專利名稱：微電子元件和包括dna的電子網(wǎng)絡(luò)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般屬于電子領(lǐng)域，并且涉及電子網(wǎng)絡(luò)和電路以及這種網(wǎng)絡(luò)或電路的元件和接點(diǎn)。
現(xiàn)有技術(shù)認(rèn)為與本發(fā)明背景技術(shù)以及本文描述的制造或試驗(yàn)技術(shù)有關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)列在下面1.Averin，D.V.和Likharev，K.K.，in固體中的中型現(xiàn)象，eds.
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通過指出上表中的這些號(hào)碼來確認(rèn)這些參考文獻(xiàn)。
發(fā)明
背景技術(shù)：
在當(dāng)前技術(shù)下的微電子電路和邏輯電路的小型化正在接近其實(shí)際和理論極限。各種設(shè)計(jì)和操作考慮，如散熱、不均勻性、連通性以及目前的光刻技術(shù)，把目前基于半導(dǎo)體的電子元件的實(shí)際最小特征尺寸限制到約0.25-0.3μm。顯然電子元件進(jìn)一步的小型化必須包括用于電子元件和邏輯電路制造的新方法和概念。
納米級(jí)電子電路需要考慮兩個(gè)基本問題相應(yīng)電子元件的操作原理、制造這種元件及其集成為有用電路的方案。
根據(jù)隨裝置尺寸減小變得越來越突出的充電效應(yīng)(1-6)，已經(jīng)提出了多種操作原理。通過現(xiàn)存的微電子學(xué)技術(shù)，不能實(shí)現(xiàn)納米級(jí)電路的建造。特別是，元件間布線和對(duì)宏觀世界的電氣連接變得越來越成問題。分子識(shí)別過程和分子進(jìn)入超分子組件的自裝配可以用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的建造(5)。然而，集成具有這些結(jié)構(gòu)的電子材料或給它們裝上電子功能還沒有達(dá)到。
核酸具有能用來形成核酸纖維網(wǎng)絡(luò)的自裝配性能(27-30)。在把膠粒裝配成宏觀晶體狀聚合體時(shí)(14，15)和規(guī)定半導(dǎo)體納米顆粒組件的形狀時(shí)(16，17)，DNA已經(jīng)用作納米結(jié)構(gòu)的組織者。
術(shù)語在下文中，將利用一些術(shù)語，在本發(fā)明的上下文中這些術(shù)語和其意義如下核苷酸鏈-一列核苷酸。核苷酸可以是核糖核苷酸，脫氧核糖核苷酸，其他核糖核苷酸衍生物，各種合成物，即非天然出現(xiàn)的核糖核苷酸，例如肽核酸(PNA)，以及以上物質(zhì)的任何組合。核苷酸鏈可以是單鏈的、雙鏈的或多鏈的。
纖維-一種細(xì)長線狀成分。纖維可以具有聚合的或共聚的骨架，或者可以包括數(shù)條不同聚合物或彼此連接的共聚物。纖維通過在其上沉積一種或多種物質(zhì)或顆粒可以被化學(xué)性地修飾。本發(fā)明的纖維包括至少一條核苷酸鏈。本發(fā)明的纖維也可以僅包括核苷酸鏈。
結(jié)合-一個(gè)總地指所有類型的相互作用的術(shù)語，這些相互作用把兩個(gè)或多個(gè)分子、物質(zhì)、顆粒、超分子結(jié)構(gòu)等結(jié)合在一起，或者把這些的結(jié)合帶到固體基體。結(jié)合可以是共價(jià)或非共價(jià)鍵(非共價(jià)鍵可以包括離子相互作用、疏水性相互作用、范德瓦耳斯相互作用、化學(xué)吸附作用等的一種或多種)。該術(shù)語的導(dǎo)出術(shù)語(即“結(jié)合”、“被結(jié)合”等)依據(jù)句法具有與“結(jié)合”的意義相當(dāng)?shù)囊饬x。
相互作用-兩個(gè)分子團(tuán)的非共價(jià)鍵結(jié)合。該術(shù)語的導(dǎo)出術(shù)語(即“交互作用”、“交互影響”等)依據(jù)句法具有與“相互作用”的意義相當(dāng)?shù)囊饬x。
功能化的核苷酸鏈-一個(gè)已被化學(xué)或物理修飾的，或者與把電氣或電子性能賦予它的沉積在其上的物質(zhì)、分子、原子或分子簇、或顆粒相連的核苷酸鏈。這樣的物質(zhì)或顆?？赏ㄟ^各種相互作用結(jié)合到核苷酸鏈上(例如，可被化學(xué)沉積到鏈上，可以通過各種化學(xué)相互作用復(fù)合到其上，可以通過靜電或疏水性相互作用與鏈相關(guān)聯(lián)，等等)。物質(zhì)或顆粒根據(jù)鏈的一般化學(xué)性能可以結(jié)合到核苷酸鏈上，或者以序列特異性方式結(jié)合到核苷酸鏈上。這樣的物質(zhì)、分子、簇或顆粒的例子是金屬，例如產(chǎn)生導(dǎo)電核苷酸鏈的金屬；各種半導(dǎo)體材料，它們能形成導(dǎo)體(或電阻器)、電子p/n結(jié)、和其他；分子、分子簇或顆粒，它們能與核苷酸鏈相連接，在核苷酸鏈之間形成功能邏輯接合點(diǎn)；等等。依據(jù)結(jié)合物質(zhì)或顆粒的類型，賦予核苷酸鏈的電氣或電子性能可以是導(dǎo)電、絕緣、選通、切換、電氣放大等。
功能化纖維-一種已被化學(xué)或物理修飾的，或者與把電氣或電子性能賦予纖維或其一部分的沉積在其上的物質(zhì)、原子或分子簇、或顆粒相連的纖維。功能化纖維的一個(gè)例子是其核苷酸鏈已經(jīng)功能化的纖維。
接合點(diǎn)-兩根或多根纖維彼此連接的一個(gè)點(diǎn)。在圖2中能看到接合點(diǎn)的例子(請(qǐng)參考下面與該圖有關(guān)的描述)。
網(wǎng)絡(luò)-一種幾何的一維、兩維或三維結(jié)構(gòu)，包括至少一根纖維，并且可以包括其他成分，如顆粒、分子，例如蛋白質(zhì)、其他大分子及超分子復(fù)合物等。術(shù)語“網(wǎng)絡(luò)”可以是指纖維的幾何排列和在他們之間的接合點(diǎn)。該術(shù)語時(shí)?？梢杂脕肀硎竟δ芑W(wǎng)絡(luò)(見下文)。
功能化網(wǎng)絡(luò)-一種包括至少一根功能化纖維的網(wǎng)絡(luò)。功能化網(wǎng)絡(luò)具有尤其由其幾何形狀、連接類型和不同纖維之間的接合點(diǎn)，由沉積或復(fù)合的物質(zhì)或顆粒等的性質(zhì)定義的性能。
電子功能性(或電子功能的)-使之用作電子元件的成分的性能。
