JP2004533116A - 化学的に組み立てられたナノスケール回路素子 - Google Patents
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Abstract
本発明は、支持構造としてDNA分子を用いる、電気回路を含むナノ-スケールデバイスを提供する。DNA結合性タンパク質は、金属がDNAを被覆するのと同様な材料として、DNAの領域をマスクするために用いられる。本発明には、DNAベースのトランジスタ、キャパシタ、インダクタ及びダイオードが含まれる。また本発明は、支持構造としてDNA分子を用いた集積回路を形成する方法も提供する。また、DNAベースのトランジスタ、キャパシタ、インダクタ及びダイオードを形成する方法も含まれる。
Description
【技術分野】
【０００１】
本出願は、1998年5月20日に出願された米国仮出願第60/086163号および1998年8月3日に出願された米国仮出願第60/095096号の利益を請求する、1999年5月20日に出願された米国特許出願第09/315750号の利益を主張するものである。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
コンピュータチップの設計は急速なペースで開発されてきた。ムール法（Moore's law）によると、コンピュータチップ上に製造できるスイッチの数は、18カ月毎に二倍になってきた。今やチップは、100万個のトランジスタを保持できる。しかしながら現在の技術を用いてチップ上の素子の数を増加させることはますます困難になりつつある。現在の速度では、シリコンベースのチップの理論的限界に今後数年で到達するであろう。マイクロチップのデータ保存能力及び処理能力はチップ上に製造された素子の数によって決まってくるため、より高度な挙動性を示すチップの開発を可能にする新しい技術が要求される。
【０００３】
また現在のチップ技術は、ワイヤーがチップ上で交差する必要がある場合に限界が生じる。ほとんどの場合、コンピュータチップの設計は二次元に制限されている。回路が別の回路と交差しなくてはならない度に、別の層をチップに追加しなくてはならない。これによってチップを得るコストが上昇するとともに、スピードが小さくなる。
【０００４】
標準的なシリコンベースの相補形金属酸化物半導体（「CMOS」）デバイスに代わる多くの代替物が提案されており、それには単一電子トランジスタ、量子細胞オートマトン、ニューロネットワーク、及び分子論理装置が含まれる（Chenら、Appl. Phys. Lett. 68: 1954 (1996)、Tougawら、J. Appl. Phys. 75: 181 (1994)、Caldwellら、Science 277: 93 (1977)、Mead. Proc. IEEE 78: 1629 (1990)、Hopfiledら、Science 233: 625 (1986)、Aviram. et al/. Chem. Phys. Lett. 29: 277 (1974)、及びPettyら編、Introduction to Molecular Electronics (Edward Amond. London. 1995)参照）。共通の目的は、ナノメートルスケールで論理装置を製造することである。このようなディメンジョンは、集積回路というより、通常分子が関連する。
【０００５】
本出願は、1998年5月20日に出願された米国仮出願第60/086163号および1998年8月3日に出願された米国仮出願第60/095096号の利益を請求する、1999年5月20日に出願された米国特許出願第09/315750号の利益を主張するものである。
【０００６】
DNA分子は、100ナノメートルスケールの銀ワイヤーを形成するための支持構造として近年用いられている（参照文献として本明細書に組み入れられる、Braunら、「DNA-Templated Assembly and Electrode Attachment of a Conducting Silver Wire」 Nature 391: 775-78 (1998)、PCT出願WO 99／04440号参照）。さらにDNA分子は、チップ上でDNA-ワイヤーの末端が相補性核酸配列に特異的に結合することを可能にする。これらのワイヤーの大きさが小さいため、回路で利用される電圧のレベルを低く、作動温度と磁界強度を小さく、且つ回路を高速化できる。
【０００７】
本出願は、1998年5月20日に出願された米国仮出願第60/086163号および1998年8月3日に出願された米国仮出願第60/095096号の利益を請求する、1999年5月20日に出願された米国特許出願第09/315750号の利益を主張するものである。
【０００８】
コンピュータチップの集積回路は、レジスタ、キャパシタ、及びトランジスタなどの膨大な構造を必要とする。したがってワイヤーを100ナノメートルレベルに減少させることは、集積回路の大きさを小さくすることにいくらかはつながるが、この改良法は他の構成要素の大きさによって制限される。
【０００９】
また核酸分子から誘導したアセンブリは、三次元構造の合成法を目指すにおいて利点がある。インダクタは三次元構造であるためにそれらを従来のチップ上に構成することはできない。分子生物学は分子レベルで核酸分子を操作するツールを提供している。また核酸分子は、現存する技術を用いてほとんどそっくりにすばやく複製できるため、別の利点も提供する。さらに核酸分子はその構造に情報を保存でき、複雑な回路を形成することを目指して使用できる。
【００１０】
また「DNAコンピュータ」は最近の文献にも記載されていて、そこでは化学反応による計算が行われている（Adelman, Science 266: 1021 (1994)、この文献は参照文献として本明細書に組み入れられる）。この方法は、核酸分子を合成し、共に反応させなくてはならず、また適当な「成果物（result）」を単離して配列決定しなくてはならないため利用に制限を受ける。そのためこの技術を日常的に応用する場合、どのように利用できるかは明らかになっていない。
【００１１】
したがって、集積回路の素子がナノスケールで製造されうるような、集積回路構成部分を製造する新規な方法が求められている。さらに集積回路の形成において、DNAの情報をコードする能力の利点を採用することにも要求が存在している。
【発明の開示】
【００１２】
発明の概要
本発明は、核酸結合分子をその核酸分子の結合部位に結合させる段階、該核酸分子の非保護領域を材料で被覆する段階、及び該核酸分子から該核酸結合分子を除去する段階によって、核酸分子の領域をマスクする方法を提供する。
【００１３】
また鋳型として核酸分子を用いてナノースケールデバイスを製造する方法も、核酸分子の鋳型を得る段階、核酸結合分子を用いて該鋳型の一つの領域または複数の領域を保護する段階、非保護領域を第1材料で被覆する段階、該核酸結合分子を除去する段階、および該鋳型の非保護非被覆領域を第2材料で被覆してナノ-スケールデバイスを形成する段階によって提供される。
【００１４】
また鋳型として核酸分子を用いて回路素子を製造する方法も、核酸分子の鋳型を得る段階、核酸結合分子を用いて該鋳型の一つの領域または複数の領域を保護する段階、非保護領域を第1材料で被覆する段階、該核酸結合分子を除去する段階、および該鋳型の非保護非被覆領域を第2材料で被覆して回路素子を形成する段階によって提供される。なおこの第2の電気伝導性または絶縁性の材料は、第1の電気伝導性または絶縁性の材料とは異なる。
【００１５】
本発明の別の態様は、鋳型の二箇所またはそれ以上の箇所の領域が異なる材料で被覆されているような核酸鋳型を持つ回路素子である。
【００１６】
また本発明は、それぞれ核酸分子の鋳型を持っているレジスタ、キャパシタ、インデューサ、及びトランジスタを提供する。
【００１７】
さらに別の本発明の態様は、半導体を核酸分子に適用することによって回路素子を形成する方法である。
【００１８】
本発明の他の態様は、テンプレートの2つ以上の領域が互いに異なる材料で被覆されている核酸テンプレートを有する回路素子である。
【００１９】
本発明の他の態様は、第2の材料によって分離された第1の材料を有するレジスタである。第2の材料は、第1の材料と異なる比抵抗を有し、第1および第2の材料は、共通の核酸テンプレート・コアを有する。
【００２０】
本発明の他の態様は、少なくとも1つの抵抗材料と一対の少なくとも部分的に導電性のリード線とを有するレジスタである。各リード線は、抵抗材料に結合されており、抵抗材料およびリード線対は核酸テンプレート・コアを有する。
【００２１】
本発明の他の態様は、第2の種類の半導体材料に隣接する第1の種類の半導体材料を有するダイオードである。第1および第2の種類の半導体材料は共通の核酸テンプレート・コアを有する。
【００２２】
本発明の他の態様は、第2の種類の半導体材料に隣接する第1の種類の半導体材料と、一対の少なくとも部分的に導電性のリード線とを有するダイオードである。各リード線は第1の種類の半導体材料と第2の種類の半導体材料の一方に結合されており、第1および第2の種類の半導体材料ならびにリード線対は核酸テンプレート・コアを有する。
【００２３】
本発明の他の態様は、誘電体によって分離された一対の少なくとも部分的に導電性のプレートを有するキャパシタであって、各プレートが核酸テンプレート・コアを有するキャパシタである。
【００２４】
本発明の他の態様は、核酸テンプレート・コアを有する誘電体によって分離された一対の少なくとも部分的に導電性のプレートを有するキャパシタである。本発明の他の実施形態は、第2の材料によって分離された第1の材料を有するトランジスタである。第1および第2の種類の半導体材料は、共通の核酸テンプレートを有する。
【００２５】
本発明の他の態様は、第1の種類の半導体材料を分離する第2の種類の半導体材料を有するトランジスタである。複数の少なくとも部分的に導電性のリード線はそれぞれ、第1の種類の半導体材料と第2の種類の半導体材料の一方に結合されている。第1および第2の種類の半導体材料ならびにリード線は核酸テンプレート・コアを有する。
【００２６】
本発明の他の態様は、少なくとも部分的に導電性の材料のコイルを持つインデューサであって、コイルが核酸テンプレート・コアを有するインデューサである。
【００２７】
本発明の他の態様は、レジスタを製造する方法である。この方法は、核酸結合分子を用いて核酸分子テンプレートの少なくとも1つの領域を保護する段階と、核酸分子テンプレートの保護されていない領域を第1の導電材料で被覆する段階と、保護されている領域から核酸結合分子を除去する段階と、保護されている領域を、第1の導電材料と異なる比抵抗を有する第2の導電材料で被覆する段階とを含む。
【００２８】
本発明の他の態様は、ダイオードを製造する方法である。この方法は、2つ以上の核酸結合分子を用いて核酸分子テンプレートの少なくとも1つの領域を保護する段階と、核酸分子テンプレートの保護されていない領域を導電材料で被覆する段階と、保護されている領域の一部から少なくとも1つの核酸結合分子を除去する段階と、保護されている領域の一部を、第1の種類の導電材料で被覆する段階と、保護されている領域の任意の残りの部分から任意の残りの核酸結合分子を除去する段階と、保護されている領域の残りの部分を第2の種類の半導体材料で被覆する段階とを含む。
【００２９】
本発明の他の態様は、キャパシタを製造する方法である。この方法は、核酸分子テンプレートの互いに平行な領域を導電材料で被覆する段階を含み、被覆される互いに平行な領域はそれぞれ、リード線に結合される。
【００３０】
本発明の他の態様は、キャパシタを製造する他の方法である。この方法は、核酸分子テンプレートの互いに平行な領域間の核酸分子テンプレートの誘電領域を少なくとも1つの核酸結合分子によって保護する段階と、誘電領域の周りの核酸分子テンプレートの保護されていない互いに平行な領域を導電材料で被覆する段階と、誘電領域から核酸結合分子を除去する段階と、誘電領域を誘電体材料で被覆する段階とを含む。
【００３１】
本発明の他の態様は、トランジスタを製造する方法である。この方法は、中央領域、および核酸分子テンプレートの3つの互いに隣接する枝領域のうちの2つを核酸結合分子によって保護する段階と、核酸分子テンプレートの保護されていない領域を導電材料で被覆する段階と、核酸分子テンプレートの中央領域を保護する1つまたは複数の核酸結合分子を除去する段階と、中央領域を第1の種類の半導体材料で被覆する段階と、保護されている枝領域から核酸結合分子を除去する段階と、枝領域を第2の種類の半導体材料で被覆する段階とを含む。
【００３２】
本発明の他の態様は、インデューサを製造する方法である。この方法は、少なくとも1つのタンパク質の周りを核酸分子テンプレートで覆う段階と、核酸分子テンプレートを第1の導電材料で被覆する段階とを含む。
【００３３】
詳細な説明
本発明は、鋳型として核酸分子を用いた回路素子を含むナノ-スケールデバイスを製造する方法を提供する。核酸分子の配列はこのデバイスを形成する目的で用いられる。核酸分子結合性タンパク質または核酸は、核酸分子の領域を保護するために用いることができ、後で行う望ましい被覆金属または他の基剤の堆積に対抗してそれをマスクする。
【００３４】
デバイスは、完全なDNAの鋳型構造を形成し、続いて一つもしくはそれ以上の段階で被膜材料を適用することによってか、またはそのデバイスのさまざまなサブユニットを集成し、続いて一つのデバイスにそのサブユニットを集成することによってかのいずれかでアセンブリできる。本発明は、サブユニットのアセンブリを形成できる露出したDNAのタグを保護する方法を提供することによって、サブユニットをアセンブリするのに好都合である。相同性のタグは所望の位置でサブユニットを結合するために用いられる。
【００３５】
本発明の好ましい態様において、このデバイスは電気回路を含む。しかしながら本発明の方法は、機械的及び構造的な素子などの何らかのナノ-スケール構造物を形成する目的で用いることができる。
【００３６】
回路とは、一個またはそれ以上の回路素子の任意のアセンブリを指す。集積回路または電気回路という用語は、この適用に含まれる回路と相互変換可能に用いられる。本発明の方法は、更には論理回路を形成するために使用できるような、極めて小さいスケールの回路素子を製造する目的で用いることができる。したがって本発明は、100万個もの回路素子を持つ複雑なコンピュータ回路を合成するに至るたった数個の素子を含む比較的簡単な電気回路を合成するために適用可能である。
【００３７】
本発明は集積回路の化学的アセンブリを提供する。例えばワイヤー、スイッチ、及び記憶素子のような、さまざまな電気的な構成要素を化学的に合成することを可能にする方法が提供される。またこの方法は、動作コンピュータまたは電気回路に電気的な構成要素を自己-配列させることも可能にする。本発明は生物学的に形成した化学的アセンブリに関連するが、その回路の作動は電気的である。
【００３８】
本発明は、核酸結合分子をその核酸分子の結合部位に結合させる段階、該核酸分子の非保護部分を材料で被覆する段階、及び該核酸分子から該核酸結合分子を除去する段階によって核酸分子の領域をマスクする方法を提供する。
【００３９】
また鋳型として核酸分子を用いて回路素子を製造する方法は、核酸分子の鋳型を得る段階、核酸結合分子を用いて該鋳型の一つの領域または複数の領域を保護する段階、該核酸分子の非保護領域を第1材料で被覆する段階、該核酸結合分子を除去する段階、および該鋳型の非保護非被覆領域を第2材料で被覆して回路素子を形成する段階によって提供される。なお、第2の電気的に伝導性または絶縁性の材料は第1の電気的に伝導性または絶縁性の材料と異なる。
【００４０】
回路素子を製造する方法は、回路またはその部分からDNAの鋳型を崩壊または除去する段階をさらに含む。核酸分子は本来電気的性質を持っていて、それがある電気素子の機能を妨害する可能性がある。素子を設計する場合に核酸分子の電気的性質を考慮に入れるとよい。その回路素子に核酸分子の本質的な性質を組み入れることが可能でない場合、その核酸分子またはその分子の一部分を崩壊させたり除去したりすることが好ましいと考えられる。
【００４１】
さらに核酸分子に材料が適用される。被覆材料は、後で適用される材料によって第1材料の被覆が妨げられるように、その材料の上に適用するとよい。このような被覆は永久的なものであってもよいし、あるいは回路の加工段階におけるその後の段階で除去されてもよい。
【００４２】
核酸の鋳型の配列と用いられる結合タンパク質を注意深く選択することによって、大きくて複雑な回路を溶液中でアセンブリすることができる。この回路の自己-アセンブリの性質によって、複雑な回路を迅速かつ安価に形成することが可能になる。幾分忠実性が欠けていたとしても、あとで使用するための機能的な回路をテストして選択できる。より複雑な構造は核酸結合性化合物の組み合せを用いて製造するとよい。
【００４３】
タンパク質または核酸の種々の組み合せを核酸分子を保護するために使用できる。保護分子は、保護すべき領域の大きさと保護分子の結合親和性に基づいて選択される。核酸分子の鋳型に金属または他の基剤を適用した後で、保護タンパク質のいくつかまたは全てをその核酸分子から取り除く。結合分子を用いてその核酸分子を保護する段階、それに続いて被覆を形成する段階からなる繰り返しを追加して行うことによって、さまざまな回路素子を形成できる。
【００４４】
本発明では、好ましい核酸分子としてRNAおよびDNAが挙げられる。また本発明には、化学的に修飾された核酸分子または核酸アナログが含まれる。このようなRNAまたはDNAアナログには2'-O-アルキル糖の修飾体、メチルホスホネート、ホスホロチオエート、ホスホロジチオエート、ホルムアセタール、3'-チオホルムアセタール、スルホン、スルファメート、及びニトロオキサイドを骨格とする修飾体、アミド類、並びに塩基部分が修飾されたアナログが含まれるがこれらに限定するわけではない。さらにオリゴマーのアナログは、糖部分が修飾されていたり別の適当な部分によって置換されていたりするポリマーであってもよく、得られるポリマーには、限定するわけではないがポリビニル骨格のもの（参照文献として本明細書に組み入れられる、Pithaら、「Preparation and Properties of Poly(1-vinylcytosine)」 Biochim Biophys Acta 204: 381-8 (1970)、Pithaら、「Poly(1-vinyluracil). The Preparation and Interactions with Adenosine Derivatives」Bioc him Biophys Acta 204: 39-48 (1970)を参照）、モルホリノ骨格のもの（参照文献として本明細書に組み入れられる、Summertonら、「Morpholino Antisense Oligomers: Design, Preparation, and Properties」Antisense Nucleic Acid Drug Dev 7: 187-9 (1997)）およびペプチド核酸アナログ（PNA）(Steinら、「A Specificity Comparison of Four Antisense Types: Morpholino, 2'-O-methyl RNA. DNA. and Phosphorothioate DNA」J. Antisense Nucleic Acid Drug Dev. 7: 151-7 (1997)、Egholmら、Peptide Nucleic Acids (PNA)-Oligonucleic Analogues with an Achiral Peptide Backbone, (1992)、Faruqiら、「Peptide nucleic acid-targeted mutagenesis of a chromosomal gene in mouse cells」Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95: 1398-403 (1998)、Christesenら、「Solid-Phase Synthesis of Pepttide Nucleic Acids」J. Pept. Sci. 1: 175-83 (1995)、Nielsenら、「Peptide Nucleic Acid (PNA),, A DNA Mimic with a Peptide Backbone」Bioconjug. Chem. 5: 3-7 (1994)参照）が含まれる。さらにリンケージには、次の代表的な修飾体を含むことができる：タンパク質（例えば、ヌクレアーゼ、毒素、抗体、シグナルペプチド及びポリ-L-リジンを含む）のような突出部分、インターカレーター（例えば、アクリジン及びソラレン）、キレート剤（例えば、金属、放射性金属、ボロン及び酸化性金属）、アルキル化剤、及び他の修飾されたリンケージ（例えば、αアノマー型の核酸）。このようなアナログには、上述した結合基が関与する修飾体および／または糖もしくは塩基の構造的な修飾体を、標的RNAのRNAseHが仲介する分解、結合親和性、ヌクレアーゼ抵抗性、および／または標的特異性を改善する目的でさまざまに組み合わせたものが含まれる。
