KR20020040650A - 동일계 내에서 제조되는 나노미터 크기의 금속 입자를통해 핵산을 선택적으로 금속화하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 핵산 특이적 금속 착화합물을 핵산과 반응시켜 금속 착화합물-핵산 컨쥬게이트를 생성시키는 단계, 비컨쥬게이트화 금속 착화합물 및/또는 비컨쥬게이트화 부산물을 제거하는 단계 및 금속 착화합물-핵산 컨쥬게이트를 환원제와 반응시켜 나노미터 크기의 금속 입자-핵산 복합물을 생성시키는 단계를 포함하는, 동일계 내에서 제조되는 나노미터 크기의 금속 입자를 통해 핵산을 직접적이고도 선택적으로 금속화하는 개선된 방법을 제공한다. 당해 나노미터 크기의 금속 입자-핵산 복합물은, 예를 들면, 고밀도 배열을 가능하게 하는 전자 네트웍 및 회로에서 나노미터 크기의 와이어를 형성하는 데 사용될 수 있다.

Description

동일계 내에서 제조되는 나노미터 크기의 금속 입자를 통해 핵산을 선택적으로 금속화하는 방법{Selective metallisation of nucleic acids via metal nanoparticles produced in-situ}
본 발명은, 고밀도 배열을 가능하게 하는 전자 네트웍 및 회로에서 나노미터 크기의 와이어를 형성하는 데 사용될 수 있는, 동일계 내에서 제조되는 나노미터 크기의 금속 입자를 통해 핵산을 직접적이고도 선택적으로 금속화하는 개선된 방법에 관한 것이다.
전자 산업은 고밀도 와이어링 및 회로를 수득하기 위해 지속적인 노력을 보여주고 있다. 이러한 목적을 달성하는 데 있어서 주요한 논점 중의 하나는 산업적인 와이어를 가능한 작게 만드는 것이다. 선행 기술에서 공지된 한가지 접근법은 핵산을 금속화시키는 것인데, 핵산은 일단 금속화된 후에는 전기전도성 와이어로서 작용한다.
또한, 핵산의 "금속화"는 핵산 내부의 위치, 특히 퓨린 뉴클레오티드의 N-7원자(G 및 A)와 금속 원자 사이를 직접 결합시키는 방법을 지칭하며, 공지되어 있다. 이러한 반응은 항암제, 주로 백금(II) 또는 백금(IV) 착화합물의 기전(백금화)에 대한 연관성으로 인해 널리 연구되었다. 이러한 거동을 나타내는 기타 금속 착화합물은 Pd, Ru, Au 및 Rh의 착화합물을 포함한다. 당해 착화합물은 이러한 방식으로 결합하기 위해 "이탈 그룹"으로서 하나 이상의 "불안정한" 리간드를 필요로한다.
추가로, 핵산 결합제는 항암제로서 널리 연구되었다. 비공유 결합제는 "삽입제(intercalator)" 및 "그루브 결합제(groove binder)"를 포함한다. 공유결합하는 제제는 통상 "알킬화제"라고 한다. 각각의 부류의 제제와 복합 기능을 갖는 분자들의 다수의 예가 공지되어 있다. 특이적 염기쌍 조합 및 서열 또는 기타 "인식 위치"에 대한 선택도가 고도의 조화를 이룬다(예: 약제 표적화).
1999년 1월 28일자로 공개된 WO 99/04440에는 DNA의 금속화에 대한 3단계 공정이 기재되어 있다. 1단계에서는, 은 이온(Ag+)이 Ag+/Na+이온 교환과 Ag+및 DNA 뉴클레오티드 염기 사이의 착화합물 형성을 통해 DNA를 따라 편중된다. 이어서, 은 이온/DNA 착화합물을 염기성 하이드로퀴논 용액을 사용하여 환원시켜 DNA 골격에 결합한 나노미터 크기의 은 입자를 형성시킨다. 후속적으로, 나노미터 크기의 은 입자를 하이드로퀴논과 Ag+의 산성 용액을 사용하여 표준 사진 과정과 유사한 저 채광 조건하에서 "현상"시킨다. 이러한 과정은 미분 저항이 약 10MΩ인 약 100nm의 폭을 갖는 은 와이어를 생성시킨다.
그러나, WO 99/04440에 기재되어 있는 방법에 따라 제조된 폭이 100nm이고 특히 미분 저항이 약 10MΩ인 은 와이어는 고밀도 와이어링 및 고밀도 회로와 관련해서 당해 산업 분야의 요구를 충족시키지 못한다.
WO 99/04440에 기재되어 있는 금속화 과정은 은 착색에 의해 DNA 분획을 검출하기 위한 과정과 유사하다. 이러한 과정은 DNA 분획의 비특이적 착색의 결과로서 공지되어 있으며, 상이한 DNA 서열을 구별하지 못한다. 핵산 스트랜드의 특정 영역을 금속화시키지만 다른 영역은 금속화시키지 않는 성능은 DNA계 나노미터 크기의 전자 장치의 개발에 있어 중요할 수 있다.
추가로, 문헌에서는 DNA를 나노미터 크기의 금속 와이어를 생성하기 위한 금속화의 템플릿으로서 기술한다[참고: Pompe et al.(1999) Z. Metallkd. 90, 1085; Richter et al. (2000) Adv. Mater. 12, 507]. 이러한 금속화 방법은 DNA를 Pd(CH3COO)2의 수용액으로 2시간 동안 처리한 다음, 디메틸아민 보란(DMAB)의 용액을 환원제로서 첨가하는 단계를 포함한다. 직경이 3 내지 5nm인 나노미터 크기의 팔라듐 입자가 환원제 첨가 후 수초 내에 DNA 위에서 성장한다. 약 1분 후, 준연속 피복물이 수득되며, 금속성 응집물의 크기는 20nm이다.
핵산 합성 및 개질 기술은 무수한 공개문헌의 주제이다. 특히, 이들 방법은 서적에 기재되어 있다[참고:Bioorganic Chemistry: Nucleic Acids(edited by S. M. Hecht, Oxford University Press, 1996;Bioconjugate Techniques(by G. T. Hermanson, Academic Press, 1996]. 보다 상세하게는, 문헌에 보다 작은 단위로부터 이중나선형 핵산을 조합하는 "어닐링" 및 "결찰" 기술이 기재되어 있다[참고: the chapter by M. Van Cleve in Bioorganic Chemistry: Nucleic Acids(Chapter 3, pages 75-104)]. 동일 문헌에서 오도넬(M.J.O'Donnell)과 맥라플린(L.W. McLaughlin)에 의해 씌어진 챕터(Chapter 8, pages 216-243)와 바이오컨쥬게이트 테크니크즈(Bioconjugate Techniques)의 한 챕터(Chapter 17, pages 639-671)에는핵산과 올리고뉴클레오티드의 화학적 개질 과정과 리포터 그룹(플루오로포르, 스핀 라벨 등)의 공유 결합 과정이 기재되어 있다. 이들 기술은 또한 금속 착화합물에 부착되어, 예를 들면, 환원활성제 및 결합 분해용 촉매로서 작용하는 데 사용되지만, 금속화용으로는 사용된 바는 없다.
