JP4611515B2 - 電気的ネットワークおよびその作製方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
［発明の分野］
本発明は、一般に、エレクトロニクスの分野であり、電子的ネットワークおよび回路ならびにかかるネットワークまたは回路の構成要素および接合に関する。
【０００２】
［先行技術］
本発明の背景として、ならびに本明細書に記載された製造または実験技術に対して重要であると考えられる先行技術を以下にリストする。
【０００３】
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【０００４】
これらの引例の承認は、前記リストからのこれらの数字を示すことによってなされるであろう。
【０００５】
［発明の背景］
現在の技術における、マイクロエレクトロニクスおよび論理のミニチュア化はその現実的および理論的限界に近づいている。熱除去、不均一、結合性ならびに現在の写真製版技術のごとき種々のデザインおよび操作上の考慮は、現在の半導体ベースの電子的構成要素における最小特徴の現実的サイズを約０．２５〜０．３μｍまで制限する。電子的構成要素のさらなるミニチュア化は電子的構成要素および論理回路製造のための新しいアプローチおよび概念を含むにちがいないことは明らかである。
【０００６】
ナノメーター規模のエレクトロニクスは、２つの基本的論点：かかる構成要素およびそれらの集積を有用な回路に製造するための対応するエレクトロニクス構成要素およびスキームの操作原理を考慮することを要する。
【０００７】
デバイス寸法が減少するにつれて、ますます卓越する多数の操作原理が荷電効果(1-6)に基づいて提案されてきた。ナノスケール回路の構築は、現存のマイクロエレクトロニクス技術によって考えることができない。特に、要素間ワイアリング（wiring）および顕微鏡的世界に対する電気的インターフェーシングはますます問題となる。分子認識プロセスおよび分子の超分子アッセンブリへの自己アッセンブリは複雑な構造(5)の構築で使用することができる。しかしながら、これらの構造を持つエレクトロニクス材料を集積すること、またはそれらにエレクトロニクス機能を提供することは未だ達成されていない。
【０００８】
核酸は、核酸繊維のネットワークを形成するのに使用することができる自己アッセンブリ特性を保有する(27-30)。ＤＮＡは、顕微鏡結晶様集合体(14,15)へのコロイド粒子のアッセンブリにおいて、および半導体ナノ粒子アッセンブリ(16,17)の形状を指令するにおいて、ナノ構造のオーガナイザーとして既に使用されてきた。
【０００９】
［語彙用語］
以下において、いくつかの用語を使用し、本発明の文脈におけるその用語およびそれらの意味は以下の通りである：
ヌクレオチド鎖 − ヌクレオチドの配列。該ヌクレオチドはリボヌクレオチド、デオキシリボヌクレオチド、他のリボヌクレオチド誘導体、種々の合成、すなわち、天然に生じないヌクレオチド、例えば、ペプチド核酸（ＰＮＡ）、ならびに前記のいずれかの組合せであり得る。該ヌクレオチド鎖は一本鎖、二本鎖または複数鎖であり得る。
【００１０】
繊維 − 延長された糸様構成要素。繊維はポリマーまたはコポリマー骨格を有することができ、あるいは相互に連結した異なるポリマーまたはコポリマーのストレッチからなることができる。繊維は、１以上の物質または粒子をその上に沈積することによって、化学的に修飾することができる。本発明の繊維は少なくとも１つの分子鎖を含む。また、本発明の繊維はヌクレオチド鎖のみからなる。
【００１１】
結合 − ２以上の分子、物質、粒子、超分子構造等を一緒に結合させるか、これらの結合を固体物質に運ぶ全てのタイプの相互作用を集合的にいう用語。結合は、共有結合または非共有結合であり得る（非共有結合は１以上のイオン相互作用、疎水性相互作用、ファン・デル・ワールス相互作用、化学的吸着等を含み得る）。この用語の派生語（すなわち、「結合する」、「結合した」等）は、シンタックスに応じて、「結合」のそれと同一基準の意味を有するであろう。
【００１２】
相互作用 − ２つの分子エンティティー（entities）の非共有結合。この用語の派生語（すなわち、「相互作用する」、「相互作用性」等）は、シンタックスに応じて、「相互作用」のそれと同一基準の意味を有するであろう。
【００１３】
機能的ヌクレオチド鎖 − 電気的または電子的特性をヌクレオチド鎖に付与するその上に沈積した物質、分子、原子または分子または粒子のクラスターで化学的にまたは物理的に修飾したまたはそれが付着した分子鎖。かかる物質または粒子は、種々の相互作用によってヌクレオチド鎖に結合することができ（例えば、鎖上に化学的に沈積することができ、種々の化学的相互作用によってその上に複合体化することができ、静電的または疎水性相互作用によって鎖と会合させることができるなどである）。物質または粒子は、鎖の一般的化学的特性に基づいてヌクレオチド鎖に結合することができ、あるいは配列特異的様式でヌクレオチド鎖に結合することができる。かかる物質、分子、クラスターまたは粒子の例は：例えば、導電性ヌクレオチド鎖を生起する金属；導電体（または抵抗体）、電子的ｐ／ｎ接合その他を形成できる種々の半導体材料；ヌクレオチド鎖と会合してヌクレオチド鎖の間の機能的論理的結合を形成できる分子、分子のクラスターまたは粒子を含む。結合した物質または粒子のタイプに応じて、ヌクレオチド鎖に付与された電気的または電子的特性は導電、絶縁、ゲーティング、スイッチング、電気的増幅等であり得る。
【００１４】
機能的繊維 − 繊維またはその一部に電気的または電子的特性を付与するその上に沈積した物質、原子または分子のクラスターまたは粒子で化学的にまたは物理的に修飾されたまたはそれが付着した繊維。機能化された繊維の例はそのヌクレオチド鎖が機能化された繊維である。
【００１５】
接合 − 相互に２以上の繊維の結合点。接合の例は図２で見ることができる（この図に関する以下の記載を参照されたし）。
【００１６】
ネットワーク − 少なくとも１つの繊維を含み、粒子、分子、例えば、蛋白質、他のマクロ分子および超分子複合体等のごとき他の構成要素を含むことができる配置的に一次元、二次元または三次元構造。「ネットワーク」なる用語は、繊維の幾何学的配置およびそれらの間の接合をいうことができる。この用語は、時々、機能的ネットワーク（後記参照）をいうのに使用することができる。
【００１７】
機能的ネットワーク − 少なくとも１つの機能化された繊維を含むネットワーク。機能化されたネットワークは、蓄積されたまたは複合体化された物質または粒子等によって、とりわけ、その配置、結合のタイプおよび異なる繊維の間の接合によって定義された特性を有する。
【００１８】
電子的機能性（または電子的に機能的な） − それを電子的構成要素とする構成要素の特性。
【００１９】
界面構成要素 − 金属またはいずれかの他の導電性材料より作製できる、あるいは金属またはかかる導電性材料によってコートすることができる、外部電子的または電気的構成要素または回路に対する該ネットワークの結合のために働き、かくして、外部構成要素または回路との入力／出力（Ｉ／Ｏ）界面として働く導電性基材。該界面構成要素は一方ではネットワークに連結し、他方では、外部構成要素または回路に電気的に結合している。界面構成要素は、本明細書では、時々「電極」ということもできる。
【００２０】
ワイア（wire） − 本発明の文脈では、当該繊維に沿って導電性を生起する、結合した物質または粒子を含む機能化繊維。該ワイアはネットワークの２以上の部位を相互連結し、電極を結合し、２つのネットワークを結合することができる導電性構成要素である。ワイアは機能化繊維の全長を延長することができ、あるいは機能化繊維の長さの一部のみを延長することができ、他の部分は種々のタイプの電子的構成要素、例えば、ダイオード、電気スイッチ等のためのベースとして働く。
【００２１】
絶縁体 − 電気伝導のためのバリアーとして働くネットワークの構成要素
導電体 − それを通っての電荷移動を可能とする構成要素
スイッチ − 端子のいずれかの対の間の導通が、例えば、もう１つの端子の電位、光、圧力、化学反応、応力等を含めた制御信号によってなされたりまたは消されるたりすることができる２または複数の端子構成要素。
【００２２】
電子的構成要素 − ワイア以外の電子的ネットワークの一部またはワイア間の単純な接合を形成することができるいずれかの構成要素（単純な接合は、繊維または機能化繊維の間の連結を供するだけの目的を有する連結である）。電子的構成要素は導電体、絶縁体、スイッチ、トランジスタ、ダイオード、発光ダイオード、コンデンサ、インダクタおよびその他であり得る。
【００２３】
ネットワーク構成要素 − ワイアおよび電子的構成要素を共に集合的にいう用語。
【００２４】
外部回路、外部構成要素 − ネットワークに対して電気的に外部に位置する、各々、いずれかの電子または電気回路あるいは電子的または電気的構成要素であり、典型的には、標準固体状態マイクロエレクトロニック構成要素を含めた、先行技術の電気的または電子的構成要素よりなる。
【００２５】
リンカー − ネットワーク構成要素の間、またはネットワークおよび界面構成要素に物理的連結を供するように働く剤（分子、分子の複合体、超分子構造、マクロ分子、凝集体、コロイド粒子、分子クラスター等）。該リンカーは、ネットワーク構成要素へのまたは界面構成要素への共有結合または非共有結合（例えば、複合体化または収着など）のための化学基を有することができる。リンカーの例は：核酸結合蛋白質；特異的核酸配列に対する結合能力を持つ合成分子；例えば、「粘着末端」を有する短い、１本鎖または複数鎖の核酸配列（例えば、オリゴヌクレオチド）であり、界面構成要素へのその結合を可能とするその他端において修飾されている；もう１つの基への結合のための結合カップルの１つのメンバーまたは結合カップルの他のメンバーを担う構成要素（結合カップルは、抗原−抗体、受容体−リガンド、ビオチン−アビジン、糖−レクチン、ヌクレオチド配列−相補的配列等のごとき相互に特異的に作用する分子の対である）。
【００２６】
複合体化剤 − ネットワークの構成要素を相互に結合させるために用いられる剤。該結合は共有結合または非共有結合である。複合体化剤の例は：核酸配列への特異的結合能力を持つ蛋白質；オリゴヌクレオチド；２つの構成要素に結合することができる合成分子、複合体化剤の使用の例は、接合を生じさせるための、コロイド粒子に対する核酸の末端の結合または２つの核酸繊維の相互への結合におけるものである。
【００２７】
［発明の概要］
本発明は、核酸配列および他の構成要素の分子認識特性自己およびアッセンブリプロセスを利用する。これらの特徴は、繊維のヌクレオチド鎖の間の相互結合性のタイプによって定義される配置を持つ繊維ベースのネットワークを調製するのに使用される。該繊維はヌクレオチド鎖よりなるものであってよい。あるいは、該繊維は、１以上のヌクレオチド鎖を含むが、ヌクレオチド鎖以外の物質よりなるものでよく、かかる鎖を通じて他のネットワーク構成要素に結合していてもよい。該繊維は、全体的にまたは部分的に生得的に導電性であってよいが、電子的または電子的機能を有するように、典型的には化学的にまたは物理的に修飾されている。機能化ネットワークは導電体、スイッチ、ダイオード、トランジスタ、コンデンサ、レジスタ等を含み得る。
【００２８】
本発明は、その態様の第１によって、少なくとも１つのネットワーク構成要素を持つ電子的ネットワークを提供し、該ネットワークは１以上のヌクレオチド鎖を含む少なくとも１つの繊維によって規定された配置を有する。
【００２９】
ネットワーク構成要素は、導電体、例えば、ワイアであってよく、あるいは電子的構成要素であり得る。
【００３０】
本発明の繊維は接合を形成することができ、ここに、１つの繊維の１つのヌクレオチド鎖セグメントは、配列特異的相互作用によってもう１つの繊維のもう１つの分子セグメントに結合している。あるいは、接合は、該接合におけるヌクレオチド鎖の各々に結合した分子、原子または分子のクラスターまたは粒子の間に形成することができる。かかる分子、クラスターまたは粒子は、該分子、クラスターまたは粒子に結合したリンカーを介してヌクレオチド鎖に結合していてよい。
【００３１】
該接合は修飾されたヌクレオチド鎖によって形成されていてもよく、例えば、１つの鎖の少なくとも１つのヌクレオチドの、もう１つの鎖のヌクレオチドへの共有結合を可能とするように修飾されている。かかる修飾の例は、硫黄、アミン残基、カルボキシル基または活性エステルの付加である。ヌクレオチドの化学的修飾は、鎖が、リンカーに結合し、粒子に結合し、ネットワークの電子的構成要素等に結合するのを可能とする。ヌクレオチド鎖は、結合カップルの他のメンバーを含むもう１つの構成要素への結合のための結合カップルの１つのメンバーをそれに結合することによっても修飾することができる。結合カップルは、相互に対して特異的親和性を有する２つの分子または部位よりなる。かかる結合カップルはビオチン−アビジン、ビオチン−ストレプトアビジン、受容体−リガンド、ディグ−抗ディグ、抗原−抗体、糖−レクチン、ヌクレオチド配列−相補的配列、およびヌクレオチド鎖およびヌクレオチド結合蛋白質を含む。典型的には、ネットワークの少なくとも１つのヌクレオチド鎖は、少なくとも１つの電気的または電子的構成要素が、１以上の物質または少なくとも１つの原子もしくは分子のクラスターまたは粒子の荷電輸送特徴に基づく特性でもって形成されるように、それに結合したまたはそれと複合体化した、１以上の物質または少なくとも１つの原子もしくは分子のクラスターまたは粒子を有する。
【００３２】
ネットワークにおける電子的構成要素は、少なくとも１つの繊維に電気的に結合し、１以上の分子、原子もしくは分子のクラスターまたは粒子をその上に沈積させ、該鎖を電子的機能を有するようにすることによって化学的にまたは物理的に修飾された核酸鎖上に構築され、あるいは異なる繊維の２以上の核酸鎖の間の接合に位置した分子、原子のクラスターまたは分子もしくは粒子によって構築され、該接合を電子的機能性をとるようにする。電子的機能性は１以上の分子、原子または分子のクラスター、または粒子の荷電輸送特性に基づく。電子的機能性は、時々、接合配置に依存もする。
【００３３】
ネットワークは、典型的には、ネットワークおよび外部回路または構成要素の間の入力／出力（Ｉ／Ｏ）界面として働く界面構成要素（電極）に結合される。
【００３４】
本発明の１つの具体例によると、繊維は化学的にまたは物理的に修飾されたヌクレオチド骨格を有し、１以上の分子、原子もしくは分子のクラスターまたは粒子をその上に沈積させて、それを電子的に機能性とする。１以上のヌクレオチド鎖を含むことに加えて、繊維は、導電性または半導電性ポリマー、（例えば、その上に分子、原子もしくは分子のクラスターまたは粒子を沈積することによって）それらを電気的または電気的に機能するように修飾された他のポリマーまたは炭素ナノチューブのごとき種々の物質（そのヌクレオチド鎖以外）で実質的に作製することもできる。
【００３５】
繊維の、または繊維間の接合内の化学的または物理的修飾のために使用される、分子、原子もしくは分子のクラスター、または粒子は、典型的には、電荷輸送特性を該クラスターまたは粒子に付与する、１以上の金属原子よりなることができる。
【００３６】
本発明のネットワークの骨格は、他の繊維とそれらの配列特異的相互作用または他の構成要素への特異的結合に基づいてネットワークを形成するように組み立てられる酸繊維を含む。このようにして、現実には無限の多様性の配置を持つネットワークを形成することができる。
【００３７】
物質または粒子は、それらの一般的（総じての）化学的特性に基づいて繊維に結合させることができる。これは、一般に、繊維に沿った物質または粒子の実質的均一沈積を生じるであろう。物質または粒子のかかる均一な結合の特別の具体例は、例えば、導電性物質が後記するごとき金属であるヌクレオチド鎖骨格上の導電性ワイアの形成である。あるいは、繊維の異なる部分において配列またはドメイン特異的に、すなわち、核酸鎖の所与の部分におけるヌクレオチドの配列に依存するように、ヌクレオチド鎖に結合させることもできる。
【００３８】
異なるヌクレオチド鎖部分における物質の配列またはドメイン特異的沈積は、多数の異なる方法で行うことができる。例えば、ある種の電子的に機能的な物質または粒子に生得的に結合したオリゴヌクレオチドは、相補的配列を持つ鎖部分に結合するようにすることができる。同様に、配列またはドメイン特異的に、異なるタイプの物質または粒子に結合させたり、また、複数鎖（例えば、二本鎖）核酸繊維に結合させることもできる。これは、例えば、二本鎖核酸鎖の特異的部位を同定する、およびそれに結合する配列特異的複合体化剤の使用によって達成することができる。複合体化剤は、二本鎖、三本鎖構造を形成するオリゴヌクレオチド；蛋白質、例えば、特異的二本鎖ドメインを認識するＤＮＡ結合蛋白質；および多くの他のものであってもよい。
【００３９】
配列またはドメイン特異的結合によって、異なるタイプの物質を、所与の繊維または繊維のネットワークの異なる部分に結合させることができる。
【００４０】
粒子、例えば、コロイド粒子またはポリマーは、典型的には、複合体化剤またはリンカーの使用によって、１以上の繊維に結合するようにすることができる。かかる粒子の沈積は、電子的構成要素、例えば、単一電子トランジスタ（ＳＥＴ）の形成で使用することができる。
【００４１】
ネットワークの配置は繊維によって規定される。ネットワークの形成において、化学的相補性および分子認識特性は、自己アッセンブリプロセスによって利用することができる。繊維は、ヌクレオチド鎖と相補的配列との相互作用によって組み立てて、ネットワークを形成することができる。これは、種々の接合（例えば、図２その他に例示されたＴ−またはＸ−接合）の形成で使用することができる。核酸鎖およびリンカーまたは複合体化剤の間の特異的分子認識（該複合体化剤はオリゴヌクレオチドまたは種々の他の分子、マクロ分子、超分子組立体または粒子であってよい）は、核酸鎖を、界面構成要素に、他のネットワーク構成要素に、例えば、繊維間の接合に位置する粒子に連結するのに使用することができる。
【００４２】
また、本発明は、その態様の１つとして、マイクロエレクトロニックネットワークの２以上のコンダクタ間の接合を提供し、ここに、コンダクタの各々は、接合内のもう１つの鎖に結合したヌクレオチド鎖を含む接合に対して基部側の末端セグメントを有する。
【００４３】
また、本発明は、その態様のもう１つによって、
（ａ）少なくとも１つの導電性界面構成要素を含む配置を供し；
（ｂ）少なくとも１つの界面構成要素にリンカーを付着させ；
（ｃ）リンカーに結合することができる配列を持つ少なくとも１つのヌクレオチド鎖を含む少なくとも１つの繊維と該配置とを接触させ、該配列の該リンカーへの結合を可能とし；
（ｄ）電気的または電子的機能性を繊維に付与する少なくとも１つの物質または粒子をその上に沈積させまたはそれに複合体化させることによって、少なくとも１つのヌクレオチド鎖を電気的にまたは電子的に機能性化することを含む、
電子的ネットワークを作製する方法を提供する。
【００４４】
前記方法における工程の順序は重要ではなく、変更することができることに注意されたし。例えば、工程（ｃ）は工程（ｂ）に先行させることができ、あるいは機能性化工程（ｄ）は工程（ｃ）に先行させることができる。
【００４５】
ネットワークは、時々、全ての構成要素を媒体中で混合し、次いで、該構成要素を、種々の構成要素の予め設計した特性に基づいて、特異的に自己アッセンブリすることを可能とすることによって一度に形成することができる。特異的核酸配列を、他の繊維中の相補的配列へハイブリダイゼーションさせるように設計することができる。同様に、それに結合した特異的配列またはドメイン認識複合体化剤で粒子を形成して、それらを配列またはドメイン特異的に核酸鎖に結合させることができる。例えば、それに結合した３つの異なるオリゴヌクレオチドを持つクラスターまたは粒子を形成することができ、これは、次いで、３つの異なるヌクレオチド鎖の末端に結合して、コロイド粒子を含有する３つの繊維の間に接合を形成するであろう。同様に、特異的に界面構成要素へのネットワークの結合を保証するために、配列−またはドメイン−認識リンカーを界面構成要素に固定化し、アッセンブリングネットワークと接触させることができる。
【００４６】
他のときには、連続的にネットワークを形成させ、例えば、完全なネットワークの構成要素の一部を含む第１のサブ−ネットワーク構造を形成させ、次いで、ネットワークが完成するまで足りない構成要素（例えば、繊維、粒子等）を順次に付加することができる。サブ−ネットワーク構造は、例えば、いくつかのオリゴヌクレオチドがそれに結合した粒子、分岐した繊維構造等であり得る。グラジュアルアッセンブリは、ヌクレオチド鎖の自己アッセンブリ特性および配列またはドメイン特異的にヌクレオチド鎖に結合する複合体化剤およびリンカーの自己アッセンブリ特性に基づくこともできる。さらに、特に複合体構造を持つネットワークの場合、まず、複数のサブ−ネットワーク構造を調製し、次いで、それらを完全なネットワークの形成のために組み合わせることもできる。
【００４７】
当業者に明らかに認識されるように、ネットワークの形成は、ネットワークが形成される媒体を撹拌することによって、流体の方向性流れを供して繊維を配向させてそれらの他端に下流ネットワーク構成要素に結合させることによって、他のバイアス測定等を適用することによって助けることができる。本発明のワイアを形成するにおいて、ワイアがその上で形成される繊維の２つの端部の間の電位を増強させ、導電性物質、例えば、金属の方向性沈積を供することができる。
【００４８】
生得的に一本鎖、二本鎖または複数鎖であり得るヌクレオチド鎖を形成することができ、「工学的に作製された（engineered）」細胞、例えば、微生物によって核酸繊維の産生および再産生を含む組換えＤＮＡ法を含めた種々の方法によって形成し、複製することができ；別法として、繊維は、例えば、鎖を合成し、次いで、それらをより大きな繊維に組み合わせることによって合成により生産することができる。繊維は、種々の増幅技術、例えば、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）等によって形成することができる。
【００４９】