【００４５】
タンパク質または核酸の様々な組合せを用いて拡散分子を保護することができる。保護分子の選択は、保護すべき領域のサイズおよび保護分子の結合親和力に基づいて行うことができる。拡散分子テンプレートに金属またはその他の基板を取り付けた後、核酸分子からいくつかまたはすべての保護タンパク質が除去される。核酸分子を結合分子で保護する段階とその後の被覆段階をさらに繰り返して様々な回路素子を作製することができる。
【００４６】
核酸分子を用いることで、三次元構造体を含む支持複合構造物を形成することができる（参照文献として本明細書に組み入れられる、Chenら、「Synthesis from DNA of a Molecule with the Connectivity of a Cube」Nature 350: 631-633 (1991)参照）。相補的核酸分子には自己-アセンブリ化の性質があるため、複合構造物は一つの反応でアセンブリすることができる。核酸分子を形成し、操作するための方法には、合成、連結反応、制限、修飾、ハイブリダイゼーション及び分離が含まれ、それらは参照文献として本明細書に組み入れられる、Short Protocols in Molecular Biology, A Compendium of Methods from Current Protocols in Molecular Biology, Ausubel. F. M.ら編、第二版、Green Publishing Assosiates and John Wiley and Sons, New York (1992)、Sambrookら、Molecular Cloning: a Laboratory Manual, Cold Spring Harbor, N. Y., Cold Spring Harbor Laboratory, (1989)において記載を見つけることができる。
【００４７】
核酸支持構造体の定方向形成は、配列特異的ハイブリダイゼーションによって行われる（参照文献として本明細書に組み入れられる、Short Protocols in Molecular Biology, A Compendium of Methods from Current Protocols in Molecular Biology, Ausubel. F. M.ら編、第二版、Green Publishing Assosiates and John Wiley and Sons, New York (1992)、Sambrookら、Molecular Cloning: a Laboratory Manual, Cold Spring Harbor, N. Y., Cold Spring Harbor Laboratory, (1989)）。大きな回路は一段階または多段階のハイブリダイゼーションで形成してもよく、その場合支持体のサブユニット部分が後の段階でアセンブリされる。ハイブリダイゼーションの条件は当技術分野で周知の慣習的手順を用いて決定できる（参照文献として本明細書に組み入れられる、Southernら、J. Mol. Biol., 98: 503-517 (1979)参照）。
【００４８】
天然の核酸分子も修飾された核酸と同様に、まとめて3本またはそれ以上のリードを用いることができる3本鎖または4本鎖の配列を形成できる（参照文献として本明細書に組み入れられる、Footerら、「Biochemical Evidence that a D-loop is Part of a Four-Stranded PNA-DNA Bundle. Nickel-Mediated Cleavage of Duplux DNA by a Gly-Gly-His bis-PNA」Biochemistry 35 (33): 10673-9 (1996)参照）。
【００４９】
適切な核酸分子は合成して作ることができる。合成の核酸分子を製造する好ましい方法は、アプライドバイオシステムズ380B（Applied Biosystems 380B）またはミリゲン7500自動DNA合成装置（Milligen 7500 automated DNA synthesizer）のいずれかを用いる標準的なホスホルアミダイトケミストリー法である（参照文献として本明細書に組み入れられる、Van Nessら、Nucl. Acids Res. 19: 3345-3350 (1991)、Vam Nessら、Nucl. Acids Res. 19: 5143-5151 (1991)参照）。
【００５０】
また、構造物の部分は独立してアセンブリしてもよく、核酸分子を被覆する前か後のいずれかで得られたパーツが最終構造物にアセンブリされる。被覆形成後のアセンブリは核酸分子の部分を保護することによって製造でき、それが核酸結合タンパク質を用いることで他のパーツにハイブルダイゼーションできる。これらのタンパク質は最終的な構造物の自己-アセンブリ化の前に除去すればよい。
【００５１】
一旦単離または合成がなされると、PCR法を利用してその核酸分子のたくさんのコピーを作りだせる（参照文献として本明細書に組み入れられる、Kawasaki. 1990. PCR Protocols: A Guide to Methods and Applications, Innisら編、Academic Press. San Diego、及びWang and Mark. PCR Protocols: A Guide to Methods and Applications, Innisら編、Academic Press. San Diego (1990)参照）。
【００５２】
核酸を材料にして回路のための骨格、即ち支持体を作り上げるのとは別に、他の材料も用いることができる。核酸は粒子やチップに付着させることによって回路の形状及び安定性を支持することができる（参照文献として本明細書に組み入れられる、Mirkinら、「A DNA-Based Method for Rationally Assembling Nanoparticles into Macroscopic Materials」Nature 382: 607-611 (1996)、Fodorら、米国特許第5,445,934号「Array of Oligonucleotides on a solid surface」 (1995)参照）。
【００５３】
ハイブリダイゼーションを行った後で、構造物の安定性は分子の分裂を連結することによって大きくすることができる（参照文献として本明細書に組み入れられる、Stryer, Biochemistry 2nd Ed. W. H. Freeman & Co., (1975)参照）。
【００５４】
制限エンドヌクレアーゼは、不必要な連結を切断するために用いることができる。例えばいくつかのフラグメントは、最終構造物の形成の際には補助として用いられるのであろうが、最終構造物では必要がないかもしれない。したがってその構造物を形成した後で、制限エンドヌクレアーゼを用いて最終構造物では望ましくないそれらのフラグメントを除去するとよい。
【００５５】
PCR法または合成法によって作成される核酸は、忠実性を維持するように注意して作成する必要がある。忠実性は、ミスマッチ修復システムなどによって改良することができる。例えば大腸菌から得られるmutミスマッチ修復酵素が含まれる。また忠実性は、温度や塩濃度を変化させることによっても影響を受けたりする。好ましい方法では、高度な忠実性のポリメラーゼまたは突然変異ポリメラーゼを用いることで、核酸の修復の忠実性を確実なものにできる。
【００５６】
また天然に発生する核酸分子は、生きている生物、即ちウイルス、細菌、植物、及び動物などから選別して単離してもよい。所望の核酸は当業者に公知の方法を用いて生物から単離できる。例えば天然の配列をPCR法により増幅して単離するとよい。好ましい天然に発生する配列には遺伝子の上流側の領域が含まれ、それはプロモーターやエンハンサーの要素を含有している。このような領域は、核酸分子結合タンパク質に対する結合部位が豊富であると思われる。
【００５７】
また核酸分子を修飾することによって、より良いレベルで、あるいは広くさまざまな材料とともに核酸分子の被覆を製造できるようにしてもよい。例えば、糖の2'または3'位にアミノ基を含む共通のデオキシリボ核酸及びリボ核酸のアナログは、確立された化学的手法により作成できる（参照文献として本明細書に組み入れられる、Imazawaら、J. Org. Chem. 44: 2039 (1979)、Imazawaら、J. Org. Chem. 43 (15): 3044 (1978)、Verheydenら、J. Org. Chem. 36 (2): 250 (1971)、Hobbsら、J. Org. Chem. 42 (4): 714 (1977)参照）。さらにオリゴヌクレオチドは2'-5'または3'-5'ホルホアミドリンケージを用いて合成できる（参照文献として本明細書に組み入れられる、Beaucageら、Tetrahedron 49 (10): 1925 (1992)、Letsinger, J. Org. Chem. 35: 3800 (1970)、Sawai, Chem. Lett. 805 (1984)、F. Eckstein Ed, Oligonucleotides and Analogues: A Practical Approach (Oxford University Press 1991)参照）。
【００５８】
選択され、即ち標的となる核酸配列の増幅は任意の適切な手段によって行うことができる。（参照文献として本明細書に組み入れられる、Kwoh. D. and Kwoh. T., Am Biochnol Lab. 8. 14 (1990)を一般的に参照されたい。）適当な増幅法の例としては、ポリメラーゼ連鎖反応、リガーゼ連鎖反応（参照文献として本明細書に組み入れられる、Barany, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 88, 189 (1991)参照）、配列置換増幅法（参照文献として本明細書に組み入れられる、Walker. G.ら、Nucleic Acids Res. 20.1691 (1992)、Walker. G.ら、Proc. Natl. Acad. Sci. USA 89, 392 (1992)を一般的に参照されたい）、転写-ベースの増幅法（参照文献として本明細書に組み入れられる、Kwoh. D.ら、Proc. Natl. Acad. Sci. USA 86, 1173 (1989)参照）、自己-継続型複製法（即ち「3SR」）（参照文献として本明細書に組み入れられる、Guatelliら、Proc. Natl. Acad. Sci. USA 87, 1874 (1990)参照）、Qbレプリカーゼシステム（参照文献として本明細書に組み入れられる、Lizardi. P.ら、Biotechnology, 6, 1197 (1988)参照）、核酸配列-ベースの増幅法（即ち「NASBA」）（参照文献として本明細書に組み入れられる、Lewis. R., Genetic Engineering News, 12 (9), 1 (1992)参照）、修復連鎖反応（即ち「RCR」）（参照文献として本明細書に組み入れられる、Lewis. R., Genetic Engineering News, 12 (9), 1 (1992)参照）、そしてブーメラン型DNA増幅法（即ち「BDA」）（参照文献として本明細書に組み入れられる、Lewis. R., Genetic Engineering News, 12 (9), 1 (1992)参照）が挙げられるが、これらに限定するわけではない。ポリメラーゼ連鎖反応が最近では好まれている。
【００５９】
一般に前述したようなDNA増幅法には一個のプローブ、一対のプローブ、または二対のプローブの使用が関与し、それらのプローブは、同一のハイブリダイゼーションの条件下において対象となる核酸分子には特異的に結合するが、望ましくない他の核酸分子には結合せず、そして増幅反応において対象となる核酸分子またはその部分が増幅する場合に一つもしくは複数のプライマーとして機能する。
【００６０】
この鋳型の配列は、化学的な方法（参照文献として本明細書に組み入れられる、Maxamら、Proc. Nat'l. Acad. Sci. USA. 74: 560 (1977)参照）または酵素的な方法（参照文献として本明細書に組み入れられる、Sangerら、Proc. Nat'l. Acad. Sci. USA. 74: 5463 (1977)参照）のいずれかによって分子を配列決定することで立証できる。
【００６１】
核酸分子自体は、幾分それ自身の導電性の性質を備えている。これらの性質は、電気回路の機能に対する何らかの有害な影響を減少させるべく修飾するとよい（参照文献として本明細書に組み入れられる、Meadeら、米国特許第5,770,369号「Nucleic Acids Mediated Electron Transfer」 (1988)参照）。この核酸分子の電気的性質を修飾するには、核酸分子の塩基の間に化合物をインターカレートすることによって、糖-燐酸骨格を修飾することによって、または回路素子が形成された後で核酸分子を開裂させることによって行うことができる。核酸分子の開裂は、照射、化学的な処理、または酵素による減成によって達成できる。ガンマ線は核酸分子を被覆する材料を透過するため、ガンマ線を用いた照射が好ましい。
【００６２】
本発明のもう一つの態様では、二本鎖の核酸分子の一方の鎖を修飾することによってその鎖の被覆を減少させたり抑制したりできる。続いて被覆された核酸分子は一方の側のみに被覆が施され、それによって回路素子が形成された後で核酸の鋳型が化学的あるいは酵素的に除去されることが可能になる。
【００６３】
被覆から核酸を遮蔽することは、その核酸分子と安定した相互作用を行うことができ、かつその核酸分子への接近を遮断できるような核酸結合タンパク質、核酸分子、抗体、または他の化合物を用いて行うことができる。本発明の好ましい態様では、核酸結合タンパク質が被覆から核酸分子を保護する目的で用いられる。
【００６４】
核酸結合分子は配列選択性、即ち配列特異性であるとよい。配列選択性の結合とは、核酸分子を一般に結合するが、ある配列に対して他の配列よりも優先的な結合性を示すような核酸結合分子を指す。配列-選択性の結合性は、例えばディスタミシンといった小さな分子に特徴的に備わっている。たくさんの核酸結合分子が知られており、核酸分子とのそれらの相互作用が研究されている。（参照文献として組み入れられる、例えばBoulikas, 「A Compilation and Classification of DNA Binding Sites for Protein Transcription Factors from Vertebrates」Crit. Rev. Eukayot. Gene Expr. 4: 117-321 (1994)参照。）このような核酸分子には、転写及び翻訳のアクチベーター、修復酵素、ヒストン、リガーゼ、制限ヌクレアーゼなどが含まれる。
【００６５】
入手可能な核酸結合タンパク質の総数は100に達する。さらに、修飾されたり突然変異が起きたりした結合タンパク質は、本発明で使用するために入手できるタンパク質の数を増加させる。適当な核酸結合タンパク質の選択は、数多くのファクターに基づいて行うことができる。重要性の高いファクターのうち、その結合タンパク質によって保護される領域の大きさによって用いられるべきタンパク質を決定できる。素子の電気的な機能は素子の長さに依存することが多い。したがって保護される領域の大きさは、望ましい性質を持つ素子を作成する場合に重要である。いくつかのタンパク質は、核酸分子の長い領域を保護することがより容易になるマルチマーを形成しうる。結合タンパク質を選択する際に考慮すべき別のファクターは、標的配列に対するそのタンパク質の親和性である。親和性が高いものを用いると、不調な素子の発生率を減少させることが可能である。一方その親和性は、要求がある場合には結合タンパク質を効率的に除去できるようなレベルでなくてはならない。より複雑な回路を製造する際には、数種の異なるタンパク質が必要であると考えられることから、そのさまざまなタンパク質の両立性もファクターとなるであろう。使用されている他の結合タンパク質による保護作用に影響を与えることなく、タンパク質を効率的に除去できることが望ましい。
【００６６】
フラグメントをハイブリダイゼーションさせた後でDNAの鋳型の安定性を強化するために、リガーゼを用いることができる。連結反応を行うとその構造は、続いて行われる段階での熱や塩による変性に対する耐性を強めることができる。
【００６７】
さらにエンドヌクレアーゼまたはエキソヌクレアーゼを用いることによって、もはや必要ではなくなったその支持構造体の部分を除去することができる。核酸分子は、被覆段階の際に構造体のパーツを定位置に保持させるために用いるとよく、その後で除去すればよい。
【００６８】