화학적 개질의 한 예는 "브롬 활성화"이다. N-브로모석신이미드와의 반응은, 예를 들면, 구아닌 잔사의 C-8 위치와 시토신 잔사의 C-5 위치에서 브롬화를 일으킨다(도 7). 이어서, 친핵성 아민을 친핵성 변위에 의해 이들 위치에 커플링시켜 핵산에 다양한 작용기를 도입시킨다. 이러한 방법을 사용하여 유도체화된 위치는 염기 쌍 형성 동안 수소 결합을 수반하지 않으므로, 혼성화능이 그다지 방해받지 않는다.
위에서 언급한 DNA 금속화에 대한 2개의 선행 기술 뿐만 아니라 본원 발명은 사진찰영용 필름의 현상과 무전해 도금 둘 다에서 통용되는 원리를 사용한다. 이들 방법은 다음의 두 단계를 포함한다: (1) 나노미터 크기의 소형의 금속 입자(또는 클러스터)를 형성하는 단계 및 (2) 단계 1에서 사용한 것과 동이하거나 상이할 수 있는 금속을 무전해 침착시킴으로써 입자를 확대시키는 단계. 따라서, 처음에 형성된 입자는 후속 금속 침착에 대한 핵 형성 위치로서 작용한다.
"2단계" 무전해 도금 방법은, 예를 들면, 미국 특허 제5,503,877호 및 제5,560,960호로부터 공지되어 있다. 도금되는 기판은 우선 금속 이온 종을 함유하는 용액에 노출되며, 이어서 당해 금속 이온 종을 금속 촉매로 환원시키는 환원제 용액에 노출된다. 촉매 금속은 통상 Pd이지만, 또한 Pd, Cu, Ag, Au, Ni, Pt,Ru, Rh, Os 및 Ir 중의 하나 이상일 수 있으며, 통상 하나 이상의 질소 원자를 함유하는 유기 리간드와 합해진다. 침착되는 금속은 자성을 지닐 수 있으며, 예를 들면, Co, Ni, Fe, 및 환원제(예: 보로하이드라이드 또는 차아인산염; 미국 특허 제3,986,901호 및 제4,177,253호 참고)에 의해 도입된 B 및 P를 함유할 수 있는 합금이다.
따라서, 본원 발명이 당면한 과제는, 예를 들면, 고밀도 배열을 가능하게 하는 전자 네트웍 및 회로에서 나노미터 크기의 와이어를 형성하는 데 사용될 수 있는, 동일계 내에서 제조되는 나노미터 크기의 금속 입자를 통해 핵산을 직접적이고도 선택적으로 금속화하는 개선된 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 실시예 1에 따라 제조되는 Pt(II)-터피리딘-DNA 컨쥬게이트 및 Pt-DNA 복합물의 자외선-가시광선 흡광 스펙트럼을 제시한 것이다.
도 2는, 실시예 4에 따르는 골드인핸스(GoldEnhanceR)의 용액으로 처리하기 전의, 실시예 1에 따라 제조된 Pt-DNA 복합물의 AFM 화상을 제시한 것이다.
도 3은, 실시예 4에 따르는 골드인핸스(GoldEnhanceR)의 용액으로 처리한 후의, 실시예 1에 따라 제조된 Pt-DNA 복합물의 AFM 화상을 제시한 것이다.
도 4는 도 3에 도시된 샘플의 또 다른 영역의 AFM 화상을 제시한 것이다.
도 5는 실시예 5에 따르는 골드인핸스(GoldEnhanceR)의 용액으로 처리하기 전의, 실시예 2에 따라 제조된 Pt-DNA 복합물의 AFM 화상을 제시한 것이다.
도 6은, 실시예 6에 따르는 골드인핸스(GoldEnhanceR)의 용액으로 처리한 후의, 실시예 2에 따라 제조된 Pt-DNA 복합물의 AFM 화상을 제시한 것이다.
도 7은 핵산의 퓨린 뉴클레오티드(G 및 A)의 N-7원자에서 "금속화"하기에 가장 바람직할 것 같은 위치를 제시한 것이다.
도 8은 금속(M)-리간드(L1, L2및 L3, X 또는 Z) 착화합물의 몇몇 변형태를 제시한 것이다(간략화하기 위해, 전하는 생략하였다).
도 9는 원래 존재하던 위치에서 올리고뉴클레오티드 아단위 속의 특정 염기를 금속화시키는 공정을 도식적으로 제시한 것이다(간략화하기 위해, 전하는 생략하였다).
도 10은 화학적 개질에 의해 도입되는 위치에서 올리고뉴클레오티드 아단위 속의 특정 염기를 금속화시키는 공정을 도식적으로 제시한 것이다(간략화하기 위해, 전하는 생략하였다).
도 11은 화학식 INT-CON-LIG-M(L)n의 핵산 상호작용성 그룹에 부착된 치환-불활성 금속(M) 착화합물의 예를 제시한 것이다.
도 12는 보다 긴 핵산의 보충 세그먼트에서 혼성화 전 또는 후에, 올리고뉴클레오티드 아단위 속의 특정 염기에 대한 치환-불활성 금속 착화합물의 공유결합을 제시한 것이다(간략화 하기 위해, 전하는 생략하였다).
도 13은, 골드인핸스(GoldEnhanceR)의 용액으로 처리한 후의, 비개질 비백금화 DNA의 AFM 화상을 제시한 것이다.
도 14는, 골드인핸스(GoldEnhanceR)의 용액으로 처리한 후의, 비개질 비백금화된 DNA의 AFM 화상을 제시한 것이다.
이러한 과제는, 핵산 특이적 금속 착화합물을 핵산과 반응시켜 금속 착화합물-핵산 컨쥬게이트를 생성시키는 단계, 비컨쥬게이트화 금속 착화합물 및/또는 비컨쥬게이트화 부산물을 제거하는 단계 및 금속 착화합물-핵산 컨쥬게이트를 환원제와 반응시켜 나노미터 크기의 금속 입자-핵산 복합물을 생성시키는 단계를 포함하는, 나노미터 크기의 금속 입자-핵산 복합물을 제조하는 방법에 의해 달성된다.
본 발명은 핵산, 예를 들면, DNA를 직접적이고도 선택적으로 금속화하는 개선된 방법을 제공한다. 환원제를 첨가한 후, AFM을 사용하는 DNA 상에 어떠한 클러스터도 형성되지 않는 것으로 관찰된다. 이는, 최소 직경이 DNA 자체의 직경과 거의 동일한 불규칙한 클러스터가 DNA 상에 형성(이는, DNA 상의 금속 입자의 성장이 조절되지 않음을 지시한다)되는 리히터(Richter) 등에 의해 기재된 방법과는 대비되는 결과이다. 본 발명에 따라 금속화된 DNA를 골드인핸스R로 처리하면 추가로, 당해 금속화가 주로 DNA에 한정됨에 따라 매우 조밀한 것으로 나타난다. 그럼에도 불구하고, 금속화된 DNA는 여전히 나노미터 크기의 와이어 또는 기타 나노미터 크기의 부품을 제조하기 위한 무전해 금속 침착에 사용될 수 있다.
