JP3989290B2 - Ｄｎａを利用した自己組織化ナノデバイス構造およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップの分野に関するものである。特に、本発明は、フィーチャ寸法が極めて小さい能動デバイスを含む半導体チップに関するものである。本発明はまた、前記のような寸法の能動フィーチャを含む半導体チップを形成する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シリコン・チップ上の能動デバイスの寸法の縮小は、フォトリソグラフィ技術上の制約のため、その限度に近付きつつある。たとえば、干渉や回折など放射線の波動特性により、デバイスの寸法および集積度が制限されることがある。このフォトリソグラフィ技術による制約の問題を解決するため、かなりの研究が行われている。
【０００３】
これらの研究は、移相リソグラフィなど、さらに他の新規の解決方法を開発することによる、問題の解決に向けられている。これらの研究に付随して、小体積への電子の閉じ込めを利用するデバイス設計が開発されている。このようなデバイス設計における３つの基本的カテゴリーは、量子ドット（ＱＤ）、共鳴トンネル・デバイス（ＲＴＤ）、および単一電子トランジスタ（ＳＥＴ）である。量子ドットについては、Ｒ．タートン（Turton）、「The Quantum Dot」、英国オックスフォード、Oxford University Press、（1995年）で詳細に論じられており、共鳴トンネル・デバイスについては、Ａ．Ｃ．シーボー（Seabaugh）他、Future Electron Devices（ＦＥＤ）J.、Vol. 3、Suppl. 1、p.9〜20（1993年）で詳細に論じられており、単一電子トランジスタについては、Ｍ．Ａ．カストナー（Kastner）、Rev. Mod. Phys.、Vol. 64、p. 849〜858、（1992年）で詳細に論じられている。これらの開示の全文を、参照として本明細書に添付する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ナノメートル・スケールのデバイス、すなわちナノデバイスを提供することである。本発明のもう１つの目的は、ナノデバイスを製造する方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の態様により、有機構造と、この有機構造の特定位置に結合した無機原子とを含む製造物が提供される。
【０００６】
本発明の他の態様は、Ｒループを含むＤＮＡ分子を含む構造を含む。ナノ粒子が、Ｒループ内部でＤＮＡ分子に結合している。
【０００７】
本発明の他の態様によれば、バイオ分子によって位置決めされた電極と、前記バイオ分子から隔離されたナノ粒子とを含む構造が提供される。
【０００８】
本発明のさらに他の態様によれば、自己組織化された有機テンプレートを利用して、無機材料を自己組織化する方法が提供される。この方法は、有機構造を形成し、この有機構造の特定位置に無機原子を結合させるステップを含む。
【０００９】
本発明のさらに他の態様によれば、基板と、前記基板上に設けた第１の電極および第２の電極と、前記第１の電極と第２の電極の間に延びる有機分子を含む構造が提供される。ナノ粒子が、前記有機分子に結合している。
【００１０】
さらに、本発明の態様によれば、構造を形成する方法が提供される。この方法は、基板上に第１の電極を形成するステップを含む。前記基板上に第２の電極も形成される。ＤＮＡ分子が、前記第１の電極と第２の電極の間に延びる。少なくとも１個のナノ粒子が、ＤＮＡ分子の少なくとも１カ所に挿入される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明によれば、フォトリソグラフィ技術に付随する問題を解決し、実際に回避する方法が提供される。得られたデバイスは一般に知られた技術により製造したものより大幅に小さくすることができる。したがって、本発明はナノメートル・スケールのデバイス、すなわちナノデバイスを製造する新規の方法を含む。本発明は、前記参照の共鳴トンネル・デバイスの範疇に該当すると考えられる。
【００１２】
このようなデバイスを製造するため、本発明はある種の生物学的分子が自己組織化する性質を利用する。たとえば、核酸と、その自己組織化する性質を含めて、核酸の諸性質を利用するものである。特に、本発明は、デオキシリボ核酸（ＤＮＡ）およびリボ核酸（ＲＮＡ）をデバイスの製造に利用する。
【００１３】
ＤＮＡおよびＲＮＡの性質はよく知られている。少数の核酸塩基が付着して、それより長い分子を形成する。ＤＮＡの場合、２個のこれらの長くなった分子が結合して、二重らせん構造を形成する。ＲＮＡ分子は通常、タンパク質合成の間に、２本鎖のＤＮＡの、１本の鎖を転写することにより形成される。背景を知るには、ルバート・ストライヤー（Lubert Stryer）、「BIOCHEMISTRY」、W.H. Freeman and Companyを参照されたい。この全文を、参照として本明細書に添付する。
【００１４】
本発明による構造は、通常本発明のナノデバイスが形成される基板を含む。この基板は、ガラスを含む。また、基板はガラスであっても他の材料であっても、どのような一般的な半導体材料を含むものでもよい。たとえば、基板はシリコンを含むものでもよい。
【００１５】
基板上には電極が配置される。通常、少なくとも２個の電極が基板上に配置される。これらの電極は、一般的なフォトリソグラフィ技術により基板上に形成される。
【００１６】
これらの電極は、あらゆる酸化物を含有しない、導電性材料で形成される。たとえば、これらの電極は、あらゆる貴金属、または貴金属を含む合金で形成することができる。好ましくは、これらの電極は、酸化物を含有しない金属で形成される。一例によれば、これらの電極は金で形成される。
【００１７】
図１（ａ）は、基板表面上、または基板中または基板上、あるいはその両方に形成した他の構造上に設けた２個の電極、すなわち第１の電極３および第２の電極５を有する基板１の実施態様を示す平面図である。第１の電極３および第２の電極５は、互いに近接して設けることができる。第１の電極と第２の電極の間隔は、実施態様により変えることができる。一例によれば、第１の電極と第２の電極の間隔は、約０．１μｍ〜約１００μｍである。通常、これらの電極の間隔は、約１μｍ〜約１０μｍとする。さらに、これらの電極の厚みは通常約２０ｎｍ〜約１０００ｎｍである。
【００１８】
第１の電極および第２の電極は、実施態様により種々の形状とすることができる。図１（ａ）は、第１の電極３と第２の電極５の末端が、相互に面する尖端７および９を有する例を示す。電極の側面２、４、６、および８は図１（ａ）に示す実施態様では湾曲しているが、これらの側面は直線状を含むあらゆる曲線でよい。第１の電極と第２の電極の、残りの部分の構成は、この残りの部分が電力を第１の電極と第２の電極に供給する電源への接続に必要な面積を有する限り、変えることができる。
【００１９】
本発明は、基板１上に第３の電極１１を含むことができる。この第３の電極１１はゲート電極と呼ぶ。第３の電極の機能については、下記に詳細に説明する。
【００２０】
図１（ａ）に示す実施態様で図示するように、第１の電極３と第２の電極５の間に第３の電極１１を配置することができる。第３の電極１１はまた、通常のフォトリソグラフィ技術を利用して形成することができるが、他の技術を利用してもよい。
【００２１】
第３の電極１１の構成、たとえば形状は、実施態様により変えることができる。たとえば、図１（ａ）に示す第３の電極１１は、実質的に長く、薄い長方形、換言すれば実質的に直線である。
【００２２】
第３の電極の厚みは、実施態様により変えることができる。たとえば、第３の電極の幅は約１００ｎｍ〜約５０００ｎｍでよい。第３の電極はできる限り薄いことが好ましい。一実施態様によれば、第３の電極の厚みは、約１００ｎｍ未満である。
【００２３】
第３の電極を含む３個の電極の寸法、特に厚みは、種々の要因によって決まる。たとえば、電極、特に第３の電極の厚みは、電極を製造する前記貴金属または合金などの、皮膜の品質によって決まる。第３の電極の寸法に影響を与える皮膜の品質特性には、平滑さ、導電性、および接着性がある。
【００２４】
第３の電極の位置は、実施態様により変えることができる。たとえば、第３の電極の目的により、その位置が決まる。一実施態様によれば、第３の電極１１の位置は、第１の電極３と第２の電極５の尖端７および９から等間隔である。一実施態様によれば、第３の電極は、第１の電極３と第２の電極５の尖端７および９を結ぶ線に垂直となるように配置される。
【００２５】
第１の電極３および第２の電極５と同様に、第３の電極１１もどのような導電性材料で製造してもよい。たとえば、第３の電極はどのような金属または合金で製造してもよい。好ましくは、第３の電極は酸化物を含有しない金属で製造する。一例によれば、第３の電極は金で形成されている。
【００２６】
図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す基板と、第１の電極、第２の電極、および第３の電極の実施態様を示す断面図である。
【００２７】
本発明は、第１の電極３と第２の電極５との間に第４の電極を含むものでもよい。図１１は、このような実施態様を示す。第４の電極は、実質的に前記の第３の電極に類似している。ある実施態様によれば、各対の電極間に１個以上の電極が延びていてもよい。
【００２８】
さらに、本発明は第１の電極３と第２の電極５のような電極の対を、１対以上含むことができる。たとえば、図１２に示す実施態様は、２対の電極を含む。図１２に示す各対の電極は、図１（ａ）に示す実施態様の第１の電極３と第２の電極５との間の電極１１に類似した電極を間に含んでいる。
【００２９】
電極を設けた後、フォトリソグラフィ技術、または他の技術を利用して、図１（ａ）に示す実施態様のように、少なくとも１個の有機構造を、第１の電極３と第２の電極５との間に延ばすことができる。しかし、この有機構造は２個の電極間に延びている必要はない。この少なくとも１個の有機構造は、少なくとも特定の１カ所に結合した、少なくとも１個の無機原子を含むことができる。この結合は、水素結合、イオン結合、共有結合その他どのような種類の結合でもよい。無機原子は、導電性があり、導体を形成するものでよい。
【００３０】
この有機構造に結合される少なくとも１個の無機原子は、ナノ粒子を含むことができる。このナノ粒子は、少なくとも１個の部分的に導電性材料を含むことができる。たとえば、ナノ粒子は、貴金属または貴金属合金からなる群から選択した少なくとも１つの材料を含むことができる。一例によれば、ナノ粒子は金である。
【００３１】
ナノ粒子は、複数の元素を含むことができる。たとえばナノ粒子が金であれば、この金は直径約１ｎｍ〜約１００ｎｍの球状とすることができる。この粒子は、少なくとも１つの界面活性剤でコーティングすることができる。この界面活性剤は、末端基ｘおよびｙを有することができる。基ｘおよびｙは、重合体の端部に配置することができる。たとえば、基ｘおよびｙは、重合体の両端に結合することができる。この重合体は、種々の単量体を含むことができる。単量体の例には下記のものがある。
【化１】
ここで、ｎ＞１、ＲおよびＲ’はＣＨ3、Ｃ2Ｈ5、または、
【化２】
である。
【００３２】
基ｘは−ＳＨを含むことができる。一方、基ｙは
【化３】
またはヌクレオチド塩基を含むことができる。
【００３３】
ｘ基は、金または銀の、たとえば粒子に結合することができる。ｙ基は、ヌクレオチドに結合することができる。ｙが酸基である場合、この酸基はＤＮＡ塩基のアミン基と反応することができる。ｙがヌクレオチド塩基である場合、この塩基はＤＮＡ分子と水素結合することができる。
【００３４】
上述のように、本発明は有機構造を含む。この有機構造は、前記のように第１の電極３と第２の電極５の間に延びることができる。この有機構造は、ＤＮＡを含むことができる。
【００３５】
本発明に含まれることができるＤＮＡは、一本鎖でも２本鎖でもよい。本発明による有機構造に含まれるＤＮＡ鎖の長さは、約３００〜約３００，０００の塩基、または２本鎖のＤＮＡの場合には塩基対とすることができる。また、ＤＮＡ分子の長さは、約０．１μｍ〜約１００μｍとすることができる。
【００３６】
１実施態様によれば、このＤＮＡはλ−ＤＮＡである。しかし、どのような塩基配列のＤＮＡ分子でも、本発明に使用することができる。換言すれば、ＤＮＡは任意に選択することができる。
【００３７】