好ましい核酸結合分子は調節分子である。特にlac及びレプレッサータンパク質が十分に研究されている。ラクトースレプレッサータンパク質は、次の文献に記載されたようにして調製できる：Rosenberg, J. M.ら、Nucleic Acid Res. 4 (3): 567 (1977)、Matthews, K. S., J. Biol. Chem. 253 (12): 4279 (1978)、O'Gorman, R. B.ら、J. Biol. Chem. 255 (21): 10100 (1980)、Levens, D. and P. M. Howley, Mol.Cell. Biol. 5 (9): 2307 (1985)であり、これらは参照文献として本明細書に組み入れられる。上記に参照した方法を用いて調製したラクトースレプレッサータンパク質に存在する活性及び純度の程度は、文献（参照文献として本明細書に組み入れられる、Bourgeois, S. and A. D. Riggs, Biochem. Biophys. Res. Comm. 38(2): 348 (1970)、Barkley, M. D. and S. Bourgeois in The Operon. Cold Spring Harbor, N. Y. pp. 177-220 (1978)、及びBourgeois, S. in Methods in Enzymology Vol. 21, pp.491-500 (1971)）に記載された方法を用いて決定することができる。
【００６９】
テトラサイクリン（tet）レプレッサータンパク質は、参照文献として本明細書に組み入れられる文献、Hillenら、J. Mol. Biol. 257 (11): 6605 (1982)、Oehmichenら、EMBO J. 3 (3): 539 (1984)に記載されたとおりに調製できる。tetレプレッサータンパク質は、参照文献として本明細書に組み入れられるAltschemiedら、J. Mol. Biol. 187: 341 (1986)、Hillenら、J. Mol. Biol. 172: 185 (1984)、Hillenら、J. Mol. Biol. 169: 707 (1983)によって記載されたとおりに評価して特徴を明らかにできる。
【００７０】
制限エンドヌクレアーゼも好ましい。制限ヌクレアーゼのようなタンパク質は周知の結合配列を持っている。しかしながらヌクレアーゼの活性は望ましくない場合がある。適当な緩衝条件を用いることで、核酸への結合が容易になるが、鋳型分子の開裂は妨げられる。同様に、他のタンパク質は活性を得るために共同因子を必要とするであろうが、そのため望ましくない活性は必要な共同因子を削除することで調節できると考えられる（参照文献として本明細書に組み入れられる、Chiangら、「Effects of Minor Groove Binding Drugs on the Interaction of TATA Box Binding Proteins and TFIIA with DNA」Biochemistry 33: 7033-40 (1994)、Wuら、「Physical and Functional Sensitivity if Zinc Finger Transcription Factors to Redox Change」Mol. Cell. Biol. 16: 1035-46 (1996)、Aranyiら、「Gluccocorticoid Receptor is Activated by Heparin and Deactivated by Plasmin」Acta Biochem. Biophy. Acad. Sci. Hung. 20: 129-33 (1985)、Ralstonら、「Metalloregulatory Proteins and molecular Mechanisms of Heavy Metal Signal Transduction」Adv. Inorg. Biochem. 8: 1-31 (1990)、Pratt. 「Transformation of Gluccocorticoid and Progesterone Receptors to the DNA-Binding State」J. Cell. Biochem. 35: 51-68 (1987)参照）。また、ヌクレアーゼ活性は欠如していて配列特異的結合作用は維持している制限エンドヌクレアーゼの突然変異体を用いることもできる。
【００７１】
核酸結合タンパク質のフラグメントも、それらが機能的な核酸結合ドメインを含んでいるのであれば用いることができる。これらのフラグメントは小さなフットプリントを持っていると考えられ、保護された領域の大きさがさまざまである場合に役に立つと思われる。機能的な核酸結合フラグメントを同定して単離する方法は当技術分野では公知である（参照文献として本明細書に組み入れられる、Sukhatmeら、米国特許第5,773,583号「Methods and Materials Relating to the Functional Domains of DNA Binding Proteins」 (1998)参照）。
【００７２】
ハイブリッドタンパク質も対象となる核酸-結合タンパク質を調製するために用いることができる。このようなハイブリッドタンパク質は、親和性、即ち免疫親和性カラムによって単離できる。さらにDNA-結合タンパク質は、同種のDNA結合部位と相互作用する能力に基づいた親和性クロマトグラフィーによって単離することが可能である。また、細菌、酵母、昆虫細胞または哺乳動物の細胞における他の発現システムを、このアッセイ法で用いるための核酸-結合タンパク質を適当なレベルで発現させるために利用できる。
【００７３】
突然変異体の結合タンパク質も使用できる。結合タンパク質が突然変異していると、配列特異性または親和性に変化が生じる可能性がある。
【００７４】
特異的認識配列に結合する任意タンパク質を本発明において使用できる。制約を与えるあるファクターは、認識配列に対するタンパク質の親和性におけるすぐ隣の配列（テスト配列）の影響である。同種の部位に対するタンパク質の親和性においてテスト配列の影響がほとんどないか全くない場合、核酸分子とタンパク質の相互作用は記載したアッセイ法での使用に好ましいが、（テスト配列依存性の）特異な結合性を示す核酸分子とタンパク質の相互作用であっても、その特異な親和性を補正するデータの分析にアルゴリズムが適用されれば用いることができる。一般に、タンパク質の結合性に対しての隣接する配列組成の影響は、DNA-結合タンパク質に対する認識配列の長さに相関する可能性が高い。通常、タンパク質が短い認識配列と結合する場合の反応速度は隣接する配列の影響を受け易いようであり、これに対してタンパク質が長い認識配列と結合する場合の反応速度は隣接する配列組成によって影響をあまり受けないようである。
【００７５】
一個の核酸結合タンパク質によって保護される領域は限定的であってもよい。しかしながら多数の核酸分子結合タンパク質は、核酸分子の大きな領域を保護するために用いることができる。実際にいくつかの核酸結合タンパク質はタンパク質-タンパク質相互作用をし、核酸分子の大きな領域の保護を容易にする。異なる結合ドメインの混合物は、保護されるべき的確な長さを設定するために用いることができる。
【００７６】
核酸結合タンパク質の濃度は重要である。一核酸：タンパク質複合体が解離した場合、開放された核酸は溶液中ですばやく別のタンパク質と複合体を再形成する。タンパク質は核酸に対して過剰にあるため、ある複合体が解離すると核酸の急速な再会合が常に起こって別の核酸：タンパク質複合体になる。均衡がとれている場合には非結合となるであろう核酸分子はほとんどない。非結合の核酸が測定した系の成分である場合、そのアッセイ法の最小のバックグラウンドは所定の測定可能な時間が経過する間に観察された非結合性の核酸の量である。
【００７７】
核酸分子からのマスク用タンパク質の除去には、核酸から結合タンパク質を除去するための当業者に公知の方法を用いて行うことができる。
【００７８】
数種の核酸結合タンパク質、特に転写及び翻訳のアクチベーターもしくはレプレッサーは、核酸分子に結合したり核酸分子から遊離したりする能力については共同因子に依存している。したがって、共同因子は添加されたり溶液から除去されたりする。マスク用タンパク質の結合性は注意深く調節できる。
【００７９】
またタンパク質は、核酸に影響を与えない化学物質によって変性を受ける。例えばフェノール及びクロロホルムは、核酸分子自体に影響を与えることなく核酸分子からタンパク質を除去するために用いることができる。
【００８０】
もう一つの方法では、回路を取り囲む溶液の塩濃度を高めることである。塩濃度を変えることによってタンパク質は核酸から離れることができる。さらに、塩に対して異なる感受性を備えた結合性の共同作用因子を持つタンパク質を用いることによって、いくつかのタンパク質は核酸の鋳型から除去できるが、これに対して他のタンパク質は結合したままであり、そうして核酸分子のそれらの部分をマスクし続ける。
【００８１】
結合タンパク質は、高濃度の競合分子を添加することによって除去できる。このような競合分子は、除去されるべき特定のタンパク質に対する結合部位を含むと考えられる。結合部位の親和性は鋳型分子で用いた親和性よりも高く、即ち単に競合分子の濃度を増加させることによって、タンパク質は鋳型から選択的に除去できる。この競合分子は、例えば溶液中であったり、固体支持体の上であったり、または常磁性のビーズに付着させたりしてさまざまな形態で用いることができる。固体支持体または常磁性のビーズを用いると、競合性のDNAの多くを容易に除去することが可能になり、競合性のDNAをたくさんの反応で用いることができるようになる。また、競合性のDNAを完全に除去することが望ましい場合、ヌクレアーゼを用いることによって遊離のDNAを切断できる。
【００８２】
またタンパク質は、溶液の温度を変えることによっても核酸分子から除去できる。タンパク質は、高温ではその構造及び活性を維持する能力がなくなる。したがって温度を上昇させることによってタンパク質は不活化できる。しかしながら温度を用いてタンパク質を除去するのであれば、核酸の鋳型が変性しないように核酸分子を設計する点の注意を払わなくてはならない。タンパク質を再び示差的に遊離させることは、温度を変えて用いることで可能である。熱安定性の酵素はある種の生物から単離できる。例えば好熱性細菌は、80℃以上の温度でその活性を維持できるタンパク質を産生する。したがってタンパク質の混合物を用いれば、他の部位のマスクを維持したままある種のタンパク質の放出が可能になる。
【００８３】
温度は核酸配列を変性させる（参照文献として本明細書に組み入れられる、Caseyら、Nucl. Acids Res. 4: 1539 (1977)参照）。したがって温度を用いて核酸分子からタンパク質を除去する場合には、核酸分子の溶融温度を考慮にいれなくてはならない。鋳型の安定性は、分子を核酸分子とともに連結することによって改良できる。
【００８４】
もちろんタンパク質の除去は、例えば塩濃度と温度の両方を変化させるような、さまざまな方法を組み合わせることで容易に行える（参照文献として本明細書に組み入れられる、例えばKoblanら、Biochem. 30: 7817-21 (1991）参照）。
【００８５】
負に荷電している核酸分子のバックボーンを用いると、回路素子を形成するために必要とされる材料を引き付けて結合できる。金属、ドープした金属、及び他の材料はDNA分子の露出した領域に特異的に結合できる。
【００８６】
例えば、DNAは金属または金属を堆積したワイヤーを形成するために利用できる（参照文献として本明細書に組み入れられる、Braunら、Nature 391: 775 (1998)参照）。Braunは銀がDNA分子に沿って堆積できることを明らかにした。3工程が用いられる。第1工程では、Ag＋／Na＋イオン交換によって銀がDNA分子に選択的に位置づけられ（参照文献として本明細書に組み入れられる、Barton. in Bioinorganic Chemistry (Bertiniら編) 第八章 (University Science Books. Mill Valley, 1994参照）、そして複合体が銀とDNAの塩基との間に形成される（Spiro(ed) Nucleic Acid-Metal Ion Interactions (Wiley Interscience, New York 1980、Marzelliら、J. Am. Chem. Soc. 99: 2797 (1977)、Eichorn (ed.) Inorganic Biochemistry, Vol. 2, ch 33-34 (Elsevier, Amsterdam, 1973)参照）。イオン交換工程は、ラベルしたDNAの蛍光シグナルの消滅を追跡することでモニターすればよい。そのとき銀イオン-交換したDNAは、DNA骨格に結合して集合体を形成するため減少する。銀の集合体は、例えば写真術の化学で用いられる手法のような標準的な手法を用いることでさらに大きくなる（参照文献として本明細書に組み入れられる、Holgateら、J. Histochem. Cytochem. 31: 938 (1983)、Birellら、J. Histochem. Cytochem. 34: 339 (1986)参照）。
【００８７】
導電体、半導体、または他の材料の化学的な堆積は、当技術分野で公知の化学的手法を用いて行うことができる。一例を挙げると、写真用の色素を既知の光化学反応で銀とともに使用できる。（参照文献として本明細書に組み入れられる、James, The Theory of the Photographic Process, 4 th ed. (Macmillan Publishing, New York 1977)参照）。写真用の色素は、芳香族炭化水素のようなπ-電子発色団を含む他の固体状有機化合物と同様に、電気的な半導体及び光導電体である（参照文献として本明細書に組み入れられる、James, The Theory of the Photographic Process, 4 th ed.(Macmillan Publishing, New York 1977)、Kallman et al. eds., Symposium on Electric Conductivity of Organic Solids (Wiley-Interscience 1961)、Meter, Die Photochemie der Organischen Farbstoffe (Springer, Berlin 1963)、Gutmanら、Organic Semiconductors (Wiley, New Tork 1967)、Meier, Spectral Sensitization (Focal Press. London and New York 1968)参照）。
【００８８】
半導体として用いることのできる適当な色素の例は、参照文献として本明細書に組み入れられる、Hamer, The Chemistry of Heterocyclic Compounds. Vol. 18. The Cyanine Dyes and Related Compounds, Weissberger. ed., Interscience, New York, 1964、Meesら編、The Theory of the Photographic Process 4 th Ed. (Macmillan, New York 1977)、Ficken, The Chemistry of Heterocyclic Compounds. Vol. 4, Venkataraman, ed. (Academic Press, New York 1971)、及びSturmer, The Chemistry of Heterocyclic Compounds. Vol. 30, Weissbergerら編、(John Wiley, New York 1977)において概説されている。好ましい色素にはシアニン及びメロシアニン色素が含まれる。これらの化合物の合成方法は当技術分野では周知である。参照文献として本明細書に組み入れられる、Brookerら、J. Am. Chem. Soc. 73:5326 (1951)、Dimrothら、Justus Liebigs Ann. Chem. 373 (1975)、Brooker et al,m J. Franklin Ist. 219: 255 (1935)、Broolerら、J. Am. Chem. Soc. 57: 2480 (1935)、Malhotraら、J. Chem. Soc. 3812 (1960)参照。感光性の色素はハロゲン化銀に吸着する（参照文献として本明細書に組み入れられる、Herz, The Theory of the Photographic Process 第四版 第九章 (Macmillan. New York 1977) 参照）。こうして色素が核酸分子支持体に適用されることによって半導体領域を形成することができる。
【００８９】
一旦堆積させた金属または他の材料は、種々の方法によりドープすることができる。一態様ではドーピング材料は、核酸基質上にドープした化合物を形成できるように溶液中で金属または他の材料と混合される。別の態様では、一種または複数の材料を核酸基質に適用してからその基質を溶液から取り出し、続いてその材料-基質複合体を気体状のドーピング剤に暴露する。その後で追加の材料を、さらに工程を行って核酸基質に適用してもよい。
【００９０】
他の正に荷電したイオンは、同様の方式で核酸分子に沿って堆積できる。鋳型としての核酸分子の使用は銀に限定されるわけではなく、他の金属で置換してもよい。さらに本発明は金属に限定されない。参照文献として本明細書に組み入れられる、Burroughesら、Nature 347, 539 (1990)には、DNAを鋳型として用い、正に荷電させたPPV前駆体ポリマーを引き伸ばしたDNAに付着させる段階、及びそれを処理してフォトルミネセンスPPVワイヤーを形成する段階によってポリ-（p-フェニレンビニレン）（「PPV」）フィラメントを製造できることが開示されている。
【００９１】
回路素子を作成するために用いることのできる金属の範囲を広げるために、正に荷電した置換基を核酸分子と通常は相互作用しない他の材料とともに複合化させるとよい。正に荷電した置換基は、負に荷電した核酸分子と相互作用できる。または、所望の材料は、核酸分子内で積み重なっている塩基対を用いてインターカレートする化合物と複合体を形成できてもよい。好ましい態様におけるインターカレート剤はエチジウムブロマイドである。またインターカレートする分子を用いることで、核酸分子本来の導電性または抵抗性を変えることもできる（参照文献として本明細書に組み入れられる、Meade, 米国特許第5,770,369号参照）。
【００９２】
別の態様では、二重螺旋のポリヌクレオチドからなる標的配列に配列特異的な様式で効果的に結合するポリマー組成物であって、その標的配列内の選択された位置で少なくとも二つの異なる方向を向くワトソン／クリック塩基対に結合するポリマー組成物を用いることによって、核酸分子に材料を結合させることができる。このポリマー組成物には、5-または6-員環の骨格構造と、標的配列内の異なる方向を向く塩基対と特異的に結合する水素に有効な骨格構造に結び付いた選択された塩基とを持つ電気チャージしていない骨格が含まれる（参照文献として本明細書に組み入れられる、Summertonら、米国特許第5,405,938号 (1995)参照）。
【００９３】
さらに成長を続ける間に、金属の混合物を用いることで合金またはドープした金属を堆積させてもよい。ドーピング材料は成長させる際に溶液状態で供給できる。この材料の導電性も熱処理によって変えることが可能である。したがって被覆材料の物理的性質を変えることによって、望ましい電気的特徴を作りだすことができる。
【００９４】