接口元件-一種導(dǎo)電基體，可以由金屬或任何其他導(dǎo)電材料制造，或者可以用金屬或這種導(dǎo)電材料涂敷，該導(dǎo)電基體用作所述網(wǎng)絡(luò)對(duì)外部電子或電氣元件或電路的連接，因而用作與外部元件或電路的輸入/輸出(I/O)接口。接口元件一方面連接到網(wǎng)絡(luò)上，而另一方面電氣連接到一個(gè)外部元件或電路上。接口元件在這里時(shí)常也可以稱作“電極”。
導(dǎo)線-在本發(fā)明的上下文中-一根帶有結(jié)合的物質(zhì)或顆粒的功能化纖維，這些產(chǎn)生沿纖維的電導(dǎo)率。導(dǎo)線是可以互連網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)或多個(gè)地點(diǎn)、連接網(wǎng)絡(luò)與電極、連接在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間、等等的導(dǎo)電元件。一根導(dǎo)線可以延伸到一根功能化纖維的整個(gè)長度，或者可以僅伸到一根功能化纖維的部分長度，用其他部分用作用于各種類型的電子元件，例如二極管、電氣開關(guān)等，的基礎(chǔ)。
絕緣體-網(wǎng)絡(luò)的一種元件，起用于導(dǎo)電的障礙的作用。
導(dǎo)體-網(wǎng)絡(luò)的一種元件，允許經(jīng)其變化傳遞。
開關(guān)-一種兩端子或多端子元件，其中由包括例如在另一個(gè)端子處的電位、光、壓力、化學(xué)反應(yīng)、應(yīng)力等的控制信號(hào)，接通或斷開任何端子對(duì)之間的傳導(dǎo)。
電子元件-除導(dǎo)線或?qū)Ь€之間的簡(jiǎn)單接合點(diǎn)之外(簡(jiǎn)單接合點(diǎn)是具有僅提供纖維或功能化纖維之間的連接的目的的接合點(diǎn))，可以形成電子網(wǎng)絡(luò)部分的任何元件。電子元件可以是導(dǎo)體、絕緣體、開關(guān)、晶體管、二極管、發(fā)光二極管、電容器、電感器、和其他元件。
網(wǎng)絡(luò)元件-一個(gè)總地既指導(dǎo)線又指電子元件的術(shù)語。
外部電路、外部元件-電子或電氣電路或者電子或電氣元件，分別電氣位于網(wǎng)絡(luò)外部，并且一般包括先有技術(shù)的電氣或電子元件，包括標(biāo)準(zhǔn)固態(tài)微電子元件。
接合劑-一種試劑(分子、分子的復(fù)合物、超分子結(jié)構(gòu)、大分子、團(tuán)、膠粒、分子簇、等)，起提供網(wǎng)絡(luò)元件之間或網(wǎng)絡(luò)與接口元件之間的物理連接的作用。接合劑對(duì)于網(wǎng)絡(luò)元件或?qū)τ诮涌谠?，可以具有用于共價(jià)或非共價(jià)結(jié)合(例如復(fù)合或吸附等)的化學(xué)基團(tuán)。接合劑的例子是核酸結(jié)合蛋白質(zhì)；對(duì)特定核酸序列具有結(jié)合能力的合成分子；短的、單鏈或多鏈核酸序列(例如寡核苷酸)，例如具有一個(gè)“粘性末端”并且在其另一末端處被修飾，以允許它結(jié)合到接口元件上；包括用來結(jié)合到另一基團(tuán)或攜帶結(jié)合對(duì)的其他成員的元件上的結(jié)合對(duì)的一個(gè)成員的組(結(jié)合對(duì)是彼此特異性相互作用的一對(duì)分子，如抗原-抗體、受體-配體、生物素-抗生物素蛋白、糖-凝聚素、核苷酸列-互補(bǔ)列等)。
復(fù)合劑-一種試劑，它被用于網(wǎng)絡(luò)元件的彼此結(jié)合。結(jié)合可以是共價(jià)的或非共價(jià)的。復(fù)合劑的例子是對(duì)核酸序列具有特定結(jié)合能力的蛋白質(zhì)；寡核苷酸；能結(jié)合兩個(gè)元件的合成分子；等。復(fù)合劑使用的一個(gè)例子是把核酸纖維的一末端連接到膠粒上，或者把兩根核酸纖維彼此連接，以便生成一個(gè)接合點(diǎn)。
發(fā)明概述本發(fā)明利用分子識(shí)別性能和核酸列與其他元件的自裝配過程。這些特征用來制備基于纖維的、具有由纖維的核苷酸鏈之間的相互連接性的類型定義的幾何形狀的網(wǎng)絡(luò)。纖維可以由核苷酸鏈制成。另一方面，纖維可以由除核苷酸鏈之外物質(zhì)制成，但包括一個(gè)或多個(gè)核苷酸鏈，并且可以經(jīng)這樣的鏈連接到其他網(wǎng)絡(luò)元件上。纖維可以是整體或部分直覺導(dǎo)電的，但一般被化學(xué)或物理修飾，以便具有電氣或電子功能。功能化網(wǎng)絡(luò)可以包括導(dǎo)體、開關(guān)、二極管、晶體管、電容器、電阻器等。
通過其第一方面，本發(fā)明提供一種帶有至少一個(gè)網(wǎng)絡(luò)元件的電子網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)具有由包括一個(gè)或多個(gè)核苷酸鏈的至少一根纖維定義的幾何形狀。
網(wǎng)絡(luò)元件可以是導(dǎo)體，例如導(dǎo)線，或者可以是電子元件。
本發(fā)明的纖維能形成接合點(diǎn)，其中一根纖維的一個(gè)核苷酸鏈片段通過序列特有的相互作用結(jié)合到另一根纖維的另一個(gè)核苷酸片段上。另一方面，接合點(diǎn)可以通過結(jié)合到接合點(diǎn)中的核苷酸鏈每一條上的分子、原子或分子簇、或者顆粒，在不同纖維的核苷酸鏈之間形成。這樣一種分子、簇或顆?？梢越?jīng)結(jié)合到所述分子、簇或顆粒上的接合劑，結(jié)合到核苷酸鏈上。
接合點(diǎn)也可以通過修飾的核苷酸形成，例如被修改以便使一條鏈的至少一個(gè)核苷酸共價(jià)結(jié)合到另一條鏈的核苷酸上。這種修飾的一個(gè)例子是添加硫、胺殘基、羧基、或活性酯。核苷酸的化學(xué)修飾可以允許鏈結(jié)合到一種接合劑上、結(jié)合到一個(gè)顆粒上、結(jié)合到網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)電子元件上等。核苷酸鏈也可以通過結(jié)合到其上的結(jié)合對(duì)的一個(gè)成員來修飾，其中該結(jié)合對(duì)用來結(jié)合到另一個(gè)包括該結(jié)合對(duì)的另一個(gè)成員的另一個(gè)元件上。結(jié)合對(duì)由彼此具有特異性親合力的兩個(gè)分子或部分組成。這種結(jié)合對(duì)包括生物素-抗生物素蛋白、生物素-鏈霉抗生物素蛋白、受體-配體、地高辛-抗地高辛(dig-antidig)、抗原-抗體、糖-凝集素、核苷酸序列-互補(bǔ)序列、及核苷酸鏈與核苷酸結(jié)合蛋白。典型地，網(wǎng)絡(luò)的至少一條核苷酸鏈帶有結(jié)合到其上或與其復(fù)合的一種或多種物質(zhì)、或至少一簇原子或分子、或顆粒，從而就基于所述一種或多種物質(zhì)、或至少一簇原子或分子、或顆粒的充電輸送特性的性能而論，形成至少一個(gè)電氣或電子元件。