ヌクレオチド鎖および他の物質よりなる繊維は、種々の方法で形成することができる。典型的には、（例えば、導電性ポリマーから作製されるか、またはカーボンナノ−チューブである）非核酸繊維を形成し、特異的核酸鎖の両末端に共有結合させることができる。核酸鎖にその２つの末端で結合した非ヌクレオチド繊維を含むかかる繊維は、それ自体、ネットワークの構築で使用することができる。該繊維はヌクレオチドの他のストレッチに結合させることによって、組み合わせたヌクレオチド−非ヌクレオチド繊維に結合させて、中断したヌクレオチド鎖および非ヌクレオチドストレッチ等を持つより長い繊維を得ることによって延長することができる。
【００５０】
認識されるように、非ヌクレオチド繊維の末端で鎖に結合するよりもむしろ、前駆体のみを結合させ、次いで、前駆体で開始してイン・サイチュで鎖を合成することができる。
【００５１】
非ヌクレオチド繊維ストレッチは、典型的には、生得的導電性または半導電性であり、例えば、導電性または半−導電性ポリマーまたはコポリマーまたは導電性ナノ−チューブよりなる。かかる場合において、かかる非ヌクレオチド繊維ストレッチのさらなる機能性化が必要ないであろう。しかしながら、非ヌクレオチド繊維ストレッチは非導電性とすることもでき、次いで、ドーピングによって、または種々の分子、クラスターまたは粒子、例えば前記したもののその上への化学的または物理的沈積によって、機能性化して電気的または電子的に機能的となることができる。
【００５２】
さらなる態様によって、本発明は、電気的構成要素の１つにまたは界面構成要素に結合したヌクレオチド鎖を含み、２つの構成要素の他のものに結合したリンカーに対する生体分子相互作用によって結合した、電子的ネットワークおよび導電性界面構成要素の間の結合を提供する。
【００５３】
本発明のなおさらなる態様によって、前記定義のネットワーク構成要素が提供される。本発明によって形成することができるネットワーク構成要素の例はスイッチ、二極トランジスタ、単一電子トランジスタ、電界効果トランジスタ、ダイオード、コンデンサ、レジスタ、コンダクタ、発光ダイオード、絶縁体、インダクタである。
【００５４】
前記ネットワーク構成要素は本発明のネットワーク内で有用であるが、いくつかは、時々、異なる適用で利用性を有することができる。対応する先行技術構成要素と比較したそれらの小サイズは、それらが、小サイズまたは低エネルギー消費を要する種々の適用で利用できるようにする。かかる構成要素の特別の例はワイアである。
【００５５】
本発明のワイアは非常に薄くすることができ、例えば、トランジスタの非常に速いゲーティングのための半導体電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）におけるゲートとして、薄いワイアを要する適用で益するように使用することができる。ＦＥＴのゲーティングスピードは、ＦＥＴにおけるゲーティングワイアの幅（当該分野では、時々、「長さ」という）に大いに依存する。本発明によるワイアは、ＦＥＴの先行技術ゲートワイアの幅よりも小さな約２オーダーの大きさとなるように作製することができ、従って、従来可能であったものよりも速い変調が、本発明のワイアを用いてＦＥＴで得ることができる。そのゲートとして本発明のワイアを含むＦＥＴは本発明の態様でもある。
【００５６】
さて、添付の図面を場合によっては参照して、以下の詳細な記載および引き続いての実施例によって本発明を説明する。本発明は特別に記載された具体例に限定されるものではなく、核酸繊維の自己アッセンブリ特性を使用することによって、および分子認識駆動の自己アッセンブリプロセスを用いて繊維上または繊維に物質または粒子を沈積または複合体化して、繊維または繊維間の接合を電気的に機能的にすることによって、前記定義の本発明の全範囲、すなわち、ネットワークの形成、およびネットワークにおける構成要素に適用されることを当業者は認識すべきである。
【００５７】
［発明の詳細な記載］
ネットワークの形成は、典型的には、界面構成要素のマトリックスを提供することによって開始し、これは、ネットワークおよび外部回路または外部構成要素の間にＩ／Ｏ界面を提供する。かかる界面構成要素マトリックス１００の１つの具体例は、図１Ａに示される。界面構成要素１０２の各々は、典型的には、ネットワーク結合パッド１０４を有する金属電極、およびコネクター部分１０８によって連結された外部回路結合パッド１０６である。
【００５８】
ネットワークの形成のための調製工程として、結合パッドを処理して、リンカー１１０、例えば、誘導体化オリゴヌクレオチドのそれへの結合を可能とする。処理方法の例は後記する。（リンカーオリゴヌクレオチドを、図１Ｂに見られるような後記する界面構成要素へ固定化する１つの具体例）。次いで、予め調製したリンカー１１０をパッド１０４に結合させることができ、典型的には、異なるリンカーをパッドの各々に結合させることができる。マトリックスの中央部分１１２の右側の拡大において模式的に示されたリンカー１１０は、例えば、実施例で後記するように、例えば、ジェトプリンティングによって、パッド１０４に固定化することができる。このようにして、異なるリンカー１１０をパッド１０４の各々に結合させることができる。リンカー１１０の各々は、異なる特異的核酸配列への選択的結合能力を有し、この特徴はリンカーの末端において異なる形状によって表される。
【００５９】
（本明細書中で定義され、後記の実施例によって記載された）ワイアを含めた機能化繊維のネットワークおよび繊維間の接合上または接合において形成された種々の他のネットワーク構成要素を、次いで、マトリックスに接触させることができ；界面構成要素上に固定化されたリンカーへのネットワークの繊維における核酸配列の特異的結合の結果、界面構成要素に対するネットワークの特異的結合性パターンが得られる。別法として、繊維の核酸鎖を、まず、リンカーに特異的に結合させ、要すれば、ネットワークの機能化、すなわち、電子的に機能的構成要素の形成、ワイアの形成等を、次いで、形成された核酸ベースのネットワークで行うことができる。もう１つの別法は、まず、いくつかのサブネットワーク構造を界面構成要素のマトリックスに係留させ、引き続いての工程で、あるいは同時に、サブネットワークを相互に形成させて、完全なネットワークを形成させる。サブネットワーク構造の例は、一緒に結合したいくつかの繊維、いくつかの核酸繊維がそれに結合した原子または分子のクラスターまたは粒子を含む。ここに再度、繊維は生得的に電気的にまたは電子的に機能的であるか（全体的または部分的に）、あるいは機能化はネットワークの形成の後に行うことができる。
【００６０】
図１Ｂは、オリゴヌクレオチドを界面構成要素に固定化するための具体例の模式的表示である。ビオチン分子１２０および１２２は結合され、１つはオリゴヌクレオチド１２４に、他は硫黄含有部位１２６に結合される。ビオチン分子１２２は硫黄含有部位１２６を介して界面構成要素１２８に固定化され、次いで、ストレプトアビジン分子１３０が媒体に導入され、それらは、複合体化剤１３２の形成を生じ、これは、ビオチンおよびストレプトアビジンを含む超分子複合体であり、これはオリゴヌクレオチド１２４を界面構成要素１２８に固定化する。
【００６１】
オリゴヌクレオチド１２４は、引き続いての機能化工程によって、コンダクタ、ダイオード、トランジスタ等のようなネットワーク構成要素に、後記例示の方法で修飾することができる。別法として、それらは、繊維のヌクレオチド鎖末端セグメントの結合のためのリンカーとして働くことができる。
【００６２】
本発明のネットワークにおける重要な構成要素は、種々の機能を発揮する接合である。接合のいくつかの例は図２に示す。図２Ａは、２つの一本鎖核酸繊維２０２および２０４の間に形成された、接合２００を示す。この特別の例における接合は、繊維２０４における末端配列２０６および繊維２０２における相補的配列２０８のハイブリダイゼーションによって形成される。この接合は核酸繊維の間のＴ−タイプ接合として働くことができ、これは、次いで、例えば、後記するように導電性物質を繊維２０２および２０４および接合上に沈積させることによって、機能化連結接合に変換することができる。
【００６３】
接合２１０のもう１つのタイプは図２Ｂに示される。この結合は、コロイド粒子、蛋白質、もう１つのタイプのマクロ分子、超分子構造等であり得る複合体化剤２１２によって形成される。この場合、接合は１つの一本鎖繊維２１４およびもう１つの一本鎖繊維２１６の間に形成される。しかしながら、かかる接合は２つの二本鎖繊維の間にも形成できることに注意すべきである。複合体化剤を種々の手段によって繊維に結合させることができる。結合は共有結合または非共有結合であり得る。非共有結合の例はイオン相互作用、ファンデルワールス力などによる疎水性相互作用である。複合体化剤は、それ自体によって複合体分子構造でもあり得る。例えば、それは、その少なくとも１つが繊維２１６および２１４の各々に結合した相互に対する結合親和性を持つ２以上の分子またはマクロ分子によって形成することができる。かかる複合体分子構造の例は、例えば、抗体−抗原、リガンド−受容体、ビオチン−アビジン、および多くの他のもののごとき、相互に結合することができる非常に多様な分子である。
【００６４】
かかる複合体分子構造の特別の例は図１Ｂ（前記）に示される。ビオチン−ストレプトアビジン複合体であるこの複合体分子構造は、電極へオリゴヌクレオチドを固定化するその役割において示されるが、同複合体分子構造は、核酸繊維間に接合を形成するのにも使用することができる（すなわち、各繊維は、ビオチンに結合させることによって修飾することができ、次いで、２つのアビジン部位を１つのストレプトアビジンによって複合体化することができる）。
【００６５】
接合２２０のさらなる例は図２Ｃに示す。この場合、複合体化剤２２２は２つの繊維２２４および２２６を一緒に結合させる。複合体化剤および核酸繊維との相互作用の様式は図２Ｂにおける複合体化剤２１２と同様であり得る。
【００６６】
接合の２つの他の例は図２Ｄおよび２Ｅに示される。これらの接合２３０および２４０は、それぞれ３つおよび４つの核酸鎖の間で形成され、その各々は二本鎖である。かかる接合は、実施例で後記するごとく、ハイブリダイゼーションまたは酵素合成によって形成することができる。
【００６７】
もう１つのタイプの接合２５０は図２Ｆに示される。この場合、複合体化剤２５２、例えば、コロイド粒子は、その各々が複合体化剤２５２のその末端に結合した複数の繊維、この特別の具体例においては４つ２５３〜２５６を一緒に連結させる。繊維２５３〜２５６の各々の粒子２５２への結合は、図２Ｂおよび２Ｃ等により記載された方法のいずれかで、特異的結合蛋白質のごときメディエーターによる直接的会合によることができる。
【００６８】
以下において、本発明のワイアおよび電子的構成要素および機能化ネットワークの製造を記載する。これらは例示的具体例にすぎず、記載した具体例の種々の修飾が可能であり、全ては本明細書で定義した本発明の範囲内のものである。
【００６９】
さて図３Ａを参照し、この具体例にはヌクレオチド骨格上で形成されたワイアである本発明によるワイアの形成を示す。該ワイアは、典型的には、金、白金、銀等のような金属よりなる、またはそれによってコートされた２つの電極３００の間に形成される。まず、リンカーの引き続いての結合を容易に処理することができる電極３００を、各々が、ジスルフィド基によって誘導体化された、一本鎖オリゴヌクレオチド（各々、「オリゴＡ」および「オリゴＢ」）よりなる、いずれかのリンカー分子３０２または３０４を含有する溶液で別々に湿潤化する。これらのリンカーが適当な条件下で電極３００上に沈積したら、ジスルフィド基を電極３００に結合させて、各々、リンカー３０６および３０８を形成させる（工程（ａ））。次いで、電極３００を、ヌクレオチド鎖溶液、例えば、リンカー３０６および３０８におけるオリゴヌクレオチドの配列に相補的な粘着末端を有するＤＮＡ二本鎖繊維３１０で湿潤化する。電極３００は核酸繊維３１０の長さとほぼ等しい距離だけ相互に離し、それにより、核酸繊維３１０の各端部をリンカー３０６および３０８の一方におけるその相補的オリゴヌクレオチドに結合させて２つの電極３００の間にブリッジ３１２を形成させる（工程（ｂ））。媒体中のオリゴヌクレオチド３１０の濃度を制御することによって、電極の間に形成されたかかるブリッジの数を制御することができる。ハイブリダイゼーションに続き、核酸繊維へのリンカーの結合は、ニックの連結による該２つの相互への共有結合によって強化することができる。
【００７０】
時々、特に、繊維３１０が長く、かくして、単に拡散に頼ることによって両末端におけるそのハイブリダイゼーションを保証するのが現実的でない場合、ストランド３１０を１つの電極に結合させ、次いで、第１の電極の第２の電極への流体の方向性流れによって、その端部が第２の電極に到達するように核酸繊維が延長される。
【００７１】
また、核酸繊維の折り畳みを回避し、適当な結合を確保するために、適当な溶液を時点選択する必要があるであろうことも明らかである。
【００７２】
金属ワイアを構築する目的のための繊維の機能化工程は、アルカリ性条件下で銀イオン（Ａｇ+）を含む溶液に繊維を暴露することを含むイオン交換工程によって、特別に説明した具体例に従い開始され、それにより、銀イオンは、ヌクレオチド鎖および負に荷電した繊維との複合体と普通には会合したナトリウムイオンまたは他のイオンと置き換わる（工程（ｃ））。これは、銀イオン３１６を負荷した核酸繊維３１４を生起させる。銀イオンよりはむしろ、例えば、コバルト、銅、ニッケル、鉄、金等を含めた広範囲の他の金属イオンを用いることができることに注意すべきである。さらに、金属凝集体、複合体またはクラスター、例えば、コロイド金、コロイド銀等を、種々の異なる相互作用を介して核酸繊維上に沈積させることもできる。イオン交換工程は、典型的には、脱イオン水で繊維をすすぎ、次いで、それを金属イオンまたは金属凝集体の溶液に浸漬することを含む。
【００７３】
次の工程において（工程（ｄ））、イン・サイチュにて金属イオンの金属銀への還元を生じる還元剤、例えば、ヒドロキノンに繊維を暴露する。金属溶着、例えば、金属銀が多数の核形成部位３１８で形成される。脱イオン水ですすいだ後、各形成部位３１８を持つ繊維を、酸性条件下で、金属および還元剤、例えば、ヒドロキノンを含む試薬溶液と接触させる。これらの条件下で、イオンは核形成部位でのみ金属に変換され、結果として、核形成中心が成長して導電性ワイア３２０が形成される（工程（ｅ））。
【００７４】
銀核形成中心も、金または他の金属の化学的沈積によって増強することができるのに注意すべきである。同様に、金核形成中心は、金、銀ならびに他の金属の沈積によって増強することができる。
【００７５】
かく形成されたワイア３２０は、例えば、ワイアの厚みおよび均一性を増大させることを意図した熱処理；例えば、アルカンチオールへの暴露によって、ワイアの回りの電気的絶縁層を形成する目的の不動態化処理；ワイア上でのポリマーによるワイアの電気化学的または光化学的成長等を含むことができる、種々の製造後処理に付すことができる。
【００７６】
図３Ｂは、図３Ａで説明した手法によって形成されたワイアの典型的な電流−電圧相互関係を示す。ここで見られるように、曲線は非直線状であって、ゼロバイアスに関して非対称である。曲線の形状は図３Ａによって示される走査方向に依存する。大きな正または負のバイアスからゼロ電圧に近づくと、電流は電圧と共にほとんど直線状に減少する。次いで、ゼロ電流プラトーが、非常に大きな微分抵抗を伴って発生する。より高いバイアスでは、ワイアは、再度、異なるチャンネル抵抗を伴って導電性となる。この履歴−依存性電流−電圧関係はワイアを論理またはメモリー構成要素とすることができる。
【００７７】
認識されるように、同様の手法に必要な変更を加えて、図８Ａにて以下に示された種類の繊維を調製することができる。従って、末端または中間ヌクレオチド鎖に関して、所要の機能化工程が必要であるにすぎないであろう。
【００７８】
さて、図４を参照し、本発明のもう１つの具体例によるワイアの形成の方法が示される。ここに、再度、ヌクレオチド骨格上にワイアが形成される。前記で指摘したように、図３Ａの具体例を参照し、同様の手法に必要な変更を加えて、図８Ａで示された種類の繊維に関して続いて行うことができる。この具体例において、金属よりもむしろ図３Ａのそれとは区別されて、沈積した材料はＰＰＶ（ポリ−フェニレンビニレン）である。電極４００は、図３に示された電極３００と同一である。該方法の最初の２つの工程（工程（ａ）および（ｂ））は、図３Ａにおける対応する工程と実質的に同一である（同一の構成要素には、図３Ａにおける対応する構成要素と同一の最後の数字の参照番号が与えられた；例えば、４０２は３０２と同一であり、４０４は３０４と同一である）。形成されたブリッジ４１２は、前記と同様に、リンカー４０６および４０８への繊維４１０の共有結合によって強化して、２つの電極を結合させる完全な繊維４１４を生じる（工程（ｃ））。
【００７９】
次いで、プレＰＰＶ(26)分子４１６を含む溶液を繊維４１４と接触させ、正に荷電されることによって、プレＰＰＶ４１４は負に荷電したＤＮＡブリッジ４１４と複合体化する（工程（ｄ））。次の工程として、試料をすすぎ、乾燥し、最後に、真空中で、例えば、約３００℃の温度で約６時間加熱し、これは各反復単位からテトラヒドロチオフェン基および塩酸の放出に導いて、ルミネセンスＰＰＶ構成要素を生じる（工程（ｅ））。
【００８０】
ＰＰＶをコンダクタに変換するために、電子欠乏（ホール）を引き起こすか、あるいは過剰の電子を生起させる剤でこのポリマーをドープする。ドーピングは多くの公知の方法、例えば、Ｈ2ＳＯ4蒸気への暴露、ハロ−酸蒸気（例えば、ＨＣｌ、ＨＢｒ）の添加によって、ドデシルベンゼンスルホン酸の使用によって、ショウノウスルホン酸の使用によって、あるいは他の手段によって行うことができる。ドーピングの程度はワイアの結合性を決定する。
【００８１】
多くの他のポリマーを本発明におけるＰＰＶの代わりにまたはそれに加えて使用することができる。これは、正に荷電した側鎖基を持つ種々のポリマーならびに骨格に正に荷電した基を持つポリマーまたは核酸繊維に結合できる認識基を持つポリマーを含む。ポリマーのもう１つの例はポリアニリン（ＰＡＮＩ）である。これらのポリマーは、電子欠乏を有するか（ｐ−型ポリマー）、あるいは電子過剰を有する（ｎ−型ポリマー）ものを含む。同様の方法に必要な変更を加えて、他の型の導電性物質（ｎ−型またはｐ−型物質）を繊維に結合させることもできる。
【００８２】
電子的機能を付与することができる種々の物質に（電子過剰を有するポリマー）結合したオリゴヌクレオチドの使用によって、核酸繊維上で組み立てた電子的構成要素の特性を正確に制御することができる。例えば、そのうちの１つが、繊維の特別の部分へのハイブリダイゼーションを可能とし、ｐ−型の物質に結合し、もう１つがｎ−型の物質に結合した、繊維の隣接部分へのハイブリダイゼーションを可能とする配列を有する２つのオリゴヌクレオチドを、繊維に結合させ、このようにして、ｎ／ｐ接合を形成することができ、例えば、ダイオードとして機能させる。もう１つの例は、ｐ−ｎｐまたはｎ−ｐｎ型の二極トランジスタの形成であろう。
【００８３】
ヌクレオチド鎖上に形成することができるいくつかの機能的構成要素の例を図５に示す。図５において、ｐ／ｎ接合は、この特別の例ではポリＣである１つのオリゴヌクレオチド５１２に結合したｐ−型の物質５１０、およびこの特別の例ではポリＡであるもう１つのオリゴヌクレオチド配列５１６に結合したｎ−型の物質５１４によって形成される。該オリゴヌクレオチドはヌクレオチド繊維５２２上の、各々、相補的配列５１８および５２０に結合し、カップリングの後、ｐ／ｎ接合が形成される。図５Ａにおいて、ｐ／ｎ接合は繊維５２２の一本鎖セグメント上に形成される。同様に、かかる接合は、例えば、隣接セグメント５２６および５２８へ暴露する酵素消化により、まず１つのストランドの一部を除去し、次いで、各々、相補的ｐ−型およびｎ−型の物質担持オリゴヌクレオチド５３０および５３２とハイブリダイズさせることによって、二本鎖繊維５２４上で形成することもできる（図５Ｂ参照）。
【００８４】
繊維の残りの部分は、例えば、図３または４を参照して前記したもののごとく、ワイアを形成するように処理することができ、それに従い、ダイオード（ｐ／ｎ接合）５３４が、ダイオードの２つの端部を近接して挟む導電性ワイア（Ｃ）５３６および５３８で形成される（図５Ｃ）。コンダクタ物質がｐ−ｎ接合部分に沈積しないことを保証するために、該接合を構成する材料をまずカップリングさせ、次いで、繊維の残りの部分のみを前記したように処理して導電性ワイアを形成させる。
【００８５】
図５Ｄは、この場合は、グレーデッドｐ／ｎ接合５４４へ変換された繊維の一部を近接して挟む２つの末梢繊維部分５４０および５４２上に形成された２つの導電性ワイア（Ｃ）よりなるもう１つの構造の模式図である。この例示された接合は、かなりドープされた部分５４６および５４８（ｐｐｐおよびｎｎｎ）、中程度にドープされた部分５５０および５５２（ｐｐおよびｎｎ）およびわずかにドープされたにすぎない部分５５４および５５６（ｐおよびｎ）よりなる。
【００８６】
もう１つの機能化構造が図５Ｅに示される。この構造は、Ｔ−タイプの分岐点５６０を有する接合であり、示されたごとく該接合の一部をｎ−ｐ−ｎ二極接合５６２（またはｐ−ｎ−ｐ接合）に変換し、次いで、繊維の残りの部分５６４、５６６および５６８をワイアに変換することによって、二極トランジスタが形成される。
【００８７】
ハイブリダイゼーション以外の手段によって、種々の物質の特異的沈積も達成することができる。例えば、種々の分子、例えば、特異的ドメインを認識することができる蛋白質を、二本鎖または複数本鎖ヌクレオチド鎖を「開環」する必要性なくして、この目的で使用することができる。
【００８８】
半導体ポリマーよりなる非ヌクレオチド繊維ストレッチに付着したヌクレオチド鎖よりなる、図８Ａに示した種類の繊維において、本発明によりｐ−ｎ接合を得ることもできる。半導体ポリマーがｐ−型である場合、図５に示されたのと同様にして、ｎ−型ポリマーを、半導体繊維セグメントに隣接するヌクレオチド鎖セグメント上に沈積させることができる。同様に、ｐ−ｎ接合は、ｎ−型半導体繊維配列に隣接するヌクレオチド鎖セグメント上にｐ−型ポリマーを沈積させることによって見いだすことができる。
【００８９】
