導電性のオン・オフ機能をもつDNAナノデバイスの開発

开发具有导电开/关功能的DNA纳米器件

基本信息

批准号：
17710099
负责人：
田邉一仁
金额：
$ 2.24万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

DNA二重鎖は、電荷移動のキャリアとなり得ることが示唆されてから、ナノサイズの導線として応用できるのではないかと期待されている。従来までの研究から、DNA上電荷移動反応は、特異的な三重鎖形成により大きく抑制されることが分かっていた。本研究では、三重鎖形成制御を通じて、DNA上電荷移動を可逆的に制御する分子システムの構築を試みている。平成17年度度は、温度変化による三重鎖形成制御を用いて、電荷移動制御に成功した。本年度は、pH変化に伴う三重鎖形成および解離を用いて、DNA電荷移動の制御を試みた。DNA三重鎖はシトシン塩基部のプロトネーションを経て安定に形成される。従って、三重鎖形成には酸性条件が必要となる一方、中性条件および塩基性条件では、速やかに二重鎖へと解離する。まず、pH5.5で、DNA上遠隔光酸化反応を調べたところ、DNA上の電荷移動に伴うDNA切断はほとんど起こらなかった。このことは、安定に三重鎖構造が形成された結果、電荷移動が効果的に抑制されたことを示している。一方、pHを7.7にあげて、同様の実験を行なうと電荷移動を示すDNAの切断が確認された。このことは、pHを塩基性にすることによって、三重鎖が二重鎖へと解離し、電荷移動効率が回復したことを示している。続いて、金電極上に固定化したDNA上を流れる電流を直接測定することによって、DNA上電荷移動に対するpH効果を調べた。pH5.5および7.7の条件で、電流量を測定したところ、切断実験と同じく酸性条件では、電流はあまり流れず、塩基性にすることによって流れる電流が増加した。また、pH条件を塩酸と水酸化ナトリウム水溶液を用いて、交互に変えたところ、pHに対応して電流量が上下することがわかった。すなわち、pHを変化させることによってDNA上電荷移動のオン・オフスイッチを構築できることを実証した。

由于DNA双链被认为可以作为电荷转移的载体，因此人们希望它们可以用作纳米尺寸的导线。先前的研究表明，特定三链体的形成极大地抑制了 DNA 上的电荷转移反应。在这项研究中，我们试图构建一个分子系统，通过控制三链体的形成来可逆地控制 DNA 上的电荷转移。 2005年度，我们通过温度变化控制三链形成，成功控制了电荷转移。今年，我们尝试利用与 pH 变化相关的三链体形成和解离来控制 DNA 电荷转移。 DNA 三链体通过胞嘧啶碱基的质子化稳定形成。因此，虽然三链体形成需要酸性条件，但中性和碱性条件会快速解离成双链。首先，当我们研究 pH 5.5 下 DNA 上的远程光氧化反应时，我们发现几乎没有由于 DNA 上的电荷转移而发生 DNA 裂解。这表明由于三链结构的稳定形成，电荷转移被有效抑制。另一方面，当将pH升至7.7进行类似的实验时，观察到显示电荷转移的DNA切割。这表明通过使pH呈碱性，三链体解离成双链体并且电荷转移效率得以恢复。接下来，我们通过直接测量固定在金电极上的 DNA 上流动的电流来研究 pH 对 DNA 电荷转移的影响。当在pH 5.5和7.7的条件下测量电流量时，如在切割实验中那样，在酸性条件下流动的电流不大，但是当条件设为碱性时电流增加。此外，当使用盐酸和氢氧化钠水溶液交替改变pH条件时，发现电流量响应于pH而增加和减少。换句话说，我们证明可以通过改变 pH 值来构建用于 DNA 电荷转移的开关。