照射する手段を含む、請求項83記載の方法。
【請求項８６】
電界制御体が発色団を含み、選択する手段が電界制御体を照射する手段を含む、請求項83記載の方法。
【請求項８７】
照射する手段が、第3位置に印加する負の静電電位を発生させるために発色団を照射する手段を含む、請求項86記載の方法。
【請求項８８】
選択する手段が、電界制御体へ外部電位を印加する手段を含む、請求項83記載の方法。
【請求項８９】
電界制御体が電極を含み、選択する手段が電極へ外部電位を印加する手段を含む、請求項83記載の方法。
【請求項９０】
印加する手段が、第3位置へ負の静電電位を印加するために電極上へ少なくとも1つの電子を置く手段を含む、請求項89記載の方法。
【請求項９１】
印加する手段が、第3位置へ正の静電電位を印加するために電極から少なくとも1つの電子を取り出す手段を含む、請求項89記載の方法。
【請求項９２】
電気信号を発生させる手段をさらに含む、請求項83記載の方法。
【請求項９３】
発生させる手段が、第1位置から第2位置へ電子が流れるのを誘発する手段を含む、請求項92記載の方法。
【請求項９４】
第1位置へ電子を供給する手段および第2位置から電子を受容する手段をさらに含む、請求項93記載の方法。
【請求項９５】
第1位置が導電性核酸電子ドナー部材内の1つの位置、第2位置が導電性核酸電子アクセプター部材内の1つの位置、第3位置がドナー部材およびアクセプター部材と電気的に連絡している少なくとも1つの電界制御接合部を含み、変動させる手段が少なくとも1つの電界制御接合部での静電電位を変動させる手段を含む、請求項82記載の方法。
【請求項９６】
少なくとも1つの電界制御接合部が導電性核酸電界制御体部材と電気的に連絡し、変動させる手段が制御体部材と電気的に連絡している電界制御体の複数の状態のうちの1つを選択する手段を含み、これらの状態の各々が少なくとも1つの電界制御接合部で各静電電位に対応する、請求項95記載の方法。
【請求項９７】
選択する手段が、電界制御体を照射する手段を含む、請求項96記載の方法。
【請求項９８】
電界制御体が蛍光分子および発色団からなる群より選択され、選択する手段が電界制御体を照射する手段を含む、請求項96記載の方法。
【請求項９９】
電界制御体が発色団を含み、選択する手段が電界制御体を照射する手段を含む、請求項96記載の方法。
【請求項１００】
照射する手段が電界制御接合部へ印加される負の静電電位を発生させるために発色団を照射する手段を含み、負の静電電位がドナー部材からアクセプター部材へ電子が移動する能力を低下させる、請求項99記載の方法。
【請求項１０１】
選択する手段が、電界制御体へ外部電位を印加する手段を含む、請求項96記載の方法。
【請求項１０２】
電界制御体が電極を含み、選択する手段が電極へ外部電位を印加する手段を含む、請求項96記載の方法。
【請求項１０３】
印加する手段が電界制御接合部へ負の静電電位を印加するために少なくとも1つの電子を電極上に置く手段を含み、負の静電電位がドナー部材からアクセプター部材へ電子が移動する能力を低下させる、請求項102記載の方法。
【請求項１０４】
印加する手段が電界制御接合部へ正の静電電位を印加するために少なくとも1つの電子を電極から取り出す手段を含み、正の静電電位がドナー部材からアクセプター部材へ電子が移動する能力を増加させる、請求項102記載の方法。
【請求項１０５】
電子ドナー、電子アクセプターおよび電界制御体と各々電気的に連絡している電子ドナー部材、電子アクセプター部材および制御体部材を配置する手段をさらに含む、請求項96記載の方法。
【請求項１０６】
電気信号を発生させる手段をさらに含む、請求項95記載の方法。
【請求項１０７】
発生させる手段が電子ドナー部材と連絡している電子ドナーから電子アクセプター部材と連絡している電子アクセプターへ電子が流れることを誘発する手段を含む、請求項106記載の方法。
【請求項１０８】
電子ドナーに電子を供給する手段、および、電子アクセプターから電子を受容する手段をさらに含む、請求項107記載の方法。
【請求項１０９】
少なくとも1つの電界制御接合部が少なくとも2つの各電界制御体と電気的に連絡している少なくとも2つの電界制御接合部を含み、変動させる手段が少なくとも2つの電界制御体のうちの少なくとも1つの複数の状態の1つを選択する手段を含み、これらの状態の各々が少なくとも2つの電界制御体のうちの少なくとも1つの対応する電界制御接合部で各静電電位に一致する、請求項95記載の方法。
【請求項１１０】
導電性核酸物質が複数の部材を含み、それらの各々が導電性金属を含有するオリゴヌクレオチド二本鎖を含み、複数の部材が、電子ドナーから伝導電子を受容するための少なくとも1つのドナー部材と、伝導電子を吸引する領域を提供するために電子アクセプターと連絡するために少なくとも1つのアクセプター部材と、および接合部で電界を制御する電界制御体と協働する目的で、少なくとも1つの電界制御接合部を画定するために複数の部材のうちの少なくとも1つと交差する少なくとも1つの制御体部材を含み；変動させる手段が電界制御体の複数の状態のうちの1つを選択する手段を含み、これらの状態の各々が電界制御接合部での各静電電位に対応する、請求項82記載の方法。
【請求項１１１】
導電性核酸物質が導電性金属を含有する核酸二本鎖を含み、導電性金属を含有する核酸二本鎖が電界制御体と電気的に連絡している制御体部材と、電子ドナーと電気的に連絡しているドナー部材と、および電子アクセプターと電気的に連絡しているアクセプター部材とを含み、変動させる手段が信号を制御するために制御体部材、ドナー部材、およびアクセプター部材とを結合する電界制御接合部での静電電位を変動させるために電界制御体の1つの状態を変化させる手段を含む、請求項82記載の方法。
【請求項１１２】
導電性金属を含有する核酸二本鎖が第1核酸鎖および第2核酸鎖を含む核酸二本鎖を含み、第1および第2核酸鎖が1つの骨格によって共有結合した各複数の窒素含有芳香族塩基を含み、第1核酸鎖の窒素含有芳香族塩基が水素結合によって第二核酸鎖の窒素含有芳香族塩基に結合され、第1および第2核酸鎖上の窒素含有芳香族塩基が核酸二本鎖の長さに沿ってスタック配置で水素結合した塩基対を形成している、請求項111記載の方法。
【請求項１１３】
導電性金属を含有する核酸二本鎖を生成する手段をさらに含む、請求項112記載の方法。
【請求項１１４】
生成する手段が、導電性金属を含有する核酸二本鎖を形成するために有効な条件下で、金属カチオンの存在下で核酸二本鎖を塩基性溶液に供させる手段を含み、導電性金属を含有する核酸二本鎖の水素結合した塩基対が1つの窒素含有芳香族塩基中で窒素原子に配位結合されたインターキレート化金属カチオンを含む、請求項113記載の方法。
【請求項１１５】
生成する手段が、導電性金属を含有する核酸二本鎖を形成するために有効な条件下で、二価金属カチオンの存在下で核酸二本鎖を塩基性溶液に供させる手段を含み、導電性金属を含有する核酸二本鎖の水素結合した塩基対が1つの窒素含有芳香族塩基中で窒素原子に配位結合されたインターキレート化二価金属カチオンを含む、請求項113記載の方法。
【請求項１１６】
核酸二本鎖がアデニン、チミン、グアニンおよびシトシンからなる群より選択される窒素含有芳香族塩基を含むデオキシリボ核酸二本鎖を含む、請求項115記載の方法。
【請求項１１７】
導電性金属を含有する核酸二本鎖を形成するために有効な条件が、二価金属カチオンで核酸二本鎖内の窒素含有芳香族塩基のイミンプロトンが置換されるために有効である、請求項115記載の方法。
【請求項１１８】
二価金属カチオンが、亜鉛、コバルトおよびニッケルからなる群より選択される、請求項115記載の方法。
【請求項１１９】
金属カチオンが、
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のカチオンからなる群より選択される、請求項114記載の方法。
【請求項１２０】
塩基性溶液が、少なくともpH7である、請求項114記載の方法。
【請求項１２１】
塩基性溶液が、約1：1.5から約1：2.0の核酸対金属イオン比を有する、請求項114記載の方法。
【請求項１２２】
電子ドナーが、ドナー部材へ電子を供与することのできる電子ドナー分子を含む、請求項111記載の方法。
【請求項１２３】
電子アクセプターが、アクセプター部材から電子を受容することができる電子アクセプター分子を含む、請求項111記載の方法。
【請求項１２４】
電子ドナー分子が、蛍光分子を含む、請求項122記載の方法。
【請求項１２５】
電子アクセプター分子が、蛍光分子を含む、請求項123記載の方法。
【請求項１２６】
電子ドナー分子が、フルオレセインを含む、請求項124記載の方法。
【請求項１２７】
電子アクセプター分子が、ローダミンを含む、請求項125記載の方法。
【請求項１２８】
電子ドナーが、ドナー部材へ電子を供与することができる電極を含む、請求項111記載の方法。
【請求項１２９】
電子アクセプターが、アクセプター部材から電子を受容することができる電極を含む、請求項111記載の方法。
【請求項１３０】
電界制御体が、制御体発色団を含む、請求項111記載の方法。
【請求項１３１】
電界制御体が、蛍光分子を含む、請求項111記載の方法。
【請求項１３２】
電界制御体が、フルオレセインを含む、請求項111記載の方法。
【請求項１３３】
電界制御体が、ローダミンを含む、請求項111記載の方法。
【請求項１３４】
制御体発色団が、ある波長範囲内の放射線を吸収する、請求項130記載の方法。
【請求項１３５】
電子アクセプターが、アクセプター部材からの電子の受容に反応して、ある波長範囲内の放射線を放出することができる発色団を含む、請求項111記載の方法。
【請求項１３６】
制御体部材が、導電性金属を含有する核酸二本鎖部分を含む、請求項112記載の方法。
【請求項１３７】
ドナー部材が、導電性金属を含有する核酸二本鎖部分を含む、請求項112記載の方法。
【請求項１３８】
アクセプター部材が、導電性金属を含有する核酸二本鎖部分を含む、請求項112記載の方法。
【請求項１３９】
導電性媒体から導電性金属を含有する核酸二本鎖へ伝導電子を供給する手段、および、導電性媒体でその二本鎖から伝導電子を受容する手段、をさらに含む、請求項111記載の方法。
【請求項１４０】
電子が電子ドナーから流れて、ドナー部材を経由し、電界制御接合部を経由し、アクセプター部材を経由し、電子アクセプターを経由し、そして導電性媒体を経由して電子ドナーに戻る閉回路を提供するために、供給する手段が導電性媒体から電子ドナーへ電子を供与する手段を含み、受容する手段が電子アクセプターから導電性媒体で電子を受容する手段を含む、請求項139記載の方法。
【請求項１４１】
導電性媒体が、水溶液を含む、請求項140記載の方法。
【請求項１４２】
導電性媒体が、導電性ワイヤーを含む、請求項140記載の方法。
【請求項１４３】
電界制御体の状態を変化させる手段が負の静電電位が発生され電界制御接合部へ印加されるために制御体発色団を照射する手段を含み、負の静電電位がドナー部材からアクセプター部材へ電子が移動する能力を低下させる、請求項134記載の方法。
【請求項１４４】
電界制御体が、電極を含む、請求項111記載の方法。
【請求項１４５】
電界制御体が電極を含み、電界制御体の状態を変化させる手段が電界制御接合部へ印加される負の静電電位を発生させるために電極上へ電子を置く手段を含み、負の静電電位がドナー部材からアクセプター部材へ電子が移動する能力を低下させる、請求項111記載の方法。
【請求項１４６】
電界制御体が電極を含み、電界制御体の状態を変化させる手段が電界制御接合部へ印加されるべき正の静電電位を発生させるために電極から電子を取り出す手段を含み、正の静電電位がドナー部材からアクセプター部材へ電子が移動する能力を増加させる、請求項111記載の方法。
【請求項１４７】
電界制御体が複数の状態を含み、複数の状態のうちの各状態が電界制御接合部で各静電電位を発生させるために印加された外部電位に反応して選択可能である、請求項111記載の方法。
【請求項１４８】
以下を含む、導電性核酸物質内の第1および第2位置の間で電気信号を制御するための装置：
a）第1および第2位置を有する導電性核酸物質；および
b）第1位置および第2位置の間に挿入された核酸物質内の第3位置での静電電位を変動させるための手段。
【請求項１４９】
変動させるための手段が第3位置と連絡している電界制御体の複数の状態のうちの1つを選択する手段を含み、これらの状態の各々が第3位置で各静電電位に対応する、請求項148記載の装置。
【請求項１５０】
選択するための手段が、電界制御体を照射するための手段を含む、請求項149記載の装置。
【請求項１５１】
選択するための手段が、電界制御体へ外部電位を印加するための手段を含む、請求項149記載の装置。
【請求項１５２】
電界制御体が電極を含み、印加するための手段が第3位置へ負の静電電位を印加するために電極上に少なくとも1つの電子を置くための手段を含む、請求項151記載の装置。
【請求項１５３】
電界制御体が電極を含み、印加するための手段が第3位置へ正の静電電位を印加するために電極から少なくとも1つの電子を取り出すための手段を含む、請求項151記載の装置。
【請求項１５４】
電気信号を発生させるための手段をさらに含む、請求項148記載の装置。
【請求項１５５】
第1位置が導電性核酸電子ドナー部材内の1つの位置、第2位置が導電性核酸電子アクセプター部材内の1つの位置、および第3位置がドナー部材、およびアクセプター部材と電気的に連絡している少なくとも1つの電界制御接合部を含み、変動させるための手段が少なくとも1つの電界制御接合部での静電電位を変動させるための手段を含む、請求項148記載の装置。
【請求項１５６】
少なくとも1つの電界制御接合部が導電性核酸電界制御体部材と電気的に連絡し、変動させるための手段が制御体部材と電気的に連絡している電界制御体の複数の状態のうちの1つを選択するための手段を含み、これらの状態の各々が少なくとも1つの電界制御接合部で各静電電位に対応する、請求項155記載の装置。
【請求項１５７】
選択するための手段が、電界制御体を照射するための手段を含む、請求項156記載の装置。
【請求項１５８】
選択するための手段が、電界制御体へ外部電位を印加するための手段を含む、請求項156記載の装置。
【請求項１５９】
電界制御体が電極を含み、印加するための手段が電界制御接合部へ負の静電電位を印加するために電極上へ少なくとも1つの電子を置くための手段を含み、負の静電電位がドナー部材からアクセプター部材へ電子が移動する能力を低下させる、請求項158記載の装置。
【請求項１６０】
電界制御体が電極を含み、印加するための手段が電界制御接合部へ正の静電電位をいんかするために電極から少なくとも1つの電子を取り出すための手段を含み、正の静電電位がドナー部材からアクセプター部材へ電子が移動する能力を増加させる、請求項158記載の装置。
【請求項１６１】
電気信号を発生させるための手段をさらに含む、請求項155記載の装置。
【請求項１６２】
導電性核酸物質内の第1および第2位置の間の電気信号を制御するための装置であって、装置が第1および第2位置の間に挿入された核酸物質内の第3位置で静電電位を変動させることができる電界制御体を含む装置。
【請求項１６３】
電界制御体が複数の選択可能な状態を有し、それらの状態各々が第3位置での各静電電位に対応する、請求項162記載の装置。
【請求項１６４】
電界制御体が、電極を含む、請求項162記載の装置。
【請求項１６５】
電界制御体が、蛍光分子および発色団からなる群より選択される、請求項162記載の装置。
【請求項１６６】
電界制御体が、発色団を含む、請求項162記載の装置。
【請求項１６７】
電界制御体が、蛍光分子を含む、請求項162記載の装置。
【請求項１６８】
電界制御体が、フルオレセインを含む、請求項162記載の装置。