在網(wǎng)絡(luò)中的電子元件電氣連接到至少一根纖維上，并且或者建造在通過把一個(gè)或多個(gè)分子、原子或分子簇、或顆粒沉積在其上已經(jīng)用化學(xué)方法或物理方法改變的核酸鏈上，使鏈具有電子功能；或者由位于在不同纖維的兩條或多條核酸鏈之間的接合點(diǎn)處的分子、原子或分子簇、或顆粒建造，使所述接合點(diǎn)呈現(xiàn)電子功能。電子功能基于一個(gè)或多個(gè)分子、原子或分子簇、或顆粒的充電輸送特性。電子功能時(shí)常也可以取決于接合點(diǎn)幾何形狀。
網(wǎng)絡(luò)一般連接到起網(wǎng)絡(luò)與外部電子電路或元件之間的輸入/輸出(I/O)接口作用的接口元件(電極)上。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，纖維具有一個(gè)被化學(xué)或物理修飾的核苷酸骨架，修飾方法是通過在其上沉積或摻入到其上一個(gè)或多個(gè)分子、原子或分子簇、或顆粒，以使它具有電氣功能。纖維除包括一條或多條核苷酸鏈外，也能基本上由(除其核苷酸鏈外)各種物質(zhì)形成，如導(dǎo)電或半導(dǎo)電聚合物、經(jīng)修飾使它們具有電氣或電子功能的其他聚合物(例如通過在其上沉積分子、原子或分子簇、或者顆粒)、或碳納米管。
用于纖維或者纖維之間的接合點(diǎn)內(nèi)的化學(xué)或物理修飾的分子、原子或分子簇、或者顆粒，一般可以包括一個(gè)或多個(gè)金屬原子或者由其制成，這些原子把電荷輸送特性賦予所述簇或顆粒。
本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)骨架包括酸性纖維，這些酸性纖維根據(jù)其與其他纖維序列特異性的相互作用或?qū)ζ渌奶禺愋越Y(jié)合裝配成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。以這種方式，能形成具有實(shí)際無限種幾何形狀的網(wǎng)絡(luò)。
根據(jù)纖維的一般(總的)化學(xué)性能，物質(zhì)或顆粒可以結(jié)合到纖維上。這一般將產(chǎn)生物質(zhì)或顆粒沿纖維的大體均勻的沉積。這樣一種物質(zhì)或顆粒的均勻結(jié)合的一個(gè)具體實(shí)施例是導(dǎo)電導(dǎo)線在核苷酸鏈骨架上的形成，例如其中導(dǎo)電物質(zhì)是金屬，如下面描述的那樣?？蛇x擇的是，物質(zhì)或顆粒也可以以在纖維不同部分中序列或區(qū)域特異性方式，即以取決于在核酸鏈的給定部分處的核苷酸序列的方式，結(jié)合到核苷酸鏈上。
物質(zhì)在不同核苷酸鏈部分處的序列或區(qū)域特異性沉積，可以以多種不同的方式進(jìn)行。例如，可以使直覺結(jié)合到某些電氣功能物質(zhì)或顆粒上的寡核苷酸，結(jié)合到具有互補(bǔ)序列的鏈部分上。類似地，也有可把不同類型的物質(zhì)或顆粒，以序列或區(qū)域特異性方式，結(jié)合到多鏈(例如雙鏈)核酸纖維上。這可以例如通過使用序列特異性復(fù)合劑實(shí)現(xiàn)，該復(fù)合劑辨別雙鏈核酸鏈的特定位點(diǎn)并且結(jié)合到該處。復(fù)合劑可以是寡核苷酸，用雙鏈形成，一種三鏈結(jié)構(gòu)；一種蛋白質(zhì)，例如識(shí)別特異性雙鏈區(qū)域的DNA-結(jié)合蛋白質(zhì)；及多種其他物質(zhì)。
通過序列或區(qū)域特異性結(jié)合，可以把不同類型的物質(zhì)結(jié)合到給定纖維部分或纖維的網(wǎng)絡(luò)上。
一般通過使用復(fù)合劑或接合劑，可以使顆粒，例如膠?；蚓酆衔铮Y(jié)合到一根或多根纖維上。這種顆粒的沉積可以用來形成電子元件，例如單電子晶體管(SET)。
網(wǎng)絡(luò)的形狀由纖維定義。在網(wǎng)絡(luò)形成時(shí)，通過采用自裝配過程可以利用化學(xué)互補(bǔ)和分子識(shí)別性能。通過核苷酸鏈與互補(bǔ)序列的序列特異性相互作用，可以把纖維裝配成網(wǎng)絡(luò)。這可以用于各種接合點(diǎn)的形成(例如T-或X-接合點(diǎn)，如圖2和其他圖中所舉例的)。在核酸鏈與接合劑或復(fù)合劑(接合劑或復(fù)合劑可以是寡核苷酸或各種其他分子、大分子、超分子組件或顆粒)之間的特定分子識(shí)別，可以用來把核酸鏈連接到接口元件上，或連接到其他網(wǎng)絡(luò)元件上，例如連接到位于纖維之間的接合點(diǎn)處的顆粒上。
作為其諸方面之一，本發(fā)明還提供在微電子網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)或多個(gè)導(dǎo)體之間的接合點(diǎn)，其中導(dǎo)體的每一個(gè)帶有接近接合點(diǎn)的末端片段，該接合點(diǎn)包括一條結(jié)合到該接合點(diǎn)內(nèi)另一條鏈上的核苷酸鏈。
通過其另一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種用來制成電子網(wǎng)絡(luò)的方法，包括(a)提供包括至少一個(gè)導(dǎo)電接口元件的排列；(b)把接合劑附著到至少一個(gè)接口元件上；(c)使所述排列與至少一根纖維相接觸，該纖維包括至少一條帶有一個(gè)序列的核苷酸鏈，其中該序列能夠結(jié)合到接合劑上；并且允許所述列與所述接合劑的結(jié)合。
(d)電氣或電子功能化至少一條核苷酸鏈，方法是通過在其上或復(fù)合到其上至少一種把電氣或電子功能賦予纖維的物質(zhì)或顆粒。
應(yīng)該注意，在以上方法中的步驟順序不是主要的，而是可以變化。例如，步驟(c)可以先于步驟(b)，或者功能化步驟(d)可以先于步驟(c)。
