JP2002273700A - 電気接続体の製造方法、電気接続体および電気配線方法 - Google Patents
電気接続体の製造方法、電気接続体および電気配線方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質等の生体高分子
との電気的接続を効率よく行う電気配線を可能とする電
気接続体の製造方法、電気接続体を提供する。また、ｎ
ｍレベルの電気配線を可能とする電気配線方法を提供す
る。 【解決手段】 カーボンナノチューブを電極とし、該電
極を生体高分子に接触させることを特徴とする電気接続
体の製造方法である。カーボンナノチューブを電極と
し、該電極を生体高分子に接触させた後、前記電極と生
体高分子との間に電流を流すことを特徴とする電気接続
体の製造方法である。また、少なくとも、カーボンナノ
チューブからなる電極と、生体高分子と、からなる電気
接続体であって、前記電極が前記生体高分子に接触して
いることを特徴とする電気接続体である。さらに、カー
ボンナノチューブからなる電極を生体高分子に接触させ
ることで電気接続を行うことを特徴とする電気配線方法
である。
との電気的接続を効率よく行う電気配線を可能とする電
気接続体の製造方法、電気接続体を提供する。また、ｎ
ｍレベルの電気配線を可能とする電気配線方法を提供す
る。 【解決手段】 カーボンナノチューブを電極とし、該電
極を生体高分子に接触させることを特徴とする電気接続
体の製造方法である。カーボンナノチューブを電極と
し、該電極を生体高分子に接触させた後、前記電極と生
体高分子との間に電流を流すことを特徴とする電気接続
体の製造方法である。また、少なくとも、カーボンナノ
チューブからなる電極と、生体高分子と、からなる電気
接続体であって、前記電極が前記生体高分子に接触して
いることを特徴とする電気接続体である。さらに、カー
ボンナノチューブからなる電極を生体高分子に接触させ
ることで電気接続を行うことを特徴とする電気配線方法
である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気接続体の製造
方法、電気接続体および電気配線方法に関し、特にＤＮ
Ａ、ＲＮＡ、タンパク質等の生体高分子を利用した電気
接続体の製造方法、電気接続体および電気配線方法に関
する。
方法、電気接続体および電気配線方法に関し、特にＤＮ
Ａ、ＲＮＡ、タンパク質等の生体高分子を利用した電気
接続体の製造方法、電気接続体および電気配線方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】これまで、ＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質
等の生体高分子のような絶縁性物質を電子材料として用
いることへの期待は低かった。しかし、ｎｍレベルのデ
バイス技術が発展することで、こうした生体高分子等を
電子材料として用い、電子デバイスを作製することが検
討されるようになった。また、生体高分子に電極を接続
し電気特性を測定することで試験や検査等に利用するこ
とも期待される。ここで、最大の問題は電極との電気的
接続である。一般にシリコンデバイス等に用いられてい
る電極作製の方法は、光露光法や電子線ビーム露光法
で、感光レジスト上にパターンを描き、金属や半導体等
を蒸着させることで配線（電気的接続）を行う。また、
分子に意図的にチオール基（ＳＨ基）を付加させ、選択
的に金電極上へ接合させる方法もある。
等の生体高分子のような絶縁性物質を電子材料として用
いることへの期待は低かった。しかし、ｎｍレベルのデ
バイス技術が発展することで、こうした生体高分子等を
電子材料として用い、電子デバイスを作製することが検
討されるようになった。また、生体高分子に電極を接続
し電気特性を測定することで試験や検査等に利用するこ
とも期待される。ここで、最大の問題は電極との電気的
接続である。一般にシリコンデバイス等に用いられてい
る電極作製の方法は、光露光法や電子線ビーム露光法
で、感光レジスト上にパターンを描き、金属や半導体等
を蒸着させることで配線（電気的接続）を行う。また、
分子に意図的にチオール基（ＳＨ基）を付加させ、選択
的に金電極上へ接合させる方法もある。
【０００３】しかしながら、こうした感光レジストを用
いるような配線方法では、レジスト現像で用いる有機溶
媒等でＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質等の生体高分子は化
学的損傷を受ける。一方、単純に金属電極上にこうした
生体高分子を付着させても、付着状態によって電気伝導
の効率が異なる。チオール基を配位させる方法では、物
質が限定されてしまい、ほとんどの生体高分子は適用で
きない。また、単純に金属（金、白金等）電極上にＤＮ
Ａ、ＲＮＡ、タンパク質等の生体高分子をのせただけで
は、金属電極と前記生体高分子との接触抵抗が、金属の
表面酸化膜の影響で一定とはならないため安定な電気接
続は期待できず、接触抵抗値のずれが約１０％以上発生
してしまう。さらに、ＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質等の
生体高分子の多くは抵抗率が５ＭΩ・ｃｍ以上の絶縁体
であり、そういった生体高分子を電子素子として利用す
る場合には、電極をｎｍレベルで形成し近接配置する必
要がある。しかしながら、金属配線のサイズは生体高分
子のサイズに比べて大きすぎる（太すぎる）ため、微細
な電気配線を形成することが困難であった。
いるような配線方法では、レジスト現像で用いる有機溶
媒等でＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質等の生体高分子は化
学的損傷を受ける。一方、単純に金属電極上にこうした
生体高分子を付着させても、付着状態によって電気伝導
の効率が異なる。チオール基を配位させる方法では、物
質が限定されてしまい、ほとんどの生体高分子は適用で
きない。また、単純に金属（金、白金等）電極上にＤＮ
Ａ、ＲＮＡ、タンパク質等の生体高分子をのせただけで
は、金属電極と前記生体高分子との接触抵抗が、金属の
表面酸化膜の影響で一定とはならないため安定な電気接
続は期待できず、接触抵抗値のずれが約１０％以上発生
してしまう。さらに、ＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質等の
生体高分子の多くは抵抗率が５ＭΩ・ｃｍ以上の絶縁体
であり、そういった生体高分子を電子素子として利用す
る場合には、電極をｎｍレベルで形成し近接配置する必
要がある。しかしながら、金属配線のサイズは生体高分
子のサイズに比べて大きすぎる（太すぎる）ため、微細
な電気配線を形成することが困難であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】以上から、本発明は、
ＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質等の生体高分子との電気的
接続を効率よく行う電気配線を可能とする電気接続体の
製造方法、電気接続体を提供することを目的とする。ま
た、ｎｍレベルの電気配線を可能とする電気配線方法を
提供することを目的とする。
ＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質等の生体高分子との電気的
接続を効率よく行う電気配線を可能とする電気接続体の
製造方法、電気接続体を提供することを目的とする。ま
た、ｎｍレベルの電気配線を可能とする電気配線方法を
提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的は、以下に示す
本発明によって達成される。すなわち、本発明は、 ＜１＞ カーボンナノチューブを電極とし、該電極を生
体高分子に接触させることを特徴とする電気接続体の製
造方法である。 ＜２＞ カーボンナノチューブを電極とし、該電極を生
体高分子に接触させた後、前記電極と生体高分子との間
に電流を流す（通電する）ことを特徴とする電気接続体
の製造方法である。
本発明によって達成される。すなわち、本発明は、 ＜１＞ カーボンナノチューブを電極とし、該電極を生
体高分子に接触させることを特徴とする電気接続体の製
造方法である。 ＜２＞ カーボンナノチューブを電極とし、該電極を生
体高分子に接触させた後、前記電極と生体高分子との間
に電流を流す（通電する）ことを特徴とする電気接続体
の製造方法である。
【０００６】＜３＞ 前記電流を流す際の電圧が１〜２
０Ｖであることを特徴とする＜２＞に記載の電気接続体
の製造方法である。 ＜４＞ 前記生体高分子がＤＮＡあるいはＲＮＡである
ことを特徴とする＜１＞〜＜３＞のいずれかに記載の電
気接続体の製造方法である。
０Ｖであることを特徴とする＜２＞に記載の電気接続体
の製造方法である。 ＜４＞ 前記生体高分子がＤＮＡあるいはＲＮＡである
ことを特徴とする＜１＞〜＜３＞のいずれかに記載の電
気接続体の製造方法である。
【０００７】＜５＞ 前記生体高分子が極性基を有し、
該極性基と前記電極とを接触させることを特徴とする＜
１＞に記載の電気接続体の製造方法である。 ＜６＞ 前記電極の端部に極性基を有し、該極性基と前
記生体高分子とを接触させることを特徴とする＜１＞に
記載の電気接続体の製造方法である。
該極性基と前記電極とを接触させることを特徴とする＜
１＞に記載の電気接続体の製造方法である。 ＜６＞ 前記電極の端部に極性基を有し、該極性基と前
記生体高分子とを接触させることを特徴とする＜１＞に
記載の電気接続体の製造方法である。
【０００８】＜７＞ 前記極性基が、カルボキシル基、
カルボニル基、水酸基、アミン基およびアミド基の少な
くとも１つから選ばれることを特徴とする＜５＞または
＜６＞に記載の電気接続体の製造方法である。
カルボニル基、水酸基、アミン基およびアミド基の少な
くとも１つから選ばれることを特徴とする＜５＞または
＜６＞に記載の電気接続体の製造方法である。
【０００９】＜８＞ 少なくとも、カーボンナノチュー
ブからなる電極と、生体高分子と、からなる電気接続体
であって、前記電極が前記生体高分子に接触しているこ
とを特徴とする電気接続体である。
ブからなる電極と、生体高分子と、からなる電気接続体
であって、前記電極が前記生体高分子に接触しているこ
とを特徴とする電気接続体である。
【００１０】＜９＞ 前記生体高分子が、ＤＮＡあるい
はＲＮＡであって、該ＤＮＡあるいはＲＮＡの表面に存
在するＮａ+イオンが拡散した部分に前記電極が接触し
てなることを特徴とする＜８＞に記載の電気接続体であ
る。
はＲＮＡであって、該ＤＮＡあるいはＲＮＡの表面に存
在するＮａ+イオンが拡散した部分に前記電極が接触し
てなることを特徴とする＜８＞に記載の電気接続体であ
る。
【００１１】＜１０＞ 前記電極がその端部に極性基を
有し、前記生体高分子がその一部に極性基を有し、それ
ぞれの極性基が互いに反発し、前記電極の端部が前記生
体高分子の極性基が存在する部分以外の部分に接触して
いることを特徴とする＜８＞に記載の電気接続体であ
る。
有し、前記生体高分子がその一部に極性基を有し、それ
ぞれの極性基が互いに反発し、前記電極の端部が前記生
体高分子の極性基が存在する部分以外の部分に接触して
いることを特徴とする＜８＞に記載の電気接続体であ
る。
【００１２】＜１１＞ 少なくとも、カーボンナノチュ
ーブからなる電極と、生体高分子と、からなる電気接続
体であって、前記電極が極性基を介して前記生体高分子
と接触してなることを特徴とする電気接続体である。
ーブからなる電極と、生体高分子と、からなる電気接続
体であって、前記電極が極性基を介して前記生体高分子
と接触してなることを特徴とする電気接続体である。
【００１３】＜１２＞ 前記極性基が、前記生体高分子
の表面に存在し、該生体高分子がタンパク質であること
を特徴とする＜１１＞に記載の電気接続体である。 ＜１３＞ 前記極性基が、前記電極の端部に存在するこ
とを特徴とする請求項１１に記載の電気接続体である。
の表面に存在し、該生体高分子がタンパク質であること
を特徴とする＜１１＞に記載の電気接続体である。 ＜１３＞ 前記極性基が、前記電極の端部に存在するこ
とを特徴とする請求項１１に記載の電気接続体である。
【００１４】＜１４＞ カーボンナノチューブからなる
電極を生体高分子に接触させることで電気接続を行うこ
とを特徴とする電気配線方法である。 ＜１５＞ 前記生体高分子と前記電極との電気接続体の
備える電気特性を利用する前に、前記生体高分子と前記
電極との電気接続を安定化するための通電を行うことを
特徴とする＜１４＞に記載の電気配線方法である。 ＜１６＞ 前記電極が、その端部に前記生体高分子に対
し引力を生ずる極性基を有することを特徴とする＜１４
＞に記載の電気配線方法である。
電極を生体高分子に接触させることで電気接続を行うこ
とを特徴とする電気配線方法である。 ＜１５＞ 前記生体高分子と前記電極との電気接続体の
備える電気特性を利用する前に、前記生体高分子と前記
電極との電気接続を安定化するための通電を行うことを
特徴とする＜１４＞に記載の電気配線方法である。 ＜１６＞ 前記電極が、その端部に前記生体高分子に対
し引力を生ずる極性基を有することを特徴とする＜１４
＞に記載の電気配線方法である。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明の電気接続体の第一の製造
方法は、カーボンナノチューブを電極とし、該電極を生
体高分子に接触させて電気接続体を製造する方法であ
る。また、本発明の電気接続体の第二の製造方法は、前
記電極を生体高分子に接触させた後、前記電極と生体高
分子との間に電流を流して（通電して）電気接続体を製
造する方法である。前記本発明の電気接続体の製造方法
によれば、生体高分子に対しカーボンナノチューブを安
