TW457736B - Self assembled nano-devices using DNA - Google Patents
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Description
修正 -^--^113652. _、發明說明（I) 發明領域 本發明與半導體晶片的 確地說，本發明與 包括具有極小形狀尺寸主半導體晶片有關。本發 明也與用以形成含有主動特徵旦有此種尺寸之半導體晶片 的方法有關。 ％ m 發明背景 石夕晶片上主動裝置的縮減尺寸由於石版印刷技術所設下 的限制已接近它的極限。舉例來說，輻射的波動特性，如 干擾和繞射，可限制裝置大小和密度β已有大量的研究來 克服石版印刷技術的極限。 研究已指向消除間題，如透過相移石版印刷以及發展其 他新的方法。伴隨此研究而生，其中已發展出利用電子限 制在小體積_的裝置設計 此種裝置設計的三種基本類別 道裝置（RTD)、和單電子電晶體 是’量子點（QD)、共振隧如 Λ ^ ν (SET)。量子點在19、95命Af·,'協/津，牛津大學出Ί 司發行的L量子,中作了更詳細的討論；共振 隧ίϊΐ在a c :ί/等=提 電子裝置(r)而 期刊卷3㈣第年物討；64: 糾部’物理修正版修訂本，卷6 4弟 單電子電晶體在Μ.Α.飢斯 細的討論；一 此 8 4 9-858 頁（ 1 9 9 2 年）中作 J 作為參考。 發明概要 綠製造物品，包括一有機結構、和 本發明的態樣提供一 J供置的無機原子。
結合到該有機結構上特A
O:\59\59786.ptc 2001· 04·· 27. 004 457736 五、發明說明（2) 本發明的其他態樣包括一種結構，含有一去氧核醣椋酸 (DNA)分子，它包括一R -環《—毫微米粒子在該R -環的内 部結合到該DNA分子。 本發明的額外態樣提供一種結構，包括一由生物分子定 位的電極，和一與該生物分子隔開的毫微米粒子。 本發明的進一步態樣提供一種方法，以利用一自組裝的 有機模板來自組裝無機材料。該方法包括形成一有機結 構、和將無機原子結合到該有機結構特定位置上。 本發明的再進一步態樣提供一種結構，包含有一基體、 在該基體上的一第一電極和一第二電極、和一有機分子捧 混在該第一電極和該第二電極之間。一毫微米粒子結合到 該有機分子。 此外，本發明的態樣提供一種方法以形成一種結構。該 方法包括在一基體上形成一第一電極。一第二電極形成在 該基體上。一 DN A分子摻混在該第一電極和該第二電極之 間。至少一毫微米粒子插入到該D N A分子至少一位置中。 本發明的其他目標與優點，習知·該項技藝人士從下列詳 細描述將變得顯而易見，其中僅顯示與描述本發明的較佳 實施例，單只以實施本發明的最佳模式之方式說明。如·將 可發現的，本發明可以有其他合不同實施例，且它的幾個 細節可在各種明顯的方面修改，而不脫離本發明。因此， 圖式與說明僅作為解釋而非限制。 圖式概述 本發明的上述目標與優點，結合伴隨的圖式將可更清楚
457736 五、發明說明（3) 瞭解，其中： 依照本發明的製程之一具體實施例在各種階段依照本發 明一裝置的具體實施例，圖1 a、1 e和1 f代表頂視圖，而圖 lb、lc和Id代表斷面圖； 圖2表示圖la中說明的裝置之斷面圖； 圖3表示依照本發明可使用的D N A分子之具體實施例； 圖4表示依照本發明可使用的毫微米粒子之具體實施 例； 圖5表示依照本發明一具體實施例可使用，含有R -環之 DNA分子和毫微米粒子之具體實施例； 圖6表.示依照本發明一裝置的具體實施例之頂視圖； 圖7表示圖6中所說明一裝置的具體實施例之斷面圖； 圖8表示依照本發明一裝置的具體實施例之頂視圖； 圖9表示依照本發明組成一或閘的裝置之具體實施例的 頂視圖。 發明詳述 本發明提供方法，用以克服和實際避開與石版印刷技術 有關的問題。所造成的裝置比那些由普遍已知技術所產生 實際上小很多。因此，本發明包括在一毫微米標度、或毫 微米裝置上製造裝置的新生產方法.。本發明可視為在上述 共振隧道裝置的範疇中。 為了要產生此種裝置，本發明利用某些生物學分子的自 我-組織本質。舉例來說.，本發明可使用核酸和它們的特 質，包括它們的自我-組織本質。特別是，本發明可利闬
457 73 6 五、發明說明（4) 去氧核醣核酸（D N A )與核醣核酸（RN A )兩者來產生該裝置。
DNA和RNA的本質廣為所知。一些核酸基被結合在一起， 以製作更長的分子。在DNA的情況中，這些比較長分子中 的二個被結合在一起並形成一雙螺旋結構。RNA分子通常 藉由在蛋白質的合成期間複製雙絞D N A中的一串而形成。 作為背景議題，對W. H.富瑞曼與夥伴出版之魯伯特•史垂 爾所著的”生物化學"進行參考，全體内容合併在此以供參 考D 依照本發明的結構通常包括本發明的毫微米裝置可產生 於其上的基體。該基體可包括玻璃。此外，該基體，不論 是玻璃或其他的形式，可包括任何一般的半導體材料。舉 例來說，基體可包括矽。 電極可安排在該基體上。通常，至少二個電極安排+在該 基體上。那些電極可透過一般的石版印刷技術形成在該基 體上。 那些電極可用任何的不含氧化物、電傳導材料做成。舉 例來說，那些電極可用任何貴金屬或包含貴金屬的合金作 成。最好，那些電極是用無氧化物金屬製做成的。依照一 個範例，那些電極是用金做成的。 圖la表示提供在基體的表面上、或提供在形成於基體之 中及/或之上的其他結構上，一具有二個電極-—第一電極 3和一第二電極5 -之基體1的具體實施例之頂視圖。該第一 電極3和第二電極5可以彼此接近的距離提供。在第一電極 和第二電極之間的距離可依具體實施例而改變。依照一範
