(57)【要約】一本鎖ＤＮＡおよびＲＮＡなどの安定化溶液中の核酸分子は、高濃度のバンドル状カーボンナノチューブを水溶液中に分散させることができた。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）核酸分子の安定化溶液を準備し、
ｂ）カーボンナノチューブを分散させるのに十分な時間の間、カーボンナノチューブの集団をステップ（ａ）の有効量の安定化核酸溶液と接触させ、そして
ｃ）場合により、分散したカーボンナノチューブを回収する
ことを含んでなるカーボンナノチューブの集団の分散方法。
【請求項２】
核酸溶液が水溶液である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
接触が攪拌手段の存在下で実行される請求項１に記載の方法。
【請求項４】
接触が変性剤の存在下で実行される請求項１に記載の方法。
【請求項５】
接触が約４℃で実行される請求項１に記載の方法。
【請求項６】
攪拌手段が、超音波処理、高せん断混合、またはこれらの任意の組み合わせよりなる群から選択される請求項３に記載の方法。
【請求項７】
核酸分子が、一本鎖ＤＮＡ、二本鎖ＤＮＡ、ＲＮＡおよびＰＮＡよりなる群から選択される請求項１に記載の方法。
【請求項８】
核酸分子が合成であるか、あるいは実質的に天然から単離されるかのいずれかである請求項７に記載の方法。
【請求項９】
核酸分子が、
１．Ａｎ（ここで、ｎ＝１−２０００）、
２．Ｔｎ（ここで、ｎ＝１−２０００）、
３．Ｃｎ（ここで、ｎ＝１−２０００）、
４．Ｇｎ（ここで、ｎ＝１−２０００）、
５．Ｒｎ（ここで、ｎ＝１−２０００であり、ＲはＡまたはＧのいずれでもよい）、
６．Ｙｎ（ここで、ｎ＝１−２０００であり、ＹはＣまたはＴのいずれでもよい）、
７．Ｍｎ（ここで、ｎ＝１−２０００であり、ＭはＡまたはＣのいずれでもよい）、
８．Ｋｎ（ここで、ｎ＝１−２０００であり、ＫはＧまたはＴのいずれでもよい）、
９．Ｓｎ（ここで、ｎ＝１−２０００であり、ＳはＣまたはＧのいずれでもよい）、
１０．Ｗｎ（ここで、ｎ＝１−２０００であり、ＷはＡまたはＴのいずれでもよい）、
１１．Ｈｎ（ここで、ｎ＝１−２０００であり、ＨはＡまたはＣまたはＴのいずれでもよい）、
１２．Ｂｎ（ここで、ｎ＝１−２０００であり、ＢはＣまたはＧまたはＴのいずれでもよい）、
１３．Ｖｎ（ここで、ｎ＝１−２０００であり、ＶはＡまたはＣまたはＧのいずれでもよい）、
１４．Ｄｎ（ここで、ｎ＝１−２０００であり、ＤはＡまたはＧまたはＴのいずれでもよい）、および
１５．Ｎｎ（ここで、ｎ＝１−２０００であり、ＮはＡまたはＣまたはＴまたはＧのいずれでもよい）
よりなる群から選択される請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
核酸分子が、約１０塩基〜約１０００塩基の長さである請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
核酸分子が、結合対のメンバーで官能基化される請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
結合対のメンバーが、グルタチオン−Ｓ−トランスフェラーゼ／グルタチオン、６×ヒスチジンタグ／Ｎｉ−ＮＴＡ、ストレプトアビジン／ビオチン、Ｓ−タンパク質／Ｓ−ペプチド、クチナーゼ／ホスホン酸塩阻害剤、抗原／抗体、ハプテン／抗ハプテン、葉酸／葉酸塩結合タンパク質、およびプロテインＡまたはＧ／免疫グロブリンよりなる群から選択される結合対のうちの１つである請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
結合対が、ビオチン／ストレプトアビジンおよびビオチン／アビジンよりなる群から選択される結合対のうちの１つである請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
ａ）結合対の少なくとも１つの第１のメンバーで官能基化された核酸分子の安定化溶液を準備し、
ｂ）結合対の少なくとも１つの第２のメンバーが上に固定化された固体基質を準備し、
ｃ）カーボンナノチューブの集団をステップ（ａ）の有効量の安定化核酸溶液と接触させ、それにより、カーボンナノチューブの集団が分散され、集団のそれぞれのカーボンナノチューブがステップ（ａ）の少なくとも１つの官能基化核酸分子と連結され、そして
ｄ）ステップ（ｃ）の分散した核酸連結カーボンナノチューブをステップ（ｂ）の固体基質と接触させ、それにより、核酸連結カーボンナノチューブが第１および第２の結合対の相互作用により固定化される
ことを含んでなるカーボンナノチューブの固定化方法。
【請求項１５】
固体支持体が、フィルム、ビーズ、半導性金属表面、ウェハ基板、ガラスおよびマイカよりなる群から選択される形態である請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
結合対のメンバーが、グルタチオン−Ｓ−トランスフェラーゼ／グルタチオン、６×ヒスチジンタグ／Ｎｉ−ＮＴＡ、ストレプトアビジン／ビオチン、Ｓ−タンパク質／Ｓ−ペプチド、クチナーゼ／ホスホン酸塩阻害剤、抗原／抗体、ハプテン／抗ハプテン、葉酸／葉酸塩結合タンパク質、およびプロテインＡまたはＧ／免疫グロブリンよりなる群から選択される結合対のうちの１つに由来する請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
結合対の第１のメンバーが負に帯電した核酸分子のリン酸骨格であり、第２のメンバーが正に帯電した表面である請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
核酸分子が、一本鎖ＤＮＡ、二本鎖ＤＮＡ、ＲＮＡおよびＰＮＡよりなる群から選択される請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
官能基化された核酸分子が、場合により、ハイブリッド形成ドメインを含んでなる請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
官能基化された核酸分子が、ハイブリッド形成ドメインを介するハイブリッド形成によって、更なる核酸分子と結合する請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
核酸分子に結合された非官能基化カーボンナノチューブを含んでなるカーボンナノチューブ−核酸複合体。
【請求項２２】
核酸が、一本鎖ＤＮＡ、二本鎖ＤＮＡ、ＲＮＡおよびＰＮＡよりなる群から選択される請求項２１に記載のカーボンナノチューブ−核酸複合体。
【請求項２３】
核酸が合成であるか、あるいは実質的に天然から単離されるかのいずれかである請求項２１に記載のカーボンナノチューブ−核酸複合体。
【請求項２４】
核酸が約１０塩基〜約１０００塩基の長さである請求項２１に記載のカーボンナノチューブ−核酸複合体。
【請求項２５】
核酸が結合対のメンバーで官能基化される請求項２１に記載のカーボンナノチューブ−核酸複合体。
【請求項２６】
結合対のメンバーが、グルタチオン−Ｓ−トランスフェラーゼ／グルタチオン、６×ヒスチジンタグ／Ｎｉ−ＮＴＡ、ストレプトアビジン／ビオチン、Ｓ−タンパク質／Ｓ−ペプチド、クチナーゼ／ホスホン酸塩阻害剤、抗原／抗体、ハプテン／抗ハプテン、葉酸／葉酸塩結合タンパク質、およびプロテインＡまたはＧ／免疫グロブリンよりなる群から選択される結合対のうちの１つに由来する請求項２５に記載のカーボンナノチューブ−核酸複合体。
【請求項２７】