本発明による有機構造に含まれるＤＮＡ分子は、Ｒループを含むものとすることができる。Ｒループの説明は、アサイ（Asai）およびコゴマ（Kogoma）、「D-Loops and R-Loops: Alternative Mechanism for the Initiation of Chromosome Replication in Escherichia coli」、JOURNAL OF BACTERIOLOGY、1994年4月、p.1807〜1812、ランドグラフ（Landgraf）他、「R-loop stability as a function of RNA structure and size」、NUCLEIC ACID RESEARCH、1995年、Vol. 23、No. 7、p.3516〜3523、ランドグラフ他、「Double stranded scission of DNA directed through sequence-specific R-loop formation」、NUCLEIC ACID RESEARCH、1995年、Vol. 23、No. 7、p.3524〜3530、およびマサイ（Masai）およびアライ（Arai）、「Mechanisms of primer RNA synthesis and D-loop/R-loop dependent DNA replication in Escherichia coli」、BIOCHEMIE（1996年）78、p.1109〜1117に記載されている。これらの内容の全体を、本明細書に参照として添付する。
【００３８】
Ｒループは、１個または複数のナノ粒子がＤＮＡ分子に付着する場所を設ける機能を有する。したがって、ＤＮＡ分子は少なくとも１個のＲループを含むことができる。図１１は、２個のＲループを含む実施態様を示す。
【００３９】
各Ｒループは、Ｒループ内でＤＮＡの一部に結合した、少なくとも１個のナノ粒子を含むことができる。２個以上のＲループを含むことに加え、各Ｒループ内のＤＮＡ分子の部分に、２個以上のナノ粒子を付着させることもできる。１個または複数のナノ粒子をＲループに付着させる諸ステップについては、下記に詳細に述べる。
【００４０】
このＲループは、前記の参照技術論文に開示されたものなど、Ｒループを形成するためのどのような既知の技術によって形成してもよい。ＤＮＡ分子の少なくとも一部に相補的な配列を有する少なくとも１個のＲＮＡ分子が、Ｒループの形成に利用することができる。上述のように、ＤＮＡ分子は２個以上のＲループを含んでもよい。したがって、２個以上のＲＮＡ分子を、ＤＮＡ分子中にＲループを形成するのに利用することができる。各ＲＮＡ分子は、ＤＮＡ分子の異なる配列に、相補的な配列を持つことができる。
【００４１】
１個または複数のＲループが形成される場所を制御するために、ＲＮＡ分子の配列を制御することができる。たとえば、ＤＮＡ分子が１個のＲループを含み、このＲループがＤＮＡ分子の中央に位置する場合、Ｒループ形成時に、ＲＮＡ分子が実質的にＤＮＡ分子の中央に、すなわちＤＮＡ分子の両端から等間隔に位置位置するように、ＲＮＡ分子はＤＮＡ分子の配列と相補的な配列を持つものとすることができる。図１１に示すような他の例によれば、Ｒループ形成時に、ＲＮＡ分子がＤＮＡ分子を実質的に等しい長さを有する３つの部分に分割するよう位置するように、ＲＮＡ分子はＤＮＡ分子の配列と相補的な配列を持つものとすることができる。
【００４２】
１個または複数のＲループを形成するのに使用するＲＮＡ分子の配列は、ＤＮＡ分子の下に置かれる電極に対するＤＮＡ分子の位置に応じて変えることができる。これらの線に沿って、ＲＮＡ分子はＲループが下層の電極の上に位置することができるように、配列を持つことができる。本発明が２個以上のＲループを含み、Ｒループがそれぞれ電極の上に位置する場合、Ｒループの形成に使用するＲＮＡ分子は、図１（ａ）に示す実施態様の、第３の電極１１のように、Ｒループが下層の電極の上に位置するように、配列を持つことができる。
【００４３】
上述のように、本発明は少なくとも１個のナノ粒子を含むことができる。ナノ粒子の有機構造への結合を容易にするために、ナノ粒子は、ナノ粒子に付着した１個以上の原子または基を含むことができる。１個以上のこのような原子または基を付着させることにより、ナノ粒子を「機能化」させることができる。
【００４４】
有機構造がＤＮＡ分子を含む場合、少なくとも１個のヌクレオチドをナノ粒子に付着させることができる。ナノ粒子に付着した少なくとも１個のヌクレオチドは通常、ＲＮＡ分子に付着しないＲループの部分にあるＤＮＡ分子のＲループ内の、少なくとも１個のヌクレオチドと相補的である。したがって、ナノ粒子に付着したヌクレオチドは、ＤＮＡ分子の配列と、ナノ粒子がＤＮＡ分子に付着するのが望ましい位置にあるＤＮＡ分子の配列に依存することができる。ナノ粒子と、ナノ粒子のＤＮＡ分子への付着に関しては前記に詳細に述べたとおりである。
【００４５】
ナノ粒子は、Ｒループ内のどこででもＤＮＡ分子の部分に付着してもよい。一実施態様によれば、ナノ粒子はＲループ内にある部分の中央付近でＤＮＡ分子に付着している。したがって、ナノ粒子の位置はＲループの位置に依存する。たとえば、ＤＮＡ分子がＤＮＡ分子の実質的に中央に１個のＲループを含む場合、ナノ粒子はＤＮＡ分子両端のほぼ中心でＤＮＡ分子に付着することができる。
【００４６】
本発明は、有機構造上に導電性材料を含むことができる。この導電性材料には、どのような導電性材料も含まれる。一実施態様によれば、銀がこの有機構造と塩を形成する。金属銀を有機構造上に設けてもよい。
【００４７】
有機構造上に設けた導電性材料は、この有機構造上に導体を与える。ある場合には、この導体は機能的構造の形成に使用される。有機構造上に設けた導電性材料は、有機構造上の導電性材料と下層の電極との間に静電結合を形成することができる。これは、ナノ粒子上の原子または原子団、あるいはその両方を機能化させることにより行うことができる。有機構造上の１個または複数の導体は、論理デバイスの形成に利用することができる。たとえば、下記に詳細に述べるように、本発明による構造は、他の構造の中で、ＡＮＤゲートおよびＯＲゲートの形成に利用することができる。
【００４８】
有機構造がＤＮＡ分子、ＤＮＡ分子中のＲループ、およびＤＮＡ分子に付着したナノ粒子を含む場合、有機構造上の導電性材料は、ＤＮＡ分子上のＲループの２側面に導体を形成する。
【００４９】
有機構造を、銀イオンを含有する溶液に浸漬することにより、有機材料に導電性コーティングを施すことができる。その後、溶液中の銀イオンはこの有機構造との銀塩を形成する。有機構造がＤＮＡを含む場合、この銀はＤＮＡ分子のリン酸基との塩を形成することができる。
【００５０】
塩の形成後、塩中の銀を、還元剤により金属銀に還元することができる。利用できる還元剤には、ハイドロキノン／ＯＨ-の後、ハイドロキノン／ＯＨ+の使用がある。
【００５１】
有機構造は、基板表面上の電極、たとえば図１（ａ）に示す第１の電極および第２の電極に接続することができる。これらの電極については詳細に上述されている。接続は種々の方法で行うことができる。たとえば、接続は、電極上に有機構造を付着させる場所を設けることにより実施することができる。
【００５２】
付着場所は、種々の構造により設けることができる。たとえば、１個または複数の原子または分子を、１個または複数の電極上に設けることができる。一例によれば、少なくとも１個の有機分子を少なくとも１個の電極上に設けることができる。この有機分子は、１個または複数の電極の表面に結合させることができる。
【００５３】
有機構造が第１の電極と第２の電極との間に延びるＤＮＡ分子を含む一例によれば、少なくとも１個のＤＮＡ分子またはＲＮＡ分子、あるいはその両方を、図１（ａ）に示す第１の電極３と第２の電極５に付着させることができる。有機構造がＤＮＡを含む場合、通常ＤＮＡは第１の電極と第２の電極の上に設けられる。このＤＮＡは、種々の方法により電極上に設けることができる。
【００５４】
一実施態様によれば、ＤＮＡは、電極への接続を容易にする原子または分子と結合している。たとえば、ＤＮＡは末端にイオウを有してもよい。末端にイオウを有する端部は、金電極の表面に付着することができる。末端にイオウを有する化合物が金の表面に結合することはよく知られている。
【００５５】
第１の電極と第２の電極との間に延びるＤＮＡ分子は、電極上のＤＮＡまたはＲＮＡ、あるいはその両方に結合することができる。たとえば、２つの電極間に延びるＤＮＡ分子と、前記の例のように、電極に付着した１個または複数のＤＮＡ分子の両方が、１本鎖の部分を有することができる。第１の電極と第２の電極との間に延びるＤＮＡ分子と、第１の電極と第２の電極に付着した１個または複数のＤＮＡ分子の、１本鎖の部分は、これら相互の結合を容易にするために、相補的な端部を有することができる。
【００５６】
一実施態様によれば、電極に付着したＤＮＡは、１本鎖の、末端にイオウを有するＤＮＡである。電極に結合するＤＮＡまたはＲＮＡが１本鎖であるか２本鎖であるかに関係なく、ＤＮＡまたはＲＮＡ、あるいはその両方は、約５個〜約２０個の塩基を含むことができる。しかし、ＤＮＡ分子またはＲＮＡ分子、あるいはその両方は、約１００個の塩基ほどの長さでもよい。たとえば、ＤＮＡ分子またはＲＮＡ分子、あるいはその両方は、約１５個〜約３０個の塩基を有するものでもよい。しかし、電極に結合するＤＮＡ分子またはＲＮＡ分子、あるいはその両方は、そのＤＮＡ分子またはＲＮＡ分子、あるいはその両方が、第１の電極と第２の電極の間に延びるＤＮＡ分子またはＲＮＡ分子、あるいはその両方が、確実に第１の電極および第２の電極に付着するように機能するのに必要なだけ、短くても長くてもよい。
【００５７】
さらに、電極に結合するＤＮＡまたはＲＮＡが１本鎖であるか２本鎖であるかに関係なく、１個の電極に付着するＤＮＡ分子またはＲＮＡ分子、あるいはその両方は、他方の電極に付着するＤＮＡ分子またはＲＮＡ分子、あるいはその両方と、塩基の配列が異なってもよい。また、第１の電極と第２の電極の間に延びるＤＮＡ分子またはＲＮＡ分子、あるいはその両方は、ＤＮＡ分子またはＲＮＡ分子、あるいはその両方と全体としては異なる配列を持つものでもよい。
【００５８】
ＤＮＡ分子が電極に付着し、このＤＮＡ分子が第１の電極と第２の電極の間に延びるＤＮＡ分子に結合する塩基の配列を有する実施態様によれば、第１の電極と第２の電極の間に延びるＤＮＡ分子は、第１の電極と第２の電極に付着するＤＮＡ分子に相補的な塩基の配列を有する「付着末端（sticky ends）」を含むことができる。
【００５９】
図２は、第１の電極と第２の電極の間に延びるＤＮＡ分子２１を示す。ＤＮＡ分子２１は、線状の形状で示されている。付着末端２３および２５は、ＤＮＡ分子の端部に設けられている。
【００６０】
第１の電極と第２の電極に付着するＤＮＡ分子を構築するか、あるいはその他の方法で得た後、電極に付着させることができる。ＤＮＡ分子を添加する溶液が生成される。まず、塩の水溶液を生成する。塩の一例は塩化ナトリウムである。各電極に異なる分子を付着させる場合、各ＤＮＡ分子をそれぞれ別の溶液に添加することができる。
【００６１】
溶液を生成した後、図３に示すように、１つの溶液の適量１３を第１の電極３上に載せ、他の溶液の適量１５を第２の電極５上に載せる。どの溶液をどの電極に載せるかは、第１の電極と第２の電極の間に延びるＤＮＡ分子がどのように配向するのが望ましいかに依存する。各電極に付着させる溶液の量は、溶液中のＤＮＡ、ＲＮＡ、または他の分子、あるいはこれら全部の濃度に依存する。
【００６２】
前記の要因を決定するのに際し、得られる最終構造が重要である。すなわち、電極３から電極５への、１個のＤＮＡの架橋を形成しなければならない。容量濃度は通常副次的である。流動する溶液も使用することができる。
【００６３】
電極に所望の分子を付着させるため、溶液を第１の電極および第２の電極に塗布した後、溶液を除去する。２個の電極間への有機構造の付着を容易にするため、通常、溶液は、ある数の分子が電極に付着するのに十分な時間、電極上に放置される。通常、溶液は約１０分〜約２０分間放置する。
【００６４】
溶液の除去は、多数の方法により行うことができる。たとえば、溶液を洗い流すことができる。たとえば、溶液を洗い流すのに水を使用することができる。通常、溶液は−Ｓ−Ａｕ結合に付着するどのような原子または基も含まない液体により洗い流す。また、加熱せずに乾燥させてもよい。一例によれば、エア・ガンを利用することができる。
【００６５】
図４は、溶液を除去した後の、第１の電極３および第２の電極５を示す。分子１７および１９は、第１の電極および第２の電極に付着したままになる。
【００６６】
アンカー分子となる分子１７および１９を電極に付着させた後、第１の電極と第２の電極の間に延びる構造を、たとえば図５に示すように塗布する。有機構造がＤＮＡを含む場合、ＤＮＡを電極上と電極間の空間の上にある基板に塗布する。有機構造は、溶液の形で塗布する。電極間にＤＮＡを架橋させる方法の１つは、ブラウン（Braun）他、「DNA-templated assembly and electrode attachment of a conducting silver wire」、Nature、Vol. 391、p.775〜777、1998年2月19日に開示されており、その全文を参照として本明細書に添付する。
【００６７】
