(57)【要約】有機回路素子と方法が開示されている。有機回路素子は、複数の部材を含んでおり、各部材はオリゴヌクレオチド二本鎖を含んでいる。前記複数の部材は、電子供与体からの伝導電子を受容するための少なくとも一つの供与体部材と、電子受容体と連絡して前記伝導電子を吸引する領域を供与するための少なくとも一つの受容体部材と、前記複数の部材の少なくとも一つと交差して少なくとも一つの電場制御接合部を画する少なくとも一つの制御体部材であって電場制御体と協働して前記接合部において電場を制御する制御体部材と、を含む。導電性核酸物質中の第一及び第二の部位の間で電気信号を制御する方法であって、前記第一及び第二の部位の間に介在された前記核酸物質中の第三の部位における静電電位を変動させることを含む方法。
2004532527.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）各々がオリゴヌクレオチド二本鎖を備えた複数の部材であって、
（１）電子供与体からの伝導電子を受容するための少なくとも一つの供与体部材と、
（２）電子受容体と連絡して前記伝導電子を吸引する領域を供与するための少なくとも一つの受容体部材と、
（３）前記複数の部材のうち少なくとも一つと交差して少なくとも一つの電場制御接合部を画する少なくとも一つの制御体部材であって、電場制御体と協働して前記接合部において電場を制御する制御体部材と、
を備えた、複数の部材具備する有機回路素子。
【請求項２】
前記部材の少なくとも幾つかが導電性金属含有オリゴヌクレオチド二本鎖を備える、請求項１の有機回路素子。
【請求項３】
前記部材の各々が導電性金属含有オリゴヌクレオチド二本鎖を備える、請求項１の有機回路素子。
【請求項４】
前記少なくとも一つの供与体部材及び前記少なくとも一つの受容体部材の各々が導電性金属含有オリゴヌクレオチド二本鎖を備える、請求項１の有機回路素子。
【請求項５】
前記供与体部材と電気的に連絡された電子供与体をさらに備える、請求項２の有機回路素子。
【請求項６】
前記受容体部材と電気的に連絡された電子受容体をさらに備える、請求項２の有機回路素子。
【請求項７】
前記制御体部材と電気的に連絡された電場制御体をさらに備える、請求項２の有機回路素子。
【請求項８】
前記供与体部材と電気的に連絡された電子供与体をさらに備え、且つ前記受容体部材と電気的に連絡された電子受容体をさらに備える、請求項７の有機回路素子。
【請求項９】
前記供与体部材と前記受容体部材と前記制御体部材とが交差して前記電場制御接合部を画する、請求項２の有機回路素子。
【請求項１０】
前記制御体部材が前記供与体部材及び前記受容体部材の一つと交差して前記電場制御接合部を画する、請求項２の有機回路素子。
【請求項１１】
前記複数の部材が共通の部材を備え、前記供与体部材及び前記受容体部材及び前記制御体部材が、それぞれ、第一の部位、第二の部位、及び第三の部位において前記共通の部材と交差し、前記第三の部位が前記電場制御接合部を画する、請求項２の有機回路素子。
【請求項１２】
前記少なくとも一つの制御体部材が複数の制御体部材を備え、該複数の制御体部材が前記複数の部材の他の各部材と交差して前記少なくとも一つの電場制御接合部を画する、請求項２の有機回路素子。
【請求項１３】
前記導電性金属含有オリゴヌクレオチド二本鎖が第一の核酸ストランドと第二の核酸ストランドとを備え、前記第一及び第二の核酸ストランドが骨格に共有結合された複数の窒素含有芳香族塩基をそれぞれ備え、前記第一の核酸ストランドの前記窒素含有芳香族塩基が前記第二の核酸ストランドの前記窒素含有芳香族塩基に水素結合によって連結されており、前記第一及び第二の核酸ストランド上の前記窒素含有芳香族塩基が前記導電性金属含有オリゴヌクレオチド二本鎖の長さ方向に沿って積層した配置で水素結合された塩基対を形成し、該水素結合された塩基対が塩基対間にキレートされた金属陽イオンであって前記窒素含有芳香族の一つに含まれる窒素原子に配位した金属陽イオンを備える、請求項２の有機回路素子。
【請求項１４】
前記塩基対間にキレートされた金属陽イオンが塩基対間にキレートされた二価の金属陽イオンを備える、請求項１３の有機回路素子。
【請求項１５】
前記二価の金属陽イオンが亜鉛、コバルト、及びニッケルからなる群から選択される、請求項１４の有機回路素子。
【請求項１６】
前記金属陽イオンが、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｃ，Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｓ、Ｂａ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｐｏ、Ｆｒ、Ｒａ、Ａｃ、Ｔｈ、Ｐａ、Ｕ、Ｎｐ、及びＰｕの陽イオンからなる群から選択される、請求項１３の有機回路素子。
【請求項１７】
前記第一及び第二の核酸ストランドはデオキシリボ核酸を備え、前記窒素含有芳香族塩基がアデニン、チミン、グアニン、及びシトシンからなる群から選択される、請求項１４の有機回路素子。
【請求項１８】
前記窒素含有芳香族塩基のイミンプロトンが二価の金属陽イオンに置き換えられており、前記窒素含有塩基がチミン及びグアニンからなる群から選択される、請求項１４の有機回路素子。
【請求項１９】
前記窒素含有芳香族塩基のうち少なくとも一つがチミンを備え、Ｎ３窒素原子を有し、前記二価の金属陽イオンが前記Ｎ３窒素原子に配位されている、請求項１４の有機回路素子。
【請求項２０】
前記窒素含有芳香族塩基のうち少なくとも一つがグアニンを備え、Ｎ１窒素原子を有し、前記二価の金属陽イオンが前記Ｎ１窒素原子に配位されている、請求項１４の有機回路素子。
【請求項２１】
前記電子供与体が前記供与体部材に電子を供与するように作用可能な電極を備える、請求項８の有機回路素子。
【請求項２２】
前記電子受容体が前記受容体部材からの電子を受容するように作用可能な電極を備える、請求項８の有機回路素子。
【請求項２３】
前記電子供与体が、前記供与体部材に電子を供与することができる電子供与体分子を備える、請求項８の有機回路素子。
【請求項２４】
前記電子供与体分子が蛍光分子を備える、請求項２３の有機回路素子。
【請求項２５】
前記電子供与体分子がフルオレセインを備える、請求項２４の有機回路素子。
【請求項２６】
前記電子受容体が前記受容体部材からの電子を受容することができる電子受容体分子を備える、請求項８の有機回路素子。
【請求項２７】
前記電子受容体分子が蛍光分子を備える、請求項２６の有機回路素子。
【請求項２８】
前記電子受容体分子がローダミンを備える、請求項２７の有機回路素子。
【請求項２９】
前記電場制御体が制御体発色団を備える、請求項８の有機回路素子。
【請求項３０】
前記電場制御体が蛍光分子を備える、請求項８の有機回路素子。
【請求項３１】
前記電場制御体がフルオレセインを備える、請求項８の有機回路素子。
【請求項３２】
前記電場制御体がローダミンを備える、請求項８の有機回路素子。
【請求項３３】
前記制御体発色団が一定の波長範囲内の放射線を吸収する、請求項２９の有機回路素子。
【請求項３４】
前記電子受容体が、前記受容体部材からの電子を受容するのに応じて、一定の波長範囲内の放射線を放出するように作用可能な発色団を備える、請求項８の有機回路素子。
【請求項３５】
前記電場制御体が電極を備える、請求項８の有機回路素子。
【請求項３６】
前記電場制御体が複数の状態を備え、該複数の状態の各状態が前記電場制御接合部にそれぞれ静電電位を発生させるように選択可能である、請求項８の有機回路素子。
【請求項３７】
前記状態が印加される外部電位に応じて選択可能である、請求項３６の有機回路素子。
【請求項３８】
請求項８の有機回路素子を備えたシステムであって、前記電子供与体に伝導電子を供給し且つ前記電子受容体から伝導電子を受け取るための導電性媒体をさらに備えたシステム。
【請求項３９】
前記導電性媒体が、前記電子供与体に電子を供与するように作用可能で且つ前記電子受容体から電子を受容するように作用可能であり、電子が、前記電子供与体から、前記供与体部材を経由し、前記電場制御接合部を経由し、前記受容体部材を経由し、前記電子受容体を経由し、前記電子供与体に戻る閉回路を与える請求項３８のシステム。
【請求項４０】
前記導電性媒体が水溶液を備える、請求項３９のシステム。
【請求項４１】
前記導電性媒体が導電性ワイヤを備える、請求項３９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、複数のオリゴヌクレオチドをアニーリング及び処理して複数の部材を形成させることを備え、前記複数の部材の各部材は、二本鎖部分を形成するように並列したオリゴヌクレオチドの対を含み、前記複数の部材が、
（ａ）電子供与体からの伝導電子を受容するための少なくとも一つの供与体部材と、
（ｂ）電子受容体と連絡して前記伝導電子を吸引する領域を供与するための少なくとも一つの受容体部材と、
（ｃ）前記複数の部材のうち少なくとも一つと交差して少なくとも一つの電場制御接合部を画する少なくとも一つの制御体部材であって電場制御体と協働して前記接合部において電場を制御する制御体部材とを備える、方法。
【請求項４３】
前記供与体部材と電気的に連絡するように前記電子供与体を配置することをさらに備えた、請求項４２の方法。
【請求項４４】
前記受容体部材と電気的に連絡するように電子受容体を配置することをさらに備えた、請求項４２の方法。
【請求項４５】
前記制御体部材と電気的に連絡するように前記電場制御体を配置することをさらに備えた、請求項４２の方法。
【請求項４６】
前記電子供与体と前記電子受容体を、それぞれ、前記供与体部材と前記受容体部材に電気的に連絡するように配置することをさらに備えた、請求項４５の方法。
【請求項４７】
前記アニーリングすること及び処理することが、前記複数のオリゴヌクレオチドをアニーリングすること及び前記複数のオリゴヌクレオチドを処理して、前記供与体部材、前記受容体部材、及び前記制御体部材が交差して前記電場制御接合部を画する配置に前記複数の部材を形成させることを備える、請求項４２の方法。
【請求項４８】
前記アニーリングすること及び処理することが、前記複数のオリゴヌクレオチドをアニーリングすること及び前記複数のオリゴヌクレオチドを処理して、前記制御体部材が前記供与体部材及び前記受容体部材のうちの一つと交差して前記電場制御接合部を画する配置に前記複数の部材を形成させることを備える、請求項４２の方法。
【請求項４９】
前記複数の部材が共通の部材を備え、前記アニーリングすること及び処理することが、前記複数のオリゴヌクレオチドをアニーリングすること及び前記複数のオリゴヌクレオチドを処理して、前記供与体部材、前記受容体部材、及び前記制御体部材が、それぞれ、第一、第二、及び第三の部位で前記共通の部材と交差して、第三の部位が前記電場制御接合部を画する配置に前記複数の部材を形成させることを備える、請求項４２の方法。
【請求項５０】
前記複数の部材が複数の制御体部材を備え、前記アニーリングすること及び処理することが、前記複数のオリゴヌクレオチドをアニーリングすること及び前記複数のオリゴヌクレオチドを処理して、前記複数の制御体部材が前記複数の部材と交差して少なくとも一つの電場制御接合部を画する配置に前記複数の部材を形成させることを備える、請求項４２の方法。
【請求項５１】
前記アニーリングすることが二本鎖部分を形成するのに有効な条件で前記複数のオリゴヌクレオチドをアニーリングさせることを備え、処理することが少なくとも一つの電場制御接合部を形成させるのに有効な条件で前記複数のオリゴヌクレオチドを処理することを備える、請求項４２の方法。
【請求項５２】
前記オリゴヌクレオチドが骨格に共有結合した複数の窒素含有芳香族塩基を備える、請求項４２の方法。
【請求項５３】
前記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、及びウラシルからなる群から選択される窒素含有芳香族塩基を備えたデオキシリボ核酸を備える、請求項５２の方法。
【請求項５４】
前記二本鎖部分が導電性金属含有オリゴヌクレオチド二本鎖部分を備え、前記導電性金属含有オリゴヌクレオチド二本鎖部分が前記オリゴヌクレオチドの第一のストランドと第二のストランドとを備え、前記第一のストランドの前記窒素含有芳香族塩基が前記第二のストランドの窒素含有芳香族塩基に水素結合によって結合しており、前記第一及び第二のストランド上の前記窒素含有芳香族塩基は前記導電性金属含有オリゴヌクレオチド二本鎖部分の長さ方向に沿って積層した配置で水素結合した塩基対を形成しており、該水素結合した塩基対が塩基対間にキレートされた金属陽イオンであって前記窒素含有芳香族塩基の一つに含まれる窒素原子に配位した金属陽イオンを備える、請求項５２の方法。
【請求項５５】
前記塩基対間にキレートされた金属陽イオンが、塩基対間にキレートされた二価の金属陽イオンを備える、請求項５４の方法。
【請求項５６】
前記アニーリングすることが、導電性金属含有オリゴヌクレオチド二本鎖部分を形成するのに有効な条件下で、前記複数のオリゴヌクレオチドを塩基性溶液に供することを備える、請求項５５の方法。
【請求項５７】
前記導電性金属含有オリゴヌクレオチド二本鎖部分を形成するのに有効な条件が、前記導電性金属含有オリゴヌクレオチド二本鎖部分中の芳香族塩基を含有する窒素のイミンプロトンを二価の金属陽イオンに置き換えるのに有効な条件である、請求項５６の方法。
【請求項５８】
前記塩基性溶液が少なくとも７のｐＨを有する、請求項５６の方法。
【請求項５９】
前記塩基性溶液が、約１：１．５乃至約１：２．０の核酸：金属イオン比を有する、請求項５６の方法。
【請求項６０】
前記二価の金属陽イオンが、亜鉛、コバルト、及びニッケルからなる群から選択される、請求項５５の方法。
【請求項６１】
前記金属陽イオンが、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｃ，Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｓ、Ｂａ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｐｏ、Ｆｒ、Ｒａ、Ａｃ、Ｔｈ、Ｐａ、Ｕ、Ｎｐ、及びＰｕの陽イオンからなる群から選択される、請求項５４の方法。
【請求項６２】
前記二価の金属陽イオンが窒素含有芳香族塩基のイミンプロトンに置き換えられており、前記窒素含有芳香族塩基がチミンとグアニンからなる群から選択される、請求項５５の方法。
【請求項６３】
窒素含有芳香族塩基の少なくとも一つがチミンを備え、Ｎ３窒素原子を有し、前記二価の金属陽イオンに前記Ｎ３窒素原子が配位している、請求項５５の方法。
【請求項６４】
前記窒素含有芳香族塩基のうち少なくとも一つがグアニンを備え、Ｎ１窒素原子を有し、前記二価の金属陽イオンに前記Ｎ１窒素原子が配位している、請求項５５の方法。
【請求項６５】
前記電子供与体が前記供与体部材に電子を供与することが可能である電子供与体分子を備える、請求項４６の方法。
【請求項６６】
前記電子受容体が前記受容体部材からの電子を受容することが可能である電子受容体分子を備える、請求項４６の方法。
【請求項６７】
前記電子供与体分子が蛍光分子を備える、請求項６５の方法。
【請求項６８】
前記電子受容体分子が蛍光分子を備える、請求項６６の方法。
【請求項６９】
前記電子供与体分子がフルオレセインを備える、請求項６７の方法。
【請求項７０】
前記電子受容体分子がローダミンを備える、請求項６８の方法。
【請求項７１】
前記電子供与体が前記供与体部材に電子を供与するように作用可能な電極を備える、請求項４６の方法。
【請求項７２】
前記電子受容体が、前記受容体部材からの電子を受容するように作用可能な電極を備える、請求項４６の方法。
【請求項７３】