核酸がメタライズ処理される請求項２１に記載のカーボンナノチューブ−核酸複合体。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、２００２年１１月２１日出願の米国仮出願第６０／４２８，０８７号および２００２年１２月１２日出願の米国仮出願第６０／４３２８０４号の利益を主張する。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、ナノデバイスで使用するために、カーボンナノチューブを分散させるためのバイオポリマーの使用に関する。更に具体的には、核酸分子は、バンドル（束）状のカーボンナノチューブを分散させることがわかった。
【背景技術】
【０００３】
カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）は、１９９１年に発見されてから、熱心な研究の主題となっている。ＣＮＴは小型および導電性などの独特の特性を有し、これによりＣＮＴは、分子電子工学における構造材料としての使用、ナノ電子部品、および電界放出ディスプレイなどを含む広範な用途に適する。カーボンナノチューブは多層（ＭＷＮＴ）または単層（ＳＷＮＴ）のいずれかであり、ナノメートル範囲の直径を有し得る。
【０００４】
ＣＮＴは、その原子構造に依存して金属または半導体のいずれかの特性を有することができ、これらの特性は、その小型寸法と共に、ＣＮＴをナノデバイスの製造で使用するために特に魅力的にする。このような努力に対する主な障害は、様々な作製方法から得られるナノチューブのチューブ直径、カイラル角、および凝集状態の多様性であった。高度に分極性であり、円滑面を有するフラーレンチューブは、大きいファンデルワールス結合エネルギーにより平行なバンドルまたはロープを容易に形成するので、凝集は特に問題となる。このバンドリングはチューブの電子構造を乱し、サイズまたはタイプによってチューブを分離しようとする試み、あるいは個々の巨大分子種としてチューブを使用しようとする試みを全て混乱させる。
【０００５】
個々のフラーレンチューブが濃縮された懸濁液の生成について多くの報告がなされているが（非特許文献、非特許文献２、非特許文献３、非特許文献４、非特許文献５、非特許文献６、非特許文献７、非特許文献８）、入手できるサンプルは、依然として小さいナノチューブバンドルが多数を占めている。非特許文献９は、超音波処理機による激しい処理の後、遠心分離を行うことに基づいて、主として、水性ミセル懸濁液中の個々のフラーレンナノチューブをもたらす方法について記載している。また、試みた全てのポリマーが成功したわけではなかったが、選択されたポリマーの連結により、カーボンナノチューブを水中に可溶化するためのプロセス（非特許文献１０、特許文献１）も記載されている。
【０００６】
ナノチューブを更なる操作のために適切な分散形態にしてしまえば、望ましい次のステップは、固体基質上でのナノチューブの自己アセンブリである。オリゴヌクレオチドのカーボンナノチューブへの連結によって、基質上のナノチューブの位置決めのために二分子技法を使用できるようになるであろう。非特許文献１１は、ペプチド核酸オリゴマーをカーボンナノチューブに共有結合させ、次にこの構築物をＤＮＡとハイブリッド形成させている。しかしながら、ＤＮＡはナノチューブに直接付着されず、ナノチューブバンドルの分散も観察されなかった。
【０００７】
【特許文献１】国際公開第０２／０７６８８８号パンフレット
【非特許文献１】Ｊ．リュー（Ｌｉｕ）ら、サイエンス（Ｓｃｉｅｎｃｅ）２８０，１２５３（１９９８）
【非特許文献２】Ｍ．Ｊ．オコンネル（Ｏ’Ｃｏｎｎｅｌｌ）ら、Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．３４２，２６５（２００１）
【非特許文献３】Ｓ．バンドウ（Ｂａｎｄｏｗ）ら、Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ１０１，８８３９（１９９７）
【非特許文献４】Ｊ．チェン（Ｃｈｅｎ）ら、サイエンス（Ｓｃｉｅｎｃｅ）２８２，９５（１９９８）
【非特許文献５】Ｇ．Ｓ．デュースバーグ（Ｄｕｅｓｂｅｒｇ）、Ｊ．マスター（Ｍｕｓｔｅｒ）、Ｖ．クルスティチ（Ｋｒｓｔｉｃ）、Ｍ．ブルガード（Ｂｕｒｇｈａｒｄ）、Ｓ．ロス（Ｒｏｔｈ）、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ａ６７，１１７（１９９８）
【非特許文献６】Ａ．Ｂ．ダルトン（Ｄａｌｔｏｎ）ら、Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ１０４，１００１２（２０００）
【非特許文献７】Ａ．Ｂ．ダルトン（Ｄａｌｔｏｎ）ら、Ｓｙｎｔｈ．Ｍｅｔａｌｓ  １２１，１２１７（２００１）
【非特許文献８】Ｒ．バンディオパドヒァヤ（Ｂａｎｄｙｏｐａｄｈｙａｙａ）、Ｅ．ネイティブ−ロス（Ｎａｔｉｖ−Ｒｏｔｈ）、Ｏ．レゲブ（Ｒｅｇｅｖ）、Ｒ．イェルシャルミ−ローゼン（Ｙｅｒｕｓｈａｌｍｉ−Ｒｏｚｅｎ）、Ｎａｎｏ  Ｌｅｔｔ．２，２５（２００２）
【非特許文献９】Ｍ．オコンネル（Ｏ’Ｃｏｎｎｅｌｌ）ら、サイエンス（Ｓｃｉｅｎｃｅ）２９７，５９３（２００２）
【非特許文献１０】Ｍ．オコンネル（Ｏ’Ｃｏｎｎｅｌｌ）ら、Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，３４２，２６５，２００１
【非特許文献１１】Ｋ．Ａ．ウィリアムズ（Ｗｉｌｌｉａｍｓ）ら、ＡＩＰ  Ｃｏｎｆ．Ｐｒｏｃ．６６３，４４４，２００２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、解決すべき問題は、ナノデバイスの製造において使用するために、バンドル状のカーボンナノチューブを容易にかつ安価で可溶化および分散させる方法を提供することである。本出願人は、核酸分子の安定化溶液がカーボンナノチューブを分散および可溶化する能力を有し、ナノチューブ−核酸複合体の形成をもたらすことの発見によって、記載された問題を解決した。核酸とカーボンナノチューブの複合体は既知であるが、本発明の複合体は、ナノチューブと核酸の間の連結が共有結合ではなく、特異的な官能基の相互作用によるものでもないという点で新しい。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、
ａ）核酸分子の安定化溶液を準備し、
ｂ）カーボンナノチューブを分散させるのに十分な時間の間、カーボンナノチューブの集団をステップ（ａ）の有効量の安定化核酸溶液と接触させ、そして
ｃ）場合により、分散したカーボンナノチューブを回収する
ことを含んでなるカーボンナノチューブの集団の分散方法を提供する。
【００１０】
別の実施形態では、本発明は、
ａ）結合対の少なくとも１つの第１のメンバーで官能基化された核酸分子の安定化溶液を準備し、
ｂ）結合対の少なくとも１つの第２のメンバーが上に固定化された固体基質を準備し、
ｃ）カーボンナノチューブの集団をステップ（ａ）の有効量の安定化核酸溶液と接触させ、それにより、カーボンナノチューブの集団が分散され、集団のそれぞれのカーボンナノチューブがステップ（ａ）の少なくとも１つの官能基化核酸分子と連結され、そして
ｄ）ステップ（ｃ）の分散した核酸連結カーボンナノチューブをステップ（ｂ）の固体基質と接触させ、それにより、核酸連結カーボンナノチューブが第１および第２の結合対の相互作用により固定化される
ことを含んでなるカーボンナノチューブの固定化方法を提供する。
【００１１】
また、本発明によって、核酸分子に結合された非官能基化カーボンナノチューブを含んでなるカーボンナノチューブ−核酸複合体も提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、バンドル状のナノチューブを核酸分子の安定化溶液と接触させることによって、バンドル状のカーボンナノチューブの集団を分散させる方法に関する。核酸は、ナノチューブの分散において非常に有効であり、ナノチューブと核酸分子の間の共有結合でない相互作用に基づいて、ナノチューブ−核酸複合体を形成することが分かった。
【００１３】