457736 五、發明說明（5) 電極和該第二電極可分開從大約。,1 _到大約 1 Ο Ο V m的距離。通常，那此 口的距I另外，那此電1大約10 1 0 0 0㈣的厚度 極通常有大約2_到大約 1 ^極和該第二電極因具體實施例而定可有各種形 ⑷舉例說明一範例，其中第一電極3和第有二各種極开; 2弋在6彼此相料點7和9。·然電極形成那些點的邊線 那2二，和8在圖Ka)所顯示的具體實施例令是彎區的， 乘;Ϊ:有任何曲線，包括直'線。第-電極和第二電極 的區域从施兩電力到第一電極和第二電極，、電源連接 可it可包括基體1上的—第三電極11。該第三電㈣ 討論’：Μ門電極。該第三電極的功能將在以下更詳細地 所極1j可設，如圖1(a)所顯示的具體實施例中 二：弟一電極3和第二電極5之間、第三電極u也可利 用瓜^石版印刷技術形成，雖然也可利用其他技術。 變2?11的外形：例如形狀，可因具體實施例而改 =、=來說，在圖KO舉例言兒明匈第三電㈣實質上.是 、★缚的長方形’換句話說，實質上是—直線。 =f電極的厚度可因應用而改變。舉例來說，第三電極 有大約從大約l〇〇nm到50〇〇nm的寬度。最 恭 =薄。依照-具體實施例1三電極有小於約：㈣ 的厚度。
第8頁 457736 ---—----- 五、發明說明（6) 三個電極、包括第 〜〜 多種因數控制。舉例來；極：尺寸，尤其是厚度，可兹 極，可由薄膜-製成電極V 的尺寸，尤其是第由 控制。可能影響第成Λ I的如上述的貴金屬或合金電 性、傳導俜數釦盘二电極尺寸的薄膜品質特性』的品質 ★二守％數和黏著性。 改包括平滑 第二電極的精確位置 月 說：第三電極的目阽 "、拉只施例而改變。 A,j , ^ _ '的可控制它的位置。依日3 +例來 例，第二電極2丨設. 1罝依照—個具體森 和9相箅跖龅 ^ 與第一電極3和第二電杌e祖貫施 使它盘m照一個具體實施例，第的尖端7 使匕與連接第一電極3和系一私極可安 如與第—恭疏^锭 電極5的點7和9之直 成 何-值ί : 第二電極5相同的，第：當4垂直。 Π包傳導材料制赤。無 和一電極1〗 合全# & η ^成舉例來說，第三電極可用^ 了以住 一範彻货^弟—電極疋用無氧化物金屬贺&金屬或 乾例，第三電極是用金做成。 岌成。依照 =2表不在圖丨a所顯示基體和第一電極、第二 弟二電極的具體實施例之斷面圖。 一電極、和 …本發明也可包括設置在第一電極3和第二電 :::,1 8說明這樣的—個具體實施例。第四電間極的實-貝可類似上面所描述的第三電極。依照一些且栌奋aF' /a! > Λη 'S3. ι t 八篮尹、施 超匕一個電極可成混雜在每一對電極之間。 =外，本發明可包括超過如第一電極3和第二電極5的一 /毛極。舉例來說’在圖9所說明之裝置的具體實施例包 括兩對電極。在圖9所顯示的具體實施例裡的每對電極之 間包括一電極’類似於在圖丨a所顯示的具體實施例裡在第
第9頁 五、發明說明（7) 一電極3和第 在提供電杨 至少一有機結 圖1 a所說明的 在一個電極< 結合到至少~ 論是氫、離子 傳導的且形成 可結合到有 子。該毫微米 説’毫舉米教 的集團所選出 毫微米粒子 子是金，金可 子可以至少〜 彝團X和y。集 集團X和y可結 體。單體的例 二電極5 <後， 構可在 具'體實 間。至 特定位 的、共 一電導 機結構 粒子可 子可包 的材料 可包括 在，直 種表面 圏X和y 合到聚 子包括 <間 苐〜 施例 少一 置。 價的 體= 的至 包括 括至 。依 多種 徑從 活化 可安 合體 的電極1 1。 藉由石版印刷技術或其它 電極3和第二電極5之間延 °然而’有機結構不必然 有機結構可包括至少一無 該結合可以是任何一種結 或其它的。那些無機原子 少一無機原子可包括毫微 至少一部份電傳導材料。 少一從含有貴金屬或責金 照一個範例，毫微米粒子 元素。舉例來說，如果毫 大約1 n m到大約1 0 0 n m的球 劑包覆。該表面活化劑可 排在聚合體的終端。舉例 的終端。聚合體可包括多
-fCH2-J-n( -fCHa_〇 J , ，n, ap*a 4Si-04-,, R1 技術， 展，如 要延伸 機原子 合，不 可以電 米粒 舉例來 屬合金 是金〇 微米粒 中。粒 有終端 來說， 種單
第10頁 4 57 7 36
C;HS, 五、發明說明（8) wherein π>1； R and R^CK., 0 -C-OH 或核 5K團X可包括_SH。另一方面，集團y可包括 甘酸基。 X集團可與金或銀，例如，粒子結合β γ集團可與核甘萨 結合。如果y是一酸集團’該酸集團可與DNA基的碳氫基( 集團反應。如果y是一核甘酸基集圍，該基可氫結合到 該有機結構可如上 该有機結構可包括 如上所述，本發明包括一有機結構 述在第一電極3和第二電極5之間延伸 DNA ° 可包括在本發明中的DNA可以是單絞或雙絞《依照本發 明包括在有機結構中的DNA串之長度可從大約30 0到大約X 300, 000個基’或在雙絞的dna之情況中是基對。或者， DNA分子的長度可以是大約〇 . j私m到大約^ “ ^。 依照一個具體實施例，該DNA是λ _DNA ^然而，依照本 發明可使用有任何基順序的任何DNA分子。換句話說，dm 可主觀地選取。 可包含在依照本發明結構中的DNA分子可包括R-環^ 環的描述可在1994年四月的細菌學期刊第ι807-1812頁， Asai 和Kogoma所提出 ’md-Loops and R-Loops: Alternative Mechanisms for the Initiation of