前記電場制御体が制御体発光団を備える、請求項４６の方法。
【請求項７４】
前記電場制御体が蛍光分子を備える、請求項４６の方法。
【請求項７５】
前記電場制御体がフルオレセインを備える、請求項４６の方法。
【請求項７６】
前記電場制御体がローダミンを備える、請求項４６の方法。
【請求項７７】
前記制御体発色団が一定の波長範囲内の放射線を吸収する、請求項７３の方法。
【請求項７８】
前記電子受容体が、前記受容体部材から電子を受容するのに応じて、一定の波長範囲内の放射線を放射するように作用する発色団を備える、請求項４６の方法。
【請求項７９】
前記処理することが、電場制御接合部を形成させるのに有効な条件下で、前記複数のオリゴヌクレオチドを塩基性溶液に供することを備える、請求項４２の方法。
【請求項８０】
前記電場制御体が電極を備える、請求項４６の方法。
【請求項８１】
前記電場制御体が複数の状態を備え、電場制御接合部にそれぞれ静電電位が発生するように、前記複数の状態の各状態を選択することが可能である、請求項４６の方法。
【請求項８２】
導電性核酸物質中の第一の部位と第二の部位の間の電気信号を制御する方法であって、前記第一の部位と第二の部位の間に介在された前記核酸物質中の第三の部位における静電電位を変動させることを備える、方法。
【請求項８３】
前記変動させることが、前記第三の部位と連絡して電場制御体の複数の状態のうち一つを選択することを備え、前記状態の各々が、前記第三の部位におけるそれぞれの静電電位に対応する、請求項８２の方法。
【請求項８４】
前記選択することが、前記電場制御体を照射することを備える、請求項８３の方法。
【請求項８５】
前記電場制御体が蛍光分子及び発色団からなる群から選択され、前記選択することが前記電場制御体を照射することを備える、請求項８３の方法。
【請求項８６】
前記電場制御体が発色団を備え、選択することが前記電場制御体を照射することを備える、請求項８３の方法。
【請求項８７】
前記照射することが、前記発色団を照射して前記第三の部位に印加すべき負の静電電位を生じさせることを備える、請求項８６の方法。
【請求項８８】
前記選択することが、前記電場制御体に外部電位を印加することを備える、請求項８３の方法。
【請求項８９】
前記電場制御体が電極を備え、前記選択することが前記電極に外部電位を印加することを備える、請求項８３の方法。
【請求項９０】
前記印加することが、前記電極に少なくとも一つの電子を蓄積させて、前記第三の部位に負の静電電位を印加することを備える、請求項８９の方法。
【請求項９１】
前記印加することが、前記電極から少なくとも一つの電子を除去して、前記第三の部位に正の静電電位を印加することを備える、請求項８９の方法。
【請求項９２】
電気信号を発生させることをさらに備える、請求項８３の方法。
【請求項９３】
前記発生させることが、前記第一の部位から前記第二の部位に電子が流れるようにすることを備える、請求項９２の方法。
【請求項９４】
前記第一の部位に電子を供給することと、前記第二の部位から電子を受け取ることとをさらに備える、請求項９３の方法。
【請求項９５】
前記第一の部位が導電性核酸の電子供与体部材中の部位を備え、前記第二の部位が導電性核酸の電子受容体部材中の部位を備え、前記第三の部位が、前記供与体部材及び前記受容体部材と電気的に連絡した少なくとも一つの電場制御接合部を備え、前記変動させることが、前記少なくとも一つの電場制御接合部の前記静電電位を変動させることを備える、請求項８２の方法。
【請求項９６】
前記少なくとも一つの電場制御接合部が導電性核酸電場制御体部材と電気的に連絡されており、前記変動させることが、前記制御体部材と電気的に連絡する電場制御体の複数の状態のうちの一つを選択することを備え、前記状態の各々が前記少なくとも一つの電場制御接合部におけるそれぞれの静電電位に対応している、請求項９５の方法。
【請求項９７】
前記選択することが電場制御体を照射することを備える、請求項９６の方法。
【請求項９８】
前記電場制御体が蛍光分子及び発色団からなる群から選択され、前記選択することが前記電場制御体を照射することを備える、請求項９６の方法。
【請求項９９】
前記電場制御体が発色団を備え、前記選択することが前記電場制御体を照射することを備える、請求項９６の方法。
【請求項１００】
前記照射することが、発色団に照射して電場制御接合部に印加すべき負の静電電位を引き起こすことを備え、前記負の静電電位によって、電子が前記供与体部材から前記受容体部材に移動する能力が弱められる、請求項９９の方法。
【請求項１０１】
前記選択することが電場制御体に外部電位を印加することを備える、請求項９６の方法。
【請求項１０２】
前記電場制御体が電極を備え、前記選択することが前記電極に外部電位を印加することを備える、請求項９６の方法。
【請求項１０３】
前記印加することが、前記電極上に少なくとも一つの電子を蓄積させて、前記電場制御接合部に負の静電電位を印加することを備え、前記負の静電電位によって、電子が前記供与体部材から前記受容体部材に移動する能力が弱められる、請求項１０２の方法。
【請求項１０４】
前記印加することが、前記電極から少なくとも一つの電子を除去して前記電場制御接合部に正の静電電位を印加することを備え、前記正の静電電位によって、電子が前記供与体部材から前記受容体部材に移動する能力は強められる、請求項１０２の方法。
【請求項１０５】
電子供与体部材と、電子受容体部材と、制御体部材とを、それぞれ電子供与体、電子受容体、及び電場制御体に電気的に連絡させて配置することをさらに備える、請求項９６の方法。
【請求項１０６】
電気信号を発生させることをさらに備える、請求項９５の方法。
【請求項１０７】
前記発生させることが、前記電子供与体部材と連絡している電子供与体から前記電子受容体部材と連絡している電子受容体へと電子が流れるようにすることを備える、請求項１０６の方法。
【請求項１０８】
電子供与体に電子を供給することと、電子受容体からの電子を受容することとをさらに備える、請求項１０７の方法。
【請求項１０９】
前記少なくとも一つの電場制御接合部が、少なくとも二つの各電場制御体と電気的に連絡された少なくとも二つの電場制御接合部を備え、前記変動させることが、前記少なくとも二つの電場制御体のうち少なくとも一つの電場制御体の複数の状態から一つを選択することを備え、前記状態の各々が、少なくとも二つの電場制御体のうちの少なくとも一つに対応する電場制御接合部の各静電電位に対応している、請求項９５の方法。
【請求項１１０】
前記導電性核酸物質が複数の部材を備え、該部材がそれぞれ、導電性金属含有オリゴヌクレオチド二本鎖を備え、前記複数の部材が電子供与体からの伝導電子を受容するための少なくとも一つの供与体部材と、電子受容体と連絡して前記伝導電子を吸引する領域を供与するための少なくとも一つの受容体部材と、前記複数の部材のうち少なくとも一つと交差して少なくとも一つの電場制御接合部を画する少なくとも一つの制御体部材であって電場制御体と協働して前記接合部において電場を制御する制御体部材とを備え、前記変動させることが前記電場制御体の複数の状態のうち一つを選択することを備え、前記状態の各々が前記電場制御接合部の各静電電位に対応している、請求項８２の方法。
【請求項１１１】
前記導電性核酸物質が導電性金属含有核酸二本鎖を備え、該導電性金属含有核酸二本鎖が、電場制御体と電気的に連絡している制御体部材と、電子供与体と電気的に連絡している供与体部材と、電子受容体と電気的に連絡している受容体部材とを備え、前記変動させることが、信号を制御するために、前記電場制御体の状態を変化させて、前記制御体部材と前期供与部材と前記受容体部材とを連結する電場制御接合部の静電電位を変動させることを備える、請求項８２の方法。
【請求項１１２】
前記導電性金属含有核酸二本鎖が第一の核酸ストランドと第二の核酸ストランドとを含む核酸二本鎖を備え、前記第一及び第二の核酸ストランドが骨格に共有結合した複数の窒素含有芳香族塩基をそれぞれ備え、前記第一の核酸ストランドの前記窒素含有芳香族塩基が前記第二の核酸ストランドの前記窒素含有芳香族塩基に水素結合によって結合されており、第一及び第二の核酸ストランド上の前記窒素含有芳香族塩基が前記核酸二本鎖の長さ方向に沿って積層した配置で水素結合された塩基対を形成している、請求項１１１の方法。
【請求項１１３】
前記導電性金属含有核酸二本鎖を作製することをさらに備える、請求項１１２の方法。
【請求項１１４】
前記作製することが、前記導電性金属含有核酸二本鎖を形成するのに有効な条件下で、金属陽イオンの存在下において、前記核酸二本鎖を塩基性溶液に供することを備え、前記導電性金属含有核酸二本鎖の水素結合した塩基対が、塩基対間にキレートされた金属陽イオンであって前記窒素含有芳香族塩基の一つに含まれる窒素原子に配位した金属陽イオンを備える、請求項１１３の方法。
【請求項１１５】
前記作製することが、前記導電性金属含有核酸二本鎖を形成させるのに有効な条件下で、二価の金属陽イオンの存在下において、前記核酸二本鎖を塩基性溶液に供することを備え、前記導電性金属含有核酸二本鎖の水素結合された塩基対が、塩基対間にキレートされた二価の金属陽イオンであって前記窒素含有芳香族塩基の一つに含まれる窒素原子に配位されている二価の金属陽イオンを備える、請求項１１３の方法。
【請求項１１６】
前記核酸二本鎖が、アデニン、チミン、グアニン、及びシトシンからなる群から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備える、請求項１１５の方法。
【請求項１１７】
前記導電性金属含有核酸二本鎖を形成させるのに有効な前記条件が、前記核酸二本鎖中に含まれる窒素含有芳香族塩基のイミンプロトンを二価の金属陽イオンで置換するのに有効である、請求項１１５の方法。
【請求項１１８】
前記二価の金属陽イオンが、亜鉛、コバルト、及びニッケルからなる群から選択される、請求項１１５の方法。
【請求項１１９】
前記金属陽イオンが、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｃ，Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｓ、Ｂａ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｐｏ、Ｆｒ、Ｒａ、Ａｃ、Ｔｈ、Ｐａ、Ｕ、Ｎｐ、及びＰｕの陽イオンからなる群から選択される、請求項１１４の方法。
【請求項１２０】
前記塩基性溶液が少なくとも７のｐＨを有する、請求項１１４の方法。
【請求項１２１】
前記塩基性溶液が、約１：１．５乃至約１：２．０の核酸：金属イオン比を有する、請求項１１４の方法。
【請求項１２２】
前記電子供与体が前記供与体部材に電子を供与することができる電子供与体分子を備える、請求項１１１の方法。
【請求項１２３】
前記電子受容体が前記受容体部材からの電子を受容することができる電子受容体分子を備える、請求項１１１の方法。
【請求項１２４】
前記電子供与体分子が蛍光分子を備える、請求項１２２の方法。
【請求項１２５】
前記電子受容体分子が蛍光分子を備える、請求項１２３の方法。
【請求項１２６】
前記電子供与体分子がフルオレセインを備える、請求項１２４の方法。
【請求項１２７】
前記電子受容体分子がローダミンを備える、請求項１２５の方法。
【請求項１２８】
前記電子供与体が前記供与体部材に電子を供与するように作用可能な電極を備える、請求項１１１の方法。
【請求項１２９】
前記電子受容体が前記受容体部材から電子を受容するように作用可能な電極を備える、請求項１１１の方法。
【請求項１３０】
前記電場制御体が制御体発色団を備える、請求項１１１の方法。
【請求項１３１】
前記電場制御体が蛍光分子を備える、請求項１１１の方法。
【請求項１３２】
前記電場制御体がフルオレセインを備える、請求項１１１の方法。
【請求項１３３】
前記電場制御体がローダミンを備える、請求項１１１の方法。
【請求項１３４】
前記制御体発色団が一定の波長範囲内の放射線を吸収する、請求項１３０の方法。
【請求項１３５】
前記電子受容体が、前記受容体部材から電子を受容するのに応じて、一定の波長範囲内の放射線を放出するように作用可能な発色団を備える、請求項１１１の方法。
【請求項１３６】
前記制御体部材が導電性金属含有核酸二本鎖部分を備える、請求項１１２の方法。
【請求項１３７】
前記供与体部材が導電性金属含有核酸二本鎖部分を備える、請求項１１２の方法。
【請求項１３８】
前記受容体部材が導電性金属含有核酸二本鎖部分を備える、請求項１１２の方法。
【請求項１３９】
導電性媒体からの伝導電子を前記導電性金属含有核酸二本鎖に供給することと、前記二本鎖からの伝導電子を前記導電性媒体において受容することとをさらに備える、請求項１１１の方法。
【請求項１４０】
前記供給することが、前記導電性媒体から前記電子供与体に電子を供与することを備え、且つ前記受容することが前記導電性媒体において前記二本鎖からの伝導電子を受容することを備え、電子が前記電子供与体から前記供与体部材を経由し、前記電場制御接合部を経由し、前記受容体部材を経由し、前記電子受容体を経由し、前記導電性媒体を経由して前記電子供与体に至る閉回路を与える、請求項１３９の方法。
【請求項１４１】
前記導電性媒体が水溶液を備える、請求項１４０の方法。
【請求項１４２】
前記導電性媒体が導電性ワイヤを備える、請求項１４０の方法。
【請求項１４３】
前記電場制御体の状態を変化させることが、前記制御体発色団を照射して、負の静電電位を発生させて前記電場制御接合部に印加することを備え、前記負の静電電位によって、電子が前記供与体部材から前記受容体部材に移動する能力が弱められる、請求項１３４の方法。
【請求項１４４】
前記電場制御体が電極を備える、請求項１１１の方法。
【請求項１４５】
前記電場制御体が電極を備え、前記電場制御体の状態を変化させることが、電子を前記電極上に蓄積させて前記電場制御接合部に印加される負の静電電位を発生させることを備え、前記負の静電電位によって、電子が前記供与体部材から前記受容体部材に移動する能力が弱められる、請求項１１１の方法。
【請求項１４６】
前記電場制御体が電極を備え、前記電場制御体の状態を変化させることが、電子を前記電極から除去して前記電場制御接合部に印加される正の静電電位を発生させることを備え、前記正の静電電位によって、電子が前記供与体部材から前記受容体部材に移動する能力が強められる、請求項１１１の方法。
【請求項１４７】
前記電場制御体が複数の状態を備え、印加される外部電位に応じて前記電場制御接合部にそれぞれ静電電位が発生するように、前記複数の状態の各状態を選択することが可能である、請求項１１１の方法。
【請求項１４８】
導電性核酸物質中の第一の部位と第二の部位の間で電気信号を制御するための装置であって、
ａ）前記第一の部位と第二の部位を有する導電性核酸物質を有し、
ｂ）前記第一の部位と第二の部位の間に介在された前記核酸物質中の第三の部位における静電電位を変動させるための手段、
を備えた装置。
【請求項１４９】
前記変動させるための手段が、前記第三の部位と連絡して、電場制御体の複数の状態のうちの一つを選択するための手段を備え、前記状態の各々が前記第三の部位におけるそれぞれの静電電位に対応している、請求項１４８の装置。
【請求項１５０】
前記選択するための手段が電場制御体を照射するための手段を備える、請求項１４９の装置。
【請求項１５１】
前記選択するための手段が前記電場制御体に外部電位を印加するための手段を備える、請求項１４９の装置。
【請求項１５２】
前記電場制御体が電極を備え、印加するための前記手段が前記電極上に少なくとも一つの電子を蓄積させて前記第三の部位に負の静電電位を印加するための手段を備える、請求項１５１の装置。
【請求項１５３】