構造材料としてのカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）の操作および使用に対する主な障害は、その低い溶解度およびバンドルまたはクラスタに凝集する傾向であったので、この方法は特に有用である。
【００１４】
本開示において、以下の用語および略語は、特許請求の範囲および明細書の解釈のために使用され得る。
「ｃＤＮＡ」は相補ＤＮＡを意味する。
「ＰＮＡ」はペプチド核酸を意味する。
「ＳＥＭ」は走査型電子顕微鏡検査を意味する。
「ｓｓＤＮＡ」は、一本鎖ＤＮＡを意味する。
「ｔＲＮＡ」は転移ＲＮＡを意味する。
「ＣＮＴ」はカーボンナノチューブを意味する。
「ＭＷＮＴ」多層ナノチューブを意味する。
「ＳＷＮＴ」単層ナノチューブを意味する。
「ＴＥＭ」は透過型電子顕微鏡検査を意味する。
【００１５】
「カーボンナノチューブ」という用語は、主に炭素原子で構成される中空部材を示す。カーボンナノチューブは、例えば金属などの他の元素がドープされてもよい。ナノチューブは、通常、約１〜２００ｎｍの狭い寸法（直径）および長い寸法（長さ）を有し、狭い寸法に対する長い寸法の比率、すなわちアスペクト比は、少なくとも５である。一般に、アスペクト比は１０〜２０００である。
【００１６】
本明細書における使用では、「核酸分子」は、一本鎖または二本鎖のＲＮＡ、ＤＮＡ、またはペプチド核酸（ＰＮＡ）のポリマーと定義され、場合により、合成、非天然、または変性したヌクレオチド塩基を含む。ＤＮＡポリマー型の核酸分子は、ｃＤＮＡ、ゲノムＤＮＡまたは合成ＤＮＡの１つもしくはそれ以上のセグメントを含んでなり得る。
【００１７】
核酸との関連で示される場合の「Ａ」、「Ｇ」、「Ｔ」、「Ｃ」という文字は、それぞれ、プリン塩基のアデニン（Ｃ５Ｈ５Ｎ５）およびグアニン（Ｃ５Ｈ５Ｎ５Ｏ）ならびにピリミジン塩基のチミン（Ｃ５Ｈ６Ｎ２Ｏ２）およびシトシン（Ｃ４Ｈ５Ｎ３Ｏ）を意味するであろう。
【００１８】
「ペプチド核酸」という用語は、ペプチドリンカーにより結合された核酸ポリマーの続きを有する物質を示す。
【００１９】
本明細書における使用では、「核酸分子の安定化溶液」という用語は、安定化され、ほどけた２次構造にある核酸分子の溶液を示す。
【００２０】
「ナノチューブ−核酸複合体」という用語は、少なくとも１つの核酸分子とゆるやかに連結されたカーボンナノチューブを含んでなる組成物を意味する。通常、核酸とナノチューブの間の連結は、ファンデルワールス結合またはその他の何らかの非共有結合手段による。
【００２１】
「結合対」という用語は、互いに特異的に結合する化学的またはバイオポリマーベースの対を示す。結合対の一般的な例は、抗原／抗体またはハプテン／抗ハプテン系などの免疫型の結合対である。適切な結合対は、グルタチオン−Ｓ−トランスフェラーゼ／グルタチオン、６×ヒスチジンタグ／Ｎｉ−ＮＴＡ、ストレプトアビジン／ビオチン、Ｓ−タンパク質／Ｓ−ペプチド、クチナーゼ／ホスホン酸塩阻害剤、抗原／抗体、ハプテン／抗ハプテン、葉酸／葉酸塩結合タンパク質、およびプロテインＡまたはＧ／免疫グロブリンである。結合対のもう１つの例は、負に帯電した核酸分子のリン酸骨格であり、正に帯電した表面である第２のメンバーを伴う。
【００２２】
「リガンド」または「反応性リガンド」という用語は核酸検体中に取り込まれた結合対の１つのメンバーを示し、抗体、レクチン、受容体、結合タンパク質、または化学試薬を含むことができるが、これらに限定されない。
【００２３】
「攪拌手段」という用語は、ナノチューブおよび核酸の分散を容易にする装置を示す。通常の攪拌手段は超音波処理である。
【００２４】
本明細書中で使用される「変性剤」という用語は、ＤＮＡおよびその他の核酸分子の変性において有効な物質を示す。
【００２５】
「固体支持体」という用語は、ナノチューブ−核酸複合体の固定化に適切な物質を意味する。通常、固体支持体は結合対のメンバーの付着を提供し、これにより、複合体は捕獲および固定化される。
【００２６】
「ハイブリッド形成ドメイン」という用語は、別の核酸分子の相補鎖とハイブリッド形成するように設計された核酸分子の特異的な部分を示す。「ハイブリッド形成可能な」核酸は、ナノデバイスの製造においてナノチューブ−核酸複合体を固定化または直接配置するために使用され得る。
【００２７】
温度および溶液イオン強度の適切な条件下で一本鎖型の核酸分子が他の核酸分子とアニーリングできる場合には、核酸分子は、ｃＤＮＡ、ゲノムＤＮＡまたはＲＮＡなどの別の核酸分子と「ハイブリッド形成可能」である。ハイブリッド形成および洗浄条件はよく知られており、Ｊ．サムブルック（Ｓａｍｂｒｏｏｋ，Ｊ．）、Ｅ．Ｆ．フリッチェ（Ｆｒｉｔｓｃｈ，Ｅ．Ｆ．）およびＴ．マニアティス（Ｍａｎｉａｔｉｓ，Ｔ．）の「分子クローニング：ラボラトリーマニュアル」、第２版、コールド・スプリング・ハーバー・ラボラトリー・プレス（Ｃｏｌｄ  Ｓｐｒｉｎｇ  Ｈａｒｂｏｒ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ｐｒｅｓｓ）、コールド・スプリング・ハーバー（Ｃｏｌｄ  Ｓｐｒｉｎｇ  Ｈａｒｂｏｒ）（１９８９）、特にその中の第１１章および表１１．１（参照によって本明細書中に全体を援用される）に例示されている。温度およびイオン強度の条件は、ハイブリッド形成の「ストリンジェンシー（ｓｔｒｉｎｇｅｎｃｙ）」を決定する。ストリンジェンシーの条件を調整して、密接に関連する生物体からの機能性酵素を複製する遺伝子などの類似性のより高い断片に対して、関係の遠い生物体からの相同配列などの適度に類似した断片を選別することができる。ハイブリッド形成後の洗浄は、ストリンジェンシーの条件を決定する。１つの好ましい条件セットは、室温で１５分間の６×ＳＳＣ、０．５％ＳＤＳ洗浄から始まり、次に４５℃で３０分間の２×ＳＳＣ、０．５％ＳＤＳ洗浄を繰返し、次に５０℃で３０分間の０．２×ＳＳＣ、０．５％ＳＤＳ洗浄を２回繰返すという一連の洗浄を用いる。より好ましいストリンジェンシー条件のセットはより高い温度を用い、０．２×ＳＳＣ、０．５％ＳＤＳ中の最後の２回の３０分間洗浄の温度を６０℃に上昇させた点を除いて、洗浄は上記と同一である。高ストリンジェンシー条件のもう１つの好ましいセットは、６５℃における０．１×ＳＳＣ、０．１％ＳＤＳ中の２回の最終洗浄を用いる。ハイブリッド形成は２つの核酸が相補配列を含有することを必要とするが、ハイブリッド形成のストリンジェンシーに依存して、塩基間のミスマッチが可能である。核酸をハイブリッド形成するために適切なストリンジェンシーは、当該技術分野においてよく知られる変数である核酸の長さおよび相補性の程度に依存する。２つのヌクレオチド配列間の類似性または相同性の程度が大きいほど、これらの配列を有する核酸のハイブリッドのＴｍの値が大きい。核酸ハイブリッド形成の相対的な安定性（より高いＴｍに相当する）は、次の順、ＲＮＡ：ＲＮＡ、ＤＮＡ：ＲＮＡ、ＤＮＡ：ＤＮＡで低下する。長さが１００ヌクレオチドより大きいハイブリッドでは、Ｔｍを計算するための式が導かれている（上記のサムブルック（Ｓａｍｂｒｏｏｋ）ら、９．５０−９．５１を参照されたい）。より短い核酸、すなわちオリゴヌクレオチドによるハイブリッド形成ではミスマッチの位置がより重要になり、オリゴヌクレオチドの長さがその特異性を決定する（上記のサムブルック（Ｓａｍｂｒｏｏｋ）ら、１１．７−１１．８を参照されたい）。１つの実施形態では、ハイブリッド形成可能な核酸の長さは少なくとも約１０ヌクレオチドである。ハイブリッド形成可能な核酸の好��しい最低の長さは、少なくとも約１５ヌクレオチドであり、より好ましくは、少なくとも約２０ヌクレオチドであり、最も好ましくは、長さは少なくとも３０ヌクレオチドである。更に、当業者は、温度および洗浄溶液の塩濃度が、プローブの長さなどの因子に従って、必要に応じて調整され得ることを認識するであろう。
【００２８】