457736 五、發明說明（9)
Chromosome Replication in Escherichia coli"中發 現；1995年核酸研究，第23冊，第7號3516-3523頁 Landgraf 等人所提出"R-loop stability as a function of RNA structure and size” ；1995 年枝酸研究，第23 冊，第7號3524-3530頁Landgraf等人所提出11 Double stranded scission of DNA directed through sequence-specific R-1oop formation”；和Masai 與Arai 在BI0CHEMIE(1996)78 第1109-1117 頁提出的"Mechanisms of primer RNA synthesis and D-ioop/R-Ioop dependent DNA replication in Escherichia co1i，全 部内容合併在此以供參考》 R-環可發生作用以提供毫微米粒子（s)結合到DNA分子的 場所》因此，DN A分子可至少包括一 R-環。圖9舉例說明包 括二個R-環的具體實施例。 每個R-環可至少包括一毫微米粒子結合到R-環裡DNA的 一部分。除包括超過一個R-環之外.，超過一個毫微米粒子 可結合到每個R-環裡的D NA分子的一部分。將毫微米粒子 (s )結合到R -環的步驟在以下作詳細討論。 那些R-環可依照任何形成R-環的已知技術形成，例如揭 露在上述參考科學文獻中的文章。至少一RNA分子具有與 可用來形成R -環的DN A分子之至少一部分的互補順序。如 上所述，DNA分子可包括超過一個R-環。因此，超過一個 RNA分子可用來形成DNA分子中的R-環。每個RNA分子可有 與DNA分子一不同順序互補的順序。
第12頁 457736 五、發明說明（ίο)
可控制RNA分子& + + . N + 的順序來控制R -環（s)在哪裡產生。舉例 來說，如果DNA分子故& t 于將包括一R -環且該R -環位於該DΝΑ分子 的中心，RNA分子可士 + Λ — * j有與DNA分子的順序互補的一個順序， 以使RNA分子實皙μ , ^ ,^ η 、月上位在DNA分子的中心，與DNA分子的終 端在R -環的形成時1 μ _ 巨離相夺。依照另一範例，如在圖9所 .顯.不，RNA分子可古 . ηΝΜ ν , 4有—與DNA分子的順序互補的順序，以使 RNA分子將會設署+、 置成分割DNA分子為三個部分，在R-環形成 時貫質上有相等的長'度β
可用來^成R-環⑷的驗分子之順序，可依遍分子相 對於可此落在4DNA分子下的電極之位置而變。照這些方 法’ RNA.分子可以有順序使得環可設置在底下的電極之 上。如漫本發明包括超過一個R-環且每個R-環覆蓋一電 極，那些用來形成R-環的RNA分子可有順序使得那些R_環 將會叹置在底下的電極之上，例如在圖丨a所說明具體實施 例裡的第三電極11 β 如上所述，本發明可至少包括一毫微米粒子。為了要幫 助毫微米粒子結合到有機結構，毫微米粒子可包括一或多 個原子或化學集團附著在該毫微米粒子。藉由附上一或多 個此種原子或集團，該毫微米粒子可"官能化η。
在有機結構包括一 D Ν Α分子的情況，至少一核甘酸可附 著到毫微呆粒子。附著到毫微米粒子的該至少一核甘酸， 通常在R -環不附著到RNA分子的部分與DNA分子的R-環裡的 至少一核甘酸互補。因此，該附著到毫微米粒子的核甘酸 可因Μ A分子的順序、和毫微米粒子要附著到DNA分子的哪
第13頁 457736 五、發明說明（1丨） " ： ----------- 裡而定。對DNA分子之毫微米粒子和毫微米粒子的 上面已詳細討論。 者 毫微米粒子可附著到MA分子在R_環裡面的任何部八。 施：，毫微米粒子附著到DNA在卜環裡“ —刀，力在令心裡。因此，r-環的位置可因卜環的而 1二舉例來說，如果DNA分子包括—R_環大體上在f置 ’令心’毫微米粒子可附著在該DNA分子於 / 端的中間。 刀子之終 本發明可包括一電傳導材料在有機結構上。該 :可包括任何的電傳導材料。依照一個範例 ：：： 1形咸—Μ。金屬纖維的銀也可提供在有機結構1、有 結構上的電傳導材料在有機結構上提供一導土: '、二If况，廷個導體可用來形成官能性的結二 上的一電傳暮好制_ -r + 士成 有機結構 的電極之^ : Ϊ 結構上的電傳導材料和-Α下 的'極之間如供—電容的耦合。㊣可透過底卜 或毫微岽粒子上的原子舉_ — ^ 化原子及/ 可用在形成邏輯。！上的導體(s) 照本發明的結”用在二=的詳細描述，依 之中。"用在形成-及閘與或閘，在其他的結構 ^'DNA^#σ % ^ ^ &子之耄微米粒子、有機結構上的電傳導；^ m 供導體給纽分子上的R-環之兩側。 科材科可促 電傳導塗層可ϋ過將有機結構浸人—包含銀離 而應用到有機結構。然後溶液中的銀離子可與有機^形