第１の電極と第２の電極との間に延びる１個または複数のＤＮＡ分子を、基板と電極に塗布した後、電極に付着させたアンカー分子などの有機構造に結合させることができる。電極と、前記ＤＮＡなどのアンカー分子に対するＤＮＡ分子の望ましい配向を促進させるため、第１の電極と第２の電極の間に延びるＤＮＡを、それらに位置合わせする傾向の条件下に置くことができる。この条件は、ＤＮＡ分子を電場（Ｅフィールド）またはフロー・フィールドに置くことが含まれる。電場を使用する場合は、約１０4〜約１０6Ｖ／ｃｍとすることができる。一方、フロー・フィールドを使用する場合は、Ｖを約１〜約１００ｃｍ／秒とすることができる。
【００６８】
特定の方法でＤＮＡの位置合わせを促進させることにより、少なくとも１個のＤＮＡ分子が、確実に第１の電極と第２の電極の間に延びるようになる。通常、どのようにして「ＤＮＡ架橋」のみが電極間に形成されるか問題である。さらに、通常、図５にＤＮＡ架橋が示される領域の外側にＤＮＡ架橋は延びない。
【００６９】
１個または複数のＤＮＡ架橋の形成を容易にするために、ＤＮＡの標識に蛍光染料を使用することができる。実験は顕微鏡下で行う。１個の架橋が形成すると直ちに、ＤＮＡを含有する溶液を電極部分から除去する。
【００７０】
１個または複数のＤＮＡ分子を第１の電極および第２の電極に結合させた後、第１の電極と第２の電極の間に「架橋」を形成する各ＤＮＡ分子中に少なくとも１個のＲループを形成することができる。Ｒループは通常、前記の第３の電極など、他の電極の上に配置した第１の電極と第２の電極の間にあるＤＮＡ分子の領域中に形成する。Ｒループの形成については、上述のとおりである。図６は、第１の電極と第２の電極の間に延びるＤＮＡ分子２１を示す。このＤＮＡ分子は、第３の電極１１上のＤＮＡ分子の領域に１個のＲループ２７を含む。
【００７１】
１個または複数のＲループの形成後、ナノ粒子２９をＤＮＡ分子に結合させることができる。このナノ粒子は、Ｒループ内にあり、ＲＮＡ分子に付着していないＤＮＡ分子の一部に結合することができる。ＤＮＡ分子へのナノ粒子の付着を達成させるため、ナノ粒子の懸濁液を生成することができる。この懸濁液は、上述のように表面を変性したナノ粒子を含む。このナノ粒子は、約０．１％〜約１０％の濃度で、水に懸濁することができる。
【００７２】
溶液を生成した後、この溶液をＲループ上の領域に注入する。ナノ粒子２９に付着した「機能化」ヌクレオチド３１、原子、または分子、あるいはこれら全部が、Ｒループ内のＤＮＡに結合する。図７は、ヌクレオチド３１が付着したナノ粒子２９を示す。図７に示す実施態様では、４つのヌクレオチドがナノ粒子に付着している。通常、約１個〜約１０，０００個のヌクレオチドがナノ粒子に付着する。ナノ粒子に付着した１個または複数のヌクレオチドは、上に詳細に述べたように、Ｒループ内の１個または複数のヌクレオチドと相補的である。
【００７３】
ＤＮＡ分子に結合するナノ粒子上のヌクレオチドの場合、ナノ粒子上のヌクレオチドは、１個または複数のＤＮＡ分子のヌクレオチドと水素結合することができる。
【００７４】
図８（ａ）は、第１の電極３と第２の電極５との間に延びるＤＮＡ分子を示す。このＤＮＡ分子は、Ｒループ内のＤＮＡ分子に結合した１個のナノ粒子を有する１個のＲループを含む。図８（ｂ）は、Ｒループ２７を有する、ＲＮＡ３３に付着した、二重らせん構造で、さらにナノ粒子２９とそれに付着したヌクレオチド３１を有する、ＤＮＡ分子の実施態様の拡大図を示す。
【００７５】
１個または複数のナノ粒子を第１の電極と第２の電極との間に延びるＤＮＡ分子に付着させた後、導電性材料をＤＮＡ分子の上に設けることができる。銀の付着の一例は上述のとおりである。第１の電極と第２の電極との間に延びるＤＮＡ分子に銀を付着させても、銀イオンの密度が低いため、Ｒループ上には銀の顕著なシーディングおよび付着は生じない。
【００７６】
Ａｇ+イオンは、ＤＮＡのバックボーン中のリン酸イオンと塩を生成する。二重らせん中で、リン酸イオンのＯ-は、二重らせんの周囲に均一に分布する。しかし、鎖を形成するＲループ中での密度は約５０％低い。また、熱振動により、ＡｇイオンがＲループ上でＡｇに還元するにつれて、高密度領域、すなわち二重らせん領域に移行する。
【００７７】
図９は、第１の電極と第２の電極に付着させたＤＮＡ分子１７および１９に結合させることにより、第１の電極３と第２の電極５との間に延びるＤＮＡ分子２１上に、導電性材料３５をメッキした後の、本発明の一実施態様を示す平面図である。このＤＮＡ分子は、少なくとも１個のヌクレオチド３１が結合したナノ粒子２９を有する１個のＲループ２７を含む。図９に示す構造により、ＤＮＡ分子２１上の導電性材料３５とナノ粒子２９との間に静電結合３７が生じる。
【００７８】
図１０は、図９に示す実施態様の断面図である。図１０に見られるように、図示された構造でも、ナノ粒子２９と電極１１との間に静電結合３９が生じる。この電極１１はゲート電極と考えられる。
【００７９】
電極、電極間に延びるＤＮＡ分子、Ｒループ、ナノ粒子、または電極間の相互結合、または電極間に延びるＤＮＡ分子上に配置した導電性材料、あるいはこれら全部の数を操作することにより、本発明による構造を有する各種のデバイスを製造することができる。本発明の構造中の条件を操作することにより、ある種の効果を生み出すこともできる。たとえば、あるバイアスで、第１の電極と第２の電極との間に延びるＤＮＡ分子上の導電性材料中を流れる電流は、ナノ粒子の電荷を調整することにより制御することができる。これは、上述の、シーボー（Seabaugh）他が詳細に記載した、通常の共鳴トンネル・デバイスで行われる。
【００８０】
これらの線に沿って、図１１は、図９に示す実施態様中の電極３および５に類似する、２個の電極４１および４３を含む、本発明の一実施態様を示す。図１１に示した実施態様も、電極４１と電極４３の間に延びる少なくとも１個のＤＮＡ分子４５を含む有機構造を含む。導電性材料４７が、ＤＮＡ分子の上に配置されている。このＤＮＡ分子は、それぞれ１個のナノ粒子５３および５５が結合した２個のＲループ４９および５１を含んでいる。さらに、図１１に示す実施態様は、図９に示す実施態様中の電極１１に類似する、ゲート電極として機能する、Ｒループ４９および５１と、付随するナノ粒子５３および５５の下に配置した、２個の電極５７および５９を含む。図１１に示す構造も、ＡＮＤゲートを形成することができる。
【００８１】
他の代替実施態様によれば、本発明は図１２に示すような構造を含むことができる。図１２は、図９に示すような実施態様を２個含む本発明の一実施態様を示す。したがって、図１２に示す本発明の実施態様は、２対の電極６１、６３および６５、６７を含む。図１２に示す実施態様はまた、それぞれが電極６１と６３、および電極６５と６７の間に延びる、少なくとも１個のＤＮＡ分子６９および７１を含む１対の有機構造を含む。導電性材料７３および７５をそれぞれＤＮＡ分子６９および７１の上に配置する。ＤＮＡ分子はそれぞれ１個のＲループ７７および７９を含み、各Ｒループには、それぞれ１個のナノ粒子８１および８３が結合している。さらに、図１２に示す実施態様は、図９に示す実施態様中の電極１１に類似する、ゲート電極として機能する、Ｒループ７７および７９と、付随するナノ粒子８１および８３の下に配置した電極８５および８７を含む。
【００８２】
図１２に示す構造は、ＯＲゲートを形成することができる。これは、電極６１と６５の間の電気的接続８９、電極６３と６７の間の電気的接続９１、およびゲート電極８５および８７への電気的接続９３および９５をそれぞれ設けることにより達成される。
【００８３】
まとめとして、本発明の構成に関して以下の事項を開示する。
【００８４】
（１）有機構造と、前記有機構造の選択された位置に結合する無機原子とを含む、
製造品。
（２）前記無機原子が導電体を形成する、上記（１）に記載の製造品。
（３）前記有機構造がＤＮＡを含む、上記（１）に記載の製造品。
（４）Ｒループを含むＤＮＡ分子と、
Ｒループ内部のＤＮＡ分子に結合したナノ粒子と
を含む構造。
（５）前記ナノ粒子が、強磁性体、共誘電体、または半導体である、上記（４）に記載の構造。
（６）前記構造が、Ｒループの２側面への導体を形成する、上記（４）に記載の構造。
（７）前記ナノ粒子が、半導体、金属、および合金からなる群から選択された少なくとも１つの材料を含む、上記（５）に記載の構造。
（８）バイオ分子によって位置決めされた電極と、
前記バイオ分子から隔離されたナノ粒子と
を含む構造。
（９）自己組織化された有機テンプレートを利用して無機材料を自己組織化する方法であって、
有機構造を形成するステップと、
前記有機構造の選択された位置に無機原子を結合させるステップと
を含む方法。
（１０）基板と、
前記基板上の第１の電極および第２の電極と、
第１の電極と第２の電極の間に延びる有機分子と、
前記有機分子に結合したナノ粒子と
を含む構造。
（１１）前記第１の電極および第２の電極が金を含む、上記（１０）に記載の構造。
（１２）前記有機分子がＤＮＡである、上記（１０）に記載の構造。
（１３）前記ＤＮＡが、２本鎖である、上記（１２）に記載の構造。
（１４）前記ＤＮＡが、λ−ＤＮＡである、上記（１２）に記載の構造。
（１５）第１の電極と第２の電極との間に延びるＤＮＡ分子がＲループを含み、前記ナノ粒子がＲループ内のＤＮＡ分子に結合している、上記（１２）に記載の構造。
（１６）Ｒループ内のＤＮＡの、１本の鎖と相補的なＲＮＡ鎖をさらに含む、上記（１５）に記載の構造。
（１７）少なくとも１つのヌクレオチドがナノ粒子に結合している、上記（１５）に記載の構造。
（１８）前記少なくとも１つのヌクレオチドが、Ｒループ内のＤＮＡ分子の、少なくとも１つのヌクレオチドと相補的である、上記（１７）に記載の構造。
（１９）前記少なくとも１つのヌクレオチドが、前記第１の電極と第２の電極から等間隔の位置にあるＲループ内のＤＮＡ分子の、少なくとも１つのヌクレオチドと相補的である、上記（１７）に記載の構造。
（２０）前記第１の電極と第２の電極の表面に結合した有機分子をさらに含む、上記（１０）に記載の構造。
（２１）前記第１の電極と第２の電極の表面に結合した有機分子がＤＮＡである、上記（２０）に記載の構造。
（２２）前記第１の電極と第２の電極の表面に結合したＤＮＡ分子が、末端にイオウを有し、一本鎖である、上記（２０）に記載の構造。
（２３）前記第１の電極に結合したＤＮＡ分子が、前記第２の電極に結合したＤＮＡ分子と異なる配列を有する、上記（２１）に記載の構造。
（２４）前記第１の電極と第２の電極に結合したＤＮＡ分子が、５個〜２０個の塩基対を含む、上記（２１）に記載の構造。
（２５）前記第１の電極と第２の電極の間に延びるＤＮＡ分子が、前記第１の電極と第２の電極の表面に結合したＤＮＡ分子とハイブリッドを形成する、上記（２１）に記載の構造。
（２６）前記第１の電極と第２の電極の間に延びる有機分子上に、導電性材料をさらに含む、上記（１０）に記載の構造。
（２７）前記有機分子がＤＮＡであり、
前記導電性材料が、前記ＤＮＡ分子のリン酸基に結合した銀イオンを含む、上記（２６）に記載の構造。
（２８）前記有機分子がＤＮＡであり、
前記導電性材料が、前記ＤＮＡ分子上の金属銀を含む、上記（２６）に記載の構造。
（２９）前記第１の電極と第２の電極の間にある基板上に、第３の電極をさらに含む、
上記（１０）に記載の構造。
（３０）前記第３の電極が、前記第１および第２の電極から等間隔である、上記（２９）に記載の構造。
（３１）前記第３の電極の幅が、約１００ｎｍ〜約５０００ｎｍである、上記（２９）に記載の構造。
（３２）前記第３の電極の厚みが、１００ｎｍ未満である、上記（２９）に記載の構造。
（３３）前記第３の電極が、前記第１の電極と第２の電極の間に延びる有機分子に垂直である、上記（２９）に記載の構造。
（３４）前記有機分子が、前記第３の電極に接触する、上記（２９）に記載の構造。
（３５）２つの電極が、約１μｍ〜約１００μｍの間隔で分離されている、上記（１０）に記載の構造。
（３６）前記第１の電極および第２の電極が、酸素を含有しない材料でできている、上記（１０）に記載の構造。
（３７）前記第１の電極および第２の電極の末端が、相互に面する鋭い先端を有する、上記（１０）に記載の構造。
（３８）前記基板が、ガラスを含有する材料でできている、上記（１０）に記載の構造。
（３９）前記第１の電極と第２の電極の間に位置する第４の電極をさらに含む、
上記（１０）に記載の構造。
（４０）前記第４の電極の幅が、約１００ｎｍ〜約５０００ｎｍである、上記（３９）に記載の構造。
（４１）前記第４の電極の厚みが、１００ｎｍ未満である、上記（３９）に記載の構造。
（４２）前記第４の電極が、前記第１の電極と第２の電極の間に延びる有機分子に垂直である、上記（３９）に記載の構造。
（４３）前記有機分子が、前記第３の電極および第４の電極に接触する、上記（３９）に記載の構造。
（４４）前記電極と、前記第１の電極と第２の電極の間に延びる有機分子とがＡＮＤゲートを形成する、上記（４３）に記載の構造。
（４５）前記基板上に第３の電極および第４の電極と、
前記第３の電極と第４の電極の間に延びる第２の有機分子と、