【請求項１６９】
電界制御体が、ローダミンを含む、請求項162記載の装置。
【請求項１７０】
第1位置が導電性核酸電子ドナー部材内の1つの位置、第2位置が導電性核酸電子アクセプター部材内の1つの位置、ならびに、第3位置がドナー部材、アクセプター部材、および電界制御体と電気的に連絡している少なくとも1つの電界制御接合部を含む、請求項162記載の装置。
【請求項１７１】
電界制御体を電界制御接合部へ結合させる制御体部材をさらに含む、請求項170記載の装置。
【請求項１７２】
導電性核酸物質内の電気信号を制御する方法であって、方法が制御体部材が複数の部材のうちの少なくとも1つの交差する電界制御接合部で電界制御の程度を変化させる手段を含み、制御体部材および複数の部材の各々がオリゴヌクレオチド二本鎖を含み、ならびに制御体部材および複数の部材の少なくともいくつかが導電性金属を含有するオリゴヌクレオチド二本鎖を含み、複数の部材が電子ドナーから伝導電子を受容するための少なくとも1つのドナー部材および伝導電子を吸引する領域を提供するために電子アクセプターと連絡するための少なくとも1つのアクセプター部材を含む方法。
【請求項１７３】
変動させる手段が、電界制御接合部で静電電位を変動させる手段を含む、請求項172記載の方法。
【請求項１７４】
変動させる手段が、制御体部材を経由して電界制御接合部と連絡している電界制御体の複数の状態のうちの1つを選択する手段を含む、請求項172記載の方法。
【請求項１７５】
選択する手段が、電界制御体を照射する手段を含む、請求項174記載の方法。
【請求項１７６】
選択する手段が、電界制御体へ外部電位を印加する手段を含む、請求項174記載の方法。
【請求項１７７】
データを記憶する方法であって、方法が核酸回路素子の電界制御体の少なくとも2つの状態のうちの1つを選択する手段を含み、少なくとも2つの状態のうちの各々が回路素子内の電界制御接合部で各電界制御の程度に対応し、各電界制御の程度が各データ値に対応する方法。
【請求項１７８】
選択する手段が、電界制御体を照射する手段を含む、請求項177記載の方法。
【請求項１７９】
選択する手段が、電界制御体へ外部電位を印加する手段を含む、請求項177記載の方法。
【請求項１８０】
核酸回路素子が複数の部材を含み、それらの少なくともいくつかが導電性金属を含有するオリゴヌクレオチド二本鎖を含み、複数の部材が電子ドナーから伝導電子を受容するための少なくとも1つのドナー部材、伝導電子を吸引する領域を提供するために電子アクセプターと連絡するための少なくとも1つのアクセプター部材と、および電界制御接合部を画定するために複数の部材の少なくとも1つと交差する少なくとも1つの制御体部材とを含み、制御体部材が電界制御体と連絡し、選択する手段がデータ値を表示するために電界制御接合部が電界制御接合部へ電界制御の程度を適用することを誘発する手段を含む、請求項177記載の方法。
【請求項１８１】
誘発する手段が電界制御体の複数の状態のうちの1つを選択する手段を含み、状態の各々が電界制御接合部で各静電電位に対応する、請求項180記載の方法。
【請求項１８２】
少なくとも2つの選択可能な状態を有する電界制御体を含む有機データ記憶媒体であって、これらの状態の各々が核酸回路素子の電界制御接合部で各電界制御の程度に対応し、各電界制御の程度が各データ値に対応する有機データ記憶媒体。
【請求項１８３】
核酸回路素子をさらに含む、請求項182記載の有機データ記憶媒体であって、核酸回路素子が複数の部材を含み、それらの少なくともいくつかは導電性金属を含有するオリゴヌクレオチド二本鎖を含み、複数の部材が、
a）電子ドナーから伝導電子を受容するための少なくとも1つのドナー部材；
b）伝導電子を吸引するための領域を提供するために電子アクセプターと連絡するための少なくとも1つのアクセプター部材；および
c）データ値を表示するために、接合部へ電界制御の程度を適用するために電界制御体と協働する目的で、複数の部材の少なくとも1つと交差して電界制御接合部を画定する少なくとも1つの制御体部材、を含む、有機データ記憶媒体。
【請求項１８４】
少なくとも2つの状態が、電界制御体を照射する手段によって選択可能である、請求項182記載の有機データ記憶媒体。
【請求項１８５】
少なくとも2つの状態が、電界制御体へ外部電位を印加する手段によって選択可能である、請求項182記載の有機データ記憶媒体。
【請求項１８６】
少なくとも2つの状態の各々が、電界制御接合部で各静電電位に対応する、請求項183記載の有機データ記憶媒体。
【請求項１８７】
以下を含む、データを記憶するための装置：
a）電界制御接合部を含む導電性核酸回路素子；および
b）回路素子内の電界制御接合部で電界制御の程度を変動させるための手段であって、各電界制御の程度が各データ値に対応する手段。
【請求項１８８】
変動させるための手段が、電界制御接合部での静電電位を変動させるための手段を含む、請求項187記載の装置。
【請求項１８９】
導電性金属を含有する核酸二本鎖に電気的に結合した電子源を含む導電体であって、導電性金属を含有する核酸二本鎖が核酸の第1鎖および核酸の第2鎖を含み、第1および第2核酸鎖が1つの骨格によって共有結合した複数の窒素含有芳香族塩基を含み、第1核酸鎖の窒素含有芳香族塩基が水素結合によって第2核酸鎖の窒素含有芳香族塩基へ結合され、第1および第2核酸鎖上の窒素含有芳香族塩基が導電性金属を含有する核酸二本鎖の長さに沿ってスタック配置で水素結合した塩基対を形成し、水素結合した塩基対が導電体を形成するために芳香族窒素含有芳香族塩基の1つにおける窒素原子へ配位結合されたインターキレート化二価金属カチオンを含み、さらに導電性金属を含有する核酸二本鎖へ電気結合した電子シンクを含み、電子源が導電性金属を含有する核酸二本鎖へ電子を供与することのできる分子であり、電子シンクが導電性金属を含有する核酸二本鎖から電子を受容することのできる電子アクセプター分子であり、そして電子ドナーまたは電子アクセプターが回路素子の導電性を維持する条件下で有機回路素子の導電性を変化させるために可逆的に化学修飾させられるのに適合している導電体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
1.発明の分野
本発明は、核酸に関し、そしてより詳細には、有機回路素子および関連する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
2.関連技術の説明
より小型の回路を製造するという際限なく続く高密度に対する要求を容易にするために、分子レベルで作動する安価な回路素子を創り出すことを目指して、有機電子工学の分野に対する関心が高まってきた。シリコンをベースとする現代の超小型電子デバイスに使用されている電気部品は、1ミクロンの約10分の1という最小サイズを有する。しかし分子電子工学では、ナノメートルサイズの部品によって同様のサイズを有する現在のあらゆるチップに比べて性能が飛躍的に向上したチップや、現在の標準からすると想像できないほど小さなコンピュータデバイスを産み出すことができよう。さらにその上、例えばデジタル版の新聞、製品ラベル、および集積回路を製造するためにプラスチック基板と適合する柔軟性回路を探す模索が、電子デバイスとしての有機材料の研究を導いてきた。
【０００３】
この関連で、DNAなどの生物学的材料は、分子認識に対する潜在能力および生体機構を使用して合成する能力のために関心対象となる。さらにDNAは、生体組織における重要性のために広範囲の構造的、動態的、および熱力学的研究の対象となってきた（Gelbart et al.,2000）。しかしながら、近年は、個々の短いDNA分子を経由する電気輸送に関する測定はDNAがワイドバンドギャップ半導体の挙動を示すことを指摘しているが（Porath et al.,2000）、DNAヘアピンに関する別の測定はDNAが電子の導体としてタンパク質に比較して若干有効であるに過ぎないことを指摘している（Lewis et al.,1997；Taubes,1997）。各々1997年1月7日、1998年1月6日、1998年6月23日、1998年7月14日および1998年10月20日にMeade et al.に付与されたUnited States Patent Nos.5,591,578；5,705,348；5,770,369；5,780,234および5,824,473（参照として本明細書に組み入れられる）は、核酸骨格に沿って電子移動成分との共有結合によって修飾された核酸を開示している。Meade et al.は、核酸が電子移動を効率的に媒介するためにはこのような修飾が必要であると提案している。
【０００４】
近年、新しい形の導電性核酸が見いだされており、これは全部が参照として本明細書に組み入れられるInternational Patent Publication WO99/31115,Aich et al.,1999,and Rakitin et al.,2000に記載されている。M-DNAは、各塩基対のイミノプロトンが金属イオン（Zn2＋、Ni2＋またはCo2＋など）で置換されている二本鎖DNAの新しいコンフォメーションである。せいぜい半導体に過ぎないと報告されている通常の二本鎖DNAとは対照的に、M-DNAが電子を伝導することは2つの独立した方法によって証明されている（Aich et al.,1999,and Rakitin et al.,2000）。M-DNAの導電性の直接的測定は、3から10ミクロン隔てられた2つの電極の間でλファージ-DNAを伸長させることによって実施された（Rakitin et al.,2000）。導電性の間接的測定は、一端にドナー蛍光体、他端にアクセプター蛍光体を備える二本鎖の蛍光寿命測定値から推定された（Rakitin et al.,2000,Aich et al.,1999）。M-DNAに変換されるとドナーのフルオレセインは消光され、寿命が極めて短いために電子移動機構としか一致しなかった。励起された蛍光体からの電子の伝達は、M-DNAが例えば一部の態様では分子ワイヤーとして使用できることを指摘している。
【発明の開示】
【０００５】
発明の概要
本発明の1つの局面によると、有機回路素子が提供される。この回路素子は複数の部材を含み、それらの各々はオリゴヌクレオチド二本鎖を含む。複数の部材は、電子ドナーから伝導電子を受容するための少なくとも1つのドナー部材と、伝導電子を吸引する領域を提供するために電子アクセプターと連絡するための少なくとも1つのアクセプター部材と、および接合部で電界を制御する電界制御体と協働する目的で、複数の部材のうちの少なくとも1つと交差して少なくとも1つの電界制御接合部を画定する少なくとも1つの制御体部材と、を含む。
【０００６】
複数の部材のうちの少なくとも一部は、導電性金属を含有するオリゴヌクレオチド二本鎖を含むことができる。例えば、部材の各々はそのような導電性金属を含有するオリゴヌクレオチド二本鎖を含んでいてよい。または、少なくとも1つのドナー部材および少なくとも1つのアクセプター部材はそのような導電性金属を含有するオリゴヌクレオチド二本鎖を含んでいてよい。
【０００７】
有機回路素子は、ドナー部材と電気的に連絡している電子ドナーをさらに含むことができる。同様に、有機回路素子は、アクセプター部材と電気的に連絡している電子アクセプターを含むことができる。または、もしくはこれに加えて、有機回路素子は、制御体部材と電気的に連絡している電界制御体を含んでいてよい。
【０００８】
ドナー部材、アクセプター部材および制御体部材は、交差して電界制御接合部を画定することができる。
【０００９】
または、制御体部材は、ドナー部材およびアクセプター部材の一方と交差して電界制御接合部を画定することができる。
【００１０】
または、複数の部材は共通の部材を含むことができ、ドナー部材、アクセプター部材、および制御体部材は各々第1、第2、および第3位置で共通部材と交差することができるが、第3位置が電界制御接合部を画定する。
【００１１】
少なくとも1つの制御体部材は複数の制御体部材を含むことができ、複数の制御体部材は複数の制御体部材のうちの他の各部材と交差して少なくとも1つの電界制御接合部を画定することができる。
【００１２】
導電性金属を含有するオリゴヌクレオチド二本鎖は第1核酸鎖および第2核酸鎖を含むことができ、第1および第2核酸鎖は1つの骨格によって共有結合した各複数の窒素含有芳香族塩基を含む。第1核酸鎖の窒素含有芳香族塩基は、水素結合によって第2核酸鎖の窒素含有芳香族塩基に結合させることができる。第1および第2核酸鎖上の窒素含有芳香族塩基は、導電性金属を含有するオリゴヌクレオチド二本鎖の長さに沿ってスタック配置で水素結合した塩基対を形成することができる。水素結合した塩基対は、1つの窒素含有芳香族塩基中で窒素原子に配位結合されたインターキレート化金属カチオンを含んでいてよい。
【００１３】
インターキレート化金属カチオンは、インターキレート化二価金属カチオンを含むことができる。
【００１４】
二価金属カチオンは、亜鉛、コバルトおよびニッケルからなる群より選択することができる。
【００１５】
または、金属カチオンは、
2006512751.tif 000003
のカチオンからなる群より選択することができる。
【００１６】
第1および第2核酸鎖はデオキシリボ核酸を含むことができ、窒素含有芳香族塩基はアデニン、チミン、グアニン、およびシトシンからなる群より選択することができる。
【００１７】
二価金属カチオンで窒素含有芳香族塩基のイミンプロトンを置換することができ、窒素含有芳香族塩基はチミンおよびグアニンからなる群より選択することができる。
【００１８】
所望であれば、窒素含有芳香族塩基の少なくとも1つはN3窒素原子を有するチミンを含むことができ、そして二価金属カチオンはN3窒素原子によって配位結合されていてよい。
【００１９】
または、所望であれば、窒素含有芳香族塩基の少なくとも1つはN1窒素原子を有するグアニンを含むことができ、そして二価金属カチオンはN1窒素原子によって配位結合されていてよい。
【００２０】
電子ドナーは、ドナー部材に電子を供与することができる電極を含むことができる。
【００２１】
または、もしくはこれに加えて、電子ドナーはドナー部材に電子を供与することができる電子ドナー分子を含むことができる。電子ドナー分子は、例えば、フルオレセインなどの蛍光分子を含むことができる。
【００２２】
電子アクセプターは、アクセプター部材から電子を受容することができる電極を含むことができる。
【００２３】
または、もしくはこれに加えて、電子アクセプターはアクセプター部材から電子を受容できる電子アクセプター分子を含むことができる。電子アクセプター分子は、例えば、ローダミンなどの蛍光分子が含まれてよい。
【００２４】
電界制御体は、制御体発色団を含むことができる。制御体発色団は、ある波長範囲内の放射線を吸収することができる。
【００２５】
電界制御体は、例えば、フルオレセインまたはローダミンなどの蛍光分子を含むことができる。
【００２６】
電子アクセプターは、アクセプター部材からの電子の受容に反応して、ある波長範囲内の放射線を放出することができる発色団を含むことができる。
【００２７】
一部の態様では、電子ドナーまたはアクセプター成分は、核酸回路素子の電気的性質を変化させるために化学変換させることができる。ドナーまたはアクセプターは、例えばM-DNAの導電性についての能力を維持する条件下で、可逆的に還元または酸化させることができる。
【００２８】
電界制御体は電極を含むことができるが、その電極はアクセプター部材から電子を受容する手段およびドナー部材へ電子を供与する手段の少なくとも1つを実施することができる。
【００２９】
電界制御体は複数の状態を含むことができ、複数の状態のうちの各状態は、電界制御接合部で各静電電位を発生させるために選択可能である。それらの状態は、印加された外部電位に反応して、または、例えば電界制御体を照射することによって選択可能である。