第14頁 457736 _#正 案號8811加52 1 〇车牛孩工η日 五、發明說明（12) 銀可與DNA分子的 成一銀鹽。在有機結構包括DNA的情況 鱗酸鹽集團形.成—鹽類。 在鹽形成之後，鹽裡的銀可以還原劑提煉為金屬的銀。 J使用的還原劑之範例包括對苯二酚/〇Η_接著對苯二酚/ 有機結構可連接到基體的表面上之電極，例如在圖〗a所 說明具體實施例裡的第一電極和第二電極。那些電極在上 面做了詳細描述。連接可以多種方式完成。舉例來說，連 接可藉由在電極上提供有機結構可附著的場所而實施。 那些附著的場所可由多種結構提供。舉例來說，在一或 多個電極上可提供一或多個原子或分子。依照一個範例， 至少一有機分子提供在電極的至少其中一個之上。有機分 子可結合到電極（s )的表面。 依照一個例子，其中有機結構包括在第一電極和第二電 極之間延伸的DNA分子，至少一 DNA及/或RNA分子可附著到 圖1Α所顯示的第一電極3和第二電極5。在有機結構包括 DNA的情況，通常，DNA提供在第一電極和第二電極上。 ΜΑ可以多種方式提供在電極上。 依照一個例子，DNA結合到幫助它連接到電極的原子或 分子。舉例來說’ DNA可以是硫磺終結的。硫項终結的終 端能附著到金電極的表面。眾所週知S (硫續）終結的化合 物結合於金表面。 在第一電極和第二電極之間延伸的DNA分子可結合到電 極上的DNA及/或RNA。舉例來說，在二個電極之間延伸的 O:\59\59786.ptc 第15頁 2001.04.27.015 4p736 ------------ 五'發明說明（13) DNA分子、和，如在上述的例子，附著到電極的MA分子 (s)兩者可有一單絞部分。在延伸於第一電極和第二電極 之間的DNA分子上、與附著到第一電極和第二電極的ΜΑ分 子（s)上的單絞部分，可有互補的終端以幫助彼此的結 合。 依照一個具體實施例，附著在電極的DN A是單絞、硫磺 終結的DNA。不管是單或雙絞])NA或RNA結合到電極，DNA及 /或RNA可包括從大約5到大約2 0個基。然而，dn A及/或RNA 分子能長到大約1 0 0個基。舉例來說，D N A及/或R N A分子可 以是大約15到大約30個基。然而，DNA及/或RNA可依需要 或短或悬’以確保D N A及/或R N A發生作用附著到第一電極 和第二電極且DNA及/或RNA延伸在第一電極和第二電極之 間。 另外’不管是單或雙絞DN A或RNA分子結合到電極，附著 到一電極的DNA及/或RNA分子可以和附著到其他電極的DNA 及/或RNA分子有不同的基之順序。或者，延伸於第一電極 和第二電極之間的DNA之一部分的DNA及/或RNA分子可與全 體的DNA及/或RNA分子有不同的順序。 依照DNA分子附著在電極、和DNA分子包括基的順序以.結 合到延伸於第一電極和第二電極之間的DN A分子之具體實 施例’延伸於第一電極和第二電極之間的DNA分子，可包 括具有與附著在第一電極和第二電極之DNA互補的基之順 序的"黏稠終端"。 圖3說明DNA分子21延伸在第一電極和第二電極之間的一
第16頁 五、發明說明（14) 具體實施例s D Ν Α分子2 1以線性配置顯示。黏稠終端2 3和 25提供在DNA分子的終端上。 在建構或以其它方式獲得要附著在第一電極和第二電極 的那些DNA分子之後，它們可附著到那些電極。可形成一 種DNA分子將加入的溶液。首先’形成鹽的水溶液。鹽的 一個例子是氯化鈉。然後每個DN A分子，其中不同的分子 將附者到每個電極，可加入到該溶液。 在溶液形成之後，一溶液13的一些量可放置在第一電極 3上，而另一溶液15的一些量可放置在第二電極5上。^ 溶液放置在哪個電極上可依據在第一電極和第二電極之 延伸的DNA分子要如何定向而定。放置在每個電極上溶s 的量可依溶液中DNA、RNA、及/或其他分子的濃度而定。 在決定上述的因數時’所產生的最後結構是很重要的。 ，二^，應該形成一從電極3到電極5的〇·橋接器。容積 的浪度通常是次要的。也可使两流動的溶液。 在溶液應用到第一電極和第二電極以將所需 ，到那些電極上之後，溶液可移除1常，允許溶液Κ :那些電極上-段足约的時間’卩讓一些分子附 '此 電極’來幫助有機結構在二個電極之間的附著。通常，ς 液保持一段大約1 〇分鐘到大約20分鐘的時間。 f 溶液的移除可以許多的方式實#。舉例來說，溶液可洗 =。，如’水此用來洗去溶液。通常，溶液以不包括任何 s附者於-S-Au黏者劑的部分之液體洗去。或者，溶 允許我們沒有應用的熱弄乾。依照一個範例’可使用一空
第17頁 4^67 73 6_ 五、發明說明（15) 氣槍。 圖1 C說明-旦溶液被移除的第—電極3和第二電極5。那 些分子1 7和1 9保持附著在第一電極和第二電極。 在定著分子附著到那些電極之後，延伸在第一 二電二…的結構可應用到該結構，例如圖卜所舉例說 明=有機結構包括DNA的情％，DNA可應用到那些電極上 且隔開在那些電極之間的基體。有 .—奇1 百機結構能應用在溶液 間產生術橋接器的—種方法，揭露在^η 寺在1 9 98年2月1 9曰”自然'，卷391第775 ，，DNA-模板组合洳|恭伊綠从如此弟5 777頁所吸出 此以供#考/和^銀線的電極附著'，，全部内容合併在 A分子（s)的應用到基體和電極 ；I ： f ^ ^ ^ ^ N A ^ , „ „ , ^ ί:::=有機結構，例如定著分子。為了要促成m 刀子而要的疋向對應於那些電極和定戶 述的DNA，延伸在第一带炻知笙__带 卞的如上面所 容…們對齊的第停件^^^^ 愈揚七土 +3片旳惊仵那些條件可包括使DM分子遵從 ;ns *麥。如果使用電場，它可從大約1 04到大約 n 。另一方面，如果使用流場，V可從大則到大.約 l〇〇cm/sec。 J 八.刃 :jD:以特別的方式排列，有助於確保腿分子的 '、恭一固3延伸在第一電極和第二電極之間。通常’在那 f :=之間只形成” DNA橋接器„。另外，通常，沒有 接益會延伸到圖^所顯示的DNA橋接器區域以外。 橋