前記第２の有機分子に結合したナノ粒子をさらに含む、
上記（１０）に記載の構造。
（４６）前記基板上の、少なくとも前記第１の電極と第２の電極の間に配置された第５の電極と、
前記基板上の、少なくとも前記第３の電極と第４の電極の間に配置された第６の電極をさらに含む、
上記（４５）に記載の構造。
（４７）前記有機分子が、前記第５の電極および第６の電極に接触し、
前記電極と前記有機分子が電気的に接続されてＯＲゲートを形成する、
上記（４６）に記載の構造。
（４８）前記第１の電極と第２の電極のうち一方が、前記第３の電極と第４の電極のうち一方と電気的に接続され、前記第１の電極と第２の電極のうち他方が、前記第３の電極と第４の電極のうち他方と電気的に接続されている、上記（４７）に記載の構造。
（４９）前記有機分子に結合した複数のナノ粒子を含む、上記（１０）に記載の構造。
（５０）基板上に第１の電極を形成するステップと、
基板上に第２の電極を形成するステップと、
前記第１の電極と第２の電極との間に延びる有機分子を配設するステップと、
前記有機分子の少なくとも１箇所に少なくとも１つのナノ粒子を挿入するステップとを含む方法。
（５１）前記有機分子上に導電性材料を配置するステップをさらに含む、
上記（５０）に記載の方法。
（５２）前記第１の電極と第２の電極上に有機分子を配置するステップをさらに含む、
上記（５０）に記載の方法。
（５３）前記第１の電極と第２の電極との間に延び、前記第１の電極と第２の電極上に付着する有機分子がＤＮＡである、上記（５２）に記載の方法。
（５４）前記第１の電極と第２の電極に付着するＤＮＡ分子が１本鎖であり、末端にイオウを有し、約５個〜約２０個の塩基を含有し、異なる塩基配列を有し、前記第１の電極と第２の電極の間に延びるＤＮＡ分子が、前記第１の電極と第２の電極に結合するＤＮＡ分子と相補的であり、これらのＤＮＡ分子とハイブリッドを形成する付着末端を含む、
上記（５３）に記載の方法。
（５５）第１の電極および第２の電極にＤＮＡ分子を付着させるステップと、
前記第１の電極と第２の電極の間に延びるＤＮＡ分子を、第１の電極および第２の電極に付着したＤＮＡ分子に結合させるステップとをさらに含む、
上記（５３）に記載の方法。
（５６）前記第１の電極と第２の電極の間に延びるＤＮＡ分子中に、前記第１の電極と第２の電極の間に延びるＤＮＡ分子の少なくとも一部分に相補的な少なくとも１つのＲＮＡ鎖を使用して、少なくとも１つのＲループを形成するステップと、
ＲＮＡ分子に付着しない各Ｒループ内のＤＮＡの一部分にナノ粒子を付着させるステップとをさらに含む、
上記（５５）に記載の方法。
（５７）前記第１の電極および第２の電極に有機分子を付着させるステップが、第１の電極に付着させるＤＮＡ分子の溶液を調製するステップと、
第２の電極に付着させるＤＮＡ分子の溶液を調製するステップと、
一方の電極に第１の溶液を、他方の電極に第２の溶液を塗布してイオウを電極に付着させ、前記溶液を洗い流すステップとをさらに含む、
上記（５４）に記載の方法。
（５８）前記第１の電極と第２の電極との間に延びるＤＮＡ分子の溶液を、基板上の第１の電極と第２の電極の間に注入するステップと、
第１の電極と第２の電極の間に延びるＤＮＡ分子を第１の電極と第２の電極の間に位置合わせするステップとをさらに含む、
上記（５７）に記載の方法。
（５９）前記第１の電極と第２の電極との間にフロー・フィールドまたは電場を誘導することにより、ＤＮＡ分子の位置合わせを行う、
上記（５８）に記載の方法。
（６０）前記第１の電極と第２の電極の間に、第１の電極と第２の電極の間に延びるＤＮＡ分子の一部に対して相補的なＲＮＡ鎖を使用して、第１の電極と第２の電極の間に延びるＤＮＡ分子中にＲループを形成するステップと、
ＲＮＡ分子に付着していないＲループ中のＤＮＡの一部にナノ粒子を付着させるステップをさらに含む、
上記（５９）に記載の方法。
（６１）Ｒループ内のＤＮＡに付着させる前に、Ｒループ内のＤＮＡループの部分の、少なくとも１個の塩基に相補的な少なくとも１個のヌクレオチドにより、ナノ粒子を機能化させるステップをさらに含む、
上記（５６）または（６０）に記載の方法。
（６２）ナノ粒子の懸濁液を生成し、前記第１の電極と第２の電極との間に延びるＤＮＡ分子上に、前記ナノ粒子の懸濁液を注入するステップをさらに含む、
上記（６１）に記載の方法。
（６３）前記第１の電極と第２の電極の間に延びるＤＮＡ分子上に、導電性材料を付着させるステップをさらに含む、
上記（６２）に記載の方法。
（６４）基板を、銀を含有する溶液に浸漬して、ＤＮＡ分子のリン酸基との銀塩を生成させることにより、前記第１の電極と第２の電極との間に延びるＤＮＡ分子上に、導電性材料を付着させる方法において、
前記第１の電極と第２の電極との間に延びるＤＮＡ分子上に付着させた銀塩を、金属銀に還元するステップをさらに含む、上記（６３）に記載の方法。
（６５）前記銀塩を還元するステップが、
銀塩を還元剤に露出するステップを含む、
上記（６４）に記載の方法。
（６６）前記銀塩を還元するステップが、
銀塩をハイドロキノン／ＯＨ-に露出した後、ハイドロキノン／Ｈ+に露出するステップを含む、
上記（６５）に記載の方法。
（６７）前記第１の電極と第２の電極との間の、基板上に第３の電極を設けるステップをさらに含む、
上記（５１）に記載の方法。
（６８）有機分子上の導電材料と、前記第３の電極との間に静電結合を形成するステップをさらに含む、
上記（６７）に記載の方法。
（６９）有機分子上の導電材料と、前記第３の電極とを電気的に接続して、ＯＲゲートを形成するステップをさらに含む、
上記（６７）に記載の方法。
（７０）基板上に第３の電極と第４の電極を設けるステップと、
前記第３の電極と第４の電極との間に第２の有機分子を延ばし、
少なくとも１個のナノ粒子を前記第２の有機分子に結合させるステップとをさらに含む、
上記（５０）に記載の方法。
（７１）基板上に、少なくとも前記第１の電極と第２の電極との間に配置した第５の電極を設けるステップと、
基板上に、少なくとも前記第３の電極と第４の電極との間に配置した第６の電極を設けるステップをさらに含む、
上記（６８）に記載の方法。
（７２）前記有機分子と前記電極とを電気的に接続して、ＯＲゲートを形成するステップをさらに含む、
上記（７０）に記載の方法。
（７３）前記第１の電極と第２の電極の一方を、前記第３の電極と第４の電極の一方と電気的に接続するステップと、
前記第１の電極と第２の電極の他方を、前記第３の電極と第４の電極の他方と電気的に接続するステップをさらに含む、
上記（７０）に記載の方法。
（７４）複数のナノ粒子が、前記有機分子の複数の位置に挿入される、上記（５０）に記載の方法。
（７５）基板と、前記基板上の第１の電極および第２の電極と、前記第１の電極と第２の電極との間に延びる有機分子と、前記有機分子に結合するナノ粒子と、
前記有機分子上の導電性材料とを含むデバイスを制御する方法であって、
前記導電性材料中にバイアスを形成するステップと、
前記ナノ粒子中の電荷を調整して、前記導電性材料中で電流変化を生じさせるステップとを含む方法。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による方法の実施態様の一段階（電極の作成）における、本発明によるデバイスの実施態様を示す平面図（ａ）および断面図（ｂ）である。
【図２】本発明により利用することができるＤＮＡ分子の実施態様を示す図である。
【図３】本発明による方法の実施態様の一段階（ＤＮＡ溶液の電極への塗付）における、本発明によるデバイスの実施態様を示す断面図である。
【図４】本発明による方法の実施態様の一段階（ＤＮＡ分子の電極への付着）における、本発明によるデバイスの実施態様を示す断面図である。
【図５】本発明による方法の実施態様の一段階（ＤＮＡ分子の架橋）における、本発明によるデバイスの実施態様を示す断面図である。
【図６】本発明による方法の実施態様の一段階（Ｒループの作成）における、本発明によるデバイスの実施態様を示す平面図である。
【図７】本発明により利用することができるナノ粒子の実施態様を示す図である。
【図８】本発明による方法の実施態様の一段階（ナノ粒子の付着）における、本発明によるデバイスの実施態様を示す平面図（ａ）およびその部分拡大図（ｂ）である。
【図９】本発明によるデバイスの実施態様を示す平面図である。
【図１０】図９に示すデバイスの実施態様を示す断面図である。
【図１１】ＡＮＤゲートを形成する本発明によるデバイスの実施態様を示す平面図である。
【図１２】ＯＲゲートを形成する本発明によるデバイスの実施態様を示す平面図である。
【符号の説明】
１ 基板
３ 第１の電極
５ 第２の電極
７ 電極の尖端
９ 電極の尖端
１１ 第３の電極
１７ ＤＮＡ分子
１９ ＤＮＡ分子
２１ ＤＮＡ分子
２７ Ｒループ
２９ ナノ粒子
３１ ヌクレオチド
３５ 導電性材料
３７ 静電結合
３９ 静電結合
４１ 電極
４３ 電極
４５ ＤＮＡ分子
４７ 導電性材料
４９ Ｒループ
５１ Ｒループ
５３ ナノ粒子
５５ ナノ粒子
６１ 電極
６３ 電極
６５ 電極
６７ 電極
６９ ＤＮＡ分子
７１ ＤＮＡ分子
７３ 導電性材料
７５ 導電性材料
７７ Ｒループ
７９ Ｒループ
８１ ナノ粒子
８３ ナノ粒子
８５ ゲート電極
８７ ゲート電極
８９ 電気的接続
９１ 電気的接続
９３ 電気的接続
９５ 電気的接続
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップの分野に関するものである。特に、本発明は、フィーチャ寸法が極めて小さい能動デバイスを含む半導体チップに関するものである。本発明はまた、前記のような寸法の能動フィーチャを含む半導体チップを形成する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シリコン・チップ上の能動デバイスの寸法の縮小は、フォトリソグラフィ技術上の制約のため、その限度に近付きつつある。たとえば、干渉や回折など放射線の波動特性により、デバイスの寸法および集積度が制限されることがある。このフォトリソグラフィ技術による制約の問題を解決するため、かなりの研究が行われている。
【０００３】
これらの研究は、移相リソグラフィなど、さらに他の新規の解決方法を開発することによる、問題の解決に向けられている。これらの研究に付随して、小体積への電子の閉じ込めを利用するデバイス設計が開発されている。このようなデバイス設計における３つの基本的カテゴリーは、量子ドット（ＱＤ）、共鳴トンネル・デバイス（ＲＴＤ）、および単一電子トランジスタ（ＳＥＴ）である。量子ドットについては、Ｒ．タートン（Turton）、「The Quantum Dot」、英国オックスフォード、Oxford University Press、（1995年）で詳細に論じられており、共鳴トンネル・デバイスについては、Ａ．Ｃ．シーボー（Seabaugh）他、Future Electron Devices（ＦＥＤ）J.、Vol. 3、Suppl. 1、p.9〜20（1993年）で詳細に論じられており、単一電子トランジスタについては、Ｍ．Ａ．カストナー（Kastner）、Rev. Mod. Phys.、Vol. 64、p. 849〜858、（1992年）で詳細に論じられている。これらの開示の全文を、参照として本明細書に添付する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ナノメートル・スケールのデバイス、すなわちナノデバイスを提供することである。本発明のもう１つの目的は、ナノデバイスを製造する方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の態様により、有機構造と、この有機構造の特定位置に結合した無機原子とを含む製造物が提供される。
【０００６】
本発明の他の態様は、Ｒループを含むＤＮＡ分子を含む構造を含む。ナノ粒子が、Ｒループ内部でＤＮＡ分子に結合している。
【０００７】
本発明の他の態様によれば、バイオ分子によって位置決めされた電極と、前記バイオ分子から隔離されたナノ粒子とを含む構造が提供される。
【０００８】
本発明のさらに他の態様によれば、自己組織化された有機テンプレートを利用して、無機材料を自己組織化する方法が提供される。この方法は、有機構造を形成し、この有機構造の特定位置に無機原子を結合させるステップを含む。
【０００９】
本発明のさらに他の態様によれば、基板と、前記基板上に設けた第１の電極および第２の電極と、前記第１の電極と第２の電極の間に延びる有機分子を含む構造が提供される。ナノ粒子が、前記有機分子に結合している。
【００１０】
