DNA分子の電気特性

DNA分子的电学特性

• 批准号: 04F04655
• 负责人: 荒川 泰彦
• 金额: $ 0.77万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-04F04655/
• 关键词: DNA; DNA分子の電気特性; 超高真空走査トンネル顕微鏡

DNA研究は、現在、ナノエレクトロニクスの重要なファクターとなりつつある。特に二重らせん構造中の塩基対軌道がオーバーラップすることにより発生する導電性については多くの研究者の興味を集めている。DNA分子による電荷移動は光学的測定によって最近実証されており、現在DNA中の電荷移動メカニズムはsuperexchange、hopping、polaronによるものと考えられている。しかしDNAの電子的特性の詳細については、未だ多くの議論の的となっており、その特性は、接触、DNA形式、シーケンス長および測定環境によって、絶縁体、半導体、導電体あるいは超伝導材料とおおきく変化する。このことは理論的にも、接触、シーケンスおよび環境がDNA分子の電子輸送に著しく影響することが示されている。従って、このDNAの導電性を実験的に詳しく調べることは極めて意義深いものであり、それを用いた将来のデバイス実現のためには不可欠である。DNAの電子的特性を調べるために、その環境として、ガラス、金基板、さらにGaAs基板を用いて、さらにその接触を良くするための最適な溶媒を調べ、DNA形式およびシーケンス長の違うDNAを用意して、詳細に研究を行った。その結果、超高真空走査トンネル顕微鏡(STM)を用いて、走査トンネル分光(STS)測定を行うことにより、初めて、単一DNA分子の電子特性測定に成功した。サンプルとSTM探針の距離を変化させることにより、それぞれの距離に対応した電圧・電流曲線を再現性良く得ることができた。この測定から得られたバンドギャップ値は、2.88eVで、理論的に予測された値である3.0eVと良く一致した。この得られたバンドギャップ値は、二重らせん構造に沿ったヌクレオシド分布の不均一性によるものと考えられる。さらにDNA分子中の電荷輸送にDNA緩衝液中の対イオンが重要な役割を果たすことがわかった。本研究は、再現性のよい測定手法を確立したことで極めて有意義であり、また形式およびシーケンス長の違うDNAを系統的に測定することにより、将来、研究者、技術者が参照できる基礎的なデータベースを構築すること可能であることを示した点は、今後の科学技術の発展、とくにバイオナノテクノロジーの進展に大いに寄与するものである。

DNA研究现在已成为纳米电子学的重要因素。许多研究人员对双螺旋结构中的重叠基对轨道产生的电导率特别感兴趣。最近通过光学测量证明了通过DNA分子的电荷转移，目前据信DNA中的电荷转移机制是由于superexchange，Hopping和Polaron引起的。然而，DNA的电子性质的细节仍然存在很多争论，其特性因绝缘体，半导体，导体或超导材料而异，具体取决于接触，DNA类型，序列长度和测量环境。从理论上表明，接触，序列和环境会显着影响DNA分子的电子转运。因此，实验详细研究该DNA的电导率是非常有意义的，对于使用它的将来的设备实施至关重要。为了研究DNA的电子特性，我们使用玻璃，金底物和GAAS底物作为环境，进一步研究了改善接触的最佳溶剂，并制备了不同DNA格式和序列长度的DNA，并进行了详细的研究。结果，使用超高真空扫描隧道显微镜（STM）进行了扫描隧道光谱法（STS）测量，并且首次能够成功地测量单个DNA分子的电子特性。通过改变样品和STM探针之间的距离，可以获得与每个距离相对应的电压和电流曲线，具有良好的可重复性。从该测量中获得的带隙值为2.88 eV，这与理论预测值3.0 eV非常吻合。该获得的带隙值被认为是由于沿双螺旋结构的核苷分布的异质性。此外，发现DNA缓冲液中的柜台在DNA分子中的电荷转运中起重要作用。这项研究非常有意义，因为它已经建立了一种高度可再现的测量方法，并且还表明，通过系统地测量不同格式和序列长度的DNA，可以构建一个基本的数据库，研究人员和工程师将来可以引用该数据库，这将极大地为科学和技术的未来发展，尤其是BionAnotechnology的发展。