第18頁 457 73 6 五、發明說明（16) 為了要幫助DNA橋接器（s) DNA。實驗在顯微鏡下完成。 的溶液可從電極的區域清除
D ^ ^ Ί'ΐ- m >i' —一橋接器形成，七八^
κ 包含DNA 在D N A分子（5)結合到第 电检和第 ， 1 4 主少一 R -環可形成在-於第一電極和第二咖 "的—每個DM分子中。通常，和橋接器 電極之間-安排在另-電極，例如 ：= 的:麗分子的一個區域t〜環的形成如上面電:描之。上 e说明延伸在第一電極和第二電極之 其中DNA分子在第三電極u之卜ν π t Λ刀子21 ， 兒棧丨丨之上的DNA分子的區 在R- ^(s)形成之後，一毫微米粒子29可結合到⑽a分 子。毫微米粒子可結合到DNA分子落在R_環裡面的部分， 且不附著到R NA为子。要完成毫微米粒子附著到分子， 可形成毫微米粒子的一懸浮液 '該懸浮液可包括有修改的 表面之毫微米粒子’如上所述。毫微米粒子可以大約〇 . i % 到大約1 0 %的；農度懸浮在水中。 在溶液形成之後’它可實施在R —環之上的區域中。然後 附著到毫微求粒子29的”官能化”核甘酸31及/或原子及，或 分子’可結合到R -環裡面的D N A。圖4說明帶有附著的核甘 |酸3 1之毫微米粒子2 9。在圖4所說明的具體實施例，四個 i核甘酸附著到毫微米粒子β通常，大約1到大約丨〇 〇 〇 〇個核 :甘酸附著到毫微米粒子》附著到毫微米粒子的核甘酸（s ) :可與環裡面一或多個核甘酸互補，如上面的較詳細描
第19頁 4 57 7 3 6 五 '發明說明（π) " ' -- 述。 „ $毫微米粒子上的核甘酸結合到DNA分子的情況，毫微 不=子上的那些核甘酸可氫接合到DNA分子（s)的核甘酸。 『°兄明延伸在苐一電極3和第二電極5之間的DNA分 其中〇NA分子包括帶有一毫微米粒子結合到L環裡面 圖，刀子之R_環。圖5說明MA分子的具體實施例之特寫 乎％r 2匕的雙螺旋線配置中，R一環27附加著RNA 33、毫微 不$子29，而核甘酸31附著到毫微米粒子。 間M 微不粒子（S )附著到延伸在第—電極和第二電極之 的兮a A 子之後’一電傳導材料可提供在DNA分子上。銀 極^ ^之粑例在上面描述。當在延伸於第一電極和第二電 沒右:ϋDN a分子上沉澱銀時，由於銀離子較低的密度， 有足夠銀的催化和沈澱可發生在R_環上β 離子在DNA主幹裡形成帶有4酸鹽離子的#。在雙螺 匕碟酸豊離子的〇_平均地分佈在雙螺旋的周圍、然 動，卷f 的串中密度大约低5〇%。另外，由於熱振 i或，:β稀釋成R_環上的Ag時，它將移動到高密度區 也就疋，雙螺旋區域。 _ 6成明本發明_ i辦咎, » 附著到第—t㈣f ^例，Λ由/細A分子17和19 二電極…㈣：上二：在：：：第-電極3和第 視圖。分子包括一 •匕/鍍一 *傳導材料35之後的頂 来粒子29之卜環27 /有與至少—核甘酸31結合的毫微 的電傳導材。 所顯示的結構造成DNA分子2丨上 ?· 5 5和耄微米粒子之間的電容耦合3?。
第20頁 4 5 T 7 3 6 五、發明說明（18) 圖立兒月圖$所说明具體實施例的斷面圖。當在圖7中可 八中.所°兒月的結構也造成在毫微求粒子和電極1】之鬥 電^合39的形成，它可視為一閉門電極。 間 藉由控W電極、延伸在那些電極之間的DNA分子、β-環、毫微米^粒子、及/或電極和毫微东粒子之間的互相連
^ f /或:1排在延伸於電極之間DNA分子上的電傳導椅料 的數目’各種不同型態的裝置可以依照本發明的結構建 立在本發明結構裡的那些條件也可控制來產生某些效 應舉例來说，在一特定的偏壓，在延伸於第一電極和 了電極之間DNA分子上電傳導材料中的電流，可藉由調節 宅微求雄子裡的電荷而控制。這可如上面參考且在 Seabaugh等人所詳細說明的典型共振隧道裝置一樣完成， 參％、並結合上面的參考D 沿著這些方向’圖8說明包括類似於在圖丨a_丨f所顯示具 體實施例中電極3和5，本發明一具體實施例的二個電極41 和4 3。在圖8描述的具體實施例也包括一有機結構，它至 少包括在電極41和43之間延伸的一 DNA分子45。一電傳導 材料47女排在DNA分子上。DNA分子包括二個環49和51， 母個包4 一宅微米粒子5 3合5 5限制於其間。此外，在圖.8 描寫的具體實施例包括二個電極5 7和5 9，類似於圖丨a _ i f 中所說明的具體實施例裡的電極丨丨，如閘門電極運作，安 排在那些R ''環4 9和5 1及那些相關的毫微米粒子5 3和5 5之 下。在圖8舉例說明的結構可形成一“及”閘。 依照另~個可行的方法，本發明可包括如圖9所說明的