さらに、本発明の態様によれば、構造を形成する方法が提供される。この方法は、基板上に第１の電極を形成するステップを含む。前記基板上に第２の電極も形成される。ＤＮＡ分子が、前記第１の電極と第２の電極の間に延びる。少なくとも１個のナノ粒子が、ＤＮＡ分子の少なくとも１カ所に挿入される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明によれば、フォトリソグラフィ技術に付随する問題を解決し、実際に回避する方法が提供される。得られたデバイスは一般に知られた技術により製造したものより大幅に小さくすることができる。したがって、本発明はナノメートル・スケールのデバイス、すなわちナノデバイスを製造する新規の方法を含む。本発明は、前記参照の共鳴トンネル・デバイスの範疇に該当すると考えられる。
【００１２】
このようなデバイスを製造するため、本発明はある種の生物学的分子が自己組織化する性質を利用する。たとえば、核酸と、その自己組織化する性質を含めて、核酸の諸性質を利用するものである。特に、本発明は、デオキシリボ核酸（ＤＮＡ）およびリボ核酸（ＲＮＡ）をデバイスの製造に利用する。
【００１３】
ＤＮＡおよびＲＮＡの性質はよく知られている。少数の核酸塩基が付着して、それより長い分子を形成する。ＤＮＡの場合、２個のこれらの長くなった分子が結合して、二重らせん構造を形成する。ＲＮＡ分子は通常、タンパク質合成の間に、２本鎖のＤＮＡの、１本の鎖を転写することにより形成される。背景を知るには、ルバート・ストライヤー（Lubert Stryer）、「BIOCHEMISTRY」、W.H. Freeman and Companyを参照されたい。この全文を、参照として本明細書に添付する。
【００１４】
本発明による構造は、通常本発明のナノデバイスが形成される基板を含む。この基板は、ガラスを含む。また、基板はガラスであっても他の材料であっても、どのような一般的な半導体材料を含むものでもよい。たとえば、基板はシリコンを含むものでもよい。
【００１５】
基板上には電極が配置される。通常、少なくとも２個の電極が基板上に配置される。これらの電極は、一般的なフォトリソグラフィ技術により基板上に形成される。
【００１６】
これらの電極は、あらゆる酸化物を含有しない、導電性材料で形成される。たとえば、これらの電極は、あらゆる貴金属、または貴金属を含む合金で形成することができる。好ましくは、これらの電極は、酸化物を含有しない金属で形成される。一例によれば、これらの電極は金で形成される。
【００１７】
図１（ａ）は、基板表面上、または基板中または基板上、あるいはその両方に形成した他の構造上に設けた２個の電極、すなわち第１の電極３および第２の電極５を有する基板１の実施態様を示す平面図である。第１の電極３および第２の電極５は、互いに近接して設けることができる。第１の電極と第２の電極の間隔は、実施態様により変えることができる。一例によれば、第１の電極と第２の電極の間隔は、約０．１μｍ〜約１００μｍである。通常、これらの電極の間隔は、約１μｍ〜約１０μｍとする。さらに、これらの電極の厚みは通常約２０ｎｍ〜約１０００ｎｍである。
【００１８】
第１の電極および第２の電極は、実施態様により種々の形状とすることができる。図１（ａ）は、第１の電極３と第２の電極５の末端が、相互に面する尖端７および９を有する例を示す。電極の側面２、４、６、および８は図１（ａ）に示す実施態様では湾曲しているが、これらの側面は直線状を含むあらゆる曲線でよい。第１の電極と第２の電極の、残りの部分の構成は、この残りの部分が電力を第１の電極と第２の電極に供給する電源への接続に必要な面積を有する限り、変えることができる。
【００１９】
本発明は、基板１上に第３の電極１１を含むことができる。この第３の電極１１はゲート電極と呼ぶ。第３の電極の機能については、下記に詳細に説明する。
【００２０】
図１（ａ）に示す実施態様で図示するように、第１の電極３と第２の電極５の間に第３の電極１１を配置することができる。第３の電極１１はまた、通常のフォトリソグラフィ技術を利用して形成することができるが、他の技術を利用してもよい。
【００２１】
第３の電極１１の構成、たとえば形状は、実施態様により変えることができる。たとえば、図１（ａ）に示す第３の電極１１は、実質的に長く、薄い長方形、換言すれば実質的に直線である。
【００２２】
第３の電極の厚みは、実施態様により変えることができる。たとえば、第３の電極の幅は約１００ｎｍ〜約５０００ｎｍでよい。第３の電極はできる限り薄いことが好ましい。一実施態様によれば、第３の電極の厚みは、約１００ｎｍ未満である。
【００２３】
第３の電極を含む３個の電極の寸法、特に厚みは、種々の要因によって決まる。たとえば、電極、特に第３の電極の厚みは、電極を製造する前記貴金属または合金などの、皮膜の品質によって決まる。第３の電極の寸法に影響を与える皮膜の品質特性には、平滑さ、導電性、および接着性がある。
【００２４】
第３の電極の位置は、実施態様により変えることができる。たとえば、第３の電極の目的により、その位置が決まる。一実施態様によれば、第３の電極１１の位置は、第１の電極３と第２の電極５の尖端７および９から等間隔である。一実施態様によれば、第３の電極は、第１の電極３と第２の電極５の尖端７および９を結ぶ線に垂直となるように配置される。
【００２５】
第１の電極３および第２の電極５と同様に、第３の電極１１もどのような導電性材料で製造してもよい。たとえば、第３の電極はどのような金属または合金で製造してもよい。好ましくは、第３の電極は酸化物を含有しない金属で製造する。一例によれば、第３の電極は金で形成されている。
【００２６】
図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す基板と、第１の電極、第２の電極、および第３の電極の実施態様を示す断面図である。
【００２７】
本発明は、第１の電極３と第２の電極５との間に第４の電極を含むものでもよい。図１１は、このような実施態様を示す。第４の電極は、実質的に前記の第３の電極に類似している。ある実施態様によれば、各対の電極間に１個以上の電極が延びていてもよい。
【００２８】
さらに、本発明は第１の電極３と第２の電極５のような電極の対を、１対以上含むことができる。たとえば、図１２に示す実施態様は、２対の電極を含む。図１２に示す各対の電極は、図１（ａ）に示す実施態様の第１の電極３と第２の電極５との間の電極１１に類似した電極を間に含んでいる。
【００２９】
電極を設けた後、フォトリソグラフィ技術、または他の技術を利用して、図１（ａ）に示す実施態様のように、少なくとも１個の有機構造を、第１の電極３と第２の電極５との間に延ばすことができる。しかし、この有機構造は２個の電極間に延びている必要はない。この少なくとも１個の有機構造は、少なくとも特定の１カ所に結合した、少なくとも１個の無機原子を含むことができる。この結合は、水素結合、イオン結合、共有結合その他どのような種類の結合でもよい。無機原子は、導電性があり、導体を形成するものでよい。
【００３０】
この有機構造に結合される少なくとも１個の無機原子は、ナノ粒子を含むことができる。このナノ粒子は、少なくとも１個の部分的に導電性材料を含むことができる。たとえば、ナノ粒子は、貴金属または貴金属合金からなる群から選択した少なくとも１つの材料を含むことができる。一例によれば、ナノ粒子は金である。
【００３１】
ナノ粒子は、複数の元素を含むことができる。たとえばナノ粒子が金であれば、この金は直径約１ｎｍ〜約１００ｎｍの球状とすることができる。この粒子は、少なくとも１つの界面活性剤でコーティングすることができる。この界面活性剤は、末端基ｘおよびｙを有することができる。基ｘおよびｙは、重合体の端部に配置することができる。たとえば、基ｘおよびｙは、重合体の両端に結合することができる。この重合体は、種々の単量体を含むことができる。単量体の例には下記のものがある。
【化１】
【化２】
【００３２】
基ｘは−ＳＨを含むことができる。一方、基ｙは
【化３】
【００３３】
ｘ基は、金または銀の、たとえば粒子に結合することができる。ｙ基は、ヌクレオチドに結合することができる。ｙが酸基である場合、この酸基はＤＮＡ塩基のアミン基と反応することができる。ｙがヌクレオチド塩基である場合、この塩基はＤＮＡ分子と水素結合することができる。
【００３４】
上述のように、本発明は有機構造を含む。この有機構造は、前記のように第１の電極３と第２の電極５の間に延びることができる。この有機構造は、ＤＮＡを含むことができる。
【００３５】
本発明に含まれることができるＤＮＡは、一本鎖でも２本鎖でもよい。本発明による有機構造に含まれるＤＮＡ鎖の長さは、約３００〜約３００，０００の塩基、または２本鎖のＤＮＡの場合には塩基対とすることができる。また、ＤＮＡ分子の長さは、約０．１μｍ〜約１００μｍとすることができる。
【００３６】
１実施態様によれば、このＤＮＡはλ−ＤＮＡである。しかし、どのような塩基配列のＤＮＡ分子でも、本発明に使用することができる。換言すれば、ＤＮＡは任意に選択することができる。
【００３７】
本発明による有機構造に含まれるＤＮＡ分子は、Ｒループを含むものとすることができる。Ｒループの説明は、アサイ（Asai）およびコゴマ（Kogoma）、「D-Loops and R-Loops: Alternative Mechanism for the Initiation of Chromosome Replication in Escherichia coli」、JOURNAL OF BACTERIOLOGY、1994年4月、p.1807〜1812、ランドグラフ（Landgraf）他、「R-loop stability as a function of RNA structure and size」、NUCLEIC ACID RESEARCH、1995年、Vol. 23、No. 7、p.3516〜3523、ランドグラフ他、「Double stranded scission of DNA directed through sequence-specific R-loop formation」、NUCLEIC ACID RESEARCH、1995年、Vol. 23、No. 7、p.3524〜3530、およびマサイ（Masai）およびアライ（Arai）、「Mechanisms of primer RNA synthesis and D-loop/R-loop dependent DNA replication in Escherichia coli」、BIOCHEMIE（1996年）78、p.1109〜1117に記載されている。これらの内容の全体を、本明細書に参照として添付する。
【００３８】
Ｒループは、１個または複数のナノ粒子がＤＮＡ分子に付着する場所を設ける機能を有する。したがって、ＤＮＡ分子は少なくとも１個のＲループを含むことができる。図１１は、２個のＲループを含む実施態様を示す。
【００３９】
各Ｒループは、Ｒループ内でＤＮＡの一部に結合した、少なくとも１個のナノ粒子を含むことができる。２個以上のＲループを含むことに加え、各Ｒループ内のＤＮＡ分子の部分に、２個以上のナノ粒子を付着させることもできる。１個または複数のナノ粒子をＲループに付着させる諸ステップについては、下記に詳細に述べる。
【００４０】
このＲループは、前記の参照技術論文に開示されたものなど、Ｒループを形成するためのどのような既知の技術によって形成してもよい。ＤＮＡ分子の少なくとも一部に相補的な配列を有する少なくとも１個のＲＮＡ分子が、Ｒループの形成に利用することができる。上述のように、ＤＮＡ分子は２個以上のＲループを含んでもよい。したがって、２個以上のＲＮＡ分子を、ＤＮＡ分子中にＲループを形成するのに利用することができる。各ＲＮＡ分子は、ＤＮＡ分子の異なる配列に、相補的な配列を持つことができる。
【００４１】
１個または複数のＲループが形成される場所を制御するために、ＲＮＡ分子の配列を制御することができる。たとえば、ＤＮＡ分子が１個のＲループを含み、このＲループがＤＮＡ分子の中央に位置する場合、Ｒループ形成時に、ＲＮＡ分子が実質的にＤＮＡ分子の中央に、すなわちＤＮＡ分子の両端から等間隔に位置位置するように、ＲＮＡ分子はＤＮＡ分子の配列と相補的な配列を持つものとすることができる。図１１に示すような他の例によれば、Ｒループ形成時に、ＲＮＡ分子がＤＮＡ分子を実質的に等しい長さを有する３つの部分に分割するよう位置するように、ＲＮＡ分子はＤＮＡ分子の配列と相補的な配列を持つものとすることができる。
【００４２】
１個または複数のＲループを形成するのに使用するＲＮＡ分子の配列は、ＤＮＡ分子の下に置かれる電極に対するＤＮＡ分子の位置に応じて変えることができる。これらの線に沿って、ＲＮＡ分子はＲループが下層の電極の上に位置することができるように、配列を持つことができる。本発明が２個以上のＲループを含み、Ｒループがそれぞれ電極の上に位置する場合、Ｒループの形成に使用するＲＮＡ分子は、図１（ａ）に示す実施態様の、第３の電極１１のように、Ｒループが下層の電極の上に位置するように、配列を持つことができる。
【００４３】
上述のように、本発明は少なくとも１個のナノ粒子を含むことができる。ナノ粒子の有機構造への結合を容易にするために、ナノ粒子は、ナノ粒子に付着した１個以上の原子または基を含むことができる。１個以上のこのような原子または基を付着させることにより、ナノ粒子を「機能化」させることができる。