根據(jù)各種元件的預(yù)先設(shè)計(jì)性能，網(wǎng)絡(luò)時(shí)常可以通過把所有元件混合在介質(zhì)中、且然后允許元件以特定的方式自裝配而立刻形成?？梢园牙w維設(shè)計(jì)成具有特定的核酸序列，以允許其與其他纖維中的互補(bǔ)序列的雜交。類似地，顆粒可以使用結(jié)合到其上的特異性、序列或區(qū)域識(shí)別復(fù)合劑來形成，以允許它們以序列或區(qū)域特有的方式結(jié)合到核酸鏈上。例如，能形成帶有結(jié)合到其上的三個(gè)不同寡核苷酸的簇或顆粒，它們?nèi)缓髮⒔Y(jié)合到三條不同核苷酸鏈的末端上，以在包含膠粒的三根纖維之間形成一個(gè)接合點(diǎn)。類似地，為了保證網(wǎng)絡(luò)與接口元件以特定方式的結(jié)合，序列或區(qū)域識(shí)別接合劑可以固定在接口元件上，并且實(shí)現(xiàn)與裝配網(wǎng)絡(luò)相接觸。
平時(shí)，網(wǎng)絡(luò)可以以順序方式形成，例如首先形成包括整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的元件部分的第一子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并且然后可以順序添加遺漏的元件(例如纖維、顆粒等)，直到完成網(wǎng)絡(luò)。子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)例如可以是有幾個(gè)寡核苷酸連接到其上的顆粒、分支纖維結(jié)構(gòu)等。順序裝配也可以基于核苷酸鏈的及以序列或區(qū)域特有方式結(jié)合到核苷酸鏈上的復(fù)合劑與接合劑的性能。而且，也有可能，特別是在網(wǎng)絡(luò)有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的情況下，首先制備多個(gè)子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并且然后把他們組合以便形成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。
如由技術(shù)人員明顯理解的那樣，通過攪拌其中形成網(wǎng)絡(luò)的介質(zhì)，通過提供定向流體流以使纖維取向成連接到在其另外末端處的下游網(wǎng)絡(luò)元件上，通過應(yīng)用其他偏壓措施等，可以有助于網(wǎng)絡(luò)的形成。在形成本發(fā)明的導(dǎo)線時(shí)，在其上形成導(dǎo)線的纖維的兩個(gè)末端之間的電位，可以增強(qiáng)和提供例如金屬之類的導(dǎo)電物質(zhì)的定向沉積。
通過各種方法，包括涉及通過“遺傳改造”細(xì)胞，例如微生物生產(chǎn)和復(fù)制核酸纖維的重組體DNA方法，可以形成和復(fù)制可以是直覺單鏈、雙鏈或多鏈的核苷酸鏈；可選擇的是，可以用合成方法生產(chǎn)纖維，例如通過鏈的合成、并且然后把他們組合成較大纖維。通過各種擴(kuò)增技術(shù)，例如聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)等，可以形成纖維。
由核苷酸鏈和其他物質(zhì)建造的纖維可以以各種方式形成。一般，可以形成非核酸纖維(例如由導(dǎo)電聚合物制成或是碳納米管)，并且在兩個(gè)末端處共價(jià)結(jié)合到特定核苷酸鏈上。包括在其兩個(gè)末端處結(jié)合到核苷酸鏈上的非核苷酸纖維的這樣一種纖維，可以照此用在建造網(wǎng)絡(luò)中。可通過結(jié)合到其他核苷酸片段上，通過結(jié)合到混合的核苷酸-非核苷酸纖維上以得到帶有斷續(xù)核苷酸鏈和非核苷酸片段的較長纖維等等來延伸纖維。
如將要理解的那樣，除在非核苷酸纖維的末端處結(jié)合一條鏈外，僅可結(jié)合前體，并且然后從前體開始原位合成鏈。
非核苷酸纖維片段一般是直覺導(dǎo)電或半導(dǎo)電的，例如由導(dǎo)電或半導(dǎo)電聚合物或共聚物或?qū)щ娂{米管制成。在這樣的情況下，可能不需要這種非核苷酸纖維片段的另外功能化。然而，也可以使非核苷酸纖維片段是直覺非導(dǎo)電的，并且然后通過攙雜或通過在其上化學(xué)或物理沉積各種分子、簇或顆粒，例如上述的那些，能功能化成有電氣或電子功能。
通過另外一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種在電子網(wǎng)絡(luò)的電子元件與導(dǎo)電接口元件之間的接合點(diǎn)，包括一條附著到電子元件之一上或附著到接口元件上、且通過雙分子相互作用結(jié)合到附著到兩個(gè)元件的另一個(gè)上的接合劑上的核苷酸鏈。
通過本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供有一種以上定義的網(wǎng)絡(luò)元件。按照本發(fā)明可以形成的網(wǎng)絡(luò)元件的例子，是開關(guān)、雙極性晶體管、單電子晶體管、場(chǎng)效應(yīng)晶體管、二極管、電容器、電阻器、導(dǎo)體、發(fā)光二極管、絕緣體、電感器。
盡管以上網(wǎng)絡(luò)元件在本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)是有用的，但一些在不同用途中時(shí)?？赡苁怯杏玫?。其與相應(yīng)現(xiàn)有技術(shù)的元件相比的小尺寸，允許它們用在要求小尺寸或低能耗的各種用途中。這樣一種元件的一個(gè)具體例子是導(dǎo)線。
本發(fā)明的導(dǎo)線可以制得非常細(xì)，并且可以用來有益于要求細(xì)導(dǎo)線的用途，例如，作為半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)中的柵極，以便非?？焖龠x通這樣一種晶體管。FET的選通速度在很大程度上取決于在FET中選通導(dǎo)線的寬度(在先有技術(shù)中時(shí)常稱作“長度”)。按照本發(fā)明的導(dǎo)線可以制得比FET的先有技術(shù)柵極導(dǎo)線的寬度小兩個(gè)數(shù)量級(jí)，并因而，在使用本發(fā)明導(dǎo)線的FET中能得到比至今可能的要快的快速調(diào)制。包括本發(fā)明的導(dǎo)線作為其柵極的FET也是本發(fā)明的一個(gè)方面。