第21頁 457736 五、發明說明（19) 結構。圖9顯示基太卜— 且祐糾沾士 上包括如在圖la-lf所顯示的一個之二 明—具體實施例。如前所述，在圖9描 述之本發明的具體宭 ^ ^ R7。在DQ扣仓u 例’包括二對電極61和63及65和 個至ίΓ::Αΐ體實施例也包括-對有機結構’每-極65和67之間。_Λ469=71分別延件於電極61和63及電 分子69和71上。那八材^J3和75分別安排在那些DM 每備-環分別包括:毫^子母一個包括―卜環77和79， 外，在圖9指寫的具體Λ 子81和83限制於其間。此 圖la-1 f所說明的具體^ ^例包括一電極85和87，類似在 用，安排在那些R-環77 $施例裡的電極11 ，如閘門電極作 83之下。 〇 79及那些相關的毫微米粒子8 1和 在圓9舉例說明的結槿 電極6 1和6 5之間提供一 °形成一或閘。這可藉由分別在 供一電力連接91、和對^力連接89、在電極63和67之間提 95而完成》 ?門電極85和87提供電力連接93和 以上的發明詳述說明歲… 示和描述本發明的較佳I田述發明。另外，所揭露的只顯 要了解本發明能夠使用^粗貫施例，但如先前所提，應該 環境中，…在c不同的其：組合、修改、和 述的教導相當的、及心表達本發明概必的範圍冲、與上 改。此處所插述的具體\關的技術或知識中變更或修 本發明的最佳模態，且你=例企圖進一步解釋所知道實施 本發明此等”戈其他的戽二二熟知該項技藝人士能夠利用 '、體實施例，並以本發明特定應用
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Claims (1)
- 457736 88113652 >年手月曰 修正 -遍 1. 一種用於一毫微米裝置之製造物品，包含： 一有機結構，與結合到該有機結構選定位置上的無機 原子。 2. 如申請專利範圍第1項之製造物品，其中無機原子形 成一電導體。 3. 如申請專利範圍第1項之製造物品，其中有機結構包 括DNA。 4. 一種用於一毫微米裝置之結構，包含： 含有一R-環；和 子，結合到該DNA分子的R -環内部中。 範圍第4項之結構，其中該毫微米粒子是 一DMA分子 一毫微米粒 5. 如申請專利 鐵磁體、鐵電物 6. 如申請專利 體到該R-環的兩 7. 如申請專利 質或一種半導體β 範圍第4項之結構 側。 範圍第5項之結構 其中該結構形成一導 其中毫微米粒子至少 包括一從含有半導體、金屬、與合金的群組中所選出的材 料。 毫微米裝置之結構，包含： 由一生物分子設置；和 子，與生物分子隔開》 自組裝的有機模板以自組裝無機材料之方 法，該方法包含下列步驟： 形成一有機結構；和 在有機結構上的選定位置結合無機原子。 8 . 一種用於一 一電極，藉 一毫微米粒 9. 一種利用一O:\59\59786.ptc 第1頁 2001. 04. 27. 025 457736 -修正 案號 88Π3652 六、申請專利範圍 10. —種用於一毫微米裝置<結構，包含： 一基體； 在該基體上的一第一電極和一第二電極； 一有機分子，延伸在該第一電極和該第二電極之間； 和 一毫微米粒子，結合到該有機分子。 11. 如申請專利範圍第1 0項之結構，其中第一電極和第 二電極是金。 1 2.如申請專利範圍第1 0項之結構，其中有機分子是 MA ° 1 3.如申請專利範圍第12項之結構，其中DNA是雙絞的。 14.如申請專利範圍第12項之結構，其中DNA是λ-DNA。 1 5.如申請專利範圍第1 2項之結構，其中延伸在第一電 極和第二電極之間的DNA分子包括一R-環，且毫微米粒子 結合到R-環之内的DNA分子。 1 6.如申請專利範圍第1 5項之結構，進一步包含： 一 RNA串，與R-環裡面DNA的一串互補。 1 7.如申請專利範圍第1 5項之結構，其中至少一核甘酸 附著在毫微米粒子。 1 8.如申請專利範圍第1 7項之結構，其中該至少一核甘 酸與在R -環裡面DNA分子的至少一核甘酸互補。 1 9.如申請專利範圍第1 7項之結構，其中該至少一核甘 酸與在R-環裡面DNA分子距離第一電極和第二電極相等位 置之至少一核甘酸互補。O:\59\59786.ptc 第2頁 2001.04. 27. 026 457736 索號 88113652 ?g年夺月曰 修正 六、申請專利範圍 2 0.如申請專利範圍第1 0項之結構，進一步包含： 一有機分子，結合到第一電極和第二電極的一表面。 2 1.如申請專利範圍第2 0項之結構，其中結合到第一電 極和第二電極的表面之有機分子是DNA。 22.如申請專利範圍第2 0項之結構，其中結合到第一電 極和第二電極的表面之DNA分子是硫磺結束的和單絞的。 2 3,如申請專利範圍第2 1項之結構，其中結合到第一電 極的DNA分子與結合到第二電極的DNA分子有不同的順序。 2 4.如申請專利範圍第2 1項之結構，其中結合到第一電 極和第二電極的DNA分子包含五到二十個基對。 2 5.如申請專利範圍第1 7項之結構，其中延伸在第一電 極和第二電極之間的有機分子是DNA。 2 6.如申請專利範圍第2 5項之結構，其中延伸在第一電 極和第二電極之間的MA分子包括一R-環，且毫微米粒子 結合到R -環之内的DNA分子。 2 7.如申請專利範圍第2 6項之結構，進一步包含： 一RNA串，與R-環裡面MA的一串互補。 2 8.如申請專利範圍第2 6項之結構，其中至少一核甘酸 附著在毫微米粒子。 2 9.如申請專利範圍第2 8項之結構，其中該至少一核甘 酸與在R -環裡面DNA分子的至少一核甘酸互補。 3 0 .如申請專利範圍第2 8項之結構，其中該至少一核甘 酸與在R-環裡面MA分子距離第一電極和第二電極相等位 置之至少一核甘酸互補。O:\59\59786.ptc 第3頁 2001. 04. 27. 027 457 73 6 _案號88113652 和年爭月曰 修正_；_ 六、申請專利範圍 31. 