【００３０】
本発明の別の局面によると、上記の有機回路素子を含み、そして電子ドナーに伝導電子を供与して電子アクセプターから伝導電子を受容するための導電性媒体をさらに含むシステムが提供される。
【００３１】
導電性媒体は、電子が電子ドナーから流れて、ドナー部材を経由し、電界制御接合部を経由し、アクセプター部材を経由し、電子アクセプターを経由し、そして電子ドナーに戻る閉回路を提供する目的で、電子ドナーに電子を供与することができ、そして電子アクセプターから電子を受容することができる。
【００３２】
導電性媒体は、水溶液を含むことができる。または、導電性媒体は導電性ワイヤーを含むことができる。
【００３３】
本発明のまた別の局面によると、有機回路素子を製造する方法が提供される。本方法は、複数の部材を形成するために複数のオリゴヌクレオチドをアニーリングする手段および処理する手段を含み、複数の部材の各部材は、二本鎖部分を形成するために整列したオリゴヌクレオチド対を含む。複数の部材は、電子ドナーから伝導電子を受容するための少なくとも1つのドナー部材と、伝導電子を吸引する領域を提供するために電子アクセプターと連絡するための少なくとも1つのアクセプター部材と、および接合部で電界を制御するために電界制御体と協働する目的で、複数の部材のうちの少なくとも1つと交差して少なくとも1つの電界制御接合部を画定する少なくとも1つの制御体部材と、を含む。
【００３４】
本方法は、さらにドナー部材と電気的に連絡している電子ドナーを配置する手段を含むことができる。同様に、本方法は、アクセプター部材と電気的に連絡している電子アクセプターを配置する手段を含むことができる。これに加えて、またはこれに代えて、本方法は制御体部材と電気的に連絡している電界制御体を配置する手段を含むことができる。
【００３５】
アニーリングする手段および処理する手段は、ドナー部材、アクセプター部材、および制御体部材が交差して電界制御接合部を画定する構成で複数の部材を形成するために、複数のオリゴヌクレオチドをアニーリングする手段および処理する手段を含むことができる。
【００３６】
または、アニーリングする手段および処理する手段は、制御体部材がドナー部材およびアクセプター部材のうちの一方と交差して電界制御接合部を画定する構成で複数の部材を形成するために、複数のオリゴヌクレオチドをアニーリングする手段および処理する手段を含むことができる。
【００３７】
または、複数の部材は共通の部材を含むことができるが、アニーリングする手段および処理する手段は、ドナー部材、アクセプター部材、および制御体部材が各々第1、第2、および第3位置で共通部材と交差して、第3位置が電界制御接合部を画定する構成で複数の部材を形成するために、複数のオリゴヌクレオチドをアニーリングする手段および処理する手段を含む。
【００３８】
複数の部材は複数の制御体部材を含むことができるが、この場合には、アニーリングする手段および処理する手段は、複数の制御体部材が複数の部材と交差して少なくとも1つの電界制御接合部を画定する構成で複数の部材を形成するために、複数のオリゴヌクレオチドをアニーリングする手段および処理する手段を含むことができる。
【００３９】
アニーリングする手段は、二本鎖部分を形成するために有効な条件下で複数のオリゴヌクレオチドをアニーリングする手段を含むことができ、処理する手段は、少なくとも1つの電界制御接合部を形成させるために有効な条件下で複数のオリゴヌクレオチドを処理する手段を含むことができる。
【００４０】
オリゴヌクレオチドは、1つの骨格によって共有結合した複数の窒素含有芳香族塩基を含むことができる。
【００４１】
オリゴヌクレオチドは、アデニン、チミン、グアニン、シトシン、およびウラシルからなる群より選択される窒素含有芳香族塩基を含むデオキシリボ核酸を含むことができる。
【００４２】
二本鎖部分は導電性金属を含有するオリゴヌクレオチド二本鎖部分を含むことができ、導電性金属を含有するオリゴヌクレオチド二本鎖部分はオリゴヌクレオチドの第1鎖および第2鎖を含むことができ、第1鎖の窒素含有芳香族塩基は水素結合によって第2鎖の窒素含有芳香族塩基に結合し、第1および第2鎖上の窒素含有芳香族塩基は導電性金属を含有するオリゴヌクレオチド二本鎖部分の長さに沿ってスタック配置で水素結合した塩基対を形成し、水素結合した塩基対は窒素含有芳香族塩基の1つにおいて窒素原子へ配位結合されたインターキレート化金属カチオンを含む。
【００４３】
インターキレート化金属カチオンは、インターキレート化二価金属カチオンを含んでいてよい。
【００４４】
アニーリングする手段は、導電性金属を含有するオリゴヌクレオチド二本鎖部分を形成するために有効な条件下で複数のオリゴヌクレオチドを塩基性溶液に供させる手段を含むことができる。
【００４５】
導電性金属を含有するオリゴヌクレオチド二本鎖部分を形成するために有効な条件は、導電性金属を含有するオリゴヌクレオチド二本鎖部分内の窒素含有芳香族塩基のイミンプロトンが二価金属カチオンで置換されるために有効な条件を含むことができる。
【００４６】
塩基性溶液は少なくとも7のpHを有していてよく、例えば、約1：1.5から約1：2.0の核酸対金属イオン比を有していてよい。
【００４７】
二価金属カチオンは、亜鉛、コバルト、およびニッケルからなる群より選択することができる。
【００４８】
または、金属カチオンは、
2006512751.tif 000004
のカチオンからなる群より選択することができる。例えば、一部の態様では、様々な量のZn2＋、Ni2＋、Co2＋、Cd2＋、Hg2＋、Pt2＋およびAg1＋などの金属カチオンを二本鎖内に組み込むことができるが、Cd2＋、Hg2＋、Pt2＋およびAg1＋などの金属イオンは二本鎖内の金属イオンのほんの一部分しか構成していなくてよい、つまり二本鎖を「ドーピング」しているだけでよい。
【００４９】
二価金属カチオンで窒素含有芳香族塩基のイミンプロトンを置換することができ、そして窒素含有芳香族塩基はチミンおよびグアニンからなる群より選択することができる。
【００５０】
所望であれば、窒素含有芳香族塩基の少なくとも1つはN3窒素原子を有するチミンを含むことができ、そして二価金属カチオンはN3窒素原子によって配位結合されていてよい。
【００５１】
同様に、窒素含有芳香族塩基の少なくとも1つはN1窒素原子を有するグアニンを含むことができ、そして二価金属カチオンはN1窒素原子によって配位結合されていてよい。
【００５２】
電子ドナーは、ドナー部材に電子を供与できる電子ドナー分子を含むことができる。同様に、電子アクセプターは、アクセプター部材から電子を受容できる電子アクセプター分子を含むことができる。
【００５３】
電子ドナー分子は、例えばフルオレセインなどの蛍光分子を含むことができる。
【００５４】
同様に、電子アクセプター分子は、例えばローダミンなどの蛍光分子を含むことができる。
【００５５】
または、電子ドナーは、ドナー部材に電子を供与することができる電極を含むことができる。
【００５６】
同様に、電子アクセプターは、アクセプター部材から電子を受容することができる電極を含むことができる。
【００５７】
電界制御体は、例えば、フルオレセインまたはローダミンなどの蛍光分子を含むことができる。
【００５８】
電界制御体は、制御体発色団を含むことができる。もし含んでいれば、制御体発色団は、ある波長範囲内の放射線を吸収することができる。
【００５９】
電子アクセプターは、アクセプター部材からの電子の受容に反応して、ある波長範囲内の放射線を放出することができる発色団を含むことができる。
【００６０】
処理する手段は、電界制御接合部を形成するために有効な条件下で複数のオリゴヌクレオチドを塩基性溶液に供させる手段を含むことができる。
【００６１】
電界制御体は電極を含むことができるが、その電極はアクセプター部材からの電子を受容してドナー部材へ電子を供与する少なくとも1回の手段を実施することができる。
【００６２】
電界制御体は複数の状態を含むことができ、複数の状態のうちの各状態は、電界制御接合部で各静電電位を発生させるために選択することができる。
【００６３】
本発明のまた別の局面によると、導電性核酸物質内の第1および第2位置の間の電気信号を制御する方法が提供される。本方法は、第1および第2位置の間に挿入された核酸物質内の第3位置での静電電位を変動させる手段を含む。
【００６４】
変動させる手段は、第3位置と連絡している電界制御体の複数の状態のうちの1つを選択する手段を含むことができ、これらの状態の各々は、第3位置での各静電電位に対応する。
【００６５】
選択する手段は、電界制御体を照射する手段を含むことができる。例えば、電界制御体が発色団を含む、または蛍光分子および発色団からなる群より選択される場合は、選択する手段は電界制御体を照射する手段を含むことができる。
【００６６】
照射する手段は、第3位置に印加する負の静電電位を発生させるために発色団を照射する手段を含むことができる。
【００６７】
または、選択する手段は、電界制御体へ外部電位を印加する手段を含むことができる。例えば、電界制御体が電極を含む場合は、選択する手段は電極へ外部電位を印加する手段を含むことができる。
【００６８】
印加する手段は、第3位置に負の静電電位を印加するために電極上に少なくとも1つの電子を置く手段を含むことができる。
【００６９】
これとは逆に、印加する手段は、第3位置に正の静電電位を印加するために電極から少なくとも1つの電子を取り出す手段を含むことができる。
【００７０】
本方法は、電気信号を発生させる手段をさらに含むことができる。本方法は、電子が第1位置から第2位置へ流れることを誘発する手段を含むことができ、そして例えば、第1位置に電子を供給する手段と第2位置から電子を受容する手段をさらに含むことができる。
【００７１】
第1位置は導電性核酸電子ドナー部材内の1つの位置を含むことができ、第2位置は導電性核酸電子アクセプター部材内の1つの位置を含むことができ、そして第3位置は、ドナー部材およびアクセプター部材と電気的に連絡している少なくとも1つの電界制御接合部を含むことができる。もしそうであれば、変動させる手段は少なくとも1つの電界制御接合部で静電電位を変動させる手段を含むことができる。
【００７２】
少なくとも1つの電界制御接合部は、導電性核酸電界制御体部材と電気的に連絡していてよい。そのような場合には、変動させる手段は、制御体部材と電気的に連絡している電界制御体の複数の状態のうちの1つを選択する手段を含むことができ、これらの状態の各々は、少なくとも1つの電界制御接合部で各静電電位に対応する。
【００７３】
上述したように、例えば制御体が蛍光分子および発色団からなる群より選択される場合、または発色団である場合は、選択する手段は、電界制御体を照射する手段を含むことができる。後者の場合、照射する手段は、電界制御接合部へ印加される負の静電電位を発生させるために発色団を照射する手段を含むことができ、負の静電電位は電子がドナー部材からアクセプター部材へ移動する能力を低下させる。
【００７４】
または、選択する手段は、例えば制御体が電極を含む場合は、電界制御体へ外部電位を印加する手段を含むことができる。後者の場合、印加する手段は、電界制御接合部へ負の静電電位を印加するために少なくとも1つの電子を電極上に置く手段を含むことができ、負の静電電位は電子がドナー部材からアクセプター部材へ移動する能力を低下させる。これとは逆に、印加する手段は、電界制御接合部へ正の静電電位を印加するために電極から少なくとも1つの電子を取り出す手段を含むことができ、正の静電電位は電子がドナー部材からアクセプター部材へ移動する能力を増加させる。
【００７５】
本方法は、各々電子ドナー、電子アクセプター、および電界制御体と電気的に連絡している電子ドナー部材、電子アクセプター部材、および制御体部材を配置する手段をさらに含むことができる。
【００７６】
本方法は、電気信号を発生させる手段をさらに含むことができる。発生させる手段は、電子ドナー部材と連絡している電子ドナーから電子アクセプター部材と連絡している電子アクセプターへ電子が流れることを誘発する手段を含むことができる。本方法は、電子ドナーに電子を供給する手段と、電子アクセプターから電子を受容する手段と、をさらに含むことができる。
【００７７】
少なくとも1つの電界制御接合部は、少なくとも2つの別個の電界制御体と電気的に連絡している少なくとも2つの電界制御接合部を含むことができる。そうであれば、変動させる手段が、少なくとも2つの電界制御体のうちの少なくとも1つの複数の状態の1つを選択する手段を含むことができ、これらの状態の各々は、少なくとも2つの電界制御体のうちの少なくとも1つに対応する電界制御接合部で各静電電位に対応している。
【００７８】
導電性核酸物質は複数の部材を含むことができ、各部材は導電性金属を含有するオリゴヌクレオチド二本鎖を含むことができる。複数の部材は、電子ドナーから伝導電子を受容するための少なくとも1つのドナー部材と、伝導電子を吸引する領域を提供するために電子アクセプターと連絡するための少なくとも1つのアクセプター部材と、および接合部で電界を制御するための電界制御体と協働する目的で、複数の部材のうちの少なくとも1つと交差して少なくとも1つの電界制御接合部を画定する少なくとも1つの制御体部材と、を含むことができる。そのような場合には、変動させる手段は、電界制御体の複数の状態のうちの1つを選択する手段を含むことができ、これらの状態の各々は電界制御接合部での各静電電位に対応する。
【００７９】
導電性核酸物質は、導電性金属を含有する核酸二本鎖を含むことができる。二本鎖は、電界制御体と電気的に連絡している制御体部材、電子ドナーと電気的に連絡しているドナー部材、および電子アクセプターと電気的に連絡しているアクセプター部材を含むことができる。そのような場合には、変動させる手段は、信号を制御するために制御器部材、ドナー部材、およびアクセプター部材を結合している電界制御接合部で静電電位を変動させるために電界制御体の状態を変化させる手段を含むことができる。
【００８０】
導電性金属を含有する核酸二本鎖は、第1核酸鎖および第2核酸鎖を含む核酸二本鎖を含むことができる。第1および第2核酸鎖は、1つの骨格によって共有結合した各複数の窒素含有芳香族塩基を含むことができる。第1核酸鎖の窒素含有芳香族塩基は、水素結合によって第2核酸鎖の窒素含有芳香族塩基に結合させることができる。第1および第2核酸鎖上の窒素含有芳香族塩基は、核酸二本鎖の長さに沿ってスタック配置で水素結合した塩基対を形成することができる。
【００８１】
本方法は、導電性金属を含有する核酸二本鎖を生成する手段をさらに含むことができる。生成する手段は、導電性金属を含有する核酸二本鎖を形成するために有効な条件下で、金属カチオンの存在下で核酸二本鎖を塩基性溶液に供させる手段を含むことができるが、導電性金属を含有する核酸二本鎖の水素結合した塩基対は1つの窒素含有芳香族塩基中で窒素原子に配位結合されたインターキレート化金属カチオンを含む。
【００８２】
より詳細には、発生させる手段は、導電性金属を含有する核酸二本鎖を形成するために有効な条件下で、二価金属カチオンの存在下で核酸二本鎖を塩基性溶液に供させる手段を含むことができるが、導電性金属を含有する核酸二本鎖の水素結合した塩基対は1つの窒素含有芳香族塩基中で窒素原子に配位結合されたインターキレート化二価金属カチオンを含む。
【００８３】
核酸二本鎖は、アデニン、チミン、グアニンおよびシトシンからなる群より選択される窒素含有芳香族塩基を含むデオキシリボ核酸二本鎖を含むことができる。
【００８４】
導電性金属を含有する核酸二本鎖を形成するために有効な条件は、二価金属カチオンで核酸二本鎖内の窒素含有芳香族塩基のイミンプロトンが置換されるために有効な可能性がある。
【００８５】
