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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17710099/
• 关键词: DNA; 電荷移動制御; 三重鎖; pH効果; DNA固定化電極; 光電流; 機能性人工DNA; DNA三重鎖; 金電極; 光電流応答; DNA; 電荷移動制御; 三重鎖; pH効果; DNA固定化電極; 光電流; 機能性人工DNA; DNA三重鎖; 金電極; 光電流応答

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。

预计DNA双链可以用作纳米大小的导体，因为建议它们可以用作电荷传递载体。先前的研究表明，DNA上的电荷转移反应被特定的三重形成大大抑制。在这项研究中，我们试图构建一个分子系统，该系统可通过控制三链形成可逆地控制DNA上的电荷转移。在2005财年，由于温度变化而导致的三环形成控制了电荷转移控制。今年，我们试图使用与pH变化相关的三线形成和解离来控制DNA电荷转移。通过胞嘧啶碱基的质子化稳定形成了DNA三心脏。因此，需要酸性条件才能形成三，而中性和基本条件迅速分离为双链体。首先，当我们研究pH 5.5时DNA上的远程光氧化反应时，由于DNA上的电荷转移，几乎不会发生DNA裂解。这表明形成稳定的三重结构可有效抑制电荷转移。另一方面，当将pH提高到7.7并进行相同的实验时，确认了电荷转移的DNA裂解。这表明，通过使pH碱基，三重链分解为双链，并恢复了电荷传递效率。接下来，通过直接测量固定在金电极上的DNA上流动的电流来检查pH对DNA对DNA的影响。当在pH 5.5和7.7的条件下测量电流时，如切割实验中时，在酸性条件下流动的电流不多，并且当使电流成为基本电流时，电流的流动增加。此外，当使用盐酸和氢氧化钠水溶液交替pH条件时，发现电流的量增加或减少，响应于pH。换句话说，已经证明，通过更改pH，可以构建用于DNA电荷传输的开关开关。