ここで使用される標準組換えＤＮＡおよび分子生物学技法は当該技術分野においてよく知られており、Ｊ．サムブルック（Ｓａｍｂｒｏｏｋ，Ｊ．）、Ｅ．Ｆ．フリッチェ（Ｆｒｉｔｓｃｈ，Ｅ．Ｆ．）およびＴ．マニアティス（Ｍａｎｉａｔｉｓ，Ｔ．）の「分子クローニング：ラボラトリーマニュアル」、第２版、コールド・スプリング・ハーバー・ラボラトリー・プレス（Ｃｏｌｄ  Ｓｐｒｉｎｇ  Ｈａｒｂｏｒ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ｐｒｅｓｓ）、コールド・スプリング・ハーバー（Ｃｏｌｄ  Ｓｐｒｉｎｇ  Ｈａｒｂｏｒ）、ニューヨーク（１９８９）（以下、「マニアティス」）と、Ｔ．Ｊ．シルハビィ（Ｓｉｌｈａｖｙ，Ｔ．Ｊ．）、Ｍ．Ｌ．ベンナン（Ｂｅｎｎａｎ，Ｍ．Ｌ．）およびＬ．Ｗ．エンクイスト（Ｅｎｑｕｉｓｔ，Ｌ．Ｗ．）の「遺伝子融合による実験」コールド・スプリング・ハーバー・ラボラトリー・コールド・プレス・スプリング・ハーバー（Ｃｏｌｄ  Ｓｐｒｉｎｇ  Ｈａｒｂｏｒ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ｃｏｌｄ  Ｐｒｅｓｓ  Ｓｐｒｉｎｇ  Ｈａｒｂｏｒ）、ニューヨーク（１９８４）と、Ｆ．Ｍ．オースベル（Ａｕｓｕｂｅｌ，Ｆ．Ｍ．）らの「分子生物学におけるカレントプロトコル」、グリーン・パブリッシング・アソシエーツ（Ｇｒｅｅｎｅ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ  Ａｓｓｏｃ．）およびウィリー−インターサイエンス（Ｗｉｌｅｙ−Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ）刊（１９８７）とにより記載されている。
【００２９】
カーボンナノチューブの分散
本発明は、ナノチューブを核酸分子の安定化溶液と接触させることによって、バンドル状のカーボンナノチューブを分散させる方法を提供する。
【００３０】
カーボンナノチューブ
本発明のカーボンナノチューブは、一般に、直径が約０．５〜２ｎｍであり、狭い寸法に対する長さ寸法の比率、すなわちアスペクト比が少なくとも５である。一般に、アスペクト比は、１０〜２０００である。カーボンナノチューブは主に炭素原子を含んでなるが、他の元素、例えば金属がドープされてもよい。本発明のカーボンベースのナノチューブは、多層ナノチューブ（ＭＷＮＴ）または単層ナノチューブ（ＳＷＮＴ）のいずれでもよい。ＭＷＮＴは、例えば、いくつかの同軸ナノチューブを含有し、それぞれが異なる直径を有する。したがって、最も小さい直径のチューブは、より大きい直径のチューブにより被包され、これは次に別のより大きい直径のナノチューブによって被包される。一方、ＳＷＮＴは、ただ１つのナノチューブを含有する。
【００３１】
カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）は様々な方法によって生成することができ、更に、市販もされている。ＣＮＴ合成の方法には、グラファイトのレーザー蒸発（Ａ．テス（Ａ．Ｔｈｅｓｓ）ら、サイエンス（Ｓｃｉｅｎｃｅ）２７３，４８３（１９９６））、アーク放電（Ｃ．ジュルネ（Ｃ．Ｊｏｕｒｎｅｔ）ら、ネイチャー（Ｎａｔｕｒｅ）３８８，７５６（１９９７））、およびＨｉＰＣｏ（高圧一酸化炭素）プロセス（Ｐ．ニコラエフ（Ｐ．Ｎｉｋｏｌａｅｖ）ら、Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．３１３，９１−９７（１９９９））が含まれる。また、化学蒸着（ＣＶＤ）も、カーボンナノチューブの生成において使用することができる（Ｊ．コング（Ｊ．Ｋｏｎｇ）ら、Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．２９２，５６７−５７４（１９９８）、Ｊ．コング（Ｊ．Ｋｏｎｇ）ら、ネイチャー（Ｎａｔｕｒｅ）３９５，８７８−８７９（１９９８）、Ａ．カッセル（Ａ．Ｃａｓｓｅｌｌ）ら、Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．１０３，６４８４−６４９２（１９９９）、Ｈ．ダイ（Ｈ．Ｄａｉ）ら、Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．１０３，１１２４６−１１２５５（１９９９））。
【００３２】
更に、ＣＮＴは、溶液中および固体基質上の両方における触媒プロセスによって成長され得る（ヤン・リー（Ｙａｎ  Ｌｉ）ら、Ｃｈｅｍ．Ｍａｔｅｒ．２００１；１３（３）；１００８−１０１４）、（Ｎ．フランクリン（Ｎ．Ｆｒａｎｋｌｉｎ）およびＨ．ダイ（Ｈ．Ｄａｉ）Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．１２，８９０（２０００）、Ａ．カッセル（Ａ．Ｃａｓｓｅｌｌ）らＪ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１２１，７９７５−７９７６（１９９９））。
【００３３】
核酸分子
本発明の核酸分子は任意のタイプを有することができ、適切な供給源からのものでよく、ＤＮＡ、ＲＮＡおよびペプチド核酸を含むが、これらに限定されない。核酸分子は、一本鎖または二本鎖のいずれでもよく、場合により、様々な反応基、リガンドまたは試薬を用いて任意の点で官能基化されてもよい。本発明の核酸分子は、合成手段によって生成されてもよいし、あるいは当該技術分野においてよく知られた手順により天然から単離されてもよい（上記のサムブルック（Ｓａｍｂｒｏｏｋ））。
【００３４】
核酸の官能基化は、分散のためのＣＮＴとの連結のためには必要でないことに注意すべきである。官能基化はＣＮＴが分散された後に重要であり、他の部分を核酸に結合させるため、あるいは核酸の様々な官能基化された元素によってカーボンナノチューブ−核酸複合体を表面に固定化するために所望される。本明細書における使用では、分散のために使用される核酸には通常官能基がなく、本明細書では「非官能基化」と呼ばれる。
【００３５】
ペプチド核酸（ＰＮＡ）は、核酸およびペプチド両方の２つの官能性を有するので、本発明において特に有用である。ＰＮＡの合成および使用のための方法は当該技術分野においてよく知られており、例えば、Ｓ．Ｉ．アンチポビッチ（Ａｎｔｓｙｐｏｖｉｔｃｈ，Ｓ．Ｉ．）の「ペプチド核酸：構造」Ｒｕｓｓｉａｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗｓ（２００２），７１（１），７１−８３を参照されたい。
【００３６】
本発明の核酸分子はどの塩基組成を有していてもよく、バンドル状のナノチューブを分散させる核酸分子の能力を損なうことなく、同じ塩基の続きからなることさえ可能である（例えば、ポリＡまたはポリＴ）。好ましくは、核酸分子は、約２０００塩基よりも小さく、１０００塩基よりも小さいのが好ましく、約５塩基〜約１０００塩基が最も好ましい。一般に、カーボンナノチューブを分散させる核酸の能力は、配列または塩基組成に関係ないと思われるが、配列内のＧ−ＣおよびＴ−Ａの塩基対形成の相互作用が少ないほど分散効率が高いことと、ＲＮＡおよびその変種が分散において特に有効であり、したがって本明細書において好ましいこととを示唆するいくつかの証拠が存在する。本発明で使用するのに適切な核酸分子には以下の一般式を有するものが含まれるが、これらに限定されない。
１．Ａｎ（ここで、ｎ＝１−２０００）、
２．Ｔｎ（ここで、ｎ＝１−２０００）、
３．Ｃｎ（ここで、ｎ＝１−２０００）、
４．Ｇｎ（ここで、ｎ＝１−２０００）、
５．Ｒｎ（ここで、ｎ＝１−２０００であり、ＲはＡまたはＧのいずれでもよい）、
６．Ｙｎ（ここで、ｎ＝１−２０００であり、ＹはＣまたはＴのいずれでもよい）、
７．Ｍｎ（ここで、ｎ＝１−２０００であり、ＭはＡまたはＣのいずれでもよい）、
８．Ｋｎ（ここで、ｎ＝１−２０００であり、ＫはＧまたはＴのいずれでもよい）、