材料が核酸分子上に一旦堆積してから核酸分子は、特異的にその核酸分子を分裂できるが回路素子には影響を与えない処理を用いることによって、崩壊および／または除去できる。核酸分子は、ヌクレアーゼ、電離放射線、酸化性化合物を用いて回路を処理することによって、崩壊させたり、あるいはうまく除去したりできる。本発明の好ましい態様では、核酸分子を電離放射線によって崩壊させている。
【００９５】
上記に記載したように核酸分子は被覆材料を堆積させる前に修飾するとよい。またこのような修飾は、得られる材料の電気的性質に影響を与える可能性がある。
【００９６】
核酸分子の骨格の部分を用いても、特定の配列に骨格を保つことができる。構造を安定化できる金属または他の材料を適用した後で、回路では必要のない核酸分子のセグメントを除去するとよい。制限エンドヌクレアーゼは、露出した核酸分子を配列依存的様式で切断するために用いることができる（参照文献として本明細書に組み入れられる、Short Protocols in Molecular Biology, A Compendium of Methods from Current Protocols in Molecular Biology, Ausubel, F. M.ら編、第二版、Green Publishing Associates and John Wiley and Sons, New York (1992)、Sambrookら、Molecular Cloning: a Laboratory Manual, Cold Spring Harbor, N. Y., Cold Spring Harbor Laboratory, (1989)参照）。二本鎖及び一本鎖のヌクレアーゼを用いることによって、金属、他の材料、または結合タンパク質によって保護されていない核酸分子の望ましくない部分を切断して除去することができる。
【００９７】
コンピュータ回路の自己-アセンブリにおいてレベルの高い忠実性を顕わすために条件を調節するとよい。しかしながら幾分かのエラーが起こる可能性がある。エラーの発生に対処するために、正しく形成された回路を確認する目的で現在利用可能な技術を用い、製造された回路をテストするとよい。
【００９８】
さらに回路は、プログラム作成によってエラーを確認し、不調な素子を補正できるように設計することができる。例えば並列回路システムは、コンピュータの構成の範囲を広めることが可能なように設計できる。（参照文献として本明細書に組み入れられる、例えばBruckら、米国特許第5,280,607号「Method and Apparatus for Tolerating Fauls in Mesh Architectures」 (1991)参照）。欠陥に対処できる構成は、大きな伝送帯域幅を導入することによって作り出すことができる。帯域幅が大きいとソフトウエアが欠陥の周りにルートを形成するのを可能にする（参照文献として本明細書に組み入れられる、Heathら、「A Defect-Tolerant Computer Architecture: Opportunities for Nanotechnology」Science 280: 1716 (1998)、Eatonら、米国特許第4,939,694号「Defect Tolerant Self-Testing Self-Repairing Memory System」 (1990)参照）。形成できるコンピュータシステムは、参照文献として本明細書に組み入れられる、Villasenorら、Scientific American 276: 68 (1997)にて概説されている。
【００９９】
本発明の回路素子は、従来のチップ技術と組み合わせるとよい。核酸分子は、核酸分子をベースとする回路素子が接合される予定のウェハに容易に接合できる。（参照文献として本明細書に組み入れられる、Fodorら、米国特許第5,445,934号「Array of Oligonucleotides on a solid surface」(1995)参照）。このようなウェハはさらに、核酸をベースとする回路の形成で基板としてまさに用いることができる。または、この回路を形成し、続いてウェハ上で核酸分子に連結することによって、核酸ベースの回路を従来のシステムに集積することができる。
【０１００】
回路を製造したところでそれを非導電性材料内にカプセル封入し、損傷からその回路を保護することもできる。好ましいカプセル封入剤はプラスチックまたはガラス様の材料である。
【０１０１】
本発明の方法は、集積回路と、トランジスタ、レジスタ、キャパシタ、インデューサ、及びダイオードを含む、集積回路を形成する素子とを製造するために利用することができる。この回路素子は論理回路及び他の電気回路を作成するために配設できる（参照文献として本明細書に組み入れられる、Marston, Digital Logic IC Pocketbook (Reed Elsevier Pub., Boston 1996)参照）。
【０１０２】
本発明は集積回路を作成するため、あるいは現存する技術によって作られた回路に回路素子を接合するために用いることができる。特に本発明は、三次元で素子を形成するため、即ち従来のチップ技術ではコストが高かったり、時には作成が不可能であったりするものを形成するために有用である。また本発明は、薬剤や他の材料を収容するナノ-スケールの容器を作成するために用いてもよい。その殻の組成は、容器から材料が放出されるのをコントロールするために変えることができる。また、さまざまなデバイスのためのナノ-スケールの機械的または構造的な構成要素を、そのような小さなデバイスを機械加工するよりはむしろ、本発明で構築させるとよい。本発明は、迅速で安価な製造方法を可能にする。
【０１０３】
実施例
実施例 1- レジスタ
本発明の一態様における方法は、レジスタを形成するために用いられる。図1はレジスタ素子の合成法を図示している。一つまたはそれ以上の結合分子を、結合分子に対する結合部位を持ったDNAを足場とするタンパク質とともに溶液中でインキュベートする。結合分子がその部位に結合してから銀をDNAを足場とする分子の非保護領域に適用する。銀は、負にチャージしたDNA骨格が影響を受けやすい領域にのみ落ち着く。この工程は、保護された領域の両側に導く銀ワイヤーを形成する。結合分子をその後でその領域から除去し、別の金属、ドープした金属または他の導電性材料をその保護された領域の上に配置する。他の金属、ドープした金属または他の導電性物質は異なる抵抗を持っている。レジスタの抵抗力は、結合分子によって保護された領域の大きさを変えることによって変化させることができる。
【０１０４】
実施例 2- ダイオード
ダイオードはp型及びn型半導体からなる。電流はpからn領域に向かってのみ流れるため、ダイオードは一方向における電流の流れに制限される。ダイオードは、交流から直流への変換に有用である。
【０１０５】
ダイオードは、本発明を用いて容易にアセンブリできる。図2はダイオードの合成を要約している。この工程は、隣接する部位を保護するために二つの異なる結合タンパク質を使用できること以外は、レジスタを作成するために用いた工程と同様である。ワイヤーは、核酸分子の残った部分の上に配置する。必要であれば保護被膜をそのワイヤーに適用する。核酸結合タンパク質の一つを核酸分子から除去する。第1結合タンパク質に対する結合部位を持つ競合性の核酸分子を高濃度で用いることによって、第2の結合タンパク質にほとんど影響を与えないで第1結合タンパク質を競合して除去することができる。その後、pまたはn型の半導体を核酸分子の露出した部分に適用する。保護被膜を、その適用された領域に再度施す。続いて第2の核酸結合分子を除去し、前に適用したのとは反対のnまたはp型の半導体を核酸分子の新しく露出した部分に適用する。
【０１０６】
さらにダイオード及びトランジスタは、両方の素子についてのp及びn型半導体として同じ材料が用いられたのであれば同時にアセンブリできると考えられる。
【０１０７】
実施例 3-トランジスタ
必要な鋳型を形成するために、二つの核酸分子、即ち第1の核酸分子が第2の核酸分子の中心部分にハイブリダイズできるような核酸分子を選択する。図3には一つの核酸分子基質を用いてトランジスタを合成する一手法が要約されている。核酸結合タンパク質はその中心領域に結合できるように選択する。XおよびY核酸構造に特異的に結合するタンパク質は当技術分野では公知である（参照文献として本明細書に組み入れられる、Elboroughら、「Specific Binding or Cruciform DNA Structures by a Proteins from Human Extracts」Nucl. Acids Res. 16: 3603-16 (1988)、Chanら、「Recognition and Manipulation of Branched DNA by the RusA Holliday Junction Resolvase of Escherichia coli」Nucl. Acids Res. 26: 1560-66 (1998)参照）。第2の結合タンパク質を、接合用の結合タンパク質に隣接する核酸分子の二つの枝を保護するために用いる。銀の配線を堆積させてから、保護分子を除去する。接合部結合タンパク質は、核酸分子から選択的に除去される。これによって前に保護した領域のまん中が露出し、それが核酸の鋳型に結合する（図3D）。p型またはn型のいずれかの材料をその保護されていない領域とDNA分子の露出した領域に堆積させる（図3E）。その後でその他の保護分子を除去し（図3F）、続いて露出した領域をnまたはp型材料で充填することによってトランジスタが完成する（図3G）。
【０１０８】
実施例 4-インデューサ
インデューサは回路の近接する部分に電流を誘導できる磁場を生み出す。インデューサは回路で電圧を変化させる変圧器として用いられる。またインデューサは、無線受信機を作成する際にも重要である。インデューサは通常、導電性材料のコイルから形成される。そのコイルを回って流れる電流は磁場を形成する。しかしながらコイル構造は、それが三次元であるため、従来の半導体チップ上には形成できない。
【０１０９】
インデューサは本発明を用いて製造できる。インデューサを製造する一つの方法では、ヒストン様のタンパク質を使用することに信頼を置いている。ヒストン様タンパク質は、ヌクレオソームを形成する際に関与するDNA結合タンパク質である（参照文献として本明細書に組み入れられる、Wolffe、「Histone H1」Int. J. Biochem. Cell Biol. 29: 1463-66 (1997)、Zhangら、「Characteristics of a Chlamydia psittaci DNA binding Protein (EUO) Synthesized During the Early and Middle Phases of the Developmental Cycle」Infect. Immun. 66: 1167-73 (1998)、Dutnallら、「Twists and Turns of the Nucleosome: Tails Without Ends」Structure 5: 1255-59 (1997)、Wintjensら、「Structural Classification of HTH DNA Binding Domains and Protein-DNA Interaction Modes」J . Mol. Biol. 262: 294-313 (1996)、Staynovら、「Footprinting of Linker Histones H5 and H1 on the Nucleosome」EMBO J. 7: 3685-91 (1988)参照）。DNA分子は、コンパクトなコイルを形成するヒストンタンパク質の周りに巻き付いている。インデューサを製造するために核酸分子は、一つまたはそれ以上のヒストンタンパク質の周りに巻き付く。核酸分子をコイルに形成してから、金属または他の導電性材料を上記に記載したのと同様にDNAに適用する。
【０１１０】
ヒストンタンパク質の周りに核酸分子を巻き付かせた後で、導電性材料をその核酸分子に適用する。ヒストンタンパク質は、化学的な分解によって後で除去すればよい。
【０１１１】
実施例5−キャパシタ
キャパシタは、誘電層によって分離された一対の導電層を含んでいる。他の電気回路素子と同様に、DNA分子を用いて、導電材料および／または誘電材料の配置を指示することによってキャパシタの合成を指示することができる。図5は、互いに平行に保持された2つのDNA分子を用いる一手法を示している。互いに平行なDNAフラグメント（A）を、導電材料で被覆し、DNAを含んでも含まなくてもよいリード線（B）に接続する。リード線または互いに平行なワイヤは、従来の電子回路に接続することができる。他のDNA分子をスペーサとして使用して、後で導電材料で被覆されるテンプレートを位置決めする。これらのスペーサは、導電材料を付着させる前に保護される。被覆の後、スペーサを露出し、次いで制限酵素によって切断し、除去する。結果として得られた導電ワイヤは互いに平行に位置決めされる。誘電材料は空気であってよい。または、互いに平行な導体を他の誘電材料に浸漬させることができる。
【０１１２】
他の手法では、DNAテンプレートを用いて導電ワイヤ間に誘電材料を形成することができる。フラグメント同士の間に他のフラグメントを保持する追加のDNAフラグメントを使用し、これらのDNAフラグメントを導体で被覆する。誘電体が被覆されるフラグメントまたは導体で被覆されるフラグメントを保護し、一方、他のフラグメントを被覆し、次いで各フラグメントを露出し、第2の材料で被覆する。次いで、異なる保護材料で保護されるスペーサ・フラグメントを必要に応じて露出し除去する。
【０１１３】
好ましい態様について詳しく図示し説明したが、当業者には、本発明の趣旨から逸脱せずに様々な修正、追加、置換などを行うことができ、したがって、これらの修正、追加、および置換が、特許請求の範囲で定義される本発明の範囲内であることが明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】マスク用タンパク質を用いた回路素子のアセンブリの方法を示す図である。
【図２】ナノメートルスケールのダイオードを製造するために本発明の方法がどのように用いられるのかを示す図である。
【図３】ナノメートルスケールのトランジスタを製造するために本発明の方法がどのように用いられるのかを示す図である。
【図４】本発明によって製造されたインデューサを示す図である。ワイヤーは、コイル状の形状に核酸の鋳型を保持するヒストン様タンパク質の周りに形成される。
【図５】本発明により製造されるキャパシタを示す図である。
【０００１】
本出願は、1998年5月20日に出願された米国仮出願第60/086163号および1998年8月3日に出願された米国仮出願第60/095096号の利益を請求する、1999年5月20日に出願された米国特許出願第09/315750号の利益を主張するものである。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
コンピュータチップの設計は急速なペースで開発されてきた。ムール法（Moore's law）によると、コンピュータチップ上に製造できるスイッチの数は、18カ月毎に二倍になってきた。今やチップは、100万個のトランジスタを保持できる。しかしながら現在の技術を用いてチップ上の素子の数を増加させることはますます困難になりつつある。現在の速度では、シリコンベースのチップの理論的限界に今後数年で到達するであろう。マイクロチップのデータ保存能力及び処理能力はチップ上に製造された素子の数によって決まってくるため、より高度な挙動性を示すチップの開発を可能にする新しい技術が要求される。
【０００３】
また現在のチップ技術は、ワイヤーがチップ上で交差する必要がある場合に限界が生じる。ほとんどの場合、コンピュータチップの設計は二次元に制限されている。回路が別の回路と交差しなくてはならない度に、別の層をチップに追加しなくてはならない。これによってチップを得るコストが上昇するとともに、スピードが小さくなる。
【０００４】
標準的なシリコンベースの相補形金属酸化物半導体（「CMOS」）デバイスに代わる多くの代替物が提案されており、それには単一電子トランジスタ、量子細胞オートマトン、ニューロネットワーク、及び分子論理装置が含まれる（Chenら、Appl. Phys. Lett. 68: 1954 (1996)、Tougawら、J. Appl. Phys. 75: 181 (1994)、Caldwellら、Science 277: 93 (1977)、Mead. Proc. IEEE 78: 1629 (1990)、Hopfiledら、Science 233: 625 (1986)、Aviram. et al/. Chem. Phys. Lett. 29: 277 (1974)、及びPettyら編、Introduction to Molecular Electronics (Edward Amond. London. 1995)参照）。共通の目的は、ナノメートルスケールで論理装置を製造することである。このようなディメンジョンは、集積回路というより、通常分子が関連する。
【０００５】
本出願は、1998年5月20日に出願された米国仮出願第60/086163号および1998年8月3日に出願された米国仮出願第60/095096号の利益を請求する、1999年5月20日に出願された米国特許出願第09/315750号の利益を主張するものである。
【０００６】
DNA分子は、100ナノメートルスケールの銀ワイヤーを形成するための支持構造として近年用いられている（参照文献として本明細書に組み入れられる、Braunら、「DNA-Templated Assembly and Electrode Attachment of a Conducting Silver Wire」 Nature 391: 775-78 (1998)、PCT出願WO 99／04440号参照）。さらにDNA分子は、チップ上でDNA-ワイヤーの末端が相補性核酸配列に特異的に結合することを可能にする。これらのワイヤーの大きさが小さいため、回路で利用される電圧のレベルを低く、作動温度と磁界強度を小さく、且つ回路を高速化できる。
【０００７】
本出願は、1998年5月20日に出願された米国仮出願第60/086163号および1998年8月3日に出願された米国仮出願第60/095096号の利益を請求する、1999年5月20日に出願された米国特許出願第09/315750号の利益を主張するものである。
【０００８】
コンピュータチップの集積回路は、レジスタ、キャパシタ、及びトランジスタなどの膨大な構造を必要とする。したがってワイヤーを100ナノメートルレベルに減少させることは、集積回路の大きさを小さくすることにいくらかはつながるが、この改良法は他の構成要素の大きさによって制限される。
【０００９】
また核酸分子から誘導したアセンブリは、三次元構造の合成法を目指すにおいて利点がある。インダクタは三次元構造であるためにそれらを従来のチップ上に構成することはできない。分子生物学は分子レベルで核酸分子を操作するツールを提供している。また核酸分子は、現存する技術を用いてほとんどそっくりにすばやく複製できるため、別の利点も提供する。さらに核酸分子はその構造に情報を保存でき、複雑な回路を形成することを目指して使用できる。
【００１０】