二価金属カチオンは、亜鉛、コバルトおよびニッケルからなる群より選択することができる。または、金属カチオンは、
2006512751.tif 000005
のカチオンからなる群より選択することができる。
【００８６】
塩基性溶液は少なくとも7のpHを有していてよく、そして例えば、約1：1.5から約1：2.0の核酸対金属イオン比を有していてよい。
【００８７】
電子ドナーは、ドナー部材に電子を供与できる電子ドナー分子を含むことができる。電子ドナー分子は、例えばフルオレセインなどの蛍光分子を含むことができる。
【００８８】
同様に、電子アクセプターはアクセプター部材から電子を受容できる電子アクセプター分子を含むことができる。電子アクセプター分子は、例えばローダミンなどの蛍光分子を含むことができる。
【００８９】
または、もしくはこれに加えて、電子ドナーは、ドナー部材に電子を供与することができる電極を含むことができる。同様に、電子アクセプターは、アクセプター部材から電子を受容することができる電極を含むことができる。
【００９０】
電界制御体は、例えばフルオレセインまたはローダミンなどの制御体発色団を含むことができる。制御体発色団は、ある波長範囲内の放射線を吸収することができる。
【００９１】
電子アクセプターは、アクセプター部材からの電子の受容に反応して、ある波長範囲内の放射線を放出することができる発色団を含むことができる。放射線は、第2発色団を連続して照射できる。
【００９２】
制御体部材、ドナー部材およびアクセプター部材のいずれか、または全部は、導電性金属を含有する核酸二本鎖部分を含むことができる。
【００９３】
本方法は、導電性媒体から導電性金属を含有する核酸二本鎖へ伝導電子を供給する手段と、そして導電性媒体でその二本鎖から伝導電子を受容する手段と、をさらに含むことができる。供給する手段は、電子が電子ドナーから流れて、ドナー部材を経由し、電界制御接合部を経由し、アクセプター部材を経由し、電子アクセプターを経由し、そして導電性媒体を経由して電子ドナーに戻る閉回路を提供するために、導電性媒体から電子ドナーへ電子を供与する手段を含むことができ、そして受容する手段は導電性媒体で電子アクセプターから電子を受容する手段を含むことができる。導電性媒体は水溶液を含むことができる、または例えば導電性ワイヤーを含むことができる。
【００９４】
電界制御体の状態を変化させる手段は、負の静電電位が発生され電界制御接合部へ印加されるために制御体発色団を照射する手段を含むことができ、負の静電電位は電子がドナー部材からアクセプター部材へ移動する能力を低下させる。
【００９５】
電界制御体は電極を含むことができ、電極はアクセプター部材から電子を受容する手段およびドナー部材へ電子を供与する手段の少なくとも1つを実施すことができる。
【００９６】
電界制御体の状態を変化させる手段は、電界制御接合部へ印加される負の静電電位を発生させるために電極上へ電子を置く手段を含むことができ、負の静電電位は電子がドナー部材からアクセプター部材へ移動する能力を低下させる。
【００９７】
これとは逆に、電界制御体の状態を変化させる手段は、電界制御接合部へ印加される正の静電電位を発生させるために電極から電子を取り出す手段を含むことができ、正の静電電位は電子がドナー部材からアクセプター部材へ移動する能力を増加させる。
【００９８】
電界制御体は複数の状態を含むことができ、複数の状態のうちの各状態は、印加された外部電位に反応して、電界制御接合部で各静電電位を発生させるために選択することができる。
【００９９】
本発明のまた別の局面によると、導電性核酸物質内の第1および第2位置の間の電気信号を制御するための装置が提供される。この装置は第1および第2位置を有する導電性核酸物質を含み、そして第1および第2位置の間に挿入された核酸物質内の第3位置で静電電位を変動させるための手段をさらに含む。
【０１００】
変動させるための手段は、第3位置と連絡している電界制御体の複数の状態のうちの1つを選択する手段を含むことができ、これらの状態の各々は、第3位置での各静電電位に対応する。
【０１０１】
選択するための手段は、電界制御体を照射するための手段を含むことができる。
【０１０２】
または、選択するための手段は、電界制御体へ外部電位を印加するための手段を含むことができる
【０１０３】
電界制御体は電極を含むことができるが、この場合には印加するための手段は第3位置に負の静電電位を印加するために電極上へ少なくとも1つの電子を置くための手段を含むことができる。
【０１０４】
または、もしくはこれに加えて、印加するための手段は、第3位置に正の静電電位を印加するために電極から少なくとも1つの電子を取り出すための手段を含むことができる。
【０１０５】
本装置は、電気信号を発生させるための手段をさらに含むことができる。
【０１０６】
第1位置は導電性核酸電子ドナー部材内の1つの位置を含むことができ、第2位置は導電性核酸電子アクセプター部材内の1つの位置を含むことができ、そして第3位置はドナー部材およびアクセプター部材と電気的に連絡している少なくとも1つの電界制御接合部を含むことができる。そのような場合は、変動させるための手段は少なくとも1つの電界制御接合部で静電電位を変動させるための手段を含むことができる。
【０１０７】
少なくとも1つの電界制御接合部は、導電性核酸電界制御体部材と電気的に連絡していてよい。もしそうであれば、変動させるための手段は、制御体部材と電気的に連絡している電界制御体の複数の状態のうちの1つを選択するための手段を含むことができ、これらの状態の各々は少なくとも1つの電界制御接合部で各静電電位に対応する。
【０１０８】
選択するための手段は、電界制御体を照射するための手段を含むことができる。
【０１０９】
または、選択するための手段は、電界制御体へ外部電位を印加するための手段を含むことができる。例えば、電界制御体は電極を含むことができ、そして印加するための手段は、電界制御接合部へ負の静電電位を印加するために電極上へ少なくとも1つの電子を置くための手段を含むことができ、負の静電電位は電子がドナー部材からアクセプター部材へ移動する能力を低下させる。または、もしくはこれに加えて、印加する手段は、電界制御接合部へ正の静電電位を印加するために電極から少なくとも1つの電子を取り出す手段を含むことができ、その正の静電電位は電子がドナー部材からアクセプター部材へ移動する能力を増加させる。
【０１１０】
本発明のまた別の局面によると、導電性核酸物質内の第1位置と第2位置との間の電気信号を制御するための装置が提供される。この装置は、第1位置と第2位置との間に挿入された核酸物質内の第3位置での静電電位を変動させることができる電界制御体を含む。
【０１１１】
電界制御体は複数の選択可能な状態を有していてよく、各々の状態は第3位置での各静電電位に対応する。
【０１１２】
電界制御体は電極を含むことができる。または、電界制御体は発色団を含むことができる、または例えばフルオレセインもしくはローダミンなどの蛍光分子を含むことができる、または例えば蛍光分子および発色団からなる群より選択することができる。
【０１１３】
第1位置は導電性核酸電子ドナー部材内の1つの位置を含むことができ、第2位置は導電性核酸電子アクセプター部材内の1つの位置を含むことができ、そして第3位置は、ドナー部材、アクセプター部材、および電界制御体と電気的に連絡している少なくとも1つの電界制御接合部を含むことができる。
【０１１４】
この装置は、電界制御体を電界制御接合部へ結合する制御体部材をさらに含むことができる。
【０１１５】
本発明のまた別の局面によると、導電性核酸物質内の電気信号を制御する方法が提供される。本方法は、制御体部材が複数の部材の少なくとも1つと交差する電界制御接合部での電界制御の程度を変動させる手段を含む。制御体部材および複数の部材の各々はオリゴヌクレオチド二本鎖を含み、そして制御体部材および複数の部材の少なくともいくつかは導電性金属を含有するオリゴヌクレオチド二本鎖を含む。複数の部材は、電子ドナーから伝導電子を受容するための少なくとも1つのドナー部材、および伝導電子を吸引する領域を提供するために電子アクセプターと連絡するための少なくとも1つのアクセプター部材を含む。
【０１１６】
変動させる手段は、電界制御接合部での静電電位を変動させる手段を含むことができる。
【０１１７】
変動させる手段は、制御部材を経由して電界制御接合部と連絡している電界制御体の複数の状態の1つを選択する手段を含むことができる。
【０１１８】
選択する手段は電界制御体を照射する手段を含むことができる、または例えば電界制御体へ外部電位を印加する手段を含むことができる。
【０１１９】
本発明のまた別の局面によると、データを記憶する方法が提供される。本方法は核酸回路素子の電界制御体の少なくとも2つの状態のうちの1つを選択する手段を含み、少なくとも2つの状態の各々は回路素子内の電界制御接合部での電界制御の各程度に対応し、電界制御の各程度は各データ値に対応する。
【０１２０】
選択する手段は電界制御体を照射する手段を含むことができる、または例えば電界制御体へ外部電位を印加する手段を含むことができる。
【０１２１】
核酸回路素子は複数の部材を含むことができ、複数の部材のうちの少なくともいくつかは導電性金属を含有するオリゴヌクレオチド二本鎖を含むことができる。複数の部材は、電子ドナーからの伝導電子を受容するための少なくとも1つのドナー部材と、伝導電子を吸引する領域を提供するために電子アクセプターと連絡するための少なくとも1つのアクセプター部材と、および複数の部材のうちの少なくとも1つと交差して電界制御接合部を画定する少なくとも1つの制御体部材と、を含むことができ、制御体部材は電界制御体と連絡している。そのような場合は、選択する手段は、データ値を表示するために電界制御接合部が電界制御の程度を電界制御接合部へ印加することを誘発する手段を含むことができる。
【０１２２】
本発明のまた別の局面によると、有機データ記憶媒体が提供される。この媒体は少なくとも2つの選択可能な状態を有する電界制御体を含み、これらの状態の各々は核酸回路素子の電界制御接合部での電界制御の各程度に対応し、電界制御の各程度は各データ値に対応する。
【０１２３】
有機データ記憶媒体は核酸回路素子をさらに含むことができ、これは順に複数の部材を含むことができ、それらの複数の部材のうちの少なくともいくつかは導電性金属を含有するオリゴヌクレオチド二本鎖を含むことができる。複数の部材は、電子ドナーから伝導電子を受容するための少なくとも1つのドナー部材と、伝導電子を吸引する領域を提供するために電子アクセプターと連絡するための少なくとも1つのアクセプター部材と、およびデータ値を表示するために接合部へ電界制御の程度を印加するために電界制御体と協働する目的で、複数の部材のうちの少なくとも1つと交差して電界制御接合部を画定する少なくとも1つの制御体部材と、を含むことができる。
【０１２４】
少なくとも2つの状態は、電界制御体を照射する手段によって、または例えば電界制御体へ外部電位を印加する手段によって選択可能することができる。
【０１２５】
少なくとも2つの状態の各々は、電界制御接合部での各静電電位に対応していてよい。
【０１２６】
本発明のまた別の局面によると、データを記憶する装置が提供される。この装置は電界制御接合部を含む導電性核酸回路素子を含み、そして回路素子内の電界制御接合部で電界制御の程度を変動させるための手段をさらに含み、電界制御の各程度は各データ値に対応する。
【０１２７】
変動させるための手段は、電界制御接合部での静電電位を変動させるための手段を含むことができる。
【０１２８】
本発明のその他の局面および特徴は、添付の図面と結び付けて以下に記載した本発明の特定の態様の説明を精査することによって当業者には明白になるであろう。
【０１２９】
詳細な説明
図1を参照すると、本発明の第1態様による有機回路素子が概して100に示されている。この態様では、有機回路素子100は複数の部材102を含み、それらの各々はオリゴヌクレオチド二本鎖を含む。より詳細には、この態様では、複数の部材102は、電子ドナー200から伝導電子を受容するための少なくとも1つのドナー部材104と、および伝導電子を吸引する領域を提供するために電子アクセプター220と連絡するための少なくとも1つのアクセプター部材106と、を含む。この態様では、複数の部材102は、電界制御接合部112で電界を制御するために電界制御体114と協働する目的で、複数の部材102のうちの少なくとも1つと交差して少なくとも1つの電界制御接合部112を画定する少なくとも1つの制御体部材108をさらに含む。
【０１３０】
この態様では、複数の部材のうちの少なくとも一部は、導電性金属を含有するオリゴヌクレオチド二本鎖を含む。より詳細には、この態様では、複数の部材の各々は導電性金属を含有するオリゴヌクレオチド二本鎖を含む。
【０１３１】
この態様では、複数の部材102は複数のアームを含む。より詳細には、この態様では、ドナー部材104は伝導電子のソースを提供するために電子ドナー200（「D」）へ電気的に連結したドナーアーム160を含む。本態様のアクセプター部材106は、伝導電子を吸引する領域を提供するために電子アクセプター220（「A」）へ電気的に連結したアクセプターアーム140を含む。この態様では、制御体部材108は、この態様では電子ドナーから電界制御接合部112を経由して電子アクセプター220への伝導電子の流れを制御するために電子流変調体240（「M」）を含む、電界制御体114へ電気的に結合した分子アーム120を含む。
【０１３２】
この態様では、ドナー部材104、アクセプター部材106、および制御体部材108は、交差して電界制御接合部112を画定する。そこで、この態様では、電界制御接合部112は、導電性接合部から伸びるアーム120、140、および160を接続する3本アーム接合部を形成する導電性接合部180を含む。しかし、また別の態様では導電性接合部は3つより多くの部材を含むことができる。
【０１３３】
この態様では、有機回路素子100は、制御体部材108と電気的に連絡している電界制御体114と、ドナー部材104と電気的に連絡している電子ドナー200と、およびアクセプター部材106と電気的に連絡している電子アクセプター220と、を含む。
【０１３４】
この態様では、電界制御体114は複数の選択可能な状態を含み、それらの状態の各々は少なくとも1つの電界制御接合部112での各静電電位に対応する。より詳細には、この態様では電子流変調体240を含む電界制御体114は様々な状態を有し、それらの複数の状態の各状態は印加された外部電位に反応して、電界制御接合部112で各静電電位を発生させるために選択可能である。または、電子流変調体の状態は、以下でより詳細に考察するように、例えば電子流変調体を照射する手段によるように、いずれか他の適切な方法で選択することができる、または変化させることができる。
【０１３５】
様々な代表的態様では、電子流変調体240の状態は、例えば電子流変調体の量子力学波関数を決定する際に有効である何らかの肉眼的または顕微的変量であってよい。例えば、電子流変調体240の状態は電子流変調体に付加された、もしくは除去された電子数、または電子流変調体へ印加された外部電位の大きさおよび/または方向を表すことができる。さらに、電子流変調体240の状態は電子流変調体上の原子価電子の電子軌道レベル、または例えば縮退レベルなどの電子軌道の他の特性を表すことができる。または、もしくはこれに加えて、電子流変調体240の状態は、電子流変調体上の電子の総スピンまたは電子流変調体の状態を同定する量子力学波関数を示すいずれか他のパラメーターセットを含むことができる。
【０１３６】