９．Ｓｎ（ここで、ｎ＝１−２０００であり、ＳはＣまたはＧのいずれでもよい）、
１０．Ｗｎ（ここで、ｎ＝１−２０００であり、ＷはＡまたはＴのいずれでもよい）、
１１．Ｈｎ（ここで、ｎ＝１−２０００であり、ＨはＡまたはＣまたはＴのいずれでもよい）、
１２．Ｂｎ（ここで、ｎ＝１−２０００であり、ＢはＣまたはＧまたはＴのいずれでもよい）、
１３．Ｖｎ（ここで、ｎ＝１−２０００であり、ＶはＡまたはＣまたはＧのいずれでもよい）、
１４．Ｄｎ（ここで、ｎ＝１−２０００であり、ＤはＡまたはＧまたはＴのいずれでもよい）、
１５．Ｎｎ（ここで、ｎ＝１−２０００であり、ＮはＡまたはＣまたはＴまたはＧのいずれでもよい）。
【００３７】
上に記載された組み合わせに加えて、当業者は、これらの配列がどれも、リボヌクレオチドによって置換された１つもしくはそれ以上のデオキシリボヌクレオチド（すなわち、ＲＮＡまたはＲＮＡ／ＤＮＡハイブリッド）、あるいはペプチド結合で置換された１つもしくはそれ以上の糖−リン酸塩連鎖（すなわち、ＰＮＡまたはＰＮＡ／ＲＮＡ／ＤＮＡハイブリッド）を有し得ることを認識するであろう。
【００３８】
リガンドの取り込み
リガンドが様々な位置配向および数で核酸分子内に導入され得ることが検討される。例えば、リガンドは、二重核酸検体の一方または両方の鎖内に取り込むことができる。位置的には、リガンドは、検体の５’または３’端部のいずれかに取り込むこともできるし、あるいは核酸配列内の内部塩基に取り込むこともできるが、内部に取り込むことが一般的には好ましい。
【００３９】
リガンドの核酸配列内への取り込み方法は、化学的または酵素的な手段によって、あるいは、リガンド標識塩基を標的配列に直接取り込むことによって達成され得る。好ましいアプローチでは、リガンド取り込み配列は、ポリメラーゼ連鎖反応の間に、リガンド標識塩基またはプライマーを用いて調製される。リガンドの取り込みは、リガンドで修飾されたプライマーの取り込みによるか、あるいはリガンド標識ｄＮＴＰを用いることによって、達成することができる。リガンド標識プライマーは、選択された塩基をプライマー合成の間にリガンド修飾フォスフォアミダイト塩基で置換することによって、標準オリゴヌクレオチドシアノエチルフォスフォアミダイト化学を用いて調製することができる。あるいは、プライマーが結合可能な分子スペーサーを含有する修飾塩基を用いて調製される場合には、リガンドは、プライマー合成の後でスペーサーに化学的に結合させることができる。もう１つの方法は、増幅手順の間に標的核酸配列内に取り込むことができるリガンド標識ｄＮＴＰまたはアミノ修飾ｄＮＴＰを使用するであろう。
【００４０】
リガンドが取り込まれた核酸配列のＰＣＲによる合成にはいくつかの利点がある。例えば、標識プライマーが使用される場合には、プライマー内のリガンドの適切な配置によって、標的配列の一方または両方の鎖内のリガンドの位置決めと数の両方を制御することが可能である。
【００４１】
本発明において特に重要なのは、結合対の核酸分子内への取り込みである。核酸がカーボンナノチューブと連結される場合、特異的な結合対の使用は、特定の付着点における核酸部分の配置を可能にし、ナノデバイスおよび構造体の論理的な設計を容易にする。本発明の実施において使用するのに適切な特異的な結合対のメンバーは、免疫型または非免疫型を有することができる。免疫型の特異的な結合対は、抗原／抗体系またはハプテン／抗ハプテン系で例示される。結合対の抗体メンバーは、多クローン性、単クローン性、あるいはその免疫反応性断片のいずれにしても、当業者によく知られた習慣的な方法によって生成することができる。「免疫反応性抗体断片」または「免疫反応性断片」という用語は、抗体の結合領域を含有する断片を示す。このような断片は、Ｆｃ部分が欠けている断片、例えばＦａｂ、Ｆａｂ’、およびＦ（ａｂ’）２断片であると定義されるＦａｂ型断片でもよいし、あるいは、完全な抗体の重鎖成分を接続するジスルフィド結合の還元的な切断によって得られるいわゆる「半分の分子（ｈａｌｆ−ｍｏｌｅｃｕｌｅ）」断片でもよい。特異的な結合対の抗原メンバーが免疫原性でない、例えばハプテンの場合には、担体タンパク質に共有結合させて免疫原性にすることができる。
【００４２】
非免疫型の結合対は、２つの成分が互いに対する自然な親和性を共有するが、抗体ではない系を含む。典型的な非免疫型の結合対は、ビオチン−アビジンまたはビオチン−ストレプトアビジン、葉酸−葉酸塩結合タンパク質、相補プローブ核酸、プロテインＡ、Ｇ、および免疫グロブリンなどである。また、互いに共有結合を形成する非免疫型の結合対も含まれ、典型的な共有結合対としては、マレイミドおよびハロアセチル誘導体などのスルフヒドリル反応基、ならびにイソチオシアナート、スクシンイミジルエステルおよびハロゲン化スルホニルなどのアミン反応基などが挙げられる。Ｍ．Ｎ．ボブロウ（Ｍ．Ｎ．Ｂｏｂｒｏｗ）ら、Ｊ．Ｉｍｍｕｎｏｌ．Ｍｅｔｈｏｄｓ，１２５，２７９，（１９８９）。
【００４３】
本発明での使用に特に適した結合対には、抗原／抗体またはハプテン／抗ハプテン系などの免疫型の結合対、ならびにグルタチオン−Ｓ−トランスフェラーゼ／グルタチオン、６×ヒスチジンタグ／Ｎｉ−ＮＴＡ、ストレプトアビジン／ビオチン、Ｓ−タンパク質／Ｓ−ペプチド、クチナーゼ／ホスホン酸塩阻害剤、抗原／抗体、ハプテン／抗ハプテン、葉酸／葉酸塩結合タンパク質、およびプロテインＡまたはＧ／免疫グロブリンが含まれるが、これらに限定されない。また結合対は、例えば、正に帯電した表面である第２のメンバーを伴った負に帯電した核酸分子のリン酸骨格のように、帯電部分を含むこともできる。
【００４４】
核酸の安定化
核酸分子を調製したら、適切な溶液中で安定化させてもよい。核酸分子は、個々の鎖によるカーボンナノチューブとの最大接触を可能にするように、ほどけた２次構造にあり、互いにゆるやかに連結しているだけであるのが好ましい。核酸の安定化溶液は当該技術分野において一般的でよく知られており（上記のサムブルックを参照）、通常、ナトリウムおよびカリウム塩、ならびにＴＲＩＳ（トリス（２−アミノエチル）アミン）、ＨＥＰＥＳ（Ｎ−（２−ヒドロキシエチル）ピペラジン−Ｎ’−（２−エタンスルホン酸）、およびＭＥＳ（２−（Ｎ−モルホリノ）エタンスルホン酸などの塩および緩衝液を含む。安定化核酸溶液のために好ましい溶媒は水と混和性のものであり、水が最も好ましい。
【００４５】
核酸分子が適切な溶液中で安定化されたら、バンドル状のカーボンナノチューブの集団と接触され得る。必須ではないが、接触は何らかの攪拌手段の存在下で行なわれるのが好ましい。通常、攪拌手段は例えば超音波処理を用いるが、核酸およびナノチューブの高せん断混合（すなわち、均質化）をもたらす装置、あるいはこれらの組み合わせを含むこともできる。攪拌すると、カーボンナノチューブは分散されて、水素結合または何らかの共有結合でない手段によってカーボンナノチューブとゆるやかに連結された少なくとも１つの核酸分子を含んでなるナノチューブ−核酸複合体を形成するであろう。
【００４６】
攪拌および分散のプロセスは、溶液に核酸変性物質を場合により添加することによって改善され得る。一般的な変性剤には、ホルムアミド、尿素およびグアニジンが含まれるが、これらに限定されない。適切な変性剤の非限定的な一覧は、上記のサムブルックに見られる。
【００４７】
更に、接触プロセス中の温度は、分散の効率に影響を及ぼすであろう。室温またはそれより高い温度における攪拌は、より長い分散時間を与えることがわかったが、室温（２３℃）より低い温度での攪拌はより速い分散時間を与えることがわかった。ここで、約４℃の温度が好ましい。
【００４８】
分散したナノチューブの回収