【００４４】
有機構造がＤＮＡ分子を含む場合、少なくとも１個のヌクレオチドをナノ粒子に付着させることができる。ナノ粒子に付着した少なくとも１個のヌクレオチドは通常、ＲＮＡ分子に付着しないＲループの部分にあるＤＮＡ分子のＲループ内の、少なくとも１個のヌクレオチドと相補的である。したがって、ナノ粒子に付着したヌクレオチドは、ＤＮＡ分子の配列と、ナノ粒子がＤＮＡ分子に付着するのが望ましい位置にあるＤＮＡ分子の配列に依存することができる。ナノ粒子と、ナノ粒子のＤＮＡ分子への付着に関しては前記に詳細に述べたとおりである。
【００４５】
ナノ粒子は、Ｒループ内のどこででもＤＮＡ分子の部分に付着してもよい。一実施態様によれば、ナノ粒子はＲループ内にある部分の中央付近でＤＮＡ分子に付着している。したがって、ナノ粒子の位置はＲループの位置に依存する。たとえば、ＤＮＡ分子がＤＮＡ分子の実質的に中央に１個のＲループを含む場合、ナノ粒子はＤＮＡ分子両端のほぼ中心でＤＮＡ分子に付着することができる。
【００４６】
本発明は、有機構造上に導電性材料を含むことができる。この導電性材料には、どのような導電性材料も含まれる。一実施態様によれば、銀がこの有機構造と塩を形成する。金属銀を有機構造上に設けてもよい。
【００４７】
有機構造上に設けた導電性材料は、この有機構造上に導体を与える。ある場合には、この導体は機能的構造の形成に使用される。有機構造上に設けた導電性材料は、有機構造上の導電性材料と下層の電極との間に静電結合を形成することができる。これは、ナノ粒子上の原子または原子団、あるいはその両方を機能化させることにより行うことができる。有機構造上の１個または複数の導体は、論理デバイスの形成に利用することができる。たとえば、下記に詳細に述べるように、本発明による構造は、他の構造の中で、ＡＮＤゲートおよびＯＲゲートの形成に利用することができる。
【００４８】
有機構造がＤＮＡ分子、ＤＮＡ分子中のＲループ、およびＤＮＡ分子に付着したナノ粒子を含む場合、有機構造上の導電性材料は、ＤＮＡ分子上のＲループの２側面に導体を形成する。
【００４９】
有機構造を、銀イオンを含有する溶液に浸漬することにより、有機材料に導電性コーティングを施すことができる。その後、溶液中の銀イオンはこの有機構造との銀塩を形成する。有機構造がＤＮＡを含む場合、この銀はＤＮＡ分子のリン酸基との塩を形成することができる。
【００５０】
塩の形成後、塩中の銀を、還元剤により金属銀に還元することができる。利用できる還元剤には、ハイドロキノン／ＯＨ-の後、ハイドロキノン／ＯＨ+の使用がある。
【００５１】
有機構造は、基板表面上の電極、たとえば図１（ａ）に示す第１の電極および第２の電極に接続することができる。これらの電極については詳細に上述されている。接続は種々の方法で行うことができる。たとえば、接続は、電極上に有機構造を付着させる場所を設けることにより実施することができる。
【００５２】
付着場所は、種々の構造により設けることができる。たとえば、１個または複数の原子または分子を、１個または複数の電極上に設けることができる。一例によれば、少なくとも１個の有機分子を少なくとも１個の電極上に設けることができる。この有機分子は、１個または複数の電極の表面に結合させることができる。
【００５３】
有機構造が第１の電極と第２の電極との間に延びるＤＮＡ分子を含む一例によれば、少なくとも１個のＤＮＡ分子またはＲＮＡ分子、あるいはその両方を、図１（ａ）に示す第１の電極３と第２の電極５に付着させることができる。有機構造がＤＮＡを含む場合、通常ＤＮＡは第１の電極と第２の電極の上に設けられる。このＤＮＡは、種々の方法により電極上に設けることができる。
【００５４】
一実施態様によれば、ＤＮＡは、電極への接続を容易にする原子または分子と結合している。たとえば、ＤＮＡは末端にイオウを有してもよい。末端にイオウを有する端部は、金電極の表面に付着することができる。末端にイオウを有する化合物が金の表面に結合することはよく知られている。
【００５５】
第１の電極と第２の電極との間に延びるＤＮＡ分子は、電極上のＤＮＡまたはＲＮＡ、あるいはその両方に結合することができる。たとえば、２つの電極間に延びるＤＮＡ分子と、前記の例のように、電極に付着した１個または複数のＤＮＡ分子の両方が、１本鎖の部分を有することができる。第１の電極と第２の電極との間に延びるＤＮＡ分子と、第１の電極と第２の電極に付着した１個または複数のＤＮＡ分子の、１本鎖の部分は、これら相互の結合を容易にするために、相補的な端部を有することができる。
【００５６】
一実施態様によれば、電極に付着したＤＮＡは、１本鎖の、末端にイオウを有するＤＮＡである。電極に結合するＤＮＡまたはＲＮＡが１本鎖であるか２本鎖であるかに関係なく、ＤＮＡまたはＲＮＡ、あるいはその両方は、約５個〜約２０個の塩基を含むことができる。しかし、ＤＮＡ分子またはＲＮＡ分子、あるいはその両方は、約１００個の塩基ほどの長さでもよい。たとえば、ＤＮＡ分子またはＲＮＡ分子、あるいはその両方は、約１５個〜約３０個の塩基を有するものでもよい。しかし、電極に結合するＤＮＡ分子またはＲＮＡ分子、あるいはその両方は、そのＤＮＡ分子またはＲＮＡ分子、あるいはその両方が、第１の電極と第２の電極の間に延びるＤＮＡ分子またはＲＮＡ分子、あるいはその両方が、確実に第１の電極および第２の電極に付着するように機能するのに必要なだけ、短くても長くてもよい。
【００５７】
さらに、電極に結合するＤＮＡまたはＲＮＡが１本鎖であるか２本鎖であるかに関係なく、１個の電極に付着するＤＮＡ分子またはＲＮＡ分子、あるいはその両方は、他方の電極に付着するＤＮＡ分子またはＲＮＡ分子、あるいはその両方と、塩基の配列が異なってもよい。また、第１の電極と第２の電極の間に延びるＤＮＡ分子またはＲＮＡ分子、あるいはその両方は、ＤＮＡ分子またはＲＮＡ分子、あるいはその両方と全体としては異なる配列を持つものでもよい。
【００５８】
ＤＮＡ分子が電極に付着し、このＤＮＡ分子が第１の電極と第２の電極の間に延びるＤＮＡ分子に結合する塩基の配列を有する実施態様によれば、第１の電極と第２の電極の間に延びるＤＮＡ分子は、第１の電極と第２の電極に付着するＤＮＡ分子に相補的な塩基の配列を有する「付着末端（sticky ends）」を含むことができる。
【００５９】
図２は、第１の電極と第２の電極の間に延びるＤＮＡ分子２１を示す。ＤＮＡ分子２１は、線状の形状で示されている。付着末端２３および２５は、ＤＮＡ分子の端部に設けられている。
【００６０】
第１の電極と第２の電極に付着するＤＮＡ分子を構築するか、あるいはその他の方法で得た後、電極に付着させることができる。ＤＮＡ分子を添加する溶液が生成される。まず、塩の水溶液を生成する。塩の一例は塩化ナトリウムである。各電極に異なる分子を付着させる場合、各ＤＮＡ分子をそれぞれ別の溶液に添加することができる。
【００６１】
溶液を生成した後、図３に示すように、１つの溶液の適量１３を第１の電極３上に載せ、他の溶液の適量１５を第２の電極５上に載せる。どの溶液をどの電極に載せるかは、第１の電極と第２の電極の間に延びるＤＮＡ分子がどのように配向するのが望ましいかに依存する。各電極に付着させる溶液の量は、溶液中のＤＮＡ、ＲＮＡ、または他の分子、あるいはこれら全部の濃度に依存する。
【００６２】
前記の要因を決定するのに際し、得られる最終構造が重要である。すなわち、電極３から電極５への、１個のＤＮＡの架橋を形成しなければならない。容量濃度は通常副次的である。流動する溶液も使用することができる。
【００６３】
電極に所望の分子を付着させるため、溶液を第１の電極および第２の電極に塗布した後、溶液を除去する。２個の電極間への有機構造の付着を容易にするため、通常、溶液は、ある数の分子が電極に付着するのに十分な時間、電極上に放置される。通常、溶液は約１０分〜約２０分間放置する。
【００６４】
溶液の除去は、多数の方法により行うことができる。たとえば、溶液を洗い流すことができる。たとえば、溶液を洗い流すのに水を使用することができる。通常、溶液は−Ｓ−Ａｕ結合に付着するどのような原子または基も含まない液体により洗い流す。また、加熱せずに乾燥させてもよい。一例によれば、エア・ガンを利用することができる。
【００６５】
図４は、溶液を除去した後の、第１の電極３および第２の電極５を示す。分子１７および１９は、第１の電極および第２の電極に付着したままになる。
【００６６】
アンカー分子となる分子１７および１９を電極に付着させた後、第１の電極と第２の電極の間に延びる構造を、たとえば図５に示すように塗布する。有機構造がＤＮＡを含む場合、ＤＮＡを電極上と電極間の空間の上にある基板に塗布する。有機構造は、溶液の形で塗布する。電極間にＤＮＡを架橋させる方法の１つは、ブラウン（Braun）他、「DNA-templated assembly and electrode attachment of a conducting silver wire」、Nature、Vol. 391、p.775〜777、1998年2月19日に開示されており、その全文を参照として本明細書に添付する。
【００６７】
第１の電極と第２の電極との間に延びる１個または複数のＤＮＡ分子を、基板と電極に塗布した後、電極に付着させたアンカー分子などの有機構造に結合させることができる。電極と、前記ＤＮＡなどのアンカー分子に対するＤＮＡ分子の望ましい配向を促進させるため、第１の電極と第２の電極の間に延びるＤＮＡを、それらに位置合わせする傾向の条件下に置くことができる。この条件は、ＤＮＡ分子を電場（Ｅフィールド）またはフロー・フィールドに置くことが含まれる。電場を使用する場合は、約１０4〜約１０6Ｖ／ｃｍとすることができる。一方、フロー・フィールドを使用する場合は、Ｖを約１〜約１００ｃｍ／秒とすることができる。
【００６８】
特定の方法でＤＮＡの位置合わせを促進させることにより、少なくとも１個のＤＮＡ分子が、確実に第１の電極と第２の電極の間に延びるようになる。通常、どのようにして「ＤＮＡ架橋」のみが電極間に形成されるか問題である。さらに、通常、図５にＤＮＡ架橋が示される領域の外側にＤＮＡ架橋は延びない。
【００６９】
１個または複数のＤＮＡ架橋の形成を容易にするために、ＤＮＡの標識に蛍光染料を使用することができる。実験は顕微鏡下で行う。１個の架橋が形成すると直ちに、ＤＮＡを含有する溶液を電極部分から除去する。
【００７０】
１個または複数のＤＮＡ分子を第１の電極および第２の電極に結合させた後、第１の電極と第２の電極の間に「架橋」を形成する各ＤＮＡ分子中に少なくとも１個のＲループを形成することができる。Ｒループは通常、前記の第３の電極など、他の電極の上に配置した第１の電極と第２の電極の間にあるＤＮＡ分子の領域中に形成する。Ｒループの形成については、上述のとおりである。図６は、第１の電極と第２の電極の間に延びるＤＮＡ分子２１を示す。このＤＮＡ分子は、第３の電極１１上のＤＮＡ分子の領域に１個のＲループ２７を含む。
【００７１】
１個または複数のＲループの形成後、ナノ粒子２９をＤＮＡ分子に結合させることができる。このナノ粒子は、Ｒループ内にあり、ＲＮＡ分子に付着していないＤＮＡ分子の一部に結合することができる。ＤＮＡ分子へのナノ粒子の付着を達成させるため、ナノ粒子の懸濁液を生成することができる。この懸濁液は、上述のように表面を変性したナノ粒子を含む。このナノ粒子は、約０．１％〜約１０％の濃度で、水に懸濁することができる。
【００７２】
溶液を生成した後、この溶液をＲループ上の領域に注入する。ナノ粒子２９に付着した「機能化」ヌクレオチド３１、原子、または分子、あるいはこれら全部が、Ｒループ内のＤＮＡに結合する。図７は、ヌクレオチド３１が付着したナノ粒子２９を示す。図７に示す実施態様では、４つのヌクレオチドがナノ粒子に付着している。通常、約１個〜約１０，０００個のヌクレオチドがナノ粒子に付着する。ナノ粒子に付着した１個または複数のヌクレオチドは、上に詳細に述べたように、Ｒループ内の１個または複数のヌクレオチドと相補的である。
【００７３】
ＤＮＡ分子に結合するナノ粒子上のヌクレオチドの場合、ナノ粒子上のヌクレオチドは、１個または複数のＤＮＡ分子のヌクレオチドと水素結合することができる。
【００７４】
図８（ａ）は、第１の電極３と第２の電極５との間に延びるＤＮＡ分子を示す。このＤＮＡ分子は、Ｒループ内のＤＮＡ分子に結合した１個のナノ粒子を有する１個のＲループを含む。図８（ｂ）は、Ｒループ２７を有する、ＲＮＡ３３に付着した、二重らせん構造で、さらにナノ粒子２９とそれに付着したヌクレオチド３１を有する、ＤＮＡ分子の実施態様の拡大図を示す。
【００７５】
１個または複数のナノ粒子を第１の電極と第２の電極との間に延びるＤＮＡ分子に付着させた後、導電性材料をＤＮＡ分子の上に設けることができる。銀の付着の一例は上述のとおりである。第１の電極と第２の電極との間に延びるＤＮＡ分子に銀を付着させても、銀イオンの密度が低いため、Ｒループ上には銀の顕著なシーディングおよび付着は生じない。
【００７６】