폼페(Pompe) 등에 의해 기재된 금속화 과정이 WO 99/04440의 것보다 훨씬 개선되었음에도 불구하고, 초기에 성장한 나노미터 크기의 팔라듐 입자는 여전히 DNA 자체(이중나선형 DNA의 경우 약 2nm)보다 상당히 넓다. 본 발명은 DNA보다 넓지 않은 이중나선형 DNA 상의 나노미터 크기의 백금 입자를 생성하는 수단을 기술하며, 이들 입자는 금의 무전해 침착에 대해 촉매적이어서, 조절되는 방식으로 확대될 수 있다. 또한, 폼페 등의 과정과는 달리, 본 발명에 따라 제조되는, 나노미터 크기의 입자 중의 나노미터보다 작은 크기의 백금 입자/DNA 복합체는 적어도 몇 주 또는 몇 달 동안 안정하다. 따라서, 당해 복합물의 단일 제제는, 예를 들면, 다양한 조건하에서 다양한 횟수로 나노미터 크기의 와이어 제조에 사용될 수 있다. 추가로, 본 발명은 몇 가지 유형의 나노미터 크기의 입자 전구체와 이들을 핵산에 결합시키는 수단을 제공함으로써 핵산 내부에 소정의 위치 또는 세그먼트를 금속화할 가능성이 확대된다.
본 발명에 따라, 핵산 성분은 용액 속에 용해된 상태, 기판 상에 고정화된 상태 또는 반고체 상태(예: 겔)로 반응할 수 있다.
금속화시키기 위한 핵산은 DNA, RNA, PNA, CNA, 올리고뉴클레오티드, DNA의 올리고뉴클레오티드, RNA의 올리고뉴클레오티드, 프라이머, A-DNA, B-DNA, Z-DNA, DNA의 폴리뉴클레오티드, RNA의 폴리뉴클레오티드, 핵산의 T-접합부, 3중 핵산, 4중 핵산, 비핵산 중합체-핵산 블록 공중합체의 도메인, 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다. 블록 공중합체에 적합한 비핵산 중합체는 폴리펩티드, 덱스트로스와 같은 다당류, 또는 폴리에틸렌글리콜(PEG)과 같은 인공 중합체일 수 있으며, 당해 분야의 숙련가에게 통상적으로 공지되어 있다. 핵산은 이중나선형 또는 단일나선형일 수 있다.
본 발명에 따르는 바람직한 방법에서, 금속 착화합물-핵산 컨쥬게이트는 금속화 및/또는 상호작용성 리간드 결합에 의해 형성된다.
핵산 특이적 금속 착화합물이, 디클로로(2,2':6',2"-터피리딘)백금(II), 시스-디아미노디클로로백금(II), 및 삽입제, 그루브 결합제 및 알킬화제와 같은, 부착되거나 합쳐진 핵산 상호작용 그룹과의 금속 착화합물로 이루어진 그룹으로부터 선택됨을 특징으로 하는 방법이 보다 바람직하다.
본 발명에 따르는 방법의 보다 바람직한 양태에서, 금속 착화합물-핵산 컨쥬게이트는 비컨쥬게이트화 금속 착화합물 및/또는 비컨쥬게이트화 부산물로부터 크로마토그래피(예를 들면, 겔 여과 또는 이온 교환), 침전(예: 에탄올 침전) 또는 세정(예: 물 또는 수성 염 용액에 의한 세정)에 의해 분리된다.
본 발명에 따르는 방법의 추가 양태에서, 금속 착화합물-핵산 컨쥬게이트가 수소화붕소, 보로하이드라이드염, 및 화학식 L:BH3의 루이스 염기:보란 착화합물(여기서, L은 아민, 에테르, 포스핀 또는 설파이드, 하이드라진 및 이의 유도체, 하이드록실아민 및 이의 유도체, 차아인산염, 포르메이트염, 디티오나이트염 및 H2일 수 있다)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 환원제와 반응한다.
추가의 바람직한 양태는 환원제가 기상 환원제 형태로 사용됨을 특징으로 한다.
일반적으로, 본 발명에 따르는 방법은 핵산을 선택적으로 금속화시키는 데 사용될 수 있다. 바람직한 나노미터 크기의 금속 입자는 Fe, Co, Ni, Cu, Ru, Rh, Pd, Ag, Os, Ir, Pt, Au 또는 이들 금속의 혼합물(예: 합금)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 금속을 함유하는 것들이다.
나노미터 크기의 금속 입자가 무전해 금속화에 대해 촉매적으로 활성임을 특징으로 하는 방법이 바람직하다. 나노미터 크기의 금속 입자가 원자력 현미경에 의해 가시화될 수 없고/없거나 나노미터 크기의 금속 입자의 직경이 3nm 미만인 방법이 보다 바람직하다.
본 발명의 당면한 과제는, 나노미터 크기의 금속 입자-핵산 복합물 속의 나노미터 크기의 금속 입자를 무전해 도금 용액으로 처리하여 나노미터 크기의 금속 입자를 확대시키는 단계를 추가로 포함하는 방법에 의해 추가로 달성된다.
다른 양태에서, 금속 착화합물-핵산 복합물은 용액 속에 용해된 상태, 기판상에 고정화된 상태 또는 반고체 상태(예: 겔)로 처리된다.
본 발명에 따르는 방법의 추가로 바람직한 양태에서, 나노미터 크기의 금속 입자가 Fe, Co, Ni, Cu, Ru, Rh, Pd, Ag, Pt, Au 또는 이들 금속의 혼합물(예: 합금)과, 자성 및/또는 자성화된 Fe, Co, Ni 또는 이들 금속의 혼합물(예: 합금) 또는 이들 금속과 B 또는 P와의 혼합물(예: 합금)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 금속 혼합물을 함유하는 무전해 도금 용액으로 처리한다.
본 발명이 당면한 과제는, 본 발명의 방법 중의 하나에 따라 수득할 수 있는, 나노미터 크기의 금속 입자-핵산 복합물에 의해 추가로 달성된다.
바람직하게는, 나노미터 크기의 금속 입자-핵산 복합물은, 나노미터 크기의 금속 입자가 직경이 3nm 미만임을 특징으로 한다. 나노미터 크기의 입자가 원자력 현미경에 의해 가시화될 수 없음을 특징으로 하는, 나노미터 크기의 금속 입자-핵산 복합물이 보다 바람직하다.
본 발명의 추가 양태에서, 본 발명이 당면한 과제는, 본 발명에 따르는 나노미터 크기의 금속 입자-핵산 복합물을 제공하는 단계(a) 본 발명에 따르는 금속의 무전해 침착에 의해 나노미터 크기의 입자를 성장, 바람직하게는 조절 성장시키는 단계(b)를 포함함을 특징으로 하는, 나노미터 크기의 와이어를 제조하는 방법에 의해 달성된다.