電子流変調体240の状態は、電子ドナー200から電子アクセプター220への電子流もしくは導電性を制御するために、変調体アーム120、ドナーアーム160、およびアクセプターアーム140を結合している導電性接合部180での静電電位を変動させるために選択することができる、または変化させることができる。電子流変調体240の状態は、例えば、電子流変調体へ外部電位を印加する手段によって、またはその外部原子価電子軌道へ電子を置く手段、もしくはその外部原子価電子軌道から電子を取り出す手段によって変化させることができる。電子流は、DC信号中におけるように電子移動などの電子信号、変調した電圧もしくは電流信号、または情報を伝達するために変調された他の信号を表すことができる。そこで、電子流変調体240の状態が導電性接合部180での静電電位を変動させるために変更される場合は、それによって電子ドナーアームから電子アクセプターアームへ通過した信号を制御するために、電子ドナー200から導電性接合部180を経由した電子アクセプター220への電子流もしくは導電性を変調させることができる。
【０１３７】
この態様では、有機回路素子100は導電性核酸物質を含む。より詳細には、この態様では、ドナー部材104、制御体部材108、およびアクセプター部材106の各々は、導電性金属を含有する核酸二本鎖部分を含む。さらにより詳細には、この態様では、ドナーアーム160、分子アーム120、およびアクセプターアーム140は各々、電子を伝導することのできる導電性金属を含有するオリゴヌクレオチド二本鎖を含む。
【０１３８】
導電性金属を含有するオリゴヌクレオチド二本鎖（「M-DNA」）の例は、図2に300で示されている。この態様では、M-DNA 300は第1核酸鎖320および第2核酸鎖340を含む。第1および第2核酸鎖320および340は、骨格380によって共有結合した各複数の窒素含有芳香族塩基350および360を含む。第1核酸鎖320の窒素含有芳香族塩基350は、水素結合によって第2核酸鎖340の窒素含有芳香族塩基360に結合させられている。第1および第2核酸鎖320および340上の窒素含有芳香族塩基350および360は各々、導電性金属を含有するオリゴヌクレオチド二本鎖300の長さに沿ってスタック配置で水素結合した塩基対400を形成する。水素結合した塩基対400は、窒素含有芳香族塩基350または360のうちの1つで窒素原子に配位結合されたインターキレート化金属カチオン420を含む。より詳細には、この態様ではインターキレート化金属カチオンはインターキレート化二価金属カチオンを含む。この態様では、第1および第2核酸鎖320および340は、各々デオキシリボ核酸を含み、そして窒素含有芳香族塩基350および360は、アデニン、チミン、グアニン、およびシトシンからなる群より選択される。
【０１３９】
または、他の骨格構造380は、金属イオン420をキレート化して電子を伝導することのできるスタック配置で窒素含有芳香族塩基350、360を適切に整列させるために有効なことがある。そのような骨格を形成するために、例えばホスホロアミド、ホスホロチオエート、ホスホロジチオエート、O-メチルホスホロアミダイトまたはペプチド核酸結合が有効なことがある。同様に、例えばデオキシリボース成分、リボース成分、またはそれらの組み合わせを含む骨格380の他の構成要素が変動してもよい。
【０１４０】
または、他のタイプの塩基が置換されてもよい。例えば、窒素含有芳香族塩基350および360は天然DNAおよびRNA中で発生する窒素含有芳香族塩基であってよい。したがって、これらの窒素含有芳香族塩基はアデニン、チミン、シトシン、グアニンもしくはウラシル、または5-フルオロウラシルや5-ブロモウラシルなどのその変異体からなる群より選択することができる。例えば芳香族化合物内の原子に配位結合された二価金属イオンをインターキレート化することのできる、および導電性金属を含有するオリゴヌクレオチド二本鎖を生成するために積み重ねることのできる芳香族化合物などの、また別の芳香族化合物が利用されてもよい。また別の芳香族化合物には例えば以下を含むことができる。4-アセチルシチジン；5-（カルボキシヒドロキシメチル）ウリジン；2’-O-メチルシチジン；5-カルボキシメチルアミノメチル-2-チオウリジン；5-カルボキシメチルアミノメチルウリジン；ジヒドロウリジン；2’-O-メチルプソイドウリジン；β,D-ガラクトシルキュェオシン；2’-O-メチルグアノシン；イノシン；N6-イソペンテニルアデノシン；1-メチルアデノシン；1-メチルプソイドウリジン；1-メチルグアノシン；1-メチルイノシン；2,2-ジメチルグアノシン；2-メチルアデノシン；2-メチルグアノシン；3-メチルシチジン；5-メチルシチジン；N6-メチルアデノシン；7-メチルグアノシン；5-メチルアミノメチルウリジン；5-メトキシアミノメチル-2-チオウリジン；β,D-マンノシルキュェオシン；5-メトキシカルボニルメチル-2-チオウリジン；5-メトキシカルボニルメチルウリジン；5-メトキシウリジン；2-メチルチオ-N6-イソペンテニルアデノシン；N-（（9-β-D-リボフラノシル-2-メチルチオプリン-6-イル）カルバモイル）トレオニン；N-（（9-β-D-リボフラノシルプリン-6-イル）N-メチルカルバモイル）トレオニン；ウリジン-5-オキシ酢酸-メチルエステル；ウリジン-5-オキシ酢酸；プソイドウリジン；キュェオシン；2-チオシチジン；5-メチル-2-チオウリジン；2-チオウリジン；4-チオウリジン；5-メチルウリジン；N-（（9-β-D-リボフラノシルプリン-6-イル）-カルバモイル）トレオニン；2’-O-メチル-5-メチルウリジン；および2’-O-メチルウリジン；3-（3-アミノ-3-カルボキシプロピル）ウリジン；ヒポキサンチン、6-メチルアデニン、5-meピリジミン類、特に5-メチルシトシン（5-メチル-2’デオキシシトシンとも呼ばれ、しばしば当技術分野においては5-me-Cとも呼ばれる）、5-ヒドロキシメチルシトシン（HMC）、グリコシルHMCおよびゲントビオシルHMC、ならびに例えば2-アミノアデニン、2-チオウラシル、2-チオチミン、5-ブロモウラシル、5-ヒドロキシメチルウラシル、8-アザグアニン、7-デアザグアニン、N6（6-アミノヘキシル）アデニンおよび2,6-ジアミノプリンなどの合成核酸塩基。
【０１４１】
一部の態様では、例えば図2に例示されているように、二価金属イオン420間の推定間隔は約3、4または5Å（オングストローム）であってよい。
【０１４２】
オリゴヌクレオチドは、例えば、ホスホロチオエート、ホスホトリエステル、メチルホスホン酸、短鎖アルキルもしくはシクロアルキル糖間結合または短鎖ヘテロ原子もしくは複素環糖間結合などの修飾された骨格を含有するオリゴヌクレオチドを含むことができる。一部の態様では、オリゴヌクレオチドのホスホジエステル骨格はポリアミド骨格と置換することができるが、核酸塩基はポリアミド骨格のアザ窒素原子へ直接的または間接的に結合されている（Nielsen et al.,Science,1991,254,1497）。オリゴヌクレオチドは、例えばOH、SH、SCH3、F、OCN、OCH3OCH3、OCH3O（CH2）n、CH3、O（CH2）n、NH2またはO（CH2）n、CH3（式中、nは例えば1から約10であってよい；C1からC10は低級アルキル、アルコキシアルコキシ、置換低級アルキル、アルカリルもしくはアラルキル；Cl；Br；CN；CF3；OCF3；O--、S--、もしくはN-アルキル；O--、S--、もしくはN-アルケニル；SOCH3；SO2CH3；ONO2；NO2；N3；NH2；ヘテロシクロアルキル；ヘテロシクルアルカリル；アミノアルキルアミノ；ポリアルキルアミノ；置換シリル；RNA開裂基；レポーター基；インターキレート剤；およびその他の類似の特性を有する置換基などの成分で2’位が置換された一つまたは複数の糖成分を含有することもできる。同様の修飾は、オリゴヌクレオチドの他の位置、特に3’末端ヌクレオチド上の糖の3’位および5’末端ヌクレオチド上の5’位でもさらに行うことができる。オリゴヌクレオチドは、ペントフラノシル基の代わりにシクロブチルなどの糖模倣体をさらに有することもできる。オリゴヌクレオチドは、これに加えて、またはこれに代えて、核酸塩基（当技術分野においては単純に「塩基」と呼ばれることが多い）修飾または置換をさらに含むことができる。
【０１４３】
所望であれば、二価金属カチオンで窒素含有芳香族塩基のイミンプロトンを置換することができ、窒素含有芳香族塩基はチミンおよびグアニンからなる群より選択される。
【０１４４】
図3を参照すると、本態様によるM-DNA 300に対する塩基対合スキームが概して520に示されている。塩基対合スキーム520では、窒素含有芳香族塩基の少なくとも1つはN3窒素原子を有するチミンを含み、そして二価金属カチオンはN3窒素原子によって配位結合されている。より詳細には、この態様では塩基対合スキーム520はチミン-アデニン塩基対を含み、そして二価金属カチオン420は亜鉛である。または、二価金属カチオン420は、亜鉛（Zn2＋）、コバルト（Co2＋）およびニッケル（Ni2＋）からなる群より選択することができる。または、その他の二価金属イオンは、
2006512751.tif 000006
のカチオンからなる群より選択することができる。例えば、一部の態様では、Zn2＋、Ni2＋、Co2＋、Cd2＋、Hg2＋、Pt2＋およびAg1＋などの様々な量の金属カチオンを二本鎖内に組み込むことができるが、Cd2＋、Hg2＋、Pt2＋およびAg1＋などの金属イオンは二本鎖内の金属イオンのほんの一部分しか構成していなくてよい、要するに二本鎖を「ドーピング」しているだけでよい。代替条件下で代替カチオンを使用した金属置換二本鎖の形成は、例えば臭化エチジウム蛍光アッセイを使用して監視することができる。
【０１４５】
この態様では、図3に示した塩基対合スキーム520のチミン-アデニン塩基対では、N3窒素原子600を有する1つの窒素含有芳香族塩基はチミン550である。二価金属カチオン420（この態様では亜鉛である）は、二価金属カチオンである亜鉛で窒素含有芳香族塩基のイミンプロトンが置換されているチミン550のN3窒素原子600によって配位結合されている。
【０１４６】
図4を参照すると、本発明の第2態様によるM-DNAに対する塩基対合スキームが概して540に示されている。図4に示した態様では、窒素含有芳香族塩基の少なくとも1つは、N1窒素原子を有するグアニンを含み、そして二価金属カチオンはN1窒素原子によって配位結合されている。より詳細には、この態様では塩基対合スキーム540はシトシン-グアニン塩基対を含み、そこでは窒素含有芳香族塩基の1つはN1窒素原子620を有するグアニン580である。図3に示した態様と同様に、この態様では、二価金属カチオン420は亜鉛である。または、二価金属カチオン420は、亜鉛（Zn2＋）、コバルト（Co2＋）およびニッケル（Ni2＋）からなる群より選択することができる、または他の適切なカチオンを含むことができる。この態様では、この態様では亜鉛である二価金属カチオン420はN1窒素原子によって配位結合されている。または、二価金属カチオン420は代替コンフォメーションにおいて芳香族成分間で錯化することができる。一部の態様では、例示したように、各塩基対のイミノプロトンは金属イオンで置換されてもよい。
【０１４７】
図5を参照すると、M-DNAの電気的（I-V）特性は図5に示したように、およびRakitin et al.,2000に開示されたように測定することができる。例えば、Rakitin et al.によって調製されたM-DNAなどのM-DNAは、各端を順に例えばこの態様では金電極を含むソース電極810およびドレイン電極820などの個々の金属製電極へ結合させるために利用できる付着端を有する（Braun et al.,1998）、0.1mM Zn2＋（pH9.0）中のλファージ-DNAのB-DNA形から調製できる。
【０１４８】
M-DNAの導電性測定値を提供するための略図で示した試験レイアウトは、図5の挿入図に概して780で示されている。この態様では、核酸800が、例えば1から30ミクロンの幅を有することができる深い物理的ギャップ840によって隔てられたソース電極810およびドレイン電極820の間に置かれている。
【０１４９】
M-DNAおよびB-DNAのサンプルについて室温の真空（10-3torr）下で測定されたI-V特性の例は、図5において概して700で一緒に示されている。B-DNA 720に対応する曲線は、約200meVの半導体様プラトー（バンドギャップまたは導電性ギャップ740）を示している。これとは対照的に、M-DNA 760のI-V特性は導電性ギャップを示していない。これは、M-DNA内の電子は電流を極めて低い電圧まで伝導できるがB-DNA内の電子はできないことを示す、金属挙動および絶縁挙動の特徴的な相違である。したがって、低バイアス電圧でのM-DNA 760およびB-DNA 720のI-V特性における定性的相違は、それらの伝導機構における相違の指標である。
【０１５０】
この態様では、M-DNA 300は複数の部材を形成するために複数のオリゴヌクレオチドをアニーリングする手段および処理する手段によって形成されるが、複数の部材の各部材は、二本鎖部分を形成するために整列したオリゴヌクレオチド対を含む。より詳細には、この態様では複数の部材はドナー部材104、アクセプター部材106、および制御体部材108を含み、ならびに複数のオリゴヌクレオチドをアニーリングする手段および処理する手段は、ドナー部材、アクセプター部材および制御体部材が交差して電界制御接合部112を画定する構成で部材を形成する。
【０１５１】
この態様では、オリゴヌクレオチドは二本鎖部分を形成するために有効な条件でアニーリングされ、そして電界制御接合部を形成するために有効な条件で処理される。より詳細には、この態様では、アニーリングする手段は、導電性金属を含有するオリゴヌクレオチド二本鎖部分を形成するために有効な条件下で複数のオリゴヌクレオチドを塩基性溶液に供させる手段を含む。この態様では、導電性金属を含有するオリゴヌクレオチド二本鎖部分または核酸二本鎖部分を形成するために有効な条件は、二価金属カチオンで導電性金属を含有するオリゴヌクレオチド二本鎖部分内の窒素含有芳香族塩基のイミンプロトンを置換するために有効な条件である。そこで、この態様では、導電性金属を含有する核酸二本鎖を生成する手段は、導電性金属を含有する核酸二本鎖を形成するために有効な条件下で、金属カチオン（この態様では、これは二価金属カチオンである）の存在下で核酸二本鎖を塩基性溶液に供させる手段を含むが、導電性金属を含有する核酸二本鎖の水素結合した塩基対は窒素含有芳香族塩基の1つにおいて窒素原子へ配位結合されたインターキレート化金属カチオンを含む。同様に、この態様では、複数のオリゴヌクレオチドを処理する手段は、電界制御接合部を形成するために有効な条件下でヌクレオチドを塩基性溶液に供させる手段を含む。この態様では、塩基性溶液は少なくとも7のpHを有する。
【０１５２】
より一般的には、M-DNA 300を形成するために有効な条件は使用された二価金属カチオン420もしくはイオンおよび核酸鎖320および340の性質に依存して変動するであろう。導電性二本鎖形成のために有効な適切な条件を決定するためには、例えばpH、核酸濃度、金属イオン濃度、および金属イオン濃度対核酸濃度の比率などのパラメーターを変動させることによってルーチンアッセイを実施できる。一部の態様では、7、7.5、8、8.5もしくは9以上のpHが望ましく、適切な核酸対金属イオン比は例えば約1：1.5から約1：2.0であってよい。
【０１５３】
一部の態様では、M-DNA 300は、例えばpH9.0などの適切なpHでの0.1mM Zn2＋もしくはmM NiCl2などの金属イオンの添加によってB-DNAから形成することができる。同時にプロトン放出が発生する場合は、例えば8などの所望レベルのpHを維持するためにKOHなどの塩基を添加することができる。