前記電場制御体が電極を備え、印加するための前記手段が前記電極から少なくとも一つの電子を除去して前記第三の部位に正の静電電位を印加するための手段を備える、請求項１５１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備えた請求項１４８の装置。
【請求項１５５】
前記第一の部位が導電性核酸の電子供与体部材中の部位を備え、前記第二の部位が導電性核酸の電子受容体部材中の部位を備え、前記第三の部位が、前記供与体部材及び前記受容体部材と電気的に連絡した少なくとも一つの電場制御接合部を備え、前記変動させるための手段が、前記少なくとも一つの電場制御接合部の前記静電電位を変動させるための手段を備える、請求項１４８の装置。
【請求項１５６】
前記少なくとも一つの電場制御接合部が導電性核酸電場制御体部材と電気的に連絡されており、前記変動させるための手段が前記制御体部材と電気的に連絡する電場制御体の複数の状態のうちの一つを選択するための手段を備え、前記状態の各々が、前記少なくとも一つの電場制御接合部におけるそれぞれの静電電位に対応している、請求項１５５の装置。
【請求項１５７】
前記選択するための手段が、電場制御体を照射するための手段を備える、請求項１５６の装置。
【請求項１５８】
前記選択するための手段が、前記電場制御体に外部電位を印加するための手段を備える、請求項１５６の装置。
【請求項１５９】
前記電場制御体が電極を備え、印加するための前記手段が少なくとも一つの電子を前記電極上に蓄積させて前記電場制御接合部に負の静電電位を印加させるための手段を備え、前記負の静電電位によって、電子が前記供与体部材から前記受容体部材に移動する能力が弱められる、請求項１５８の装置。
【請求項１６０】
前記電場制御体が電極を備え、前記印加するための手段が前記電極から少なくとも一つの電子を除去して前記電場制御接合部に正の静電電位を印加させるための手段を備え、前記正の静電電位によって、電子が前記供与体部材から前記受容体部材に移動する能力が強められる、請求項１５８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備える、請求項１５５の装置。
【請求項１６２】
導電性核酸物質中の第一の部位と第二の部位の間で電気信号を制御するための装置であって、前記第一の部位と第二の部位の間に介在された前記核酸物質中の第三の部位における静電電位を変動させるように作用可能な電場制御体を備えた装置。
【請求項１６３】
前記電場制御体が、前記第三の部位の各静電電位に前記状態の各々が対応するように、複数の選択可能な状態を有する、請求項１６２の装置。
【請求項１６４】
前記電場制御体が電極を備える、請求項１６２の装置。
【請求項１６５】
前記電場制御体が、蛍光分子及び発色団からなる群から選択される、請求項１６２の装置。
【請求項１６６】
前記電場制御体が発色団を備える、請求項１６２の装置。
【請求項１６７】
前記電場制御体が蛍光分子を備える、請求項１６２の装置。
【請求項１６８】
前記電場制御体がフルオレセインを備える、請求項１６２の装置。
【請求項１６９】
前記電場制御体がローダミンを備える、請求項１６２の装置。
【請求項１７０】
前記第一の部位が導電性核酸の電子供与体部材中の部位を備え、前記第二の部位が導電性核酸の電子受容体部材中の部位を備え、前記第三の部位が、前記供与体部材、前記受容体部材、及び前記電場制御体と電気的に連絡した少なくとも一つの電場制御接合部を備える、請求項１６２の装置。
【請求項１７１】
前記電場制御体を前記電場制御接合部に連結させる制御体部材をさらに備えた、請求項１７０の装置。
【請求項１７２】
導電性核酸物質中の電気信号を制御する方法であって、制御体部材が複数の部材のうちの少なくとも一つと交差する電場制御接合部における電場制御度を変動させることを備え、前記制御体部材及び前記複数の部材はそれぞれ、オリゴヌクレオチド二本鎖を含み、前記制御体部材と前記複数の部材のうち少なくとも幾つかは伝導性金属含有オリゴヌクレオチド二本鎖を備え、前記複数の部材が、電子供与体から伝導電子を受容するための少なくとも一つの供与体部材と、電子受容体と連絡して前記伝導電子を吸引する領域を供与するための少なくとも一つの電子受容体部材とを備える方法。
【請求項１７３】
前記変動させることが、前記電場制御接合部の静電電位を変動させることを備える、請求項１７２の方法。
【請求項１７４】
前記変動させることが、前記制御体部材を介して前記電場制御接合部と連絡する電場制御体の複数の状態のうちの一つを選択することを備える、請求項１７２の方法。
【請求項１７５】
前記選択することが、電場制御体を照射することを備える、請求項１７４の方法。
【請求項１７６】
前記選択することが、前記電場制御体に外部電位を印加することを備える、請求項１７４の方法。
【請求項１７７】
データを格納する方法であって、核酸回路素子の電場制御体の少なくとも二つの状態のうちの一つを選択することを備え、前記少なくとも二つの状態の各々が前記回路素子中の電場制御接合部におけるそれぞれの電場制御度に対応し、各電場制御度が各データ値に対応している方法。
【請求項１７８】
前記選択することが、前記電場制御体を照射することを備える、請求項１７７の方法。
【請求項１７９】
前記選択することが、前記電場制御体に外部電位を印加することを備える、請求項１７７の方法。
【請求項１８０】
前記核酸回路素子が複数の部材を備え、そのうちの少なくとも幾つかが導電性金属含有オリゴヌクレオチド二本鎖を備え、前記複数の部材が、電子供与体からの伝導電子を受容するための少なくとも一つの供与体部材と、電子受容体と連絡して前記伝導電子を吸引する領域を供与するための少なくとも一つの受容体部材と、前記複数の部材のうち少なくとも一つと交差して前記電場制御接合部を画する少なくとも一つの制御体部材とを備え、前記制御体部材が前記電場制御体と連絡されており、前記選択することが、電場制御接合部に電場制御度を与えるように前記電場制御接合部を誘導して、データ値を表すことを備えた、請求項１７７の方法。
【請求項１８１】
前記誘導することが、前記電場制御体の複数の状態のうちの一つを選択することを備え、前記状態の各々が前記電場制御接合部におけるそれぞれの静電電位に対応している、請求項１８０の方法。
【請求項１８２】
有機データ格納媒体であって、少なくとも二つの選択可能な状態を有する電場制御体を備え、該状態の各々が核酸回路素子の電場制御接合部におけるそれぞれの電場制御度に対応し、各電場制御度がそれぞれのデータ値に対応している、有機データ格納媒体。
【請求項１８３】
核酸回路素子をさらに備え、該核酸回路素子は、少なくとも幾つかが導電性金属含有オリゴヌクレオチド二本鎖を含む複数の部材を備え、該複数の部材が、
ａ）電子供与体からの伝導電子を受容するための少なくとも一つの供与体部材と、
ｂ）電子受容体と連絡して前記伝導電子を吸引する領域を供与するための少なくとも一つの受容体部材と、
ｃ）前記複数の部材のうち少なくとも一つと交差して前記電場制御接合部を画する少なくとも一つの制御体部材であって、前記データ値を表すために前記電場制御体と協働して前記接合部に前記電場制御度を与える制御部材とを備えた、
請求項１８２の有機データ格納媒体。
【請求項１８４】
前記少なくとも二つの状態が前記電場制御体を照射することによって選択可能である、請求項１８２の有機データ格納媒体。
【請求項１８５】
前記少なくとも二つの状態が、前記電場制御体に外部電位を印加することによって選択可能である、請求項１８２の有機データ格納媒体。
【請求項１８６】
前記少なくとも二つの状態の各々が、前記電場制御接合部におけるそれぞれの静電電位に対応している、請求項１８３の有機データ格納媒体。
【請求項１８７】
データを格納するための装置であって、
ａ）電場制御接合部を備えた導電性核酸回路素子と、
ｂ）該回路素子中の前記電場制御接合部における電場制御度を変動させるための手段と、をさらに備え、各電場制御度がそれぞれのデータ値に対応している、装置。
【請求項１８８】
前記変動させるための手段が、前記電場制御接合部における静電電位を変動させるための手段を備える、請求項１８７の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００１年５月２４日に出願された米国仮特許出願第６０／２９２，８８１号（参考文献として、本明細書に援用する。）の優先権を主張する。
【０００２】
本発明は、核酸に関し、より具体的には、有機回路素子及び関連する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
より小さな回路を製造するという尽きることのない密度への要求を実現するために分子レベルで作動する安価な回路素子を創造することを目指して、有機電子工学の分野への注目が増大している。シリコンをベースとする現在の小型電子装置は、一ミクロンのおよそ十分の一の電気部品という最小サイズを有する。しかし、分子電子工学では、今日の同様なサイズを有する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信じられないほど小さなコンピュータデバイスを、ナノメートルサイズの部品から得ることが可能となるであろう。さらに、電子情報化された新聞、製品ラベル、及び集積回路を製造するためのプラスチック基板に適用できる柔軟な回路を探索するために、例えば、有機物質が電子素子として研究されている。
【０００４】
この点に関して、ＤＮＡ等の生体物質は、分子識別能を有し、生体機構を用いて合成することが可能なので、興味が持たれる。さらに、生物での重要性故に、ＤＮＡは、幅広い構造的・動的・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、短い単体ＤＮＡ分子中の電気輸送の測定により、ワイドバンドギャップ半導体の挙動を示すことが指摘されているが（Ｐｏｒａｔｈ  ｅｔ  ａｌ．，２０００）、ＤＮＡヘアピンに対する別の測定によれば、ＤＮＡは、電子の導体として、タンパク質より若干優れているにすぎないという指摘も存在する（Ｌｅｗｉｓ  ｅｔ  ａｌ．，１９９７；Ｔａｕｂｅｓ，１９９７）。それぞれ、１９９７年１月７日、１９９８年１月６日、１９９８年６月２３日、１９９８年７月１４日、及び１９９８年１０月２０日に、Ｍｅａｄｅらに対して付与された米国特許第５，５９１，５７８号、第５，７０５，３４８号、第５，７７０，３６９号、第５，７８０，２３４号、及び第５，８２４，４７３号（参考文献として本明細書に援用される）は、核酸骨格に沿って電子伝達成分が共有結合で修飾された核酸を開示している。Ｍｅａｄｅらは、核酸が電子伝達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示唆している。
【０００５】
最近、新しい型の導電性核酸が発見され、国際特許公開ＷＯ  ９９／３１１１５、Ａｉｃｈら、１９９９、及びＲａｋｉｔｉｎら、２０００に記載されている（全て、参考文献として本明細書に援用される）。Ｍ−ＤＮＡは、各塩基対のイミノプロトンが金属イオン（Ｚｎ２＋、Ｎｉ２＋、又はＣｏ２＋等）に置き換えられている新しいコンフォメーションの二本鎖ＤＮＡである。せいぜい半導体にす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は電子を伝導することが、二つの独立した方法によって示されている（Ａｉｃｈ  ｅｔ  ａｌ．，１９９９、及びＲａｋｉｔｉｎ  ｅｔ  ａｌ．，２０００）。Ｍ−ＤＮＡの導電性は、３乃至１０ミクロン隔てられた二つの電極の間にファージλ−ＤＮＡを伸張させることによって直接測定された（Ｒａｋｉｔｉｎ  ｅｔ  ａｌ．，２０００）。伝導性の間接的な測定は、一端にドナー蛍光発色団を、他端にアクセプター蛍光発色団を有する二本鎖の蛍光寿命の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が消光されるが、寿命が極めて短いので、電子伝達以外の機構とは整合しなかった。励起された蛍光発色団から電子が伝達されることは、例えば、ある種の実施態様において、Ｍ−ＤＮＡを分子ワイヤとして使用できる可能性を示している。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の一つの側面によれば、有機回路素子が提供される。該回路は、各々がオリゴヌクレオチド二本鎖を有する複数の部材を含む。前記複数の部材は、電子供与体からの伝導電子を受容するための少なくとも一つの供与体部材と、電子受容体と交信して前記伝導電子を吸引する領域を供与するための少なくとも一つの受容体部材と、前記複数の部材のうち少なくとも一つと交差して少なくとも一つの電場制御接合部を画する少なくとも一つの制御部材であって電場制御体と協働して前記接合部において電場を制御する制御部材と、を含む。
【０００７】
前記複数の部材のうち少なくとも幾つかは、金属を含有する導電性オリゴヌクレオチド二本鎖を含んでもよい。例えば、前記部材のそれぞれが、このような金属を含有する導電性オリゴヌクレオチド二本鎖を含んでもよい。あるいは、前記少なくとも一つの供与体部材と前記少なくとも一つの受容体部材が、このような金属を含有する導電性オリゴヌクレオチド二本鎖を含んでもよい。
【０００８】
前記有機回路素子は、さらに、前記供与体部材と電気的に連絡された電子供与体を含んでもよい。同様に、前記有機回路素子は、前記受容体部材と電気的に連絡する電子受容体を含んでもよい。これに代えて又はこれに加えて、前記有機回路素子は、前記制御部材と電気的に連絡する電場制御体を含んでもよい。
【０００９】
前記供与体部材、前記受容体部材、及び前記制御体部材は、交差して電場制御接合部を画してもよい。
【００１０】
あるいは、前記制御体部材は、前記供与体部材及び受容体部材のうちの一つと交差して電場制御接合部を画してもよい。
【００１１】
あるいは、前記複数の部材は、共通の部材を含んでもよく、前記供与体部材、前記受容体部材、及び前記制御体部材は、それぞれ、第一、第二、及び第三の部位で前記共通の部材と交差して、第三の部位が前記電場制御接合部を画してもよい。
【００１２】
前記少なくとも一つの部材は、複数の制御体部材を含んでもよく、前記複数の制御体部材は前記複数の部材の他のそれぞれの部材と交差して、少なくとも一つの電場制御接合部を画する。
【００１３】
前記導電性金属含有オリゴヌクレオチド二本鎖（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  ｍｅｔａｌ−ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ  ｏｌｉｇｏｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ）は、第一の核酸ストランドと第二の核酸ストランドを含むことができ、該第一及び第二の核酸ストランドは骨格に共有結合した複数の窒素含有芳香族塩基を含む。前記第一の核酸ストランドの塩基窒素含有芳香族塩基は、前記第二の核酸ストランド窒素含有芳香族塩基に水素結合によって連結され得る。前記第一及び第二の核酸ストランド上の前記窒素含有芳香族塩基は、前記導電性オリゴヌクレオチド二本鎖の長さ方向に積層した配置で水素結合した塩基対を形成してもよい。前記水素結合された塩基対は、塩基対間にキレートされる金属陽イオン（ｉｎｔｅｒｃｈｅｌａｔｅｄ  ｍｅｔａｌ  ｃａｔｉｏｎ）であり前記窒素含有芳香族塩基の一つに含まれる窒素原子に配位した金属陽イオンを含み得る。
【００１４】
前記間にキレートされる金属陽イオンは、二価の金属陽イオンを含み得る。
【００１５】
前記二価の金属陽イオンは、亜鉛、コバルト、及びニッケルからなる群から選択し得る。
【００１６】