図６は、単一電子トランジスタ（ＳＥＴ）の構築の方法を示す。粒子６００は、３つの異なるオリゴヌクレオチド６０２、６０４および６０６と結合させる。オリゴヌクレオチドのうちの１つを、大きな非導電性複合体化剤６０８、例えば、蛋白質または超分子構造を介して粒子６００に結合させ、その目的はさらに後記する。３つの電極のアレイ６１０において、各電極は、その各々がオリゴヌクレオチド６０２、６０４および６０６のうちの１つにおける配列に相補的な、異なる粘着末端を有する、繊維６１２、６１４および６１６（これは、ヌクレオチド繊維、図８Ａで示した種類の繊維、その他であってよい）のうちの１つに結合される。オリゴヌクレオチドを付着させた粒子を電極アレイと接触させ、ハイブリダイゼーションのための条件を提供することによって、その各々が繊維６１２、６１４および６１６のうちの１つおよびオリゴヌクレオチド６０２、６０４および６０６のうちの１つよりなる、３つのブリッジを介して粒子６００に結合した電極６１０よりなる構造６２０が形成される。繊維６１２、６１４および６１６は、各々、オリゴヌクレオチド６０２、６０４および６０６に共有結合させて、統合繊維６２２、６２４および６２６を形成することができる。
【００９０】
例えば、アルカンチオール、オクタドデシルチオール、ドデシルチオール等への暴露によって、該粒子を不動態化して絶縁性層６３０を形成させて、周囲の媒体からコロイド粒子を単離し、引き続いての工程でのコロイド粒子上への沈積を回避する。次いで、繊維６２２、６２４および６２６が前記したようにワイアに形成され、それにより、ＳＥＴが形成される。
【００９１】
ＳＥＴにおいて、ワイア６２２はゲートとして、およびその適当な機能のために働き、それと粒子６００の間の高い抵抗が好ましく、この目的は複合体化剤６０８によって達成される。通常の条件下で、粒子６００は電流の流れに抵抗するが、ゲートにおける電位が変化した場合、形成された静電場は、コロイド粒子を荷電しまたは放電させるのに必要な活性化エネルギーを減少させ、それにより、電流はワイア６２４および６２６の間に流れることができる。
【００９２】
認識されるように、本明細書に記載されたＳＥＴの構築の方法は例に過ぎない。１つの別法は、繊維が付着した粒子の最初の形成および、例えば、オリゴヌクレオチドリンカーを介して、電極に繊維を形成させることである。当業者に明らかなごとく、本発明によりＳＥＴを構築する他の可能な別法がある。
【００９３】
さて図７を参照し、可逆的光変換に基づいた分子スイッチが示される。ヘキサフルオロシクロペンテンまたはマレイミドのビスチオフェン誘導体（各々、図７Ａおよび７Ｂ）のごとき分子断片がネットワークに結合される。ポリマー基（配列選択的または非配列選択的であり得る認識基を含有することができるＰ１およびＰ２（これは、同一または異なってもよい））を、共有結合相互作用または非共有結合相互作用を介して両チオフェン部位に付着させて破壊されたコンジュゲーテッドポリマーを形成させる。ポリマーＰ１およびＰ２を各々異なる繊維に結合させる（各々、Ｐ１およびＰ２、示さず）。適当な波長（λ）を持つ光への暴露に際して、ヘキサフルオロシクロペンテンまたはマレイミドの二重結合を持つチオフェンの光環化が起こり、かくして、電気的にＰ１およびＰ２を結合させるコンジュゲーテッドポリマーのワイアが形成される。環化スイッチの光励起の結果、逆環化プロセスが起こり、ポリマーに沿ってコンジュゲーションを再破壊する。
【００９４】
スイッチング光信号は外部光源から提供することができ、あるいはいずれかの内部光源によって内部にて提供することができる。
【００９５】
図８Ａは、本発明による他の具体例を模式的に示す；図３Ａおよび４に示す繊維はヌクレオチド骨格を有するが、図８Ａに示す繊維はヌクレオチドセグメントおよび非ヌクレオチドセグメントを双方よりなる複合体構造である骨格を有する。図８Ａは繊維の２つの具体例、繊維７００および繊維７１０を示す。繊維７００は、主要部分として、その末端が２つのヌクレオチド鎖７０４および７０６に連結した非ヌクレオチド繊維ストレッチ７０２を有する。非ヌクレオチド繊維ストレッチ７０２は導電性、半導電性または非導電性のポリマーであってよく、あるいはナノ−チューブ、例えばカーボンナノ−チューブであってもよい。
【００９６】
繊維７１０は、ヌクレオチド鎖７１８および７２０によって結合され、２つの末端ヌクレオチド鎖配列７２２および７２４によって近接挟まれたいくつかの繊維ストレッチ７１２、７１４、７１６よりなる。かかる複合繊維において、オリゴヌクレオチド鎖は他の繊維のオリゴヌクレオチド鎖に結合させるための認識基として働く。好ましくは、非ヌクレオチド繊維ストレッチ（繊維７００および７１２の７０２、繊維７１０の７１２、７１４および７１６）は導電性または半導電性材料よりなる。かかる非ヌクレオチドセグメントの使用は種々の電子的構成要素の構築を容易にする。かかる物質は、分子、マクロ分子または非分子（異種）特徴のものであってよく、チオフェン、ピロール、アニリン、アセチレン、フェニレンのオリゴマーおよびポリマー、金属複合体（補助的内部結合多形、白金複合体等のごとき）およびナノ−フューブ、例えば、カーボンベースのナノ−チューブよりなることができる。
【００９７】
図８Ｂに模式的に示したごとく、かかる非ヌクレオチド繊維ストレッチは、それらの末端部位において活性基（Ｒ1およびＲ2）で選択的に誘導体化することができる。Ｒ1およびＲ2は同一または異なっていてもよく、−ＮＨ2、−ＣＯ2Ｈ、−ＣＯ2Ｒ−Ｂｒ−Ｂ（ＯＨ）2その他を表すことができる。
【００９８】
相補的部位を担持するオリゴヌクレオチドはこれらの末端活性基に共有結合によりカップリングさせることができる。例えば、図９に示すごとく、その２つの末端において２つのカルボキシル基を有するポリチオフェンを調製することができる。これらのカルボキシル基に対して、「Ｒ」が導電性ワイアを表す図１０で示されたようなカルボキシル基上の活性エステルの形成によってＥＤＣの使用により、１つは図９に示した、異なる方法を用いてアミノ誘導体化オリゴヌクレオチドを付着させることができる。
【００９９】
同様のアプローチを、アミノ誘導体化オリゴヌクレオチドを用いて、カーボンナノ−チューブの末端基の選択された誘導体化に適用することができる。カーボンナノ−チューブはそれらの２つの末端にカルボキシル基を有することができる（ウォンら(Wong et al.)、ネイチャー(Nature)、３９４；５２、１９９８）。図１１で見ることができるように、これらの末端に対して、アミノ誘導体化オリゴヌクレオチドを活性エステルカップリングを介して結合させることができる。
【０１００】
金属イオン−リガンド相互作用の使用、金属−金属複合体、金属イオン触媒ヘテロカップリング方法その他の使用のごとき、種々の他のカップリング方法を、繊維へのオリゴヌクレオチドの結合に適用することができる。
【０１０１】
図１２は、本発明によるＦＥＴの模式的説明である。該ＦＥＴ８００は、半導体マトリックス８０６の２つの末端に位置した、電源電極８０２、ドレイン電極８０４よりなる。ゲート電極８１０に結合したゲートワイア８０８は、半導体マトリックス８０６内の凹所８１２に位置する。半導体ＦＥＴにおけるゲート長は、ＦＥＴを操作することができる最大周波数を大いに決定する。より短いゲートはゲート下の電子飛行時間を最小化し、従って、より高い操作周波数を容易にする。ゲートは別としてＦＥＴの寸法は臨界的ではないので、ゲートパラメーターはより速いＦＥＴＳの大量生産のためのボトルネックを設定する。本発明におけるＦＥＴはこの問題の解決を提供する。ゲートは別としてＦＥＴは、常法のリソグラフィーおよび半導体プロセス技術によって製造することができ、次いで、電極間の核酸繊維を延伸することによってゲートを形成することができ、次いで、前記にて概説したごとくに繊維を金属化することができる。このようにして、サブ−０．１マイクロメーターゲートは容易に形成することができ、より速いＦＥＴＳの安価な大量生産を可能とする。
【０１０２】
さて、以下の実施例により、本発明を説明する。
【０１０３】
［実施例］
実施例１：リンカーの調製
（ａ）ジスルフィドベースのリンカー
ジスルフィド基で誘導体化した制御された孔のガラス（ＣＰＧ）を、遊離５′部位を有するオリゴヌクレオチドの合成（３′部位で開始する）で使用する。常法のＤＮＡ合成器を用いてオリゴヌクレオチドを調製する（図１３中のスキーム参照）。
【０１０４】
（ｂ）チオールベースのリンカー
リンカーは、前記（ａ）に従って調製され、ジスルフィド結合を開裂させて遊離チオールを得る。
【０１０５】
（ｃ）ビオチン−ストレプトアビジン複合体ベースのリンカー
ビオチン部位は、自体公知の特異的配列を有するオリゴヌクレオチドに結合させる。ビオチン−オリゴヌクレオチドは、一方側にビオチン部位（図１Ｂ参照）および他方側にチオールまたはジスルフィド基を含有するもう１つの分子にストレプトアビジン分子を介してカップリングさせる。
【０１０６】
（ｄ）リプレッサーベースのリンカー
ｌａｃリプレッサーのごとき核酸結合蛋白質はチオール基に共有結合させる。粘着末端を有し、該リプレッサーのが結合する標的配列を含有するＤＮＡ配列が合成される。該ＤＮＡ配列は標的配列を介してリプレッサーにカップリングされる。
【０１０７】
（ｅ）チオホスフェートベースのリンカー
オリゴヌクレオチド配列の構築（３′側から出発）は、ホスフェート含有ヌクレオチドの代わりにチオホスフェート含有ヌクレオチドを使用する常法のＤＮＡシンセサイザーを用いて行う。
【０１０８】
（ｆ）人工部位特異的ベースのリンカー
５′−ｐｙｒ−ｐｙｒ−ｐｕｒ−３配列(26)（ｐｙｒ＝ピリミジン、ｐｕｒ＝プリン）に結合することが知られている例えばＲｈ（Ｐｈｅｎ）2Ｐｈｉのごとき合成部位−特異的部位をチオール基に共有結合させる。
【０１０９】
実施例２：リンカーの電極への付着
（ａ）マイクロピペット湿潤化
例えば、ピペットまたはマイクロピペットによって、あるいはいずれかの液体分注器によって、電極を適当なリンカーの溶液に暴露させる。かかる液体分注機は、コンピューター制御できるマニピュレータに固定化することができる。異なるタイプのリンカーを各電極に配することができる。加えて、異なるタイプのリンカーを異なる電極に同時にまたは順次に配することができる。
【０１１０】
（ｂ）ジェットプリンティング
インク−ジェット様プリンティング技術が、異なる電極の異なるリンカーへの選択的暴露で使用される。かかる技術を利用することによって、高い精度、分解を達成し、生産速度を増大させ、大規模な生産を容易にすることができる。
【０１１１】
（ｃ）初めからの（Ab-initio）電極−リンカー合成
（ｃ１）選択マスキング技術の使用
ＤＮＡ配列を合成するために使用されるよく開発された技術を、複合電極−リンカーアレイの初めからの（ab-initio）調製で結び付けることができる。例えば、電極の組からなる不活性基材を不活性コーティングで部分的にコートして、２つのタイプの電極：コート電極（Ａ）および非コート電極（Ｂ）を発生させる。ＤＮＡ合成の出発点として働く核酸配列に連結したチオールの溶液に基材を暴露する。不活性コーティングのため、非コートＢ電極のみが該チオールと反応する。標準的なＤＮＡ合成技術を用い、予め規定された配列をＢ電極上に生じさせる。次いで、基材をすすぎ、マスクした電極を暴露し、続いてＢ電極を選択的にコーティングする。この手法は、それに結合したリンカーのタイプによって相互に異なる２つのタイプの電極の生産を可能とする。幾分より複雑な工程（マスキングおよび脱マスキングのいくつかの工程）の同一技術は、それに異なるリンカーが結合した多くの異なる電極を有する種々の基材の製造を可能とする。
【０１１２】
（ｃ２）光脱保護技術の使用
このアプローチは、ＤＮＡ合成の出発点の保護のための光不安定基の利用を含む。不活性化出発点基はヌクレオチドと反応することができない。マスクおよび／または光コンダクタおよび／またはいずれかの他のアドレス可能な光源による選択的照射を用い、異なる選択された電極の活性化は、選択された電極からの保護基の光除去によって達成される。
【０１１３】
（ｃ３）ブロッカーの使用
マスキング技術（前記（ｃ１））を用い、電極の組をオリゴヌクレオチド合成のために調製する。一旦、ＤＮＡ配列を電極の１つの組に複合体化すると、末端基を該オリゴヌクレオチドに結合させてそれらの不活性性を確保する。本発明によって調製されるが、この工程で活性となる異なる電極上で、他の配列をさらに合成することができる。以前の工程で構築されたリンカーの組は、それらの末端点に結合されたブロッカーのため、影響されない。
【０１１４】
（ｃ４）電極プリンティング
リンカーを金コロイドのごとき導電性ビーズに結合させる。次いで、該コロイドを制御可能に分散させて、リンカーが結合した導電性金属パツドを形成させる。分注は、前記で概説した異なる技術によって、あるいはいずれかの常法技術によって達成することができる。
【０１１５】
前記技術は単独であるいは他の技術とのいずれかの組合せで使用することができる。
【０１１６】
実施例３：ネットワークの構築−接合の生産
（ａ）分岐した配列の生産
安定な４つのアームの分岐したＤＮＡ接合は、例えば、以下の配列を用いて構築される。
【０１１７】
【配列表１】
【０１１８】
配列の注意深いプランニングは所望のデザインに従って複合体化接合の製造を可能とする。この分岐配列は自体公知の方法を用いて二本鎖繊維に結合させることができる。
【０１１９】
（ｂ）酵素反応による分岐の創製
大腸菌（E. coli）細菌からの蛋白質ｒｅｃＡは、２つのＤＮＡ分子を接合させるための塩基対合ハイブリッドの組換えおよび構築を触媒する。それは、特異的に、一本鎖ＤＮＡを二本鎖ＤＮＡに特異的に結合でき、但し、相同性は該一本鎖および二本鎖ＤＮＡの間に存在する。ＤＮＡ結合蛋白質は一本鎖ＤＮＡを延長することができ、ランダム衝突によってＤＮＡアニーリングを容易にする。また、２つの別々のデュプレックスの間に塩基対特異的接触を達成して、２つの螺旋の溝に暴露された化学部位を介して整列された四本鎖構造を形成することも可能である。同様に、ｒｅｃＡ蛋白質は、二本鎖を開き、一本鎖配列を露出する必要性なくして、「外部」から相補的配列の認識を介して、一本鎖および二本鎖ＤＮＡの間に特異的接触を誘導することができる。また、三本および四本鎖ＤＮＡ螺旋を組み換える可能性もある。四つのＤＮＡストランドを接合点で「スイッチ対合」を受けさせて、交差ストランド接合（ホリデー(Holliday)構造と呼ばれる）を形成させることができる。従って、２つのストランドが正確には相補的ではない組換えＤＮＡ分子上の領域であるいわゆるヘテロデュプレックスを創製する可能性がある。しかしながら、分岐接合は、相補的塩基対合の平衡点まで移動することができる。十分な組換デュプレックスが立体再配置を可能とすることによって形成される。イン・ビトロでホリデー（Holliday）構造を作製するためのＲｅｃＡ蛋白質の利用はよく確立されている（例えば、ビー アルバーツ(B. Alberts)ら、モレキュラー バイオロジー オブ ザ セル(Molecular Biology of the Cell)、第３版、ガーランド出版社(Garland Publishing Inc.)、ニューヨーク、１９９４参照）。大腸菌細菌からのもう１つの酵素、ＲｅｃＢＣは、解く活性およびヌクレアーゼ活性を共に有し、従って、自由端部を持つ一本鎖ＤＮＡの露出を触媒でき、ＲｅｃＡ蛋白質が対合反応を開始させることを可能とする。ネットワークの段階的形成で重要なのは、ＲｅｃＢＣが遊離デュプレックス端部を含有するＤＮＡでのみ解くことを開始させるという事実である。次いで、それは、移動しつつ、自由端部からＤＮＡに沿って、ＤＮＡを解きおよび再度巻くことを操縦する。それは、再度巻くよりも速くＤＮＡを解く故に、一本鎖領域の「バブル」またはループがデュプレックスＤＮＡで生じる。次いで、ＲｅｃＡ蛋白質は、単一ストランドのうちの１つにおける特異的配列５′−ＧＣＴＧＧＴＧＧ−３′中においてＲｅｃＢＣによって作製されたカットに結合することができ、ＤＮＡストランドともう１つのＤＮＡとの交換を開始させる。該カットの特異的配列は、人工組換えＤＮＡ合成によって予め設計することができる（ビー アルバーツら(B.Alberts et al.)、前掲およびエル ピー アダムスら(L.P.Adams et al.)、ザ バイオケミストリー オブ ザ ヌクレイック アシッド(The Biochemistry of the Nucleic Acids)、第１１版、チャップマン アンド ハーレ(Chapman & Hale)、１９９２）。
【０１２０】
（ｃ）核酸結合蛋白質の使用
２以上の特異的ＤＮＡ結合蛋白質を２以上のＤＮＡストランドと相互作用させることができる。かかる結合蛋白質のカップリングは、異なるＤＮＡストランドの間の接合の形成を可能とする。
【０１２１】
実施例４：ネットワークの基材への結合
ネットワークの基材への係留は、種々のＤＮＡ結合蛋白質を用いて実現することができる。例えば、（プラスチック基材のごとき）基材に、および該ＤＮＡに結合することができ、従って、２つを結合させる、細菌からのリプレッサー（例えば、ｌａｃ−リプレッサーまたはλ−リプレッサー）。かかる結合は、電気的機能に必ずしも参画することなく、ネットワークを安定化させる。
【０１２２】
実施例５：集積回路の調製
集積回路（ＩＣ）は、ケイ素、誘導体化ケイ素、シリカ、誘導体化シリカ、有機ポリマーまたはネットワークの製造または機械的固定もしくは安定化用の支持体として作用することができるいずれかの他の基材よりなる。該基材は電気的機能を発揮することができる。
【０１２３】
ＩＣ調製の典型的な例は以下に記載する。
【０１２４】
実施例６：ガラス基材の不動態化
ガラス基材を発煙硝酸（１００％ＨＮＯ3）に１０分間浸漬し、脱イオン（ＤＩ）水中ですすぎ、次いで、１Ｎ ＮａＯＨ溶液中でさらに１０分間浸し、ＤＩ水中ですすぐ。清浄化したガラスを徹底的に乾燥し、次いで、テトラクロロエタン（１：５ｖ／ｖ）中のアルキルトリクロロシラン（オクチルトリクロロシラン、ｔ−ブチルトリクロロシラン等）の溶液中に約１２時間浸漬する。次いで、ガラスプレートをテトラクロロエタンおよびイソプロパノールで数回注意深くすすぎ、次いで、徹底的に乾燥した。
【０１２５】
実施例７：電極製造
電極は、以下の経路のうちの１つに従って製造することができる。（ｉ）基材上での標準的な光、電子、またはＸ線リソグラフィーおよび引き続いての導電性基材（例えば、金属）の蒸着。別法として、導電性基材をまず蒸着し、次ぎにパターニングする。（ii）表面上への電極の組み立て；ポリエチレンイミン、ポリアルコール、ポリ酸、ポリピリジン等のごときポリ電解質、またはチオール単層（分子骨格上の反対側にチオールおよびシラン部位を含有する有機化合物から製造）のごとき他の連結剤を用いるガラス表面のパターニング、続いての導電性電極の基材上への組立を可能とする金コロイドのごとき導電性構成要素の固定。
【０１２６】
実施例８：核酸ベースのネットワーク−金属ベースの導電性ワイアの電気的機能性化
（ｉ）ネットワークの関連部分を、適当な金属イオンを含有する溶液に暴露し、従って、溶液に暴露されたＤＮＡ骨格のリン酸基でイオン交換が起こる。ＤＮＡの内部のイオンのインターカレーションもある条件下で起こる。
【０１２７】
（ii）次いで、イオン交換されたＤＮＡ複合体は、ハイドロキノンのごとき還元剤によって還元される。
【０１２８】
サイクル（ｉ）および（ii）は、導電性ワイアが達成されるまで順次の順序で反復することができる。別法として、導電性金属ワイアの形成は、ストランド単独プロセスとして、あるいは工程（ｉ）および（ii）と組み合わせて、あるいは以下の技術の１つ以上と組み合わせた以下の工程を含む。
【０１２９】
（iii）イオン交換されたネットワークの関連部分は、還元剤および金属イオンの転移性混合物に暴露される。還元は、工程（ｉ）および（ii）によって形成された金属クラスターの表面でのみ起こり、かくして、金属クラスター間のギャップは金属蒸着プロセスによって架橋される。
【０１３０】
（iv）イオン交換されたＤＮＡまたは部分的に処理されたＤＮＡネットワークは電気化学的プロセスに暴露され、ＤＮＡポリ電解質に負荷されたイオンを金属コンデンサに変換させる。加えて、ＤＮＡ分子に沿った電解質プロセスはそれに沿っての金属ワイアのベクトル的成長を促進する。
【０１３１】
（ｖ）金属ワイアの形成のためのその対応するイオンからの金属の光化学蒸着。
【０１３２】
（vi）配列選択的構成要素、例えば、特異的部位に結合することができる特異的配列、または非特異的結合剤、例えば、ＤＮＡとの静電的相互作用を受けるポリ電解質を用いて、クラスターまたはコロイドをＤＮＡネットワークに吸着させる。これらのクラスターおよび／またはコロイドは前記プロセス（iii）〜（ｖ）のための触媒として働く。
【０１３３】
（vii）前記技術のうちの１つ以上によって製造された粒状ワイアにおける欠陥は、熱アニーリングプロセス、電着等のごとき広範囲の方法を用いてアニールすることができる。
【０１３４】
銀機能化ネットワークの形成例は以下の通りである。
【０１３５】
（ｉ）基材上に固定されたＤＮＡネットワークを銀イオンの塩基性溶液に暴露させる（ｐＨ＝１０．５、ＮＨ4ＯＨ、０．１Ｍ ＡｇＮＯ3）。ＤＮＡポリ電解質を銀イオンによって交換した後、基材を注意深く脱イオン水（ＤＩ）ですすぎ、乾燥する。
【０１３６】
（ii）基材上に固定した銀負荷ＤＮＡネットワークを、還元剤としてのハイドロキノンの塩基性溶液（０．０５Ｍ）、ｐＨ＝５に暴露する。工程（ｉ）および（ii）を、導電性ワイアが形成されるまで、順次に反復する。
【０１３７】
（ａ）相補的プロセス
工程（iii）は１以上の（ｉ）＋（ii）サイクル後に行われる。
【０１３８】
（iii）ＤＩ水での最終すすぎ後において、銀金属クラスターを負荷したＤＮＡネットワーク（サイクル（ｉ）および（ii）が行われた後）を、ハイドロキノン（クエン酸緩衝液、ｐＨ＝３．５、０．０５Ｍハイドロキノン）およびＡｇＮＯ3（０．１Ｍ）の酸性溶液に暴露する。サイクル（iii）は、ワイア幅が所望の寸法を達成すると停止させる。該プロセスは光感受性とすることができ、従って、イルミネーション条件によって制御することもできる。
【０１３９】
（ｂ）改良されたプロセスのための電気化学的沈積
（iv）金属コンダクタのアスペクト比を改良するために、電気化学的プロセスを行う。その理由で、アルカンチオールでのプレ処理を（ｉ）＋（ii）プロセスに先立って行う。これは、電気化学的金属沈積に対する金属電極の不活性を保証する。１以上の（ｉ）＋（ii）サイクル後、ＤＮＡ被覆金属ワイアを介して結合させた電極を電流およびバイアス制御の電源に接続し、ＤＮＡネットワークの関連部分を、金属イオン（特別のプロトコルに従って異なる濃度）の溶液に暴露する。導電性ドメインの間のギャップは電気化学的金属沈積を介して充填される。
【０１４０】
（ｃ）改良されたプロセスのための光化学沈積
