電気化学分子層エピタキシーによる分子認識機能界面の創成

电化学分子层外延创建分子识别功能界面

• 批准号: 11118246
• 负责人: 田畑 仁
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
• 财政年份: 1997
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1997 至 1999
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11118246/
• 关键词: 構造規制電極; 電気化学STM; トンネル顕微鏡; DNA; 電気二重層; バリアハイト; STS

本研究の目的は、電気化学セルと文字どおり原子レベルでの実空間分解能を持つ走査プローブ顕微鏡を組み合わせた電気化学STM/AFMにより、原子レベルで構造および表面状態を規制した界面を形成することである。対象として究極の分子情報材料であるDNA分子を選定した。DNA分子の電気伝導現象の解明は、分子生物学、遺伝子工学上極めて重要なテーマである。さらに半導体分野で使用されているリソグラフィ電極パターニング技術を組み合わせることにより構造規制界面上へ、DNA分子を任意の配向で配列、固定し、特定の分子を認識できる高感度化学センサ、高密度メモリ実現のための基礎研究を行った。アデニンとチミンのみから構成されるDNA分子と、グアニンとシトシンのみから構成されるDNA分子を用いた。DNA溶液が1x10^<-8>M以下の薄い濃度では、約1000-3000塩基対の長さを持つDNA1分子が孤立して、基板上に固定された。一方1x10^<-8>M以上の濃度になると、特徴的な2次元のDNAネットワーク構造が形成された。ネットワークの網一本はDNA1分子から構成されており、極めて2次元性の高い構造を形成することが可能であることが分かった。上記の最適条件下でDNA分子の電気特性評価を行ったところ、極めて興味深い結果が得られた。(poly A+poly T)、(poly A-T)、(poly G+poly C)、(poly G-C)の4種の中で、グアニンとシトシンから構成されるDNA2重鎖分子においてp型の電気伝導が、アデニンとチミンから構成される分子においてはn型の電気伝導が得られた。この全く対照的な差異は4種類の塩基の酸化還元電位に対応していることは、大変興味深い。

这项研究的目的是利用电化学 STM/AFM 在原子水平上形成具有受控结构和表面条件的界面，该方法结合了电化学电池和具有原子水平真实空间分辨率的扫描探针显微镜。我们选择了最终的分子信息材料——DNA分子，作为我们的目标。阐明DNA分子中的导电现象是分子生物学和基因工程中极其重要的主题。此外，通过结合半导体领域中使用的光刻电极图案化技术，DNA分子可以在结构调节界面上以任意方向排列和固定，从而实现能够识别特定分子的高灵敏度化学传感器和高密度存储器。为此目的。他们使用仅由腺嘌呤和胸腺嘧啶组成的DNA分子，以及仅由鸟嘌呤和胞嘧啶组成的DNA分子。当DNA溶液的稀释浓度为1×10 6 -8 M或更低时，分离出一个长度约为1000-3000个碱基对的DNA分子并固定在基底上。另一方面，在高于1×10^-8M的浓度下，形成特征性二维DNA网络结构。研究发现，每个网络都由一个DNA分子组成，并且有可能形成极其二维的结构。当我们在上述最佳条件下评估DNA分子的电学特性时，我们得到了非常有趣的结果。在（聚A+聚T）、（聚A-T）、（聚G+聚C）和（聚G-C）四种类型中，在由鸟嘌呤和胞嘧啶组成的DNA双链分子中观察到p型导电，由腺嘌呤和胸腺嘧啶组成的分子获得了n型导电性。非常有趣的是，这种完全对比的差异对应了四种碱基的氧化还原电位。

项目成果

T. Kanno: "Real space observation of double-helix DNA structure using a low temperature scanning tunneling microscopy"Jpn. J. Appl. Phys.. 38. L606-L607 (1999)

T. Kanno：“使用低温扫描隧道显微镜对双螺旋 DNA 结构进行真实空间观察”Jpn。

内村幸一郎: "化学修飾原子間力顕微鏡を用いた分子間力測定によるDNA分子間結合力の評価"真空. 3巻. 102 (1999)

Koichiro Uchimura：“通过使用化学改良原子力显微镜测量分子间力来评估 DNA 分子间键合力”，真空，第 3 卷，第 102 卷。

Y. Maeda: "Controlled conjugation of nanoparticles with single stranded DNA"J. Nac. Sci. Technol. B. 17(2). 494-496 (1999)

Y. Maeda：“纳米颗粒与单链 DNA 的受控缀合”J。