また「DNAコンピュータ」は最近の文献にも記載されていて、そこでは化学反応による計算が行われている（Adelman, Science 266: 1021 (1994)、この文献は参照文献として本明細書に組み入れられる）。この方法は、核酸分子を合成し、共に反応させなくてはならず、また適当な「成果物（result）」を単離して配列決定しなくてはならないため利用に制限を受ける。そのためこの技術を日常的に応用する場合、どのように利用できるかは明らかになっていない。
【００１１】
したがって、集積回路の素子がナノスケールで製造されうるような、集積回路構成部分を製造する新規な方法が求められている。さらに集積回路の形成において、DNAの情報をコードする能力の利点を採用することにも要求が存在している。
【発明の開示】
【００１２】
発明の概要
本発明は、核酸結合分子をその核酸分子の結合部位に結合させる段階、該核酸分子の非保護領域を材料で被覆する段階、及び該核酸分子から該核酸結合分子を除去する段階によって、核酸分子の領域をマスクする方法を提供する。
【００１３】
また鋳型として核酸分子を用いてナノースケールデバイスを製造する方法も、核酸分子の鋳型を得る段階、核酸結合分子を用いて該鋳型の一つの領域または複数の領域を保護する段階、非保護領域を第1材料で被覆する段階、該核酸結合分子を除去する段階、および該鋳型の非保護非被覆領域を第2材料で被覆してナノ-スケールデバイスを形成する段階によって提供される。
【００１４】
また鋳型として核酸分子を用いて回路素子を製造する方法も、核酸分子の鋳型を得る段階、核酸結合分子を用いて該鋳型の一つの領域または複数の領域を保護する段階、非保護領域を第1材料で被覆する段階、該核酸結合分子を除去する段階、および該鋳型の非保護非被覆領域を第2材料で被覆して回路素子を形成する段階によって提供される。なおこの第2の電気伝導性または絶縁性の材料は、第1の電気伝導性または絶縁性の材料とは異なる。
【００１５】
本発明の別の態様は、鋳型の二箇所またはそれ以上の箇所の領域が異なる材料で被覆されているような核酸鋳型を持つ回路素子である。
【００１６】
また本発明は、それぞれ核酸分子の鋳型を持っているレジスタ、キャパシタ、インデューサ、及びトランジスタを提供する。
【００１７】
さらに別の本発明の態様は、半導体を核酸分子に適用することによって回路素子を形成する方法である。
【００１８】
本発明の他の態様は、テンプレートの2つ以上の領域が互いに異なる材料で被覆されている核酸テンプレートを有する回路素子である。
【００１９】
本発明の他の態様は、第2の材料によって分離された第1の材料を有するレジスタである。第2の材料は、第1の材料と異なる比抵抗を有し、第1および第2の材料は、共通の核酸テンプレート・コアを有する。
【００２０】
本発明の他の態様は、少なくとも1つの抵抗材料と一対の少なくとも部分的に導電性のリード線とを有するレジスタである。各リード線は、抵抗材料に結合されており、抵抗材料およびリード線対は核酸テンプレート・コアを有する。
【００２１】
本発明の他の態様は、第2の種類の半導体材料に隣接する第1の種類の半導体材料を有するダイオードである。第1および第2の種類の半導体材料は共通の核酸テンプレート・コアを有する。
【００２２】
本発明の他の態様は、第2の種類の半導体材料に隣接する第1の種類の半導体材料と、一対の少なくとも部分的に導電性のリード線とを有するダイオードである。各リード線は第1の種類の半導体材料と第2の種類の半導体材料の一方に結合されており、第1および第2の種類の半導体材料ならびにリード線対は核酸テンプレート・コアを有する。
【００２３】
本発明の他の態様は、誘電体によって分離された一対の少なくとも部分的に導電性のプレートを有するキャパシタであって、各プレートが核酸テンプレート・コアを有するキャパシタである。
【００２４】
本発明の他の態様は、核酸テンプレート・コアを有する誘電体によって分離された一対の少なくとも部分的に導電性のプレートを有するキャパシタである。本発明の他の実施形態は、第2の材料によって分離された第1の材料を有するトランジスタである。第1および第2の種類の半導体材料は、共通の核酸テンプレートを有する。
【００２５】
本発明の他の態様は、第1の種類の半導体材料を分離する第2の種類の半導体材料を有するトランジスタである。複数の少なくとも部分的に導電性のリード線はそれぞれ、第1の種類の半導体材料と第2の種類の半導体材料の一方に結合されている。第1および第2の種類の半導体材料ならびにリード線は核酸テンプレート・コアを有する。
【００２６】
本発明の他の態様は、少なくとも部分的に導電性の材料のコイルを持つインデューサであって、コイルが核酸テンプレート・コアを有するインデューサである。
【００２７】
本発明の他の態様は、レジスタを製造する方法である。この方法は、核酸結合分子を用いて核酸分子テンプレートの少なくとも1つの領域を保護する段階と、核酸分子テンプレートの保護されていない領域を第1の導電材料で被覆する段階と、保護されている領域から核酸結合分子を除去する段階と、保護されている領域を、第1の導電材料と異なる比抵抗を有する第2の導電材料で被覆する段階とを含む。
【００２８】
本発明の他の態様は、ダイオードを製造する方法である。この方法は、2つ以上の核酸結合分子を用いて核酸分子テンプレートの少なくとも1つの領域を保護する段階と、核酸分子テンプレートの保護されていない領域を導電材料で被覆する段階と、保護されている領域の一部から少なくとも1つの核酸結合分子を除去する段階と、保護されている領域の一部を、第1の種類の導電材料で被覆する段階と、保護されている領域の任意の残りの部分から任意の残りの核酸結合分子を除去する段階と、保護されている領域の残りの部分を第2の種類の半導体材料で被覆する段階とを含む。
【００２９】
本発明の他の態様は、キャパシタを製造する方法である。この方法は、核酸分子テンプレートの互いに平行な領域を導電材料で被覆する段階を含み、被覆される互いに平行な領域はそれぞれ、リード線に結合される。
【００３０】
本発明の他の態様は、キャパシタを製造する他の方法である。この方法は、核酸分子テンプレートの互いに平行な領域間の核酸分子テンプレートの誘電領域を少なくとも1つの核酸結合分子によって保護する段階と、誘電領域の周りの核酸分子テンプレートの保護されていない互いに平行な領域を導電材料で被覆する段階と、誘電領域から核酸結合分子を除去する段階と、誘電領域を誘電体材料で被覆する段階とを含む。
【００３１】
本発明の他の態様は、トランジスタを製造する方法である。この方法は、中央領域、および核酸分子テンプレートの3つの互いに隣接する枝領域のうちの2つを核酸結合分子によって保護する段階と、核酸分子テンプレートの保護されていない領域を導電材料で被覆する段階と、核酸分子テンプレートの中央領域を保護する1つまたは複数の核酸結合分子を除去する段階と、中央領域を第1の種類の半導体材料で被覆する段階と、保護されている枝領域から核酸結合分子を除去する段階と、枝領域を第2の種類の半導体材料で被覆する段階とを含む。
【００３２】
本発明の他の態様は、インデューサを製造する方法である。この方法は、少なくとも1つのタンパク質の周りを核酸分子テンプレートで覆う段階と、核酸分子テンプレートを第1の導電材料で被覆する段階とを含む。
【００３３】
詳細な説明
本発明は、鋳型として核酸分子を用いた回路素子を含むナノ-スケールデバイスを製造する方法を提供する。核酸分子の配列はこのデバイスを形成する目的で用いられる。核酸分子結合性タンパク質または核酸は、核酸分子の領域を保護するために用いることができ、後で行う望ましい被覆金属または他の基剤の堆積に対抗してそれをマスクする。
【００３４】
デバイスは、完全なDNAの鋳型構造を形成し、続いて一つもしくはそれ以上の段階で被膜材料を適用することによってか、またはそのデバイスのさまざまなサブユニットを集成し、続いて一つのデバイスにそのサブユニットを集成することによってかのいずれかでアセンブリできる。本発明は、サブユニットのアセンブリを形成できる露出したDNAのタグを保護する方法を提供することによって、サブユニットをアセンブリするのに好都合である。相同性のタグは所望の位置でサブユニットを結合するために用いられる。
【００３５】
本発明の好ましい態様において、このデバイスは電気回路を含む。しかしながら本発明の方法は、機械的及び構造的な素子などの何らかのナノ-スケール構造物を形成する目的で用いることができる。
【００３６】
回路とは、一個またはそれ以上の回路素子の任意のアセンブリを指す。集積回路または電気回路という用語は、この適用に含まれる回路と相互変換可能に用いられる。本発明の方法は、更には論理回路を形成するために使用できるような、極めて小さいスケールの回路素子を製造する目的で用いることができる。したがって本発明は、100万個もの回路素子を持つ複雑なコンピュータ回路を合成するに至るたった数個の素子を含む比較的簡単な電気回路を合成するために適用可能である。
【００３７】
本発明は集積回路の化学的アセンブリを提供する。例えばワイヤー、スイッチ、及び記憶素子のような、さまざまな電気的な構成要素を化学的に合成することを可能にする方法が提供される。またこの方法は、動作コンピュータまたは電気回路に電気的な構成要素を自己-配列させることも可能にする。本発明は生物学的に形成した化学的アセンブリに関連するが、その回路の作動は電気的である。
【００３８】
本発明は、核酸結合分子をその核酸分子の結合部位に結合させる段階、該核酸分子の非保護部分を材料で被覆する段階、及び該核酸分子から該核酸結合分子を除去する段階によって核酸分子の領域をマスクする方法を提供する。
【００３９】
また鋳型として核酸分子を用いて回路素子を製造する方法は、核酸分子の鋳型を得る段階、核酸結合分子を用いて該鋳型の一つの領域または複数の領域を保護する段階、該核酸分子の非保護領域を第1材料で被覆する段階、該核酸結合分子を除去する段階、および該鋳型の非保護非被覆領域を第2材料で被覆して回路素子を形成する段階によって提供される。なお、第2の電気的に伝導性または絶縁性の材料は第1の電気的に伝導性または絶縁性の材料と異なる。
【００４０】
回路素子を製造する方法は、回路またはその部分からDNAの鋳型を崩壊または除去する段階をさらに含む。核酸分子は本来電気的性質を持っていて、それがある電気素子の機能を妨害する可能性がある。素子を設計する場合に核酸分子の電気的性質を考慮に入れるとよい。その回路素子に核酸分子の本質的な性質を組み入れることが可能でない場合、その核酸分子またはその分子の一部分を崩壊させたり除去したりすることが好ましいと考えられる。
【００４１】
さらに核酸分子に材料が適用される。被覆材料は、後で適用される材料によって第1材料の被覆が妨げられるように、その材料の上に適用するとよい。このような被覆は永久的なものであってもよいし、あるいは回路の加工段階におけるその後の段階で除去されてもよい。
【００４２】
核酸の鋳型の配列と用いられる結合タンパク質を注意深く選択することによって、大きくて複雑な回路を溶液中でアセンブリすることができる。この回路の自己-アセンブリの性質によって、複雑な回路を迅速かつ安価に形成することが可能になる。幾分忠実性が欠けていたとしても、あとで使用するための機能的な回路をテストして選択できる。より複雑な構造は核酸結合性化合物の組み合せを用いて製造するとよい。
【００４３】
タンパク質または核酸の種々の組み合せを核酸分子を保護するために使用できる。保護分子は、保護すべき領域の大きさと保護分子の結合親和性に基づいて選択される。核酸分子の鋳型に金属または他の基剤を適用した後で、保護タンパク質のいくつかまたは全てをその核酸分子から取り除く。結合分子を用いてその核酸分子を保護する段階、それに続いて被覆を形成する段階からなる繰り返しを追加して行うことによって、さまざまな回路素子を形成できる。
【００４４】
本発明では、好ましい核酸分子としてRNAおよびDNAが挙げられる。また本発明には、化学的に修飾された核酸分子または核酸アナログが含まれる。このようなRNAまたはDNAアナログには2'-O-アルキル糖の修飾体、メチルホスホネート、ホスホロチオエート、ホスホロジチオエート、ホルムアセタール、3'-チオホルムアセタール、スルホン、スルファメート、及びニトロオキサイドを骨格とする修飾体、アミド類、並びに塩基部分が修飾されたアナログが含まれるがこれらに限定するわけではない。さらにオリゴマーのアナログは、糖部分が修飾されていたり別の適当な部分によって置換されていたりするポリマーであってもよく、得られるポリマーには、限定するわけではないがポリビニル骨格のもの（参照文献として本明細書に組み入れられる、Pithaら、「Preparation and Properties of Poly(1-vinylcytosine)」 Biochim Biophys Acta 204: 381-8 (1970)、Pithaら、「Poly(1-vinyluracil). The Preparation and Interactions with Adenosine Derivatives」Bioc him Biophys Acta 204: 39-48 (1970)を参照）、モルホリノ骨格のもの（参照文献として本明細書に組み入れられる、Summertonら、「Morpholino Antisense Oligomers: Design, Preparation, and Properties」Antisense Nucleic Acid Drug Dev 7: 187-9 (1997)）およびペプチド核酸アナログ（PNA）(Steinら、「A Specificity Comparison of Four Antisense Types: Morpholino, 2'-O-methyl RNA. DNA. and Phosphorothioate DNA」J. Antisense Nucleic Acid Drug Dev. 7: 151-7 (1997)、Egholmら、Peptide Nucleic Acids (PNA)-Oligonucleic Analogues with an Achiral Peptide Backbone, (1992)、Faruqiら、「Peptide nucleic acid-targeted mutagenesis of a chromosomal gene in mouse cells」Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95: 1398-403 (1998)、Christesenら、「Solid-Phase Synthesis of Pepttide Nucleic Acids」J. Pept. Sci. 1: 175-83 (1995)、Nielsenら、「Peptide Nucleic Acid (PNA),, A DNA Mimic with a Peptide Backbone」Bioconjug. Chem. 5: 3-7 (1994)参照）が含まれる。さらにリンケージには、次の代表的な修飾体を含むことができる：タンパク質（例えば、ヌクレアーゼ、毒素、抗体、シグナルペプチド及びポリ-L-リジンを含む）のような突出部分、インターカレーター（例えば、アクリジン及びソラレン）、キレート剤（例えば、金属、放射性金属、ボロン及び酸化性金属）、アルキル化剤、及び他の修飾されたリンケージ（例えば、αアノマー型の核酸）。このようなアナログには、上述した結合基が関与する修飾体および／または糖もしくは塩基の構造的な修飾体を、標的RNAのRNAseHが仲介する分解、結合親和性、ヌクレアーゼ抵抗性、および／または標的特異性を改善する目的でさまざまに組み合わせたものが含まれる。
【００４５】
タンパク質または核酸の様々な組合せを用いて拡散分子を保護することができる。保護分子の選択は、保護すべき領域のサイズおよび保護分子の結合親和力に基づいて行うことができる。拡散分子テンプレートに金属またはその他の基板を取り付けた後、核酸分子からいくつかまたはすべての保護タンパク質が除去される。核酸分子を結合分子で保護する段階とその後の被覆段階をさらに繰り返して様々な回路素子を作製することができる。
【００４６】
核酸分子を用いることで、三次元構造体を含む支持複合構造物を形成することができる（参照文献として本明細書に組み入れられる、Chenら、「Synthesis from DNA of a Molecule with the Connectivity of a Cube」Nature 350: 631-633 (1991)参照）。相補的核酸分子には自己-アセンブリ化の性質があるため、複合構造物は一つの反応でアセンブリすることができる。核酸分子を形成し、操作するための方法には、合成、連結反応、制限、修飾、ハイブリダイゼーション及び分離が含まれ、それらは参照文献として本明細書に組み入れられる、Short Protocols in Molecular Biology, A Compendium of Methods from Current Protocols in Molecular Biology, Ausubel. F. M.ら編、第二版、Green Publishing Assosiates and John Wiley and Sons, New York (1992)、Sambrookら、Molecular Cloning: a Laboratory Manual, Cold Spring Harbor, N. Y., Cold Spring Harbor Laboratory, (1989)において記載を見つけることができる。
【００４７】
核酸支持構造体の定方向形成は、配列特異的ハイブリダイゼーションによって行われる（参照文献として本明細書に組み入れられる、Short Protocols in Molecular Biology, A Compendium of Methods from Current Protocols in Molecular Biology, Ausubel. F. M.ら編、第二版、Green Publishing Assosiates and John Wiley and Sons, New York (1992)、Sambrookら、Molecular Cloning: a Laboratory Manual, Cold Spring Harbor, N. Y., Cold Spring Harbor Laboratory, (1989)）。大きな回路は一段階または多段階のハイブリダイゼーションで形成してもよく、その場合支持体のサブユニット部分が後の段階でアセンブリされる。ハイブリダイゼーションの条件は当技術分野で周知の慣習的手順を用いて決定できる（参照文献として本明細書に組み入れられる、Southernら、J. Mol. Biol., 98: 503-517 (1979)参照）。
【００４８】
天然の核酸分子も修飾された核酸と同様に、まとめて3本またはそれ以上のリードを用いることができる3本鎖または4本鎖の配列を形成できる（参照文献として本明細書に組み入れられる、Footerら、「Biochemical Evidence that a D-loop is Part of a Four-Stranded PNA-DNA Bundle. Nickel-Mediated Cleavage of Duplux DNA by a Gly-Gly-His bis-PNA」Biochemistry 35 (33): 10673-9 (1996)参照）。
【００４９】