定的に接続（接触）させることができる。
方法は、カーボンナノチューブを電極とし、該電極を生
体高分子に接触させて電気接続体を製造する方法であ
る。また、本発明の電気接続体の第二の製造方法は、前
記電極を生体高分子に接触させた後、前記電極と生体高
分子との間に電流を流して（通電して）電気接続体を製
造する方法である。前記本発明の電気接続体の製造方法
によれば、生体高分子に対しカーボンナノチューブを安
定的に接続（接触）させることができる。
【００１６】ここで、生体高分子とはＤＮＡ、ＲＮＡ、
タンパク質等、生体に存在する高分子をいうが、近年Ｄ
ＮＡやタンパク質等を人工的にも合成することが可能と
なってきており、これらの人工の生体高分子を本発明に
適用することも当然可能である。また、生体高分子は、
複数種類の生体高分子が一体となったものであってもよ
い。
タンパク質等、生体に存在する高分子をいうが、近年Ｄ
ＮＡやタンパク質等を人工的にも合成することが可能と
なってきており、これらの人工の生体高分子を本発明に
適用することも当然可能である。また、生体高分子は、
複数種類の生体高分子が一体となったものであってもよ
い。
【００１７】また、カーボンナノチューブ（以下、「ナ
ノチューブ」ということがある）としては、生体高分子
に対して通電する状態にあれば特に制限されず、単一壁
もしくは多重壁カーボンナノチューブを用いることが可
能であり、その直径が０．５ｎｍ以上５０ｎｍ以下のも
のを使用するのが好ましい。また導電性を備えていれば
束状になったカーボンナノチューブを用いることも可能
である。
ノチューブ」ということがある）としては、生体高分子
に対して通電する状態にあれば特に制限されず、単一壁
もしくは多重壁カーボンナノチューブを用いることが可
能であり、その直径が０．５ｎｍ以上５０ｎｍ以下のも
のを使用するのが好ましい。また導電性を備えていれば
束状になったカーボンナノチューブを用いることも可能
である。
【００１８】本発明の電気接続体の製造方法によれば、
カーボンナノチューブを生体高分子に接触させるだけ
で、または接触させた後、通電することで、安定な接合
状態が得られる。かかる接合状態が得られる原理は、必
ずしも明らかではないが、以下のような作用によるもの
と考えられる。
カーボンナノチューブを生体高分子に接触させるだけ
で、または接触させた後、通電することで、安定な接合
状態が得られる。かかる接合状態が得られる原理は、必
ずしも明らかではないが、以下のような作用によるもの
と考えられる。
【００１９】カーボンナノチューブは、グラファイトが
円筒形に閉じた構造をしており、その表面には強いファ
ンデルワールス力が生じる。したがって、化学的な極性
基（ＯＨ基、ＣＯＯＨ基等）やイオンが存在すると強い
引力が生じる。また、カーボンナノチューブは炭素単体
の化学物質なので、金属とは異なり、表面が酸化されに
くく、表面の原子配列が常に同じである。
円筒形に閉じた構造をしており、その表面には強いファ
ンデルワールス力が生じる。したがって、化学的な極性
基（ＯＨ基、ＣＯＯＨ基等）やイオンが存在すると強い
引力が生じる。また、カーボンナノチューブは炭素単体
の化学物質なので、金属とは異なり、表面が酸化されに
くく、表面の原子配列が常に同じである。
【００２０】一方、ＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質等の生
体高分子では、ＤＮＡとＲＮＡの表面はＮａ原子とのイ
オン結合で安定化されており、水中等で化学平衡状態に
よりＮａが解離すると、強い負の極性を有する。また、
タンパク質の表面には３種類の非共有結合が存在する。
すなわち、ポリペプチド骨格を形成するアミノ酸に由来
するイオン結合や水素結合（たとえば、カルボキシル基
とアミン基間のイオン結合やカルボニル基とアミド基間
の水素結合）、および、折り畳み構造からくるファンデ
ルワールス力である。したがって、タンパク質を構成す
るポリペプチド表面には極性側鎖が多数存在し、通常の
タンパク質分子表面には、極性側鎖が分子の外表面に並
び、強い水素結合を生むことになる。
体高分子では、ＤＮＡとＲＮＡの表面はＮａ原子とのイ
オン結合で安定化されており、水中等で化学平衡状態に
よりＮａが解離すると、強い負の極性を有する。また、
タンパク質の表面には３種類の非共有結合が存在する。
すなわち、ポリペプチド骨格を形成するアミノ酸に由来
するイオン結合や水素結合（たとえば、カルボキシル基
とアミン基間のイオン結合やカルボニル基とアミド基間
の水素結合）、および、折り畳み構造からくるファンデ
ルワールス力である。したがって、タンパク質を構成す
るポリペプチド表面には極性側鎖が多数存在し、通常の
タンパク質分子表面には、極性側鎖が分子の外表面に並
び、強い水素結合を生むことになる。
【００２１】このようなＤＮＡやＲＮＡ分子上に、カー
ボンナノチューブを電極とし接触（接続）させると、ま
たは接触させて通電すると、ＤＮＡやＲＮＡ分子表面の
Ｎａ +イオンが拡散し、ＤＮＡやＲＮＡ分子とカーボン
ナノチューブとの安定的な接触が実現できる。
ボンナノチューブを電極とし接触（接続）させると、ま
たは接触させて通電すると、ＤＮＡやＲＮＡ分子表面の
Ｎａ +イオンが拡散し、ＤＮＡやＲＮＡ分子とカーボン
ナノチューブとの安定的な接触が実現できる。
【００２２】図１により具体的に説明すると、カーボン
ナノチューブ１がＤＮＡ表面に近づくと、カーボンナノ
チューブのファンデルワールス力の影響により、ＤＮＡ
表面とＮａ+イオンとのイオン結合が弱くなり、Ｎａ+イ
オンがＤＮＡから解離しやすくなる。ここに電圧を印加
し、電流を流すことで、Ｎａ+イオンがＤＮＡやカーボ
ンナノチューブの内部に拡散し、カーボンナノチューブ
２のようにＤＮＡと接触する。こうした接触は、カーボ
ンナノチューブとＤＮＡとの清浄表面による作用する静
電引力によるものであるために、非常に安定しており、
強い相互作用により接触している。このような接触は、
通常の金属では、表面に酸化膜が存在するため、不可能
である。
ナノチューブ１がＤＮＡ表面に近づくと、カーボンナノ
チューブのファンデルワールス力の影響により、ＤＮＡ
表面とＮａ+イオンとのイオン結合が弱くなり、Ｎａ+イ
オンがＤＮＡから解離しやすくなる。ここに電圧を印加
し、電流を流すことで、Ｎａ+イオンがＤＮＡやカーボ
ンナノチューブの内部に拡散し、カーボンナノチューブ
２のようにＤＮＡと接触する。こうした接触は、カーボ
ンナノチューブとＤＮＡとの清浄表面による作用する静
電引力によるものであるために、非常に安定しており、
強い相互作用により接触している。このような接触は、
通常の金属では、表面に酸化膜が存在するため、不可能
である。
【００２３】なお、単にＤＮＡやＲＮＡとカーボンナノ
チューブを接触させるだけでも、金属との接続の場合よ
り付着力は強くなるので、この状態の電気接続体を利用
することもできる。その場合には、生体高分子の電気特
性を利用するためにカーボンナノチューブに通電した時