【０１５４】
図5に示された導電性挙動によって証明されるように、導電性M-DNAの構成は電気信号を制御するための電流および/または電圧のスイッチング機能を提供することができる。
【０１５５】
ここで再び図1を参照すると、この態様では、交差して導電性接合部180を画定する3本のアーム120、140および160は有機回路素子100が電気信号制御体として機能するのを可能にする。導電性接合部180などの三方接合部は、例えば各々が5’および3’末端を有するオリゴヌクレオチドの3本の鎖1140、1160および1180から調製することができ、これらの配列はそれらが所望の構成でのみアニーリングできるように選択することができる。図1に示した態様では、導電性三方接合部180は、この態様では逆平行オリゴヌクレオチド対の中で二本鎖部分を形成している3つの60-merオリゴヌクレオチド（つまり、変調体アーム120、アクセプターアーム140、およびドナーアーム160）を含むオリゴヌクレオチドの3本の鎖1140、1160および1180から構成することができる。
【０１５６】
さらになお図1を参照すると、この態様では、電子ドナー200はドナー部材104へ電子を供与することができる第1電極202を含み、そして電子アクセプター220はアクセプター部材106から電子を受容することができる第2電極222を含む。さらにこの態様では、電界制御体114、またはより詳細には、電子流変調体240は第3電極242を含む。所望であれば、第3電極はアクセプター部材から電子を受容するため、または電子をドナー部材へ供与するために操作することができる。電極202、222、および242は、例えば金電極を含むことができる。金電極は、例えば発色団に代えて5’末端でチオールを組み入れることによってDNAへ結合させることができる（Wang et al.,1999）。電流もしくは電圧は、外部からドナーアーム160およびアクセプターアーム140を通して有機回路素子100へ印加することができる。
【０１５７】
または、電子ドナー、電子アクセプターおよび電界制御体は電極を含まなくてもよい。
【０１５８】
例えば、図1および6を参照すると、本発明の第3態様による有機回路素子が概して図6の900に示されている。有機回路素子900は、概して図1に示した有機回路素子100に類似している。しかし、図6に示した態様では、有機回路素子900の電子ドナー200はドナー部材104（この態様ではドナーアーム160を含む）へ電子を供与することのできる電子ドナー分子204を含む。この態様では、電子ドナー分子204は蛍光分子、またはより詳細には蛍光を含む。同様に、有機回路素子900の電子アクセプター220は、アクセプター部材106（この態様では、アクセプターアーム140を含む）から電子を受容することのできる電子アクセプター分子224を含む。この態様では、電子アクセプター分子224は蛍光分子、またはより詳細にはローダミンを含む。さらにこの態様では、電界制御体114、またはより詳細には、電子流変調体240は、蛍光分子および発色団からなる群より選択される制御体分子244を含む。そこで、この態様では、電界制御体114の状態は電界制御体を照射することによって選択できる。より詳細には、この態様では、制御体分子244は、例えばフルオレセインまたはローダミンなどの蛍光分子を含む。または、他の適切な制御体分子で置換されてもよい。
【０１５９】
同様に、図1および7を参照すると、本発明の第4態様による有機回路素子が概して図7の950に示されている。この態様では、電界制御体114、またはより詳細には、電子流変調体240は、この態様ではある波長範囲内の放射線を吸収する制御体または変調体発色団246を含む。そこで、電界制御体114の状態は電界制御体を照射する手段によって選択できる。この態様では、変調体発色団246を照射する手段は、電界制御接合部112へ印加される負の静電電位を発生させるが、負の静電電位は電子がドナー部材104からアクセプター部材106へ移動する能力を低下させる。同様に、この態様では、電子アクセプター220は、アクセプター部材106からの電子の受容に反応して、ある波長範囲内の放射線を放出することができる発色団226を含む。
【０１６０】
同様に、他の態様では、電界制御体114、電子ドナー200および電子アクセプター220は、電極、蛍光分子、発色団、またはその他の適切な分子のいずれか他の適切な組み合わせもしくは順列を含むことができる。これに関連して、蛍光分子および電極は、蛍光分子の照射されて印加電位へ供させられると光電流を生成する能力のために、本発明の態様の一部で適用するために組み合わせると特に有用な可能性がある。例えば、金電極上で組立てられて0.2ボルトの印加電位に供させられたフルオレセイン標識M-DNAは、フルオレセインが照射されるとおよそ0.03mAの感知可能な光電流を生成するが、フルオレセインが照射されないと感知可能な光電流を生成しないことが見いだされている（しかしより高い電位では、電解のために照射とは無関係に一部の電流が観察されることがある）。同様に、金電極に結合した発色団標識M-DNAの照射もまた感知可能な電流を生じさせる。
【０１６１】
一部のそのような代表的態様では、各アーム120、140および160の5’末端はフルオレセイン、ローダミンまたは標識されていない対照のいずれかに結合させられた。本明細書で使用する標識回路素子についての用語は、各アームが各々フルオレセイン（F）、ローダミン（R）または対照（C、標識なし）のいずれを含有するのかを明記するために、各アーム120、140および160を文字（F、R、またはC）で識別することに基づくことができる。そこで、例えば160F：120C：140R-60は導電性接合部180を形成するために組み立てられた3本の60-merオリゴヌクレオチド鎖1140、1160および1180を表しているが、フルオレセインはドナーアーム160に結合した電子ドナー200であり、ローダミンはアクセプターアーム140に結合した電子アクセプター220であり、そして電子流変調体240が欠如しているので、このため変調体アーム120には結合されていない。
【０１６２】
有機回路素子100の電子ドナー200の蛍光は、次に接合部180の導電性を確認するための蛍光アッセイによって測定することができる。そのようなアッセイ中、接合部を経由してM-DNAに沿った電子移動が存在する場合には蛍光は消光されるであろう。他方、ドナーアーム160およびアクセプターアーム140に沿った伝導がほとんど見られない場合は（これらのアームが例えばM-DNAではなくB-DNAから形成されている場合のように）、電子ドナー200の蛍光は同程度には消光されないであろう。1つのそのような代表的態様では、電子ドナー200として機能するフルオレセインの蛍光はM-DNA 160F：120C：140R-60について測定され、後者の態様がアクセプターアーム140に結合された電子アクセプター220として機能するローダミンを含んでいないことを除いて同一構成を有する別の代表的態様160F：120C：140C-60と比較された。フルオレセイン蛍光は、後者の態様（160F：120C：140C-60）と比較して、前者の態様（160F：120C：140R-60）では40％消光され、これは電子がドナーアーム160および導電性接合部180を経由してフルオレセイン電子ドナー200からアクセプターアーム140およびローダミン電子アクセプター220へ移動することを確証した。
【０１６３】
電子ドナー200などの蛍光分子を使用する他のそのような代表的態様は、電界制御体114が電界制御接合部112で電界を制御する能力を確認するために同様に使用できる。例えば、変調体アーム120に結合した電子流変調体240としてローダミンまたはフルオレセインを有する2つの代表的態様である160F：120R：140R-60および160F：120F：140R-60は、対照サンプル160F：120C：140R-60と個別に比較した。各蛍光アッセイ中、フルオレセイン蛍光は対照サンプルに比較して60％（160F：120R：140R-60）および35％（160F：120F：140R-60）消光された。このため、変調体アーム120に結合させられたフルオレセインまたはローダミンなどの電子ドナーまたはアクセプターは、導電性接合部180を経由するドナーアーム160からアクセプターアーム140への導電性を変化させることができる。そこで、回路素子100はまた別の状態を有するスイッチとして機能することができる。
【０１６４】
より一般的には、図1、6および7を参照すると、有機回路素子100、900および950（または、例えば以下でより詳細に記載する他の有機回路素子）のいずれかを使用すると、導電性核酸物質内の第1および第2位置間の電気信号を制御することができる。この態様では、第1位置は電子ドナー200を含むことができる、あるいはまた電子ドナー200と電界制御接合部112との間のドナー部材104上のいずれかの位置を含むと見なすことができる。同様に、この態様では、第2位置は電子アクセプター220を含むことができる、あるいは電子アクセプター220と電界制御接合部112との間のアクセプター部材106上のいずれかの位置を含むことができる。電気信号自体は、例えば電子ドナーと電子アクセプターとの間で電圧を印加する手段、ドナーおよびアクセプターを照射する手段、および/または電子を第1位置へ提供して第2位置から電子を受容する手段などのいずれか適切な方法で電子が第1位置から第2位置へ流れることを誘発する手段によって発生させることができる。
【０１６５】
第1および第2位置の間の電気信号の制御は、第1および第2位置の間に挿入された核酸物質内の第3位置で静電電位を変動させる手段によって達成できる。図1、6および7に示した態様では、第3位置は電界制御接合部112を含む。静電電位を変動させる手段は、第3位置と連絡している電界制御体114の複数の状態のうちの1つを選択する手段によって達成することができ、これらの状態の各々は第3位置での各静電電位に対応する。図6および7に示した有機回路素子900および950の場合には、これらの状態の1つを選択する手段は電界制御体を照射する手段によって達成することができる。これは、例えば第3位に印加される負の静電電位を発生させることがある。図1に示した有機回路素子100の場合には、これらの状態の1つを選択する手段は、外部電位を電界制御体114、またはより詳細には電極242へ印加する手段によって達成することができる。これは、第3位置へ負の静電電位を印加するために電極242上へ少なくとも1つの電子を置く手段、または第3位置へ正の静電電位を印加するために電極242から少なくとも1つの電子を取り出す手段を含むことができる。電界制御接合部112での負の静電電位は電子がドナー部材からアクセプター部材へ移動する能力を低下させる傾向を示すが、他方接合部での正の静電電位はそのようにする能力を増加させる傾向を示す。そこで、図1、6および7に示した回路素子のいずれも導電性核酸物質内の第1および第2位置間の電気信号を制御するための装置として機能するが、この装置は第1および第2位置間に挿入された核酸物質内の第3位置で静電電位を変動させることができる電界制御体を含む。
【０１６６】
ここで再び図7を参照すると、また別の態様では、変調体発色団246は電界制御体114として選択できるので、それは例えばフルオレセインおよびローダミンなどの電子ドナーおよび電子アクセプターの両方が放射線を吸収する波長とは相違する波長で放射線を吸収する。変調体発色団246の選択的照射を実施すると、電子は導電性接合部180での導電性または静電電位（電圧）の変化を生じさせる変調体発色団上で高エネルギー状態へ励起される。一部の態様では、導電性接合部180を経由する導電性または電子の通過を妨害する可能性がある負の静電電位を導電性接合部180で確定することができる。しばらく時間をおいた後、変調体発色団246は相違する状態に戻ることができる、例えば発色団246内の励起された電子は光子を放出してその基底状態に戻ることができる、したがって導電性接合部180での静電電位または導電性をその初期値（または別の数値）へ復帰させることができる。本方法では、導電性接合部180はドナーアーム160からアクセプターアーム140への信号または電子の流れを制御するためのゲートとして機能することができる。例えば1つの態様では、導電性接合部180は変調体発色団が照射されておらず、したがって電子もしくは信号がドナーアーム160からアクセプターアーム140へ流れることを許容する「オン」状態にあるゲートとして機能することができ、そしてこのゲートは変調体発色団246が照射されてその電子がより高いエネルギー状態へ励起されると「オフ」状態になる可能性がある。そこで、そのような態様では、有機回路素子100は、電子ドナー200がソース電極として機能し、電子アクセプター220がドレイン電極として機能し、そして電界制御体114（例えば変調体発色団246など）がゲート電極として機能する電界効果トランジスタに類似する方法で挙動する。ゲート電極として機能する電界制御体114は、ドナーアーム160から導電性接合部180を経由してアクセプターアーム140へ流れる電子流のチャネルの有効電子径を制御するために機能することができる。効果的にも、電子ドナー200（ソース電極）からの電子の流れは、電圧または電界制御体114によって導電性接合部180へ印加される静電電位における変化によって制御される。導電性接合部（ゲート）に印加される電圧は、電子流変調体240および変調体アーム120によって制御または変調することができる。本方法で導電性接合部180での静電電位を変動させるために「ゲートスイッチ」の「オン」および「オフ」状態を制御することによって、有機回路素子100を使用するとメモリを作製する、記憶するおよびまた別の状態でゼロおよび1を表示することによってメモリを抹消することができる。
【０１６７】
そこで、例えば図7を参照すると、有機データ記憶媒体が概して960に示されている。記憶媒体960は少なくとも2つの選択可能な状態を有する電界制御体114を含み、これらの状態の各々は核酸回路素子の電界制御接合部での電界制御の各程度に対応し、電界制御の各程度は各データ値に対応する。この態様では、有機データ記憶媒体960は有機核酸回路素子950をさらに含み、これは順に、データ値を表示するために接合部への電界制御の程度を適用するために電界制御体114と協働する目的で、複数の部材（この態様では、ドナー部材およびアクセプター部材の両方と交差する）のうちの少なくとも1つと交差して電界制御接合部112を画定するドナー部材104、アクセプター部材106、および制御体部材108を含む。
【０１６８】
この態様では、電界制御体の少なくとも2つの状態の各々は電界制御接合部での各静電電位に対応する。
【０１６９】
この態様では、少なくとも2つの状態は電界制御体を照射する手段によって選択可能である。より詳細には、この態様では、少なくとも2つの選択可能な状態は発色団246の励起状態および基底状態を含む。発色団246は例えば2進数の「1」などのデータ値を表示するためにそれを照射することによって励起状態で維持することができる、そして例えば2進数の「0」などのデータ値を表示するためにそのような照射を停止させることによってその基底状態へ復帰することを許容できる。上記で考察したように、発色団が励起状態にある場合は、電界制御接合部112での静電電位は、それによって導電性接合部180での導電性を変化させて変化または変動させられる。このようにして記憶されたデータ値は次に、何らかの適切な方法で「読み取る」ことができる。例えば、電子ドナー200と電子アクセプター220との間の外部電位を印加し、そして結果として生じた電流を測定できるが、第1測定電流値は2進数の「1」を表示する励起状態の指標であり、第2測定電流値は2進数の「0」を表示する基底状態の指標である。