適切な核酸分子は合成して作ることができる。合成の核酸分子を製造する好ましい方法は、アプライドバイオシステムズ380B（Applied Biosystems 380B）またはミリゲン7500自動DNA合成装置（Milligen 7500 automated DNA synthesizer）のいずれかを用いる標準的なホスホルアミダイトケミストリー法である（参照文献として本明細書に組み入れられる、Van Nessら、Nucl. Acids Res. 19: 3345-3350 (1991)、Vam Nessら、Nucl. Acids Res. 19: 5143-5151 (1991)参照）。
【００５０】
また、構造物の部分は独立してアセンブリしてもよく、核酸分子を被覆する前か後のいずれかで得られたパーツが最終構造物にアセンブリされる。被覆形成後のアセンブリは核酸分子の部分を保護することによって製造でき、それが核酸結合タンパク質を用いることで他のパーツにハイブルダイゼーションできる。これらのタンパク質は最終的な構造物の自己-アセンブリ化の前に除去すればよい。
【００５１】
一旦単離または合成がなされると、PCR法を利用してその核酸分子のたくさんのコピーを作りだせる（参照文献として本明細書に組み入れられる、Kawasaki. 1990. PCR Protocols: A Guide to Methods and Applications, Innisら編、Academic Press. San Diego、及びWang and Mark. PCR Protocols: A Guide to Methods and Applications, Innisら編、Academic Press. San Diego (1990)参照）。
【００５２】
核酸を材料にして回路のための骨格、即ち支持体を作り上げるのとは別に、他の材料も用いることができる。核酸は粒子やチップに付着させることによって回路の形状及び安定性を支持することができる（参照文献として本明細書に組み入れられる、Mirkinら、「A DNA-Based Method for Rationally Assembling Nanoparticles into Macroscopic Materials」Nature 382: 607-611 (1996)、Fodorら、米国特許第5,445,934号「Array of Oligonucleotides on a solid surface」 (1995)参照）。
【００５３】
ハイブリダイゼーションを行った後で、構造物の安定性は分子の分裂を連結することによって大きくすることができる（参照文献として本明細書に組み入れられる、Stryer, Biochemistry 2nd Ed. W. H. Freeman & Co., (1975)参照）。
【００５４】
制限エンドヌクレアーゼは、不必要な連結を切断するために用いることができる。例えばいくつかのフラグメントは、最終構造物の形成の際には補助として用いられるのであろうが、最終構造物では必要がないかもしれない。したがってその構造物を形成した後で、制限エンドヌクレアーゼを用いて最終構造物では望ましくないそれらのフラグメントを除去するとよい。
【００５５】
PCR法または合成法によって作成される核酸は、忠実性を維持するように注意して作成する必要がある。忠実性は、ミスマッチ修復システムなどによって改良することができる。例えば大腸菌から得られるmutミスマッチ修復酵素が含まれる。また忠実性は、温度や塩濃度を変化させることによっても影響を受けたりする。好ましい方法では、高度な忠実性のポリメラーゼまたは突然変異ポリメラーゼを用いることで、核酸の修復の忠実性を確実なものにできる。
【００５６】
また天然に発生する核酸分子は、生きている生物、即ちウイルス、細菌、植物、及び動物などから選別して単離してもよい。所望の核酸は当業者に公知の方法を用いて生物から単離できる。例えば天然の配列をPCR法により増幅して単離するとよい。好ましい天然に発生する配列には遺伝子の上流側の領域が含まれ、それはプロモーターやエンハンサーの要素を含有している。このような領域は、核酸分子結合タンパク質に対する結合部位が豊富であると思われる。
【００５７】
また核酸分子を修飾することによって、より良いレベルで、あるいは広くさまざまな材料とともに核酸分子の被覆を製造できるようにしてもよい。例えば、糖の2'または3'位にアミノ基を含む共通のデオキシリボ核酸及びリボ核酸のアナログは、確立された化学的手法により作成できる（参照文献として本明細書に組み入れられる、Imazawaら、J. Org. Chem. 44: 2039 (1979)、Imazawaら、J. Org. Chem. 43 (15): 3044 (1978)、Verheydenら、J. Org. Chem. 36 (2): 250 (1971)、Hobbsら、J. Org. Chem. 42 (4): 714 (1977)参照）。さらにオリゴヌクレオチドは2'-5'または3'-5'ホルホアミドリンケージを用いて合成できる（参照文献として本明細書に組み入れられる、Beaucageら、Tetrahedron 49 (10): 1925 (1992)、Letsinger, J. Org. Chem. 35: 3800 (1970)、Sawai, Chem. Lett. 805 (1984)、F. Eckstein Ed, Oligonucleotides and Analogues: A Practical Approach (Oxford University Press 1991)参照）。
【００５８】
選択され、即ち標的となる核酸配列の増幅は任意の適切な手段によって行うことができる。（参照文献として本明細書に組み入れられる、Kwoh. D. and Kwoh. T., Am Biochnol Lab. 8. 14 (1990)を一般的に参照されたい。）適当な増幅法の例としては、ポリメラーゼ連鎖反応、リガーゼ連鎖反応（参照文献として本明細書に組み入れられる、Barany, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 88, 189 (1991)参照）、配列置換増幅法（参照文献として本明細書に組み入れられる、Walker. G.ら、Nucleic Acids Res. 20.1691 (1992)、Walker. G.ら、Proc. Natl. Acad. Sci. USA 89, 392 (1992)を一般的に参照されたい）、転写-ベースの増幅法（参照文献として本明細書に組み入れられる、Kwoh. D.ら、Proc. Natl. Acad. Sci. USA 86, 1173 (1989)参照）、自己-継続型複製法（即ち「3SR」）（参照文献として本明細書に組み入れられる、Guatelliら、Proc. Natl. Acad. Sci. USA 87, 1874 (1990)参照）、Qbレプリカーゼシステム（参照文献として本明細書に組み入れられる、Lizardi. P.ら、Biotechnology, 6, 1197 (1988)参照）、核酸配列-ベースの増幅法（即ち「NASBA」）（参照文献として本明細書に組み入れられる、Lewis. R., Genetic Engineering News, 12 (9), 1 (1992)参照）、修復連鎖反応（即ち「RCR」）（参照文献として本明細書に組み入れられる、Lewis. R., Genetic Engineering News, 12 (9), 1 (1992)参照）、そしてブーメラン型DNA増幅法（即ち「BDA」）（参照文献として本明細書に組み入れられる、Lewis. R., Genetic Engineering News, 12 (9), 1 (1992)参照）が挙げられるが、これらに限定するわけではない。ポリメラーゼ連鎖反応が最近では好まれている。
【００５９】
一般に前述したようなDNA増幅法には一個のプローブ、一対のプローブ、または二対のプローブの使用が関与し、それらのプローブは、同一のハイブリダイゼーションの条件下において対象となる核酸分子には特異的に結合するが、望ましくない他の核酸分子には結合せず、そして増幅反応において対象となる核酸分子またはその部分が増幅する場合に一つもしくは複数のプライマーとして機能する。
【００６０】
この鋳型の配列は、化学的な方法（参照文献として本明細書に組み入れられる、Maxamら、Proc. Nat'l. Acad. Sci. USA. 74: 560 (1977)参照）または酵素的な方法（参照文献として本明細書に組み入れられる、Sangerら、Proc. Nat'l. Acad. Sci. USA. 74: 5463 (1977)参照）のいずれかによって分子を配列決定することで立証できる。
【００６１】
核酸分子自体は、幾分それ自身の導電性の性質を備えている。これらの性質は、電気回路の機能に対する何らかの有害な影響を減少させるべく修飾するとよい（参照文献として本明細書に組み入れられる、Meadeら、米国特許第5,770,369号「Nucleic Acids Mediated Electron Transfer」 (1988)参照）。この核酸分子の電気的性質を修飾するには、核酸分子の塩基の間に化合物をインターカレートすることによって、糖-燐酸骨格を修飾することによって、または回路素子が形成された後で核酸分子を開裂させることによって行うことができる。核酸分子の開裂は、照射、化学的な処理、または酵素による減成によって達成できる。ガンマ線は核酸分子を被覆する材料を透過するため、ガンマ線を用いた照射が好ましい。
【００６２】
本発明のもう一つの態様では、二本鎖の核酸分子の一方の鎖を修飾することによってその鎖の被覆を減少させたり抑制したりできる。続いて被覆された核酸分子は一方の側のみに被覆が施され、それによって回路素子が形成された後で核酸の鋳型が化学的あるいは酵素的に除去されることが可能になる。
【００６３】
被覆から核酸を遮蔽することは、その核酸分子と安定した相互作用を行うことができ、かつその核酸分子への接近を遮断できるような核酸結合タンパク質、核酸分子、抗体、または他の化合物を用いて行うことができる。本発明の好ましい態様では、核酸結合タンパク質が被覆から核酸分子を保護する目的で用いられる。
【００６４】
核酸結合分子は配列選択性、即ち配列特異性であるとよい。配列選択性の結合とは、核酸分子を一般に結合するが、ある配列に対して他の配列よりも優先的な結合性を示すような核酸結合分子を指す。配列-選択性の結合性は、例えばディスタミシンといった小さな分子に特徴的に備わっている。たくさんの核酸結合分子が知られており、核酸分子とのそれらの相互作用が研究されている。（参照文献として組み入れられる、例えばBoulikas, 「A Compilation and Classification of DNA Binding Sites for Protein Transcription Factors from Vertebrates」Crit. Rev. Eukayot. Gene Expr. 4: 117-321 (1994)参照。）このような核酸分子には、転写及び翻訳のアクチベーター、修復酵素、ヒストン、リガーゼ、制限ヌクレアーゼなどが含まれる。
【００６５】
入手可能な核酸結合タンパク質の総数は100に達する。さらに、修飾されたり突然変異が起きたりした結合タンパク質は、本発明で使用するために入手できるタンパク質の数を増加させる。適当な核酸結合タンパク質の選択は、数多くのファクターに基づいて行うことができる。重要性の高いファクターのうち、その結合タンパク質によって保護される領域の大きさによって用いられるべきタンパク質を決定できる。素子の電気的な機能は素子の長さに依存することが多い。したがって保護される領域の大きさは、望ましい性質を持つ素子を作成する場合に重要である。いくつかのタンパク質は、核酸分子の長い領域を保護することがより容易になるマルチマーを形成しうる。結合タンパク質を選択する際に考慮すべき別のファクターは、標的配列に対するそのタンパク質の親和性である。親和性が高いものを用いると、不調な素子の発生率を減少させることが可能である。一方その親和性は、要求がある場合には結合タンパク質を効率的に除去できるようなレベルでなくてはならない。より複雑な回路を製造する際には、数種の異なるタンパク質が必要であると考えられることから、そのさまざまなタンパク質の両立性もファクターとなるであろう。使用されている他の結合タンパク質による保護作用に影響を与えることなく、タンパク質を効率的に除去できることが望ましい。
【００６６】
フラグメントをハイブリダイゼーションさせた後でDNAの鋳型の安定性を強化するために、リガーゼを用いることができる。連結反応を行うとその構造は、続いて行われる段階での熱や塩による変性に対する耐性を強めることができる。
【００６７】
さらにエンドヌクレアーゼまたはエキソヌクレアーゼを用いることによって、もはや必要ではなくなったその支持構造体の部分を除去することができる。核酸分子は、被覆段階の際に構造体のパーツを定位置に保持させるために用いるとよく、その後で除去すればよい。
【００６８】
好ましい核酸結合分子は調節分子である。特にlac及びレプレッサータンパク質が十分に研究されている。ラクトースレプレッサータンパク質は、次の文献に記載されたようにして調製できる：Rosenberg, J. M.ら、Nucleic Acid Res. 4 (3): 567 (1977)、Matthews, K. S., J. Biol. Chem. 253 (12): 4279 (1978)、O'Gorman, R. B.ら、J. Biol. Chem. 255 (21): 10100 (1980)、Levens, D. and P. M. Howley, Mol.Cell. Biol. 5 (9): 2307 (1985)であり、これらは参照文献として本明細書に組み入れられる。上記に参照した方法を用いて調製したラクトースレプレッサータンパク質に存在する活性及び純度の程度は、文献（参照文献として本明細書に組み入れられる、Bourgeois, S. and A. D. Riggs, Biochem. Biophys. Res. Comm. 38(2): 348 (1970)、Barkley, M. D. and S. Bourgeois in The Operon. Cold Spring Harbor, N. Y. pp. 177-220 (1978)、及びBourgeois, S. in Methods in Enzymology Vol. 21, pp.491-500 (1971)）に記載された方法を用いて決定することができる。
【００６９】
テトラサイクリン（tet）レプレッサータンパク質は、参照文献として本明細書に組み入れられる文献、Hillenら、J. Mol. Biol. 257 (11): 6605 (1982)、Oehmichenら、EMBO J. 3 (3): 539 (1984)に記載されたとおりに調製できる。tetレプレッサータンパク質は、参照文献として本明細書に組み入れられるAltschemiedら、J. Mol. Biol. 187: 341 (1986)、Hillenら、J. Mol. Biol. 172: 185 (1984)、Hillenら、J. Mol. Biol. 169: 707 (1983)によって記載されたとおりに評価して特徴を明らかにできる。
【００７０】
制限エンドヌクレアーゼも好ましい。制限ヌクレアーゼのようなタンパク質は周知の結合配列を持っている。しかしながらヌクレアーゼの活性は望ましくない場合がある。適当な緩衝条件を用いることで、核酸への結合が容易になるが、鋳型分子の開裂は妨げられる。同様に、他のタンパク質は活性を得るために共同因子を必要とするであろうが、そのため望ましくない活性は必要な共同因子を削除することで調節できると考えられる（参照文献として本明細書に組み入れられる、Chiangら、「Effects of Minor Groove Binding Drugs on the Interaction of TATA Box Binding Proteins and TFIIA with DNA」Biochemistry 33: 7033-40 (1994)、Wuら、「Physical and Functional Sensitivity if Zinc Finger Transcription Factors to Redox Change」Mol. Cell. Biol. 16: 1035-46 (1996)、Aranyiら、「Gluccocorticoid Receptor is Activated by Heparin and Deactivated by Plasmin」Acta Biochem. Biophy. Acad. Sci. Hung. 20: 129-33 (1985)、Ralstonら、「Metalloregulatory Proteins and molecular Mechanisms of Heavy Metal Signal Transduction」Adv. Inorg. Biochem. 8: 1-31 (1990)、Pratt. 「Transformation of Gluccocorticoid and Progesterone Receptors to the DNA-Binding State」J. Cell. Biochem. 35: 51-68 (1987)参照）。また、ヌクレアーゼ活性は欠如していて配列特異的結合作用は維持している制限エンドヌクレアーゼの突然変異体を用いることもできる。
【００７１】
核酸結合タンパク質のフラグメントも、それらが機能的な核酸結合ドメインを含んでいるのであれば用いることができる。これらのフラグメントは小さなフットプリントを持っていると考えられ、保護された領域の大きさがさまざまである場合に役に立つと思われる。機能的な核酸結合フラグメントを同定して単離する方法は当技術分野では公知である（参照文献として本明細書に組み入れられる、Sukhatmeら、米国特許第5,773,583号「Methods and Materials Relating to the Functional Domains of DNA Binding Proteins」 (1998)参照）。
【００７２】
ハイブリッドタンパク質も対象となる核酸-結合タンパク質を調製するために用いることができる。このようなハイブリッドタンパク質は、親和性、即ち免疫親和性カラムによって単離できる。さらにDNA-結合タンパク質は、同種のDNA結合部位と相互作用する能力に基づいた親和性クロマトグラフィーによって単離することが可能である。また、細菌、酵母、昆虫細胞または哺乳動物の細胞における他の発現システムを、このアッセイ法で用いるための核酸-結合タンパク質を適当なレベルで発現させるために利用できる。
【００７３】
突然変異体の結合タンパク質も使用できる。結合タンパク質が突然変異していると、配列特異性または親和性に変化が生じる可能性がある。
【００７４】