본 발명의 추가 양태에서, 당면 과제는 본 발명의 방법에 따라 수득할 수 있는 나노미터 크기의 금속 입자 또는 나노미터 크기의 와이어의 선형 배열물에 의해 달성된다. 나노미터 크기의 금속 입자는 촉매적이거나 자성화될 수 있다. 추가의양태에서, 당면 과제는 본 발명의 방법 중의 하나에 따라 수득할 수 있는 나노미터 크기의 와이어에 의해 달성된다. 본 발명의 나노미터 크기의 와이어는 본 발명에 따르는 나노미터 크기의 와이어를 하나 이상 포함하는 전자 네트웍 또는 본 발명에 따르는 하나 이상의 전자 네트웍을 포함하는 전자 회로를 형성할 수 있다. 또한, 본 발명의 나노미터 크기의 와이어는, 다소간의 절연 공간이 핵산 스트랜드를 따라 배치된 나노미터 크기의 개별 입자 사이에 존재하는, 완전히 금속화되지는 않은 형태의 전자 부품으로서 사용될 수 있다. 다른 양태에서, 나노미터 크기의 와이어는 완전한 전도성이거나 한쪽 말단 또는 양쪽 말단에 절연 부위를 함유하거나, 절연 부위가 와이어 자체 내에 있어서, 나노미터 크기의 와이어가 단일 전도성 아일랜드로 구성될 수 있다. 이들 본 발명의 구조물은 나노미터 크기의 와이어를 하나 이상 포함하는 전자 네트웍 또는 전자 회로를 형성하거나 이의 일부를 구성할 수 있다. 이러한 전자 네트웍 또는 전자 회로에서, 2개 이상의 와이어 사이에 접합부가 형성되어, 각각의 와이어가 나노미터 크기의 와이어를 포함하는 접합부에 인접한 접속 세그먼트를 갖는다. 추가로, 나노미터의 와이어를 포함하는 네트웍은 혼성 전자 구조물의 일부일 수 있다.
추가로, 당면 문제는, 전자 회로의 2개 이상의 와이어 사이의 접합부에 의해 달성되며, 이때 각각의 와이어는 본 발명에 따르는 나노미터 크기의 와이어를 포함하는 접합부에 인접한 말단 세그먼트를 갖는다.
본 발명의 양태는 필수적으로 다음의 4개의 단계를 포함한다:
단계(1): 금속 착화합물-핵산 컨쥬게이트를 생성시키기 위한 핵산에 대한 금속 착화합물의 결합
핵산 및 핵산 내의 특정한 도메인에 대한 금속화 공정의 특이성은 주로 단계(1)에서의 결합의 성질에 따라 결정된다. 가장 직접적인 결합법은 "금속화"이다. 이러한 방법은 핵산 위의 한 위치, 특히 퓨린 뉴클레오티드(G 및 A)의 N-7 원자와 금속 원자 사이의 직접("공유") 결합을 나타낸다. 이러한 경우는 도 7에 제시되어 있다. 이러한 반응은 항암제, 주로 Pt(II) 또는 Pt(IV) 착화합물("백금화")의 메카니즘에 대한 이들의 연관성 때문에 널리 연구되었다. Pt(IV) 착화합물은 통상 "프로드러그"로 간주되는데, 그 이유는 이들이 활성이 되기 전에 상응하는 Pt(II) 착화합물로 체내에서 환원되기 때문이다.
핵산에 공유결합하는 것으로 공지된 Pt(II) 착화합물은 통상 화학식 Pt(L1)(L2)(X)(Z) 및 화학식 Pt(L1)(L2)(L3)(X)의 사각 평면형 4-배위 종[여기서, L1, L2및 L3은 치환에 대해 비교적 불활성인("안정한") 리간드이고, X 및 Z는 치환에 대해 비교적 반응성인("불안정한") 리간드를 나타낸다]이다. 당해 화학식에서, 리간드 L1, L2및 L3은 동일하거나 상이할 수 있으며, 리간드 X 및 Z도 동일하거나 상이할 수 있다. 또한, 리간드 L1, L2및 L3은 이들 상호간에 또는 리간드 X 또는 Z에 브릿징 그룹을 통해 연결될 수 있다. 또한, 리간드 X 및 Z는 Pt(II) 원자에 대해 서로 "시스" 또는 "트랜스" 위치일 수 있다. 또한, 당해 착화합물은 2개 이상의 Pt(II) 원자를 함유할 수 있다. 이러한 변형태의 일부가 도 8에 제시되어 있다.
Pt(II)에 직접 배위결합되어 있는 안정한 리간드(L1, L2및 L3) 중의 원자는 통상 N, P 또는 S이다. 브릿징 그룹(s)에 의해 연결되지 않은 리간드를 "단좌형"이라고 한다. 2개의 리간드가 연결되는 경우, 이들은 "이좌형"이라고 하고, 3개의 리간드가 연결되는 경우, 이들을 "삼좌형"이라고 한다. 단좌형 N-리간드는 전형적으로 아민이고, 단좌형 P-리간드는 전형적으로 포스핀이고, 단좌형 S-리간드는 전형적으로 티올, 티오에테르 또는 티오카보닐이다. 아민 리간드는 암모니아, 1급 아민, 2급 아민 또는 3급 아민일 수 있다. 이들은 피리딘 및 아닐린과 같은 방향족 아민을 포함한다. 핵산에 공유결합하는 것으로 공지된 Pt(II) 착화합물 중의 이좌형 N-N 리간드의 예가 다수 있으며, 여기에는, 예를 들면, 1,2-디아미노에탄, 1,2-디아미노프로판, 1,3-디아미노프로판, 1,2-디아미노사이클로헥산 및 2,2-비피리딘이 포함된다. 이좌형 N-P 및 N-S 리간드의 예 뿐만 아니라 2,2':6',2"-터피리딘(터피) 및 디에틸렌트리아민(디엔)과 같은 삼좌형 N-N-N 리간드도 공지되어 있다.
통상 우수한 이탈 그룹으로서 작용하는 불안정한 리간드 X 및 Z의 예는 할라이드, 물, (디알킬)설폭사이드, 니트레이트, 설페이트, 카복실레이트, 디카복실레이트, 카보네이트, 포스페이트, 피로포스페이트, 포스페이트 에스테르, 포스포네이트, 니트라이트, 설파이트, 설포네이트, β-디케토네이트, 알켄, 셀레네이트, 스쿠아레이트, 아스코르베이트 및 하이드록사이드를 포함한다. 이들 리간드는, 예를 들면, 셀레네이트 및 디카복실레이트 옥살레이트 및 1,1-사이클로부탄디카복실레이트의 경우에서와 같이 이좌형일 수 있다. 이들은 또한, 예를 들면, 아미노산(카복실레이트 및 1급 아민 그룹) 및 피콜린산(카복실레이트 및 피리딘 그룹)에서와 같이 안정한 리간드(들)을 함유하는 분자의 일부일 수 있다.
백금 이외에도 기타 금속의 착화합물이 항암제로서 잠재적으로 사용 가능한 것으로 밝혀졌다. 이들은 4-배위결합(예: 사각 평면형 기하학적 구조) 또는 6-배위결합(예: 8면체 기하학적 구조)하는 경향이 있는, Pd, Ru, Au 및 Rh의 착화합물을 포함한다. Pt(II) 항암제의 경우에서와 같이, 이들 또한 하나 이상의 이탈 그룹을 가지며, 이러한 이탈 그룹을 통해 핵산의 금속화가 이루어진다. 항암제의 엄격한 기준으로 인해 이들 기타 금속 착화합물 중의 극소수만이 임상적으로 성공하였다. 착화합물이 지나치게 불안정한 경우, 종양에서의 작용 위치에 도달하기 전에 생리학적 친핵성 물질(단백질 등)과 상호반응하기 쉬워서, 불활성화되거나 독성 위험이 증대된다. 한편, 착화합물이 지나지게 불활성인 경우, 항암 효과를 나타내는데 요구되는 생분자성 표적과의 상호작용을 하지 못할 수 있다. Pd(II)의 착화합물도 통상 지나치게 불안정한 반면, Rh(III)의 착화합물은 통상 지나치게 불활성이며, Au(III) 착화합물이 갖는 문제는 이들이 생리학적 환원제에 의해 용이하게 환원된다는 사실이다. 이들 특성은 항암제로서 착화합물을 적용하는 경우 문제를 일으키는 반면, 이들을 핵산의 금속화에 적용시키는 경우에는 훨씬 문제가 줄어든다. 실제로, Pd(II) 착화합물의 증대된 반응성은 이들의 Pt(II) 동족체에 비해 이러한 적용에 있어 유리하며, Au(III) 착화합물의 경우 외래의 환원제가 회피될 수 있다.