（ｖ）金属コンデンサのアスペクト比を改良するために、前記で概説した電気化学的プロセスと同様であるが、駆動プロセスとして光化学反応を使用して、光化学プロセスを行う。例えば、ＤＮＡネットワークの金属化は、電子ドナー（トリエタノールアミン、シュウ酸、ＤＴＴ等）、光増感剤（Ｒｕ−ポリピリジン複合体、ＴｉＯ2、ＣｄＳ等のごときキサンテン染料半導体粒子）、異なるビピリジニウム塩および関連金属イオンまたは金属複合体のごとき電子リレーを用いて得ることができる。光増感剤は、いずれかの可能な配列で電子ドナーおよび電子アクセプターを含む電子移動プロセスを介して熱力学的ポテンシャルに吸収された光エネルギーを導入する。還元された電子アクセプターは電子リレーとして作用し、金属クラスター／コロイドに電子を荷電する。荷電されたクラスター／コロイドは金属イオンの還元用の触媒として使用し、従って、金属コンデンサの成長を誘導する。
【０１４１】
（ｄ）核形成中心としての金クラスター、金含有分子および／またはコロイド
（vi）最初の（ｉ）＋（ii）サイクルを行う代わりに、ＤＮＡネットワークの関連部分を（ピリジニウムアルカンチオールのごとき）カチオン性チオールで予め（部分的に）コートした金クラスター、分子または粒子の溶液に暴露する。金粒子はイオン対合によってＤＮＡ骨格に吸着されつつあり、前記技術のうちの１つ以上を用いてワイアの成長が得られる。
【０１４２】
（ｅ）キュアリングプロセス
（vii）前記技術のうちの１つまたは組合せによって得られた粒状ワイアにおける欠陥は、熱アニーリングプロセス（水素雰囲気（Ｎ2中の１０％Ｈ2）、数時間にわたり３００Ｃ）のごとき広範囲のプロセスを用いてアニールされる。
【０１４３】
実施例９：ＤＮＡ鋳型上で形成された導電性ワイアによる２つの電極の結合、およびワイアの特性
（ａ）ワイア調製
図３Ａは、金属ワイアのＤＮＡ鋳型での組み立てを概説する。カバーグラスをまず偽のＤＮＡ結合に対して不動態化する。引き続いて、標準的マイクロエレクトロニック技術を用い、２つの平行金電極をカバーグラス上に沈積させる。次いで、１つの金電極を、その３′部位に結合させたジスルフィド基で誘導体化した、１２−塩基特異的配列オリゴヌクレオチドを含有する水性溶液のマイクロンサイズの液滴で湿潤化した。同様に、第２の電極を異なるオリゴヌクレオチド配列でマークした。すすいだ後、金電極に付着させたオリゴヌクレオチドに相補的な２つの１２−塩基粘着末端を有する、約１６μｍ長λ−ＤＮＡの溶液によって試料を覆った。電極に対して正常な流れを誘導して、ＤＮＡを延伸し、２つの離れた表面結合オリゴヌクレオチドとのそのハイブリダイゼーションを可能とした。２つの電極の間のＤＮＡの延伸は逆方向に行うことができ、ここに、長いＤＮＡ分子へのハイブリダイゼーションおよびジスルフィド誘導体化オリゴヌクレオチドの連結はその試料への適用に先立って行われた。両方法は同等によく機能する。図１４は２つの金電極を架橋させる蛍光標識λ−ＤＮＡを示す。垂直流れ下でＤＮＡ分子の曲線化を観察することによって、それは電極に付着されるのみであることが示された。試料調製は溶液の除去によって完了した。
【０１４４】
これらの試料で行った２−末端測定は、延伸されたＤＮＡ分子が、現実には、１０3Ωより高い抵抗を持つ絶縁体であったことを証明する。該ＤＮＡの絶縁性質は、電子本意銅速度測定(18)に従ったものであった。電気的機能を付与するために、ＤＮＡ分子に沿って銀金属をベクトル的に沈積させた。３−工程化学的沈積プロセスは、Ａｇ+／Ｎａ+イオン交換(19)を介するＤＮＡに沿っての銀イオンの選択的局所化よび銀およびＤＮＡ塩基の間の複合体の形成(19-22)に基づくものであった。Ａｇ+／Ｎａ+イオン交換は、標識したＤＮＡの蛍光シグナルの消光によりモニターした。該プロセスは、十分な消光が達成されたときに終了した。すすいだ後、銀イオン交換したＤＮＡ複合体を、塩基性ハイドロキノン溶液を用いて還元した。この工程の結果、ＤＮＡ骨格に結合したナノメーターサイズの金属銀凝集体が形成される。これらの銀凝集体はワイアの引き続いての成長のための空間的に局所化された核形成部位として働く。該イオン交換プロセスは高度に選択的であって、ＤＮＡ鋳型のみに制限された。低光条件下でハイドロキノンおよび銀イオンの酸性混合物を用い、標準的な写真手法におけるごとく、ＤＮＡに結合した銀集合体をさらに「現像」した(24,25,32-37)。ハイドロキノンおよび銀イオンの酸性溶液は転移性であるが、自然発生的金属沈積は非常に遅い。（ＤＮＡ上の銀核形成部位のごとき）金属触媒の存在は該プロセスを有意に加速した。これらの実験条件下で、従って、金属沈積はＤＮＡ骨格に沿ってのみ起こり、銀の現実的に清浄な不動態化ガラスが得られる。該プロセスは、痕跡量の金属ワイアが、異なる干渉コントラスト（ＤＩＣ）顕微鏡下で明瞭に観察できたときに終了した。金属ワイアは、正確に、ＤＮＡ骨格の以前の蛍光イメージに従った。金属ワイアの構造、サイズおよび導電性特性は再現性があり、「現像」条件によって指示された。
【０１４５】
結果
１００ｎｍ幅、１２μｍ長のワイアのセクションの原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）像は図１５Ａおよび１５Ｂに示す。明らかに分かるように、該ワイアはＤＮＡ骨格に沿って沈積した３０〜５０ｎｍ−直径の粒よりなる。
【０１４６】
これらのワイアの電子輸送特性を研究するために、２つの端子Ｉ−Ｖ曲線が、１０13Ωの内部抵抗および１０ｆＡの電流分解を備えたＨＰパラメーターアナライザーを用いて室温で測定されている。図１６Ａは、図１５Ａおよび１５Ｂで提示された銀ワイアのＩ−Ｖ曲線を示す。該曲線は高度に非直線的であって、ゼロバイアスに関して、非対称である。該曲線の形状は図１６Ａ中の矢印によって示される電圧走査方向に依存する。大きな正または負のバイアスからゼロ電圧に近づくと、電流は電圧と共にほとんど直線的に減少する。次いで、ゼロ電流プラトーが１０13Ωより大きな異なる抵抗で発生する。高いバイアスにおいて、ワイアは、元のバイアス極性よりも幾分低い異なる抵抗性でもって再度導電性となる。同一走査方向での反復された測定（図１６Ａにおける実線曲線）により、再現性のあるＩ−Ｖ曲線を得る。異なるワイアにおけるゼロバイアスプラトーの長さは、ボルトの分率からおおまか１０ボルトまで変化し得る。図１２Ｂにおける実線は、例えば、ＤＮＡ上での銀の成長がより大きい異なるワイアのＩ−Ｖ曲線を示す。その結果、プラトーは０．５ボルトまで低下した。より高い電流をワイアに通すことによって、プラトーを通常は排除して、銀沈積プロセスに依存して、抵抗が１および３０ＭΩの間で変化するオーム挙動（図１６Ｂにおいてダッシュ線）を与えることができた。
【０１４７】
実施例１０：金のオリゴヌクレオチド繊維への沈積
金エンハンサーを、現実的にいずれかの金属の核形成中心を増強するために使用することができる。金エンハンサー溶液は以下のごとくに調製することができる。
【０１４８】
（１ｍｌの水に溶解させた６０ｍｇのＫＳＣＮで調製したストック溶液からの）３０μｌのＫＳＣＮ溶液を、２４０μｌの水に添加し、徹底的に混合した。（１ｍｌの水に２３ｍｇのＫＡｕＣｌ4を溶解させることによって調製したストック溶液からの）３０μｌのＫＡｕＣｌ4溶液を該ＫＳＣＮ溶液に添加し、混合した。数秒内に、深いオレンジ色から非常に明るいオレンジ色へ色が変化し、次いで、（１０ｍｌの水に５５ｍｇのハイドロキノンを溶解させることによって調製したストック溶液からの）６０μｌのハイドロキノン溶液を該溶液に添加し、徹底的に混合した。
【０１４９】
現実的にいずれかの金属上での金成長に、金エンハンサーを容易に使用することができる。成長速度は、水のうちのいくらかをリン酸緩衝液、ｐＨ＝８で置き換えることによって、１００ｍｎ／数時間から１００ｍｎ／分まで変化させることができる。
【０１５０】
実施例１１：有機コンジュゲーテッド−ポリマーベースの導電性ワイア
（ｉ）化学的変換によってコンジュゲーテッド−ポリマーを形成することができるカチオン性セグメントまたは化学的変換によってコンジュゲーションを受けることができるカチオン性非コンジュゲーテッド−ポリマーまたはカチオン性コンジュゲーテッド−ポリマーを含有する溶液に、ネットワークの関連部分を暴露する。従って、イオン交換プロセスは、溶液に暴露されたＤＮＡ骨格のリン酸基にいて起こる。
【０１５１】
（ii）ポリアニオン性骨格に結合した有機種の性質に従って、イオン交換されたＤＮＡ複合体を処理する。電気的機能化は、前者のプロセスによって、または順次のドーピングプロセスによって達成される。ドーピングは、プロトン化−脱プロトン化プロセスによって、電気化学的手段によって、または光化学的手段によって、通常のレドックスプロセスによって達成することができる。加えて、ＤＮＡ骨格および前記有機コンジュゲーテッド−ポリマーベースの導電性ワイアの形成ブロック間の配列選択的プロセスを、良く規定された構造、電気的親和性勾配およびｐ／ｎ接合を持つワイアの生産で利用することができる。
【０１５２】
Ｉ．ＰＰＶ（ポリフェニレンビニレン）導電性ワイアの製造は以下の通りである：
（ｉ）基材上に固定されたＤＮＡネットワークを、プレＰＰＶ水溶性ポリマーの溶液に暴露する。ＤＮＡポリ電解質がプレＰＰＶポリマーによって交換された後、基材を注意深くすずぎ、乾燥する。
（ii）基材上に固定されたプレＰＰＶポリマー負荷ＤＮＡネットワークを真空オーブン中で反応させる（例えば、１ｅ−６バール、３００Ｃ、６時間）。
（iii）得られたルミネセンスＰＰＶポリマーを、導電性が呈されるまで常法を用いてドープする。
【０１５３】
II．ＰＰＶ導電性ワイアの製造のための別の経路は以下の通りである：
（ｉ）基材上に固定されたＤＮＡネットワークを、二塩化ビス−（テトラヒドロチオフェニウム）−ｐ−キシリレンの溶液に暴露する。ＤＮＡポリ電解質を二塩化ビス−（テトラヒドロチオフェニウム）−ｐ−キシリレンによって交換した後、基材を注意深くすすぎ、乾燥する。
（ii）基材上に固定された二塩化ビス−（テトラヒドロチオフェニウム）−ｐ−キシリレン負荷ＤＮＡネットワークを塩基性溶液中で重合して、ＤＮＡ骨格に結合したプレ−ＰＰＶポリマーを形成する。
（iii）基材上に固定されたプレＰＰＶポリマー負荷ＤＮＡネットワークを真空オーブン中で反応させる（１ｅ−６バール、３００Ｃ、６時間）。
（iv）得られたルミネセンスＰＰＶポリマーを、所望の導電性が呈されるまで常法を用いてドープする。
【０１５４】
III．ＰＡＮＩ（ポリアニリン）導電性ワイアの製造は以下のごとく行う。
（ｉ）基材上に固定されたＤＮＡネットワークを、酸可溶性ＰＡＮＩポリマーの溶液に暴露する。ＤＮＡポリ電解質がＰＡＮＩポリマーによって交換された後、基材を注意深くすずぎ、乾燥する。
（ii）得られたＰＡＮＩポリマーを、所望の導電性が呈されるまで常法を用いてドープする。
【０１５５】
IV．ＰＡＮＩ導電性ワイアの製造に対する別の経路は以下の通りである。
（ｉ）基材上に固定されたＤＮＡネットワークをアニリニウムイオンの溶液に暴露する。ＤＮＡポリ電解質がアニリニウムイオンによって交換された後、基材を注意深くすすぎ、乾燥する。
（ii）ＤＮＡ骨格に負荷されたアニリニウムイオンを、ペルオキシジスルフェートイオンのごとき酸化剤の溶液を用いて酸化し、ポリアニリンポリマーを得る。所望の導電性が呈されるまで、常法を用いて、得られたＰＡＮＩポリマーをドープする。
【０１５６】
Ｖ．ＰＡＮＩ導電性ワイアの製造に対する別の経路は以下の通りである。
（ｉ）基材に固定されたＤＮＡネットワークを、ＰＡＮＩの短いオリゴマー（＞１反復単位）の溶液に暴露する。ＤＮＡポリ電解質がＰＡＮＩオリゴマーによって交換された後、基材を注意深くすすぎ、乾燥する。
（ii）ＤＮＡ骨格に負荷されたＰＡＮＩオリゴマーを、ぺルオキシジスルフェートイオンのごとき酸化剤の溶液を用いて酸化し、ポリアニリンポリマーを得る。所望の導電性が呈されるまで、常法を用いて、得られたＰＡＮＩポリマーをドープする。
【０１５７】
実施例１２：絶縁体の製造
絶縁体は、ワイアのごときネットワークの電気的に機能化した部分およびワイアおよび構成要素の間の結合上に構築することができる。
【０１５８】
Ａ．（金属ワイアを含めた）金属構成要素の絶縁
（１）チオールまたはジスルフィド基のごとき表面結合基に付着したアルキル基のような絶縁体よりなる表面活性剤を用い、金属構成要素はそれらの環境から電気的に絶縁することができる。該表面結合基は金属の表面に結合し、かくして、金属の表面における電気的絶縁性分子の密な「二次元」層を形成する。この層は電気的バリアー、すなわち、絶縁体を表す。
【０１５９】
（２）非導電性層および界面を形成する選択的酸化および他の誘導もまた電機的に絶縁性のバリアーを形成する。
【０１６０】
Ｂ．（コンジュゲーテッドポリマーベースのワイアを含めた）非金属構成要素の絶縁
相補的相互作用ベースの分子認識プロセスを用い、非金属構成要素の表面に自己組み立てできる絶縁性層が構築される。例えば、ＰＡＮＩのごとき正に荷電したポリマーをコートし、長いアルキル鎖側鎖基を有するポリアニオンポリマーを用い、それらの環境から絶縁することができる。
【０１６１】
実施例１３：特異的ヌクレオチドへの金含有分子または粒子の付着
化学的に活性な基に結合したスペーサーアームのベース中の特異的部位への付着によって、ＤＮＡ塩基を修飾する。右側部位および十分に長いスペーサーアームでは、かかる修飾は酵素マシーンと相互作用せず、組換えＤＮＡ技術に適合したＤＮＡ分子を得る。１つのかかる修飾は、ビオチンのＣまたはＡ塩基への付着である。次の工程で、ストレプトアビジンのビオチンへの特異的結合を、ストレプトアビジンをコートした金粒子へのビオチン標識塩基への結合に対して使用する。図１７はかかる操作の結果のＡＦＭイメージを示す。この場合、長いＤＮＡ分子中の最後のヌクレオチドはビオチン標識ヌクレオチドによって置き換えられた。次いで、鋳型を、ストレプトアビジンをコートした５ｎｍ金コロイドを含有する溶液に浸漬し、その結果、修飾された塩基にこれらのコロイドが特異的に結合する。ストレプトアビジンはビオチンに対する４つの結合部位を有するので、コートしたコロイドは標識したＤＮＡ分子の間の接合としても働くことができる。２つのＤＮＡ分子の間の接合は図１７に示す。ビオチン以外の基も標識で使用することができる。いくつかの例はチオール、ディグおよびアミンを含む。
【０１６２】
実施例１４：単一電子トランジスタ（ＳＥＴ）の調製
以下において、ＳＥＴの製造の主要工程を概説する。
【０１６３】
１．基材の不動態体は実施例６に従って行う。
【０１６４】
２．標準的なマイクロエレクトロニック技術による金電極規定は、例えば、実施例７に記載されているごとくに行う。単一ＳＥＴの単純な場合では、３つの電極のみが必要である。
【０１６５】
３．リンカー合成は、例えば、実施例１（ａ）に従って行う。リンカーは、典型的には、それらの３′部位においてジスルフィド基で誘導体化された短い（例えば、１２塩基）オリゴヌクレオチドよりなる。単一ＳＥＴの場合では、３つの異なる配列を持つリンカーが好ましい。
【０１６６】
４．リンカーは、それらのジスルフィド基を介して電極と相互作用させる。各電極は、実施例２に従って、異なるリンカーによってマークされる。
【０１６７】
５．３つの異なるジスルフィド誘導体化リンカーを、それらのジスルフィド部位において同一ナノメータースケールの金粒子に付着させ、リンカーの１つを、コロイドおよびこのリンカーの間の大きなバリアーを生じる大きな架橋剤を介して付着させる。
【０１６８】
６．金粒子においてリンカーのものに相補的な粘着末端を含有する、数マイクロン長の、３つの二本鎖ＤＮＡ分子をハイブリダイズさせ、コロイドに結合したリンカーと連結させて、分岐点においてコロイドとで３つの末端接合を形成する。また、３つのＤＮＡ分子は、金粒子と反対側の、電極に結合した３つのリンカーに相補的な粘着末端を含有する。
【０１６９】
７．金粒子に結合した二本鎖ＤＮＡ分子を電極上の３つのリンカーとハイブリダイズさせ、続いてニックを連結させることによって、ネットワークを完成させる。
【０１７０】
８．電気的機能は以下の工程によって達成される。
【０１７１】
ａ）絶縁バリアーとして使用すべきアルカンチオール層によって金粒子をコートし、不動態化層を金属沈積に対してコートする。
【０１７２】
ｂ）例えば、実施例８に記載したごとくに、ＤＮＡ鎖を金属でコートして、導電性ワイアを形成させる。該ワイアは、アルカンチオール層絶縁バリアーを介して金粒子に電気的に弱くカップリングしており、１つのワイアはより弱いカップリングを有する大きな架橋剤を介して該粒子にカップリングしている。
【０１７３】
ｃ）図６は、絶縁バリアーを介して３つの電極にワイア接続された金粒子よりなる最終デバイスを概説する。
【０１７４】
２つの電極の間の電流は、今や、第３の電極（該粒子に非常に弱くカップリングされたもの）に適用された小さな電圧によって変調することができる。よって、該回路はＳＥＴとして機能する。該ＳＥＴは、電極が機能性化ネットワーク構成要素によって置き換えられたより複雑な回路の一部として製造することができる。
【０１７５】
ＳＥＴの調製からの工程の配列は変更することができ、かくして、例えば、工程６は工程４に先行させることができるのは認識されるべきである。
【０１７６】
実施例１５：光源としてのＰＰＶ機能性化繊維
工程Ｉ（ii）を含めて、実施例１１に記載されたプロセスを追跡する。得られたＰＰＶ構成要素は高度にルミネセンスを発し、１００ｎｍよりもかなり小さな幅を有する。従って、適当な仕事関数の電極の間のＰＰＶ構成要素はエレクトロルミネセントデバイスを形成する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１Ａは、一方において本発明のネットワークに対する結合のための、および他方において外部電子回路または構成要素への連結のための界面構成要素およびリンカーのマトリックスを示す。図１Ｂは、オリゴヌクレオチドリンカーの界面構成要素への固定化の具体例を示す。
【図２】 核酸鎖の間の接合の例を示す（６つの例は図２Ａ〜２Ｆに示し、これは後記にて明細書で説明する）。
【図３】 図３Ａは、核酸鎖をワイアに形成し、機能化する方法の説明であり、導電性物質は銀である（ワイアの骨格はヌクレオチドよりなる）。図３Ｂは、図３Ａに示したように形成されたワイアの可能な電流−電圧関係を示し、これは、（曲線上の矢印によって示される）電圧走査方向に依存する。
【図４】 ヌクレオチド骨格上にワイアを形成する方法の説明であり、ここに、電子材料はポリフェニレンビニレン（ＰＰＶ）である。
【図５】 ｐ／ｎ接合（図５Ａ〜５Ｃ）、ゲーテッドｐ／ｎ接合（図５Ｄ）および二極ｎ−ｐ−ｎトランジスタ（図５Ｅ）よりなる機能化ヌクレオチド鎖の多数の例を示す。
【図６】 本発明の１つの具体例による単一電子トランジスタ（ＳＥＴ）を形成する方法の説明である。
【図７】 本発明の具体例による分子スイッチの説明である。
【図８】 図８Ａは、ヌクレオチド鎖および非ヌクレオチドストレッチ双方を含む本発明の具体例による繊維の２つの例である。図８Ｂは、本発明の具体例による繊維の調製のための前駆体繊維の模式的説明であり、ここに、繊維の骨格は実質的に非核酸ベースであり、核酸鎖は骨格のセグメントのみを形成する。
【図９】 ポリチオフェン繊維の両末端に２つのオリゴヌクレオチド鎖を形成する方法を示す。
【図１０】 非ヌクレオチド繊維の末端で形成されたカルボキシル基に、誘導体化オリゴヌクレオチドを付着させる方法を示す。
【図１１】 アミノ誘導体化オリゴヌクレオチドを用いるカーボンナノ−チューブの末端基を誘導体化する方法を示す。
【図１２】 図１２Ａおよび１２Ｂは、平面図（図１２Ａ）および断面図（図１２Ｂ）に示された、本発明の具体例による半導体ＦＥＴの説明である。
【図１３】 実施例１（Ａ）に記載した、オリゴヌクレオチドを合成するためのスキームを示す。
【図１４】 １６μｍ離れた２つの金電極（暗い縞）の間に伸びた、蛍光により標識したλ−ＤＮＡを示す。
【図１５】 図１５Ａおよび１５Ｂは、１．５μｍ（図１５Ａ）および０．５μｍ（図１５Ｂ）のフィールドサイズの１２μｍ離れた２つの金電極を結合するＤＮＡ鋳型上の銀ワイアの原子間力顕微鏡イメージ（ＡＦＭ）を示す。
【図１６】 図１６Ａは、実施例９により調製した銀ワイアの２つの端子Ｉ−Ｖ曲線を示す。矢印は電圧走査方向を示す。実線の曲線は反復した走査であって、試料の安定性を示す。２つの走査方向に対応するＩ−Ｖ曲線における対称性に注意されたし。図１６Ｂは、異なる銀ワイアのＩ−Ｖ曲線を示し、ここに、銀成長は図１６Ａにおけるよりも広範囲である。銀の成長がより広範囲である結果、０．５Ｖのオーダーのより小さい電流プラトーとなり、およびより低い抵抗となる（図１６Ｂにおいて１３ＭΩ−対−３０ＭΩ）。大きな電流をワイアに通すことによって、プラトーは排除されて、全測定範囲にわたって、オーム挙動を与えた（ダッシュ線）。
【図１７】 ビオチン修飾ヌクレオチドへの金コロイド結合の結果のＡＦＭイメージを示す。
［発明の分野］
本発明は、一般に、エレクトロニクスの分野であり、電子的ネットワークおよび回路ならびにかかるネットワークまたは回路の構成要素および接合に関する。
【０００２】
［先行技術］
本発明の背景として、ならびに本明細書に記載された製造または実験技術に対して重要であると考えられる先行技術を以下にリストする。
【０００３】
1. Averin, D.V. and Likharev, K.K., in Mesoscopic Phenomena in Solids,
eds. Altshuler B., Lee P., and Webb, R., Elsevier, Amsterdam, p.173,
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3. Kastner, M.A., Rev.Mod.Phys., 64:849, 1992.
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7. Langer, L., et al., Phys.Rev.Lett., 76, 479, 1996.
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14. Mirkin, C.A., et al., Nature, 382:607, 1996.
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17. Hellenberg, et al., U.S.Patent5,561,071.