現(xiàn)借助于偶爾參照附圖，通過如下詳細(xì)描述和以后面的實(shí)施例說明本發(fā)明。技術(shù)人員應(yīng)該理解，本發(fā)明不限于具體描述的實(shí)施例，而是適用于以上定義的本發(fā)明的整個(gè)范圍，即適用于網(wǎng)絡(luò)的形成、和網(wǎng)絡(luò)中的元件，方法是通過采用核酸纖維的自裝配性能和通過使用分子識(shí)別驅(qū)動(dòng)、自裝配過程把物質(zhì)或顆粒沉積或復(fù)合到纖維上，以使纖維或在纖維之間的接合點(diǎn)具有電子功能。
附圖簡(jiǎn)要說明

圖1A表示用來一方面結(jié)合到本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)上而另一方面連接到外部電子電路或元件上的接口元件和接合劑的基質(zhì)。
圖1B表明寡核苷酸接合劑固定到接口元件上的一個(gè)實(shí)施例。
圖2表示在核酸鏈之間的接合點(diǎn)的例子(六個(gè)例子表示在圖2A-2F中，在下面的正文中解釋)。
圖3A是把核酸鏈形成和功能化為導(dǎo)線的方式的表示，導(dǎo)電材料是銀(導(dǎo)線的骨架由核苷酸組成)。
圖3B表示如圖3A中所示形成的導(dǎo)線的可能電流-電壓關(guān)系，該關(guān)系取決于電壓掃描方向(在曲線上用箭頭表示)。
圖4表示在核苷酸骨架上形成導(dǎo)線的方式，其中電子材料是聚苯撐乙烯撐(PPV)。
圖5表示由p/n結(jié)(圖5A-5C)、緩變p/n結(jié)(圖5D)、及雙極性n-p-n晶體管(圖5E)的功能化核苷酸鏈組成的多個(gè)例子。
圖6表示通過本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例形成單電子晶體管(SET)的方式。
圖7表示按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的分子開關(guān)。
圖8A表示按照本發(fā)明的實(shí)施例的包括核苷酸鏈和非核苷酸片段的纖維的兩個(gè)例子。
圖8B是用于制備按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的纖維的前體纖維的示意圖，其中纖維的骨架基本上基于非核酸，核酸鏈僅形成骨架的某些片段。
圖9表明在聚硫苯纖維的兩個(gè)末端處的形成兩條寡核苷酸鏈的方式。
圖10表明把衍生的寡核苷酸與在非核苷酸纖維的末端形成的羧基相連的方式。
圖11表明使用氨基衍生寡核苷酸衍生碳納米管的末端基團(tuán)的方式。
圖12A和12B表明按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體FET，以平面視圖(圖12A)和以剖視圖(圖12B)表示。
圖13表示用來合成寡核苷酸的方案，如實(shí)施例1(A)中所述。
圖14表示在兩個(gè)16μm遠(yuǎn)的金電極(黑條)之間延伸的熒光標(biāo)明的λ-DNA。
圖15A和15B以1.5μm(圖15A)和0.5μm(圖15B)的視場(chǎng)表示在連接兩個(gè)12μm遠(yuǎn)的金電極的DNA模板上的銀導(dǎo)線的原子力顯微鏡(AFM)圖象。
圖16A描繪根據(jù)例9制備的銀導(dǎo)線的雙端I-V曲線。箭頭指示電壓掃描方向。實(shí)線曲線是重復(fù)的掃描，并且表示試樣的穩(wěn)定性。注意在I-V曲線中與兩個(gè)掃描方向相對(duì)應(yīng)的對(duì)稱性。
圖16B表示其中銀生長比圖16A中范圍大的不同銀導(dǎo)線的I-V曲線。銀生長的范圍越大，導(dǎo)致電流平穩(wěn)段越小，在0.5V的量級(jí)上，并且電阻越低(在圖16B中13MΩ相對(duì)于30MΩ)。通過驅(qū)使大電流經(jīng)過導(dǎo)線，在整個(gè)測(cè)量范圍上已經(jīng)消除平穩(wěn)段，以給出歐姆特性(虛線)。
圖17表示金膠體與生物素修飾的核苷酸的結(jié)合結(jié)果的AFM圖象。
發(fā)明詳述網(wǎng)絡(luò)的形成一般通過提供接口元件的基質(zhì)開始，這些接口元件提供在網(wǎng)絡(luò)與外部電路或外部元件之間的I/O接口。這樣一種接口元件基質(zhì)100的一個(gè)實(shí)施例的說明表示在圖1A中。接口元件102的每一個(gè)一般是一根帶有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接墊104、和一個(gè)由連接器部分108連接的外部電路連接墊106的金屬電極。
作為用于網(wǎng)絡(luò)形成的準(zhǔn)備步驟，處理連接墊以允許接合劑110，例如衍生的寡核苷酸，結(jié)合到其上。下面描述處理方式的例子。(把接合劑寡核苷酸固定到一個(gè)接口元件中的方式的一個(gè)實(shí)施例見圖1B，并且在下面描述)。預(yù)備的接合劑110然后能附著到墊104上，一般把不同的接合劑附著墊的每一個(gè)上。以示意方式放大表示在基質(zhì)的中心部分112的右邊處的接合劑110，例如通過噴射印刷，例如以在下面例子中描述的方式，可以固定到墊104上。以這種方式，不同的接合劑110可以附著到墊104的每一個(gè)上。接合劑110的每一種可以具有對(duì)不同特定核酸列的選擇性結(jié)合能力，這種特征由在接合劑末端處的不同形狀代表。
包括導(dǎo)線(如這里通過下面的例子定義和描述的)的功能化纖維和在纖維之間的接合點(diǎn)處或上面形成的各種其他網(wǎng)絡(luò)元件的網(wǎng)絡(luò)，然后能與基質(zhì)相接觸；在網(wǎng)絡(luò)纖維中的核酸列與固定到接口元件上的接合劑的特定結(jié)合，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)與接口元件的具體連接性圖案?？蛇x擇的是，可以首先使纖維的核酸鏈具體連接到接合劑上，并且如果需要，則在形成的基于核酸的網(wǎng)絡(luò)中，然后可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的功能化，即電氣功能元件的形成、導(dǎo)線的形成、等等。另一種可選擇的方法是，首先把幾種子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)錨定到接口元件的基質(zhì)上，并且在以后的步驟，或者同時(shí)，使子網(wǎng)絡(luò)彼此結(jié)合以形成一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)。子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的例子包括幾根連接在一起的纖維、幾根核酸纖維附著到其上的顆?；蛘咴踊蚍肿哟?；等等。這里同樣，纖維可以是直覺的電氣或電子功能(整體或部分)，或者在網(wǎng)絡(luò)形成之后可以實(shí)現(xiàn)功能化。