ナノチューブ−核酸分子複合体を形成したら、溶液から分離させなければならない。核酸が、例えば結合対の添加により官能基化されている場合には、分離は、以下に説明されるように結合対による固定化によって達成され得る。しかしながら、核酸が官能基化されていない場合には、別の分離手段を見出さなければならない。本出願人は、急速かつ容易であり、サイズおよび電荷に基づいてナノチューブ−核酸複合体を別々の画分に分離することを可能にする、ゲル電気泳動クロマトグラフィまたは相分離法のいずれかを含む新規の分離方法を提供している。これらの方法は、被覆ナノ粒子の分離および回収に適用されており（参照により本明細書中に援用される米国特許出願第１０／６２２８８９号明細書に記載される）、ここでも有用であることが見出された。
【００４９】
ゲル電気泳動は、タンパク質および核酸などの巨大分子を分離するために生化学および分子生物学において一般に使用される方法である。ゲルは、サイズに基づいて巨大分子を分離するためのふるい媒体としての機能を果たす。本発明では、ゲルはアガロースまたはポリアクリルアミドから製造することができる。適切なゲルを調製するための方法はよく知られており、上記のサムブルックの特に第６章に例示されている（参照によって本明細書中に全体を援用される）。適切なアガロースゲルは０．６〜６％（体積あたりの重量）のアガロース濃度を有するが、適切なポリアクリルアミドゲルは、３．５〜２０％（体積あたりの重量）のアクリルアミド濃度を有する。使用すべきゲルの濃度が分離中の分子のサイズに依存することは、当該技術分野においてよく知られている。特に、より高いゲル濃度は、より小さい分子のより優れた分離を提供するが、より低いゲル濃度はより大きい分子を分離するために使用される。所与のナノ粒子の分画のために使用すべきゲル濃度は、決まった実験によって決定することができる。本発明の好ましいゲルは、１％以下のアガロースゲルである。
【００５０】
複合体の平均粒径を決定するために、複合体の水溶液に高密度化剤を添加することができる。高密度化剤の目的は、ナノ粒子溶液の比重を増大させて、溶液のゲル内へのローディングを容易にすることである。適切な高密度化剤はよく知られており、グリセロール、スクロース、およびフィコール（Ｆｉｃｏｌｌ）（非イオン性の合成スクロースポリマー、おおよその分子量４００，０００、ミズーリ州セントルイス（Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，ＭＯ）のシグマ（Ｓｉｇｍａ）から入手可能）を含むが、これらに限定されない。複合体溶液は、次に、ゲルのウェルに添加される。複合体は、その見かけの分子量に従って移動し、特定の複合体のサイズは、分子量標準を用いて決定することができる。
【００５１】
あるいは、複合体は、二相分離法によって分離されてもよい。この方法では、溶液中のナノチューブ−核酸複合体は、電解質の存在下で、実質的に水と混和性の有機溶媒を添加することによって分画される。実質的に水と混和性の有機溶媒の添加量は、所望される平均粒径に依存する。適切な量は、決まった実験によって決定することができる。通常、実質的に水と混和性の有機溶媒は、最大の粒子を沈殿させるために約５体積％〜１０体積％の濃度を与えるように添加される。複合体は、遠心分離またはろ過によって捕集される。遠心分離は、通常、ケンドロ・ラボラトリー・プロダクツ（Ｋｅｎｄｒｏ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ）（コネチカット州ニュータウン（Ｎｅｗｔｏｗｎ，ＣＴ））から入手可能なソーバル（Ｓｏｒｖａｌｌ）（登録商標）ＲＴ７ＰＬＵＳ遠心分離機などの遠心分離機を用いて、約４，０００ｒｐｍで約１分間行なわれる。ろ過では、所定の複合体サイズを捕集するために十分に小さい孔サイズを有する多孔質膜を使用することができる。場合により、実質的に水と混和性の有機溶媒を複合体溶液に順次添加して、溶液の溶媒含量を増大させ、従って、より小さいサイズの複合体を沈殿させる。
【００５２】
ナノチューブ−核酸複合体の固定化／連結
リガンドまたは結合対を含有する分散ナノチューブ−核酸複合体は、形成されれば、固体基質上に固定されることも、あるいはナノデバイスの製造プロセスにおいて他の複合体と論理的に連結されることも可能である。
【００５３】
例えば、核酸分子が結合対の第１のメンバーで官能基化されている場合には、結合対の第２のメンバーを含有する固体支持体上に固定化することができる。このような目的のために適切な固体支持体は当該技術分野において一般的で、よく知られており、シリコンウェハ、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリグリシジルメタクリレート、置換ポリスチレン（例えば、アミノ化またはカルボキシル化ポリスチレン、ポリアクリルアミド、ポリアミド、ポリ塩化ビニルなど）などの合成ポリマー支持体、ガラス、アガロース、ニトロセルロース、ナイロン、ニッケルグリッドまたはディスク、シリコンウェハ、炭素支持体、アミノシラン−処理シリカ、ポリリシン被覆ガラス、マイカ、ならびにＳｉ、Ｇｅ、およびＧａＡｓなどの半導体を含むが、これらに限定されない。固体支持体表面に結合対メンバーを取り込むための方法も進歩した技術である（例えば、「固定化酵素」、インチロウ・チバタ（Ｉｎｃｈｉｒｏ  Ｃｈｉｂａｔａ）、ホールステッド・プレス（Ｈａｌｓｔｅｄ  Ｐｒｅｓｓ）、ニューヨーク（１９７８）、およびクアトレカサス（Ｃｕａｔｒｅｃａｓａｓ，）、Ｊ．Ｂｉｏ．Ｃｈｅｍ．，２４５：３０５９（１９７０）を参照）。
【００５４】
本発明の複合体の固定化のために好ましい結合対は、ビオチン／ストレプトアビジンまたはビオチン／アビジンである。
【００５５】
あるいは、核酸分子間の直接的な相互作用によって本発明の複合体を固定化することも可能であろう。例えば、分散サンプル中の核酸分子は、特異的な相補配列とハイブリッド形成し得る特異的なハイブリッド形成ドメインを取り込むように選択または設計することができる。ハイブリッド形成ドメインに対する相補配列を有する核酸は支持体の表面上に配置され、ハイブリッド形成により複合体が捕獲され得る。固体支持体への核酸の固定化は、当該技術分野において一般的でよく知られており、例えば、紫外線照射、ベーキング、毛細管移動または真空移動を用いて達成され得る。ニトロセルロースおよび他の適切な支持体上での核酸の固定化の例は、Ｓ．Ｍ．カラチコフ（Ｋａｌａｃｈｉｋｏｖ，Ｓ．Ｍ．）ら、Ｂｉｏｏｒｇ．Ｋｈｉｍ．，１８，５２，（１９９２）およびニールツウィッキ−バウアー（Ｎｉｅｒｚｗｉｃｋｉ−Ｂａｕｅｒ）ら、Ｂｉｏｔｅｃｈｉｑｕｅｓ，９，４７２，（１９９０）に与えられる。
【００５６】
本発明の複合体の固定化を可能にする上記の相互作用を同様に用いて、特異的な方法で個々の複合体を他の複合体と連結可能であることは、当業者により認識されるであろう。例えば、ビオチン含有複合体は、ストレプトアビジン含有複合体と連結することができる。あるいは、１つの核酸分子のハイブリッド形成ドメインは、別の複合体の同様のドメインと結合するように設計され得る。
【００５７】
このようにして、複合体は論理的に連結されるか固定化されて、デバイスの製造を容易にすることができる。
【００５８】
連結または固定化された複合体のメタライゼーション
特定の高次構造で固定化または連結された本発明の複合体を導電体として使用することが所望される場合には、複合体は、当該技術分野でよく知られた方法に従ってメタライズ処理することができる。従って、例えば、構造体（Ｊ．Ｍ．シュヌール（Ｓｃｈｎｕｒ，Ｊ．Ｍ．）ら（１９８７）Ｔｈｉｎ  Ｓｏｌｉｄ  Ｆｉｌｍｓ  １５２，１８１−２０６、Ｍ．マルコウィッツ（Ｍａｒｋｏｗｉｔｚ，Ｍ．）ら（１９９２）Ｔｈｉｎ  Ｓｏｌｉｄ  Ｆｉｌｍｓ  ２２４，２４２−７）、ラピドゾーム（ｒｈａｐｉｄｏｓｏｍｅ）（Ｍ．パジランデ（Ｐａｚｉｒａｎｄｅｈ，Ｍ．）ら（１９９２）Ｂｉｏｍｉｍｅｔｉｃｓ１，４１）、ＤＮＡ（Ｅ．ブラウン（Ｂｒａｕｎ，Ｅ．）ら（１９９８）ネイチャー（Ｎａｔｕｒｅ）３９１，７７５−８）、およびマイクロチューブ（Ｒ．キルシュ（Ｋｉｒｓｃｈ，Ｒ．）ら（１９９７）Ｔｈｉｎ  Ｓｏｌｉｄ  Ｆｉｌｍｓ  ３０５，２４８−２５３）を安定化およびイメージングするために、それぞれ、金または白金などの金属によりナノスケール構造をスパッタリングまたは蒸発コーティングすることが当該技術分野においてよく知られている。