に、接続がより安定化する作用を生じる。あるいは、生
体高分子の電気特性を利用する本使用に供する前に通電
して、より安定した電気接続を形成した後、実際の使用
に供することも可能である。また、カーボンナノチュー
ブを生体高分子に接触させた後、電流を流すと（通電す
ると）、電気的な相互作用がより大きくなり、より安定
した接触状態が得られる。通電する際の電流は、０．１
〜１００ｎＡとすることが好ましく、５〜５０ｎＡとす
ることがより好ましい。
チューブを接触させるだけでも、金属との接続の場合よ
り付着力は強くなるので、この状態の電気接続体を利用
することもできる。その場合には、生体高分子の電気特
性を利用するためにカーボンナノチューブに通電した時
に、接続がより安定化する作用を生じる。あるいは、生
体高分子の電気特性を利用する本使用に供する前に通電
して、より安定した電気接続を形成した後、実際の使用
に供することも可能である。また、カーボンナノチュー
ブを生体高分子に接触させた後、電流を流すと（通電す
ると）、電気的な相互作用がより大きくなり、より安定
した接触状態が得られる。通電する際の電流は、０．１
〜１００ｎＡとすることが好ましく、５〜５０ｎＡとす
ることがより好ましい。
【００２４】一方、タンパク質とカーボンナノチューブ
とを接触させると、タンパク質分子表面の極性基とカー
ボンナノチューブとの間に強い引力が生まれ、既述のよ
うに接触だけでも安定的な電気接続が実現できる。ま
た、カーボンナノチューブの開いた端（端部）に酸（硝
酸や硫酸、もしくはその混合液）で化学処理すること
で、例えば、カルボキシル基のようにタンパク質やＤＮ
Ａ、ＲＮＡ等の生体高分子と引力を生じる極性基を付加
させると、端部のみに強い極性が生まれ、生体高分子に
対して選択的な電気接続も可能になる。即ち、生体高分
子を構成する分子のうち、特定の箇所にカーボンナノチ
ューブを接続させるようにするには、その箇所を構成す
る高分子との間に引力を形成する極性基をカーボンナノ
チューブの端部に結合させてやればよい。同様に、生体
高分子の特定の箇所にカーボンナノチューブの端部を接
続したくない場合には、その箇所を構成する分子と反発
する極性基を結合させることで、カーボンナノチューブ
の端部が接続されるのを防ぎ、カーボンナノチューブの
側面で接続させることが可能となる。ここで、「端部」
とは、カーボンナノチューブの長さＬのうち、先端から
０．１×Ｌ（好ましくは、０．０１×Ｌ）の領域をい
う。
とを接触させると、タンパク質分子表面の極性基とカー
ボンナノチューブとの間に強い引力が生まれ、既述のよ
うに接触だけでも安定的な電気接続が実現できる。ま
た、カーボンナノチューブの開いた端（端部）に酸（硝
酸や硫酸、もしくはその混合液）で化学処理すること
で、例えば、カルボキシル基のようにタンパク質やＤＮ
Ａ、ＲＮＡ等の生体高分子と引力を生じる極性基を付加
させると、端部のみに強い極性が生まれ、生体高分子に
対して選択的な電気接続も可能になる。即ち、生体高分
子を構成する分子のうち、特定の箇所にカーボンナノチ
ューブを接続させるようにするには、その箇所を構成す
る高分子との間に引力を形成する極性基をカーボンナノ
チューブの端部に結合させてやればよい。同様に、生体
高分子の特定の箇所にカーボンナノチューブの端部を接
続したくない場合には、その箇所を構成する分子と反発
する極性基を結合させることで、カーボンナノチューブ
の端部が接続されるのを防ぎ、カーボンナノチューブの
側面で接続させることが可能となる。ここで、「端部」
とは、カーボンナノチューブの長さＬのうち、先端から
０．１×Ｌ（好ましくは、０．０１×Ｌ）の領域をい
う。
【００２５】このように、カーボンナノチューブと生体
高分子とが安定して接続されるため、接触抵抗値がのず
れが１０％以下の安定な電気接続を実現することが可能
となる。
高分子とが安定して接続されるため、接触抵抗値がのず
れが１０％以下の安定な電気接続を実現することが可能
となる。
【００２６】本発明の製造方法により製造される電気接
続体は、カーボンナノチューブを電極として用い、その
電極が生体高分子に接触している簡易かつ微細な構成を
有しているため、ｎｍレベルの電気配線が可能となり、
抵抗率が５ＭΩ・ｃｍ以上の絶縁体である生体高分子を
用いた場合にも、例えば、電子素子としてその電気特性
を利用することが可能となる。前記電子素子の具体例と
しては、整流器、トランジスタ、スイッチング素子、集
積回路、太陽電池、光センサー、化学物質官能性センサ
ー等を挙げることができるまた、前記電気接続体の原理
を利用して電気配線を行えば、すなわち、前記電極を生
体高分子接触させることで電気接続を行う電気配線方法
を利用すれば、ＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質等の生体高
分子と安定な電気的配線が可能になり、例えば半導体デ
バイス等の電子産業において広く活用できる。
続体は、カーボンナノチューブを電極として用い、その
電極が生体高分子に接触している簡易かつ微細な構成を
有しているため、ｎｍレベルの電気配線が可能となり、
抵抗率が５ＭΩ・ｃｍ以上の絶縁体である生体高分子を
用いた場合にも、例えば、電子素子としてその電気特性
を利用することが可能となる。前記電子素子の具体例と
しては、整流器、トランジスタ、スイッチング素子、集
積回路、太陽電池、光センサー、化学物質官能性センサ
ー等を挙げることができるまた、前記電気接続体の原理
を利用して電気配線を行えば、すなわち、前記電極を生
体高分子接触させることで電気接続を行う電気配線方法
を利用すれば、ＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質等の生体高
分子と安定な電気的配線が可能になり、例えば半導体デ
バイス等の電子産業において広く活用できる。
【００２７】以下、本発明の電気接続体の製造方法を、
好ましい実施形態を挙げて説明する。生体高分子とし
て、天然のＤＮＡやＲＮＡを用いる場合には、ＤＮＡや
ＲＮＡにタンパク質等の不純物が含まれているために、
精製を行う必要がある。例えば、ＤＮＡの精製は、以下
のようにすることが好ましい。まず、メタノールやエタ
ノール等のアルコール；メチルエーテルやエチルエーテ
ル等のエーテル類；等で不純物となるタンパク質を除去
する。次に、バッファー液（塩化ナトリウム３００ｍ
Ｍ、炭酸ナトリウム１０ｍＭ、ＥＤＴＡ５ｍＭ）で２〜
３回洗浄し、不純物を取り除く。ＤＮＡの純度をさらに
望む場合は、電気泳動法でＤＮＡを単離することが好ま
しい。バッファー液で洗浄後濾過し、塩類を除去するた
めに、例えば、エタノール水混合溶液（エタノール２０
％、水８０％）に分散させる。エタノールは蒸留後、ポ
ア径０．１μｍのフィルターで濾過したもの、また、水
は超純水（抵抗値１０18Ω以上）を用いるのが好適であ
る。このエタノール水混合溶液で２〜３回の塩類除去を
行い、ＤＮＡもしくはＲＮＡの濃度を０．０１〜０．１