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19. Barton, J.K., in Bioinorganic Chemistry, eds. Bertini, I., et al., U
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【０００４】
これらの引例の承認は、前記リストからのこれらの数字を示すことによってなされるであろう。
【０００５】
［発明の背景］
現在の技術における、マイクロエレクトロニクスおよび論理のミニチュア化はその現実的および理論的限界に近づいている。熱除去、不均一、結合性ならびに現在の写真製版技術のごとき種々のデザインおよび操作上の考慮は、現在の半導体ベースの電子的構成要素における最小特徴の現実的サイズを約０．２５〜０．３μｍまで制限する。電子的構成要素のさらなるミニチュア化は電子的構成要素および論理回路製造のための新しいアプローチおよび概念を含むにちがいないことは明らかである。
【０００６】
ナノメーター規模のエレクトロニクスは、２つの基本的論点：かかる構成要素およびそれらの集積を有用な回路に製造するための対応するエレクトロニクス構成要素およびスキームの操作原理を考慮することを要する。
【０００７】
デバイス寸法が減少するにつれて、ますます卓越する多数の操作原理が荷電効果(1-6)に基づいて提案されてきた。ナノスケール回路の構築は、現存のマイクロエレクトロニクス技術によって考えることができない。特に、要素間ワイアリング（wiring）および顕微鏡的世界に対する電気的インターフェーシングはますます問題となる。分子認識プロセスおよび分子の超分子アッセンブリへの自己アッセンブリは複雑な構造(5)の構築で使用することができる。しかしながら、これらの構造を持つエレクトロニクス材料を集積すること、またはそれらにエレクトロニクス機能を提供することは未だ達成されていない。
【０００８】
核酸は、核酸繊維のネットワークを形成するのに使用することができる自己アッセンブリ特性を保有する(27-30)。ＤＮＡは、顕微鏡結晶様集合体(14,15)へのコロイド粒子のアッセンブリにおいて、および半導体ナノ粒子アッセンブリ(16,17)の形状を指令するにおいて、ナノ構造のオーガナイザーとして既に使用されてきた。
【０００９】
［語彙用語］
以下において、いくつかの用語を使用し、本発明の文脈におけるその用語およびそれらの意味は以下の通りである：
ヌクレオチド鎖 − ヌクレオチドの配列。該ヌクレオチドはリボヌクレオチド、デオキシリボヌクレオチド、他のリボヌクレオチド誘導体、種々の合成、すなわち、天然に生じないヌクレオチド、例えば、ペプチド核酸（ＰＮＡ）、ならびに前記のいずれかの組合せであり得る。該ヌクレオチド鎖は一本鎖、二本鎖または複数鎖であり得る。
【００１０】
繊維 − 延長された糸様構成要素。繊維はポリマーまたはコポリマー骨格を有することができ、あるいは相互に連結した異なるポリマーまたはコポリマーのストレッチからなることができる。繊維は、１以上の物質または粒子をその上に沈積することによって、化学的に修飾することができる。本発明の繊維は少なくとも１つの分子鎖を含む。また、本発明の繊維はヌクレオチド鎖のみからなる。
【００１１】
結合 − ２以上の分子、物質、粒子、超分子構造等を一緒に結合させるか、これらの結合を固体物質に運ぶ全てのタイプの相互作用を集合的にいう用語。結合は、共有結合または非共有結合であり得る（非共有結合は１以上のイオン相互作用、疎水性相互作用、ファン・デル・ワールス相互作用、化学的吸着等を含み得る）。この用語の派生語（すなわち、「結合する」、「結合した」等）は、シンタックスに応じて、「結合」のそれと同一基準の意味を有するであろう。
【００１２】
相互作用 − ２つの分子エンティティー（entities）の非共有結合。この用語の派生語（すなわち、「相互作用する」、「相互作用性」等）は、シンタックスに応じて、「相互作用」のそれと同一基準の意味を有するであろう。
【００１３】
機能的ヌクレオチド鎖 − 電気的または電子的特性をヌクレオチド鎖に付与するその上に沈積した物質、分子、原子または分子または粒子のクラスターで化学的にまたは物理的に修飾したまたはそれが付着した分子鎖。かかる物質または粒子は、種々の相互作用によってヌクレオチド鎖に結合することができ（例えば、鎖上に化学的に沈積することができ、種々の化学的相互作用によってその上に複合体化することができ、静電的または疎水性相互作用によって鎖と会合させることができるなどである）。物質または粒子は、鎖の一般的化学的特性に基づいてヌクレオチド鎖に結合することができ、あるいは配列特異的様式でヌクレオチド鎖に結合することができる。かかる物質、分子、クラスターまたは粒子の例は：例えば、導電性ヌクレオチド鎖を生起する金属；導電体（または抵抗体）、電子的ｐ／ｎ接合その他を形成できる種々の半導体材料；ヌクレオチド鎖と会合してヌクレオチド鎖の間の機能的論理的結合を形成できる分子、分子のクラスターまたは粒子を含む。結合した物質または粒子のタイプに応じて、ヌクレオチド鎖に付与された電気的または電子的特性は導電、絶縁、ゲーティング、スイッチング、電気的増幅等であり得る。
【００１４】
機能的繊維 − 繊維またはその一部に電気的または電子的特性を付与するその上に沈積した物質、原子または分子のクラスターまたは粒子で化学的にまたは物理的に修飾されたまたはそれが付着した繊維。機能化された繊維の例はそのヌクレオチド鎖が機能化された繊維である。
【００１５】
接合 − 相互に２以上の繊維の結合点。接合の例は図２で見ることができる（この図に関する以下の記載を参照されたし）。
【００１６】
ネットワーク − 少なくとも１つの繊維を含み、粒子、分子、例えば、蛋白質、他のマクロ分子および超分子複合体等のごとき他の構成要素を含むことができる配置的に一次元、二次元または三次元構造。「ネットワーク」なる用語は、繊維の幾何学的配置およびそれらの間の接合をいうことができる。この用語は、時々、機能的ネットワーク（後記参照）をいうのに使用することができる。
【００１７】
機能的ネットワーク − 少なくとも１つの機能化された繊維を含むネットワーク。機能化されたネットワークは、蓄積されたまたは複合体化された物質または粒子等によって、とりわけ、その配置、結合のタイプおよび異なる繊維の間の接合によって定義された特性を有する。
【００１８】
電子的機能性（または電子的に機能的な） − それを電子的構成要素とする構成要素の特性。
【００１９】
界面構成要素 − 金属またはいずれかの他の導電性材料より作製できる、あるいは金属またはかかる導電性材料によってコートすることができる、外部電子的または電気的構成要素または回路に対する該ネットワークの結合のために働き、かくして、外部構成要素または回路との入力／出力（Ｉ／Ｏ）界面として働く導電性基材。該界面構成要素は一方ではネットワークに連結し、他方では、外部構成要素または回路に電気的に結合している。界面構成要素は、本明細書では、時々「電極」ということもできる。
【００２０】
ワイア（wire） − 本発明の文脈では、当該繊維に沿って導電性を生起する、結合した物質または粒子を含む機能化繊維。該ワイアはネットワークの２以上の部位を相互連結し、電極を結合し、２つのネットワークを結合することができる導電性構成要素である。ワイアは機能化繊維の全長を延長することができ、あるいは機能化繊維の長さの一部のみを延長することができ、他の部分は種々のタイプの電子的構成要素、例えば、ダイオード、電気スイッチ等のためのベースとして働く。
【００２１】
絶縁体 − 電気伝導のためのバリアーとして働くネットワークの構成要素
導電体 − それを通っての電荷移動を可能とする構成要素
スイッチ − 端子のいずれかの対の間の導通が、例えば、もう１つの端子の電位、光、圧力、化学反応、応力等を含めた制御信号によってなされたりまたは消されるたりすることができる２または複数の端子構成要素。
【００２２】
電子的構成要素 − ワイア以外の電子的ネットワークの一部またはワイア間の単純な接合を形成することができるいずれかの構成要素（単純な接合は、繊維または機能化繊維の間の連結を供するだけの目的を有する連結である）。電子的構成要素は導電体、絶縁体、スイッチ、トランジスタ、ダイオード、発光ダイオード、コンデンサ、インダクタおよびその他であり得る。
【００２３】
ネットワーク構成要素 − ワイアおよび電子的構成要素を共に集合的にいう用語。
【００２４】
外部回路、外部構成要素 − ネットワークに対して電気的に外部に位置する、各々、いずれかの電子または電気回路あるいは電子的または電気的構成要素であり、典型的には、標準固体状態マイクロエレクトロニック構成要素を含めた、先行技術の電気的または電子的構成要素よりなる。
【００２５】
リンカー − ネットワーク構成要素の間、またはネットワークおよび界面構成要素に物理的連結を供するように働く剤（分子、分子の複合体、超分子構造、マクロ分子、凝集体、コロイド粒子、分子クラスター等）。該リンカーは、ネットワーク構成要素へのまたは界面構成要素への共有結合または非共有結合（例えば、複合体化または収着など）のための化学基を有することができる。リンカーの例は：核酸結合蛋白質；特異的核酸配列に対する結合能力を持つ合成分子；例えば、「粘着末端」を有する短い、１本鎖または複数鎖の核酸配列（例えば、オリゴヌクレオチド）であり、界面構成要素へのその結合を可能とするその他端において修飾されている；もう１つの基への結合のための結合カップルの１つのメンバーまたは結合カップルの他のメンバーを担う構成要素（結合カップルは、抗原−抗体、受容体−リガンド、ビオチン−アビジン、糖−レクチン、ヌクレオチド配列−相補的配列等のごとき相互に特異的に作用する分子の対である）。
【００２６】
複合体化剤 − ネットワークの構成要素を相互に結合させるために用いられる剤。該結合は共有結合または非共有結合である。複合体化剤の例は：核酸配列への特異的結合能力を持つ蛋白質；オリゴヌクレオチド；２つの構成要素に結合することができる合成分子、複合体化剤の使用の例は、接合を生じさせるための、コロイド粒子に対する核酸の末端の結合または２つの核酸繊維の相互への結合におけるものである。
【００２７】
［発明の概要］
本発明は、核酸配列および他の構成要素の分子認識特性自己およびアッセンブリプロセスを利用する。これらの特徴は、繊維のヌクレオチド鎖の間の相互結合性のタイプによって定義される配置を持つ繊維ベースのネットワークを調製するのに使用される。該繊維はヌクレオチド鎖よりなるものであってよい。あるいは、該繊維は、１以上のヌクレオチド鎖を含むが、ヌクレオチド鎖以外の物質よりなるものでよく、かかる鎖を通じて他のネットワーク構成要素に結合していてもよい。該繊維は、全体的にまたは部分的に生得的に導電性であってよいが、電子的または電子的機能を有するように、典型的には化学的にまたは物理的に修飾されている。機能化ネットワークは導電体、スイッチ、ダイオード、トランジスタ、コンデンサ、レジスタ等を含み得る。
【００２８】
本発明は、その態様の第１によって、少なくとも１つのネットワーク構成要素を持つ電子的ネットワークを提供し、該ネットワークは１以上のヌクレオチド鎖を含む少なくとも１つの繊維によって規定された配置を有する。
【００２９】
ネットワーク構成要素は、導電体、例えば、ワイアであってよく、あるいは電子的構成要素であり得る。
【００３０】
本発明の繊維は接合を形成することができ、ここに、１つの繊維の１つのヌクレオチド鎖セグメントは、配列特異的相互作用によってもう１つの繊維のもう１つの分子セグメントに結合している。あるいは、接合は、該接合におけるヌクレオチド鎖の各々に結合した分子、原子または分子のクラスターまたは粒子の間に形成することができる。かかる分子、クラスターまたは粒子は、該分子、クラスターまたは粒子に結合したリンカーを介してヌクレオチド鎖に結合していてよい。
【００３１】
該接合は修飾されたヌクレオチド鎖によって形成されていてもよく、例えば、１つの鎖の少なくとも１つのヌクレオチドの、もう１つの鎖のヌクレオチドへの共有結合を可能とするように修飾されている。かかる修飾の例は、硫黄、アミン残基、カルボキシル基または活性エステルの付加である。ヌクレオチドの化学的修飾は、鎖が、リンカーに結合し、粒子に結合し、ネットワークの電子的構成要素等に結合するのを可能とする。ヌクレオチド鎖は、結合カップルの他のメンバーを含むもう１つの構成要素への結合のための結合カップルの１つのメンバーをそれに結合することによっても修飾することができる。結合カップルは、相互に対して特異的親和性を有する２つの分子または部位よりなる。かかる結合カップルはビオチン−アビジン、ビオチン−ストレプトアビジン、受容体−リガンド、ディグ−抗ディグ、抗原−抗体、糖−レクチン、ヌクレオチド配列−相補的配列、およびヌクレオチド鎖およびヌクレオチド結合蛋白質を含む。典型的には、ネットワークの少なくとも１つのヌクレオチド鎖は、少なくとも１つの電気的または電子的構成要素が、１以上の物質または少なくとも１つの原子もしくは分子のクラスターまたは粒子の荷電輸送特徴に基づく特性でもって形成されるように、それに結合したまたはそれと複合体化した、１以上の物質または少なくとも１つの原子もしくは分子のクラスターまたは粒子を有する。
【００３２】
ネットワークにおける電子的構成要素は、少なくとも１つの繊維に電気的に結合し、１以上の分子、原子もしくは分子のクラスターまたは粒子をその上に沈積させ、該鎖を電子的機能を有するようにすることによって化学的にまたは物理的に修飾された核酸鎖上に構築され、あるいは異なる繊維の２以上の核酸鎖の間の接合に位置した分子、原子のクラスターまたは分子もしくは粒子によって構築され、該接合を電子的機能性をとるようにする。電子的機能性は１以上の分子、原子または分子のクラスター、または粒子の荷電輸送特性に基づく。電子的機能性は、時々、接合配置に依存もする。
【００３３】
ネットワークは、典型的には、ネットワークおよび外部回路または構成要素の間の入力／出力（Ｉ／Ｏ）界面として働く界面構成要素（電極）に結合される。
【００３４】
本発明の１つの具体例によると、繊維は化学的にまたは物理的に修飾されたヌクレオチド骨格を有し、１以上の分子、原子もしくは分子のクラスターまたは粒子をその上に沈積させて、それを電子的に機能性とする。１以上のヌクレオチド鎖を含むことに加えて、繊維は、導電性または半導電性ポリマー、（例えば、その上に分子、原子もしくは分子のクラスターまたは粒子を沈積することによって）それらを電気的または電気的に機能するように修飾された他のポリマーまたは炭素ナノチューブのごとき種々の物質（そのヌクレオチド鎖以外）で実質的に作製することもできる。
【００３５】
繊維の、または繊維間の接合内の化学的または物理的修飾のために使用される、分子、原子もしくは分子のクラスター、または粒子は、典型的には、電荷輸送特性を該クラスターまたは粒子に付与する、１以上の金属原子よりなることができる。
【００３６】
本発明のネットワークの骨格は、他の繊維とそれらの配列特異的相互作用または他の構成要素への特異的結合に基づいてネットワークを形成するように組み立てられる酸繊維を含む。このようにして、現実には無限の多様性の配置を持つネットワークを形成することができる。
【００３７】
物質または粒子は、それらの一般的（総じての）化学的特性に基づいて繊維に結合させることができる。これは、一般に、繊維に沿った物質または粒子の実質的均一沈積を生じるであろう。物質または粒子のかかる均一な結合の特別の具体例は、例えば、導電性物質が後記するごとき金属であるヌクレオチド鎖骨格上の導電性ワイアの形成である。あるいは、繊維の異なる部分において配列またはドメイン特異的に、すなわち、核酸鎖の所与の部分におけるヌクレオチドの配列に依存するように、ヌクレオチド鎖に結合させることもできる。
【００３８】
異なるヌクレオチド鎖部分における物質の配列またはドメイン特異的沈積は、多数の異なる方法で行うことができる。例えば、ある種の電子的に機能的な物質または粒子に生得的に結合したオリゴヌクレオチドは、相補的配列を持つ鎖部分に結合するようにすることができる。同様に、配列またはドメイン特異的に、異なるタイプの物質または粒子に結合させたり、また、複数鎖（例えば、二本鎖）核酸繊維に結合させることもできる。これは、例えば、二本鎖核酸鎖の特異的部位を同定する、およびそれに結合する配列特異的複合体化剤の使用によって達成することができる。複合体化剤は、二本鎖、三本鎖構造を形成するオリゴヌクレオチド；蛋白質、例えば、特異的二本鎖ドメインを認識するＤＮＡ結合蛋白質；および多くの他のものであってもよい。
【００３９】
配列またはドメイン特異的結合によって、異なるタイプの物質を、所与の繊維または繊維のネットワークの異なる部分に結合させることができる。
【００４０】
粒子、例えば、コロイド粒子またはポリマーは、典型的には、複合体化剤またはリンカーの使用によって、１以上の繊維に結合するようにすることができる。かかる粒子の沈積は、電子的構成要素、例えば、単一電子トランジスタ（ＳＥＴ）の形成で使用することができる。
【００４１】
ネットワークの配置は繊維によって規定される。ネットワークの形成において、化学的相補性および分子認識特性は、自己アッセンブリプロセスによって利用することができる。繊維は、ヌクレオチド鎖と相補的配列との相互作用によって組み立てて、ネットワークを形成することができる。これは、種々の接合（例えば、図２その他に例示されたＴ−またはＸ−接合）の形成で使用することができる。核酸鎖およびリンカーまたは複合体化剤の間の特異的分子認識（該複合体化剤はオリゴヌクレオチドまたは種々の他の分子、マクロ分子、超分子組立体または粒子であってよい）は、核酸鎖を、界面構成要素に、他のネットワーク構成要素に、例えば、繊維間の接合に位置する粒子に連結するのに使用することができる。
【００４２】
また、本発明は、その態様の１つとして、マイクロエレクトロニックネットワークの２以上のコンダクタ間の接合を提供し、ここに、コンダクタの各々は、接合内のもう１つの鎖に結合したヌクレオチド鎖を含む接合に対して基部側の末端セグメントを有する。
【００４３】
また、本発明は、その態様のもう１つによって、
（ａ）少なくとも１つの導電性界面構成要素を含む配置を供し；
（ｂ）少なくとも１つの界面構成要素にリンカーを付着させ；
（ｃ）リンカーに結合することができる配列を持つ少なくとも１つのヌクレオチド鎖を含む少なくとも１つの繊維と該配置とを接触させ、該配列の該リンカーへの結合を可能とし；
（ｄ）電気的または電子的機能性を繊維に付与する少なくとも１つの物質または粒子をその上に沈積させまたはそれに複合体化させることによって、少なくとも１つのヌクレオチド鎖を電気的にまたは電子的に機能性化することを含む、
電子的ネットワークを作製する方法を提供する。
【００４４】
前記方法における工程の順序は重要ではなく、変更することができることに注意されたし。例えば、工程（ｃ）は工程（ｂ）に先行させることができ、あるいは機能性化工程（ｄ）は工程（ｃ）に先行させることができる。
【００４５】
ネットワークは、時々、全ての構成要素を媒体中で混合し、次いで、該構成要素を、種々の構成要素の予め設計した特性に基づいて、特異的に自己アッセンブリすることを可能とすることによって一度に形成することができる。特異的核酸配列を、他の繊維中の相補的配列へハイブリダイゼーションさせるように設計することができる。同様に、それに結合した特異的配列またはドメイン認識複合体化剤で粒子を形成して、それらを配列またはドメイン特異的に核酸鎖に結合させることができる。例えば、それに結合した３つの異なるオリゴヌクレオチドを持つクラスターまたは粒子を形成することができ、これは、次いで、３つの異なるヌクレオチド鎖の末端に結合して、コロイド粒子を含有する３つの繊維の間に接合を形成するであろう。同様に、特異的に界面構成要素へのネットワークの結合を保証するために、配列−またはドメイン−認識リンカーを界面構成要素に固定化し、アッセンブリングネットワークと接触させることができる。
【００４６】
他のときには、連続的にネットワークを形成させ、例えば、完全なネットワークの構成要素の一部を含む第１のサブ−ネットワーク構造を形成させ、次いで、ネットワークが完成するまで足りない構成要素（例えば、繊維、粒子等）を順次に付加することができる。サブ−ネットワーク構造は、例えば、いくつかのオリゴヌクレオチドがそれに結合した粒子、分岐した繊維構造等であり得る。グラジュアルアッセンブリは、ヌクレオチド鎖の自己アッセンブリ特性および配列またはドメイン特異的にヌクレオチド鎖に結合する複合体化剤およびリンカーの自己アッセンブリ特性に基づくこともできる。さらに、特に複合体構造を持つネットワークの場合、まず、複数のサブ−ネットワーク構造を調製し、次いで、それらを完全なネットワークの形成のために組み合わせることもできる。
【００４７】
当業者に明らかに認識されるように、ネットワークの形成は、ネットワークが形成される媒体を撹拌することによって、流体の方向性流れを供して繊維を配向させてそれらの他端に下流ネットワーク構成要素に結合させることによって、他のバイアス測定等を適用することによって助けることができる。本発明のワイアを形成するにおいて、ワイアがその上で形成される繊維の２つの端部の間の電位を増強させ、導電性物質、例えば、金属の方向性沈積を供することができる。
【００４８】
生得的に一本鎖、二本鎖または複数鎖であり得るヌクレオチド鎖を形成することができ、「工学的に作製された（engineered）」細胞、例えば、微生物によって核酸繊維の産生および再産生を含む組換えＤＮＡ法を含めた種々の方法によって形成し、複製することができ；別法として、繊維は、例えば、鎖を合成し、次いで、それらをより大きな繊維に組み合わせることによって合成により生産することができる。繊維は、種々の増幅技術、例えば、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）等によって形成することができる。
【００４９】
ヌクレオチド鎖および他の物質よりなる繊維は、種々の方法で形成することができる。典型的には、（例えば、導電性ポリマーから作製されるか、またはカーボンナノ−チューブである）非核酸繊維を形成し、特異的核酸鎖の両末端に共有結合させることができる。核酸鎖にその２つの末端で結合した非ヌクレオチド繊維を含むかかる繊維は、それ自体、ネットワークの構築で使用することができる。該繊維はヌクレオチドの他のストレッチに結合させることによって、組み合わせたヌクレオチド−非ヌクレオチド繊維に結合させて、中断したヌクレオチド鎖および非ヌクレオチドストレッチ等を持つより長い繊維を得ることによって延長することができる。
【００５０】
認識されるように、非ヌクレオチド繊維の末端で鎖に結合するよりもむしろ、前駆体のみを結合させ、次いで、前駆体で開始してイン・サイチュで鎖を合成することができる。
【００５１】
非ヌクレオチド繊維ストレッチは、典型的には、生得的導電性または半導電性であり、例えば、導電性または半−導電性ポリマーまたはコポリマーまたは導電性ナノ−チューブよりなる。かかる場合において、かかる非ヌクレオチド繊維ストレッチのさらなる機能性化が必要ないであろう。しかしながら、非ヌクレオチド繊維ストレッチは非導電性とすることもでき、次いで、ドーピングによって、または種々の分子、クラスターまたは粒子、例えば前記したもののその上への化学的または物理的沈積によって、機能性化して電気的または電子的に機能的となることができる。