Ａｇ+イオンは、ＤＮＡのバックボーン中のリン酸イオンと塩を生成する。二重らせん中で、リン酸イオンのＯ-は、二重らせんの周囲に均一に分布する。しかし、鎖を形成するＲループ中での密度は約５０％低い。また、熱振動により、ＡｇイオンがＲループ上でＡｇに還元するにつれて、高密度領域、すなわち二重らせん領域に移行する。
【００７７】
図９は、第１の電極と第２の電極に付着させたＤＮＡ分子１７および１９に結合させることにより、第１の電極３と第２の電極５との間に延びるＤＮＡ分子２１上に、導電性材料３５をメッキした後の、本発明の一実施態様を示す平面図である。このＤＮＡ分子は、少なくとも１個のヌクレオチド３１が結合したナノ粒子２９を有する１個のＲループ２７を含む。図９に示す構造により、ＤＮＡ分子２１上の導電性材料３５とナノ粒子２９との間に静電結合３７が生じる。
【００７８】
図１０は、図９に示す実施態様の断面図である。図１０に見られるように、図示された構造でも、ナノ粒子２９と電極１１との間に静電結合３９が生じる。この電極１１はゲート電極と考えられる。
【００７９】
電極、電極間に延びるＤＮＡ分子、Ｒループ、ナノ粒子、または電極間の相互結合、または電極間に延びるＤＮＡ分子上に配置した導電性材料、あるいはこれら全部の数を操作することにより、本発明による構造を有する各種のデバイスを製造することができる。本発明の構造中の条件を操作することにより、ある種の効果を生み出すこともできる。たとえば、あるバイアスで、第１の電極と第２の電極との間に延びるＤＮＡ分子上の導電性材料中を流れる電流は、ナノ粒子の電荷を調整することにより制御することができる。これは、上述の、シーボー（Seabaugh）他が詳細に記載した、通常の共鳴トンネル・デバイスで行われる。
【００８０】
これらの線に沿って、図１１は、図９に示す実施態様中の電極３および５に類似する、２個の電極４１および４３を含む、本発明の一実施態様を示す。図１１に示した実施態様も、電極４１と電極４３の間に延びる少なくとも１個のＤＮＡ分子４５を含む有機構造を含む。導電性材料４７が、ＤＮＡ分子の上に配置されている。このＤＮＡ分子は、それぞれ１個のナノ粒子５３および５５が結合した２個のＲループ４９および５１を含んでいる。さらに、図１１に示す実施態様は、図９に示す実施態様中の電極１１に類似する、ゲート電極として機能する、Ｒループ４９および５１と、付随するナノ粒子５３および５５の下に配置した、２個の電極５７および５９を含む。図１１に示す構造も、ＡＮＤゲートを形成することができる。
【００８１】
他の代替実施態様によれば、本発明は図１２に示すような構造を含むことができる。図１２は、図９に示すような実施態様を２個含む本発明の一実施態様を示す。したがって、図１２に示す本発明の実施態様は、２対の電極６１、６３および６５、６７を含む。図１２に示す実施態様はまた、それぞれが電極６１と６３、および電極６５と６７の間に延びる、少なくとも１個のＤＮＡ分子６９および７１を含む１対の有機構造を含む。導電性材料７３および７５をそれぞれＤＮＡ分子６９および７１の上に配置する。ＤＮＡ分子はそれぞれ１個のＲループ７７および７９を含み、各Ｒループには、それぞれ１個のナノ粒子８１および８３が結合している。さらに、図１２に示す実施態様は、図９に示す実施態様中の電極１１に類似する、ゲート電極として機能する、Ｒループ７７および７９と、付随するナノ粒子８１および８３の下に配置した電極８５および８７を含む。
【００８２】
図１２に示す構造は、ＯＲゲートを形成することができる。これは、電極６１と６５の間の電気的接続８９、電極６３と６７の間の電気的接続９１、およびゲート電極８５および８７への電気的接続９３および９５をそれぞれ設けることにより達成される。
【００８３】
まとめとして、本発明の構成に関して以下の事項を開示する。
【００８４】
（１）有機構造と、前記有機構造の選択された位置に結合する無機原子とを含む、
製造品。
（２）前記無機原子が導電体を形成する、上記（１）に記載の製造品。
（３）前記有機構造がＤＮＡを含む、上記（１）に記載の製造品。
（４）Ｒループを含むＤＮＡ分子と、
Ｒループ内部のＤＮＡ分子に結合したナノ粒子と
を含む構造。
（５）前記ナノ粒子が、強磁性体、共誘電体、または半導体である、上記（４）に記載の構造。
（６）前記構造が、Ｒループの２側面への導体を形成する、上記（４）に記載の構造。
（７）前記ナノ粒子が、半導体、金属、および合金からなる群から選択された少なくとも１つの材料を含む、上記（５）に記載の構造。
（８）バイオ分子によって位置決めされた電極と、
前記バイオ分子から隔離されたナノ粒子と
を含む構造。
（９）自己組織化された有機テンプレートを利用して無機材料を自己組織化する方法であって、
有機構造を形成するステップと、
前記有機構造の選択された位置に無機原子を結合させるステップと
を含む方法。
（１０）基板と、
前記基板上の第１の電極および第２の電極と、
第１の電極と第２の電極の間に延びる有機分子と、
前記有機分子に結合したナノ粒子と
を含む構造。
（１１）前記第１の電極および第２の電極が金を含む、上記（１０）に記載の構造。
（１２）前記有機分子がＤＮＡである、上記（１０）に記載の構造。
（１３）前記ＤＮＡが、２本鎖である、上記（１２）に記載の構造。
（１４）前記ＤＮＡが、λ−ＤＮＡである、上記（１２）に記載の構造。
（１５）第１の電極と第２の電極との間に延びるＤＮＡ分子がＲループを含み、前記ナノ粒子がＲループ内のＤＮＡ分子に結合している、上記（１２）に記載の構造。
（１６）Ｒループ内のＤＮＡの、１本の鎖と相補的なＲＮＡ鎖をさらに含む、上記（１５）に記載の構造。
（１７）少なくとも１つのヌクレオチドがナノ粒子に結合している、上記（１５）に記載の構造。
（１８）前記少なくとも１つのヌクレオチドが、Ｒループ内のＤＮＡ分子の、少なくとも１つのヌクレオチドと相補的である、上記（１７）に記載の構造。
（１９）前記少なくとも１つのヌクレオチドが、前記第１の電極と第２の電極から等間隔の位置にあるＲループ内のＤＮＡ分子の、少なくとも１つのヌクレオチドと相補的である、上記（１７）に記載の構造。
（２０）前記第１の電極と第２の電極の表面に結合した有機分子をさらに含む、上記（１０）に記載の構造。
（２１）前記第１の電極と第２の電極の表面に結合した有機分子がＤＮＡである、上記（２０）に記載の構造。
（２２）前記第１の電極と第２の電極の表面に結合したＤＮＡ分子が、末端にイオウを有し、一本鎖である、上記（２０）に記載の構造。
（２３）前記第１の電極に結合したＤＮＡ分子が、前記第２の電極に結合したＤＮＡ分子と異なる配列を有する、上記（２１）に記載の構造。
（２４）前記第１の電極と第２の電極に結合したＤＮＡ分子が、５個〜２０個の塩基対を含む、上記（２１）に記載の構造。
（２５）前記第１の電極と第２の電極の間に延びるＤＮＡ分子が、前記第１の電極と第２の電極の表面に結合したＤＮＡ分子とハイブリッドを形成する、上記（２１）に記載の構造。
（２６）前記第１の電極と第２の電極の間に延びる有機分子上に、導電性材料をさらに含む、上記（１０）に記載の構造。
（２７）前記有機分子がＤＮＡであり、
前記導電性材料が、前記ＤＮＡ分子のリン酸基に結合した銀イオンを含む、上記（２６）に記載の構造。
（２８）前記有機分子がＤＮＡであり、
前記導電性材料が、前記ＤＮＡ分子上の金属銀を含む、上記（２６）に記載の構造。
（２９）前記第１の電極と第２の電極の間にある基板上に、第３の電極をさらに含む、
上記（１０）に記載の構造。
（３０）前記第３の電極が、前記第１および第２の電極から等間隔である、上記（２９）に記載の構造。
（３１）前記第３の電極の幅が、約１００ｎｍ〜約５０００ｎｍである、上記（２９）に記載の構造。
（３２）前記第３の電極の厚みが、１００ｎｍ未満である、上記（２９）に記載の構造。
（３３）前記第３の電極が、前記第１の電極と第２の電極の間に延びる有機分子に垂直である、上記（２９）に記載の構造。
（３４）前記有機分子が、前記第３の電極に接触する、上記（２９）に記載の構造。
（３５）２つの電極が、約１μｍ〜約１００μｍの間隔で分離されている、上記（１０）に記載の構造。
（３６）前記第１の電極および第２の電極が、酸素を含有しない材料でできている、上記（１０）に記載の構造。
（３７）前記第１の電極および第２の電極の末端が、相互に面する鋭い先端を有する、上記（１０）に記載の構造。
（３８）前記基板が、ガラスを含有する材料でできている、上記（１０）に記載の構造。
（３９）前記第１の電極と第２の電極の間に位置する第４の電極をさらに含む、
上記（１０）に記載の構造。
（４０）前記第４の電極の幅が、約１００ｎｍ〜約５０００ｎｍである、上記（３９）に記載の構造。
（４１）前記第４の電極の厚みが、１００ｎｍ未満である、上記（３９）に記載の構造。
（４２）前記第４の電極が、前記第１の電極と第２の電極の間に延びる有機分子に垂直である、上記（３９）に記載の構造。
（４３）前記有機分子が、前記第３の電極および第４の電極に接触する、上記（３９）に記載の構造。
（４４）前記電極と、前記第１の電極と第２の電極の間に延びる有機分子とがＡＮＤゲートを形成する、上記（４３）に記載の構造。
（４５）前記基板上に第３の電極および第４の電極と、
前記第３の電極と第４の電極の間に延びる第２の有機分子と、
前記第２の有機分子に結合したナノ粒子をさらに含む、
上記（１０）に記載の構造。
（４６）前記基板上の、少なくとも前記第１の電極と第２の電極の間に配置された第５の電極と、
前記基板上の、少なくとも前記第３の電極と第４の電極の間に配置された第６の電極をさらに含む、
上記（４５）に記載の構造。
（４７）前記有機分子が、前記第５の電極および第６の電極に接触し、
前記電極と前記有機分子が電気的に接続されてＯＲゲートを形成する、
上記（４６）に記載の構造。
（４８）前記第１の電極と第２の電極のうち一方が、前記第３の電極と第４の電極のうち一方と電気的に接続され、前記第１の電極と第２の電極のうち他方が、前記第３の電極と第４の電極のうち他方と電気的に接続されている、上記（４７）に記載の構造。
（４９）前記有機分子に結合した複数のナノ粒子を含む、上記（１０）に記載の構造。
（５０）基板上に第１の電極を形成するステップと、
基板上に第２の電極を形成するステップと、
前記第１の電極と第２の電極との間に延びる有機分子を配設するステップと、
前記有機分子の少なくとも１箇所に少なくとも１つのナノ粒子を挿入するステップとを含む方法。
（５１）前記有機分子上に導電性材料を配置するステップをさらに含む、
上記（５０）に記載の方法。
（５２）前記第１の電極と第２の電極上に有機分子を配置するステップをさらに含む、
上記（５０）に記載の方法。
（５３）前記第１の電極と第２の電極との間に延び、前記第１の電極と第２の電極上に付着する有機分子がＤＮＡである、上記（５２）に記載の方法。
（５４）前記第１の電極と第２の電極に付着するＤＮＡ分子が１本鎖であり、末端にイオウを有し、約５個〜約２０個の塩基を含有し、異なる塩基配列を有し、前記第１の電極と第２の電極の間に延びるＤＮＡ分子が、前記第１の電極と第２の電極に結合するＤＮＡ分子と相補的であり、これらのＤＮＡ分子とハイブリッドを形成する付着末端を含む、
上記（５３）に記載の方法。
（５５）第１の電極および第２の電極にＤＮＡ分子を付着させるステップと、
前記第１の電極と第２の電極の間に延びるＤＮＡ分子を、第１の電極および第２の電極に付着したＤＮＡ分子に結合させるステップとをさらに含む、
上記（５３）に記載の方法。
（５６）前記第１の電極と第２の電極の間に延びるＤＮＡ分子中に、前記第１の電極と第２の電極の間に延びるＤＮＡ分子の少なくとも一部分に相補的な少なくとも１つのＲＮＡ鎖を使用して、少なくとも１つのＲループを形成するステップと、
ＲＮＡ分子に付着しない各Ｒループ内のＤＮＡの一部分にナノ粒子を付着させるステップとをさらに含む、
上記（５５）に記載の方法。
（５７）前記第１の電極および第２の電極に有機分子を付着させるステップが、第１の電極に付着させるＤＮＡ分子の溶液を調製するステップと、
第２の電極に付着させるＤＮＡ分子の溶液を調製するステップと、
一方の電極に第１の溶液を、他方の電極に第２の溶液を塗布してイオウを電極に付着させ、前記溶液を洗い流すステップとをさらに含む、
上記（５４）に記載の方法。
（５８）前記第１の電極と第２の電極との間に延びるＤＮＡ分子の溶液を、基板上の第１の電極と第２の電極の間に注入するステップと、
第１の電極と第２の電極の間に延びるＤＮＡ分子を第１の電極と第２の電極の間に位置合わせするステップとをさらに含む、
上記（５７）に記載の方法。
（５９）前記第１の電極と第２の電極との間にフロー・フィールドまたは電場を誘導することにより、ＤＮＡ分子の位置合わせを行う、
上記（５８）に記載の方法。
（６０）前記第１の電極と第２の電極の間に、第１の電極と第２の電極の間に延びるＤＮＡ分子の一部に対して相補的なＲＮＡ鎖を使用して、第１の電極と第２の電極の間に延びるＤＮＡ分子中にＲループを形成するステップと、
ＲＮＡ分子に付着していないＲループ中のＤＮＡの一部にナノ粒子を付着させるステップをさらに含む、