하나 이상의 이탈 그룹을 갖는 이외에, 금속화 착물은 무전해 도금 공정에 대해 촉매 활성을 나타내는 금속 상태로 환원될 수 있어야 한다. Pt 이외에, 이러한 요건은 통상 Pd와 Au의 착화합물에 의해 가장 잘 달성되는 것으로 보인다. 그러나, Ru와 Rh의 착화합물도 사용될 수 있다. 이러한 금속화제의 용도는 통상적인 백금화제에 비해 핵산 내부의 서열 또는 세그먼트에 대한 선택도가 넓어지고 무전해 도금에 대한 촉매 활성의 범위가 넓어진다.
본 발명의 단계(1)의 다른 양태에서, 올리고뉴클레오티드 아단위 내부의 특이적 염기가 금속염화된다. 이들 아단위는 보다 긴 핵산의 보충 세그먼트에 대해 혼성화됨으로써 조합된다. 올리고뉴클레오티드 아단위 내의 표적 염기의 금속염화는 혼성화 전 또는 후에 수행될 수 있다. 보다 긴 핵산 성분의 비보충 세그먼트는 금속염화 올리고뉴클레오티드에 의해 혼성화되지 않으며, 이러한 간격은, 예를 들면, 금속염화되지 않는 다른 보충 올리고뉴클레오티드로 충전될 수 있다. 이러한 양태의 두가지 변형태는 도 9와 도 10에 도식적으로 도시되어 있다. 한 양태(도 9)에서는 금속염화가 핵산에 원래 존재하는 위치에서 발생하며, 다른 양태(도 10)에서는 금속염화가 화학적 개질에 의해 도입되는 위치에서 발생한다. 올리고뉴클레오티드 아단위에서 특이적 염기의 화학적 개질은 혼성화 전 또는 후에 수행될 수 있다.
도 9에서 도식적으로 예시된 예에서, 서열 TTGTT를 갖는 펜타뉴클레오티드가 금속염화에 대한 아단위 대상으로서 사용되며, 삼좌(N-N-N) 리간드와 이탈 그룹(X)를 갖는 금속 착화합물이 금속염화제로서 사용된다. 온화한 조건하에서(예: 실온및 중성 pH), 티민(T) 잔사는 필수적으로 불활성이며 오직 구아닌(G) 잔사만이 금속염화된다: 금속염화된 혼성화 구조물을 조합시키는 2가지 경로가 도면에 도시되어 있다. 한 방법에서, 올리고뉴클레오티드는 금속염화(i)되 다음, 보다 긴 핵산 성분으로 혼성화(ii)된다. 다른 방법에서, 올리고뉴클레오티드는 먼저 혼성화(iii)된 다음, 금속염화(iv)된다. 두 번째 방법에서, 단계(iv) 동안 보다 긴 핵산 성분에서 개질된 염기를 사용하여 보다 긴 핵산 성분이 금속염화되는 것을 방지할 필요가 있을 수 있다. 바람직한 양태에서, 올리고뉴클레오티드 아단위는 4 내지 20개의 염기로 구성되며, 금속염화제는 Pt, Pd, Au, Ru 또는 Rh의 착화합물이다.
도 10에 도시한 바와 같은 예에서, 서열 TTC*TT를 갖는 펜타뉴클레오티드가 금속염화에 대한 아단위 대상으로서 사용되며, 여기서 C*는 금속 리간드로서 이미다졸(Im) 그룹을 결합시키기 위해 화학적으로 개질된 시토신 잔사를 나타낸다. 이미다졸 그룹은, 예를 들면, 브롬 활성화와 1-(3-아미노프로필)이미다졸을 사용한 친핵성 변위에 의해 시토신의 C-5 위치에 결합될 수 있다. 삼좌형(N-N-N) 리간드와 이탈 그룹(X)를 갖는 금속 착화합물이 도 9에서의 예에서와 같이 금속염화제로서 사용된다. 이러한 예에서와 같이, 금속염화된 혼성화 구조물을 조합시키는 2가지 경로가 가능하다. 한 방법에서, 올리고뉴클레오티드는 금속염화(i)된 다음, 혼성화(ii)된다. 다른 방법에서, 올리고뉴클레오티드는 먼저 혼성화(iii)된 다음, 금속염화(iv)된다. 두 번째 방법에서, 단계(iv) 동안 보다 긴 핵산 성분에서 개질된염기를 사용하여 보다 긴 핵산 성분이 금속염화되는 것을 방지할 필요가 있을 수 있다. 바람직한 양태에서, 올리고뉴클레오티드 아단위는 4 내지 20개의 염기로 구성되며, 금속염화제는 Pt, Pd, Au, Ru 또는 Rh의 착화합물이다.
본 발명의 다른 양태에서, 단계(1)은 착화합물에서 금속에 배위결합된 리간드가 결합시 치환되지 않는 공정에 의해 수행된다. 이러한 유형의 결합은 "외부 스피어(sphere)" 공정으로서 분류될 수 있다. 금속 이온(예: Mg2+)이 유사하게 하전된 금속 착화합물(예: [Pt(NH3)4]2+)에 의해 치환되는 대이온 교환이 한 예이지만, 이러한 단순한 교환 공정은 핵산 내부의 뉴클레오티드 염기 서열간, 또는 핵산과 기타 음전하로 하전된 물질간을 거의 구별하지 못한다. 핵산에 대한, 그리고 핵산 내부의 특정 도메인에 대한 특이성은 금속 착화합물에 핵산 상호작용성 그룹을 결합시킴으로써 달성한다. 이러한 그룹은 선행 기술에 공지되어 있는 삽입제, 그루브 결합제 및 알킬화제를 포함한다. 핵산 상호작용성 그룹은 금속 이온에 배위결합된 리간드의 합체부("금속화삽입제로서")이거나 리간드에 공유결합될 수 있다. 본 발명에 따라 사용되는 금속 착화합물의 주요 요건은, 당해 착화합물이 리간드 교환에 대해 비교적 안정하여서 당해 착물이 표적 핵산 결합 위치에 손상 없이 전달될 수 있어야 한다는 점이다. 추가로, 무전해 도금 공정에 대해 촉매 활성을 나타내는 금속 상태로 환원될 수 있어야 한다. 이러한 두가지 요건 모두가 주기율표의 8족과 IB족의 금속의 착화합물에 의해 대체로 충족된다.