あるいは、前記金属陽イオンは、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｃ，Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｓ、Ｂａ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｐｏ、Ｆｒ、Ｒａ、Ａｃ、Ｔｈ、Ｐａ、Ｕ、Ｎｐ、及びＰｕの陽イオンからなる群から選択し得る。
【００１７】
前記第一及び第二の核酸ストランドはデオキシリボ核酸を含むことができ、前記窒素含有芳香族はアデニン、チミン、グアニン、及びシトシンからなる群から選択し得る。
【００１８】
前記二価の金属陽イオンは窒素含有芳香族塩基のイミンプロトンに置き換えることができ、窒素含有芳香族塩基はチミンとグアニンからなる群から選択し得る。
【００１９】
所望であれば、窒素含有芳香族塩基の少なくとも一つは、Ｎ３窒素原子を有するチミンを含んでもよく、前記二価の金属陽イオンには前記Ｎ３窒素原子が配位してもよい。
【００２０】
あるいは、所望であれば、前記窒素含有芳香族塩基のうち少なくとも一つは、Ｎ１窒素原子を有するグアニンを含んでもよく、前記二価の金属陽イオンには前記Ｎ１窒素原子が配位してもよい。
【００２１】
前記電子供与体は、前記供与体部材に電子を供与するように作用する電極を含んでもよい。
【００２２】
これに代えて又はこれに加えて、前記電子供与体は前記供与体部材に電子を供与することができる電子供与体分子を含んでもよい。前記電子供与体分子は、例えば、フルオレセインのような蛍光分子を含んでもよい。
【００２３】
前記電子受容体は、前記受容体部材からの電子を受容するように作用する電極を含んでもよい。
【００２４】
これに代えて又はこれに加えて、前記電子受容体は前記受容体部材からの電子を受容することができる電子受容体分子を含んでもよい。前記電子受容体分子は、例えば、ローダミンのような蛍光分子を含んでもよい。
【００２５】
前記電場制御体は、制御用発色団を含み得る。前記制御用発色団は、ある波長範囲内の放射線を吸収することができる。
【００２６】
前記電場制御体は、例えば、フルオレセイン又はローダミンのような蛍光分子を含んでもよい。
【００２７】
前記電子受容体は、前記受容体部材からの電子を受容して、ある波長範囲内の放射線を放出するように作用可能な発色団を含んでもよい。
【００２８】
前記電場制御体は、少なくとも一つが前記受容体部材からの電子を受容し、供与体部材に電子を供与するように作用可能であり得る。
【００２９】
前記電場制御体は、複数の状態を含んでもよく、該複数の状態のそれぞれは、電場制御接合部にそれぞれの静電電位を与えるように選択することができる。前記状態は、印加した外部電位に応じて、又は、例えば、前記電場制御体を照射することによって選択可能であり得る。
【００３０】
本発明の別の側面によれば、上記の有機回路素子を備えたシステムであって、前記電子供与体に伝導電子を供給し且つ前記電子受容体からの伝導電子を受容するための導電性媒体をさらに備えたシステムが提供される。
【００３１】
前記導電性媒体（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  ｍｅｄｉｕｍ）は、前記電子供与体に電子を供与するように作用し、前記電子受容体から電子を受容するように作用して、電子が、電子供与体から、前記供与体部材を経由し、前記電場制御接合部を経由し、前記受容体部材を経由し、前記電子受容体を経由し、前記電子供与体に戻る閉回路を与えてもよい。
【００３２】
前記導電性媒体は、水溶液を含んでもよい。あるいは、前記導電性媒体は導電性ワイヤを含んでもよい。
【００３３】
本発明の別の側面によれば、有機回路素子を製造する方法が提供される。該方法は、複数のオリゴヌクレオチドをアニーリング及び処理して複数の部材を形成させることを含み、前記複数の部材の各々は、二重鎖部分を形成するように並列したオリゴヌクレオチドの対を含む。前記複数の部材は、電子供与体からの伝導電子を受容するための少なくとも一つの供与体部材と、電子受容体と交信して前記伝導電子を吸引する領域を供与するための少なくとも一つの受容体部材と、前記複数の部材のうち少なくとも一つと交差して少なくとも一つの電場制御接合部を画する少なくとも一つの制御部材であって電場制御体と協働して前記接合部において電場を制御する制御部材と、を含む。
【００３４】
前記方法は、前記供与体部材と電気的に連絡するように前記電子供与体を配置することをさらに含み得る。同様に、前記方法は、前記受容体部材と電気的に連絡するように電子受容体を配置することをさらに含み得る。これに加えて又はこれに代えて、前記方法は、前記制御体部材と電気的に連絡するように電場制御体を配置することを含み得る。
【００３５】
アニーリングすること及び処理することには、前記複数のオリゴヌクレオチドをアニーリングすること及び前記複数のオリゴヌクレオチドを処理して、供与体部材、受容体部材、及び制御体部材が交差して電場制御接合部を画する配置に前記複数の部材を形成させることが含まれ得る。
【００３６】
あるいは、アニーリングすること及び処理することには、前記複数のオリゴヌクレオチドをアニーリングすること及び前記複数のオリゴヌクレオチドを処理して、前記制御体部材が前記供与体部材及び前記受容体部材のうちの一つと交差して電場制御接合部を画する配置に前記複数の部材を形成させることが含まれ得る。
【００３７】
あるいは、前記複数の部材は、共通の部材を含んでもよく、前記供与体部材、前記受容体部材、及び前記制御体部材は、それぞれ、第一、第二、及び第三の部位で前記共通の部材と交差して、第三の部位が前記電場制御接合部を画してもよい。
【００３８】
前記複数の部材は、複数の制御体部材を含むことができる。この場合、アニーリング及び処理することには、前記複数のオリゴヌクレオチドをアニーリング及び処理して、前記複数の制御体部材が前記複数の部材と交差して少なくとも一つの電場制御接合部を画する配置に前記複数の部材を形成させることが含まれ得る。
【００３９】
アニーリングは、二本鎖部分を形成するのに有効な条件中で複数のオリゴヌクレオチドをアニーリングさせることを含むことができ、処理することには、少なくとも一つの電場制御接合部を形成させるのに有効な条件中で前記複数のオリゴヌクレオチドを処理することが含まれ得る。
【００４０】
前記オリゴヌクレオチドは、骨格が共有結合した複数の窒素含有芳香族塩基を含み得る。
【００４１】
前記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、及びウラシルからなる群から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み得る。
【００４２】
前記二本鎖部分は、導電性金属含有オリゴヌクレオチド二本鎖部分を含んでもよく、導電性金属含有オリゴヌクレオチド二本鎖部分は前記オリゴヌクレオチドの第一のストランドと第二のストランドを含み、前記第一のストランドの前記窒素含有芳香族塩基は前記第二のストランドの窒素含有芳香族塩基に水素結合によって結合しており、前記第一及び第二のストランド上の前記窒素含有芳香族塩基は前記金属を含有する導電性オリゴヌクレオチド二本鎖部分の長さ方向に沿って積層した配置で水素結合した塩基対を形成しており、該塩基対は塩基対間にキレートされた金属陽イオンであって前記窒素含有芳香族塩基の一つに含まれる窒素原子に配位した金属陽イオンを含んでいる。
【００４３】
前記塩基対間にキレートされた金属陽イオンは、塩基対間にキレートされた二価の金属陽イオンを含み得る。
【００４４】
アニーリングには、導電性金属含有オリゴヌクレオチド二本鎖部分を形成するのに有効な条件下で、前記複数のオリゴヌクレオチドを塩基性溶液に供することを含み得る。
【００４５】
金属を含有する導電性オリゴヌクレオチド二本鎖部分を形成するのに有効な条件には、前記導電性金属含有オリゴヌクレオチド二本鎖部分中の芳香族塩基を含有する窒素のイミンプロトンを二価の金属陽イオンに置換する有効な条件が含まれ得る。
【００４６】
前記塩基性溶液は少なくとも７のｐＨを有することができ、例えば、約１：１．５−約１：２．０の核酸：金属イオン比を有することができる。
【００４７】
二価金属陽イオンは、亜鉛、コバルト、及びニッケルからなる群から選択し得る。
【００４８】
あるいは、前記金属陽イオンは、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｃ，Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｓ、Ｂａ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｐｏ、Ｆｒ、Ｒａ、Ａｃ、Ｔｈ、Ｐａ、Ｕ、Ｎｐ、及びＰｕの陽イオンからなる群から選択し得る。例えば、幾つかの実施態様では、Ｚｎ２＋、Ｎｉ２＋、Ｃｏ２＋、Ｃｄ２＋、Ｈｇ２＋、Ｐｔ２＋、及びＡｇ１＋等の様々な量の金属陽イオンを二本鎖の中に取り込ませることができ、Ｃｄ２＋、Ｈｇ２＋、Ｐｔ２＋、及びＡｇ１＋等の金属イオンが前記二本鎖中の前記金属イオンの一部を占めるようにしてもよい、すなわち、前記二本鎖を「ドーピング」してもよい。
【００４９】
前記二価の金属陽イオンは窒素含有芳香族塩基のイミンプロトンに置き換えることができ、窒素含有芳香族塩基はチミンとグアニンからなる群から選択し得る。
【００５０】
所望であれば、窒素含有芳香族塩基の少なくとも一つは、Ｎ３窒素原子を有するチミンを含んでもよく、前記二価の金属陽イオンには前記Ｎ３窒素原子が配位してもよい。
【００５１】
同様に、前記窒素含有芳香族塩基のうち少なくとも一つは、Ｎ１窒素原子を有するグアニンを含んでもよく、前記二価の金属陽イオンには前記Ｎ１窒素原子が配位してもよい。
【００５２】
前記電子供与体は、前記供与体部材に電子を供与するように作用する電極を含んでもよい。同様に、前記電子受容体は、前記受容体部材からの電子を受容することができる電子受容体分子を含み得る。
【００５３】
前記電子供与体分子は、例えば、フルオレセイン等の蛍光分子を含み得る。
【００５４】
同様に、前記受容体分子は、例えば、ローダミン等の蛍光分子を含み得る。
【００５５】
あるいは、前記電子供与体は、前記供与体部材に電子を供与するように作用する電極を含み得る。
【００５６】
同様に、前記電子受容体は、前記受容体部材からの電子を受容するように作用する電極を含み得る。
【００５７】
前記電場制御体は、例えば、フルオレセイン又はローダミン等の蛍光分子を含み得る。
【００５８】
前記電場制御体は、制御体発色団(regulator chromophore)を含み得る。この場合には、制御体発色団は一定の波長範囲内の放射線を吸収し得る。
【００５９】
前記電子受容体は、前記受容体部材から電子を受容するのに応じて、一定の波長範囲内の放射線を放射するように作用する発色団を含み得る。
【００６０】
処理すること(treating)には、電場制御接合部を形成させるのに有効な条件下で、前記複数のオリゴヌクレオチドを塩基性溶液に供することが含まれ得る。
【００６１】
前記電場制御体は電極を含むことができ、該電極は、少なくとも一つの前記受容体部材から電子を受容し、前記供与体部材に電子を供与するように作用可能であり得る。
【００６２】
前記電場制御体(electric field regulator)は、複数の状態を備えることができ、印加される外部電位に応じて電場制御接合部にそれぞれ静電電位が発生するように、前記複数の状態の各状態を選択することが可能である。
【００６３】
本発明の別の側面によれば、導電性核酸物質中の第一の部位と第二の部位の間で電気信号を制御するための方法が提供される。該方法は、前記第一の部位と第二の部位の間に介在された前記核酸物質中の第三の部位における静電電位を変動させることをさらに備える。
【００６４】
変動させる(varying)ことには、前記第三の部位と連絡して電場制御体の複数の状態のうち一つを選択することが含まれ得る。前記状態の各々は、前記第三の部位におけるそれぞれの静電電位に対応する。
【００６５】
選択することには、前記電場制御体を照射することが含まれ得る。例えば、前記電場制御体は発色団を含み、又は蛍光分子及び発色団からなる群から選択され、選択には、前記電場制御体を照射することが含まれ得る。
【００６６】
照射することには、発色団を照射して、前記第三の部位に印加すべき負の静電電位を生じさせることが含まれ得る。
【００６７】
あるいは、選択することには、前記電場制御体に外部電位を印加することが含まれ得る。例えば、前記電場制御体が電極を含むのであれば、選択することには、電極に外部電位を印加することが含まれ得る。
【００６８】
印加することには、電極に少なくとも一つの電子を蓄積させて、前記第三の部位に負の静電電位を印加することが含まれ得る。
【００６９】
反対に、印加することには、前記電極から少なくとも一つの電子を除去して前記第三の部位に正の静電電位を印加することも含まれ得る。
【００７０】
前記方法は、電気信号を発生させることをさらに含み得る。これは、電子が第一の部位から第二の部位に流れるようにすることを含むことができ、例えば、前記第一の部位に電子を供給することと前記第二の部位から電子を受容することとをさらに含むことができる。
【００７１】
前記第一の部位は導電性核酸の電子供与体部材中の部位を含むことができ、前記第二の部位は導電性核酸の電子受容体部材中の部位を含むことができ、前記第三の部位は、前記供与体部材及び前記受容体部材と電気的に連絡した少なくとも一つの電場制御接合部を含むことができる。このような場合には、変動させることには、前記少なくとも一つの電場制御接合部の前記静電電位を変動させることが含まれ得る。
【００７２】
前記少なくとも一つの電場制御接合部は、導電性核酸電場制御体部材と電気的に連絡させてもよい。この場合には、変動させることには、前記制御体部材と電気的に連絡する電場制御体の複数の状態のうちの一つを選択することを含むことができ、前記状態の各々は、前記第三の部位におけるそれぞれの静電電位に対応している。
【００７３】
上述したように、選択することには、電場制御体を照射することを含むことができ、例えば、該制御体は、蛍光分子及び発色団からなる群から選択され、又は発色団である。後者の場合、照射することには、発色団に照射して電場制御接合部に印加すべき負の静電電位を引き起こすことを含まれ得る。負の静電電位によって、電子が供与体部材から受容体部材に移動する能力は弱められる。
【００７４】
あるいは、選択することには、電場制御体（例えば、制御体は電極を含む）に外部電位を印加することが含まれ得る。
【００７５】
後者の場合、印加することには、電極に少なくとも一つの電子を蓄積させて、前記第三の部位に負の静電電位を印加することが含まれ得る。負の静電電位によって、電子が供与体部材から受容体部材に移動する能力は弱められる。反対に、印加することには、前記電極から少なくとも一つの電子を除去して前記第三の部位に正の静電電位を印加することも含まれ得る。正の静電電位によって、電子が供与体部材から受容体部材に移動する能力は強められる。
【００７６】
前記方法は、電子供与体部材と、電子受容体部材と、制御体部材とを、それぞれ電子供与体、電子受容体、及び電場制御体に電気的に連絡させて配置することをさらに含み得る。
【００７７】
前記方法は、電気信号を発生させることをさらに含み得る。発生させることには、電子供与体部材と連絡している電子供与体から電子受容体部材と連絡している電子受容体へ電子が流れるようにすることが含まれ得る。前記方法は、さらに、電子供与体に電子を供給することと、電子受容体からの電子を受容することとを含み得る。
【００７８】
前記少なくとも一つの電場制御接合部は、少なくとも二つの別個の電場制御体と電気的に連絡された少なくとも二つの制御接合部を含み得る。この場合、変動させることには、前記少なくとも二つの電場制御体のうち少なくとも一つの複数の状態から一つを選択することが含まれ得る。前記状態の各々は、少なくとも二つの電場制御体のうちの少なくとも一つに対応する電場制御接合部の各静電電位に対応している。