圖1B是用來把寡核苷酸固定到接口元件上的示意表示。生物素分子120和122，一個(gè)結(jié)合到寡核苷酸124上，而另一個(gè)結(jié)合到含硫部分126上。生物素分子122經(jīng)含硫部分126固定到接口元件128上，并且然后當(dāng)把鏈霉抗生物素蛋白分子130引入到介質(zhì)中時(shí)，它們引起復(fù)合劑132的形成，復(fù)合劑132是包括生物素和鏈霉抗生物素蛋白的超分子復(fù)合物，把寡核苷酸124固定到接口元件128上。
寡核苷酸124通過以后的功能化步驟以下面舉例的方式，可以改變成網(wǎng)絡(luò)元件，如導(dǎo)體、二極管、晶體管、等等?？蛇x擇的是，它們可以起用來結(jié)合纖維的核苷酸鏈末端片段的接合劑作用。
在本發(fā)明網(wǎng)絡(luò)中的重要元件是起各種功能作用的接合點(diǎn)。接合點(diǎn)的幾個(gè)例子表示在圖2中。圖2A描繪形成在兩根單鏈核酸纖維202與204之間的一個(gè)接合點(diǎn)200。在該具體例子中的接合點(diǎn)通過在纖維204中的末端序列206和在纖維202中的互補(bǔ)序列208的雜交形成。該接合點(diǎn)可以用作在核酸纖維之間的T型接合點(diǎn)，然后通過例如以下面要描述的方式通過把導(dǎo)電物質(zhì)沉積到纖維202和204及接合點(diǎn)上，這些纖維能轉(zhuǎn)化成功能化連接接合點(diǎn)。
另一種類型的接合點(diǎn)210表示在圖2B中。該接合點(diǎn)由可以是膠粒、蛋白質(zhì)、另一種類型的大分子、超分子結(jié)構(gòu)、等等的復(fù)合劑形成。在這種情況下，接合點(diǎn)形成在一根單股纖維214與另一根單股纖維216之間。然而，應(yīng)該理解，這樣一種接合點(diǎn)也可以形成在兩根雙股纖維之間。復(fù)合劑可以通過各種方法結(jié)合到纖維上。結(jié)合可以是共價(jià)的或非共價(jià)的。非共價(jià)結(jié)合的例子是離子相互作用、疏水性相互作用、借助于范德瓦耳斯力、等等。復(fù)合劑本身也可以是復(fù)合分子結(jié)構(gòu)，例如它可以通過具有彼此結(jié)合親合性的兩個(gè)或多個(gè)分子或大分子形成，其中至少一個(gè)結(jié)合到纖維216和214的每一根上。這種復(fù)合分子結(jié)構(gòu)的例子是大量能彼此結(jié)合的各種分子，比如抗原-抗體、配體-受體、生物素-抗生物素蛋白、及多種其他分子。
這種復(fù)合分子結(jié)構(gòu)的一個(gè)具體例子表示在圖1B中(上面)。盡管是生物素-鏈霉抗生物素蛋白復(fù)合物的這種復(fù)合分子結(jié)構(gòu)在其功能上顯示為把寡核苷酸固定到電極上的作用，但相同的復(fù)合分子結(jié)構(gòu)也可以用來形成核酸纖維之間的接合點(diǎn)(即，每根纖維通過結(jié)合生物素被修飾，并且然后兩個(gè)生物素部分可被一種鏈霉抗生物素蛋白復(fù)合)。
接合點(diǎn)220另外一個(gè)例子表示在圖2C中。在這種情況下，一種復(fù)合劑222把兩根纖維224和226結(jié)合在一起。復(fù)合劑和其與核酸纖維相互作用的方式可能與圖2B中的復(fù)合劑212類似。
接合點(diǎn)的其他兩個(gè)例子表示在圖2D和2E中。這些接合點(diǎn)230和240分別形成在三條和四條核酸鏈之間，這些核酸鏈的每一條為雙鏈。這種接合點(diǎn)可以通過雜交或酶合成而形成，如下面在例子中描述的那樣。
另一種類型的接合點(diǎn)250表示在圖2F中。在這種情況下，一種復(fù)合劑252，例如膠粒，把多根纖維，在該具體實(shí)施例中為四根253-256，連接在一起，其每一根在其末端處結(jié)合到復(fù)合劑252上。纖維253-256的每一根與顆粒252的結(jié)合可能借助于直接聯(lián)接、通過使用介體，如特定結(jié)合蛋白質(zhì)，為根據(jù)圖2B和2C描述的方式的任何一種、等等。
在下面，將描述本發(fā)明的導(dǎo)線和電子元件及功能化網(wǎng)絡(luò)的建造的一些例子。應(yīng)該理解，這些只是示范性實(shí)施例，并且描述的實(shí)施例的各種改進(jìn)是可能的，所有都在這里定義的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
現(xiàn)在參照?qǐng)D3A，圖3A表示按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的導(dǎo)線形成的方式，在這種具體情況下是一根導(dǎo)線形成在一個(gè)核苷酸骨架上。這里導(dǎo)線形成在兩根電極300之間，電極300一般由金屬制成或涂敷有這些金屬，如金、鉑、銀等?？梢允紫纫员阌谝院蠼雍蟿┙Y(jié)合的方式處理的電極300，單獨(dú)地用包含接合劑分子302或304的溶液濕潤，接合劑分子的每一個(gè)包括由二硫化物基團(tuán)衍生的單鏈寡核苷酸(分別為“寡A”和“寡B)。當(dāng)這些接合劑在適當(dāng)條件下沉積在電極300上時(shí)，二硫化物基團(tuán)結(jié)合到電極300上，分別形成接合劑306和308(步驟(a))。電極300然后用帶有與接合劑306和308中的寡核苷酸列互補(bǔ)的粘性末端的核苷酸鏈溶液，例如用DNA雙鏈纖維310濕潤。電極300彼此隔開一個(gè)約等于核苷酸纖維310的長度的距離，由此核苷酸纖維310的每個(gè)末端結(jié)合到其在接合劑306和308之一中的互補(bǔ)寡核苷酸上，以形成在兩根電極300之間的橋312(步驟(b))。通過控制核苷酸310在介質(zhì)中的濃度，能控制形成在電極之間的這種橋的數(shù)量。在雜交之后，接合劑與核酸纖維的結(jié)合可以通過兩個(gè)彼此的共價(jià)結(jié)合通過斷口的連接而加強(qiáng)。
時(shí)常，特別是在纖維310很長，并因而僅通過依靠擴(kuò)散實(shí)際上不能保證其在兩端處的雜交的場(chǎng)合，可以使股310連接到一根電極上，并且然后通過流體從第一電極到第二根的定向流，使核酸纖維延伸，從而其末端到達(dá)第二電極。