단계(1)의 양태에 유용한 화합물은 화학식 INT-CON-LIG-M(L)n의 화합물(여기서, INT는 핵산 상호작용성 그룹이고, LIG는 안정한 리간드이고, M(L)n은 배위결합된 불포화 금속-리간드 착화합물이며, 이는 LIG에 결합하여 금속 M의 배위요건을 충족시킨다)이다. 그룹 CON은 그룹 INT와 그룹 LIG를 연결시키고 INT와 LIG 그룹을 공간적으로 분리시키고/시키거나 이들의 상대 배향을 지시하는 기능을 할 수 있다.
당해 양태에 따라 사용하기에 적합한 금속화삽입제 착화합물은 화학식 INT-CON-LIG-M(L)n의 특수한 경우를 나타낸다. INT와 LIG의 기능이 합쳐지므로, CON은 분리 그룹으로서 정의될 수 없다. 적합한 금속화삽입제는 화학식 (ICL)M(L)n을 갖는 착화합물(예: ICL은 평면형 방향족 리간드이고, M(L)n은 금속 M의 배위결합 요건을 충족시키기 위해 ICL에 결합하는 배위결합된 불포화 금속-리간드 착화합물이다)을 포함한다. 적합한 금속 M은 Pt, Pd 및 Au를 포함한다. 금속 착화합물이 삽입에 의해 핵산과 상호작용하는 것으로 공지된 평면형 방향족 이좌형 리간드는 8-하이드록시퀴놀린 및 α-디아민(예: 2,2'-비피리딘, 1,10-페난트롤린, 2,2-비퀴놀린, 디피리도[3,2-α:2'3'-c]페나진, 및 이들의 유도체)를 포함한다. 2,2':6',2"-터피리딘(터피)는 삼좌형 삽입제 리간드의 한 예이다. 그룹 M(L)n에서 리간드(들)의 기능은 주로, 금속에 대한 비교적 치환-불활성 배위결합 환경을 제공하여, 다양한 안정한 단좌 또는 다좌 N-, P- 또는 S-리간드가 가능하게 하는 것이다. 적합한 이좌형 리간드는 1,2-디아미노에탄, 1,2-디아미노프로판, 1,3-디아미노프로판 및 1,2-디아미노사이클로헥산과 같은 디아민을 포함한다.
Pt(II), Pd(II) 또는 Au(III)의 착화합물을 혼입시키는 상기 화합물의 특정 예는 도 11에 도시되어 있다. 이러한 화합물은 핵산 상호반응성 그룹에 제제 1-(3-아미노프로필)이미다졸을 공유결합시킴으로써 제조하여 INT-CON-LIG(여기서, 리간드는 결합된 이미다졸 그룹의 N-3 원자이다)의 예를 생성시킬 수 있다. 이어서, INT-CON-LIG 화합물을 M(디엔)(X) 형태의 금속 착화합물(여기서, 디엔은 디에틸렌트리아민이고, X는 니트레이트와 같은 이탈 그룹이다)과 반응시킨다. 이들 예에서의 핵산 상호작용성 그룹은 안트로퀴논(삽입제), 양이온성 포르피린(그루브 결합제) 및 질소 머스타드(알킬화제)로 이루어진다.
본 발명의 단계(1)의 추가 양태에서, 치환-불활성 금속 착화합물은 올리고뉴클레오티드 아단위 내의 특정 염기에 공유결합된다. 이들 아단위는 보다 긴 핵산의 보충 세그먼트에 대해 혼성화에 의해 조합된다. 올리고뉴클레오티드 내의 특정 염기의 공유 개질은 혼성화 전 또는 후에 수행될 수 있다. 보다 긴 핵산 성분의 비보충 세그먼트는 이와 같이 개질된 올리고뉴클레오티드에 의해 혼성화되지 않으며, 이들 틈은, 예를 들면, 금속 착화합물이 결합되지 않는 기타 보충 올리고뉴클레오티드로 충전될 수 있다. 도 12에 도시되어 있는 예에서, 서열 TTG*TT를 갖는 펜타뉴클레오티드가 금속염화에 대한 아단위 대상으로서 사용되며, 여기서 G*는 공유결합 위치로서 아민 그룹(-NH2)을 결합시키기 위해 화학적으로 개질된 구아니딘잔사를 나타낸다. 아민 그룹은, 예를 들면, 브롬 활성화와 1,4-디아미노부탄을 사용한 친핵성 변위에 의해 구아니딘의 C-8 위치에 결합될 수 있다. 당해 예에서 치환-불활성 금속 착화합물은 삼좌형(N-N-N) 리간드와 단좌형 아민 리간드를 갖는다. 단좌형 아민 리간드는 금속 착화합물에 유리 카복실산 그룹(-COOH)을 결합시키는 데 사용된다. 금속 착화합물 상의 카복실산 그룹을 올리고뉴클레오티드 아단위 상의 아민 그룹을 사용하여 축합시켜 아미드 결합 -(CONH-)을 형성하면 이들 성분들 사이가 연결된다. 이러한 축합은, 예를 들면, 커플링제로서 카보디이미드를 사용하여 수행할 수 있다.
혼성화 구조물을 조합시키는 2가지 경로가 도 12에 제시되어 있다. 한 방법에서, 올리고뉴클레오티드는 금속 착화합물로 커플링(i)된 다음, 보다 긴 핵산 성분으로 혼성화(ii)된다. 다른 방법에서, 올리고뉴클레오티드는 먼저 혼성화(iii)된 다음, 금속 착화합물로 커플링(iv)된다. 바람직한 양태에서 올리고뉴클레오티드 아단위는 4 내지 20개의 염기로 구성되며, 금속염화제는 Pt, Pd, Ru, Au 또는 Rh의 착화합물이다.
단계(2)에 대한 바람직한 양태는 금속 착화합물-핵산 컨쥬게이트가 용액 상태 또는 기판 상에 고정화된 상태인지에 따라 좌우된다. 용액 상태인 경우, 컨쥬게이트는 소정 형태의 크로마토그래피(예: 겔 여과 또는 이온 교환)에 의해 또는 침전(예: 컨쥬게이트의 에탄올 침전)에 의해 결합되지 않은 금속으로부터 분리될 수 있다. 컨쥬게이트가 고정화되는 경우, 결합되지 않은 금속 착화합물은 세정(예: 물 또는 수성 염 용액을 사용한 세정)에 의해 제거될 수 있다.
비교적 강한 환원제는 단계(3)을 필요로 할 수 있다. 적합한 화합물은 수소화붕소, 특히 보로하이드라이드(BH4) 염, 화학식 L:BH3의 루이스 염기:보란 착화합물(여기서, L은 아민, 에테르, 포스핀 또는 설파이드, 하이드라진 및 이의 유도체, 하이드록실아민 및 이의 유도체, 차아인산염, 디티오나이트염, 포르메이트 및 H2일 수 있다)이다. 이러한 제제 중의 일부는 비용액 상 처리를 위한 기상 환원제로서 적합하다.
단계(4)와 관련된 공정은 선행 기술에 공지되어 있다. 간단하게는, 복합물 중의 나노미터 크기의 금속 입자는 용액 중의 금속 이온을 환원시키기 위한 촉매 위치로서 작용하며, 이는 나노미터 크기의 입자 위에 침착되어 당해 입자를 확대시킨다. 침착된 금속은 나노미터 크기의 입자와 동일하거나 상이할 수 있다. 당해 공정은 복합물의 전기전도성을 증대시키거나 당해 입자에 자성을 부여하기 위해 사용될 수 있다.