【００７９】
前記導電性核酸物質は、複数の部材を含むことができ、該部材はそれぞれ、導電性金属含有オリゴヌクレオチド二本鎖を含み得る。前記複数の部材は、電子供与体からの伝導電子を受容するための少なくとも一つの供与体部材と、電子受容体と連絡して伝導電子を吸引する領域を供与するための少なくとも一つの受容体部材と、前記複数の部材のうち少なくとも一つと交差して前記電場制御接合部を画する少なくとも一つの制御部材であって電場制御体と協働して前記接合部において電場を制御する制御部材と、を含むことができる。このような場合には、変動させることには、電場制御体の複数の状態のうち一つを選択することが含まれ、前記状態の各々は、電場制御接合部の各静電電位に対応している。
【００８０】
前記導電性核酸物質は、導電性金属含有核酸二本鎖を含み得る。前記二本鎖には、電場制御体と電気的に連絡している制御体部材と、電子供与体と電気的に連絡している供与体部材と、電子受容体と電気的に連絡している受容体部材とを含み得る。このような場合には、変動させることには、信号を制御するために、電場制御体の状態を変化させて、制御部材と供与部材と受容体部材とを連結する電場制御接合部の静電電位を変動させることが含まれ得る。
【００８１】
前記導電性金属含有核酸二本鎖は、第一の核酸ストランドと第二の核酸ストランドとを含む核酸二本鎖を含み得る。前記第一及び第二の核酸ストランドは、骨格に共有結合した複数の窒素含有芳香族塩基をそれぞれ含み得る。第一の核酸ストランドの窒素含有芳香族塩基は、第二の核酸ストランドの窒素含有芳香族塩基に水素結合によって結合され得る。第一及び第二の核酸ストランド上の窒素含有芳香族塩基は、核酸二本鎖の長さ方向に積層した配置で水素結合された塩基対を形成し得る。
【００８２】
前記方法は、導電性金属含有核酸二本鎖を作製することをさらに含み得る。作製することには、導電性金属含有核酸二本鎖を形成するのに有効な条件下で、金属陽イオンの存在下において、核酸二本鎖を塩基性溶液にさらすことが含まれ得る。ここで、導電性金属含有核酸二本鎖の水素結合した塩基対は、間にキレートされた金属陽イオンであり、窒素含有芳香族塩基の一つに含まれる窒素原子に配位した金属陽イオンを含む。
【００８３】
より具体的には、製造することには、導電性金属含有オリゴヌクレオチド二本鎖を形成させるのに有効な条件下で、二価の金属陽イオンの存在下において、核酸二本鎖を塩基性溶液に供することを含むことができ、前記導電性金属含有核酸二本鎖の水素結合された塩基対は塩基対間にキレートされた二価の金属陽イオンであって窒素含有芳香族塩基の一つに含まれる窒素原子に配位された金属陽イオンを備え得る。
【００８４】
前記核酸二本鎖は、アデニン、チミン、グアニン、及びシトシンからなる群から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であり得る。
【００８５】
導電性金属含有核酸二本鎖を形成させるのに有効な前記条件は、核酸二本鎖中に含まれる窒素含有芳香族塩基のイミンプロトンを二価の金属陽イオンで置換するのに有効であり得る。
【００８６】
前記二価の金属陽イオンは、亜鉛、コバルト、及びニッケルからなる群から選択し得る。あるいは、前記金属陽イオンは、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｃ，Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｓ、Ｂａ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｐｏ、Ｆｒ、Ｒａ、Ａｃ、Ｔｈ、Ｐａ、Ｕ、Ｎｐ、及びＰｕの陽イオンからなる群から選択し得る。
【００８７】
前記塩基性溶液は、少なくとも７のｐＨを有することができ、核酸と金属イオンの適切な比は、例えば、約１：１．５から約１：２．０とすることができる。
【００８８】
前記電子供与体は、前記供与体部材に電子を供与することができる電子供与体分子などであり得る。前記電子供与体分子は、例えば、フルオレセイン等の蛍光分子などであり得る。
【００８９】
同様に、前記電子受容体は、前記受容体部材からの電子を受容することができる電子受容体分子などであり得る。前記電子受容体分子は、例えば、ローダミン等の蛍光分子などであり得る。
【００９０】
これに代えて又はこれに加えて、前記電子供与体は、前記供与体部材に電子を供与するように作用可能な電極であり得る。同様に、前記電子受容体は、前記受容体部材からの電子を受容するように作用可能な電極であり得る。
【００９１】
前記電場制御体は、制御体発色団、すなわち、例えば、フルオレセイン、又はローダミンを含み得る。前記制御体発色団は、ある波長範囲内の放射線を吸収し得る。
【００９２】
前記電子受容体は、前記受容体部材からの電子を受容したときに、ある波長範囲内の放射線を放出するように作用可能な発色団を含み得る。前記放射線は、連続して第二の発色団を照射してもよい。
【００９３】
前記制御体部材、前記供与体部材、及び前記受容体部材の何れか又は全部は、導電性金属含有核酸二本鎖部分を含み得る。
【００９４】
前記方法は、導電性媒体からの伝導電子を前記導電性金属含有核酸二本鎖に供給することと、前記二本鎖からの伝導電子を前記導電性媒体において受容することとをさらに含み得る。供給することには、前記導電性媒体からの電子を前記電子供与体に供与することを含むことができ、受容することには、前記電子受容体から電子を受容することを含むことができ、前記電子供与体から、前記供与体部材を経由し、前記電場制御接合部を経由し、前記受容体部材を経由し、前記電子受容体を経由し、前記導電性媒体を経由して前記電子供与体にいたる閉回路を与えるようにすることができる。
【００９５】
前記電場制御体の状態を変化させることには、制御体発色団を照射して、負の静電電位を発生させて前記電場制御接合部に印加することが含まれ得る。負の静電電位によって、電子が供与体部材から受容体部材に移動する能力は弱められる。
【００９６】
前記電場制御体は電極を含むことができ、該電極は、少なくとも一つの前記受容体部材から電子を受容し、前記供与体部材に電子を供与するように作用可能であり得る。
【００９７】
前記電場制御体の状態を変化させることには、電子を電極に蓄積させて前記電場制御接合部に印加される負の静電電位を発生させることが含まれ得る。負の静電電位によって、電子が供与体部材から受容体部材に移動する能力は弱められる。
【００９８】
反対に、前記電場制御体の状態を変化させることには、電子を電極から除去して前記電場制御接合部に印加される正の静電電位を発生させることが含まれ得る。正の静電電位によって、電子が供与体部材から受容体部材に移動する能力は強められる。
【００９９】
前記電場制御体は、複数の状態を備えることができ、印加される外部電位に応じて電場制御接合部にそれぞれ静電電位が発生するように、複数の状態の各々を選択することが可能である。
【０１００】
本発明の別の側面によれば、導電性核酸物質中の第一の部位と第二の部位の間で電気信号を制御するための装置が提供される。該装置は、前記第一の部位と第二の部位を有する導電性核酸物質を備え、前記第一の部位と第二の部位の間に介在された前記核酸物質中の第三の部位における静電電位を変動させるための手段をさらに備える。
【０１０１】
前記変動させるための手段には、前記第三の部位と連絡して、電場制御体の複数の状態のうち一つを選択するための手段が含まれ得る。前記状態の各々は、前記第三の部位におけるそれぞれの静電電位に対応する。
【０１０２】
前記選択するための手段には、電場制御体を照射するための手段が含まれ得る。
【０１０３】
あるいは、前記選択するための手段には、前記電場制御体に外部電位を印加するための手段が含まれ得る。
【０１０４】
前記電場制御体は電極を含むことができ、この場合には、印加するための手段には、電極に少なくとも一つの電子を蓄積させて、前記第三の部位に負の静電電位を印加するための手段が含まれ得る。
【０１０５】
前記装置は、電気信号を発生させるための手段をさらに含み得る。
【０１０６】
前記第一の部位は導電性核酸の電子供与体部材中の部位を含むことができ、前記第二の部位は導電性核酸の電子受容体部材中の部位を含むことができ、前記第三の部位は、前記供与体部材及び前記受容体部材と電気的に連絡した少なくとも一つの電場制御接合部を含むことができる。このような場合には、変動させるための手段は、前記少なくとも一つの電場制御接合部の前記静電電位を変動させるための手段を含み得る。
【０１０７】
前記少なくとも一つの電場制御接合部は、導電性核酸電場制御部材と電気的に連絡させてもよい。この場合には、前記変動させるための手段は、前記制御体部材と電気的に連絡する電場制御体の複数の状態のうちの一つを選択するための手段を含むことができ、前記状態の各々は、前記少なくとも一つの電場制御接合部におけるそれぞれの静電電位に対応している。
【０１０８】
前記選択するための手段は、電場制御体を照射するための手段を含み得る。
【０１０９】
あるいは、前記選択するための手段は、電場制御体に外部電位を印加するための手段を含んでもよい。例えば、電場制御体は電極を含むことができ、印加するための手段は、前記電極に少なくとも一つの電子を前記電極上に蓄積させて電場制御接合部に負の静電電位を印加させるための手段を含み得る。負の静電電位によって、電子が供与体部材から受容体部材に移動する能力は弱められる。これに代えて又はこれに加えて、印加するための手段は、前記電極から少なくとも一つの電子を除去して前記電場制御接合部に正の静電電位を印加するための手段を含むこともできる。正の静電電位によって、電子が供与体部材から受容体部材に移動する能力は強められる。
【０１１０】
本発明の別の側面によれば、導電性核酸物質中の第一の部位と第二の部位の間で電気信号を制御するための装置が提供される。該装置は、第一の部位と第二の部位の間に介在された前記核酸物質中の第三の部位における静電電位を変動させるように作用可能な電場制御体を含む。
【０１１１】
該電場制御体は、前記第三の部位の各静電電位にそれぞれの状態が対応するように、複数の選択可能な状態を有することができる。
【０１１２】
前記電場制御体は電極を含むことができる。あるいは、前記電場制御体は発色団を含んでもよく、又は、例えば、フルオレセイン若しくはローダミン等の蛍光分子を含んでもよく、又は、例えば、蛍光分子及び発色団からなる群から選択してもよい。
【０１１３】
前記第一の部位は導電性核酸の電子供与体部材中の部位を含むことができ、前記第二の部位は導電性核酸の電子受容体部材中の部位を含むことができ、前記第三の部位は、前記供与体部材、前記受容体部材、及び前記電場制御体と電気的に連絡した少なくとも一つの電場制御接合部を含むことができる。
【０１１４】
前記装置は、前記電場制御体を電場制御接合部に連結させる制御体部材をさらに含んでもよい。
【０１１５】
本発明の別の側面によれば、導電性核酸物質中の電気信号を制御する方法が提供される。該方法は、当該接合部において制御体部材が複数の部材のうちの少なくとも一つと交差する電場制御接合部の電場制御の程度を変動させることを含む。前記制御体部材及び複数の部材はそれぞれ、オリゴヌクレオチド二本鎖を含み、前記制御体部材と前記複数の部材のうち少なくとも幾つかは伝導性金属含有オリゴヌクレオチド二本鎖を含む。前記複数の部材には、電子供与体から伝導電子を受容するための少なくとも一つの供与体部材と、電子受容体と連絡して伝導電子を吸引する領域を供与するための少なくとも一つの電子受容体部材とが含まれる。
【０１１６】
変動には、前記電場制御接合部の静電電位を変動させることが含まれ得る。
【０１１７】
変動には、制御体部材を介して電場制御接合部と連絡する電場制御体の複数の状態のうちの一つを選択することが含まれ得る。
【０１１８】
選択には、電場制御体を照射すること、又は、例えば前記電場制御体に外部電位を印加することが含まれ得る。
【０１１９】
本発明の別の側面によれば、データを格納する方法が提供される。核酸回路素子の電場制御体の少なくとも二つの状態のうちの一つを選択することを含み、前記少なくとも二つの状態の各々が前記回路素子中の電場制御接合部におけるそれぞれの電場制御度に対応し、各電場制御度が各データ値に対応する。
【０１２０】
選択には、電場制御体を照射すること、又は、例えば電場制御体に外部電位を印加することが含まれ得る。
【０１２１】
前記核酸回路素子は、複数の部材を含むことができ、そのうちの少なくとも幾つかは、導電性金属含有オリゴヌクレオチド二本鎖を含むことができる。前記複数の部材は、電子供与体からの伝導電子を受容するための少なくとも一つの供与体部材と、電子受容体と連絡して伝導電子を吸引する領域を供与するための少なくとも一つの受容体部材と、前記複数の部材のうち少なくとも一つと交差して前記電場制御接合部を画する少なくとも一つの制御部材とを含むことができ、前記制御部材は前記電場制御体と連絡されている。このような場合には、選択することには、電場制御接合部をして、電場制御接合部に電場制御度を与えるようにし、データ値を表すことが含まれる。
【０１２２】
本発明の別の側面によれば、有機データ格納媒体(organic data storage medium)が提供される。該媒体は、少なくとも二つの選択可能な状態を有する電場制御体を含み、該状態の各々が核酸回路素子の電場制御接合部におけるそれぞれの電場制御度に対応し、各電場制御度はそれぞれのデータ値に対応している。
【０１２３】
前記有機データ格納媒体は、前記核酸回路素子を含むことができ、該核酸回路素子は、少なくとも幾つかが導電性金属含有オリゴヌクレオチド二本鎖を含み得える複数の部材を含むことができる。前記複数の部材は、電子供与体からの伝導電子を受容するための少なくとも一つの供与体部材と、電子受容体と連絡して伝導電子を吸引する領域を供与するための少なくとも一つの受容体部材と、前記複数の部材のうち少なくとも一つと交差して前記電場制御接合部を画する少なくとも一つの制御部材であって、前記データ値を表すために前記電場制御体と協働して前記接合部に電場制御度を与える制御部材とを含み得る。
【０１２４】
前記少なくとも二つの状態は、電場制御体を照射することによって、又は、例えば、電場制御体に外部電位を印加することによって選択可能であり得る。
【０１２５】
前記少なくとも二つの状態の各々は、前記電場制御接合部におけるそれぞれの静電電位に対応し得る。
【０１２６】
本発明の別の側面によれば、データを格納するための装置が提供される。該装置は、電場制御接合部を備えた導電性核酸回路素子を含み、該回路素子中の前記電場制御接合部における電場制御度を変動させるための手段をさらに含む。各電場制御度はそれぞれのデータ値に対応する。
【０１２７】
前記変動させるための手段は、前記電場制御接合部における静電電位を変動させるための手段を含み得る。
【０１２８】
当業者であれば、添付の図面とともに、本発明の具体的な実施態様についての以下の記述を一読することによって、本発明のその他の側面及び特徴を理解することができるであろう。
【詳細な説明】
【０１２９】
図１を参照すると、本発明の第一の実施態様による有機回路素子の全体図が１００で示されている。この実施態様において、有機回路素子１００は、複数の部材１０２を備え、その各々はオリゴヌクレオチド二本鎖を含んでいる。より具体的には、この実施態様において、複数の部材１０２は、電子供与体２００から伝導電子を受容するための少なくとも一つの供与体部材１０４と、電子受容体２２０と連絡して前記伝導電子を吸引する領域を提供するための少なくとも一つの受容体部材１０６とを備える。この実施態様において、複数の部材１０２は、複数の部材１０２のうち少なくとも一つと交差して少なくとも一つの電場制御接合部１１２を画する少なくとも一つの制御部材１０８であって、電場制御体１１４と協働して前記電場制御接合部１１２において電場を制御する制御部材１０８をさらに備える。