質量％に調整する。不純物除去過程でＤＮＡ（もしくは
ＲＮＡ）分子は凝集し球体となりやすい。したがって、
エタノール水混合溶液中で１日から１０日の範囲で保持
し、展開させる。このときの保持温度は２〜１０℃以内
が好ましく、通常、７℃で保持した場合、７日間でＤＮ
Ａ分子は繊維状に展開する。なお、ＲＮＡも同様な方法
で精製することができる。
好ましい実施形態を挙げて説明する。生体高分子とし
て、天然のＤＮＡやＲＮＡを用いる場合には、ＤＮＡや
ＲＮＡにタンパク質等の不純物が含まれているために、
精製を行う必要がある。例えば、ＤＮＡの精製は、以下
のようにすることが好ましい。まず、メタノールやエタ
ノール等のアルコール；メチルエーテルやエチルエーテ
ル等のエーテル類；等で不純物となるタンパク質を除去
する。次に、バッファー液（塩化ナトリウム３００ｍ
Ｍ、炭酸ナトリウム１０ｍＭ、ＥＤＴＡ５ｍＭ）で２〜
３回洗浄し、不純物を取り除く。ＤＮＡの純度をさらに
望む場合は、電気泳動法でＤＮＡを単離することが好ま
しい。バッファー液で洗浄後濾過し、塩類を除去するた
めに、例えば、エタノール水混合溶液（エタノール２０
％、水８０％）に分散させる。エタノールは蒸留後、ポ
ア径０．１μｍのフィルターで濾過したもの、また、水
は超純水（抵抗値１０18Ω以上）を用いるのが好適であ
る。このエタノール水混合溶液で２〜３回の塩類除去を
行い、ＤＮＡもしくはＲＮＡの濃度を０．０１〜０．１
質量％に調整する。不純物除去過程でＤＮＡ（もしくは
ＲＮＡ）分子は凝集し球体となりやすい。したがって、
エタノール水混合溶液中で１日から１０日の範囲で保持
し、展開させる。このときの保持温度は２〜１０℃以内
が好ましく、通常、７℃で保持した場合、７日間でＤＮ
Ａ分子は繊維状に展開する。なお、ＲＮＡも同様な方法
で精製することができる。
【００２８】一方、タンパク質は、その形や分子サイズ
等に様々なものが存在し、一般には、クロマトグラフィ
ーで分離精製することが好ましい。ここでは、イオン交
換クロマトグラフィー、ゲル濾過クロマトグラフィー、
アフィニティークロマトグラフィーの原理を組み合わせ
て、クロマトグラフィーの分離カラムを構成し、目的に
応じたタンパク質を分離することが好ましい。次に、一
次元ポリアクリルアミドゲル電気泳動法で分離すること
により、目的のタンパク質の精製度を知ることができ
る。さらに詳細なタンパク質の分離には二次元ポリアク
リルアミドゲル電気泳動法で分離精製することが好まし
い。
等に様々なものが存在し、一般には、クロマトグラフィ
ーで分離精製することが好ましい。ここでは、イオン交
換クロマトグラフィー、ゲル濾過クロマトグラフィー、
アフィニティークロマトグラフィーの原理を組み合わせ
て、クロマトグラフィーの分離カラムを構成し、目的に
応じたタンパク質を分離することが好ましい。次に、一
次元ポリアクリルアミドゲル電気泳動法で分離すること
により、目的のタンパク質の精製度を知ることができ
る。さらに詳細なタンパク質の分離には二次元ポリアク
リルアミドゲル電気泳動法で分離精製することが好まし
い。
【００２９】電極材料として用いるカーボンナノチュー
ブは、アーク放電法やレーザーアブレーション法で作製
する。カーボンナノチューブには、単一壁と多重壁のも
のがあり、それらの直径は、単一壁カーボンナノチュー
ブで０．５ｎｍから３ｎｍ、多重壁カーボンナノチュー
ブで５ｎｍから２０ｎｍである。
ブは、アーク放電法やレーザーアブレーション法で作製
する。カーボンナノチューブには、単一壁と多重壁のも
のがあり、それらの直径は、単一壁カーボンナノチュー
ブで０．５ｎｍから３ｎｍ、多重壁カーボンナノチュー
ブで５ｎｍから２０ｎｍである。
【００３０】次に、ＤＮＡやＲＮＡとカーボンナノチュ
ーブを接触させる方法について説明する。まず、ＤＮ
Ａ、ＲＮＡ、タンパク質等の生体高分子（以下、「試
料」という）より電気抵抗の高い絶縁性基板（酸化シリ
コン、サファイヤ、マイカ等）を用意し、その上に液中
で展開した試料の分子を固定する。次に、任意の方法で
電極となる二本以上のカーボンナノチューブを試料の分
子上にのせる。このとき、電極となるカーボンナノチュ
ーブのそれぞれの距離は、電気的に独立した状態を保ち
つつ、試料の分子上で１ｎｍ以上５０ｎｍ以下であるこ
とが好ましい。次に、カーボンナノチューブ間に電圧を
かけ、試料の分子と電極となるカーボンナノチューブを
固定し、電気的に接続させる。このとき、電極となるカ
ーボンナノチューブ間に印加する電圧は１Ｖ以上２０Ｖ
以下が好ましく、電極となるカーボンナノチューブおよ
び試料に流れる電流値は、０．１ｎＡ以上１００ｎＡ以
下が好ましい。
ーブを接触させる方法について説明する。まず、ＤＮ
Ａ、ＲＮＡ、タンパク質等の生体高分子（以下、「試
料」という）より電気抵抗の高い絶縁性基板（酸化シリ
コン、サファイヤ、マイカ等）を用意し、その上に液中
で展開した試料の分子を固定する。次に、任意の方法で
電極となる二本以上のカーボンナノチューブを試料の分
子上にのせる。このとき、電極となるカーボンナノチュ
ーブのそれぞれの距離は、電気的に独立した状態を保ち
つつ、試料の分子上で１ｎｍ以上５０ｎｍ以下であるこ
とが好ましい。次に、カーボンナノチューブ間に電圧を
かけ、試料の分子と電極となるカーボンナノチューブを
固定し、電気的に接続させる。このとき、電極となるカ
ーボンナノチューブ間に印加する電圧は１Ｖ以上２０Ｖ
以下が好ましく、電極となるカーボンナノチューブおよ
び試料に流れる電流値は、０．１ｎＡ以上１００ｎＡ以
下が好ましい。
【００３１】カーボンナノチューブを操作し、試料の分
子の任意の箇所に接続させる方法としては、原子間力顕
微鏡（ａｔｏｍｉｃ ｆｏｒｃｅ ｍａｉｃｒｏｓｃｏ
ｐｅ：ＡＦＭ、以下、ＡＦＭと記載する）を用いる方法
がある。ＡＦＭは、カンチレバーに取り付けられた鋭い
プローブが試料表面を走査する際、試料の凹凸に従って
得られるカンチレバーのたわみ量を光りてこ法で測定
し、試料の凹凸像を得る測定装置である。しかし、一般
のＡＦＭではプローブを１本しか有していないので、３
本以上のプローブを有するマルチプローブＡＦＭを用い
ることが好ましい。
子の任意の箇所に接続させる方法としては、原子間力顕
微鏡（ａｔｏｍｉｃ ｆｏｒｃｅ ｍａｉｃｒｏｓｃｏ
ｐｅ：ＡＦＭ、以下、ＡＦＭと記載する）を用いる方法
がある。ＡＦＭは、カンチレバーに取り付けられた鋭い
プローブが試料表面を走査する際、試料の凹凸に従って
得られるカンチレバーのたわみ量を光りてこ法で測定
し、試料の凹凸像を得る測定装置である。しかし、一般
のＡＦＭではプローブを１本しか有していないので、３
本以上のプローブを有するマルチプローブＡＦＭを用い
ることが好ましい。
【００３２】カーボンナノチューブを操作し、さらに電
流を流すことのできるマルチプローブＡＦＭの一態様を
図２に示す。当該マルチプローブＡＦＭにおいては、３
つのプローブを用いており、かつ、そのうちの１つのカ
ーボンナノチューブプローブ３０ａが原子間力顕微鏡