特異的認識配列に結合する任意タンパク質を本発明において使用できる。制約を与えるあるファクターは、認識配列に対するタンパク質の親和性におけるすぐ隣の配列（テスト配列）の影響である。同種の部位に対するタンパク質の親和性においてテスト配列の影響がほとんどないか全くない場合、核酸分子とタンパク質の相互作用は記載したアッセイ法での使用に好ましいが、（テスト配列依存性の）特異な結合性を示す核酸分子とタンパク質の相互作用であっても、その特異な親和性を補正するデータの分析にアルゴリズムが適用されれば用いることができる。一般に、タンパク質の結合性に対しての隣接する配列組成の影響は、DNA-結合タンパク質に対する認識配列の長さに相関する可能性が高い。通常、タンパク質が短い認識配列と結合する場合の反応速度は隣接する配列の影響を受け易いようであり、これに対してタンパク質が長い認識配列と結合する場合の反応速度は隣接する配列組成によって影響をあまり受けないようである。
【００７５】
一個の核酸結合タンパク質によって保護される領域は限定的であってもよい。しかしながら多数の核酸分子結合タンパク質は、核酸分子の大きな領域を保護するために用いることができる。実際にいくつかの核酸結合タンパク質はタンパク質-タンパク質相互作用をし、核酸分子の大きな領域の保護を容易にする。異なる結合ドメインの混合物は、保護されるべき的確な長さを設定するために用いることができる。
【００７６】
核酸結合タンパク質の濃度は重要である。一核酸：タンパク質複合体が解離した場合、開放された核酸は溶液中ですばやく別のタンパク質と複合体を再形成する。タンパク質は核酸に対して過剰にあるため、ある複合体が解離すると核酸の急速な再会合が常に起こって別の核酸：タンパク質複合体になる。均衡がとれている場合には非結合となるであろう核酸分子はほとんどない。非結合の核酸が測定した系の成分である場合、そのアッセイ法の最小のバックグラウンドは所定の測定可能な時間が経過する間に観察された非結合性の核酸の量である。
【００７７】
核酸分子からのマスク用タンパク質の除去には、核酸から結合タンパク質を除去するための当業者に公知の方法を用いて行うことができる。
【００７８】
数種の核酸結合タンパク質、特に転写及び翻訳のアクチベーターもしくはレプレッサーは、核酸分子に結合したり核酸分子から遊離したりする能力については共同因子に依存している。したがって、共同因子は添加されたり溶液から除去されたりする。マスク用タンパク質の結合性は注意深く調節できる。
【００７９】
またタンパク質は、核酸に影響を与えない化学物質によって変性を受ける。例えばフェノール及びクロロホルムは、核酸分子自体に影響を与えることなく核酸分子からタンパク質を除去するために用いることができる。
【００８０】
もう一つの方法では、回路を取り囲む溶液の塩濃度を高めることである。塩濃度を変えることによってタンパク質は核酸から離れることができる。さらに、塩に対して異なる感受性を備えた結合性の共同作用因子を持つタンパク質を用いることによって、いくつかのタンパク質は核酸の鋳型から除去できるが、これに対して他のタンパク質は結合したままであり、そうして核酸分子のそれらの部分をマスクし続ける。
【００８１】
結合タンパク質は、高濃度の競合分子を添加することによって除去できる。このような競合分子は、除去されるべき特定のタンパク質に対する結合部位を含むと考えられる。結合部位の親和性は鋳型分子で用いた親和性よりも高く、即ち単に競合分子の濃度を増加させることによって、タンパク質は鋳型から選択的に除去できる。この競合分子は、例えば溶液中であったり、固体支持体の上であったり、または常磁性のビーズに付着させたりしてさまざまな形態で用いることができる。固体支持体または常磁性のビーズを用いると、競合性のDNAの多くを容易に除去することが可能になり、競合性のDNAをたくさんの反応で用いることができるようになる。また、競合性のDNAを完全に除去することが望ましい場合、ヌクレアーゼを用いることによって遊離のDNAを切断できる。
【００８２】
またタンパク質は、溶液の温度を変えることによっても核酸分子から除去できる。タンパク質は、高温ではその構造及び活性を維持する能力がなくなる。したがって温度を上昇させることによってタンパク質は不活化できる。しかしながら温度を用いてタンパク質を除去するのであれば、核酸の鋳型が変性しないように核酸分子を設計する点の注意を払わなくてはならない。タンパク質を再び示差的に遊離させることは、温度を変えて用いることで可能である。熱安定性の酵素はある種の生物から単離できる。例えば好熱性細菌は、80℃以上の温度でその活性を維持できるタンパク質を産生する。したがってタンパク質の混合物を用いれば、他の部位のマスクを維持したままある種のタンパク質の放出が可能になる。
【００８３】
温度は核酸配列を変性させる（参照文献として本明細書に組み入れられる、Caseyら、Nucl. Acids Res. 4: 1539 (1977)参照）。したがって温度を用いて核酸分子からタンパク質を除去する場合には、核酸分子の溶融温度を考慮にいれなくてはならない。鋳型の安定性は、分子を核酸分子とともに連結することによって改良できる。
【００８４】
もちろんタンパク質の除去は、例えば塩濃度と温度の両方を変化させるような、さまざまな方法を組み合わせることで容易に行える（参照文献として本明細書に組み入れられる、例えばKoblanら、Biochem. 30: 7817-21 (1991）参照）。
【００８５】
負に荷電している核酸分子のバックボーンを用いると、回路素子を形成するために必要とされる材料を引き付けて結合できる。金属、ドープした金属、及び他の材料はDNA分子の露出した領域に特異的に結合できる。
【００８６】
例えば、DNAは金属または金属を堆積したワイヤーを形成するために利用できる（参照文献として本明細書に組み入れられる、Braunら、Nature 391: 775 (1998)参照）。Braunは銀がDNA分子に沿って堆積できることを明らかにした。3工程が用いられる。第1工程では、Ag＋／Na＋イオン交換によって銀がDNA分子に選択的に位置づけられ（参照文献として本明細書に組み入れられる、Barton. in Bioinorganic Chemistry (Bertiniら編) 第八章 (University Science Books. Mill Valley, 1994参照）、そして複合体が銀とDNAの塩基との間に形成される（Spiro(ed) Nucleic Acid-Metal Ion Interactions (Wiley Interscience, New York 1980、Marzelliら、J. Am. Chem. Soc. 99: 2797 (1977)、Eichorn (ed.) Inorganic Biochemistry, Vol. 2, ch 33-34 (Elsevier, Amsterdam, 1973)参照）。イオン交換工程は、ラベルしたDNAの蛍光シグナルの消滅を追跡することでモニターすればよい。そのとき銀イオン-交換したDNAは、DNA骨格に結合して集合体を形成するため減少する。銀の集合体は、例えば写真術の化学で用いられる手法のような標準的な手法を用いることでさらに大きくなる（参照文献として本明細書に組み入れられる、Holgateら、J. Histochem. Cytochem. 31: 938 (1983)、Birellら、J. Histochem. Cytochem. 34: 339 (1986)参照）。
【００８７】
導電体、半導体、または他の材料の化学的な堆積は、当技術分野で公知の化学的手法を用いて行うことができる。一例を挙げると、写真用の色素を既知の光化学反応で銀とともに使用できる。（参照文献として本明細書に組み入れられる、James, The Theory of the Photographic Process, 4 th ed. (Macmillan Publishing, New York 1977)参照）。写真用の色素は、芳香族炭化水素のようなπ-電子発色団を含む他の固体状有機化合物と同様に、電気的な半導体及び光導電体である（参照文献として本明細書に組み入れられる、James, The Theory of the Photographic Process, 4 th ed.(Macmillan Publishing, New York 1977)、Kallman et al. eds., Symposium on Electric Conductivity of Organic Solids (Wiley-Interscience 1961)、Meter, Die Photochemie der Organischen Farbstoffe (Springer, Berlin 1963)、Gutmanら、Organic Semiconductors (Wiley, New Tork 1967)、Meier, Spectral Sensitization (Focal Press. London and New York 1968)参照）。
【００８８】
半導体として用いることのできる適当な色素の例は、参照文献として本明細書に組み入れられる、Hamer, The Chemistry of Heterocyclic Compounds. Vol. 18. The Cyanine Dyes and Related Compounds, Weissberger. ed., Interscience, New York, 1964、Meesら編、The Theory of the Photographic Process 4 th Ed. (Macmillan, New York 1977)、Ficken, The Chemistry of Heterocyclic Compounds. Vol. 4, Venkataraman, ed. (Academic Press, New York 1971)、及びSturmer, The Chemistry of Heterocyclic Compounds. Vol. 30, Weissbergerら編、(John Wiley, New York 1977)において概説されている。好ましい色素にはシアニン及びメロシアニン色素が含まれる。これらの化合物の合成方法は当技術分野では周知である。参照文献として本明細書に組み入れられる、Brookerら、J. Am. Chem. Soc. 73:5326 (1951)、Dimrothら、Justus Liebigs Ann. Chem. 373 (1975)、Brooker et al,m J. Franklin Ist. 219: 255 (1935)、Broolerら、J. Am. Chem. Soc. 57: 2480 (1935)、Malhotraら、J. Chem. Soc. 3812 (1960)参照。感光性の色素はハロゲン化銀に吸着する（参照文献として本明細書に組み入れられる、Herz, The Theory of the Photographic Process 第四版 第九章 (Macmillan. New York 1977) 参照）。こうして色素が核酸分子支持体に適用されることによって半導体領域を形成することができる。
【００８９】
一旦堆積させた金属または他の材料は、種々の方法によりドープすることができる。一態様ではドーピング材料は、核酸基質上にドープした化合物を形成できるように溶液中で金属または他の材料と混合される。別の態様では、一種または複数の材料を核酸基質に適用してからその基質を溶液から取り出し、続いてその材料-基質複合体を気体状のドーピング剤に暴露する。その後で追加の材料を、さらに工程を行って核酸基質に適用してもよい。
【００９０】
他の正に荷電したイオンは、同様の方式で核酸分子に沿って堆積できる。鋳型としての核酸分子の使用は銀に限定されるわけではなく、他の金属で置換してもよい。さらに本発明は金属に限定されない。参照文献として本明細書に組み入れられる、Burroughesら、Nature 347, 539 (1990)には、DNAを鋳型として用い、正に荷電させたPPV前駆体ポリマーを引き伸ばしたDNAに付着させる段階、及びそれを処理してフォトルミネセンスPPVワイヤーを形成する段階によってポリ-（p-フェニレンビニレン）（「PPV」）フィラメントを製造できることが開示されている。
【００９１】
回路素子を作成するために用いることのできる金属の範囲を広げるために、正に荷電した置換基を核酸分子と通常は相互作用しない他の材料とともに複合化させるとよい。正に荷電した置換基は、負に荷電した核酸分子と相互作用できる。または、所望の材料は、核酸分子内で積み重なっている塩基対を用いてインターカレートする化合物と複合体を形成できてもよい。好ましい態様におけるインターカレート剤はエチジウムブロマイドである。またインターカレートする分子を用いることで、核酸分子本来の導電性または抵抗性を変えることもできる（参照文献として本明細書に組み入れられる、Meade, 米国特許第5,770,369号参照）。
【００９２】
別の態様では、二重螺旋のポリヌクレオチドからなる標的配列に配列特異的な様式で効果的に結合するポリマー組成物であって、その標的配列内の選択された位置で少なくとも二つの異なる方向を向くワトソン／クリック塩基対に結合するポリマー組成物を用いることによって、核酸分子に材料を結合させることができる。このポリマー組成物には、5-または6-員環の骨格構造と、標的配列内の異なる方向を向く塩基対と特異的に結合する水素に有効な骨格構造に結び付いた選択された塩基とを持つ電気チャージしていない骨格が含まれる（参照文献として本明細書に組み入れられる、Summertonら、米国特許第5,405,938号 (1995)参照）。
【００９３】
さらに成長を続ける間に、金属の混合物を用いることで合金またはドープした金属を堆積させてもよい。ドーピング材料は成長させる際に溶液状態で供給できる。この材料の導電性も熱処理によって変えることが可能である。したがって被覆材料の物理的性質を変えることによって、望ましい電気的特徴を作りだすことができる。
【００９４】
材料が核酸分子上に一旦堆積してから核酸分子は、特異的にその核酸分子を分裂できるが回路素子には影響を与えない処理を用いることによって、崩壊および／または除去できる。核酸分子は、ヌクレアーゼ、電離放射線、酸化性化合物を用いて回路を処理することによって、崩壊させたり、あるいはうまく除去したりできる。本発明の好ましい態様では、核酸分子を電離放射線によって崩壊させている。
【００９５】
上記に記載したように核酸分子は被覆材料を堆積させる前に修飾するとよい。またこのような修飾は、得られる材料の電気的性質に影響を与える可能性がある。
【００９６】
核酸分子の骨格の部分を用いても、特定の配列に骨格を保つことができる。構造を安定化できる金属または他の材料を適用した後で、回路では必要のない核酸分子のセグメントを除去するとよい。制限エンドヌクレアーゼは、露出した核酸分子を配列依存的様式で切断するために用いることができる（参照文献として本明細書に組み入れられる、Short Protocols in Molecular Biology, A Compendium of Methods from Current Protocols in Molecular Biology, Ausubel, F. M.ら編、第二版、Green Publishing Associates and John Wiley and Sons, New York (1992)、Sambrookら、Molecular Cloning: a Laboratory Manual, Cold Spring Harbor, N. Y., Cold Spring Harbor Laboratory, (1989)参照）。二本鎖及び一本鎖のヌクレアーゼを用いることによって、金属、他の材料、または結合タンパク質によって保護されていない核酸分子の望ましくない部分を切断して除去することができる。
【００９７】
コンピュータ回路の自己-アセンブリにおいてレベルの高い忠実性を顕わすために条件を調節するとよい。しかしながら幾分かのエラーが起こる可能性がある。エラーの発生に対処するために、正しく形成された回路を確認する目的で現在利用可能な技術を用い、製造された回路をテストするとよい。
【００９８】
さらに回路は、プログラム作成によってエラーを確認し、不調な素子を補正できるように設計することができる。例えば並列回路システムは、コンピュータの構成の範囲を広めることが可能なように設計できる。（参照文献として本明細書に組み入れられる、例えばBruckら、米国特許第5,280,607号「Method and Apparatus for Tolerating Fauls in Mesh Architectures」 (1991)参照）。欠陥に対処できる構成は、大きな伝送帯域幅を導入することによって作り出すことができる。帯域幅が大きいとソフトウエアが欠陥の周りにルートを形成するのを可能にする（参照文献として本明細書に組み入れられる、Heathら、「A Defect-Tolerant Computer Architecture: Opportunities for Nanotechnology」Science 280: 1716 (1998)、Eatonら、米国特許第4,939,694号「Defect Tolerant Self-Testing Self-Repairing Memory System」 (1990)参照）。形成できるコンピュータシステムは、参照文献として本明細書に組み入れられる、Villasenorら、Scientific American 276: 68 (1997)にて概説されている。
【００９９】
本発明の回路素子は、従来のチップ技術と組み合わせるとよい。核酸分子は、核酸分子をベースとする回路素子が接合される予定のウェハに容易に接合できる。（参照文献として本明細書に組み入れられる、Fodorら、米国特許第5,445,934号「Array of Oligonucleotides on a solid surface」(1995)参照）。このようなウェハはさらに、核酸をベースとする回路の形成で基板としてまさに用いることができる。または、この回路を形成し、続いてウェハ上で核酸分子に連結することによって、核酸ベースの回路を従来のシステムに集積することができる。
【０１００】
回路を製造したところでそれを非導電性材料内にカプセル封入し、損傷からその回路を保護することもできる。好ましいカプセル封入剤はプラスチックまたはガラス様の材料である。
【０１０１】
本発明の方法は、集積回路と、トランジスタ、レジスタ、キャパシタ、インデューサ、及びダイオードを含む、集積回路を形成する素子とを製造するために利用することができる。この回路素子は論理回路及び他の電気回路を作成するために配設できる（参照文献として本明細書に組み入れられる、Marston, Digital Logic IC Pocketbook (Reed Elsevier Pub., Boston 1996)参照）。
【０１０２】
本発明は集積回路を作成するため、あるいは現存する技術によって作られた回路に回路素子を接合するために用いることができる。特に本発明は、三次元で素子を形成するため、即ち従来のチップ技術ではコストが高かったり、時には作成が不可能であったりするものを形成するために有用である。また本発明は、薬剤や他の材料を収容するナノ-スケールの容器を作成するために用いてもよい。その殻の組成は、容器から材料が放出されるのをコントロールするために変えることができる。また、さまざまなデバイスのためのナノ-スケールの機械的または構造的な構成要素を、そのような小さなデバイスを機械加工するよりはむしろ、本発明で構築させるとよい。本発明は、迅速で安価な製造方法を可能にする。
【０１０３】
実施例
実施例 1- レジスタ