이제, 본 발명은 첨부되는 도면을 참고로 하여 보다 상세하게 기술될 것이다.
Pt(터피)-금속염화 DNA 분자의 사진 2장이 도 3과 도 4에 제시되어 있다. 도 3은 DNA의 연장된 세그먼트를 덮는 연속 금속 피막의 존재를 제시한다. 이들 구조물의 총 두께는 대부분의 경우 3 내지 6nm이지만, 두께가 약 50nm에 달하는 아일랜드가 존재한다. 도 4는 DNA의 연장된 세그먼트를 통해 금속 입자의 불연속 끈 형태를 나타내는 동일한 샘플이다. 도 6에 도시된 바와 같이 시스-Pt(NH3)2-금속염화 DNA를 사용하는 경우 유사한 결과가 수득된다.
백금화된 나트륨 보로하이드라이드를 통한 나노미터 크기의 입자-DNA 복합물
실시예 1
DNA[소 흉선에서 추출, 시그마-알드리히(Sigma-Aldrich) 제품 번호 D-1501]를 0.02M HEPES/NaOH 완충액을 함유하는 수용액(pH 7.5)에 용해시킨다. 자외선-가시광선 흡광 분광계에 의해 산정되는, 상기 용액 중의 뉴클레오티드 염기의 상응하는 농도는 80μM이다. 당해 용액 2.5ml에 물 속의 디클로로(2,2':6",2"-터피리딘)백금(II)[시그마-알드리히 제품 번호 28, 809-8]의 0.020M 용액 2.5μL를 가한다. 당해 착화합물은 2단계로 DNA에 결합하는 것으로 공지되어 있으며, 빠른 것은 터피리딘(터피) 리간드의 삽입과 관련되며, 느린 것은 공유결합 형성(백금화)과 연관된다[참고: Peyratout et al.(1995) Inorg.Chem. 34, 4484]. 생성된 용액은 24시간 동안 실온에서 어두운 곳에 둔다. 이어서, 용매로서 0.02M HEPES/NaOH 완충액을 사용하여 양이온 교환 겔 컬럼(참고: Sephadex-scope of Protection C-25, 시그마 알드리히 제품 번호 27 131-4)을 통과시켜, DNA에 컨쥬게이트되지 않는 백금 착화합물을 제거한다. 도 1에 제시된 이러한 처리 후 용액의 자외선-가시광선 흡광 스펙트럼은 식별되는 최대치가 백금에 배위결합한 터피 리간드로 인해 340nm 부근이고 주로 DNA로 인해 260nm인 것으로 나타난다. 340nm에서의 흡광도의 세기를 이온 교환 전에 측정한 수치와 비교함으로써, (터피)백금 착화합물의 초기량의 30%가 생성되는 (터피)백금-DNA 컨쥬게이트에 함유된 것으로 산정된다.
나트륨 보로하이드라이드(2mg, 시그마-알드리히 제품 번호 21, 346-2)가 0.02M HEPES/NaOH 완충제(100μL) 속에 용해되고, 이 용액 20μL가 (터피)Pt-DNA 컨쥬게이트 용액 2.0ml에 첨가된다. 용액의 색상은 담황색에서 담회색으로 바로 변하지만, 용액은 광학적으로 투명한 상태를 그대로 유지한다. 30분 후 수득한, 자외선-가시광선 흡광 스펙트럼의 변화는 콜로이드성 백금의 형성시와 일치한다(도 1). 용액의 pH는 7.8이다.
실시예 2
기본적으로 실시예 1에서와 동일한 과정을 사용하되, 67% 물-33% 디메틸설폭사이드 중의 시스-디아민디클로로백금(II)["시스플라틴", 시그마-알드리히 제품 번호 P-4394]의 0.013M 용액 3.8μL를 대신 사용하고, (디아민)Pt-DNA 컨쥬게이트를 양이온 교환에 의해 분리시키기 전에 단지 2.5시간만 둔다. 시스플라틴은 주변 G-G 쌍 또는 G-A 쌍의 N-7원자 사이의 이작용성 스트랜드내 부가물을 형성하면서 DNA에 공유결합하는 것으로 공지되어 있다[참고: Kelland(2000) Drugs 59 Suppl.4,1].
골드인핸스 R 로 처리한기 전과 후의 원자력 현미경 측정
실시예 3
실리콘 와이퍼(반도체용, p-타입, 붕소 도핑됨, 네이티브 표면 산화물 사용) 조각의 연마 표면을 O2-플라즈마(Gala Instruments PlasmaPrep-5)로 4분 동안 처리한다(0.4mbar, 약 33Watts, 낮은 전력). 이어서, 처리된 와이퍼를 스핀-피복기(Mikasa Spin-Coater 1H-D3) 상에 탑재한다. 실시예 1에서 수득한 Pt-DNA 복합물의 용액 몇 방울을 기판에 도포한다. 2분 후, 샘플을 10초 동안 1000rpm으로 회전시킨 직후, 90초 동안 5000rpm으로 회전시킨다. 물 2방울을 두번째 회전단계 동안 샘플 위에 적가하여 염을 제거한다. 당해 샘플을 질화규소 캔티레버(Olympus Optical, MicroCantilever OMCL-AC160TS-W, 약 250kHz 공명 주파수, 약 25N/m 스프링 상수)를 사용하여 탭핑 모드 AFM(디지탈 장치, 다중 모드 원자력 현미경)에 의해 조사한다. 화상(예를 들면, 도 2에 도시된 것)은 백금 입자의 존재를 전혀 나타내지 않으면서 DNA의 연장된 세그먼트를 나타낸다.
실시예 4
골드인핸스R(Nanoprobes, 카탈로그 넘버 2113)의 용액을 실시예 3으로부터의 기판 표면에 10분 동안 도포한 다음, 표면을 물로 세정하고 공기 증기로 건조시킨다. 당해 샘플의 AFM 화상 2장이 도 3 및 도 4에 제시되어 있다. 도 3은 DNA의 연장된 세그먼트를 덮는 연속 금속 피막의 존재를 보여준다. 이들 구조물의 총 두께는 대체로 3 내지 6nm이지만, 두께가 약 50nm에 달아는 아일랜드도 있다. 도 4는 DNA의 연장된 세그먼트를 따라 금속 입자의 불연속 끈을 나타내는 동일한 샘플에 대한 다른 영역의 화상이다. 이들 구조물의 총 두께는 2 내지 6nm이지만, 두께가 약 50nm에 달하는 아일랜드도 있다. 이는, DNA의 일부 세그먼트가 금속화되지않은 화상으로부터 명백하다. 양쪽 화상이 모두 실리콘 기판의 표면에 금속 침착물이 없음을, 즉 금속화가 주로 DNA에만 한정되었음을 나타낸다.
실시예 5
실시예 2로부터 Pt-DNA 복합물 용액을 사용하여 실시예 3에서와 같이 또 다른 규소 와이퍼를 제조한다. AFM 화상(도 5에 도시된 것) 역시 백금 입자가 존재하는 징후가 전혀 없이 DNA의 연장된 세그먼트만을 나타낸다.