【００５９】
本発明のメタライズ処理されたナノチューブ−核酸複合体は、ナノデバイスの製造において、ナノワイヤまたは分子相互接続として有用であろう。例えば、これらのメタライズド構造は交差した配置で配列され、隣接する複合体間の距離がそれらの間の電位差によって制御可能である場合には、配列は、ライバー（Ｌｅｉｂｅｒ）および共同研究者（Ｔ．リューケス（Ｒｕｅｃｋｅｓ  Ｔ．）ら（２０００）サイエンス（Ｓｃｉｅｎｃｅ）２８９，９４−９７）によりカーボンナノチューブについて提唱されるものと同様の不揮発性メモリ装置として使用され得ることが期待されるであろう。半導性複合体は、スイッチ、増幅器、または論理ゲートとして直接使用することができる３−末端ゲートデバイスにおける用途を見出し得る。メタライズド複合体を有機半導体と結び付けることによって、２−末端スイッチング装置を開発することが可能であり、例えば、負の微分抵抗が示される（例えば、ファン（Ｆａｎ）ら（２００２）ＪＡＣＳ１２４，５５５０−５５６０）。その他の可能な用途には、電界放出ディスプレイ装置における放出のための点源および導電性コーティング中の導電性含有物としての用途が含まれる。
【実施例】
【００６０】
本発明は、更に、以下の実施例において定義される。これらの実施例は、本発明の好ましい実施形態を示すが、ただ実例として与えられるだけであることを理解すべきである。上記の説明およびこれらの実施例から、当業者は、本発明の本質的な特徴を確認することができ、その精神および範囲から逸脱することなく、本発明の様々な変化および修正を行なって、様々な使用および条件に適合させることができる。
【００６１】
一般的な方法
実施例で使用される標準組換えＤＮＡおよび分子生物学技法は当該技術分野においてよく知られており、Ｊ．サムブルック（Ｓａｍｂｒｏｏｋ，Ｊ．）、Ｅ．Ｆ．フリッチェ（Ｆｒｉｔｓｃｈ，Ｅ．Ｆ．）およびＴ．マニアティス（Ｍａｎｉａｔｉｓ，Ｔ．）の「分子クローニング：ラボラトリーマニュアル」コールド・スプリング・ハーバー・ラボラトリー・プレス（Ｃｏｌｄ  Ｓｐｒｉｎｇ  Ｈａｒｂｏｒ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ｐｒｅｓｓ）、コールド・スプリング・ハーバー（Ｃｏｌｄ  Ｓｐｒｉｎｇ  Ｈａｒｂｏｒ）、（１９８９）（マニアティス）と、Ｔ．Ｊ．シルハビィ（Ｔ．Ｊ．Ｓｉｌｈａｖｙ）、Ｍ．Ｌ．ベンナン（Ｍ．Ｌ．Ｂｅｎｎａｎ）およびＬ．Ｗ．エンクイスト（Ｌ．Ｗ．Ｅｎｑｕｉｓｔ）の「遺伝子融合による実験」コールド・スプリング・ハーバー・ラボラトリー（Ｃｏｌｄ  Ｓｐｒｉｎｇ  Ｈａｒｂｏｒ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ）コールド・スプリング・ハーバー（Ｃｏｌｄ  Ｓｐｒｉｎｇ  Ｈａｒｂｏｒ）、ニューヨーク（１９８４）と、Ｆ．Ｍ．オースベル（Ａｕｓｕｂｅｌ，Ｆ．Ｍ．）らの「分子生物学におけるカレントプロトコル」、グリーン・パブリッシング・アソシエーツ（Ｇｒｅｅｎｅ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ  Ａｓｓｏｃ．）およびウィリー−インターサイエンス（Ｗｉｌｅｙ−Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ）刊（１９８７）とにより記載されている。
【００６２】
略語の意味は次のとおりである。「ｈ」は時間を意味し、「ｍｉｎ」は分を意味し、「ｓｅｃ」は秒を意味し、「ｄ」は日数を示し、「ｍＬ」はミリリットルを意味し、「Ｌ」はリットルを意味する。
【００６３】
核酸によるカーボンナノチューブの分散のための一般的手順
精製を行なうまたは行なわずにＨｉＰＣＯプロセスによって単層カーボンナノチューブを製造し、ＣＮＩ（テキサス州ヒューストン（Ｈｏｕｓｔｏｎ，Ｔｅｘａｓ））から購入した。材料は、更なる修飾を行なうことなく、入手したままで使用した。一本鎖ＤＮＡ（ｓｓＤＮＡ）オリゴヌクレオチドは、インテグレーティッド・ＤＮＡ・テクノロジーズ社（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ＤＮＡ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，ＩＮＣ）（アイオワ州、コーラルビル（Ｃｏｒａｌｖｉｌｌｅ，ＩＡ））から購入した。イーストｔＲＮＡは、シグマ（Ｓｉｇｍａ）（ミズーリ州セントルイス（Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，ＭＯ））から購入した。ＲＮＡホモポリマーのポリ（Ａ）、ポリ（Ｃ）およびポリ（Ｕ）は、アマシャム・バイオサイエンシーズ（Ａｍｅｒｓｈａｍ  Ｂｉｏｓｃｉｅｎｃｅｓ）（ニュージャージー州ピスカタウェイ（Ｐｉｓｃａｔａｗａｙ，ＮＪ））から購入した。典型的な実験では、１０ｍｇのＣＮＴを１０ｍＬの１×ＳＳＣ緩衝液（０．１５ＭのＮａＣｌ、０．０１５Ｍのクエン酸ナトリウム）中に懸濁させ、次に、ＴＯＲＢＥＯ１３０ワット超音波処理装置（イリノイ州バーノンヒルズ（Ｖｅｒｎｏｎ  Ｈｉｌｌｓ，ＩＬ）のコール−パーマー・インストルメント・カンパニー（Ｃｏｌｅ−Ｐａｒｍｅｒ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ  Ｃｏｍｐａｎｙ））で２分間、超音波処理した。核酸をＨ２Ｏ中に溶解させ、１０ｍｇ／ｍＬの最終濃度が与えられた。５０μＬのＣＮＴ懸濁液および５μＬの１０ｍｇ／ｍＬの核酸溶液を２００μＬのＨ２Ｏに添加して、２５５μＬの最終体積が得られた。混合物を３分間超音波処理した後、１６，０００ｇで９０分間の遠心分離を行なった（バイオフュージ・フレスコ（Ｂｉｏｆｕｇｅ  ｆｒｅｓｃｏ）、コネチカット州ニュータウン（Ｎｅｗｔｏｗｎ，ＣＴ）のケンドロ・ラボラトリー・プロダクツ（Ｋｅｎｄｒｏ  Ｌａｏｒａｔｏｒｙ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ））。次に、分光測定のために上澄み液を取り出した。ウルトロスペック（Ｕｌｔｒｏｓｐｅｃ）３３００紫外−可視分光光度計（ニュージャージー州ピスカタウェイ（Ｐｉｓｃａｔａｗａｙ，ＮＪ）のアマシャム・バイオサイエンシーズ（Ａｍｅｒｓｈａｍ  Ｂｉｏｓｃｉｅｎｃｅｓ））を用いて、４００ｎｍ〜９００ｎｍからの吸収スペクトルを記録した。７３０ｎｍのピークを分散プロセスの収率の尺度とみなした。
【００６４】
実施例１
一本鎖ＤＮＡによるカーボンナノチューブの分散：配列依存性
この実験では、精製した単層カーボンナノチューブ（ＨｉＰＣＯ）を使用した。上記の手順に従って、様々な配列の分散効率を調べた。使用した配列には、以下のものが含まれる。
（Ｎ）９０：ここで、Ｎは、Ｇ、Ａ、ＴおよびＣのランダム混合物を表し、全体の長さは９０塩基である。
（Ｃ／Ａ）９０：ここでＣ／ＡはＣおよびＡのランダム混合物を表し、全体の長さは９０塩基である。
（Ｇ／Ａ）９０：ここでＧ／ＡはＧおよびＡのランダム混合物を表し、全体の長さは９０塩基である。
（Ｇ／Ｔ）９０：ここでＧ／ＴはＧおよびＴのランダム混合物を表し、全体の長さは９０塩基である。
（Ｃ／Ｔ）９０，６０，３０：ここでＣ／ＴはＣおよびＴのランダム混合物を表し、全体の長さはそれぞれ９０，６０および３０塩基である。
Ｃ６０：Ｃのホモポリマーであり、６０塩基の長さである。
Ｔ６０：Ｔのホモポリマーであり、６０塩基の長さである。
【００６５】
上記配列からの結果は、図１に示される。一般に、配列中のＧ−ＣおよびＴ−Ａ塩基対形成の相互作用が少ないほど、分散効率は高い。
【００６６】
実施例２