（ａｔｏｍｉｃ ｆｏｒｃｅ ｍｉｃｏｒｏｓｃｏｐ
ｅ；ＡＦＭ）用のプローブとなっている。カーボンナノ
チューブプローブ３０ａは、プローブ支持体３４ａのピ
ラミッド状の形態の走査部３６の先端に固定されてい
る。また、他の２本のカーボンナノチューブプローブ３
０ｂ，３０ｃは、１つのプローブ支持体３４ｂの先端
に、「ハ」の字型にやや開いた状態で、それぞれ電気的
に独立して固定されている。プローブ支持体３４ｂは、
ピエゾアクチュエータ３２に接合され、３次元的に自由
に動かすことができるように構成されており、試料４４
が基板４２上に載せられている。
流を流すことのできるマルチプローブＡＦＭの一態様を
図２に示す。当該マルチプローブＡＦＭにおいては、３
つのプローブを用いており、かつ、そのうちの１つのカ
ーボンナノチューブプローブ３０ａが原子間力顕微鏡
（ａｔｏｍｉｃ ｆｏｒｃｅ ｍｉｃｏｒｏｓｃｏｐ
ｅ；ＡＦＭ）用のプローブとなっている。カーボンナノ
チューブプローブ３０ａは、プローブ支持体３４ａのピ
ラミッド状の形態の走査部３６の先端に固定されてい
る。また、他の２本のカーボンナノチューブプローブ３
０ｂ，３０ｃは、１つのプローブ支持体３４ｂの先端
に、「ハ」の字型にやや開いた状態で、それぞれ電気的
に独立して固定されている。プローブ支持体３４ｂは、
ピエゾアクチュエータ３２に接合され、３次元的に自由
に動かすことができるように構成されており、試料４４
が基板４２上に載せられている。
【００３３】上記マルチプローブＡＦＭを使用して、カ
ーボンナノチューブをＤＮＡ等の生体高分子上に接触さ
せるには、以下に説明するようにすることが好ましい。
まず、目的のＤＮＡ分子の場所をマルチプローブＡＦＭ
で観察しながら特定する。次に、電極となる１のカーボ
ンナノチューブを、マルチプローブＡＦＭで移動させな
がら、ＤＮＡ分子と交差させながら当接させる。同様に
して、当該１のカーボンナノチューブと一定の間隔を有
するように、他のカーボンナノチューブをＤＮＡ分子と
交差させながら当接させる。必要に応じて、同様の操作
を繰返す。
ーボンナノチューブをＤＮＡ等の生体高分子上に接触さ
せるには、以下に説明するようにすることが好ましい。
まず、目的のＤＮＡ分子の場所をマルチプローブＡＦＭ
で観察しながら特定する。次に、電極となる１のカーボ
ンナノチューブを、マルチプローブＡＦＭで移動させな
がら、ＤＮＡ分子と交差させながら当接させる。同様に
して、当該１のカーボンナノチューブと一定の間隔を有
するように、他のカーボンナノチューブをＤＮＡ分子と
交差させながら当接させる。必要に応じて、同様の操作
を繰返す。
【００３４】また、電極となるカーボンナノチューブを
硝酸硫酸混合液（硝酸（６８％）：硫酸（９６％）＝
３：１）中に０．０１重量％の濃度で混ぜ、２時間の超
音波振とうを行うと、カーボンナノチューブの両末端に
カルボキシル基が付加する。こうしたカーボンナノチュ
ーブを電極として用いると、試料の極性によって、カー
ボンナノチューブの端部で選択的に試料と接続させるこ
ともできる。
硝酸硫酸混合液（硝酸（６８％）：硫酸（９６％）＝
３：１）中に０．０１重量％の濃度で混ぜ、２時間の超
音波振とうを行うと、カーボンナノチューブの両末端に
カルボキシル基が付加する。こうしたカーボンナノチュ
ーブを電極として用いると、試料の極性によって、カー
ボンナノチューブの端部で選択的に試料と接続させるこ
ともできる。
【００３５】
【実施例】以下に本発明の実施例を示すが、本発明はこ
れらの例に制限されるものではない。
れらの例に制限されるものではない。
【００３６】（実施例１）ＤＮＡとして天然のサケの精
子から分離したＤＮＡ使用した。タンパク質等の不純物
を除去するために、エタノール（９９．９％）１００ｍ
ｌ中に、１０ｍｇのＤＮＡを分散させた。常温で撹拌を
３０分間行い、ポア径１μｍのＰＴＦＥフィルターで濾
過した。この操作を３回行い、次に、バッファー液（塩
化ナトリウム３００ｍＭ、炭酸ナトリウム１０ｍＭ、Ｅ
ＤＴＡ５ｍＭ）１００ｍｌ中にタンパク質を除去したＤ
ＮＡを分散させた。水は超純水（抵抗値１８ＭΩ以上）
を用いた。常温で撹拌を３０分間行い、ポア径１μｍの
ＰＴＦＥフィルターで濾過し、不純物を取り除いた。最
後に塩類を除去するために、エタノール水混合溶液（エ
タノール２０％、水８０％）に分散させた。ここで用い
るエタノールは蒸留後、ポア径０．１μｍのフィルター
で濾過したものを用いた。また、水は超純水（抵抗値１
８ＭΩ以上、紫外線滅菌）を用いた。
子から分離したＤＮＡ使用した。タンパク質等の不純物
を除去するために、エタノール（９９．９％）１００ｍ
ｌ中に、１０ｍｇのＤＮＡを分散させた。常温で撹拌を
３０分間行い、ポア径１μｍのＰＴＦＥフィルターで濾
過した。この操作を３回行い、次に、バッファー液（塩
化ナトリウム３００ｍＭ、炭酸ナトリウム１０ｍＭ、Ｅ
ＤＴＡ５ｍＭ）１００ｍｌ中にタンパク質を除去したＤ
ＮＡを分散させた。水は超純水（抵抗値１８ＭΩ以上）
を用いた。常温で撹拌を３０分間行い、ポア径１μｍの
ＰＴＦＥフィルターで濾過し、不純物を取り除いた。最
後に塩類を除去するために、エタノール水混合溶液（エ
タノール２０％、水８０％）に分散させた。ここで用い
るエタノールは蒸留後、ポア径０．１μｍのフィルター
で濾過したものを用いた。また、水は超純水（抵抗値１
８ＭΩ以上、紫外線滅菌）を用いた。
【００３７】分散後、１０分間振とうし、遠心分離法で
分離した（回転数３００ｒｐｍ、回転時間１時間）。こ
の操作を３回行い、最終的にＤＮＡの濃度を０．０２％
に調整した。
分離した（回転数３００ｒｐｍ、回転時間１時間）。こ
の操作を３回行い、最終的にＤＮＡの濃度を０．０２％
に調整した。
【００３８】次に、ＤＮＡ分子を酸化シリコン基板上に
展開し、マルチプローブＡＦＭでＤＮＡ分子上に電極と
してのカーボンナノチューブを２本接触させた。２本の
カーボンナノチューブの間隔は、２０ｎｍとした。な
お、前記カーボンナノチューブは、アーク放電によって
得られた単一壁のものを用いた。
展開し、マルチプローブＡＦＭでＤＮＡ分子上に電極と
してのカーボンナノチューブを２本接触させた。２本の
カーボンナノチューブの間隔は、２０ｎｍとした。な
お、前記カーボンナノチューブは、アーク放電によって
得られた単一壁のものを用いた。
【００３９】このような状態で、ＤＮＡ分子とカーボン
ナノチューブの付着力の差を観測した。付着力測定の原
理を図３に示す。ＡＦＭのカンチレバーを試料に付着さ
せ、引き上げるときに作用する力が付着力である。すな
わち、図３中でｊｕｍｐ−ｏｕｔと記載している量が付
着力の大きさを示す。したがって、プローブを金とカー
ボンナノチューブとに変えて、ＤＮＡとの付着力量を比
較することで、電極の力学的な接合状態を測定すること
ができる。
ナノチューブの付着力の差を観測した。付着力測定の原
理を図３に示す。ＡＦＭのカンチレバーを試料に付着さ
せ、引き上げるときに作用する力が付着力である。すな