【０１３０】
この実施態様において、複数の部材のうち少なくとも幾つかは導電性金属含有オリゴヌクレオチド二本鎖を含む。より具体的には、この実施態様において、複数の部材の各々が導電性金属含有オリゴヌクレオチド二本鎖を含む。
【０１３１】
本実施態様において、複数の部材１０２は、複数のアームを備える。より具体的には、この実施態様において、供与体部材１０４は、電子供与体２００（「Ｄ」）に電気的に連結されて伝導電子源を与える供与体アーム１６０を備える。本実施態様の受容体部材１０６は、電子受容体２２０（「Ａ」）に電気的に連結されて伝導電子を吸引する領域を与える受容体アーム１４０を備える。この実施態様において、制御部材１０８は、この実施態様において電子供与体から電場制御接合部１１２を経由して電子受容体２２０に至る伝導電子の流れを制御する電子流変調装置２４０（「Ｍ」）を備える電場制御体１１４に電気的に連結された変調アーム１２０を備える。
【０１３２】
この実施態様において、供与体部材１０４、受容体部材１０６及び制御部材１０８は交差して電場制御接合部１１２を画する。したがって、本実施態様において、電場制御接合部１１２は導電性接合部１８０を備え、導電性接合部１８０は前記導電性接合部から伸長するアーム１２０、１４０及び１６０を連結する三本アーム接合部を形成する。ただし、導電性接合部は、別の実施態様において３本を超える部材を備えることができる。
【０１３３】
この実施態様において、有機回路素子１００は、制御部材１０８と電気的に連絡している電場制御体１１４と、供与体部材１０４と電気的に連絡している電子供与体２００と、受容体部材１０６と電気的に連絡している電子受容体２２０とを備える。
【０１３４】
本実施態様において、電場制御体１１４は複数の選択可能な状態を備えており、各状態は少なくとも一つの電場制御接合部１１２におけるそれぞれの静電電位に対応している。より具体的には、本実施態様において、電場制御体１１４（この実施態様では、電子流変調装置２４０を備えている）は様々な状態を有しており、前記複数の状態の各々は、印加された外部ポテンシャルに応じて選択することが可能であって、電場制御接合部１１２にそれぞれの静電電位が生成される。あるいは、電子流変調装置の状態は、例えば、以下でさらに詳述されているように、電子流変調装置を照射することなど他の任意の適切な方法で選択又は変更することが可能であろう。
【０１３５】
様々な例示的な実施態様において、電子流変調装置２４０の状態は、例えば、電子流変調装置の量子力学的波動関数を決定するのに有効な任意の巨視的又は微視的変数であり得る。例えば、電子流変調装置２４０の状態とは、電子流変調装置に付加される又は電子流変調装置から除去される電子の数を表し、あるいは電子流変調装置に印加された外部ポテンシャルの規模及び／又は方向を表すことがある。さらに、電子流変調装置２４０の状態とは、電子流変調装置上の原子価電子の軌道レベル、さらには縮退レベルなどの軌道の諸特性を表すことがある。これに代えて又はこれに加えて、電子流変調装置２４０の状態は、電子流変調装置上の電子の全スピン又は電子流変調装置の状態を特定する量子力学的波動関数を示す他の任意のパラメータの組を含むこともある。
【０１３６】
電子流変調装置２４０の状態は、変調アーム１２０、供与体アーム１６０及び受容体アーム１４０を連結している導電性接合部１８０における静電電位を変動させて電子供与体２００から電子受容体２２０への電子流又は導電性を制御するように選択又は変更することができる。電子流変調装置２４０の状態は、例えば、電子流変調装置に外部ポテンシャルを印加することによって、あるいはその外部原子価軌道に電子を入れることによって又はそこから電子を取り出すことによって変化させることができる。電子流は、ＤＣ信号又は被変調電圧若しくは電流信号、あるいは情報を搬送するように変調された他の任意の信号におけるような電子伝達などの電子信号とすることができる。したがって、電子流変調装置２４０の状態が変化して導電性接合部１８０における静電電位が変わるとき、導電性接合部１８０を経由する電子供与体２００から電子受容体２２０までの電子流又は導電性が変調されて電子供与体アームから電子受容体アームへ通過する信号を制御することができる。
【０１３７】
この実施態様において、有機回路素子１００は、導電性核酸材料を備える。より具体的には、本実施態様において、供与体部材１０４、制御部材１０８及び受容体部材１０６の各々は、導電性金属含有核酸二本鎖部分を含む。さらにより具体的には、この実施態様において、供与体アーム１６０、変調アーム１２０及び受容体アーム１４０の各々は、電子を伝導可能な導電性金属含有オリゴヌクレオチド二本鎖を含む。
【０１３８】
導電性金属含有オリゴヌクレオチド二本鎖（「Ｍ−ＤＮＡ」）の例を図２の３００に示す。この実施態様において、Ｍ−ＤＮＡ  ３００は、第一の核酸鎖３２０と第二の核酸鎖３４０を含む。第一及び第二の核酸鎖３２０及び３４０はそれぞれ、骨格３８０に共有結合した複数の窒素含有芳香族塩基３５０及び３６０を含む。第一の核酸鎖３２０の窒素含有芳香族塩基３５０は、第二の核酸鎖３４０の窒素含有芳香族塩基３６０に水素結合によって結合している。第一及び第二の核酸鎖３２０及び３４０上の窒素含有芳香族塩基３５０及び３６０はそれぞれ、一本の導電性金属含有オリゴヌクレオチド二本鎖３００に沿って積み重なった配列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又は３６０のうち一つの塩基の窒素原子に配位して相互にキレートを形成した金属陽イオン４２０を含む。より具体的には、この実施態様において、相互にキレートを形成する金属陽イオンとしては、相互にキレートを形成する二価の金属陽イオンが挙げられる。本実施態様において、第一及び第二の核酸鎖３２０及び３４０としては、それぞれデオキシリボ核酸が挙げられ、窒素含有芳香族塩基３５０及び３６０は、アデニン、チミン、グアニン及びシトシンからなる群から選択される。
【０１３９】
あるいは、別の骨格構造３８０も、金属イオン４２０と結合してキレートを形成し電子を伝達可能な窒素含有芳香族塩基３５０、３６０を積み重なった配列で適切に整列させるのに有効と考えられる。例えば、ホスホルアミド、ホスホロチオエート、ホスホロジチオエート、Ｏ−メチルホスホルアミダイト（ｐｈｏｓｐｈｏｒｏａｍｉｄｉｔｅ）又はペプチド核酸連鎖は、このような骨格を形成するのに有効となり得る。同様に、骨格３８０の他の成分は、例えばデオキシリボース成分、リボース成分又はそれらの組み合わせを含めて、多種多様であり得る。
【０１４０】
あるいは、他のタイプの塩基で置換することもできる。例えば、窒素含有芳香族塩基３５０及び３６０は、自然のＤＮＡ及びＲＮＡに存在する塩基とすることができ、したがって、窒素含有芳香族塩基は、アデニン、チミン、シトシン、グアニン又はウラシル、あるいは５−フルオロウラシル（５−ｆｌｕｏｒｏｕｒｉｃｉｌ）又は５−ブロモウラシルなどそれらの変異体からなる群から選択される。芳香族化合物中の原子に配位した二価の金属イオンと相互にキレート形成可能で且つ積層可能な芳香族化合物などの別の芳香族化合物を利用して、導電性金属含有オリゴヌクレオチド二本鎖を生成することができる。別の芳香族化合物は、例えば、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；ベータ、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；ベータ、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−ベータ−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−ベータ−Ｄ−リボフラノシルプリン−６−イル）Ｎ−メチカルバモイル）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−ベータ−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；及び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  ピリミジン、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称し、当分野では５−ｍｅ−Ｃと称することが多い）、５−ヒドロキシメチルシトシン（ＨＭＣ）、グリコシルＨＭＣ及びゲントビオシル（ｇｅｎｔｏｂｉｏｓｙｌ）ＨＭＣ、並びに合成核酸塩基、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、２，６−ジアミノプリンなどとすることができる。
【０１４１】
幾つかの実施態様において、例えば図２に示すように、二価の金属イオン４２０同士の間隔は約３、４又は５Å（オングストローム）と推定される。
【０１４２】
オリゴヌクレオチドとしては、改変された骨格、例えば、ホスホロチオエート、リン酸トリエステル、ホスホン酸メチル、短鎖アルキル又はシクロアルキル糖間連結、短鎖ヘテロ原子又は複素環式糖間連結を含有するオリゴヌクレオチドを挙げることができる。幾つかの実施態様においては、オリゴヌクレオチドのホスホジエステル骨格をポリアミド骨格に置き換えてもよく、核酸塩基はポリアミド骨格のアザ窒素原子に直接又は間接的に結合されることになる（Ｎｉｅｌｓｅｎ等、Ｓｃｉｅｎｃｅ、１９９１、２５４、１４９７）。オリゴヌクレオチドは、ＯＨ、ＳＨ、ＳＣＨ３、Ｆ、ＯＣＮ、ＯＣＨ３ＯＣＨ３、ＯＣＨ３Ｏ（ＣＨ２）ｎ、ＣＨ３、Ｏ（ＣＨ２）ｎ、ＮＨ２又はＯ（ＣＨ２）ｎ、ＣＨ３（ｎは例えば１から約１０とすることができる）；Ｃ１〜Ｃ１０低級アルキル、アルコキシアルコキシ、置換低級アルキル、アルカリール又はアラルキル；Ｃｌ；Ｂｒ；ＣＮ；ＣＦ３；ＯＣＦ３；Ｏ−、Ｓ−又はＮ−アルキル；Ｏ−、Ｓ−又はＮ−アルケニル；ＳＯＣＨ３；ＳＯ２ＣＨ３；ＯＮＯ２；ＮＯ２；Ｎ３；ＮＨ２；ヘテロシクロアルキル；ヘテロシクロアルカリール；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切断基（ｃｌｅａｖｉｎｇ  ｇｒｏｕｐ）；レポーター基；インターカレーター；及び同様の諸特性を有する他の置換基などの成分で２’位が置換された１以上の糖成分を含有することもできる。同様の修飾が、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’位及び５’末端ヌクレオチドの５’位でなされていてもよい。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の模倣体を含むこともできる。オリゴヌクレオチドは、これに加えて又はこれに代えて、核酸塩基（当分野では単に「塩基」と称することが多い）修飾又は置換を行うこともできる。
【０１４３】
必要に応じ、窒素含有芳香族塩基のイミンプロトンを二価の金属陽イオンで置換することができ、窒素含有芳香族塩基はチミン及びグアニンからなる群から選択される。
【０１４４】
図３を参照すると、本実施態様のＭ−ＤＮＡ  ３００の塩基対スキームは概して５２０で示される。塩基対スキーム５２０において、窒素含有芳香族塩基のうち少なくとも一つはＮ３窒素原子を有するチミンを含み、二価の金属陽イオンにはＮ３窒素原子が配位する。より具体的には、この実施態様において、塩基対スキーム５２０としてはチミン−アデニン塩基対が挙げられ、二価の金属陽イオン４２０は亜鉛である。あるいは、二価の金属陽イオン４２０を、亜鉛（Ｚｎ２＋）、コバルト（Ｃｏ２＋）及びニッケル（Ｎｉ２＋）からなる群から選択することができる。あるいは、そのイオンが別の置換基と共に導電性金属含有オリゴヌクレオチド二本鎖の形成に関与できるのであれば、他の二価の金属イオンを置換することができる。あるいは、金属陽イオンを、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｓ、Ｂａ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｐｏ、Ｆｒ、Ｒａ、Ａｃ、Ｔｈ、Ｐａ、Ｕ、Ｎｐ及びＰｕの陽イオンからなる群から選択することができる。例えば、幾つかの実施態様では、様々な量のＺｎ２＋、Ｎｉ２＋、Ｃｏ２＋、Ｃｄ２＋、Ｈｇ２＋、Ｐｔ２＋及びＡｇ１＋などの金属陽イオンを二本鎖に取り込ませることができ、Ｃｄ２＋、Ｈｇ２＋、Ｐｔ２＋及びＡｇ１＋などの金属イオンは二本鎖中の金属イオンの一部を占めるにすぎないこともある（すなわち、「ドーピング」することができる）。別の条件下で別の陽イオンを用いて金属置換二本鎖が形成されるのを、例えば、臭化エチジウム蛍光アッセイを用いてモニターすることができる。
【０１４５】
この実施態様において、図３に示す塩基対スキーム５２０のチミン−アデニン塩基対では、一つの窒素含有芳香族塩基はＮ３窒素原子６００を有するチミン５５０である。二価の金属陽イオン４２０（この実施態様においては亜鉛である）には、チミン５５０のＮ３窒素原子６００が配位し、窒素含有芳香族塩基のイミンプロトンが二価の金属陽イオン亜鉛で置換されている。
【０１４６】
図４を参照すると、本発明の第二の実施態様によるＭ−ＤＮＡに対する塩基対スキームは概して５４０で示されている。図４に示す実施態様において、窒素含有芳香族塩基の少なくとも一つはＮ１窒素原子を有するグアニンなどであり、二価の金属陽イオンにＮ１窒素原子が配位する。より具体的には、この実施態様では、塩基対スキーム５４０としてはシトシン−グアニン塩基対が挙げられ、窒素含有芳香族塩基のうち一つはＮ１窒素原子６２０を有するグアニン５８０である。図３に示す実施態様と同様、この実施態様における二価の金属陽イオン４２０は亜鉛である。あるいは、二価の金属陽イオン４２０を亜鉛（Ｚｎ２＋）、コバルト（Ｃｏ２＋）及びニッケル（Ｎｉ２＋）からなる群から選択することができ、又は他の適切な陽イオンとすることができる。この実施態様において、この実施態様においては亜鉛である二価の金属陽イオン４２０にはＮ１窒素原子が配位している。あるいは、二価の金属陽イオン４２０は、別のコンフォメーションで芳香族成分と錯体を形成することができる。幾つかの実施態様において、図示したように、各塩基対のイミノプロトンを金属イオンで置換することができる。
【０１４７】
図５を参照すると、Ｍ−ＤＮＡの電気的な（Ｉ−Ｖ）特性を図５に示すように、また、Ｒａｋｉｔｉｎ等、２０００に開示されたように測定することができる。例えば、ソース電極８１０及びドレイン電極８２０（この実施態様においては金電極などである）などの個々の金属電極に各末端を順次結合するために利用できる付着末端を有するＭ−ＤＮＡ（Ｒａｋｉｔｉｎ等によって調製されたＭ−ＤＮＡなど）を、ＢＤＮＡ型のラムダファージＤＮＡから０．１ｍＭ  Ｚｎ２＋中ｐＨ９．０で調製することができる（Ｂｒａｕｎ等、１９９８）。
【０１４８】
図５の挿入図では、Ｍ−ＤＮＡの導電性を測定するための模式的検査レイアウトの全体を７８０で示している。この装置では、例えば１〜３０ミクロンの幅と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とドレイン電極８２０との間に核酸８００が配置される。
【０１４９】
同時に、図５では、減圧下（１０−３ｔｏｒｒ）室温でＭ−ＤＮＡ及びＢ−ＤＮＡ各試料について測定したＩ−Ｖ特性の例が７００として示されている。Ｂ−ＤＮＡ７２０に対応する曲線は、約２００ｍｅＶの半導体様のプラトー（バンドギャップ又はコンダクタンスギャップ７４０）を示す。これに対し、Ｍ−ＤＮＡ７６０のＩ−Ｖ特性は、コンダクタンスギャップを示さない。これは金属的挙動と絶縁挙動の特徴的な差であり、Ｍ−ＤＮＡ中の電子が極めて低電圧まで電流を伝達することが可能であるのに対し、Ｂ−ＤＮＡでは伝達することができないことを示している。したがって、低バイアス電圧におけるＭ−ＤＮＡ７６０とＢ−ＤＮＡ７２０のＩ−Ｖ特性の定性的な差はそれらの伝導メカニズムの違いを示している。