本発明の一態様における方法は、レジスタを形成するために用いられる。図1はレジスタ素子の合成法を図示している。一つまたはそれ以上の結合分子を、結合分子に対する結合部位を持ったDNAを足場とするタンパク質とともに溶液中でインキュベートする。結合分子がその部位に結合してから銀をDNAを足場とする分子の非保護領域に適用する。銀は、負にチャージしたDNA骨格が影響を受けやすい領域にのみ落ち着く。この工程は、保護された領域の両側に導く銀ワイヤーを形成する。結合分子をその後でその領域から除去し、別の金属、ドープした金属または他の導電性材料をその保護された領域の上に配置する。他の金属、ドープした金属または他の導電性物質は異なる抵抗を持っている。レジスタの抵抗力は、結合分子によって保護された領域の大きさを変えることによって変化させることができる。
【０１０４】
実施例 2- ダイオード
ダイオードはp型及びn型半導体からなる。電流はpからn領域に向かってのみ流れるため、ダイオードは一方向における電流の流れに制限される。ダイオードは、交流から直流への変換に有用である。
【０１０５】
ダイオードは、本発明を用いて容易にアセンブリできる。図2はダイオードの合成を要約している。この工程は、隣接する部位を保護するために二つの異なる結合タンパク質を使用できること以外は、レジスタを作成するために用いた工程と同様である。ワイヤーは、核酸分子の残った部分の上に配置する。必要であれば保護被膜をそのワイヤーに適用する。核酸結合タンパク質の一つを核酸分子から除去する。第1結合タンパク質に対する結合部位を持つ競合性の核酸分子を高濃度で用いることによって、第2の結合タンパク質にほとんど影響を与えないで第1結合タンパク質を競合して除去することができる。その後、pまたはn型の半導体を核酸分子の露出した部分に適用する。保護被膜を、その適用された領域に再度施す。続いて第2の核酸結合分子を除去し、前に適用したのとは反対のnまたはp型の半導体を核酸分子の新しく露出した部分に適用する。
【０１０６】
さらにダイオード及びトランジスタは、両方の素子についてのp及びn型半導体として同じ材料が用いられたのであれば同時にアセンブリできると考えられる。
【０１０７】
実施例 3-トランジスタ
必要な鋳型を形成するために、二つの核酸分子、即ち第1の核酸分子が第2の核酸分子の中心部分にハイブリダイズできるような核酸分子を選択する。図3には一つの核酸分子基質を用いてトランジスタを合成する一手法が要約されている。核酸結合タンパク質はその中心領域に結合できるように選択する。XおよびY核酸構造に特異的に結合するタンパク質は当技術分野では公知である（参照文献として本明細書に組み入れられる、Elboroughら、「Specific Binding or Cruciform DNA Structures by a Proteins from Human Extracts」Nucl. Acids Res. 16: 3603-16 (1988)、Chanら、「Recognition and Manipulation of Branched DNA by the RusA Holliday Junction Resolvase of Escherichia coli」Nucl. Acids Res. 26: 1560-66 (1998)参照）。第2の結合タンパク質を、接合用の結合タンパク質に隣接する核酸分子の二つの枝を保護するために用いる。銀の配線を堆積させてから、保護分子を除去する。接合部結合タンパク質は、核酸分子から選択的に除去される。これによって前に保護した領域のまん中が露出し、それが核酸の鋳型に結合する（図3D）。p型またはn型のいずれかの材料をその保護されていない領域とDNA分子の露出した領域に堆積させる（図3E）。その後でその他の保護分子を除去し（図3F）、続いて露出した領域をnまたはp型材料で充填することによってトランジスタが完成する（図3G）。
【０１０８】
実施例 4-インデューサ
インデューサは回路の近接する部分に電流を誘導できる磁場を生み出す。インデューサは回路で電圧を変化させる変圧器として用いられる。またインデューサは、無線受信機を作成する際にも重要である。インデューサは通常、導電性材料のコイルから形成される。そのコイルを回って流れる電流は磁場を形成する。しかしながらコイル構造は、それが三次元であるため、従来の半導体チップ上には形成できない。
【０１０９】
インデューサは本発明を用いて製造できる。インデューサを製造する一つの方法では、ヒストン様のタンパク質を使用することに信頼を置いている。ヒストン様タンパク質は、ヌクレオソームを形成する際に関与するDNA結合タンパク質である（参照文献として本明細書に組み入れられる、Wolffe、「Histone H1」Int. J. Biochem. Cell Biol. 29: 1463-66 (1997)、Zhangら、「Characteristics of a Chlamydia psittaci DNA binding Protein (EUO) Synthesized During the Early and Middle Phases of the Developmental Cycle」Infect. Immun. 66: 1167-73 (1998)、Dutnallら、「Twists and Turns of the Nucleosome: Tails Without Ends」Structure 5: 1255-59 (1997)、Wintjensら、「Structural Classification of HTH DNA Binding Domains and Protein-DNA Interaction Modes」J . Mol. Biol. 262: 294-313 (1996)、Staynovら、「Footprinting of Linker Histones H5 and H1 on the Nucleosome」EMBO J. 7: 3685-91 (1988)参照）。DNA分子は、コンパクトなコイルを形成するヒストンタンパク質の周りに巻き付いている。インデューサを製造するために核酸分子は、一つまたはそれ以上のヒストンタンパク質の周りに巻き付く。核酸分子をコイルに形成してから、金属または他の導電性材料を上記に記載したのと同様にDNAに適用する。
【０１１０】
ヒストンタンパク質の周りに核酸分子を巻き付かせた後で、導電性材料をその核酸分子に適用する。ヒストンタンパク質は、化学的な分解によって後で除去すればよい。
【０１１１】
実施例5−キャパシタ
キャパシタは、誘電層によって分離された一対の導電層を含んでいる。他の電気回路素子と同様に、DNA分子を用いて、導電材料および／または誘電材料の配置を指示することによってキャパシタの合成を指示することができる。図5は、互いに平行に保持された2つのDNA分子を用いる一手法を示している。互いに平行なDNAフラグメント（A）を、導電材料で被覆し、DNAを含んでも含まなくてもよいリード線（B）に接続する。リード線または互いに平行なワイヤは、従来の電子回路に接続することができる。他のDNA分子をスペーサとして使用して、後で導電材料で被覆されるテンプレートを位置決めする。これらのスペーサは、導電材料を付着させる前に保護される。被覆の後、スペーサを露出し、次いで制限酵素によって切断し、除去する。結果として得られた導電ワイヤは互いに平行に位置決めされる。誘電材料は空気であってよい。または、互いに平行な導体を他の誘電材料に浸漬させることができる。
【０１１２】
他の手法では、DNAテンプレートを用いて導電ワイヤ間に誘電材料を形成することができる。フラグメント同士の間に他のフラグメントを保持する追加のDNAフラグメントを使用し、これらのDNAフラグメントを導体で被覆する。誘電体が被覆されるフラグメントまたは導体で被覆されるフラグメントを保護し、一方、他のフラグメントを被覆し、次いで各フラグメントを露出し、第2の材料で被覆する。次いで、異なる保護材料で保護されるスペーサ・フラグメントを必要に応じて露出し除去する。
【０１１３】
好ましい態様について詳しく図示し説明したが、当業者には、本発明の趣旨から逸脱せずに様々な修正、追加、置換などを行うことができ、したがって、これらの修正、追加、および置換が、特許請求の範囲で定義される本発明の範囲内であることが明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】マスク用タンパク質を用いた回路素子のアセンブリの方法を示す図である。
【図２】ナノメートルスケールのダイオードを製造するために本発明の方法がどのように用いられるのかを示す図である。
【図３】ナノメートルスケールのトランジスタを製造するために本発明の方法がどのように用いられるのかを示す図である。
【図４】本発明によって製造されたインデューサを示す図である。ワイヤーは、コイル状の形状に核酸の鋳型を保持するヒストン様タンパク質の周りに形成される。
【図５】本発明により製造されるキャパシタを示す図である。
Claims (71)
- 回路素子であって、
核酸テンプレートと、
互いに異なる材料で被覆された、テンプレートの2つ以上の領域とを含む回路素子。 - 互いに異なる材料はそれぞれ、少なくとも部分的に導電性である、請求項1記載の回路素子。
- 互いに異なる材料はそれぞれ、他の材料と異なる比抵抗を有する、請求項2記載の回路素子。
- 互いに異なる材料はそれぞれ、ドープされた半導体材料である、請求項2記載の回路素子。
- ドープされた半導体材料は、n型半導体材料またはp型半導体材料である、請求項4記載の回路素子。
- 核酸テンプレートはDNAである、請求項1記載の回路素子。
- 核酸テンプレートはRNAである、請求項1記載の回路素子。
- 第2の材料によって分離された第1の材料を有するレジスタであって、第2の材料は、第1の材料と異なる比抵抗を有し、第1および第2の材料は、共通の核酸テンプレート・コアを有するレジスタ。
- 第1の材料は金属を含み、第2の材料は少なくとも部分的に導電性の材料を含む、請求項8記載のレジスタ。
- 核酸テンプレートはDNAである、請求項8記載の回路素子。
- 核酸テンプレートはRNAである、請求項8記載の回路素子。
- レジスタであって、
少なくとも1つの抵抗材料と、
各々が抵抗材料に結合された一対の少なくとも部分的に導電性のリード線とを含み、
抵抗材料およびリード線対は核酸テンプレート・コアを有するレジスタ。 - リード対の各リードは、核酸テンプレート・コアのある領域を被覆する少なくとも1つの金属材料で作られている、請求項12記載のレジスタ。
- 核酸テンプレートはDNAである、請求項12記載の回路素子。
- 核酸テンプレートはRNAである、請求項12記載の回路素子。
- 第2の種類の半導体材料に隣接する第1の種類の半導体材料を含むダイオードであって、第1および第2の種類の半導体材料は共通の核酸テンプレート・コアを有するダイオード。
- 第1および第2の種類の半導体材料はそれぞれ、N型およびP型の半導体材料である、請求項16記載のダイオード。
- 各リード線が第1の種類の半導体材料と第2の種類の半導体材料の一方に結合され、共通の核酸テンプレート・コアを有する、一対の少なくとも部分的に導電性のリード線をさらに含む、請求項16記載のダイオード。
- 核酸テンプレートはDNAである、請求項16記載のダイオード。
- 核酸テンプレートはRNAである、請求項16記載のダイオード。
- 第１の種類の半導体材料と、
第1の種類の半導体材料に隣接する第2の種類の半導体材料と、
各リード線が第1の種類の半導体材料と第2の種類の半導体材料の一方に結合された、一対の少なくとも部分的に導電性のリード線とを含み、
第1および第2の種類の半導体材料ならびにリード線対は核酸テンプレート・コアを有するダイオード。 - 第1および第2の種類の半導体材料はそれぞれ、N型およびP型の半導体材料である、請求項21記載のダイオード。
- 核酸テンプレートはDNAである、請求項21記載のダイオード。
- 核酸テンプレートはRNAである、請求項21記載のダイオード。
- 誘電体によって分離された一対の少なくとも部分的に導電性のプレートを含むキャパシタであって、各プレートは核酸テンプレート・コアを有するキャパシタ。
- 各リード線が1枚のプレートに結合され、共通の核酸テンプレート・コアを有する、一対の少なくとも部分的に導電性のリード線をさらに含む、請求項25記載のキャパシタ。
- 核酸テンプレートはDNAである、請求項25記載のキャパシタ。
- 核酸テンプレートはRNAである、請求項25記載のキャパシタ。
- 核酸テンプレート・コアを有する誘電体によって分離された一対の少なくとも部分的に導電性のプレートを有するキャパシタ。
- 誘電体は空気である、請求項29記載のキャパシタ。
- 核酸テンプレートはDNAである、請求項29記載のキャパシタ。
- 核酸テンプレートはRNAである、請求項29記載のキャパシタ。
- 第2の材料によって分離された第1の材料を含むトランジスタであって、第1および第2の種類の半導体材料は、共通の核酸テンプレートを有するトランジスタ。
- 第1および第2の種類の半導体材料はそれぞれ、N型およびP型の半導体材料である、請求項33記載のトランジスタ。
- 核酸テンプレート・コアは、共通の交差点を有する3つの枝を含み、第2の種類の半導体材料は共通の交差点の少なくとも一部を被覆し、第1の種類の半導体材料は、少なくとも、3つの枝のうちの2つの、交差点に隣接する部分を被覆する、請求項33記載のトランジスタ。
- 各リード線が、3つの枝のうちの1つに沿って第1の種類の半導体材料と第2の種類の半導体材料の一方に結合され、共通の核酸テンプレート・コアを有する、複数の少なくとも部分的に導電性のリード線をさらに含む、請求項33記載のトランジスタ。
- 核酸テンプレートはDNAである、請求項33記載のトランジスタ。
- 核酸テンプレートはRNAである、請求項33記載のトランジスタ。
- 第1の種類の半導体材料と、
第1の種類の半導体材料を分離する第2の種類の半導体材料と、
各リード線が第1の種類の半導体材料と第2の種類の半導体材料の一方に結合された、複数の少なくとも部分的に導電性のリード線とを含み、
第1および第2の種類の半導体材料ならびにリード線は核酸テンプレート・コアを有するトランジスタ。 - 核酸テンプレート・コアは、共通の交差点を有する3つの枝を含み、第2の種類の半導体材料は共通の交差点の少なくとも一部を被覆し、第1の種類の半導体材料は、少なくとも、3つの枝のうちの2つの、交差点に隣接する部分を被覆する、請求項39記載のトランジスタ。
- 各リード線は、3つの枝のうちの1つに沿って第1の種類の半導体材料と第2の種類の半導体材料の一方に結合されている、請求項40記載のトランジスタ。
- 第1および第2の種類の半導体材料はそれぞれ、N型およびP型の半導体材料である、請求項39記載のダイオード。
- 核酸テンプレートはDNAである、請求項39記載のダイオード。
- 核酸テンプレートはRNAである、請求項39記載のダイオード。
- 少なくとも部分的に導電性の材料のコイルを含むインデューサであって、少なくとも部分的に導電性の材料のコイルは核酸テンプレート・コアを有するインデューサ。
- 少なくとも部分的に導電性の材料のコイルが周りの少なくとも一部を覆っているコアを有する、請求項45記載のインデューサ。
- コアはヒストン様タンパク質を含む、請求項46記載のインデューサ。
- 核酸テンプレートはDNAである、請求項45記載のインデューサ。
- 核酸テンプレートはRNAである、請求項45記載のインデューサ。
- レジスタを製造する方法であって、
核酸結合分子を用いて核酸分子テンプレートの少なくとも1つの領域を保護する段階と、
核酸分子テンプレートの保護されていない領域を第1の導電材料で被覆する段階と、
保護されている領域から核酸結合分子を除去する段階と、
保護されている領域を、第1の導電材料と異なる比抵抗を有する第2の導電材料で被覆する段階とを含む方法。 - 核酸テンプレートはDNAである、請求項50記載の方法。
- 核酸テンプレートはRNAである、請求項50記載の方法。
- ダイオードを製造する方法であって、
2つ以上の核酸結合分子を用いて核酸分子テンプレートの少なくとも1つの領域を保護する段階と、
核酸分子テンプレートの保護されていない領域を導電材料で被覆する段階と、
保護されている領域の一部から少なくとも1つの核酸結合分子を除去する段階と、
保護されている領域の一部を、第1の種類の導電材料で被覆する段階と、
保護されている領域の任意の残りの部分から任意の残りの核酸結合分子を除去する段階と、
保護されている領域の残りの部分を第2の種類の半導体材料で被覆する段階とを含む方法。 - 第1および第2の種類の半導体材料はそれぞれ、N型およびP型の半導体材料である、請求項53記載の方法。
- 核酸テンプレートはDNAである、請求項53記載の方法。
- 核酸テンプレートはRNAである、請求項53記載の方法。
- キャパシタを製造する方法であって、核酸分子テンプレートの互いに平行な領域を導電材料で被覆する段階を含み、被覆される互いに平行な領域はそれぞれリード線に結合される方法。
- 少なくとも1つの核酸結合分子を用いて核酸分子テンプレートの少なくとも1つのスペーサ領域を保護する段階と、
互いに平行な領域を被覆した後、保護されているスペーサ領域から核酸結合分子を除去する段階と、
核酸分子テンプレートのスペーサ領域を除去する段階とをさらに含む、請求項57記載の方法。 - 核酸テンプレートはDNAである、請求項57記載の方法。
- 核酸テンプレートはRNAである、請求項57記載の方法。
- キャパシタを製造する他の方法であって、
核酸分子テンプレートの互いに平行な領域間の核酸分子テンプレートの誘電領域を少なくとも1つの核酸結合分子によって保護する段階と、
誘電領域の周りの核酸分子テンプレートの保護されていない互いに平行な領域を導電材料で被覆する段階と、
誘電領域から核酸結合分子を除去する段階と、
誘電領域を誘電体材料で被覆する段階とを含む方法。 - 核酸テンプレートはDNAである、請求項61記載の方法。
- 核酸テンプレートはRNAである、請求項61記載の方法。
- トランジスタを製造する方法であって、
中央領域、および核酸分子テンプレートの3つの互いに隣接する枝領域のうちの2つを核酸結合分子によって保護する段階と、
核酸分子テンプレートの保護されていない領域を導電材料で被覆する段階と、
核酸分子テンプレートの中央領域を保護する1つまたは複数の核酸結合分子を除去する段階と、
中央領域を第1の種類の半導体材料で被覆する段階と、
保護されている枝領域から核酸結合分子を除去する段階と、
枝領域を第2の種類の半導体材料で被覆する段階とを含む方法。 - 第1および第2の種類の半導体材料はそれぞれ、N型およびP型の半導体材料である、請求項64記載の方法。
- 核酸テンプレートはDNAである、請求項64記載の方法。
- 核酸テンプレートはRNAである、請求項65記載の方法。
- インデューサを製造する方法であって、
少なくとも1つのタンパク質の周りを核酸分子テンプレートで覆う段階と、
核酸分子テンプレートを第1の導電材料で被覆する段階とを含む方法。 - タンパク質はヒストン様タンパク質を含む、請求項68記載の方法。
- 核酸テンプレートはDNAである、請求項68記載の方法。
- 核酸テンプレートはRNAである、請求項68記載の方法。
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