【００５２】
さらなる態様によって、本発明は、電気的構成要素の１つにまたは界面構成要素に結合したヌクレオチド鎖を含み、２つの構成要素の他のものに結合したリンカーに対する生体分子相互作用によって結合した、電子的ネットワークおよび導電性界面構成要素の間の結合を提供する。
【００５３】
本発明のなおさらなる態様によって、前記定義のネットワーク構成要素が提供される。本発明によって形成することができるネットワーク構成要素の例はスイッチ、二極トランジスタ、単一電子トランジスタ、電界効果トランジスタ、ダイオード、コンデンサ、レジスタ、コンダクタ、発光ダイオード、絶縁体、インダクタである。
【００５４】
前記ネットワーク構成要素は本発明のネットワーク内で有用であるが、いくつかは、時々、異なる適用で利用性を有することができる。対応する先行技術構成要素と比較したそれらの小サイズは、それらが、小サイズまたは低エネルギー消費を要する種々の適用で利用できるようにする。かかる構成要素の特別の例はワイアである。
【００５５】
本発明のワイアは非常に薄くすることができ、例えば、トランジスタの非常に速いゲーティングのための半導体電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）におけるゲートとして、薄いワイアを要する適用で益するように使用することができる。ＦＥＴのゲーティングスピードは、ＦＥＴにおけるゲーティングワイアの幅（当該分野では、時々、「長さ」という）に大いに依存する。本発明によるワイアは、ＦＥＴの先行技術ゲートワイアの幅よりも小さな約２オーダーの大きさとなるように作製することができ、従って、従来可能であったものよりも速い変調が、本発明のワイアを用いてＦＥＴで得ることができる。そのゲートとして本発明のワイアを含むＦＥＴは本発明の態様でもある。
【００５６】
さて、添付の図面を場合によっては参照して、以下の詳細な記載および引き続いての実施例によって本発明を説明する。本発明は特別に記載された具体例に限定されるものではなく、核酸繊維の自己アッセンブリ特性を使用することによって、および分子認識駆動の自己アッセンブリプロセスを用いて繊維上または繊維に物質または粒子を沈積または複合体化して、繊維または繊維間の接合を電気的に機能的にすることによって、前記定義の本発明の全範囲、すなわち、ネットワークの形成、およびネットワークにおける構成要素に適用されることを当業者は認識すべきである。
【００５７】
［発明の詳細な記載］
ネットワークの形成は、典型的には、界面構成要素のマトリックスを提供することによって開始し、これは、ネットワークおよび外部回路または外部構成要素の間にＩ／Ｏ界面を提供する。かかる界面構成要素マトリックス１００の１つの具体例は、図１Ａに示される。界面構成要素１０２の各々は、典型的には、ネットワーク結合パッド１０４を有する金属電極、およびコネクター部分１０８によって連結された外部回路結合パッド１０６である。
【００５８】
ネットワークの形成のための調製工程として、結合パッドを処理して、リンカー１１０、例えば、誘導体化オリゴヌクレオチドのそれへの結合を可能とする。処理方法の例は後記する。（リンカーオリゴヌクレオチドを、図１Ｂに見られるような後記する界面構成要素へ固定化する１つの具体例）。次いで、予め調製したリンカー１１０をパッド１０４に結合させることができ、典型的には、異なるリンカーをパッドの各々に結合させることができる。マトリックスの中央部分１１２の右側の拡大において模式的に示されたリンカー１１０は、例えば、実施例で後記するように、例えば、ジェトプリンティングによって、パッド１０４に固定化することができる。このようにして、異なるリンカー１１０をパッド１０４の各々に結合させることができる。リンカー１１０の各々は、異なる特異的核酸配列への選択的結合能力を有し、この特徴はリンカーの末端において異なる形状によって表される。
【００５９】
（本明細書中で定義され、後記の実施例によって記載された）ワイアを含めた機能化繊維のネットワークおよび繊維間の接合上または接合において形成された種々の他のネットワーク構成要素を、次いで、マトリックスに接触させることができ；界面構成要素上に固定化されたリンカーへのネットワークの繊維における核酸配列の特異的結合の結果、界面構成要素に対するネットワークの特異的結合性パターンが得られる。別法として、繊維の核酸鎖を、まず、リンカーに特異的に結合させ、要すれば、ネットワークの機能化、すなわち、電子的に機能的構成要素の形成、ワイアの形成等を、次いで、形成された核酸ベースのネットワークで行うことができる。もう１つの別法は、まず、いくつかのサブネットワーク構造を界面構成要素のマトリックスに係留させ、引き続いての工程で、あるいは同時に、サブネットワークを相互に形成させて、完全なネットワークを形成させる。サブネットワーク構造の例は、一緒に結合したいくつかの繊維、いくつかの核酸繊維がそれに結合した原子または分子のクラスターまたは粒子を含む。ここに再度、繊維は生得的に電気的にまたは電子的に機能的であるか（全体的または部分的に）、あるいは機能化はネットワークの形成の後に行うことができる。
【００６０】
図１Ｂは、オリゴヌクレオチドを界面構成要素に固定化するための具体例の模式的表示である。ビオチン分子１２０および１２２は結合され、１つはオリゴヌクレオチド１２４に、他は硫黄含有部位１２６に結合される。ビオチン分子１２２は硫黄含有部位１２６を介して界面構成要素１２８に固定化され、次いで、ストレプトアビジン分子１３０が媒体に導入され、それらは、複合体化剤１３２の形成を生じ、これは、ビオチンおよびストレプトアビジンを含む超分子複合体であり、これはオリゴヌクレオチド１２４を界面構成要素１２８に固定化する。
【００６１】
オリゴヌクレオチド１２４は、引き続いての機能化工程によって、コンダクタ、ダイオード、トランジスタ等のようなネットワーク構成要素に、後記例示の方法で修飾することができる。別法として、それらは、繊維のヌクレオチド鎖末端セグメントの結合のためのリンカーとして働くことができる。
【００６２】
本発明のネットワークにおける重要な構成要素は、種々の機能を発揮する接合である。接合のいくつかの例は図２に示す。図２Ａは、２つの一本鎖核酸繊維２０２および２０４の間に形成された、接合２００を示す。この特別の例における接合は、繊維２０４における末端配列２０６および繊維２０２における相補的配列２０８のハイブリダイゼーションによって形成される。この接合は核酸繊維の間のＴ−タイプ接合として働くことができ、これは、次いで、例えば、後記するように導電性物質を繊維２０２および２０４および接合上に沈積させることによって、機能化連結接合に変換することができる。
【００６３】
接合２１０のもう１つのタイプは図２Ｂに示される。この結合は、コロイド粒子、蛋白質、もう１つのタイプのマクロ分子、超分子構造等であり得る複合体化剤２１２によって形成される。この場合、接合は１つの一本鎖繊維２１４およびもう１つの一本鎖繊維２１６の間に形成される。しかしながら、かかる接合は２つの二本鎖繊維の間にも形成できることに注意すべきである。複合体化剤を種々の手段によって繊維に結合させることができる。結合は共有結合または非共有結合であり得る。非共有結合の例はイオン相互作用、ファンデルワールス力などによる疎水性相互作用である。複合体化剤は、それ自体によって複合体分子構造でもあり得る。例えば、それは、その少なくとも１つが繊維２１６および２１４の各々に結合した相互に対する結合親和性を持つ２以上の分子またはマクロ分子によって形成することができる。かかる複合体分子構造の例は、例えば、抗体−抗原、リガンド−受容体、ビオチン−アビジン、および多くの他のもののごとき、相互に結合することができる非常に多様な分子である。
【００６４】
かかる複合体分子構造の特別の例は図１Ｂ（前記）に示される。ビオチン−ストレプトアビジン複合体であるこの複合体分子構造は、電極へオリゴヌクレオチドを固定化するその役割において示されるが、同複合体分子構造は、核酸繊維間に接合を形成するのにも使用することができる（すなわち、各繊維は、ビオチンに結合させることによって修飾することができ、次いで、２つのアビジン部位を１つのストレプトアビジンによって複合体化することができる）。
【００６５】
接合２２０のさらなる例は図２Ｃに示す。この場合、複合体化剤２２２は２つの繊維２２４および２２６を一緒に結合させる。複合体化剤および核酸繊維との相互作用の様式は図２Ｂにおける複合体化剤２１２と同様であり得る。
【００６６】
接合の２つの他の例は図２Ｄおよび２Ｅに示される。これらの接合２３０および２４０は、それぞれ３つおよび４つの核酸鎖の間で形成され、その各々は二本鎖である。かかる接合は、実施例で後記するごとく、ハイブリダイゼーションまたは酵素合成によって形成することができる。
【００６７】
もう１つのタイプの接合２５０は図２Ｆに示される。この場合、複合体化剤２５２、例えば、コロイド粒子は、その各々が複合体化剤２５２のその末端に結合した複数の繊維、この特別の具体例においては４つ２５３〜２５６を一緒に連結させる。繊維２５３〜２５６の各々の粒子２５２への結合は、図２Ｂおよび２Ｃ等により記載された方法のいずれかで、特異的結合蛋白質のごときメディエーターによる直接的会合によることができる。
【００６８】
以下において、本発明のワイアおよび電子的構成要素および機能化ネットワークの製造を記載する。これらは例示的具体例にすぎず、記載した具体例の種々の修飾が可能であり、全ては本明細書で定義した本発明の範囲内のものである。
【００６９】
さて図３Ａを参照し、この具体例にはヌクレオチド骨格上で形成されたワイアである本発明によるワイアの形成を示す。該ワイアは、典型的には、金、白金、銀等のような金属よりなる、またはそれによってコートされた２つの電極３００の間に形成される。まず、リンカーの引き続いての結合を容易に処理することができる電極３００を、各々が、ジスルフィド基によって誘導体化された、一本鎖オリゴヌクレオチド（各々、「オリゴＡ」および「オリゴＢ」）よりなる、いずれかのリンカー分子３０２または３０４を含有する溶液で別々に湿潤化する。これらのリンカーが適当な条件下で電極３００上に沈積したら、ジスルフィド基を電極３００に結合させて、各々、リンカー３０６および３０８を形成させる（工程（ａ））。次いで、電極３００を、ヌクレオチド鎖溶液、例えば、リンカー３０６および３０８におけるオリゴヌクレオチドの配列に相補的な粘着末端を有するＤＮＡ二本鎖繊維３１０で湿潤化する。電極３００は核酸繊維３１０の長さとほぼ等しい距離だけ相互に離し、それにより、核酸繊維３１０の各端部をリンカー３０６および３０８の一方におけるその相補的オリゴヌクレオチドに結合させて２つの電極３００の間にブリッジ３１２を形成させる（工程（ｂ））。媒体中のオリゴヌクレオチド３１０の濃度を制御することによって、電極の間に形成されたかかるブリッジの数を制御することができる。ハイブリダイゼーションに続き、核酸繊維へのリンカーの結合は、ニックの連結による該２つの相互への共有結合によって強化することができる。
【００７０】
時々、特に、繊維３１０が長く、かくして、単に拡散に頼ることによって両末端におけるそのハイブリダイゼーションを保証するのが現実的でない場合、ストランド３１０を１つの電極に結合させ、次いで、第１の電極の第２の電極への流体の方向性流れによって、その端部が第２の電極に到達するように核酸繊維が延長される。
【００７１】
また、核酸繊維の折り畳みを回避し、適当な結合を確保するために、適当な溶液を時点選択する必要があるであろうことも明らかである。
【００７２】
金属ワイアを構築する目的のための繊維の機能化工程は、アルカリ性条件下で銀イオン（Ａｇ+）を含む溶液に繊維を暴露することを含むイオン交換工程によって、特別に説明した具体例に従い開始され、それにより、銀イオンは、ヌクレオチド鎖および負に荷電した繊維との複合体と普通には会合したナトリウムイオンまたは他のイオンと置き換わる（工程（ｃ））。これは、銀イオン３１６を負荷した核酸繊維３１４を生起させる。銀イオンよりはむしろ、例えば、コバルト、銅、ニッケル、鉄、金等を含めた広範囲の他の金属イオンを用いることができることに注意すべきである。さらに、金属凝集体、複合体またはクラスター、例えば、コロイド金、コロイド銀等を、種々の異なる相互作用を介して核酸繊維上に沈積させることもできる。イオン交換工程は、典型的には、脱イオン水で繊維をすすぎ、次いで、それを金属イオンまたは金属凝集体の溶液に浸漬することを含む。
【００７３】
次の工程において（工程（ｄ））、イン・サイチュにて金属イオンの金属銀への還元を生じる還元剤、例えば、ヒドロキノンに繊維を暴露する。金属溶着、例えば、金属銀が多数の核形成部位３１８で形成される。脱イオン水ですすいだ後、各形成部位３１８を持つ繊維を、酸性条件下で、金属および還元剤、例えば、ヒドロキノンを含む試薬溶液と接触させる。これらの条件下で、イオンは核形成部位でのみ金属に変換され、結果として、核形成中心が成長して導電性ワイア３２０が形成される（工程（ｅ））。
【００７４】
銀核形成中心も、金または他の金属の化学的沈積によって増強することができるのに注意すべきである。同様に、金核形成中心は、金、銀ならびに他の金属の沈積によって増強することができる。
【００７５】
かく形成されたワイア３２０は、例えば、ワイアの厚みおよび均一性を増大させることを意図した熱処理；例えば、アルカンチオールへの暴露によって、ワイアの回りの電気的絶縁層を形成する目的の不動態化処理；ワイア上でのポリマーによるワイアの電気化学的または光化学的成長等を含むことができる、種々の製造後処理に付すことができる。
【００７６】
図３Ｂは、図３Ａで説明した手法によって形成されたワイアの典型的な電流−電圧相互関係を示す。ここで見られるように、曲線は非直線状であって、ゼロバイアスに関して非対称である。曲線の形状は図３Ａによって示される走査方向に依存する。大きな正または負のバイアスからゼロ電圧に近づくと、電流は電圧と共にほとんど直線状に減少する。次いで、ゼロ電流プラトーが、非常に大きな微分抵抗を伴って発生する。より高いバイアスでは、ワイアは、再度、異なるチャンネル抵抗を伴って導電性となる。この履歴−依存性電流−電圧関係はワイアを論理またはメモリー構成要素とすることができる。
【００７７】
認識されるように、同様の手法に必要な変更を加えて、図８Ａにて以下に示された種類の繊維を調製することができる。従って、末端または中間ヌクレオチド鎖に関して、所要の機能化工程が必要であるにすぎないであろう。
【００７８】
さて、図４を参照し、本発明のもう１つの具体例によるワイアの形成の方法が示される。ここに、再度、ヌクレオチド骨格上にワイアが形成される。前記で指摘したように、図３Ａの具体例を参照し、同様の手法に必要な変更を加えて、図８Ａで示された種類の繊維に関して続いて行うことができる。この具体例において、金属よりもむしろ図３Ａのそれとは区別されて、沈積した材料はＰＰＶ（ポリ−フェニレンビニレン）である。電極４００は、図３に示された電極３００と同一である。該方法の最初の２つの工程（工程（ａ）および（ｂ））は、図３Ａにおける対応する工程と実質的に同一である（同一の構成要素には、図３Ａにおける対応する構成要素と同一の最後の数字の参照番号が与えられた；例えば、４０２は３０２と同一であり、４０４は３０４と同一である）。形成されたブリッジ４１２は、前記と同様に、リンカー４０６および４０８への繊維４１０の共有結合によって強化して、２つの電極を結合させる完全な繊維４１４を生じる（工程（ｃ））。
【００７９】
次いで、プレＰＰＶ(26)分子４１６を含む溶液を繊維４１４と接触させ、正に荷電されることによって、プレＰＰＶ４１４は負に荷電したＤＮＡブリッジ４１４と複合体化する（工程（ｄ））。次の工程として、試料をすすぎ、乾燥し、最後に、真空中で、例えば、約３００℃の温度で約６時間加熱し、これは各反復単位からテトラヒドロチオフェン基および塩酸の放出に導いて、ルミネセンスＰＰＶ構成要素を生じる（工程（ｅ））。
【００８０】
ＰＰＶをコンダクタに変換するために、電子欠乏（ホール）を引き起こすか、あるいは過剰の電子を生起させる剤でこのポリマーをドープする。ドーピングは多くの公知の方法、例えば、Ｈ2ＳＯ4蒸気への暴露、ハロ−酸蒸気（例えば、ＨＣｌ、ＨＢｒ）の添加によって、ドデシルベンゼンスルホン酸の使用によって、ショウノウスルホン酸の使用によって、あるいは他の手段によって行うことができる。ドーピングの程度はワイアの結合性を決定する。
【００８１】
多くの他のポリマーを本発明におけるＰＰＶの代わりにまたはそれに加えて使用することができる。これは、正に荷電した側鎖基を持つ種々のポリマーならびに骨格に正に荷電した基を持つポリマーまたは核酸繊維に結合できる認識基を持つポリマーを含む。ポリマーのもう１つの例はポリアニリン（ＰＡＮＩ）である。これらのポリマーは、電子欠乏を有するか（ｐ−型ポリマー）、あるいは電子過剰を有する（ｎ−型ポリマー）ものを含む。同様の方法に必要な変更を加えて、他の型の導電性物質（ｎ−型またはｐ−型物質）を繊維に結合させることもできる。
【００８２】
電子的機能を付与することができる種々の物質に（電子過剰を有するポリマー）結合したオリゴヌクレオチドの使用によって、核酸繊維上で組み立てた電子的構成要素の特性を正確に制御することができる。例えば、そのうちの１つが、繊維の特別の部分へのハイブリダイゼーションを可能とし、ｐ−型の物質に結合し、もう１つがｎ−型の物質に結合した、繊維の隣接部分へのハイブリダイゼーションを可能とする配列を有する２つのオリゴヌクレオチドを、繊維に結合させ、このようにして、ｎ／ｐ接合を形成することができ、例えば、ダイオードとして機能させる。もう１つの例は、ｐ−ｎｐまたはｎ−ｐｎ型の二極トランジスタの形成であろう。
【００８３】
ヌクレオチド鎖上に形成することができるいくつかの機能的構成要素の例を図５に示す。図５において、ｐ／ｎ接合は、この特別の例ではポリＣである１つのオリゴヌクレオチド５１２に結合したｐ−型の物質５１０、およびこの特別の例ではポリＡであるもう１つのオリゴヌクレオチド配列５１６に結合したｎ−型の物質５１４によって形成される。該オリゴヌクレオチドはヌクレオチド繊維５２２上の、各々、相補的配列５１８および５２０に結合し、カップリングの後、ｐ／ｎ接合が形成される。図５Ａにおいて、ｐ／ｎ接合は繊維５２２の一本鎖セグメント上に形成される。同様に、かかる接合は、例えば、隣接セグメント５２６および５２８へ暴露する酵素消化により、まず１つのストランドの一部を除去し、次いで、各々、相補的ｐ−型およびｎ−型の物質担持オリゴヌクレオチド５３０および５３２とハイブリダイズさせることによって、二本鎖繊維５２４上で形成することもできる（図５Ｂ参照）。
【００８４】
繊維の残りの部分は、例えば、図３または４を参照して前記したもののごとく、ワイアを形成するように処理することができ、それに従い、ダイオード（ｐ／ｎ接合）５３４が、ダイオードの２つの端部を近接して挟む導電性ワイア（Ｃ）５３６および５３８で形成される（図５Ｃ）。コンダクタ物質がｐ−ｎ接合部分に沈積しないことを保証するために、該接合を構成する材料をまずカップリングさせ、次いで、繊維の残りの部分のみを前記したように処理して導電性ワイアを形成させる。
【００８５】
図５Ｄは、この場合は、グレーデッドｐ／ｎ接合５４４へ変換された繊維の一部を近接して挟む２つの末梢繊維部分５４０および５４２上に形成された２つの導電性ワイア（Ｃ）よりなるもう１つの構造の模式図である。この例示された接合は、かなりドープされた部分５４６および５４８（ｐｐｐおよびｎｎｎ）、中程度にドープされた部分５５０および５５２（ｐｐおよびｎｎ）およびわずかにドープされたにすぎない部分５５４および５５６（ｐおよびｎ）よりなる。
【００８６】
もう１つの機能化構造が図５Ｅに示される。この構造は、Ｔ−タイプの分岐点５６０を有する接合であり、示されたごとく該接合の一部をｎ−ｐ−ｎ二極接合５６２（またはｐ−ｎ−ｐ接合）に変換し、次いで、繊維の残りの部分５６４、５６６および５６８をワイアに変換することによって、二極トランジスタが形成される。
【００８７】
ハイブリダイゼーション以外の手段によって、種々の物質の特異的沈積も達成することができる。例えば、種々の分子、例えば、特異的ドメインを認識することができる蛋白質を、二本鎖または複数本鎖ヌクレオチド鎖を「開環」する必要性なくして、この目的で使用することができる。
【００８８】
半導体ポリマーよりなる非ヌクレオチド繊維ストレッチに付着したヌクレオチド鎖よりなる、図８Ａに示した種類の繊維において、本発明によりｐ−ｎ接合を得ることもできる。半導体ポリマーがｐ−型である場合、図５に示されたのと同様にして、ｎ−型ポリマーを、半導体繊維セグメントに隣接するヌクレオチド鎖セグメント上に沈積させることができる。同様に、ｐ−ｎ接合は、ｎ−型半導体繊維配列に隣接するヌクレオチド鎖セグメント上にｐ−型ポリマーを沈積させることによって見いだすことができる。
【００８９】
図６は、単一電子トランジスタ（ＳＥＴ）の構築の方法を示す。粒子６００は、３つの異なるオリゴヌクレオチド６０２、６０４および６０６と結合させる。オリゴヌクレオチドのうちの１つを、大きな非導電性複合体化剤６０８、例えば、蛋白質または超分子構造を介して粒子６００に結合させ、その目的はさらに後記する。３つの電極のアレイ６１０において、各電極は、その各々がオリゴヌクレオチド６０２、６０４および６０６のうちの１つにおける配列に相補的な、異なる粘着末端を有する、繊維６１２、６１４および６１６（これは、ヌクレオチド繊維、図８Ａで示した種類の繊維、その他であってよい）のうちの１つに結合される。オリゴヌクレオチドを付着させた粒子を電極アレイと接触させ、ハイブリダイゼーションのための条件を提供することによって、その各々が繊維６１２、６１４および６１６のうちの１つおよびオリゴヌクレオチド６０２、６０４および６０６のうちの１つよりなる、３つのブリッジを介して粒子６００に結合した電極６１０よりなる構造６２０が形成される。繊維６１２、６１４および６１６は、各々、オリゴヌクレオチド６０２、６０４および６０６に共有結合させて、統合繊維６２２、６２４および６２６を形成することができる。
【００９０】
例えば、アルカンチオール、オクタドデシルチオール、ドデシルチオール等への暴露によって、該粒子を不動態化して絶縁性層６３０を形成させて、周囲の媒体からコロイド粒子を単離し、引き続いての工程でのコロイド粒子上への沈積を回避する。次いで、繊維６２２、６２４および６２６が前記したようにワイアに形成され、それにより、ＳＥＴが形成される。
【００９１】
ＳＥＴにおいて、ワイア６２２はゲートとして、およびその適当な機能のために働き、それと粒子６００の間の高い抵抗が好ましく、この目的は複合体化剤６０８によって達成される。通常の条件下で、粒子６００は電流の流れに抵抗するが、ゲートにおける電位が変化した場合、形成された静電場は、コロイド粒子を荷電しまたは放電させるのに必要な活性化エネルギーを減少させ、それにより、電流はワイア６２４および６２６の間に流れることができる。
【００９２】
認識されるように、本明細書に記載されたＳＥＴの構築の方法は例に過ぎない。１つの別法は、繊維が付着した粒子の最初の形成および、例えば、オリゴヌクレオチドリンカーを介して、電極に繊維を形成させることである。当業者に明らかなごとく、本発明によりＳＥＴを構築する他の可能な別法がある。