わち、図３中でｊｕｍｐ−ｏｕｔと記載している量が付
着力の大きさを示す。したがって、プローブを金とカー
ボンナノチューブとに変えて、ＤＮＡとの付着力量を比
較することで、電極の力学的な接合状態を測定すること
ができる。
【００４０】ＤＮＡを試料とし、プローブを金またはカ
ーボンナノチューブとし、付着力量の変化について、そ
れぞれ４回づつ測定した。結果を図４に示す。プローブ
が金の場合には、付着力が１０ｎＮから１５ｎＮである
のに対し、プローブがカーボンナノチューブの場合に
は、付着力が２０ｎＮから３０ｎＮであった。また、電
圧を１５Ｖ印加させた場合には、カーボンナノチューブ
とＤＮＡの付着力は、６５ｎＮから８０ｎＮへ上昇し
た。
ーボンナノチューブとし、付着力量の変化について、そ
れぞれ４回づつ測定した。結果を図４に示す。プローブ
が金の場合には、付着力が１０ｎＮから１５ｎＮである
のに対し、プローブがカーボンナノチューブの場合に
は、付着力が２０ｎＮから３０ｎＮであった。また、電
圧を１５Ｖ印加させた場合には、カーボンナノチューブ
とＤＮＡの付着力は、６５ｎＮから８０ｎＮへ上昇し
た。
【００４１】以上の結果より、カーボンナノチューブと
ＤＮＡ分子との力学的接合が金等の金属より強く、ＤＮ
Ａ分子との電気配線に好ましい材料であることが実証で
きた。
ＤＮＡ分子との力学的接合が金等の金属より強く、ＤＮ
Ａ分子との電気配線に好ましい材料であることが実証で
きた。
【００４２】（実施例２）実施例１と同様なＤＮＡに２
本のカーボンナノチューブを接続させ、実施例１と同様
にして、電圧印加前後での付着力の変化、および電気抵
抗値の変化を測定した。単一のＤＮＡ分子上でのカーボ
ンナノチューブの電極幅が３０ｎｍのとき、電圧を１５
Ｖ印加させた前後での電気抵抗の変化を測定した。バイ
アス電圧が０．２Ｖで、電流値をもとめると、電圧を１
５Ｖ印加させる前では、電流値は１５ｐＡから３０ｐＡ
であったが、電圧を１５Ｖ印加させた後では、電流値は
８０ｐＡ流れた。また、電圧を１５Ｖ印加させる前で
は、電流値は、１０ｐＡから１５ｐＡの揺らぎが生じた
が、電圧を１５Ｖ印加させた後で、電流値の揺らぎは５
ｐＡ／ｍｉｎ以下に低下した。また、基板上での電流の
漏れは、３ｐＡから４ｐＡなので、電圧を１５Ｖ印加さ
せた後でのカーボンナノチューブとＤＮＡ分子との接合
部での電流値の揺らぎは、１ｐＡ以下であると判断し
た。以上の結果より、カーボンナノチューブとＤＮＡ分
子とを接合させることが、電気配線に有効であることが
実証できた。
本のカーボンナノチューブを接続させ、実施例１と同様
にして、電圧印加前後での付着力の変化、および電気抵
抗値の変化を測定した。単一のＤＮＡ分子上でのカーボ
ンナノチューブの電極幅が３０ｎｍのとき、電圧を１５
Ｖ印加させた前後での電気抵抗の変化を測定した。バイ
アス電圧が０．２Ｖで、電流値をもとめると、電圧を１
５Ｖ印加させる前では、電流値は１５ｐＡから３０ｐＡ
であったが、電圧を１５Ｖ印加させた後では、電流値は
８０ｐＡ流れた。また、電圧を１５Ｖ印加させる前で
は、電流値は、１０ｐＡから１５ｐＡの揺らぎが生じた
が、電圧を１５Ｖ印加させた後で、電流値の揺らぎは５
ｐＡ／ｍｉｎ以下に低下した。また、基板上での電流の
漏れは、３ｐＡから４ｐＡなので、電圧を１５Ｖ印加さ
せた後でのカーボンナノチューブとＤＮＡ分子との接合
部での電流値の揺らぎは、１ｐＡ以下であると判断し
た。以上の結果より、カーボンナノチューブとＤＮＡ分
子とを接合させることが、電気配線に有効であることが
実証できた。
【００４３】（実施例３）実施例１と同様なＤＮＡに２
本のカーボンナノチューブ（それぞれ多重壁カーボンナ
ノチューブ）を接続させて、電圧印加前後での電流電圧
特性を比較した。電流電圧特性は、ソース電極およびド
レイン電極として前記２本のカーボンナノチューブを使
用し、ゲート電極として単一壁カーボンナノチューブを
使用した。ソース電極とドレイン電極の幅は８ｎｍと
し、ゲート電極幅は１．５ｎｍとした。また、下地基板
は酸化シリコンとした。実際には、単一のＤＮＡ分子上
でのカーボンナノチューブの電極幅が２０ｎｍのとき、
カーボンナノチューブ電極間に電圧を１５Ｖ印加させた
前後での電流電圧特性を測定した。図５にその結果を示
す。電圧印加後、電流電圧特性が安定になっている。こ
のことから、カーボンナノチューブをＤＮＡの電気配線
に用いることが、トランジスタ等の電子デバイスに有用
なことが実証できた。
本のカーボンナノチューブ（それぞれ多重壁カーボンナ
ノチューブ）を接続させて、電圧印加前後での電流電圧
特性を比較した。電流電圧特性は、ソース電極およびド
レイン電極として前記２本のカーボンナノチューブを使
用し、ゲート電極として単一壁カーボンナノチューブを
使用した。ソース電極とドレイン電極の幅は８ｎｍと
し、ゲート電極幅は１．５ｎｍとした。また、下地基板
は酸化シリコンとした。実際には、単一のＤＮＡ分子上
でのカーボンナノチューブの電極幅が２０ｎｍのとき、
カーボンナノチューブ電極間に電圧を１５Ｖ印加させた
前後での電流電圧特性を測定した。図５にその結果を示
す。電圧印加後、電流電圧特性が安定になっている。こ
のことから、カーボンナノチューブをＤＮＡの電気配線
に用いることが、トランジスタ等の電子デバイスに有用
なことが実証できた。
【００４４】（実施例４）電極となるカーボンナノチュ
ーブを硝酸硫酸混合液（硝酸（６８％）：硫酸（９６
％）＝３：１）中に０．０１重量％の濃度で混ぜ、２時
間の超音波振動を行い、カーボンナノチューブの両末端
（カーボンナノチューブの長さ：１２０ｎｍ端部の領
域：先端から１ｎｍ）にカルボキシル基を付加させた。
こうしたカーボンナノチューブを電極として用いて、タ
ンパク質（グロブリン）分子に接合させた。このとき、
カルボキシル基有無でカーボンナノチューブとの付着力
の差を測定した。
ーブを硝酸硫酸混合液（硝酸（６８％）：硫酸（９６
％）＝３：１）中に０．０１重量％の濃度で混ぜ、２時
間の超音波振動を行い、カーボンナノチューブの両末端
（カーボンナノチューブの長さ：１２０ｎｍ端部の領
域：先端から１ｎｍ）にカルボキシル基を付加させた。
こうしたカーボンナノチューブを電極として用いて、タ
ンパク質（グロブリン）分子に接合させた。このとき、
カルボキシル基有無でカーボンナノチューブとの付着力
の差を測定した。
【００４５】カーボンナノチューブ末端にカルボキシル
基がない場合には、３８ｎＮから４５ｎＮであったが、
カルボキシル基を付加させると、８０ｎＮから１２０ｎ
Ｎに付着力が増加した。なお、金属電極とグロブリンと
を接触させたときは、ほとんど付着力が見られず、単に
接触している状態であった。したがって、カーボンナノ
チューブ末端にカルボキシル基を付加させることが、選
択的に力学的接合を強くし、タンパク質との電気配線に
好ましい材料であることが実証できた。
基がない場合には、３８ｎＮから４５ｎＮであったが、
カルボキシル基を付加させると、８０ｎＮから１２０ｎ