【０１７０】
再び図1を参照すると、また別の有機データ記憶媒体は、図1に示した態様では電極242を含む電界制御体114へ外部電位を印加する手段によって少なくとも2つの状態が選択可能である有機回路素子100を含むことができる。
【０１７１】
しかしより一般的には、導電性核酸物質内の電気信号を制御するそのような方法には、上記で記載したように電界制御接合部での電界制御の程度を変動させることによってデータ記憶以外の多数の有用な用途が存在する。
【０１７２】
再び図1を参照すると、1つのシステムが提供されるが、このシステムは有機回路素子100を含み、そして電子ドナー200へ伝導電子を供給するため、および電子アクセプター220から伝導電子を受容するための導電性媒体1190をさらに含む。一部のそのような態様では、電流は回路素子100などの有機回路素子が導電性媒体1190に含まれている場合に流れることができる。導電性媒体1190は、電子が電子ドナー200からドナー部材104（この態様では、ドナーアーム160）を経由し、電界制御接合部112（この態様では導電性接合部180を含む）を経由し、アクセプター部材106（この態様ではアクセプターアーム140を含む）を経由し、電子アクセプター220を経由して電子ドナーへ戻る閉鎖回路を提供するために、電子ドナー200へ電子を供与し、電子アクセプター220から電子を受容することができる何らかの媒体であってよい。導電性媒体1190は、電子ドナー200と電子アクセプター220との間の伝導を提供するために、例えば水溶液を含むことができる。または、導電性媒体1190は、例えば導線を含むことができる、またはいずれか他の適切な導電性媒体と置換されてもよい。
【０１７３】
再び図1を参照すると、また別の態様では、複数の部材102の全部が必ずしも導電性金属を含有するオリゴヌクレオチド二本鎖を含む訳ではない。より詳細には、一つまたは複数のアーム120、140または160は、一つまたは複数の残りのアーム120、140または160が導電性二本鎖を形成する条件下で導電性二本鎖を形成しない。1つのそのような態様では、ドナー部材104およびアクセプター部材106はそのような導電性金属を含有するオリゴヌクレオチド二本鎖を含むことができるが、他方一つまたは複数の他の部材は含んでいない。例えば、変調体アーム120はドナーアーム160およびアクセプターアーム140が導電性二本鎖を形成する場合に導電性二本鎖を形成しない組成物を有する可能性がある。本方法では、アーム120、140または160の部分のためにはB-DNAおよびM-DNAの組み合わせを使用できる。例えば、5-フルオロウラシルを含有する二本鎖はM-DNAを形成できるが、この塩基が欠如する二本鎖はM-DNAを形成しないので、ドナーアーム160およびアクセプターアーム140が高率の5-フルオロウラシルを含有するように核酸鎖1140、1160および1180の組成物を適応させることができる。本方法で、変調体240が導電性接合部180に及ぼす作用は、それに素子100が供させられる条件に依存して及ぼすことができる（アームがB-DNAまたはM-DNAのどちらの形態にあるかを指示する）。同様に、核酸結合タンパク質を使用するとアーム120、140および160の導電性を変調することができる。
【０１７４】
また別の態様では、電子流変調体240は導電性媒体からの電子を吸収または供与することができるが、非導電性変調体アーム120によって導電性接合部180から電気的に絶縁されている。非導電性変調体アーム120は、例えば上記で記載したように、導電性二本鎖がドナーアーム160およびアクセプターアーム140上で形成されるが、変調体アーム120上では形成されない条件下で形成することができる。
【０１７５】
また別の態様では、様々な形態の機能性を提供するために有機回路素子100を構築することができる。電子アクセプター220は、例えば回路素子100の導電性についての検出可能な標識として機能することができる。例えば、電子アクセプター220は、電子を受容すると相違する、または特徴的な波長で光子を放出でき、その結果として放出された光子を検出できる発色団であってよい。
【０１７６】
また別の態様では、有機回路素子は複数のドナーアーム、アクセプターアーム、または変調体アームを含むことができる。
【０１７７】
例えば、図8を参照すると、本発明の第5態様による有機回路素子が概して1200に示されている。この態様では、複数の部材102は、複数の制御体部材1220が複数の部材102と交差して少なくとも1つの電界制御接合部112を画定する構成で形成された複数の制御体部材1220を含む。より詳細には、この態様では、有機回路素子1200はドナーアーム160およびアクセプターアーム140を含み、それらの両方は導電性接合部180で複数の電子流変調体アーム1222と交差するが、これらは順に各電子流変調体に結合されている。有機回路素子1200を形成するために使用されたオリゴヌクレオチドの鎖は、それらが所望の構成でしかアニーリングできないように適切な配列内で選択でき、オリゴヌクレオチドの各鎖は典型的には逆平行で整列している変調体アーム1222、ドナーアーム鎖1160およびアクセプターアーム1140を作り上げる二本鎖を形成している。有益にも、各々が相違する条件または例えば特定波長の光線などの信号に個別に反応する個々の電子流変調体M1、M2、M3、...を使用することができる。本方法では、有機回路素子1200は生物学的システムの内側の信号または状態などの特定信号を検出するための検出器として使用できる。
【０１７８】
図9を参照すると、本発明の第6態様による有機回路素子が概して1300に示されている。この態様では、複数の部材102は、この態様では環状DNA部分1360を含む共通部材1302を含む。この態様では、ドナー部材104、アクセプター部材106および制御体部材108は第1、第2および第3位置（または接合部）1320、1340および1380それぞれで共通部材1302と交差し、第3位置1380が電界制御接合部112を画定する。そこで、この態様では、ドナーアーム160およびアクセプターアーム140は別個の位置または接合部1320および1340で各々環状DNA部分1360へ結合されている。さらにこの態様では、この態様では第2変調体アーム1306を含む第2制御体部材1304は、第4位置1308で共通部材1302と交差して第2電界制御接合部を画定する。そこで、この態様では、有機回路素子1300は、同一であっても相違していてもよい複数の各電子流変調体M1およびM2へ結合している位置1380および1308で複数の接合部を含む。そこで、この態様では、少なくとも1つの電界制御接合部は少なくとも2つの各電界制御体と電気的に連絡している少なくとも2つの電界制御接合部（位置1308および1380で）を含み、そして制御または変調は2つの電界制御体の少なくとも1つの複数の状態の1つを選択する手段によって達成でき、それらの状態の各々は2つの制御体のうちの少なくとも1つに対応する電界制御接合部での各静電電位に対応する。
【０１７９】
第7態様による有機回路素子は、図10では概して1500に示されている。この態様では、少なくとも1つの制御体部材は、複数の制御体部材102の他の各部材と交差して複数の各電界制御接合部を画定する複数の制御体部材を含む。この態様では、そのような各制御体部材は、ドナー部材およびアクセプター部材の両方と交差するのではなく、むしろドナー部材およびアクセプター部材の一方と交差して電界制御接合部を画定する。より詳細には、この態様では、有機回路素子1500は、順に各変調体アーム1508、1510および1512を含む第1、第2および第3制御体部材1502、1504および1506を含む。この態様では、変調体アーム1508、1510および1512は、各アクセプターアーム1520、1540および1560と交差して各電界制御接合部1514、1516および1518を画定する。アクセプターアーム1520、1540および1560は相互に交差し、そして電子ドナーアーム160と交差して導電性接合部1800を画定する。そこで、有機回路素子1500は、複数のアクセプターアームの各アクセプターアームへ結合された複数の電子流変調体M1、M2、M3ならびに電子流変調体アーム1508、1510および1512を含む。電界制御接合部1514、1516および1518のいずれかでの静電電位における変動はさらに導電性接合部1800での静電電位の変動も生じさせるので、このため導電性接合部1800が電界制御接合部としても有効に機能することは明白であろう。
【０１８０】
本発明の一部の態様による有機回路素子を使用すると、電子変調体アームの一本鎖成分と相同である特定核酸の存在を検出できることに留意されたい。サンプル内の核酸は、例えばフルオレセインなどの電子流変調体を含むために標識することができ、そしてこのサンプルは一本鎖電子流変調体アームを有する有機回路素子と混合することができるので、核酸が一本鎖電子流変調体アームと相同であるサンプル中に存在する場合は、そのサンプルはハイブリダイズするであろう。ハイブリダイゼーション後に、サンプル核酸に結合させた標識を有機回路素子の残りの部分と電気的に連絡するようにさせるために、電子変調体アーム内の導電性二本鎖の形成に好都合であるように条件を調整することができる。回路素子内の導電性変調体アームの存在は、電子ドナーアームと電子アクセプターアームとの間の導電性の変化によって検出することができる。
【０１８１】
本明細書には本発明の様々な態様が開示されているが、当業者の一般的知識によれば本発明の範囲内で多数の改良および修飾を加えることができる。そのような修飾には、実質的に同様の方法で同様の結果を達成するために本発明のいずれかの局面に対して知られている同等物の置換が含まれる。数値範囲は範囲を画定している数を含む。本明細書では、用語「含む」は、「〜を含むが、それらに制限されない」という言い回しと実質的に同等である制限の設けられていない用語として使用することができ、そして用語「含む」は同一の意味を有する。本明細書における参考文献の言及は、そのような参考文献が本発明にとっての先行技術であるという是認と見なすべきではない。本明細書で言及する特許および特許出願を含むがそれらに限定されない全ての出版物は、あたかも個々の出版物が特別かつ個々に本明細書に参照として組み入れられていると指示されたかのように、そしてあたかも完全に本明細書に記載されたかのように、参照として本明細書に組み入れられている。本発明は、上記に記載し、以下の実施例および図面を参照しながら説明した全ての態様および変形を実質的に含むが、それらに限定されない。より一般的には、本発明の特定態様を記載かつ例示してきたが、そのような態様は本発明を代表するものとのみ見なすべきで、添付の特許請求項によるような本発明を限定するものと見なすべきではない。
【０１８２】
実施例
要約：この実施例では、M-DNA錯体を二本鎖DNAと二価金属イオン（約pH8.5）との間で形成した。30塩基対の直鎖状二本鎖は、一端にフルオレセイン、そして他端にアントラキノンを結合させて調製した。アントラキノンによるフルオレセインからの蛍光発光の消光は、M-DNAに対応する条件下では発生したが、B-DNAに対応する条件下では発生しなかった。電子移動過程に帰せられる消光は、アントラキノンから電子アクセプターではないジヒドロアントラキノンへのNaBH4を使用する化学還元によって遮断された。酸素への暴露によってジヒドロキノンを再酸化させると、消光は復元された。フルオレセイン蛍光の消光は、ローダミンまたはアントラキノンが残り2本のアームの一方に取り付けられた90塩基対Y分枝鎖状二本鎖においても観察された。そこで電子移動過程は、以前にB-DNAサンプルについて報告された結果とは反対に、二本鎖内の接合部の存在によって妨害された。この場合もやはり、フルオレセイン蛍光は、単純な化学スイッチを模倣する、Y分枝鎖状二本鎖内のアントラキノン基の還元によって変調させることができた。このため、M-DNAにはナノエレクトロニクスデバイスを開発するための極めて大きな将来性がある可能性がある。
【０１８３】
詳細な説明：アントラキノンなどの色素（15、26-28）（およびその誘導体）は、グアニンからの電子アクセプターとして機能する色素（その励起状態では）とともにDNA内で発生する電荷移動工程を調査するために広範囲で使用されてきた；しかし、それらはDNA二本鎖によって隔てられたドナー/アクセプターの組み合わせでは試験されていない。これらの色素、および関連する生物学的に重要なキノン類に対しては、それらが電子輸送および光合成経路において密接に関係していることから特に関心対象となり、光合成模倣体の開発において研究されている（29）。そこで本発明人らは、30塩基対直鎖状二本鎖を使用してM-DNA内のアントラキノンによるフルオレセインの蛍光消光に関する試験の結果について報告する。アントラキノンは、両方の構造に対するM-DNA条件下でフルオレセインの蛍光を消光することが観察されている；しかし、アントラキノン色素からヒドロキノンへの還元が発生すると（図11a）、消光は大きく減少する。実質的に、電子移動過程はアクセプター基の化学還元によって遮断される。
【０１８４】
分枝鎖状二本鎖は、図11bに示されているように、適切な相補的区間を有する3本の別個の一本鎖から構築することができる。以前の試験は、分枝鎖状二本鎖が、各アーム間が等角度の実質的に平面形状で3本のアームを備えるY字形分子であることを証明している（30、31）。金属カチオンの添加は4方接合部で観察されるヘリックス-ヘリックス・スタッキングを生じさせず、むしろ3方接合部は伸長したY字形コンフォメーションのままでである（30、31）。B-DNA内のそのような接合部は、典型的には低効率の電子移動を生じさせる（32-34）。この場合に、効率的な電子移動は、フルオレセインとアクセプターであるアントラキノンおよび/またはローダミンとの間でY分枝鎖状接合部を経由して発生するのが観察されている。
【０１８５】
材料および方法：フルオレセインに対する消光剤としてのアントラキノン（AQ）の効率を評価するために、最初は30塩基対配列を使用して蛍光測定を実施した。多数のドナー-アクセプターの組み合わせを可能にするために、3本の60塩基一本鎖を使用して、Y字形接合部（下記を参照）を含有する総サイズが90塩基対からなる二本鎖を形成した。この試験に使用した配列は表1に示されている。Y字形接合部は、暗所で、65℃において10mM Tris-HCl（pH8）および10mM NaCl中で3本の一本鎖を2時間にわたりインキュベートし、その後室温へ緩徐に冷却することによって調製した（31）。Y分枝鎖状二本鎖についてのアガロースゲル（4％）電気泳動は、110〜124塩基対に対応する移動度を備える単一種の形成を証明した（データは示していない）。これは以前の報告と一致し、Y字形構造が二本鎖の移動を遅延させることを示唆している（31）。
【０１８６】
ドナー鎖は5’位で5-カルボキシフルオレセイン（Fl）を用いて標識し、相補（アクセプター）鎖は5’位で2-アントラキノンカルボン酸（Aldrich社）または5（6）-カルボキシテトラメチルローダミン（Rh）を用いて標識した。これらの色素分子は、標準的な6-アミノヘキシルリンカーを使用して共有結合させた。必要な場合は、結合させる前にカルボン酸誘導体を活性化エステルに変換させた。配列は、Calgary Regional DNA Synthesis FacilityまたはNational Research Council Plant Biotechnology InstituteにあるDNA/Peptide Synthesis Lab（Saskatoon）のどちらかから入手した。蛍光測定は、他に特別に画定していない限り、B-DNA条件のためにはpH7.5またはM-DNA条件のためにはpH8.5のどちらかの20mM Tris-HClバッファー中で、1.5μM（塩基中）のDNA濃度でHitachi model F2500 fluorometerを使用して実施した。フルオレセインを490nmで励起し、そして発光スペクトルを500〜800nmで記録した。M-DNAへの変換は、最終濃度0.2mMまで20mM ZnCl2ストック液を添加することによって実施した（24）。