【００９３】
さて図７を参照し、可逆的光変換に基づいた分子スイッチが示される。ヘキサフルオロシクロペンテンまたはマレイミドのビスチオフェン誘導体（各々、図７Ａおよび７Ｂ）のごとき分子断片がネットワークに結合される。ポリマー基（配列選択的または非配列選択的であり得る認識基を含有することができるＰ１およびＰ２（これは、同一または異なってもよい））を、共有結合相互作用または非共有結合相互作用を介して両チオフェン部位に付着させて破壊されたコンジュゲーテッドポリマーを形成させる。ポリマーＰ１およびＰ２を各々異なる繊維に結合させる（各々、Ｐ１およびＰ２、示さず）。適当な波長（λ）を持つ光への暴露に際して、ヘキサフルオロシクロペンテンまたはマレイミドの二重結合を持つチオフェンの光環化が起こり、かくして、電気的にＰ１およびＰ２を結合させるコンジュゲーテッドポリマーのワイアが形成される。環化スイッチの光励起の結果、逆環化プロセスが起こり、ポリマーに沿ってコンジュゲーションを再破壊する。
【００９４】
スイッチング光信号は外部光源から提供することができ、あるいはいずれかの内部光源によって内部にて提供することができる。
【００９５】
図８Ａは、本発明による他の具体例を模式的に示す；図３Ａおよび４に示す繊維はヌクレオチド骨格を有するが、図８Ａに示す繊維はヌクレオチドセグメントおよび非ヌクレオチドセグメントを双方よりなる複合体構造である骨格を有する。図８Ａは繊維の２つの具体例、繊維７００および繊維７１０を示す。繊維７００は、主要部分として、その末端が２つのヌクレオチド鎖７０４および７０６に連結した非ヌクレオチド繊維ストレッチ７０２を有する。非ヌクレオチド繊維ストレッチ７０２は導電性、半導電性または非導電性のポリマーであってよく、あるいはナノ−チューブ、例えばカーボンナノ−チューブであってもよい。
【００９６】
繊維７１０は、ヌクレオチド鎖７１８および７２０によって結合され、２つの末端ヌクレオチド鎖配列７２２および７２４によって近接挟まれたいくつかの繊維ストレッチ７１２、７１４、７１６よりなる。かかる複合繊維において、オリゴヌクレオチド鎖は他の繊維のオリゴヌクレオチド鎖に結合させるための認識基として働く。好ましくは、非ヌクレオチド繊維ストレッチ（繊維７００および７１２の７０２、繊維７１０の７１２、７１４および７１６）は導電性または半導電性材料よりなる。かかる非ヌクレオチドセグメントの使用は種々の電子的構成要素の構築を容易にする。かかる物質は、分子、マクロ分子または非分子（異種）特徴のものであってよく、チオフェン、ピロール、アニリン、アセチレン、フェニレンのオリゴマーおよびポリマー、金属複合体（補助的内部結合多形、白金複合体等のごとき）およびナノ−フューブ、例えば、カーボンベースのナノ−チューブよりなることができる。
【００９７】
図８Ｂに模式的に示したごとく、かかる非ヌクレオチド繊維ストレッチは、それらの末端部位において活性基（Ｒ1およびＲ2）で選択的に誘導体化することができる。Ｒ1およびＲ2は同一または異なっていてもよく、−ＮＨ2、−ＣＯ2Ｈ、−ＣＯ2Ｒ−Ｂｒ−Ｂ（ＯＨ）2その他を表すことができる。
【００９８】
相補的部位を担持するオリゴヌクレオチドはこれらの末端活性基に共有結合によりカップリングさせることができる。例えば、図９に示すごとく、その２つの末端において２つのカルボキシル基を有するポリチオフェンを調製することができる。これらのカルボキシル基に対して、「Ｒ」が導電性ワイアを表す図１０で示されたようなカルボキシル基上の活性エステルの形成によってＥＤＣの使用により、１つは図９に示した、異なる方法を用いてアミノ誘導体化オリゴヌクレオチドを付着させることができる。
【００９９】
同様のアプローチを、アミノ誘導体化オリゴヌクレオチドを用いて、カーボンナノ−チューブの末端基の選択された誘導体化に適用することができる。カーボンナノ−チューブはそれらの２つの末端にカルボキシル基を有することができる（ウォンら(Wong et al.)、ネイチャー(Nature)、３９４；５２、１９９８）。図１１で見ることができるように、これらの末端に対して、アミノ誘導体化オリゴヌクレオチドを活性エステルカップリングを介して結合させることができる。
【０１００】
金属イオン−リガンド相互作用の使用、金属−金属複合体、金属イオン触媒ヘテロカップリング方法その他の使用のごとき、種々の他のカップリング方法を、繊維へのオリゴヌクレオチドの結合に適用することができる。
【０１０１】
図１２は、本発明によるＦＥＴの模式的説明である。該ＦＥＴ８００は、半導体マトリックス８０６の２つの末端に位置した、電源電極８０２、ドレイン電極８０４よりなる。ゲート電極８１０に結合したゲートワイア８０８は、半導体マトリックス８０６内の凹所８１２に位置する。半導体ＦＥＴにおけるゲート長は、ＦＥＴを操作することができる最大周波数を大いに決定する。より短いゲートはゲート下の電子飛行時間を最小化し、従って、より高い操作周波数を容易にする。ゲートは別としてＦＥＴの寸法は臨界的ではないので、ゲートパラメーターはより速いＦＥＴＳの大量生産のためのボトルネックを設定する。本発明におけるＦＥＴはこの問題の解決を提供する。ゲートは別としてＦＥＴは、常法のリソグラフィーおよび半導体プロセス技術によって製造することができ、次いで、電極間の核酸繊維を延伸することによってゲートを形成することができ、次いで、前記にて概説したごとくに繊維を金属化することができる。このようにして、サブ−０．１マイクロメーターゲートは容易に形成することができ、より速いＦＥＴＳの安価な大量生産を可能とする。
【０１０２】
さて、以下の実施例により、本発明を説明する。
【０１０３】
［実施例］
実施例１：リンカーの調製
（ａ）ジスルフィドベースのリンカー
ジスルフィド基で誘導体化した制御された孔のガラス（ＣＰＧ）を、遊離５′部位を有するオリゴヌクレオチドの合成（３′部位で開始する）で使用する。常法のＤＮＡ合成器を用いてオリゴヌクレオチドを調製する（図１３中のスキーム参照）。
【０１０４】
（ｂ）チオールベースのリンカー
リンカーは、前記（ａ）に従って調製され、ジスルフィド結合を開裂させて遊離チオールを得る。
【０１０５】
（ｃ）ビオチン−ストレプトアビジン複合体ベースのリンカー
ビオチン部位は、自体公知の特異的配列を有するオリゴヌクレオチドに結合させる。ビオチン−オリゴヌクレオチドは、一方側にビオチン部位（図１Ｂ参照）および他方側にチオールまたはジスルフィド基を含有するもう１つの分子にストレプトアビジン分子を介してカップリングさせる。
【０１０６】
（ｄ）リプレッサーベースのリンカー
ｌａｃリプレッサーのごとき核酸結合蛋白質はチオール基に共有結合させる。粘着末端を有し、該リプレッサーのが結合する標的配列を含有するＤＮＡ配列が合成される。該ＤＮＡ配列は標的配列を介してリプレッサーにカップリングされる。
【０１０７】
（ｅ）チオホスフェートベースのリンカー
オリゴヌクレオチド配列の構築（３′側から出発）は、ホスフェート含有ヌクレオチドの代わりにチオホスフェート含有ヌクレオチドを使用する常法のＤＮＡシンセサイザーを用いて行う。
【０１０８】
（ｆ）人工部位特異的ベースのリンカー
５′−ｐｙｒ−ｐｙｒ−ｐｕｒ−３配列(26)（ｐｙｒ＝ピリミジン、ｐｕｒ＝プリン）に結合することが知られている例えばＲｈ（Ｐｈｅｎ）2Ｐｈｉのごとき合成部位−特異的部位をチオール基に共有結合させる。
【０１０９】
実施例２：リンカーの電極への付着
（ａ）マイクロピペット湿潤化
例えば、ピペットまたはマイクロピペットによって、あるいはいずれかの液体分注器によって、電極を適当なリンカーの溶液に暴露させる。かかる液体分注機は、コンピューター制御できるマニピュレータに固定化することができる。異なるタイプのリンカーを各電極に配することができる。加えて、異なるタイプのリンカーを異なる電極に同時にまたは順次に配することができる。
【０１１０】
（ｂ）ジェットプリンティング
インク−ジェット様プリンティング技術が、異なる電極の異なるリンカーへの選択的暴露で使用される。かかる技術を利用することによって、高い精度、分解を達成し、生産速度を増大させ、大規模な生産を容易にすることができる。
【０１１１】
（ｃ）初めからの（Ab-initio）電極−リンカー合成
（ｃ１）選択マスキング技術の使用
ＤＮＡ配列を合成するために使用されるよく開発された技術を、複合電極−リンカーアレイの初めからの（ab-initio）調製で結び付けることができる。例えば、電極の組からなる不活性基材を不活性コーティングで部分的にコートして、２つのタイプの電極：コート電極（Ａ）および非コート電極（Ｂ）を発生させる。ＤＮＡ合成の出発点として働く核酸配列に連結したチオールの溶液に基材を暴露する。不活性コーティングのため、非コートＢ電極のみが該チオールと反応する。標準的なＤＮＡ合成技術を用い、予め規定された配列をＢ電極上に生じさせる。次いで、基材をすすぎ、マスクした電極を暴露し、続いてＢ電極を選択的にコーティングする。この手法は、それに結合したリンカーのタイプによって相互に異なる２つのタイプの電極の生産を可能とする。幾分より複雑な工程（マスキングおよび脱マスキングのいくつかの工程）の同一技術は、それに異なるリンカーが結合した多くの異なる電極を有する種々の基材の製造を可能とする。
【０１１２】
（ｃ２）光脱保護技術の使用
このアプローチは、ＤＮＡ合成の出発点の保護のための光不安定基の利用を含む。不活性化出発点基はヌクレオチドと反応することができない。マスクおよび／または光コンダクタおよび／またはいずれかの他のアドレス可能な光源による選択的照射を用い、異なる選択された電極の活性化は、選択された電極からの保護基の光除去によって達成される。
【０１１３】
（ｃ３）ブロッカーの使用
マスキング技術（前記（ｃ１））を用い、電極の組をオリゴヌクレオチド合成のために調製する。一旦、ＤＮＡ配列を電極の１つの組に複合体化すると、末端基を該オリゴヌクレオチドに結合させてそれらの不活性性を確保する。本発明によって調製されるが、この工程で活性となる異なる電極上で、他の配列をさらに合成することができる。以前の工程で構築されたリンカーの組は、それらの末端点に結合されたブロッカーのため、影響されない。
【０１１４】
（ｃ４）電極プリンティング
リンカーを金コロイドのごとき導電性ビーズに結合させる。次いで、該コロイドを制御可能に分散させて、リンカーが結合した導電性金属パツドを形成させる。分注は、前記で概説した異なる技術によって、あるいはいずれかの常法技術によって達成することができる。
【０１１５】
前記技術は単独であるいは他の技術とのいずれかの組合せで使用することができる。
【０１１６】
実施例３：ネットワークの構築−接合の生産
（ａ）分岐した配列の生産
安定な４つのアームの分岐したＤＮＡ接合は、例えば、以下の配列を用いて構築される。
【０１１７】
【配列表１】
配列の注意深いプランニングは所望のデザインに従って複合体化接合の製造を可能とする。この分岐配列は自体公知の方法を用いて二本鎖繊維に結合させることができる。
【０１１９】
（ｂ）酵素反応による分岐の創製
大腸菌（E. coli）細菌からの蛋白質ｒｅｃＡは、２つのＤＮＡ分子を接合させるための塩基対合ハイブリッドの組換えおよび構築を触媒する。それは、特異的に、一本鎖ＤＮＡを二本鎖ＤＮＡに特異的に結合でき、但し、相同性は該一本鎖および二本鎖ＤＮＡの間に存在する。ＤＮＡ結合蛋白質は一本鎖ＤＮＡを延長することができ、ランダム衝突によってＤＮＡアニーリングを容易にする。また、２つの別々のデュプレックスの間に塩基対特異的接触を達成して、２つの螺旋の溝に暴露された化学部位を介して整列された四本鎖構造を形成することも可能である。同様に、ｒｅｃＡ蛋白質は、二本鎖を開き、一本鎖配列を露出する必要性なくして、「外部」から相補的配列の認識を介して、一本鎖および二本鎖ＤＮＡの間に特異的接触を誘導することができる。また、三本および四本鎖ＤＮＡ螺旋を組み換える可能性もある。四つのＤＮＡストランドを接合点で「スイッチ対合」を受けさせて、交差ストランド接合（ホリデー(Holliday)構造と呼ばれる）を形成させることができる。従って、２つのストランドが正確には相補的ではない組換えＤＮＡ分子上の領域であるいわゆるヘテロデュプレックスを創製する可能性がある。しかしながら、分岐接合は、相補的塩基対合の平衡点まで移動することができる。十分な組換デュプレックスが立体再配置を可能とすることによって形成される。イン・ビトロでホリデー（Holliday）構造を作製するためのＲｅｃＡ蛋白質の利用はよく確立されている（例えば、ビー アルバーツ(B. Alberts)ら、モレキュラー バイオロジー オブ ザ セル(Molecular Biology of the Cell)、第３版、ガーランド出版社(Garland Publishing Inc.)、ニューヨーク、１９９４参照）。大腸菌細菌からのもう１つの酵素、ＲｅｃＢＣは、解く活性およびヌクレアーゼ活性を共に有し、従って、自由端部を持つ一本鎖ＤＮＡの露出を触媒でき、ＲｅｃＡ蛋白質が対合反応を開始させることを可能とする。ネットワークの段階的形成で重要なのは、ＲｅｃＢＣが遊離デュプレックス端部を含有するＤＮＡでのみ解くことを開始させるという事実である。次いで、それは、移動しつつ、自由端部からＤＮＡに沿って、ＤＮＡを解きおよび再度巻くことを操縦する。それは、再度巻くよりも速くＤＮＡを解く故に、一本鎖領域の「バブル」またはループがデュプレックスＤＮＡで生じる。次いで、ＲｅｃＡ蛋白質は、単一ストランドのうちの１つにおける特異的配列５′−ＧＣＴＧＧＴＧＧ−３′中においてＲｅｃＢＣによって作製されたカットに結合することができ、ＤＮＡストランドともう１つのＤＮＡとの交換を開始させる。該カットの特異的配列は、人工組換えＤＮＡ合成によって予め設計することができる（ビー アルバーツら(B.Alberts et al.)、前掲およびエル ピー アダムスら(L.P.Adams et al.)、ザ バイオケミストリー オブ ザ ヌクレイック アシッド(The Biochemistry of the Nucleic Acids)、第１１版、チャップマン アンド ハーレ(Chapman & Hale)、１９９２）。
【０１２０】
（ｃ）核酸結合蛋白質の使用
２以上の特異的ＤＮＡ結合蛋白質を２以上のＤＮＡストランドと相互作用させることができる。かかる結合蛋白質のカップリングは、異なるＤＮＡストランドの間の接合の形成を可能とする。
【０１２１】
実施例４：ネットワークの基材への結合
ネットワークの基材への係留は、種々のＤＮＡ結合蛋白質を用いて実現することができる。例えば、（プラスチック基材のごとき）基材に、および該ＤＮＡに結合することができ、従って、２つを結合させる、細菌からのリプレッサー（例えば、ｌａｃ−リプレッサーまたはλ−リプレッサー）。かかる結合は、電気的機能に必ずしも参画することなく、ネットワークを安定化させる。
【０１２２】
実施例５：集積回路の調製
集積回路（ＩＣ）は、ケイ素、誘導体化ケイ素、シリカ、誘導体化シリカ、有機ポリマーまたはネットワークの製造または機械的固定もしくは安定化用の支持体として作用することができるいずれかの他の基材よりなる。該基材は電気的機能を発揮することができる。
【０１２３】
ＩＣ調製の典型的な例は以下に記載する。
【０１２４】
実施例６：ガラス基材の不動態化
ガラス基材を発煙硝酸（１００％ＨＮＯ3）に１０分間浸漬し、脱イオン（ＤＩ）水中ですすぎ、次いで、１Ｎ ＮａＯＨ溶液中でさらに１０分間浸し、ＤＩ水中ですすぐ。清浄化したガラスを徹底的に乾燥し、次いで、テトラクロロエタン（１：５ｖ／ｖ）中のアルキルトリクロロシラン（オクチルトリクロロシラン、ｔ−ブチルトリクロロシラン等）の溶液中に約１２時間浸漬する。次いで、ガラスプレートをテトラクロロエタンおよびイソプロパノールで数回注意深くすすぎ、次いで、徹底的に乾燥した。
【０１２５】
実施例７：電極製造
電極は、以下の経路のうちの１つに従って製造することができる。（ｉ）基材上での標準的な光、電子、またはＸ線リソグラフィーおよび引き続いての導電性基材（例えば、金属）の蒸着。別法として、導電性基材をまず蒸着し、次ぎにパターニングする。（ii）表面上への電極の組み立て；ポリエチレンイミン、ポリアルコール、ポリ酸、ポリピリジン等のごときポリ電解質、またはチオール単層（分子骨格上の反対側にチオールおよびシラン部位を含有する有機化合物から製造）のごとき他の連結剤を用いるガラス表面のパターニング、続いての導電性電極の基材上への組立を可能とする金コロイドのごとき導電性構成要素の固定。
【０１２６】
実施例８：核酸ベースのネットワーク−金属ベースの導電性ワイアの電気的機能性化
（ｉ）ネットワークの関連部分を、適当な金属イオンを含有する溶液に暴露し、従って、溶液に暴露されたＤＮＡ骨格のリン酸基でイオン交換が起こる。ＤＮＡの内部のイオンのインターカレーションもある条件下で起こる。
【０１２７】
（ii）次いで、イオン交換されたＤＮＡ複合体は、ハイドロキノンのごとき還元剤によって還元される。
【０１２８】
サイクル（ｉ）および（ii）は、導電性ワイアが達成されるまで順次の順序で反復することができる。別法として、導電性金属ワイアの形成は、ストランド単独プロセスとして、あるいは工程（ｉ）および（ii）と組み合わせて、あるいは以下の技術の１つ以上と組み合わせた以下の工程を含む。
【０１２９】
（iii）イオン交換されたネットワークの関連部分は、還元剤および金属イオンの転移性混合物に暴露される。還元は、工程（ｉ）および（ii）によって形成された金属クラスターの表面でのみ起こり、かくして、金属クラスター間のギャップは金属蒸着プロセスによって架橋される。
【０１３０】
（iv）イオン交換されたＤＮＡまたは部分的に処理されたＤＮＡネットワークは電気化学的プロセスに暴露され、ＤＮＡポリ電解質に負荷されたイオンを金属コンデンサに変換させる。加えて、ＤＮＡ分子に沿った電解質プロセスはそれに沿っての金属ワイアのベクトル的成長を促進する。
【０１３１】
（ｖ）金属ワイアの形成のためのその対応するイオンからの金属の光化学蒸着。
【０１３２】
（vi）配列選択的構成要素、例えば、特異的部位に結合することができる特異的配列、または非特異的結合剤、例えば、ＤＮＡとの静電的相互作用を受けるポリ電解質を用いて、クラスターまたはコロイドをＤＮＡネットワークに吸着させる。これらのクラスターおよび／またはコロイドは前記プロセス（iii）〜（ｖ）のための触媒として働く。
【０１３３】
（vii）前記技術のうちの１つ以上によって製造された粒状ワイアにおける欠陥は、熱アニーリングプロセス、電着等のごとき広範囲の方法を用いてアニールすることができる。
【０１３４】
銀機能化ネットワークの形成例は以下の通りである。
【０１３５】
（ｉ）基材上に固定されたＤＮＡネットワークを銀イオンの塩基性溶液に暴露させる（ｐＨ＝１０．５、ＮＨ4ＯＨ、０．１Ｍ ＡｇＮＯ3）。ＤＮＡポリ電解質を銀イオンによって交換した後、基材を注意深く脱イオン水（ＤＩ）ですすぎ、乾燥する。
【０１３６】
（ii）基材上に固定した銀負荷ＤＮＡネットワークを、還元剤としてのハイドロキノンの塩基性溶液（０．０５Ｍ）、ｐＨ＝５に暴露する。工程（ｉ）および（ii）を、導電性ワイアが形成されるまで、順次に反復する。
【０１３７】
（ａ）相補的プロセス
工程（iii）は１以上の（ｉ）＋（ii）サイクル後に行われる。
【０１３８】
（iii）ＤＩ水での最終すすぎ後において、銀金属クラスターを負荷したＤＮＡネットワーク（サイクル（ｉ）および（ii）が行われた後）を、ハイドロキノン（クエン酸緩衝液、ｐＨ＝３．５、０．０５Ｍハイドロキノン）およびＡｇＮＯ3（０．１Ｍ）の酸性溶液に暴露する。サイクル（iii）は、ワイア幅が所望の寸法を達成すると停止させる。該プロセスは光感受性とすることができ、従って、イルミネーション条件によって制御することもできる。
【０１３９】
（ｂ）改良されたプロセスのための電気化学的沈積
（iv）金属コンダクタのアスペクト比を改良するために、電気化学的プロセスを行う。その理由で、アルカンチオールでのプレ処理を（ｉ）＋（ii）プロセスに先立って行う。これは、電気化学的金属沈積に対する金属電極の不活性を保証する。１以上の（ｉ）＋（ii）サイクル後、ＤＮＡ被覆金属ワイアを介して結合させた電極を電流およびバイアス制御の電源に接続し、ＤＮＡネットワークの関連部分を、金属イオン（特別のプロトコルに従って異なる濃度）の溶液に暴露する。導電性ドメインの間のギャップは電気化学的金属沈積を介して充填される。
【０１４０】
（ｃ）改良されたプロセスのための光化学沈積
（ｖ）金属コンデンサのアスペクト比を改良するために、前記で概説した電気化学的プロセスと同様であるが、駆動プロセスとして光化学反応を使用して、光化学プロセスを行う。例えば、ＤＮＡネットワークの金属化は、電子ドナー（トリエタノールアミン、シュウ酸、ＤＴＴ等）、光増感剤（Ｒｕ−ポリピリジン複合体、ＴｉＯ2、ＣｄＳ等のごときキサンテン染料半導体粒子）、異なるビピリジニウム塩および関連金属イオンまたは金属複合体のごとき電子リレーを用いて得ることができる。光増感剤は、いずれかの可能な配列で電子ドナーおよび電子アクセプターを含む電子移動プロセスを介して熱力学的ポテンシャルに吸収された光エネルギーを導入する。還元された電子アクセプターは電子リレーとして作用し、金属クラスター／コロイドに電子を荷電する。荷電されたクラスター／コロイドは金属イオンの還元用の触媒として使用し、従って、金属コンデンサの成長を誘導する。
【０１４１】
（ｄ）核形成中心としての金クラスター、金含有分子および／またはコロイド
（vi）最初の（ｉ）＋（ii）サイクルを行う代わりに、ＤＮＡネットワークの関連部分を（ピリジニウムアルカンチオールのごとき）カチオン性チオールで予め（部分的に）コートした金クラスター、分子または粒子の溶液に暴露する。金粒子はイオン対合によってＤＮＡ骨格に吸着されつつあり、前記技術のうちの１つ以上を用いてワイアの成長が得られる。
【０１４２】
（ｅ）キュアリングプロセス
（vii）前記技術のうちの１つまたは組合せによって得られた粒状ワイアにおける欠陥は、熱アニーリングプロセス（水素雰囲気（Ｎ2中の１０％Ｈ2）、数時間にわたり３００Ｃ）のごとき広範囲のプロセスを用いてアニールされる。
【０１４３】
実施例９：ＤＮＡ鋳型上で形成された導電性ワイアによる２つの電極の結合、およびワイアの特性
（ａ）ワイア調製
図３Ａは、金属ワイアのＤＮＡ鋳型での組み立てを概説する。カバーグラスをまず偽のＤＮＡ結合に対して不動態化する。引き続いて、標準的マイクロエレクトロニック技術を用い、２つの平行金電極をカバーグラス上に沈積させる。次いで、１つの金電極を、その３′部位に結合させたジスルフィド基で誘導体化した、１２−塩基特異的配列オリゴヌクレオチドを含有する水性溶液のマイクロンサイズの液滴で湿潤化した。同様に、第２の電極を異なるオリゴヌクレオチド配列でマークした。すすいだ後、金電極に付着させたオリゴヌクレオチドに相補的な２つの１２−塩基粘着末端を有する、約１６μｍ長λ−ＤＮＡの溶液によって試料を覆った。電極に対して正常な流れを誘導して、ＤＮＡを延伸し、２つの離れた表面結合オリゴヌクレオチドとのそのハイブリダイゼーションを可能とした。２つの電極の間のＤＮＡの延伸は逆方向に行うことができ、ここに、長いＤＮＡ分子へのハイブリダイゼーションおよびジスルフィド誘導体化オリゴヌクレオチドの連結はその試料への適用に先立って行われた。両方法は同等によく機能する。図１４は２つの金電極を架橋させる蛍光標識λ−ＤＮＡを示す。垂直流れ下でＤＮＡ分子の曲線化を観察することによって、それは電極に付着されるのみであることが示された。試料調製は溶液の除去によって完了した。