一本鎖ＤＮＡによるカーボンナノチューブの分散：超音波処理の効果
この実験では、精製した単層カーボンナノチューブ（ＨｉＰＣＯ）を使用した。上記手順に従って、超音波処理の継続時間の関数としての特定の配列（Ｃ／Ｔ）３０の分散効率を調べた。図２に示されるように、超音波処理が長いほど、分散されるＣＮＴが多くなる。このことは、超音波処理時間が１５分よりも短い場合には、その他の試験配列でも当てはまることがわかった。１５分の継続時間を超えると、分散効率の更なる改善はない。
【００６７】
実施例３
一本鎖ＤＮＡによるカーボンナノチューブの分散：変性剤の効果
この実験では、精製した単層カーボンナノチューブ（ＨｉＰＣＯ）を使用した。上記手順に従って、核酸変性剤ホルムアミドが不在および存在下で、特定の配列（Ｃ／Ｔ）３０の分散効率を調べた。図２に示されるように、この特定の配列では、変性剤は最終収率を３倍に改善する。他の実験によって、変性剤（ホルムアミドおよび尿素など）は、一般に、分散効率を２〜３倍に改善することが示された。
【００６８】
実施例４
一本鎖ＤＮＡ対ＳＤＳによるカーボンナノチューブの分散
この実験では、精製した単層カーボンナノチューブ（ＨｉＰＣＯ）を使用した。この実施例では、上記の一般的手順に従って、２つの分散試験を設定した。第１の試験では、（Ｃ／Ｔ）３０ＤＮＡを使用した。第２のサンプルでは、ＤＮＡは使用せず、１７５μｌのＨ２Ｏおよび２５μｌの１０％ＳＤＳ（ドデシル硫酸ナトリウム、ミズーリ州セントルイス（Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，ＭＯ）のシグマ（Ｓｉｇｍａ）から購入）水溶液を、２００μｌのＨ２Ｏの代わりに添加した。図３に示されるように、ＤＮＡ−分散ＣＮＴからの収率は、ＳＤＳ−分散ＣＮＴからの収率よりも少なくとも５倍高かった。更に、吸収ピークの線幅により判断されるように、ＤＮＡによる分散度は、ＳＤＳによる分散度よりも高い。
【００６９】
実施例５
ＲＮＡによるカーボンナノチューブの分散
この実験では、未精製の単層カーボンナノチューブ（ＨｉＰＣＯ）を使用した。ＲＮＡ（ポリＡ、ポリＣ、ポリＵおよびイーストｔＲＮＡ）を使用した点を除いて、上記のとおりに分散実験を実施した。図４に示される結果は、ＲＮＡもＣＮＴを分散できることを示す。
【００７０】
実施例６
一本鎖ＤＮＡによるカーボンナノチューブの分散：超音波処理温度の効果
この実験では、未精製の単層カーボンナノチューブ（ＨｉＰＣＯ）を使用した。上記手順に従って、超音波処理温度の関数としての特定の配列（Ｃ／Ｔ）３０の分散効率を調べた。第１の試験では、上記の通りに超音波処理を実行した。第２の試験では、超音波処理の間、サンプルを氷水浴中に保持した点を除いて、第１の試験と同じ方法でサンプルを調製した。第２の試験からのカーボンナノチューブ分散の収率は、第１の試験よりも４倍高いと決定された。この温度の効果は、他の配列の場合でも当てはまることがわかった。
【００７１】
実施例７
ＤＮＡおよびＲＮＡ分散されたカーボンナノチューブの沈殿
この実験では、精製および未精製の両方の単層カーボンナノチューブ（ＨｉＰＣＯ）を試験した。上記の通りに分散実験を実施した。典型的な実験では、〜０．１ｍｇ／ｍｌの濃度のＤＮＡまたはＲＮＡのいずれかで分散されたカーボンナノチューブの溶液２００μｌを、同体積のエタノールと混合した。混合の直後に、溶液中にカーボンナノチューブの凝集体が現れた。１６，０００ｇにおける１分間の遠心分離（バイオフュージ・フレスコ（Ｂｉｏｆｕｇｅ  ｆｒｅｓｃｏ）、コネチカット州ニュータウン（Ｎｅｗｔｏｗｎ，ＣＴ）のケンドロ・ラボラトリー・プロダクツ（Ｋｅｎｄｒｏ  Ｌａｏｒａｔｏｒｙ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ））の後、上澄み溶液は透明になり、全てのカーボンナノチューブはペレットになった。ペレットは、再度、水溶液中に再懸濁され得ることがわかった。
【００７２】
実施例８
ＤＮＡ分散されたカーボンナノチューブのビオチン−ストレプトアビジン相互作用による固定化
この実験では、未精製の単層カーボンナノチューブ（ＨｉＰＣＯ）を使用した。上記の通りに、分散実験を実施した。１）ランダム９０−ｍｅｒ（以下、Ｎ９０）と、２）ビオチン化５’末端を有するランダム９０−ｍｅｒ（以下、ビオチン−Ｎ９０）との２つのｓｓＤＮＡを試験した。ストレプトアビジン被覆アガロースビーズをシグマ（Ｓｉｇｍａ）（ミズーリ州セントルイス（Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，ＭＯ））から購入し、そのまま使用した。２つのサンプルを調製した。サンプル１：１００μｌのアガロースビーズを１００μｌのＮ９０分散カーボンナノチューブ（〜０．１ｍｇ／ｍｌ）と混合した。３０分間のインキュベーションの後、ビーズを遠心沈殿させ、０．５ｍＬの１×ＳＳＣ溶液で３回洗浄した。サンプル２：ビオチン−Ｎ９０分散カーボンナノチューブを使用した点を除いてサンプル１と同じである。洗浄後、サンプル２からのペレットは、サンプル１からのものよりも暗色であることが気付かれ、カーボンナノチューブがビーズに結合していることが示された。２つのサンプルは、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡検査）によって分析した。図５Ａおよび図５Ｂに示される結果により、Ｎ９０ではなくビオチン−Ｎ９０で分散されたカーボンナノチューブがビーズ表面に捕捉されたことが確認された。
【００７３】
実施例９
原子間力顕微鏡検査
実施例２からのサンプル溶液を、ＤＮＡ吸収を高めるために１ＭのＭｇＳＯ４溶液で前処理したマイカ片に付着させ、測定する前に水で洗浄し、乾燥させた。周囲条件下で画像を取得するためにタッピングモードを使用した（デジタル・インストルメンツ・ディメンション（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）３１００、ウッドベリー（Ｗｏｏｄｂｕｒｙ）、ニューヨーク、）。図６は、平均間隔１１ｎｍでＤＮＡによりラップされ、単離された直径１ｎｍのチューブを示す。チューブの幅は１．９ｎｍであり、ＣＮＴ／ＤＮＡの高さ＝２．１６ｎｍである。図７は、異なるＣＮＴをラップするＤＮＡの種々のモードを示す。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】様々な配列によるカーボンナノチューブの分散効率を説明するための光学濃度測定のグラフである。
【図２】超音波処理の持続時間の関数として、およびホルムアミドを添加した場合の、特定の配列の分散効率を説明する光学濃度測定のグラフである。
【図３】ｓｓＤＮＡ（図３Ａ）対界面活性剤（図３Ｂ）によるカーボンナノチューブの分散効率を比較する光学濃度測定のグラフである。
【図４】ＲＮＡによるカーボンナノチューブの分散効率を説明するための光学濃度測定のグラフである。
【図５】ビオチン−ストレプトアビジン相互作用によるＤＮＡ分散カーボンナノチューブの固定化を示す電子顕微鏡写真である。図５Ａでは、カーボンナノチューブの分散に使用されるｓｓＤＮＡはビオチン化Ｎ９０であり、図５Ｂでは、カーボンナノチューブの分散に使用されるｓｓＤＮＡは非修飾Ｎ９０である。
【図６】ＤＮＡでラップされた単離カーボンナノチューブの原子間力顕微鏡検査により撮られた電子顕微鏡写真である。
【図７】カーボンナノチューブをラップするＤＮＡの種々のモードを示す、原子間力顕微鏡検査により撮られた電子顕微鏡写真である。
【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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【国際調査報告】
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