顯然還有，為了避免核酸纖維的折疊和保證適當(dāng)?shù)慕Y(jié)合，可能時(shí)常需要選擇適當(dāng)?shù)娜芤骸?br> 纖維的功能化步驟，為了建造金屬導(dǎo)線的目的，根據(jù)具體說明的實(shí)施例，通過一個(gè)涉及在堿性條件下把纖維暴露于包括銀離子(Ag+)的溶液的離子交換步驟而開始，由此銀離子置換通常與核苷酸鏈相關(guān)的鈉離子或其他離子，并且與帶充電纖維相復(fù)合(步驟(c))。這產(chǎn)生載有銀離子316的核酸纖維314。應(yīng)該注意，除銀離子外，能使用大范圍的各種其他金屬離子，包括例如鈷、銅、鎳、鐵、金等。而且，金屬團(tuán)、復(fù)合物或簇，膠體金、膠體銀等，也可以通過各種不同的相互作用沉積在核酸纖維上。離子交換步驟一般包括用去離子水清洗纖維、和然后把它們浸泡在金屬離子或金屬團(tuán)的溶液中。
在下個(gè)步驟(步驟(d))，使纖維暴露于把金屬離子原位還原成金屬銀的還原劑，例如氫醌。金屬沉積物，例如金屬銀，形成在多個(gè)成核地點(diǎn)318處。在用去離子水清洗之后，帶有成核地點(diǎn)318的纖維在酸性條件下與包括金屬離子和還原劑，例如氫醌，的試劑溶液相接觸。在這些條件下，僅在成核地點(diǎn)處把離子轉(zhuǎn)換成金屬，并因此成核中心生長以形成一根導(dǎo)電導(dǎo)線320(步驟(e))。
應(yīng)該注意，銀成核中心也能通過金或其他金屬的化學(xué)沉積增強(qiáng)。類似地，金成核中心可以通過金、銀以及其他金屬的沉積增強(qiáng)。
如此形成的導(dǎo)線320可以經(jīng)受各種后建造處理，這些處理包括例如打算增大導(dǎo)線厚度和均勻性的熱處理；為了在導(dǎo)線周圍形成電絕緣層的目的的鈍化處理，例如通過暴露于鏈烷硫醇；通過導(dǎo)線上的聚合物的導(dǎo)線的電化學(xué)或光化學(xué)生長；等等。
圖3B表明由表明在圖3A中的過程形成的導(dǎo)線的典型電流-電壓關(guān)系。如能看到的那樣，該曲線是非線性的，并且相對(duì)于零偏壓對(duì)稱。曲線的形狀取決于由圖3A中箭頭指示的掃描方向。隨著從很大的正或負(fù)偏壓接近零電壓，電流與電壓幾乎線性地變成零。在非常大的微分電阻的情況下，零電流平穩(wěn)段然后發(fā)展。在較高偏壓下，導(dǎo)線再次轉(zhuǎn)為導(dǎo)通，具有不同的通道電阻。這種依賴歷史的電流-電壓關(guān)系可以使導(dǎo)線作為邏輯或存儲(chǔ)器元件。
如可以理解的那樣，以類似方式，作必要的修改后，可以制備下面在圖8A中表示的種類的纖維。就終端或中間核苷酸鏈而論，那么可能只需要要求的功能化步驟。
現(xiàn)在參照?qǐng)D4，圖4表示按照本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的導(dǎo)線形成的方式。這里同樣導(dǎo)線形成在核苷酸骨架上。如以上指出的那樣，參照?qǐng)D3A的實(shí)施例，就圖8A中表示的種類的纖維而論，可以隨后是作必要的修改后的類似過程。在該實(shí)施例中，與圖3A的相區(qū)別，沉積材料是PPV(聚苯撐乙烯撐)，而不是金屬。電極400可以與圖3中所示的電極300相同。該方法的最初兩個(gè)步驟(步驟(a)和(b))，基本上與圖3A中的相應(yīng)步驟相同(相同的元件已經(jīng)給出最后兩位與圖3A中相應(yīng)元件相同的標(biāo)號(hào)例如，402與302相同，404與304相同，等等)。與上面類似，通過纖維410與接合劑406和408共價(jià)結(jié)合以產(chǎn)生連接兩根電極的完整纖維414，可以加強(qiáng)形成的橋412(步驟(c))。
包括預(yù)(pre)PPV(26)分子416的溶液然后與纖維414相接觸，并且由于帶正電，預(yù)PPV 414與帶負(fù)電的DNA橋414復(fù)合(步驟(d))。在下個(gè)步驟，清洗、干燥及最后在真空中加熱試樣，例如加熱到約300℃的溫度約6小時(shí)，這導(dǎo)致四氫噻吩基和鹽酸從每個(gè)重復(fù)單元中釋放，產(chǎn)生發(fā)光PPV成分(步驟(e))。
為了把PPV轉(zhuǎn)換成導(dǎo)體，這種聚合物用引起電子缺乏(空穴)或產(chǎn)生額外電子的試劑攙雜。攙雜可以通過多種已知的方法進(jìn)行，例如暴露于H2SO4蒸氣、鹵酸蒸氣(例如HCl、HBr)的添加、通過使用十二烷基苯磺酸、通過使用樟腦磺酸，或通過其他方法。攙雜程度確定導(dǎo)線的導(dǎo)電性。
按照本發(fā)明，多種其他聚合物可以用來代替或添加到PPV。這包括各種帶正電側(cè)基的聚合物、以及在骨架中帶正電的聚合物、或帶有能夠結(jié)合到核酸纖維上的識(shí)別基團(tuán)的聚合物。聚合物的另一個(gè)例子是聚苯胺(PANI)。這些聚合物包括具有電子缺乏(p型聚合物)或具有電子過剩(n型聚合物)的聚合物。另外，以作必要修改后的類似方式，可以把其他類型的導(dǎo)電物質(zhì)(n型或p型)結(jié)合到纖維上。
通過使用結(jié)合到各種能賦予電子功能的物質(zhì)上的核苷酸，能精確地控制裝配在核酸纖維上的電子元件的性能。例如，兩個(gè)寡核苷酸的一個(gè)帶有一個(gè)允許雜交到纖維特定部分上的序列，并且結(jié)合到p型物質(zhì)上，而另一個(gè)帶有允許雜交到纖維相鄰部分上的序列，并且結(jié)合到n型物質(zhì)(具有電子過剩的聚合物)上，使這兩個(gè)寡核苷酸結(jié)合到纖維上，以這種方式，能形成一個(gè)p/n結(jié)，例如用作二極管。另一個(gè)例子可以是p-n-p或n-p-n型、雙極性晶體管的形成。
可以形成在核苷酸鏈上的一些功能元件的一個(gè)例子表示在圖5A中。在圖5A中，一個(gè)p/n結(jié)由結(jié)合到在該具體例子中是聚C的一個(gè)寡核苷酸512上的p型物質(zhì)510、和結(jié)合到在該具體例子中是聚A的另一個(gè)寡核苷酸列516上的n型物質(zhì)514形成。寡核苷酸在核苷酸纖維522上分別結(jié)合到互補(bǔ)列518和520上，并且在聯(lián)接之后，形成一個(gè)p/n結(jié)。在圖5A中，在纖維522的單鏈片段上形成p/n結(jié)。類似地，這樣一種結(jié)也形成在雙鏈纖維524上(見圖5B)，例如，通過首先除去鏈的一部分，例如通過酶消化暴露相鄰片段526和528并且然后與攜帶互補(bǔ)p型和n型物質(zhì)的寡核苷酸530和532分別雜交。