【０１５０】
この実施態様において、Ｍ−ＤＮＡ  ３００は、複数のオリゴヌクレオチドをアニールし処理を施して複数の部材を形成することによって形成されるものであり、複数の部材の各部材は、整列して二本鎖部分を形成する一対のオリゴヌクレオチドを含む。より具体的には、この実施態様において、複数の部材は、供与体部材１０４、受容体部材１０６及び制御部材１０８などであり、複数のオリゴヌクレオチドをアニールし処置することによって、供与体部材、受容体部材及び制御部材が交差して電場制御接合部１１２を画する形状にこれらの部材が形成される。
【０１５１】
本実施態様において、オリゴヌクレオチドは、二本鎖部分を形成するのに有効な諸条件下でアニールされ、電場制御接合部を形成するのに有効な諸条件下で処理される。より具体的には、本実施態様において、アニーリングは、導電性金属含有オリゴヌクレオチド二本鎖部分を形成するのに有効な諸条件下で複数のオリゴヌクレオチドを塩基性溶液にさらすことを含む。本実施態様では、導電性金属含有オリゴヌクレオチド又は核酸二本鎖部分を形成するのに有効な諸条件は、導電性金属含有オリゴヌクレオチド二本鎖部分にある窒素含有芳香族塩基のイミンプロトンを二価の金属陽イオンに置換するのに有効である。したがって、この実施態様において、導電性金属含有核酸二本鎖を作製することは、金属陽イオン（この実施態様においては二価の金属陽イオンである）の存在下で、導電性金属含有核酸二本鎖を形成するのに有効な諸条件下において核酸二本鎖を塩基性溶液にさらすことを含み、導電性金属含有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うち一つの塩基中に存在する窒素原子に配位した、相互にキレートを形成する金属陽イオンを含むことになる。同様に、この実施態様では、複数のオリゴヌクレオチドを処理することは、電場制御接合部を形成するのに有効な諸条件下でヌクレオチドを塩基性溶液にさらすことを含む。本実施態様において、塩基性溶液のｐＨは少なくとも７である。
【０１５２】
より一般的には、Ｍ−ＤＮＡ  ３００を形成するのに有効な諸条件は、使用する二価の金属陽イオン４２０又はイオン及び核酸鎖３２０及び３４０の性質によって変わる。日常的なアッセイを実施して、例えば、ｐＨ、核酸濃度、金属イオン濃度及び金属イオン濃度と核酸濃度の比などのパラメータを変えることによって、導電性二本鎖を形成するのに有効である適切な諸条件を決定することができる。幾つかの実施態様においては、７、７．５、８、８．５又は９以上のｐＨが望ましく、核酸と金属イオンの適切な比は、例えば、約１：１．５から約１：２．０とすることができる。
【０１５３】
幾つかの実施態様において、ｐＨ９．０など概略のｐＨにおいて０．１ｍＭ  Ｚｎ２＋又はｍＭ  ＮｉＣｌ２などの金属イオンを添加することによって、Ｍ−ＤＮＡ  ３００をＢ−ＤＮＡから形成させることができる。その際プロトンが遊離することがあるので、ＫＯＨなどの塩基を添加してｐＨを８などの所望のレベルに維持することができる。
【０１５４】
図５に示す導電性挙動から明らかなように、導電性Ｍ−ＤＮＡの形状によって、電流及び／又は電圧のスイッチング機能が付与され、電子信号を制御することができる。
【０１５５】
再び図１を参照すると、本実施態様では、交差して導電性接合部１８０を画する３本のアーム１２０、１４０及び１６０によって、有機回路素子１００が電気信号制御装置として機能することが可能になる。導電性接合部１８０などの三方向接合部は、例えば、各々が５’末端及び３’末端を有し、所望の配置以外にはアニールしないようにその配列を選択することができる３本のオリゴヌクレオチド鎖１１４０、１１６０及び１１８０から調製することができる。図１に示す実施態様においては、逆平行のオリゴヌクレオチド対から二本鎖部分（すなわち、変調体アーム１２０、受容体アーム１４０及び供与体アーム１６０）を形成する３つの６０マーオリゴヌクレオチドを本実施態様では含む３本のオリゴヌクレオチド鎖１１４０、１１６０及び１１８０から三方向導電性接合部１８０を構築した。
【０１５６】
さらに図１を参照すると、この実施態様において、電子供与体２００は電子を供与体部材１０４に供与するように操作可能な第一の電極２０２を備え、電子受容体２２０は受容体部材１０６からの電子を受容するように操作可能な第二の電極２２２を備える。また、この実施態様では、電場制御体１１４又はより具体的には電子流変調装置２４０は第三の電極２４２を備える。必要に応じて、受容体部材からの電子を受容し、あるいは供与体部材へ電子を供与するように第三の電極を操作することができる。電極２０２、２２２及び２４２は、例えば金電極とすることができる。例えば、５’末端に発色団に代わってチオールを組み込むことによって、ＤＮＡに金電極を結合させることができる（Ｗａｎｇ等、１９９９）。電流又は電圧は、有機回路素子１００の供与体アーム１６０と受容体アーム１４０の両端に外部から印加することができる。
【０１５７】
あるいは、電子供与体、電子受容体及び電場制御体は、電極を含まなくてもよい。
【０１５８】
例えば、図１及び６を参照すると、本発明の第三の実施態様による有機回路素子の全体は、図６では９００として示されている。有機回路素子９００は、図１に示す有機回路素子１００にほぼ類似しているが、図６に示す実施態様では、有機回路素子９００の電子供与体２００は、供与体部材１０４（この実施態様においては供与体アーム１６０を備える）に電子を供与可能な電子供与体分子２０４を備える。本実施態様において、電子供与体分子２０４は蛍光分子、より具体的にはフルオレセインなどである。同様に、有機回路素子９００の電子受容体２２０は、受容体部材１０６（この実施態様においては受容体アーム１４０を備える）からの電子を受容可能な電子受容体分子２２４を備える。本実施態様では、電子受容体分子２２４も蛍光分子であり、より具体的にはローダミンなどである。また、この実施態様では、電場制御体１１４、より具体的には電子流変調装置２４０は、蛍光分子及び発色団からなる群から選択される制御分子２４４を備える。したがって、この実施態様において、電場制御体１１４の状態は、電場制御体を照射することによって選択することができる。より具体的には、この実施態様において、制御分子２４４は、例えば、フルオレセイン又はローダミンなどの蛍光分子である。あるいは、他の適切な制御分子で置換することができる。
【０１５９】
同様に、図１及び７を参照すると、本発明の第四の実施態様による有機回路素子の全体が、図７では９５０として示されている。この実施態様において、電場制御体１１４、より具体的には電子流変調装置２４０は、制御又は変調発色団２４６を備え、これはこの実施態様において、ある波長範囲内の放射を吸収する。したがって、電場制御体１１４の状態は、電場制御体を照射することによって選択することができる。本実施態様では、変調発色団２４６を照射すると負の静電電位が電場制御接合部１１２に印加され、この負の静電電位は供与体部材１０４から受容体部材１０６へ移動する電子の能力を低下させる。同様に、この実施態様において、電子受容体２２０は、受容体部材１０６から電子を受容するとある波長範囲内の放射エネルギーを放出するように操作可能な発色団２２６を備える。
【０１６０】
同様に、別の実施態様において、電場制御体１１４、電子供与体２００及び電子受容体２２０は、電極、蛍光分子、発色団、他の適切な分子の他の適切な任意の組み合わせ又は順列などとすることができる。この点で、蛍光分子は、照射し且つ印加電圧を加えると光電流を発生する能力を有するので、蛍光分子と電極を組み合わせると、本発明の実施態様の幾つかの用途では特に有用になり得る。例えば、金電極上に組み立てられ０．２ボルトの印加電圧を加え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たときに約０．０３ｍＡの測定可能な光電流を発生するが、フルオレセインが照射されていないときには測定可能な光電流を発生しない（しかし、電圧をさらに上げると、電気分解のため、照射にかかわらずに幾らかの電流を観測することができる。）。同様に、金電極に結合した発色団標識Ｍ−ＤＮＡを照射しても、測定可能な電流が発生する。
【０１６１】
このような幾つかの例示的な実施態様において、１２０、１４０及び１６０の各アームの５’末端は、フルオレセイン又はローダミンのいずれかに結合しているか、あるいはコントロールとして標識が施されていない。標識した回路素子に対して本明細書で用いる命名法では、アームがそれぞれフルオレセイン（Ｆ）又はローダミン（Ｒ）を含むか、あるいはコントロール（Ｃ、標識なし）であるかを明らかにするために、１２０、１４０及び１６０の各アームに文字（Ｆ、Ｒ又はＣ）を付して特定することがある。したがって、例えば、１６０Ｆ：１２０Ｃ：１４０Ｒ−６０は、集合して導電性接合部１８０を形成する３つの６０量体オリゴヌクレオチド鎖１１４０、１１６０及び１１８０を表し、ここでフルオレセインは供与体アーム１６０に結合した電子供与体２００であり、ローダミンは受容体アーム１４０に接続された電子受容体２２０であり、電子流変調装置２４０は存在せず、したがって変調アーム１２０に接続されていない。
【０１６２】
次いで、有機回路素子１００の電子供与体２００の蛍光を蛍光アッセイにより測定して接合部１８０の導電性を確認する。このようなアッセイ中に、Ｍ−ＤＮＡに沿って、接合部を経由して電子が伝達される場合、蛍光は消滅することになる。一方、（これらのアームが、例えば、Ｍ−ＤＮＡではなくＢ−ＤＮＡで形成された場合に該当するように）供与体アーム１６０及び受容体アーム１４０に沿った伝導がほとんど存在しない場合、電子供与体２００の蛍光は同じ程度には消光しないはずである。このような例示的な一実施態様において、電子供与体２００として作用するフルオレセインの蛍光をＭ−ＤＮＡ  １６０Ｆ：１２０Ｃ：１４０Ｒ−６０について測定し、受容体アーム１４０に接続された電子受容体２２０として作用するローダミンを含まないことを除いて同じ配置を有する別の例示的な実施態様１６０Ｆ：１２０Ｃ：１４０Ｃ−６０と比較した。前者の実施態様（１６０Ｆ：１２０Ｃ：１４０Ｒ−６０）のフルオレセイン蛍光は、後者の実施態様（１６０Ｆ：１２０Ｃ：１４０Ｃ−６０）よりも４０％消光し、電子がフルオレセイン電子供与体２００から供与体アーム１６０及び導電性接合部１８０を経由して受容体アーム１４０及びローダミン電子受容体２２０に伝達されることが確認される。
【０１６３】
電子供与体２００として蛍光分子を使用する別のこのような例示的実施態様を同様に使用して、電場制御接合部１１２の電場を制御する電場制御体１１４の能力を確認することができる。例えば、変調アーム１２０に接続された電子流変調装置２４０としてローダミン又はフルオレセインを有する２つの例示的実施態様１６０Ｆ：１２０Ｒ：１４０Ｒ−６０及び１６０Ｆ：１２０Ｆ：１４０Ｒ−６０を、各別に、コントロール試料１６０Ｆ：１２０Ｃ：１４０Ｒ−６０と比較した。それぞれの蛍光アッセイ中に、フルオレセイン蛍光は、コントロール試料よりも６０％（１６０Ｆ：１２０Ｒ：１４０Ｒ−６０）及び３５％（１６０Ｆ：１２０Ｆ：１４０Ｒ−６０）だけ消光した。したがって、変調アーム１２０に結合したフルオレセイン、ローダミンなどの電子供与体又は受容体によって、供与体アーム１６０から導電性接合部１８０を経由して受容体アーム１４０までの導電性を変化させることができる。したがって、回路素子１００は、二者択一状態のスイッチとして働くことができる。
【０１６４】
より一般的には、図１、６及び７を参照すると、有機回路素子１００、９００及び９５０（又は、例えば以下でさらに詳細に記述されている他の有機回路素子）のいずれかを使用して、導電性核酸材料中の第一と第二の各位置間の電子信号を制御することができる。この実施態様において、第一の位置は電子供与体２００などにすることができ、あるいは、電子供与体２００と電場制御接合部１１２の間の供与体部材１０４上の任意の位置などとみなすことができる。同様に、この実施態様において、第二の位置は、電子受容体２２０又は電子受容体２２０と電場制御接合部１１２の間の受容体部材１０６上の任意の位置などにすることができる。電子信号自体は、電子供与体と電子受容体の間に電圧を印加すること、供与体及び受容体に照射すること、及び／又は第一の位置に電子を供給し第二の位置から電子を受容することなどの任意の適切な方法で、第一の位置から第二の位置まで電子を流すことによって、発生させることができる。
【０１６５】
第一と第二の各位置間の電子信号は、第一と第二の各位置間に介在する核酸材料中の第三の位置において静電電位を変化させることによって制御することができる。図１、６及び７に示す実施態様において、第三の位置としては電場制御接合部１１２が挙げられる。静電電位は、第三の位置と交信している電場制御体１１４の、各々が第三の位置におけるそれぞれの静電電位に対応している複数の状態のうち一つを選択することによって変えることができる。図６及び７に示す有機回路素子９００及び９５０の場合、複数の状態のうち一つを選択することは、電場制御体を照射することによって実施することができる。これによって、例えば、負の静電電位を第三の位置に印加することができる。図１に示す有機回路素子１００の場合、複数の状態のうち一つを選択することは、電場制御体１１４に、又はより具体的には電極２４２に外部ポテンシャルを印加することによって実施することができる。これには、少なくとも一つの電子を電極２４２に置いて負の静電電位を第三の位置に印加すること、あるいは、少なくとも一つの電子を電極２４２から取り出して正の静電電位を第三の位置に印加することなどがある。電場制御接合部１１２における負の静電電位は、供与体部材から受容体部材へ移動する電子の能力を低下させる傾向にあり、一方、接合部における正の静電電位は、供与体部材から受容体部材へ移動する電子の能力を高める傾向にある。したがって、図１、６及び７に示すいずれの回路素子も、第一と第二の各位置間に介在する核酸材料中の第三の位置における静電電位を変えるように操作可能な電場制御体を備える、導電性核酸材料中の第一と第二の各位置間の電子信号を制御するための装置として働く。
【０１６６】
再び図７を参照すると、別の実施態様においては、変調発色団２４６を電場制御体１１４として選択することができ、その結果、フルオレセイン、ローダミンなどの電子供与体と電子受容体の両方の照射吸収波長とは異なる波長で照射が吸収される。変調発色団２４６を選択的に照射すると、電子は変調発色団上でより高いエネルギー状態に励起され、したがって導電性接合部１８０における導電性又は静電電位（電圧）に変化が生じる。幾つかの実施態様においては、負の静電電位が導電性接合部１８０に作られ、導電性又は導電性接合部１８０を通る電子の通行を妨害することがある。しばらくすると、変調発色団２４６は異なる状態に復帰し、例えば発色団２４６中の励起電子が光子を放出してその基底状態に戻り、それによって導電性接合部１８０における静電電位又は導電性がその最初の値（又はさらに別の値）に戻ることができる。こうして、導電性接合部１８０は、供与体アーム１６０から受容体アーム１４０への信号又は電子の流れを制御するゲートとして働くことができる。一実施態様において、例えば、導電性接合部１８０は、変調発色団が照射されずしたがって電子又は信号が供与体アーム１６０から受容体アーム１４０に流れるときに「オン」状態となり得るゲートスイッチとして働くことができ、このゲートは、変調発色団２４６が照射されその電子がより高いエネルギー状態に励起されるときに「オフ」状態となり得る。したがって、このような実施態様において、有機回路素子１００は、電子供与体２００がソース電極として働き、電子受容体２２０がドレイン電極として働き、（変調発色団２４６などの）電場制御体１１４がゲート電極として働く電界効果トランジスタにやや類似した挙動を示す。ゲート電極として働く電場制御体１１４は、供与体アーム１６０から導電性接合部１８０を経由して受容体アーム１４０に流れる電子流チャネルの有効電子直径(effective electron diameter)を制御するように働くことができる。電子供与体２００（ソース電極）からの電子の流れを、電場制御体１１４が導電性接合部１８０に印加する電圧又は静電電位の変化によって制御することが効果的である。導電性接合部（ゲート）に印加される電位は、電子流変調装置２４０及び変調アーム１２０によって制御又は変調することができる。「ゲートスイッチ」の「オン」と「オフ」状態をこのように制御して導電性接合部１８０における静電電位を変えることにより、有機回路素子１００を用いて二者択一状態を０及び１で表してメモリを作成し、記憶し、消去することができる。