【０１４４】
これらの試料で行った２−末端測定は、延伸されたＤＮＡ分子が、現実には、１０3Ωより高い抵抗を持つ絶縁体であったことを証明する。該ＤＮＡの絶縁性質は、電子本意銅速度測定(18)に従ったものであった。電気的機能を付与するために、ＤＮＡ分子に沿って銀金属をベクトル的に沈積させた。３−工程化学的沈積プロセスは、Ａｇ+／Ｎａ+イオン交換(19)を介するＤＮＡに沿っての銀イオンの選択的局所化よび銀およびＤＮＡ塩基の間の複合体の形成(19-22)に基づくものであった。Ａｇ+／Ｎａ+イオン交換は、標識したＤＮＡの蛍光シグナルの消光によりモニターした。該プロセスは、十分な消光が達成されたときに終了した。すすいだ後、銀イオン交換したＤＮＡ複合体を、塩基性ハイドロキノン溶液を用いて還元した。この工程の結果、ＤＮＡ骨格に結合したナノメーターサイズの金属銀凝集体が形成される。これらの銀凝集体はワイアの引き続いての成長のための空間的に局所化された核形成部位として働く。該イオン交換プロセスは高度に選択的であって、ＤＮＡ鋳型のみに制限された。低光条件下でハイドロキノンおよび銀イオンの酸性混合物を用い、標準的な写真手法におけるごとく、ＤＮＡに結合した銀集合体をさらに「現像」した(24,25,32-37)。ハイドロキノンおよび銀イオンの酸性溶液は転移性であるが、自然発生的金属沈積は非常に遅い。（ＤＮＡ上の銀核形成部位のごとき）金属触媒の存在は該プロセスを有意に加速した。これらの実験条件下で、従って、金属沈積はＤＮＡ骨格に沿ってのみ起こり、銀の現実的に清浄な不動態化ガラスが得られる。該プロセスは、痕跡量の金属ワイアが、異なる干渉コントラスト（ＤＩＣ）顕微鏡下で明瞭に観察できたときに終了した。金属ワイアは、正確に、ＤＮＡ骨格の以前の蛍光イメージに従った。金属ワイアの構造、サイズおよび導電性特性は再現性があり、「現像」条件によって指示された。
【０１４５】
結果
１００ｎｍ幅、１２μｍ長のワイアのセクションの原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）像は図１５Ａおよび１５Ｂに示す。明らかに分かるように、該ワイアはＤＮＡ骨格に沿って沈積した３０〜５０ｎｍ−直径の粒よりなる。
【０１４６】
これらのワイアの電子輸送特性を研究するために、２つの端子Ｉ−Ｖ曲線が、１０13Ωの内部抵抗および１０ｆＡの電流分解を備えたＨＰパラメーターアナライザーを用いて室温で測定されている。図１６Ａは、図１５Ａおよび１５Ｂで提示された銀ワイアのＩ−Ｖ曲線を示す。該曲線は高度に非直線的であって、ゼロバイアスに関して、非対称である。該曲線の形状は図１６Ａ中の矢印によって示される電圧走査方向に依存する。大きな正または負のバイアスからゼロ電圧に近づくと、電流は電圧と共にほとんど直線的に減少する。次いで、ゼロ電流プラトーが１０13Ωより大きな異なる抵抗で発生する。高いバイアスにおいて、ワイアは、元のバイアス極性よりも幾分低い異なる抵抗性でもって再度導電性となる。同一走査方向での反復された測定（図１６Ａにおける実線曲線）により、再現性のあるＩ−Ｖ曲線を得る。異なるワイアにおけるゼロバイアスプラトーの長さは、ボルトの分率からおおまか１０ボルトまで変化し得る。図１２Ｂにおける実線は、例えば、ＤＮＡ上での銀の成長がより大きい異なるワイアのＩ−Ｖ曲線を示す。その結果、プラトーは０．５ボルトまで低下した。より高い電流をワイアに通すことによって、プラトーを通常は排除して、銀沈積プロセスに依存して、抵抗が１および３０ＭΩの間で変化するオーム挙動（図１６Ｂにおいてダッシュ線）を与えることができた。
【０１４７】
実施例１０：金のオリゴヌクレオチド繊維への沈積
金エンハンサーを、現実的にいずれかの金属の核形成中心を増強するために使用することができる。金エンハンサー溶液は以下のごとくに調製することができる。
【０１４８】
（１ｍｌの水に溶解させた６０ｍｇのＫＳＣＮで調製したストック溶液からの）３０μｌのＫＳＣＮ溶液を、２４０μｌの水に添加し、徹底的に混合した。（１ｍｌの水に２３ｍｇのＫＡｕＣｌ4を溶解させることによって調製したストック溶液からの）３０μｌのＫＡｕＣｌ4溶液を該ＫＳＣＮ溶液に添加し、混合した。数秒内に、深いオレンジ色から非常に明るいオレンジ色へ色が変化し、次いで、（１０ｍｌの水に５５ｍｇのハイドロキノンを溶解させることによって調製したストック溶液からの）６０μｌのハイドロキノン溶液を該溶液に添加し、徹底的に混合した。
【０１４９】
現実的にいずれかの金属上での金成長に、金エンハンサーを容易に使用することができる。成長速度は、水のうちのいくらかをリン酸緩衝液、ｐＨ＝８で置き換えることによって、１００ｍｎ／数時間から１００ｍｎ／分まで変化させることができる。
【０１５０】
実施例１１：有機コンジュゲーテッド−ポリマーベースの導電性ワイア
（ｉ）化学的変換によってコンジュゲーテッド−ポリマーを形成することができるカチオン性セグメントまたは化学的変換によってコンジュゲーションを受けることができるカチオン性非コンジュゲーテッド−ポリマーまたはカチオン性コンジュゲーテッド−ポリマーを含有する溶液に、ネットワークの関連部分を暴露する。従って、イオン交換プロセスは、溶液に暴露されたＤＮＡ骨格のリン酸基にいて起こる。
【０１５１】
（ii）ポリアニオン性骨格に結合した有機種の性質に従って、イオン交換されたＤＮＡ複合体を処理する。電気的機能化は、前者のプロセスによって、または順次のドーピングプロセスによって達成される。ドーピングは、プロトン化−脱プロトン化プロセスによって、電気化学的手段によって、または光化学的手段によって、通常のレドックスプロセスによって達成することができる。加えて、ＤＮＡ骨格および前記有機コンジュゲーテッド−ポリマーベースの導電性ワイアの形成ブロック間の配列選択的プロセスを、良く規定された構造、電気的親和性勾配およびｐ／ｎ接合を持つワイアの生産で利用することができる。
【０１５２】
Ｉ．ＰＰＶ（ポリフェニレンビニレン）導電性ワイアの製造は以下の通りである：
（ｉ）基材上に固定されたＤＮＡネットワークを、プレＰＰＶ水溶性ポリマーの溶液に暴露する。ＤＮＡポリ電解質がプレＰＰＶポリマーによって交換された後、基材を注意深くすずぎ、乾燥する。
（ii）基材上に固定されたプレＰＰＶポリマー負荷ＤＮＡネットワークを真空オーブン中で反応させる（例えば、１ｅ−６バール、３００Ｃ、６時間）。
（iii）得られたルミネセンスＰＰＶポリマーを、導電性が呈されるまで常法を用いてドープする。
【０１５３】
II．ＰＰＶ導電性ワイアの製造のための別の経路は以下の通りである：
（ｉ）基材上に固定されたＤＮＡネットワークを、二塩化ビス−（テトラヒドロチオフェニウム）−ｐ−キシリレンの溶液に暴露する。ＤＮＡポリ電解質を二塩化ビス−（テトラヒドロチオフェニウム）−ｐ−キシリレンによって交換した後、基材を注意深くすすぎ、乾燥する。
（ii）基材上に固定された二塩化ビス−（テトラヒドロチオフェニウム）−ｐ−キシリレン負荷ＤＮＡネットワークを塩基性溶液中で重合して、ＤＮＡ骨格に結合したプレ−ＰＰＶポリマーを形成する。
（iii）基材上に固定されたプレＰＰＶポリマー負荷ＤＮＡネットワークを真空オーブン中で反応させる（１ｅ−６バール、３００Ｃ、６時間）。
（iv）得られたルミネセンスＰＰＶポリマーを、所望の導電性が呈されるまで常法を用いてドープする。
【０１５４】
III．ＰＡＮＩ（ポリアニリン）導電性ワイアの製造は以下のごとく行う。
（ｉ）基材上に固定されたＤＮＡネットワークを、酸可溶性ＰＡＮＩポリマーの溶液に暴露する。ＤＮＡポリ電解質がＰＡＮＩポリマーによって交換された後、基材を注意深くすずぎ、乾燥する。
（ii）得られたＰＡＮＩポリマーを、所望の導電性が呈されるまで常法を用いてドープする。
【０１５５】
IV．ＰＡＮＩ導電性ワイアの製造に対する別の経路は以下の通りである。
（ｉ）基材上に固定されたＤＮＡネットワークをアニリニウムイオンの溶液に暴露する。ＤＮＡポリ電解質がアニリニウムイオンによって交換された後、基材を注意深くすすぎ、乾燥する。
（ii）ＤＮＡ骨格に負荷されたアニリニウムイオンを、ペルオキシジスルフェートイオンのごとき酸化剤の溶液を用いて酸化し、ポリアニリンポリマーを得る。所望の導電性が呈されるまで、常法を用いて、得られたＰＡＮＩポリマーをドープする。
【０１５６】
Ｖ．ＰＡＮＩ導電性ワイアの製造に対する別の経路は以下の通りである。
（ｉ）基材に固定されたＤＮＡネットワークを、ＰＡＮＩの短いオリゴマー（＞１反復単位）の溶液に暴露する。ＤＮＡポリ電解質がＰＡＮＩオリゴマーによって交換された後、基材を注意深くすすぎ、乾燥する。
（ii）ＤＮＡ骨格に負荷されたＰＡＮＩオリゴマーを、ぺルオキシジスルフェートイオンのごとき酸化剤の溶液を用いて酸化し、ポリアニリンポリマーを得る。所望の導電性が呈されるまで、常法を用いて、得られたＰＡＮＩポリマーをドープする。
【０１５７】
実施例１２：絶縁体の製造
絶縁体は、ワイアのごときネットワークの電気的に機能化した部分およびワイアおよび構成要素の間の結合上に構築することができる。
【０１５８】
Ａ．（金属ワイアを含めた）金属構成要素の絶縁
（１）チオールまたはジスルフィド基のごとき表面結合基に付着したアルキル基のような絶縁体よりなる表面活性剤を用い、金属構成要素はそれらの環境から電気的に絶縁することができる。該表面結合基は金属の表面に結合し、かくして、金属の表面における電気的絶縁性分子の密な「二次元」層を形成する。この層は電気的バリアー、すなわち、絶縁体を表す。
【０１５９】
（２）非導電性層および界面を形成する選択的酸化および他の誘導もまた電機的に絶縁性のバリアーを形成する。
【０１６０】
Ｂ．（コンジュゲーテッドポリマーベースのワイアを含めた）非金属構成要素の絶縁
相補的相互作用ベースの分子認識プロセスを用い、非金属構成要素の表面に自己組み立てできる絶縁性層が構築される。例えば、ＰＡＮＩのごとき正に荷電したポリマーをコートし、長いアルキル鎖側鎖基を有するポリアニオンポリマーを用い、それらの環境から絶縁することができる。
【０１６１】
実施例１３：特異的ヌクレオチドへの金含有分子または粒子の付着
化学的に活性な基に結合したスペーサーアームのベース中の特異的部位への付着によって、ＤＮＡ塩基を修飾する。右側部位および十分に長いスペーサーアームでは、かかる修飾は酵素マシーンと相互作用せず、組換えＤＮＡ技術に適合したＤＮＡ分子を得る。１つのかかる修飾は、ビオチンのＣまたはＡ塩基への付着である。次の工程で、ストレプトアビジンのビオチンへの特異的結合を、ストレプトアビジンをコートした金粒子へのビオチン標識塩基への結合に対して使用する。図１７はかかる操作の結果のＡＦＭイメージを示す。この場合、長いＤＮＡ分子中の最後のヌクレオチドはビオチン標識ヌクレオチドによって置き換えられた。次いで、鋳型を、ストレプトアビジンをコートした５ｎｍ金コロイドを含有する溶液に浸漬し、その結果、修飾された塩基にこれらのコロイドが特異的に結合する。ストレプトアビジンはビオチンに対する４つの結合部位を有するので、コートしたコロイドは標識したＤＮＡ分子の間の接合としても働くことができる。２つのＤＮＡ分子の間の接合は図１７に示す。ビオチン以外の基も標識で使用することができる。いくつかの例はチオール、ディグおよびアミンを含む。
【０１６２】
実施例１４：単一電子トランジスタ（ＳＥＴ）の調製
以下において、ＳＥＴの製造の主要工程を概説する。
【０１６３】
１．基材の不動態体は実施例６に従って行う。
【０１６４】
２．標準的なマイクロエレクトロニック技術による金電極規定は、例えば、実施例７に記載されているごとくに行う。単一ＳＥＴの単純な場合では、３つの電極のみが必要である。
【０１６５】
３．リンカー合成は、例えば、実施例１（ａ）に従って行う。リンカーは、典型的には、それらの３′部位においてジスルフィド基で誘導体化された短い（例えば、１２塩基）オリゴヌクレオチドよりなる。単一ＳＥＴの場合では、３つの異なる配列を持つリンカーが好ましい。
【０１６６】
４．リンカーは、それらのジスルフィド基を介して電極と相互作用させる。各電極は、実施例２に従って、異なるリンカーによってマークされる。
【０１６７】
５．３つの異なるジスルフィド誘導体化リンカーを、それらのジスルフィド部位において同一ナノメータースケールの金粒子に付着させ、リンカーの１つを、コロイドおよびこのリンカーの間の大きなバリアーを生じる大きな架橋剤を介して付着させる。
【０１６８】
６．金粒子においてリンカーのものに相補的な粘着末端を含有する、数マイクロン長の、３つの二本鎖ＤＮＡ分子をハイブリダイズさせ、コロイドに結合したリンカーと連結させて、分岐点においてコロイドとで３つの末端接合を形成する。また、３つのＤＮＡ分子は、金粒子と反対側の、電極に結合した３つのリンカーに相補的な粘着末端を含有する。
【０１６９】
７．金粒子に結合した二本鎖ＤＮＡ分子を電極上の３つのリンカーとハイブリダイズさせ、続いてニックを連結させることによって、ネットワークを完成させる。
【０１７０】
８．電気的機能は以下の工程によって達成される。
【０１７１】
ａ）絶縁バリアーとして使用すべきアルカンチオール層によって金粒子をコートし、不動態化層を金属沈積に対してコートする。
【０１７２】
ｂ）例えば、実施例８に記載したごとくに、ＤＮＡ鎖を金属でコートして、導電性ワイアを形成させる。該ワイアは、アルカンチオール層絶縁バリアーを介して金粒子に電気的に弱くカップリングしており、１つのワイアはより弱いカップリングを有する大きな架橋剤を介して該粒子にカップリングしている。
【０１７３】
ｃ）図６は、絶縁バリアーを介して３つの電極にワイア接続された金粒子よりなる最終デバイスを概説する。
【０１７４】
２つの電極の間の電流は、今や、第３の電極（該粒子に非常に弱くカップリングされたもの）に適用された小さな電圧によって変調することができる。よって、該回路はＳＥＴとして機能する。該ＳＥＴは、電極が機能性化ネットワーク構成要素によって置き換えられたより複雑な回路の一部として製造することができる。
【０１７５】
ＳＥＴの調製からの工程の配列は変更することができ、かくして、例えば、工程６は工程４に先行させることができるのは認識されるべきである。
【０１７６】
実施例１５：光源としてのＰＰＶ機能性化繊維
工程Ｉ（ii）を含めて、実施例１１に記載されたプロセスを追跡する。得られたＰＰＶ構成要素は高度にルミネセンスを発し、１００ｎｍよりもかなり小さな幅を有する。従って、適当な仕事関数の電極の間のＰＰＶ構成要素はエレクトロルミネセントデバイスを形成する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１Ａは、一方において本発明のネットワークに対する結合のための、および他方において外部電子回路または構成要素への連結のための界面構成要素およびリンカーのマトリックスを示す。図１Ｂは、オリゴヌクレオチドリンカーの界面構成要素への固定化の具体例を示す。
【図２】 核酸鎖の間の接合の例を示す（６つの例は図２Ａ〜２Ｆに示し、これは後記にて明細書で説明する）。
【図３】 図３Ａは、核酸鎖をワイアに形成し、機能化する方法の説明であり、導電性物質は銀である（ワイアの骨格はヌクレオチドよりなる）。図３Ｂは、図３Ａに示したように形成されたワイアの可能な電流−電圧関係を示し、これは、（曲線上の矢印によって示される）電圧走査方向に依存する。
【図４】 ヌクレオチド骨格上にワイアを形成する方法の説明であり、ここに、電子材料はポリフェニレンビニレン（ＰＰＶ）である。
【図５】 ｐ／ｎ接合（図５Ａ〜５Ｃ）、ゲーテッドｐ／ｎ接合（図５Ｄ）および二極ｎ−ｐ−ｎトランジスタ（図５Ｅ）よりなる機能化ヌクレオチド鎖の多数の例を示す。
【図６】 本発明の１つの具体例による単一電子トランジスタ（ＳＥＴ）を形成する方法の説明である。
【図７】 本発明の具体例による分子スイッチの説明である。
【図８】 図８Ａは、ヌクレオチド鎖および非ヌクレオチドストレッチ双方を含む本発明の具体例による繊維の２つの例である。図８Ｂは、本発明の具体例による繊維の調製のための前駆体繊維の模式的説明であり、ここに、繊維の骨格は実質的に非核酸ベースであり、核酸鎖は骨格のセグメントのみを形成する。
【図９】 ポリチオフェン繊維の両末端に２つのオリゴヌクレオチド鎖を形成する方法を示す。
【図１０】 非ヌクレオチド繊維の末端で形成されたカルボキシル基に、誘導体化オリゴヌクレオチドを付着させる方法を示す。
【図１１】 アミノ誘導体化オリゴヌクレオチドを用いるカーボンナノ−チューブの末端基を誘導体化する方法を示す。
【図１２】 図１２Ａおよび１２Ｂは、平面図（図１２Ａ）および断面図（図１２Ｂ）に示された、本発明の具体例による半導体ＦＥＴの説明である。
【図１３】 実施例１（Ａ）に記載した、オリゴヌクレオチドを合成するためのスキームを示す。
【図１４】 １６μｍ離れた２つの金電極（暗い縞）の間に伸びた、蛍光により標識したλ−ＤＮＡを示す。
【図１５】 図１５Ａおよび１５Ｂは、１．５μｍ（図１５Ａ）および０．５μｍ（図１５Ｂ）のフィールドサイズの１２μｍ離れた２つの金電極を結合するＤＮＡ鋳型上の銀ワイアの原子間力顕微鏡イメージ（ＡＦＭ）を示す。
【図１６】 図１６Ａは、実施例９により調製した銀ワイアの２つの端子Ｉ−Ｖ曲線を示す。矢印は電圧走査方向を示す。実線の曲線は反復した走査であって、試料の安定性を示す。２つの走査方向に対応するＩ−Ｖ曲線における対称性に注意されたし。図１６Ｂは、異なる銀ワイアのＩ−Ｖ曲線を示し、ここに、銀成長は図１６Ａにおけるよりも広範囲である。銀の成長がより広範囲である結果、０．５Ｖのオーダーのより小さい電流プラトーとなり、およびより低い抵抗となる（図１６Ｂにおいて１３ＭΩ−対−３０ＭΩ）。大きな電流をワイアに通すことによって、プラトーは排除されて、全測定範囲にわたって、オーム挙動を与えた（ダッシュ線）。
【図１７】 ビオチン修飾ヌクレオチドへの金コロイド結合の結果のＡＦＭイメージを示す。
Claims (23)
- 導電性界面に付着したリンカー、
該リンカーに結合した、ヌクレオチド鎖を含む繊維、および
該繊維を電気的または電子的機能化するために結合された物質または粒子
を含む電気的ネットワーク。 - 前記物質または粒子が繊維を電気的または電子的機能化するために結合された前記繊維がワイアである請求項１記載の電気的ネットワーク。
- 少なくとも２つの前記繊維が接合でお互いに接続され、該接合においては、１つの繊維のヌクレオチドセグメントが配列特異的相互作用によって他方の繊維のヌクレオチドセグメントに結合されている請求項１または２記載の電気的ネットワーク。
- 少なくとも２つの前記繊維が接合でお互いに接続され、該接合が、１つの繊維のヌクレオチド鎖および他方の繊維のヌクレオチド鎖の間の接合であって、該ヌクレオチド鎖のおのおのに結合した分子、原子または分子のクラスター、または粒子によって形成される請求項１または２記載の電気的ネットワーク。
- 前記ヌクレオチド鎖が、分子、原子もしくは分子のクラスターまたは粒子が結合することによって、化学的に修飾されたヌクレオチドを含む請求項１〜４のいずれか１項に記載の電気的ネットワーク。
- 前記化学的に修飾されたヌクレオチドが、
（ｉ）繊維同士を結合するための繊維間の接合、または
（ii）繊維とリンカーとの間の接合
に含まれる請求項５記載の電気的ネットワーク。 - 前記化学的に修飾されたヌクレオチドが、結合カップルの一方のメンバーを含む構成要素に結合するための結合カップルの他方のメンバーを担持する請求項５または６記載の電気的ネットワーク。
- 前記化学的に修飾されたヌクレオチドがチオール、アミン残基、活性エステルまたはカルボキシル基を担持する請求項５〜７のいずれか１項に記載の電気的ネットワーク。
- さらに、前記繊維に電気的に接続され、かつ分子、原子もしくは分子のクラスターまたは粒子が結合することによって、化学的に修飾されたヌクレオチド鎖上に構成されるか、または異なる繊維の２以上のヌクレオチド鎖間の接合に位置する分子、原子もしくは分子のクラスターまたは粒子によって構成された、少なくとも１つの電子的構成要素、を含む請求項１〜８のいずれか１項に記載の電気的ネットワーク。
- ヌクレオチド鎖の配列特異的な相互作用に基づくネットワークを形成するために組み立てられる２以上の繊維を含む請求項１〜９のいずれか１項に記載の電気的ネットワーク。
- 前記繊維が、該繊維のヌクレオチド鎖への前記物質または粒子の配列またはドメイン特異的結合によって電気的または電子的に機能化されている請求項１〜１０のいずれか１項に記載の電気的ネットワーク。
- 前記物質または粒子が、金属を含む請求項１〜１１のいずれか１項に記載の電気的ネットワーク。
- 前記物質または粒子が、半導電性物質を含む請求項１〜１１のいずれか１項に記載の電気的ネットワーク。
- 前記繊維の２つの隣接部分の１つがｐ型の半導電性物質と結合しもう一方がｎ型の半導電性物質と結合し、それにより該繊維の２つの隣接部分がｐ／ｎ接合を構成する請求項１〜１３のいずれか１項に記載の電気的ネットワーク。
- 前記２つの隣接部分の少なくとも１つがヌクレオチド鎖のセグメントである請求項１４記載の電気的ネットワーク。
- 前記接合が、少なくとも２つの繊維におけるヌクレオチド鎖の相補的配列のハイブリダイゼーションによって形成される少なくとも１つのヌクレオチドに基づく接合である請求項３〜１５のいずれか１項に記載の電気的ネットワーク。
- 前記接合が、
（ａ）接合における第１のヌクレオチドセグメントに結合されたｐ−型半導体物質および該第１のヌクレオチドセグメントの両側において隣接する第２のヌクレオチドセグメントに結合されたｎ−型半導体物質、または
（ｂ）接合における第１のヌクレオチドセグメントに結合されたｎ−型半導体物質および該第１のヌクレオチドセグメントの両側において隣接する第２のヌクレオチドセグメントに結合されたｐ−型半導体物質
を含むバイポーラトランジスタを形成する請求項１６記載の電気的ネットワーク。 - さらに、少なくとも１つの入力／出力界面構成要素を含む請求項１〜１７のいずれか１項に記載の電気的ネットワーク。
- 前記入力／出力界面構成要素が前記電気的または電子的に機能化された繊維に連結している請求項１８記載の電気的ネットワーク。
- 前記繊維が、ヌクレオチド末端セグメントを有し、かつ前記入力／出力界面構成要素に付着されたリンカーに結合した複合体化剤との特異的な相互作用によって該入力／出力界面構成要素と結合される請求項１９記載の電気的ネットワーク。
- 前記複合体化剤がヌクレオチド鎖であり、前記ヌクレオチド末端セグメントが配列特異的相互作用により該複合体化剤に結合される請求項２０記載の電気的ネットワーク。
- 請求項１〜１８のいずれか１項に記載の電気的ネットワークを含む電子的回路。
- （ａ）導電性界面にリンカーを付着させる工程、
（ｂ）該リンカーに結合し得る配列を有するヌクレオチド鎖を含む繊維を、該リンカーに接触させ、該リンカーと該繊維を結合させる工程、および
（ｃ）物質または粒子を結合させることによって、該ヌクレオチド鎖に電気的または電子的な機能性をもたせる工程
を含む電気的ネットワークの作製方法。
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