如申請專利範圍第25項之結構，其中延伸在第一電 極和第二電極之間的DMA分子是雙絞的。 32. 如申請專利範圍第25項之結構，其中DNA是λ-DNA。 3 3.如申請專利範圍第2 1項之結構，其中延伸在第一電 極和第二電極之間的DNA分子包括與結合到第一電極和第 二電極表面的那些DNA分子混合的黏稠終端。 3 4.如申請專利範圍第1 0項之結構，進一步包含： —電傳導材料，在延伸於第一電極和第二電極之間的 有機分子上。 3 5.如申請專利範圍第3 4項之結構，其中該電傳導材料 包括結合到DNA分子的磷酸鹽集團的銀離子。 3 6 .如申請專利範圍第3 4項之結構，其中該電傳導材料 包括DNA分子上的金屬銀" 3 7.如申請專利範圍第1 0項之結構，進一步包含： 一第三電極，在第一電極和第二電極之間的基體上。 3 8 .如申請專利範圍第3 7項之結構，其中第三電極與第 一電極和第二電極距離相等。 3 9.如申請專利範圍第3 7項之結構，其中第三電極有一 大約100 nm到大約5000 nm的寬度。 4 0.如申請專利範圍第3 7項之結構，其中第三電極有一 小於1 00 nm的寬度。 41.如申請專利範圍第37項之結構，其中第三電極與延 伸在第一電極和第二電極之間的有機分子成垂直。 4 2.如申請專利範圍第3 7項之結構，其中有機分子與第O:\59\59786.ptc 第4頁 2001. 04. 27. 028 457736 _案號88113652 ?〇年夺月4日 修正_ 六，申請專利範圍 三電極接觸。 4 3.如申請專利範圍第I 0項之結構，其中那二個電極分 開大約1 // m到大約1 0 0只m的距離。 44.如申請專利範圍第1 0項之結構，其中第一電極和第 二電極由包含金的材料作成。 4 5.如申請專利範圍第1 0項之結構，其中第一電極和第 二電極是以一無氧化物材料作成。 4 6.如申請專利範圍第1 0項之結構，其中第一電極和第 二電極以彼此面對的銳利尖端結束。 4 7.如申請專利範圍第1 0項之結構，其中基體是以一包 含玻璃的材料作成。 4 8.如申請專利範圍第1 0項之結構，進一步包含： 一第四電極，設置在第一電極和苐二電極之間。 49.如申請專利範圍第48項之結構，其中第四電極有一 大約100 nm到大約5000 nm的寬度。 5 0 .如申請專利範圍第4 8項之結構，其中第四電極有一 小於100 nm的寬度。 5 1.如申請專利範圍第4 8項之結構，其中第四電極與延 伸在第一電極和第二電極之間的有機分子成垂直。 5 2 .如申請專利範圍第4 8項之結構，其中有機分子與第 三電極及第四電極接觸。 53.如申請專利範圍第52項之結構，其中那些電極和延 伸在第一電極和第二電極之間的有機分子形成一 “及” 閘。O:\59\59786.ptc 第5頁 2001.04.27.029 4 57 73 6 案號88113652 年斗Ά2!曰 修正 圍 含 包 步1 進 構 結 之 項 ο TX 第 圍 範 利 專 請 S申 *# JnJ 口 專 請4. 申 5 % 六 間 之 極 四 •，第 極和 電極 四電 第三 一第 和在 極伸 電延 三 ， 第子 一分 的機 上有 體二 基第 在一 和 合5 第 結目五 圍 ，色第子：：一 粒.I的 專 米 b 上 έ請— 微 毫 基 1 h在 fra 第 和 極 電一 第 在 分 至 機構纟有士，排 二J安 之 第項’ 到u極 含 包 步 第 和 極 電 三 第 在 少 至 成 •tr 安， 極 電 六 第1 和的 .，上 間體 之基 極在 r^s* 間 之 極 電 四 中 其 構 結 之 項 5 5 第 圍 範 利 專 請 申 如 或1 成 和形 ，以 觸起 接一 極在 電接 六連 第力 和電 極子 電分 五機 第有 與些 子那 分和 機極 有電 些些 ρ β— 男男 閘 第 和 極 電一 第 中 其 構 結 之 項 6 5 第 圍 範 利 專 請 申 如 一極 中電 其三 之第 極到 電接 四連 第力 和電 極個 電一 三另 第的 到極 接電 連二 力第 個極 一電 的一 中第 極而 電， 二個 個一 另 的 極 ιί^ΐιΊ 四 第 和 含 包 步 進 構 結 之 項 ο 1X 第 圍 範 利 專 請 申 如 子 分 機 有 到 合 結 子 粒 米 微 毫 個 多 驟 步 含 包 法 方 之 置 裝 米 微 毫一 造 種 和 子 分 機 有一 延 極極間 電電之 一二極 第第電 一 一二 成成第 形形和 上上極 體體電 基基一. 一 一第 在在在O:\59\59786.ptc 第6頁 2001.04. 27.030 4 57 7 3 6 _案號88113652_和年卒月之7曰 修正_ 六、申請專利範圍 插入至少一毫微米粒子到有機分子中的至少一位置之 内。 60. 如申請專利範圍第59項之方法，進一步包含步驟： 在有機分子上安排一電傳導材料。 61. 如申請專利範圍第59項之方法，進一步包含步驟： 在第一電極和第二電極上安排一有機分子。 6 2.如申請專利範圍第6 1項之方法，其中延伸在第一電 極和第二電極之間、且沉澱在第一電極和第二電極上的有 機分子是MA分子。 63.如申請專利範圍第62項之方法，其中： 那些附著到第一電極和第二電極的MA分子是單絞、 硫磺終結的，包含從大約五個到大約二十個基，且有不同 的基之順序；和 延伸在第一電極和第二電極之間的D N A分子包括黏稠 終端，與附著到第一電極和第二電極的DNA分子互補並混 合。 