【０１６７】
したがって、例えば図７を参照すると、有機データ記憶媒体は概して９６０で示される。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場制御体１１４を備え、その状態の各々は核酸回路素子の電場制御接合部におけるそれぞれの電場制御度に対応し、各電場制御度はそれぞれのデータ値に対応する。この実施態様において、有機データ記憶媒体９６０は、有機核酸回路素子９５０をさらに備え、有機核酸回路素子９５０は、複数の部材のうち少なくとも一つと交差して（この実施態様においては、供与体部材と受容体部材の両方と交差して）電場制御接合部１１２を画する供与体部材１０４、受容体部材１０６及び制御部材１０８を備え、電場制御体１１４と協働して電場制御度を接合部に加えてデータ値を表す。
【０１６８】
この実施態様において、電場制御体の少なくとも２つの状態の各々は、電場制御接合部におけるそれぞれの静電電位に対応する。
【０１６９】
本実施態様において、電場制御体を照射することによって少なくとも２つの状態が選択可能である。より具体的には、この実施態様における少なくとも２つの選択可能な状態としては、発色団２４６の励起状態及び基底状態が挙げられる。発色団２４６は、電場制御体を照射することによって励起状態に維持して、例えば２進数の「１」などのデータ値を表すことができ、また、そのような照射を停止することによってその基底状態に戻して、例えば２進数の「０」などのデータ値を表すことができる。先に考察したように、発色団が励起状態にあるとき、電場制御接合部１１２における静電電位が変化又は変動し、それによって導電性接合部１８０における導電性が変化する。こうして記憶されたデータ値は、次いで任意の適切な方法で「読む」ことができる。例えば、外部ポテンシャルを電子供与体２００と電子受容体２２０の間に印加して、第一の測定電流値が２進数「１」を表す励起状態を示し、第二の測定電流値が２進数「０」を表す基底状態を示す、生成電流を測定することができる。
【０１７０】
再び図１を参照すると、別の有機データ記憶媒体は、図１に示す本実施態様において電極２４２を備える電場制御体１１４に外部ポテンシャルを印加することによって少なくとも２つの状態が選択可能な有機回路素子１００を備えることができる。
【０１７１】
しかし、より一般的には、上述したように、電場制御接合部における電場制御度を変えることによって、導電性核酸材料中の電子信号を制御するこのような方法に対して、データ記憶以外の有用な用途が多数存在する。
【０１７２】
再び図１を参照すると、有機回路素子１００を備え、さらに電子供与体２００に伝導電子を供給し電子受容体２２０から伝導電子を受け取るための導電性媒体１１９０を備えるシステムを提供することができる。このような幾つかの実施態様において、回路素子１００などの有機回路素子が導電性媒体１１９０に含まれるとき電流が流れ得る。導電性媒体１１９０は、電子を電子供与体２００に供与し電子を電子受容体２２０から受け取って、電子が電子供与体２００から供与体部材１０４（この実施態様においては供与体アーム１６０を備える）、電場制御接合部１１２（この実施態様においては導電性接合部１８０を備える）、受容体部材１０６（この実施態様においては受容体アーム１４０を備える）、電子受容体２２０を経由して電子供与体に回流する閉回路経路を与えるように操作可能な任意の媒体とすることができる。導電性媒体１１９０としては、例えば、水性溶液を挙げることができ、電子供与体２００と電子受容体２２０との間に導電性を付与することができる。あるいは、導電性媒体１１９０は、例えば導電性ワイヤを備えることができ、又は他の任意の適切な導電性媒体で置換することができる。
【０１７３】
再び図１を参照すると、別の実施態様においては、複数の部材１０２のすべてが必ずしも導電性金属含有オリゴヌクレオチド二本鎖を含む必要はない。より具体的には、１２０、１４０又は１６０の一以上のアームは、残りの１２０、１４０又は１６０の一以上のアームが導電性二本鎖を形成する諸条件下で、導電性二本鎖を形成しなくてもよい。このような一実施態様において、供与体部材１０４及び受容体部材１０６は、このような導電性金属含有オリゴヌクレオチド二本鎖を含むことができ、一方、一以上の他の部材は導電性金属含有オリゴヌクレオチド二本鎖を含まない。例えば、供与体アーム１６０及び受容体アーム１４０が導電性二本鎖を形成するとき、変調アーム１２０は導電性二本鎖を形成しない組成を有することができる。このようにして、Ｂ−ＤＮＡとＭ−ＤＮＡの組み合わせをアーム１２０、１４０又は１６０の一部に使用することができる。例えば、５−フルオロウラシルを含有する二本鎖は、Ｍ−ＤＮＡを形成することができ、一方、この塩基を欠く二本鎖はＭ−ＤＮＡを形成することができず、そのため、供与体アーム１６０及び受容体アーム１４０が高い割合の５−フルオロウラシルを含有するように核酸鎖１１４０、１１６０及び１１８０の組成を変えることができる。このように、導電性接合部１８０に対する変調装置２４０の効果は、素子１００がさらされる諸条件に依存する（アームがＢ−ＤＮＡ又はＭ−ＤＮＡの形式かどうかを指示する）ようにすることができる。同様に、核酸結合タンパク質を使用して、アーム１２０、１４０及び１６０の導電性を変調させることができる。
【０１７４】
別の実施態様において、電子流変調装置２４０は、非導電性変調アーム１２０によって導電性接合部１８０から電気的に絶縁されながら、導電性媒体からの電子の吸収又は供与を可能にすることができる。非導電性変調アーム１２０は、例えば、上述したように、導電性二本鎖が供与体アーム１６０及び受容体アーム１４０上に形成されるが、変調アーム１２０上には形成されない諸条件下で形成することができる。
【０１７５】
別の実施態様において、異なる形式の機能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。電子受容体２２０は、例えば、回路素子１００の導電性を検出可能な標識として働くことができる。例えば、電子受容体２２０は、電子を受け取ると異なる又は特徴的な波長の光子を放出し、その結果放出された光子を検出できる発色団となり得る。
【０１７６】
別の実施態様において、有機回路素子は、複数の供与体アーム、受容体アーム又は変調アームを備えることができる。
【０１７７】
例えば、図８を参照すると、本発明の第五の実施態様による有機回路素子は概して１２００で示される。この実施態様において、複数の部材１０２は、複数の制御部材１２２０が複数の部材１０２と交差して少なくとも一つの電場制御接合部１１２を画する立体配置に形成された複数の制御部材１２２０を備える。より具体的には、この実施態様において、有機回路素子１２００は、導電性接合部１８０において共に複数の電子流変調アーム１２２２と交差する供与体アーム１６０及び受容体アーム１４０を備え、電子流変調アーム１２２２はそれぞれ電子流変調装置に接続される。有機回路素子１２００を形成するために使用するオリゴヌクレオチド鎖は、所望の立体配置でのみアニール可能であり、オリゴヌクレオチドの各鎖が変調アーム１２２２を構成する二本鎖を形成し、供与体アーム鎖１１６０及び受容体アーム鎖１１４０が一般に逆平行に整列するように適切な配列のものを選択することができる。光の特定の波長など異なる条件又は信号に各々が別々に応答する別個の電子流変調装置Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３などを使用できることが有利である。このようにして、有機回路素子１２００を、生体系内の信号、条件などの特定の信号を検出する検出器として使用することができる。
【０１７８】
図９を参照すると、本発明の第六の実施態様による有機回路素子は概して１３００で示される。この実施態様において、複数の部材１０２は、この実施態様においては環状ＤＮＡ部分１３６０を含む共通部材１３０２を備える。本実施態様において、供与体部材１０４、受容体部材１０６及び制御部材１０８は、それぞれ第一、第二及び第三の位置（又は接合部）１３２０、１３４０及び１３８０において共通部材１３０２と交差し、第三の位置１３８０は電場制御接合部１１２を画する。したがって、この実施態様において、供与体アーム１６０及び受容体アーム１４０は、それぞれ別個の位置又は接合部１３２０及び１３４０において環状ＤＮＡ部分１３６０に接続される。また、この実施態様において、第二の変調アーム１３０６をこの実施態様において備える第二の制御部材１３０４は、第四の位置１３０８において共通部材１３０２と交差して第二の電場制御接合部を画する。したがって、この実施態様において有機回路素子１３００は、同じでも異なっていてもよい複数の電子流変調装置Ｍ１及びＭ２にそれぞれ位置１３８０及び１３０８において接続された複数の接合部を備える。したがって、この実施態様において、少なくとも一つの電場制御接合部は、少なくとも２つのそれぞれの電場制御体と電気通信している（位置１３０８及び１３８０における）少なくとも２つの電場制御接合部を備え、制御又は変調は、２つの電場制御体のうち少なくとも一つの装置の複数の状態（その各々は２つの制御装置のうち少なくとも一つに対応する電場制御接合部におけるそれぞれの静電電位に対応する）の一つを選択することによって実施することができる。
【０１７９】
第七の実施態様による有機回路素子は概して図１０の１５００で示される。この実施態様において、少なくとも一つの制御部材は、複数の部材１０２のそれぞれ他の部材と交差して複数のそれぞれの電場制御接合部を画する複数の制御部材を備える。この実施態様において、このような各制御部材は、供与体部材及び受容体部材の両方と交差するのではなく、供与体部材及び受容体部材のうち一つと交差して電場制御接合部を画する。より具体的には、この実施態様において、有機回路素子１５００は、第一、第二及び第三の制御部材１５０２、１５０４及び１５０６を備え、これらの制御部材はそれぞれ変調アーム１５０８、１５１０及び１５１２を備える。この実施態様において、変調アーム１５０８、１５１０及び１５１２は、それぞれ受容体アーム１５２０、１５４０及び１５６０と交差してそれぞれ電場制御接合部１５１４、１５１６及び１５１８を画する。受容体アーム１５２０、１５４０及び１５６０は互いに交差し、かつ電子供与体アーム１６０と交差して導電性接合部１８００を画する。したがって、有機回路素子１５００は複数の電子流変調装置Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３及び複数の受容体アームの各受容体アームに接続された電子流変調アーム１５０８、１５１０及び１５１２を備える。電場制御接合部１５１４、１５１６及び１５１８のいずれかにおいて静電電位が変化すると、導電性接合部１８００における静電電位も変化し、したがって導電性接合部１８００は電場制御接合部としても有効に働くことを理解されたい。
【０１８０】
本発明の幾つかの実施態様による有機回路素子を使用して、電子変調アームの一本鎖成分に相同な特定の核酸の存在を検出できることに留意されたい。例えば、フルオレセインなどの電子流変調装置を含むように試料中の核酸を標識し、その試料を一本鎖電子変調アームを有する有機回路素子と混合すると、一本鎖変調アームに相同な核酸が試料中に存在する場合、ハイブリッドが形成される。ハイブリダイゼーション後、電子変調アームにおける導電性二本鎖の形成に有利なように諸条件を調節して、試料核酸に結合した標識が有機回路素子の残部と電気通信できるようにする。回路素子中の導電性電子変調アームの存在は、電子供与体(door)アームと電子受容体アーム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実施態様が開示されているが、当業者が通常有する知識に従って、本発明の範囲内で、多くの変形や修飾を行うことができるであろう。このような修飾には、実質的に同じ方法で同一の結果を達成するために、本発明の何れかの側面を公知の均等物で置換することが含まれる。数的な範囲は、その範囲を規定する数を包含するものである。本明細書において、「備えている(comprising)」という用語は、オープンエンドの用語として使用されるものであって、「含む(including)、に限定されない(but not limited to)」という用法と実質的に同じであり、「備える(comprises)」という用語も対応する意味を有する。本明細書に参考文献を引用することは、このような参考文献が本明細書の従来技術であることを自認したものと解釈してはならない。特許及び特許出願に限らず、本明細書に引用されている全ての文献は、具体的且つ個別的に、本明細書に参考文献として援用したものであり、本明細書にその全体を記載することと同じである。本発明は、本明細書に実質的に前述され、実施例と図面に参照されている全ての実施態様と変形を含むが、それらに限定されるものではない。より一般的には、本発明の具体的な実施態様を記載し、説明を加えてきたが、このような実施態様は、本発明の例示にすぎないと解釈しなければならず、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明を限定するものと解釈してはならない。
【参考文献】
【０１８２】
以下の全ての文献は、本明細書の一部として本願に援用する。
【０１８３】
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【図面の簡単な説明】
【０１８４】
【図１】本発明の第一の実施態様による有機回路素子を示す図である。
【図２】図１に示した有機回路素子の一部としてのＭ−ＤＮＡのモデル構造を示す図である。
【図３】本発明の第一の実施態様による、図１の有機回路素子の一部として図２に示したＭ−ＤＮＡの塩基対スキームを示す図である。
【図４】本発明の第二の実施態様による、図１に示した有機回路素子の一部として図２に示したＭ−ＤＮＡの塩基対スキームを示す図である。
【図５】図２に示したＭ−ＤＮＡ、並びにＢ−ＤＮＡについて室温で測定した電流電圧特性を示すグラフである。下の挿入図に、Ｉ−Ｖ特性を求めるために使用した実験レイアウトの概略図を示す。
【図６】本発明の第三の実施態様による有機回路素子を示す図である。
【図７】本発明の第四の実施態様による有機回路素子を示す図である。
【図８】本発明の第五の実施態様による有機回路素子を示す図である。
【図９】本発明の第六の実施態様による有機回路素子を示す図である。
【図１０】本発明の第七の実施態様による有機回路素子を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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