上記（５９）に記載の方法。
（６１）Ｒループ内のＤＮＡに付着させる前に、Ｒループ内のＤＮＡループの部分の、少なくとも１個の塩基に相補的な少なくとも１個のヌクレオチドにより、ナノ粒子を機能化させるステップをさらに含む、
上記（５６）または（６０）に記載の方法。
（６２）ナノ粒子の懸濁液を生成し、前記第１の電極と第２の電極との間に延びるＤＮＡ分子上に、前記ナノ粒子の懸濁液を注入するステップをさらに含む、
上記（６１）に記載の方法。
（６３）前記第１の電極と第２の電極の間に延びるＤＮＡ分子上に、導電性材料を付着させるステップをさらに含む、
上記（６２）に記載の方法。
（６４）基板を、銀を含有する溶液に浸漬して、ＤＮＡ分子のリン酸基との銀塩を生成させることにより、前記第１の電極と第２の電極との間に延びるＤＮＡ分子上に、導電性材料を付着させる方法において、
前記第１の電極と第２の電極との間に延びるＤＮＡ分子上に付着させた銀塩を、金属銀に還元するステップをさらに含む、上記（６３）に記載の方法。
（６５）前記銀塩を還元するステップが、
銀塩を還元剤に露出するステップを含む、
上記（６４）に記載の方法。
（６６）前記銀塩を還元するステップが、
銀塩をハイドロキノン／ＯＨ-に露出した後、ハイドロキノン／Ｈ+に露出するステップを含む、
上記（６５）に記載の方法。
（６７）前記第１の電極と第２の電極との間の、基板上に第３の電極を設けるステップをさらに含む、
上記（５１）に記載の方法。
（６８）有機分子上の導電材料と、前記第３の電極との間に静電結合を形成するステップをさらに含む、
上記（６７）に記載の方法。
（６９）有機分子上の導電材料と、前記第３の電極とを電気的に接続して、ＯＲゲートを形成するステップをさらに含む、
上記（６７）に記載の方法。
（７０）基板上に第３の電極と第４の電極を設けるステップと、
前記第３の電極と第４の電極との間に第２の有機分子を延ばし、
少なくとも１個のナノ粒子を前記第２の有機分子に結合させるステップとをさらに含む、
上記（５０）に記載の方法。
（７１）基板上に、少なくとも前記第１の電極と第２の電極との間に配置した第５の電極を設けるステップと、
基板上に、少なくとも前記第３の電極と第４の電極との間に配置した第６の電極を設けるステップをさらに含む、
上記（６８）に記載の方法。
（７２）前記有機分子と前記電極とを電気的に接続して、ＯＲゲートを形成するステップをさらに含む、
上記（７０）に記載の方法。
（７３）前記第１の電極と第２の電極の一方を、前記第３の電極と第４の電極の一方と電気的に接続するステップと、
前記第１の電極と第２の電極の他方を、前記第３の電極と第４の電極の他方と電気的に接続するステップをさらに含む、
上記（７０）に記載の方法。
（７４）複数のナノ粒子が、前記有機分子の複数の位置に挿入される、上記（５０）に記載の方法。
（７５）基板と、前記基板上の第１の電極および第２の電極と、前記第１の電極と第２の電極との間に延びる有機分子と、前記有機分子に結合するナノ粒子と、
前記有機分子上の導電性材料とを含むデバイスを制御する方法であって、
前記導電性材料中にバイアスを形成するステップと、
前記ナノ粒子中の電荷を調整して、前記導電性材料中で電流変化を生じさせるステップとを含む方法。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による方法の実施態様の一段階（電極の作成）における、本発明によるデバイスの実施態様を示す平面図（ａ）および断面図（ｂ）である。
【図２】本発明により利用することができるＤＮＡ分子の実施態様を示す図である。
【図３】本発明による方法の実施態様の一段階（ＤＮＡ溶液の電極への塗付）における、本発明によるデバイスの実施態様を示す断面図である。
【図４】本発明による方法の実施態様の一段階（ＤＮＡ分子の電極への付着）における、本発明によるデバイスの実施態様を示す断面図である。
【図５】本発明による方法の実施態様の一段階（ＤＮＡ分子の架橋）における、本発明によるデバイスの実施態様を示す断面図である。
【図６】本発明による方法の実施態様の一段階（Ｒループの作成）における、本発明によるデバイスの実施態様を示す平面図である。
【図７】本発明により利用することができるナノ粒子の実施態様を示す図である。
【図８】本発明による方法の実施態様の一段階（ナノ粒子の付着）における、本発明によるデバイスの実施態様を示す平面図（ａ）およびその部分拡大図（ｂ）である。
【図９】本発明によるデバイスの実施態様を示す平面図である。
【図１０】図９に示すデバイスの実施態様を示す断面図である。
【図１１】ＡＮＤゲートを形成する本発明によるデバイスの実施態様を示す平面図である。
【図１２】ＯＲゲートを形成する本発明によるデバイスの実施態様を示す平面図である。
【符号の説明】
１ 基板
３ 第１の電極
５ 第２の電極
７ 電極の尖端
９ 電極の尖端
１１ 第３の電極
１７ ＤＮＡ分子
１９ ＤＮＡ分子
２１ ＤＮＡ分子
２７ Ｒループ
２９ ナノ粒子
３１ ヌクレオチド
３５ 導電性材料
３７ 静電結合
３９ 静電結合
４１ 電極
４３ 電極
４５ ＤＮＡ分子
４７ 導電性材料
４９ Ｒループ
５１ Ｒループ
５３ ナノ粒子
５５ ナノ粒子
６１ 電極
６３ 電極
６５ 電極
６７ 電極
６９ ＤＮＡ分子
７１ ＤＮＡ分子
７３ 導電性材料
７５ 導電性材料
７７ Ｒループ
７９ Ｒループ
８１ ナノ粒子
８３ ナノ粒子
８５ ゲート電極
８７ ゲート電極
８９ 電気的接続
９１ 電気的接続
９３ 電気的接続
９５ 電気的接続
Claims (33)
- 基板と、
前記基板上の第１の電極および第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極の間に第３の電極と、
Ｒループを含むＤＮＡ分子であって、前記第１の電極と前記第２の電極の間に延び、前記第３の電極に接触するＤＮＡ分子と、
前記Ｒループ内部のＤＮＡ分子に結合したナノ粒子と、
前記第１の電極と前記第２の電極の間に延びる前記ＤＮＡ分子上に設けられた導電性材料とを含むデバイス構造であって、
前記Ｒループが、前記第３の電極の上の前記ＤＮＡ分子の領域に位置するように形成されており、
前記ナノ粒子が、金または銀からなり、末端基ｘおよびｙを有し、ｘが−ＳＨ基でｙがヌクレオチド塩基である界面活性剤でコーティングされ、
前記ヌクレオチド塩基が、当該ヌクレオチド塩基と相補的である、ＲＮＡ分子に付着していない前記Ｒループ内にある前記ＤＮＡ分子のヌクレオチドと水素結合し、
前記ＤＮＡ分子上の前記導電性材料と前記ナノ粒子との間、及び当該ナノ粒子と前記第３の電極との間に静電結合が生じる、
構造。 - 前記第１の電極および第２の電極が金を含む、請求項１に記載の構造。
- 前記ＤＮＡが、２本鎖である、請求項１に記載の構造。
- 前記ＤＮＡが、λ−ＤＮＡである、請求項１に記載の構造。
- 前記Ｒループ内のＤＮＡの、１本の鎖と相補的なＲＮＡ鎖をさらに含む、請求項１に記載の構造。
- 前記第１の電極と第２の電極の表面に結合したＤＮＡ分子が、末端にイオウを有し、一本鎖である、請求項１に記載の構造。
- 前記第１の電極に結合したＤＮＡ分子が、前記第２の電極に結合したＤＮＡ分子と異なる配列を有する、請求項１に記載の構造。
- 前記第１の電極と第２の電極に結合したＤＮＡ分子が、５個〜２０個の塩基を含む、請求項１に記載の構造。
- 前記導電性材料が、前記ＤＮＡ分子上の金属銀を含む、請求項１に記載の構造。
- 前記第３の電極が、前記第１および第２の電極から等間隔である、請求項１に記載の構造。
- 前記第３の電極の幅が、１００ｎｍ〜５０００ｎｍである、請求項１に記載の構造。
- 前記第３の電極の厚みが、１００ｎｍ未満である、請求項１に記載の構造。
- 前記第３の電極が、前記第１の電極と第２の電極の間に延びるＤＮＡ分子に垂直である、請求項１に記載の構造。
- 前記第１の電極と前記第２の電極とが、１μｍ〜１００μｍの間隔で分離されている、請求項１に記載の構造。
- 前記第１の電極および第２の電極の末端が、相互に面する鋭い先端を有する、請求項１に記載の構造。
- 前記基板が、ガラスからなる、請求項１に記載の構造。
- 前記第１の電極と第２の電極の間に位置する第４の電極をさらに含む、
請求項１に記載の構造。 - 前記第４の電極の幅が、１００ｎｍ〜５０００ｎｍである、請求項１７に記載の構造。
- 前記第４の電極の厚みが、１００ｎｍ未満である、請求項１７に記載の構造。
- 前記第４の電極が、前記第１の電極と第２の電極の間に延びるＤＮＡ分子に垂直である、請求項１７に記載の構造。
- 前記ＤＮＡ分子が、前記第３の電極および第４の電極に接触する、請求項１７に記載の構造。
- 前記電極と、前記第１の電極と第２の電極の間に延びるＤＮＡ分子とがＡＮＤゲートを形成する、請求項２１に記載の構造。
- 基板と、前記基板上の第１の電極および第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極の間に第３の電極と、Ｒループを含むＤＮＡ分子であって、前記第１の電極と前記第２の電極の間に延び、前記第３の電極に接触するＤＮＡ分子と、前記Ｒループ内部のＤＮＡ分子に結合したナノ粒子と、前記第１の電極と前記第２の電極の間に延びる前記ＤＮＡ分子上に設けられた導電性材料とを含むデバイス構造であって、前記ＤＮＡ分子上の前記導電性材料と前記ナノ粒子との間、及び当該ナノ粒子と前記第３の電極との間に静電結合が生じるデバイス構造を製造する方法であって、
基板上に第１の電極及び第２の電極を形成するステップと、
基板上の前記第１の電極と前記第２の電極の間に第３の電極を形成するステップと、
前記第１の電極と第２の電極との間に延びるＤＮＡ分子を配設するステップと、
前記ＤＮＡ分子の配列と相補的な配列を有するＲＮＡ分子を利用して、前記第３の電極の上の前記ＤＮＡ分子の領域に位置するように、前記Ｒループを形成するステップと、
金または銀からなる前記ナノ粒子を、末端基ｘおよびｙを有し、ｘが−ＳＨ基でｙがヌクレオチド塩基である界面活性剤でコーティングするステップと、
前記ナノ粒子にコーティングされた界面活性剤の前記ヌクレオチド塩基と、当該ヌクレオチド塩基と相補的であり、前記ＲＮＡ分子に付着していない、前記Ｒループ内にある前記ＤＮＡ分子の一部のヌクレオチドとを水素結合させることで、前記ナノ粒子を前記Ｒループ内の前記ＤＮＡ分子へ付着させるステップと、
前記ＤＮＡ分子上に前記導電性材料を配置するステップとを、
含む方法。 - 前記第１の電極と第２の電極に付着するＤＮＡ分子が１本鎖であり、末端にイオウを有し、５個〜２０個の塩基を含有し、異なる塩基配列を有し、
前記第１の電極と第２の電極の間に延びるＤＮＡ分子が、前記第１の電極と第２の電極に結合するＤＮＡ分子と相補的な塩基配列を有する付着末端を含む、
請求項２３に記載の方法。 - 第１の電極および第２の電極にＤＮＡ分子を付着させるステップと、
前記第１の電極と第２の電極の間に延びるＤＮＡ分子を、第１の電極および第２の電極に付着したＤＮＡ分子に結合させるステップとをさらに含む、
請求項２３に記載の方法。 - 前記第１の電極および第２の電極にＤＮＡ分子を付着させるステップが、
第１の電極に付着させるＤＮＡ分子の溶液を調製するステップと、
第２の電極に付着させるＤＮＡ分子の溶液を調製するステップと、
一方の電極に第１の溶液を、他方の電極に第２の溶液を塗布してイオウを電極に付着させ、前記溶液を洗い流すステップとをさらに含む、
請求項２４に記載の方法。 - 前記第１の電極と第２の電極との間に延びるＤＮＡ分子の溶液を、基板上の第１の電極と第２の電極の間に注入するステップと、
第１の電極と第２の電極の間に延びるＤＮＡ分子を第１の電極と第２の電極の間に位置合わせするステップとをさらに含む、
請求項２６に記載の方法。 - 前記第１の電極と第２の電極との間にフロー・フィールドまたは電場を誘導することにより、ＤＮＡ分子の位置合わせを行う、
請求項２７に記載の方法。 - ナノ粒子の懸濁液を生成し、前記第１の電極と第２の電極との間に延びるＤＮＡ分子上に、前記ナノ粒子の懸濁液を注入するステップをさらに含む、
請求項２３に記載の方法。 - 基板を、銀イオンを含有する溶液に浸漬して、ＤＮＡ分子のリン酸基との銀塩を生成させることにより、前記第１の電極と第２の電極との間に延びるＤＮＡ分子上に、導電性材料を付着させる方法において、
前記第１の電極と第２の電極との間に延びるＤＮＡ分子上に付着させた銀塩を、金属銀に還元するステップをさらに含む、請求項２３に記載の方法。 - 前記銀塩を還元するステップが、
還元剤としてハイドロキノン／ＯＨ-を使用した後、ハイドロキノン／Ｈ+を使用するステップを含む、
請求項２３に記載の方法。 - 前記ＤＮＡ分子上に配置された前記導電性材料と、前記第３の電極との間に静電結合を形成するステップをさらに含む、
請求項２３に記載の方法。 - 複数のナノ粒子が、前記ＤＮＡ分子の複数の位置に挿入される、請求項２３に記載の方法。
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