6 4.如申請專利範圍第6 2項之方法，進一步包含下列步 驟： 附著那些DNA分子到第一電極和第二電極；和 將延伸於第一電極和第二電極之間的Μ A分子，與附 著在第一電極和第二電極的DNA分子結合。 65.如申請專利範圍第64項之方法，進一步包含下列步 驟： 在延伸於第一電極和第二電極之間的Μ A分子中，使O:\59\59786.ptc 第7頁 2001.04.27. 031 457 736 _案號88113652_年f月曰 修正_ 六、申請專利範圍 用與延伸於第一電極和第二電極之間的DNA分子的至少一 部分互補之至少一RNA串，形成至少一R-環；和 附著一毫微米粒子到每個未附著到一:RNA分子之R-環 裡的DNA之一部分。 66.如申請專利範圍第63項之方法，其中在苐一電極和 第二電極上沉澱一有機分子的步驟包含下列步驟： 準備一要附著到第一電極之MA分子的溶液； 準備一要附著到第二電極之DNA分子的溶液； 將第一溶液放在電極其中一個之上，而將第二溶液放 在電極的另一個之上，以允許一硫磺集團附著到電極；和 洗去溶液。 6 7.如申請專利範圍第6 6項之方法，進一步包含下列步 驟： 將一DNA分子的溶液散佈在第一電極和第二電極間、 於第一電極和第二電極之間的基體之上；和 在第一電極和第二電極之間，排列要延伸在第一電極 和第二電極之間的D N A分子。 68. 如申請專利範圍第67項之方法，其中DNA分子藉由在 那二個電極之間感應一流場的電場而排列。 69. 如申請專利範圍第68項之方法，進一步包含下列步 驟· 在延伸於第一電極和第二電極之間的DNA分子中，使 用與延伸於第一電極和第二電極之間的D N A分子的一部分 互補之一 MA串，於第一電極和第二電極之間形成一 R-O:\59\59786.ptc 第8頁 2001.04.27. 032 457736 t __索號88113652 和年f月Θ曰 修正_ 六、申請專利範圍 環；和. 附著毫微来粒子到未附著到RNA分子之R-環裡的DNΑ之 一部分。 70. 如申請專利範圍第69項之方法，進一步包含下列步 驟： 在將之附著到R-環裡面的DNA之前，以互補於DNA環在 R -環裡面之部分的至少一基的至少一核甘酸，官能化毫微 米粒子。 71. 如申請專利範圍第70項之方法，進一步包含下列步 輝： 形成毫微米粒子的一懸浮液；和 在延伸於第一電極和第二電極之間的DNA分子上，散 佈毫微米粒子的懸浮液。 72. 如申請專利範圍第71項之方法，進一步包含下列步 驟： 在延伸於第一電極和第二電極之間的DNA分子上沉澱 一電傳導材料。 7 3.如申請專利範圍第7 1項之方法，其令該電傳導材料 透過將基體浸入一含銀溶液而沉澱在延伸於第一電極和第 二電極之間的DNA分子上，以形成帶有DNA分子的磷酸鹽集 團之銀鹽，該方法進一步包含下列步驟： 分解沉澱在延伸於第一電極和第二電極之間的D N A分 子上的銀鹽成為金屬銀。 74,如申請專利範圍第73項之方法，其中銀鹽的分解包O:\59\59786.ptc 第9頁 2001.04. 27. 033 457736 _案號88113652 %年夺月曰 修正_ 六、申請專利範圍 含下列步驟： 將銀鹽接觸一分解作用劑。 75. 如申請專利範圍第74項之方法，其中銀鹽的分解包 含下列步驟： 將銀鹽接觸對苯二酚/0H-接著對苯二酚/H+。 76. 如申請專利範圍第60項之方法，進一步包含下列步 驟： 在第一電極和第二電極之間的基體上提供一第三電 極。 7 7 .如申請專利範圍第7 6項之方法，進一步包含下列步 驟： 在有機分子上的電傳導材料和第三電極之間形成電容 耦合。 78.如申請專利範圍第76項之方法，進一步包含下列步 驟： 電力連接有機分子上的電傳導材料和第三電極，以形 成一或閘。 7 9 .如申請專利範圍第6 0項之方法，進一步包含下列步 驟： 在基體上提供一第三電極和一第四電極； 在第三電極和第四電極之間延伸一第二有機分子；和 至少一毫微米粒子結合到該第二有機分子。 80.如申請專利範圍第77項之方法，進一步包含下列步 驟：O:\59\59786.ptc 第10頁 2001.04. 27. 034 457736 _案號88113652 ^年令月巧日 修正_ 六、申請專利範圍 在安排至少在第一電極和第二電極之間的基體上，提 供一第五電極；和 在安排至少在第三電極和第四電極之間的基體上，提 供一第六電極。 81. 如申請專利範圍第79項之方法，進一步包含下列步 驟： 電力連接那些有機分子和那些電極，以形成一或閘。 82. 如申請專利範圍第79項之方法，進一步包含下列步 驟： 電力連接第一電極和第二電極中的一個到第三電極和 第四電極之其中一個；和 電力連接第一電極和第二電極的另一個到第三電極和 第四電極中的另一個。 8 3.如申請專利範圍第5 9項之方法，其中多個毫微米粒 子插入到有機分子上的多個位置中。 84. —種用以控制一裝置之方法，該裝置包括一基體、 該基體上的一第一電極和一第二電極、一延伸在第一電極 和第二電極之間的有機分子、一結合到有機分子的毫微求 粒子、和在有機分子上的一電傳導材料，該方法包含下列 步驟： 在電傳導材料中產生一偏壓；和 調整毫微米粒子中的電荷，以促成電傳導材料中的電 流改變。O:\59\597E6.ptc 第11頁 2001. 04. 27. 035
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