【０１８７】
AQの還元は、NaBH4（還元の前に新しく作製した）の0.5mMストック液を使用して実施した（35）。手短には、NaBH4ストック液をAQ標識一本鎖DNAの150μM（塩基中で）溶液に添加し、室温で2時間インキュベートした。次に相補的フルオレセイン標識一本鎖を用いて還元した鎖をハイブリダイズさせてフルオレセイン/ジヒドロアントラキノン標識二本鎖を生成した。対照実験として、フルオレセイン標識一本鎖、ならびにフルオレセイン/アントラキノン二本鎖の両方についても同一の還元プロセスを供させた。必要な場合は、最低30分間にわたり窒素ガスを泡立たせることによってサンプルから酸素を除去した。
【０１８８】
上記の方法がAQ基の還元を生じさせることを確認するために、pH8.0の10mM Tris-HCl、10mM NaClバッファー中の34μM 2-アントラキノンN-ヒドロキシスクシンイミジルエステル（AQ-NHS）を使用して同一方法を実施した。還元前30分間にわたり窒素を用いて泡立たせることによってこの溶液から脱気した。還元は、最終濃度1.9mMまで0.5M NaBH4を使用して実施した。還元方法の前後にGilford 600分光計を用いて、UV-vis吸光度スペクトルを測定した。最後に、この還元方法が鎖自体の損傷を生じさせるかどうかを決定するために、20％ポリアクリルアミドゲルを使用して還元Fl-30-AQ二本鎖についてのポリアクリルアミドゲル電気泳動法（PAGE）分析を実施した。
【０１８９】
結果および考察：還元前後および再酸化後のAQ-NHS（脱酸素化バッファー液中）の吸光度スペクトルは、図12に示した。3mM NaBH4を添加すると、335nmでの特徴的な吸光度は、ヒドロキノンに対応する388nmでの新しい吸光度が現れるのに伴って消失する（35）。予想通りに、酸素へ暴露させるとヒドロキノンはアントラキノンへ再酸素化することができた（36）。残念なことに、高濃度のDNAが必要とされるために、AQ標識DNAを使用する類似の実験を実施することはできなかった。しかし、還元はDNAへの結合によって影響を受けないと予想される。
【０１９０】
NaBH4の添加がDNAのいかなる損傷も生じさせないことを確認するために、多数の対照実験を実施した。図13は、還元形および天然形両方のFl-30-Aq二本鎖のPAGE分析の結果を示している。全ての場合に、Fl-30-AQ二本鎖の移動は、対応するDNAマーカーと良好に匹敵している。ゲルのレーン5（0mM NaBH4）をレーン3および4（各々、2.5および25mM NaBH4）と比較することによって、この還元方法が標識一本鎖に対する損傷を全く生じさせないことは明らかである；詳細には、未処理および処理二本鎖は同一レベルまで移動する。さらに、レーン3および6を比較すると、ハイブリダイゼーション前（レーン3）と比較して、ハイブリダイゼーション後（レーン6）のアントラキノン標識の還元もまた二本鎖自体への損傷を生じさせないことも明らかである。
【０１９１】
同様に、臭化エチジウム蛍光アッセイは、未処理DNAと同一レベルでの処理された二本鎖へのエチジウムの結合を証明した。二本鎖に何らかの損傷が発生していれば結合が減少するために蛍光消失を生じさせるであろうが、これは観察されなかった。最後に、フルオレセインおよびローダミンについての蛍光励起および発光スペクトルはNaBH4による処理後に未変化のままであり、これはNaBH4の添加がそれらの還元を生じさせないことを指摘している。
【０１９２】
フルオレセイン標識30-merへのアントラキノン基の結合は、表2に示したように、M-DNAの形成後にフルオレセイン蛍光の重大な消光を生じさせる。M-DNA（24）を形成するために使用された標準条件下では、つまり0.2mMのZn2＋濃度では、ローダミンおよびアントラキノンはフルオレセインからの蛍光を各々86％および59％へ消光させる。以前に観察されたように（24、37）、消光の程度は、アクセプターの性質、および下記から明らかになるように二本鎖の長さに左右される。フルオレセインとアントラキノンとの間でスペクトルの重複が見られないために（図12を参照）、共鳴エネルギー移動は励起状態のフルオレセインの脱活性化に対して考えられる機構ではない（38）。さらに、電子ドナーとしてのフルオレセイン（E°ox＝0.96V（39）、ΔE0.0＝2.46eV）および電子アクセプターとしてのアントラキノン（E°Red＝-0.94V）の還元電位を考慮して（40）、Rehm-Weller式（41）はΔG＝-0.56eVを備える発エルゴン的に好ましい電子移動過程を予測する。実際に、フルオレセインからアントラキノン（ダイアッド分子で）への光誘発性電子移動は、以前に蛍光消光およびESR法の両方を用いて観察されている（42）。このダイアッドでは、アントラキノンはフルオレセインから蛍光を98％消光することが観察されたが、これはkET＝4×109s-1を備える電子移動過程に起因した。このため、M-DNAシステム中でのアントラキノンの化学還元は、アントラキノンがもはやフルオレセインから移動した電子を受容することができなくなるので、フルオレセインの蛍光消光の減少を生じさせるはずである。
【０１９３】
図14は、蛍光からの標準化された強度が上昇し、ホウ化水素濃度が上昇するために、これが真実であることを証明している。対照として、フルオレセイン（Fl-30）、ならびにフルオレセインおよびローダミンの両方（Fl-30-Rh）を用いて標識した二本鎖をFl-30-AQ二本鎖と同一方法で処理した。表2に示したように、Fl-30二本鎖については影響は観察されず、蛍光からの発光は未変化であった。同様に、Fl-30-Rh二本鎖について観察された消光もまたこの還元方法によって変化しないことが見いだされた。表2に示した結果は、2.5mM NaBH4によるAQの還元が未還元Fl-30-AQについての0.41±0.04から還元Fl-30-AQについての0.71±0.01へ標準化された蛍光の増加を生じさせることを示している。バッファー中のAQ-NHSについて観察されたように、NaBH4がFl-30-AQ二本鎖に及ぼす作用は酸素を用いると復元可能である。還元したサンプルを空気（すなわち、酸素）へ意図的に暴露させると、標準化された蛍光は0.42±0.03へ低下した。
【０１９４】
DNAからより複雑な疑似エレクトロニクスデバイスを設計できるようにするためには、分枝鎖状構造を合成するだけではなく、結果として生じる接合部を経由した電子移動を証明することも必要である。接合部の各アームが30塩基対二本鎖となるように、90塩基対Y分枝鎖状三方DNA接合部を3つの相補的60塩基オリゴヌクレオチドから調製した。表3は、M-DNA条件下でY分枝鎖状DNA二本鎖に対する様々なドナー-アクセプターの組み合わせについて観察された標準化された蛍光を示している。1つのドナーと2つのアクセプターとの組み合わせはアクセプターの組み合わせ、すなわち2つのローダミン基（58％）または1つのローダミン基と1つのアントラキノン基（63％）とは無関係に最大量の消光を生じさせるが、これは54塩基対フルオレセイン/ローダミンで標識された非分枝鎖状二本鎖（57％（24））について観察された消光に匹敵している。これは、消光機構、詳細には電子移動がM-DNA内の分枝鎖状接合部によって決して妨害されないことを意味している。これとは対照的に、B-DNA内の非スタック配置の塩基を経由しての、または分岐もしくは接合部を経由しての電荷移動は妨害される（32〜34）、または発生しない（43）。
【０１９５】
単一アクセプターの場合にはより少ない消光（平均36％）が観察され、これを2つのアクセプター分子について入手した結果と結び付けると、2つの重要な意味が生じる。その第1は、2つのアクセプター分子の場合を考察すると、両方のアクセプターアームへの電子移動の確率が同等であるという点である。しかし、第2の結果、つまり単一アクセプターについて観察された消光が2つのアクセプターについて観察された消光の半分以下であるという結果は、1つのアクセプター分子の場合にアクセプター標識アームへの電子移動の確率が上昇することを示している。未標識アームへ移動する確率がゼロであるというのが真実であれば、観察された消光がやはり二重標識54塩基対非分枝鎖状二本鎖について観察された消光に類似すると予想されるであろう。しかし未標識アームへの電子移動の確率が同等であるなら、これは電子が未標識アームに到達するとその最終結果はどのようになるのかという疑問を投げかける。または、単一アクセプター分子については、まだ考察されていない量子効果の結果としてフルオレセインが電子を供与する確率が低下するのは事実であるのか？これらの疑問に対する回答とは関係なく、これらの結果はこれらのシステムを分子規模のエレクトロニクスデバイスの設計へ適用することに関して極めて大きな可能性があることを指摘している。
【０１９６】
アントラキノンは、Y分枝鎖状二本鎖においてフルオレセインを、ローダミンが平均38％消光するのに比較して23％消光する（どの鎖がドナーおよびアクセプター発色団を有するのかとは無関係に）。このため、30塩基対二本鎖については、アントラキノンはY分枝鎖状DNA二本鎖内ではアクセプターとしてローダミンほど効率的ではない。それでも、NaBH4の添加は再びフルオレセインからの蛍光発光の増加を生じさせる、すなわち消光機構は再び遮断され、標準化された発光はほぼ1へ増加する。二重標識システムについては、NaBH4の添加は消光を63％から38％へ低下させる。これは、Y分枝鎖状二本鎖からの蛍光を変調させるための、実際上ソース、ゲート、およびドレインから構成される伝統的トランジスターを模倣している手段を提供する。ソース電極およびドレイン電極は、それを通して電位がゲート電圧によって制御される半導体チャネルによって分離されている。Y分枝鎖状二本鎖では、フルオレセイン標識アームはソースとして機能し、そしてローダミン標識アームはドレインであり、アントラキノン標識アームはゲートとして機能すると見なすことができる。還元または未還元であるアントラキノン基の状態は、結果として生じる信号、この場合にはフルオレセインからの発光強度を変調させるための手段を提供する。
【０１９７】
（表１）30および60塩基対配列
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【０１９８】
（表２）30塩基対DNA二本鎖についての様々なドナーおよびアクセプターの組み合わせについての標準化された蛍光（λEm＝520nm）；［Zn2＋］＝0.2mM、pH8.5、20mM Tris-HClバッファー
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【０１９９】
（表３）Y分枝鎖状DNA接合部についての様々なドナーおよびアクセプターの組み合わせについての標準化された蛍光（λEm＝520nm）；［Zn2＋］＝0.2mM、pH8.5、20mM Tris-HClバッファー
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【０２００】
結論：DNAに共有結合したアントラキノンは、M-DNAシステムにおいてフルオレセインからの蛍光の効率的消光剤であることが証明されている。Y分枝鎖状接合部を経由して、60塩基対の間隔に渡って良好な消光が観察されている。このため、以前に提案されているように（9、23、24）、M-DNAコンフォメーションはDNA内での効率的伝導のための改良された経路を提供するが、これは将来においてナノメートル規模のエレクトロニクスデバイスを開発するために極めて重要な局面である。フルオレセインからの発光強度は、単純な化学スイッチを提供する、酸素を用いた再酸素化によって可逆性であるアントラキノン基の化学還元によって変調させられた。1つのドナーおよび2つのアクセプターを含有するY分枝鎖状接合部にこれらの結果を適用すると、電子トランジスターを光学的に模倣するシステムが生じる。したがってこれらのシステムはより複雑なエレクトロニクスデバイスを将来開発するために極めて重要な最初の手段である。
【０２０１】
参考文献：以下の文書は参照として本明細書に組み入れられる。
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【０２０２】
その他の参考文献
以下の文書は全てが参照として本明細書に組み入れられる。
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【図面の簡単な説明】
【０２０３】
本発明の態様を図面で説明する。
【図１】本発明の第1態様による有機回路素子の略図である。
【図２】図1に示した有機回路素子の一部としてのM-DNAの代表的構造の絵画図である。
【図３】本発明の第1態様による図1の有機回路素子の一部としての、図2に示したM-DNAについての塩基対スキームの絵画図である。
【図４】本発明の第2態様による図1に示した有機回路素子の一部としての、図2に示したM-DNAについての塩基対スキームの絵画図である。
【図５】図2に示したM-DNAおよびB-DNAについて室温で測定した電流電圧特性のグラフ表示である。下方の挿入図は、I-V特性を生じさせるために使用された実験レイアウトの略図を示している。
【図６】本発明の第3態様による有機回路素子のグラフ表示である。
【図７】本発明の第4態様による有機回路素子のグラフ表示である。
【図８】本発明の第5態様による有機回路素子のグラフ表示である。
【図９】本発明の第6態様による有機回路素子のグラフ表示である。
【図１０】本発明の第7態様による有機回路素子のグラフ表示である。
【図１１】a）9,10-アントラキノン-2-カルボン酸および9,10-ジヒドロアントラキノン-2-カルボン酸の構造、ならびにb）Y字形分岐接合部の略図である。
【図１２】20mM Tris-HCl（pH8.5）バファー；0mM NaBH4（実線）、2.5mM NaBH4（波線）、＋O2（点線）中での30μM AQ-NHSの吸光度スペクトル。参照としてフルオレセイン（一点波線）の標準化された発光スペクトルが含まれている。
【図１３】アントラキノン還元がFl-30-Aq二本鎖に及ぼす作用を示している電気泳動図である。レーン1、DNA分子量マーカーVIII；レーン2、なし；レーン3および6、2.5mM NaBH4；レーン4、25mM NaBH4；レーン5および7、0mM NaBH4。レーン3から5についてはハイブリダイゼーションの前に還元が実施された；レーン6から7については、ハイブリダイゼーション後に還元が実施された。
【図１４】AQ標識一本鎖を還元させるために使用されたNaBH4の関数としてのフルオレセイン/アントラキノン標識30-merに対する標準化された蛍光。還元方法はハイブリダイゼーション前に実施された。全測定値に対して、［DNA］＝0.5μg mL-1；［Zn2＋］＝0.2mM；20mM Tris-HClバッファー中でpH8.49。
【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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【配列表】
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【国際調査報告】
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