실시예 6
실시예 5의 샘플은 실시예 4에 기재된 바와 같은 골드인핸스R용액으로 처리한다. 이러한 처리 후 수득한 AFM 화상은 도 6에 제시되어 있다. 도 4와 유사하게, 이러한 화상은 두께가 0.7 내지 0.9nm인 비금속화 세그먼트를 가지면서 총 두께가 2 내지 6nm인 DNA의 연장된 세그먼트를 따라 금속 입자가 불연속적인 끈 형태를 이루는 것을 나타낸다. 실리콘 와이퍼 표면은 필수적으로 금속 침착물이 없다.
실시예 7
개질되지 않은 ct-DNA가 고정화되고 실시예 3에 기재된 바와 같은 실리콘 기판 위에서 건조된다. 이어서, 이는 골드인핸스R용액으로 15분 동안 처리된다. 도 13 및 도 14에 제시된 것들과 같은 AFM 화상에서는 표면 상에 비교적 큰 입자가 보이지만, DNA 자체 상에는 어떠한 입자도 관찰되지 않는다. 이러한 결과는, 도 3, 도 4 및 도 6에서 보이는 DNA에 편중된 입자가 백금화를 필요로 함을 보여준다.
본 발명은, 동일계 내에서 제조되는 나노미터 크기의 금속 입자를 통해 핵산을 직접적이고도 선택적으로 금속화하는 개선된 방법을 제공하며, 이러한 개선된 방법에 의해 제조되는 나노미터 크기의 금속 입자-핵산 복합물은 고밀도 배열을 가능하게 하는 전자 네트웍 및 회로에서 나노미터 크기의 와이어를 형성하는 데 효과적으로 사용될 수 있다.

Claims (23)

  1. 핵산 특이적 금속 착화합물을 핵산과 반응시켜 금속 착화합물-핵산 컨쥬게이트를 생성시키는 단계,
    비컨쥬게이트화 금속 착화합물 및/또는 비컨쥬게이트화 부산물을 제거하는 단계 및
    금속 착화합물-핵산 컨쥬게이트를 환원제와 반응시켜 나노미터 크기의 금속 입자-핵산 복합물을 생성시키는 단계를 포함하는, 나노미터 크기의 금속 입자-핵산 복합물의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 핵산 성분이 용액 속에 용해된 상태, 기판 상에 고정화된 상태 또는 반고체 상태(예: 겔)로 반응함을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 핵산이 DNA, RNA, PNA, CNA, 올리고뉴클레오티드, DNA의 올리고뉴클레오티드, RNA의 올리고뉴클레오티드, 프라이머, A-DNA, B-DNA, Z-DNA, DNA의 폴리뉴클레오티드, RNA의 폴리뉴클레오티드, 핵산의 T-접합부, 3중 핵산, 4중 핵산, 비핵산 중합체-핵산 블록 공중합체의 도메인 및 이들의 혼합물을 포함하는 그룹으로부터 선택됨을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 핵산이 이중 나선형 또는 단일나선형임을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 금속 착화합물-핵산 컨쥬게이트가 금속화 및/또는 상호작용성 리간드 결합에 의해 형성됨을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 핵산의 특이적 염기가 금속염화됨을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 핵산 특이적 금속 착화합물이, 디클로로(2,2':6',2"-터피리딘)백금(II), 시스-디아미노디클로로백금(II), 및 삽입제, 그루브 결합제 및 알킬화제와 같은, 결합되거나 합쳐진 핵산 상호작용 그룹과의 금속 착화합물을 포함하는 그룹으로부터 선택됨을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서, 금속 착화합물-핵산 컨쥬게이트가 비컨쥬게이트 금속 착화합물 및/또는 비컨쥬게이트화 부산물로부터 크로마토그래피, 예를 들면, 겔 여과 또는 이온 교환, 침전(예: 에탄올 침전) 또는 세정(예: 물 또는 수성 염 용액에 의한 세정)에 의해 분리됨을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서, 금속 착화합물-핵산 컨쥬게이트가 수소화붕소, 보로하이드라이드염, 및 화학식 L:BH3의 루이스 염기:보란 착화합물(여기서, L은 아민, 에테르, 포스핀 또는 설파이드, 하이드라진 및 유도체, 하이드록실아민 및 유도체, 차아인산염, 포르메이트염, 디티오나이트염 및 H2일 수 있다)을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 환원제와 반응함을 특징으로 하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 환원제가 기상 환원제 형태로 사용됨을 특징으로 하는 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 있어서, 나노미터 크기의 금속 입자가 Fe, Co, Ni, Cu, Ru, Rh, Pd, Ag, Os, Ir, Pt, Au 및 이들 금속의 혼합물(예: 합금)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 금속을 포함하는 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중의 어느 한 항에 있어서, 나노미터 크기의 금속 입자가 무전해 금속화에 대해 촉매적으로 활성인 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중의 어느 한 항에 있어서, 나노미터 크기의 금속 입자가 원자력 현미경에 의해 가시화될 수 없고/없거나 나노미터 크기의 금속 입자의 직경이 3nm 미만임을 특징으로 하는 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중의 어느 한 항에 있어서, 나노미터 크기의 금속 입자-핵산 복합물 속의 나노미터 크기의 금속 입자를 무전해 도금 용액으로 처리하여 나노미터 크기의 금속 입자를 확대시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 금속 착화합물-핵산 복합물이 용액 속에 용해된 상태, 기판 상에 고정화된 상태 또는 반고체 상태(예: 겔)로 반응함을 특징으로 하는 방법.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서, 나노미터 크기의 금속 입자가 Fe, Co, Ni, Cu, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Ag, Pt, Au 및 이들 금속의 혼합물(예: 합금)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 금속을 포함하는 무전해 도금 용액으로 처리됨을 특징으로 하는 방법.
  17. 제14항 또는 제15항에 있어서, 나노미터 크기의 금속 입자가 자성 및/또는 자성화 Fe, Co, Ni, 이들 금속의 혼합물(예: 합금) 및 이들 금속과 B 또는 P와의 혼합물(예: 합금)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 금속을 포함하는 무전해 도금 용액으로 처리됨을 특징으로 하는 방법.
  18. 제1항 내지 제13항 중의 어느 한 항에 따르는 방법에 따라 수득할 수 있는, 나노미터 크기의 금속 입자-핵산 복합물.
  19. 제18항에 있어서, 나노미터 크기의 금속 입자가 직경이 3nm 미만이고/이거나 원자력 현미경에 의해 가시화될 수 없음을 특징으로 하는 방법.
  20. 제18항 또는 제19항에 따르는 나노미터 크기의 금속 입자-핵산 복합물을 제공하는 단계 및 제16항 또는 제17항에 따르는 금속의 무전해 침착에 의해 나노미터 크기의 입자를 성장, 바람직하게는 조절 성장시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는, 나노미터 크기의 와이어를 제조하는 방법.
  21. 제20항의 방법에 따라 수득할 수 있는 나노미터 크기의 금속 입자 또는 나노미터 크기의 와이어의 선형 배열물.
  22. 제21항에 따르는 나노미터 크기의 와이어를 하나 이상 포함하는 소규모 네트웍 또는 전자 회로.
  23. 핵산을 선택적으로 금속화시키기 위한, 제1항 내지 제17항 중의 어느 한 항에 따르는 방법의 용도.
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