Ｎに付着力が増加した。なお、金属電極とグロブリンと
を接触させたときは、ほとんど付着力が見られず、単に
接触している状態であった。したがって、カーボンナノ
チューブ末端にカルボキシル基を付加させることが、選
択的に力学的接合を強くし、タンパク質との電気配線に
好ましい材料であることが実証できた。
【００４６】
【発明の効果】以上から、本発明によれば、ＤＮＡ、Ｒ
ＮＡ、タンパク質等の生体高分子との電気的接続を効率
よく行う電気配線を可能とする電気接続体の製造方法、
電気接続体を提供すること可能となり、ｎｍレベルの電
気配線を可能とする電気配線方法を提供することも可能
となる。
ＮＡ、タンパク質等の生体高分子との電気的接続を効率
よく行う電気配線を可能とする電気接続体の製造方法、
電気接続体を提供すること可能となり、ｎｍレベルの電
気配線を可能とする電気配線方法を提供することも可能
となる。
【図１】 ＤＮＡとカーボンナノチューブの接合の概念
図である。
図である。
【図２】 マルチプローブＡＦＭの概念図である。
【図３】 付着力測定の原理を示す説明図である。
【図４】 プローブによる付着力の変化を示す図であ
る。
る。
【図５】 実施例３の電流電圧特性を示す図である。
１、２ カーボンナノチューブ ３０ａ、３０ｂ、３０ｃ カーボンナノチューブプロー
ブ ３４ａ、３４ｂ プローブ支持体 ３２ ピエゾアクチュエータ ４２ 基板 ４４ 試料
ブ ３４ａ、３４ｂ プローブ支持体 ３２ ピエゾアクチュエータ ４２ 基板 ４４ 試料
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｎ 27/30 Ｃ１２Ｎ 15/00 Ｆ (72)発明者 重松 大志 神奈川県南足柄市竹松1600番地 富士ゼロ ックス株式会社内 (72)発明者 下谷 啓 神奈川県南足柄市竹松1600番地 富士ゼロ ックス株式会社内 (72)発明者 清水 正昭 神奈川県足柄上郡中井町境430グリーンテ クなかい 富士ゼロックス株式会社内 Ｆターム(参考） 4B024 AA11 CA01 CA11 HA12 4B029 AA23 BB20 CC03 CC08 FA12
Claims (16)
- 【請求項１】 カーボンナノチューブを電極とし、該電
極を生体高分子に接触させることを特徴とする電気接続
体の製造方法。 - 【請求項２】 カーボンナノチューブを電極とし、該電
極を生体高分子に接触させた後、前記電極と生体高分子
との間に電流を流すことを特徴とする電気接続体の製造
方法。 - 【請求項３】 前記電流を流す際の電圧が１〜２０Ｖで
あることを特徴とする請求項２に記載の電気接続体の製
造方法。 - 【請求項４】 前記生体高分子がＤＮＡあるいはＲＮＡ
であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載
の電気接続体の製造方法。 - 【請求項５】 前記生体高分子が極性基を有し、該極性
基と前記電極とを接触させることを特徴とする請求項１
に記載の電気接続体の製造方法。 - 【請求項６】 前記電極の端部に極性基を有し、該極性
基と前記生体高分子とを接触させることを特徴とする請
求項１に記載の電気接続体の製造方法。 - 【請求項７】 前記極性基が、カルボキシル基、カルボ
ニル基、水酸基、アミン基およびアミド基の少なくとも
１つから選ばれることを特徴とする請求項５または６に
記載の電気接続体の製造方法。 - 【請求項８】 少なくとも、カーボンナノチューブから
なる電極と、生体高分子と、からなる電気接続体であっ
て、前記電極が前記生体高分子に接触していることを特
徴とする電気接続体。 - 【請求項９】 前記生体高分子が、ＤＮＡあるいはＲＮ
Ａであって、該ＤＮＡあるいはＲＮＡの表面に存在する
Ｎａ+イオンが拡散した部分に前記電極が接触してなる
ことを特徴とする請求項８に記載の電気接続体。 - 【請求項１０】 前記電極がその端部に極性基を有し、
前記生体高分子がその一部に極性基を有し、それぞれの
極性基が互いに反発し、前記電極の端部が前記生体高分
子の極性基が存在する部分以外の部分に接触しているこ
とを特徴とする請求項８に記載の電気接続体。 - 【請求項１１】 少なくとも、カーボンナノチューブか
らなる電極と、生体高分子と、からなる電気接続体であ
って、前記電極が極性基を介して前記生体高分子と接触
してなることを特徴とする電気接続体。 - 【請求項１２】 前記極性基が、前記生体高分子の表面
に存在し、該生体高分子がタンパク質であることを特徴
とする請求項１１に記載の電気接続体。 - 【請求項１３】 前記極性基が、前記電極の端部に存在
することを特徴とする請求項１１に記載の電気接続体。 - 【請求項１４】 カーボンナノチューブからなる電極を
生体高分子に接触させることで電気接続を行うことを特
徴とする電気配線方法。 - 【請求項１５】 前記生体高分子と前記電極との電気接
続体の備える電気特性を利用する前に、前記生体高分子
と前記電極との電気接続を安定化するための通電を行う
ことを特徴とする請求項１４に記載の電気配線方法。 - 【請求項１６】 前記電極が、その端部に前記生体高分
子に対し引力を生ずる極性基を有することを特徴とする
請求項１４に記載の電気配線方法。
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|---|---|---|---|
| JP2001075834A JP3578098B2 (ja) | 2001-03-16 | 2001-03-16 | 電気接続体の製造方法、電気接続体および電気配線方法 |
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| CN01139644.XA CN1375891A (zh) | 2001-03-16 | 2001-11-30 | 电连接结构及其产生方法和电布线方法 |
| US11/227,127 US7678357B2 (en) | 2001-03-16 | 2005-09-16 | Electrical connection structure, production method thereof, and electric wiring method |
| US11/227,128 US7674447B2 (en) | 2001-03-16 | 2005-09-16 | Electrical connection structure |
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|---|---|
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| US (3) | US7048901B2 (ja) |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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