纖維的剩余部分，例如可以以建造導(dǎo)線的方式處理，如參照?qǐng)D3和4在上面描述的那樣，并因而借助于與二極管兩端側(cè)面相接的導(dǎo)電導(dǎo)線(C)536和538形成(圖5C)。為了保證導(dǎo)體物質(zhì)不沉積在p-n結(jié)部分上，可以首先偶聯(lián)構(gòu)成接合點(diǎn)的材料，并且只在此后，可以以上述方式處理纖維的剩余部分，以形成一根導(dǎo)電導(dǎo)線。
圖5D是另一種結(jié)構(gòu)的示意表示圖，在這種情況下該結(jié)構(gòu)由在兩個(gè)周緣纖維部分540和542上的兩根導(dǎo)電導(dǎo)線(C)構(gòu)成，纖維部分540和542與轉(zhuǎn)化成緩變p/n結(jié)544的纖維的一部分側(cè)面相接。該示范結(jié)構(gòu)由重?cái)v雜的部分546和548(ppp和nnn)、中攙雜的部分550和552(pp和nn)、及輕攙雜部分554和556(p和n)構(gòu)成。
另一種功能化結(jié)構(gòu)表示在圖5E中。該結(jié)構(gòu)是具有T型分支點(diǎn)560的結(jié)，并且通過把結(jié)部分轉(zhuǎn)換成所示的n-p-n雙極性結(jié)562(或p-n-p結(jié))，并且然后把纖維564、566和568的剩余部分轉(zhuǎn)換成導(dǎo)線，形成一個(gè)雙極性晶體管。
通過除雜交之外的方法，也能實(shí)現(xiàn)各種物質(zhì)的特定沉積。例如，各種分子，例如能夠識(shí)別特定區(qū)域的蛋白質(zhì)，即使不必“打開”雙鏈或多鏈核苷酸鏈，也可以用于該目的。
在圖8A中所示種類的纖維中，按照本發(fā)明也可以得到p-n結(jié)，其中該纖維由附著到由半導(dǎo)電聚合物制成的非核苷酸纖維片段上的核苷酸鏈構(gòu)成。在半導(dǎo)電聚合物是p型時(shí)，可以把n型聚合物以與圖5中所示的相類似的方式沉積到與半導(dǎo)體纖維片段相鄰的核苷酸鏈片段上。類似地，通過把p型聚合物沉積到與n型半導(dǎo)體纖維列相鄰的核苷酸鏈片段上，可以找到p-n結(jié)。
圖6表示單電子晶體管(SET)的構(gòu)造方式。使顆粒600與三個(gè)不同的寡核苷酸602、604和606結(jié)合。寡核苷酸之一經(jīng)一種大的非導(dǎo)電復(fù)合劑608，例如一種蛋白質(zhì)或一種超分子結(jié)構(gòu)，結(jié)合到顆粒600上，其目的將在下面進(jìn)一步解釋。在三根電極610的一個(gè)陣列中，每根電極結(jié)合到纖維612、614和616之一上(它們可以是核苷酸纖維，圖8A中所示種類的纖維及其他纖維)，纖維的每一根帶有不同的粘性末端，與寡核苷酸602、604和606之一的序列互補(bǔ)。涂有寡核苷酸的顆粒與電極陣列相接觸，并且通過提供用于雜交條件，形成一種結(jié)構(gòu)620，結(jié)構(gòu)620由經(jīng)三個(gè)橋結(jié)合到顆粒600上的電極610構(gòu)成，這三個(gè)橋的每一個(gè)分別由纖維612、614和616之一和寡核苷酸602、604和606之一構(gòu)成?？梢允估w維612、614和616分別共價(jià)結(jié)合到寡核苷酸602、604和606上，以形成完整纖維622、624和626。
顆粒經(jīng)受鈍化處理，例如借助于暴露于鏈烷硫醇、十八烷基硫醇、十二烷基硫醇等等，形成一個(gè)絕緣層630，以把膠粒與周圍介質(zhì)隔開，并且避免在以后步驟中金屬沉積在膠粒上。纖維622、624和626然后例如以上述方式形成導(dǎo)線，由此形成SET。
在SET中，導(dǎo)線622起柵極的作用，并且就其適當(dāng)功能而論，在它與顆粒600之間的高電阻是希望的，該目的通過復(fù)合劑608實(shí)現(xiàn)。在通常情況下，顆粒600阻止電流流動(dòng)，但當(dāng)在柵極處的電位變化時(shí)，形成的靜電場(chǎng)減小充電或放電膠粒需要的觸發(fā)能量，由此電流能在導(dǎo)線624與626之間流動(dòng)。
如理解的那樣，這里描述的SET的構(gòu)造方式只是一個(gè)例子。一種可選擇的方法是，首先形成纖維附著到其上的顆粒，并且然后使纖維結(jié)合到電極上，例如通過寡核苷酸接合劑。如技術(shù)人員明白的那樣，按照本發(fā)明有允許建造SET的其他可選擇方法。
現(xiàn)在對(duì)照?qǐng)D7，圖7表明基于可逆光變換的分子開關(guān)。一個(gè)分子碎片，如六氟環(huán)戊烯或順丁烯二酰亞胺的雙噻吩衍生物(分別為圖7A和圖7B)，結(jié)合到網(wǎng)絡(luò)上?？梢园梢允橇羞x擇性或非列選擇性的識(shí)別基的聚合物基(P1和P2(他們可以相同或不同))，經(jīng)共價(jià)或非共價(jià)相互作用附著到兩個(gè)噻吩部分上，以形成斷裂的共軛聚合物。聚合物P1和P2每個(gè)連接到不同纖維上(分別為P1和P2，末表示)。當(dāng)暴露于具有適當(dāng)波長(λ)的光時(shí)，噻吩與六氟環(huán)戊烯或順丁烯二酰亞胺的雙鍵的光環(huán)化發(fā)生，因而形成電氣連接P1和P2的共軛聚合導(dǎo)線。環(huán)化開關(guān)的光激勵(lì)導(dǎo)致反環(huán)化過程，并且沿聚合物再斷裂共軛對(duì)。
切換光信號(hào)可以從外部光源提供，或者可以由任何內(nèi)部光源從內(nèi)部提供。
圖8A示意表明按照本發(fā)明的纖維的其他實(shí)施例盡管上面在圖3A和4中表示的纖維帶有一個(gè)核苷酸骨架，但圖8A中所示的纖維具有由核苷酸片段和非核苷酸片段構(gòu)成的復(fù)合結(jié)構(gòu)的骨架。圖8A表示纖維的兩個(gè)實(shí)施例，纖維700和纖維710。纖維700帶有作為主要部分的非核苷酸纖維片段702，纖維片段702的終端連接到兩條核苷酸鏈704和706上。非核苷酸纖維片段702可以是聚合物、導(dǎo)電的、半導(dǎo)電的或非導(dǎo)電的，或者可以是納米管，例如碳基納米管。
纖維710由通過核苷酸鏈718和720連接、并且旁側(cè)為兩個(gè)末端核苷酸鏈序列722和724的幾個(gè)非核苷酸纖維片段712、714、716構(gòu)成。在這樣的復(fù)合纖維中，寡核苷酸鏈起用來結(jié)合到其他纖維的非核苷酸鏈上的識(shí)別基的作用。優(yōu)選地非核苷酸纖維片段(纖維700的702及纖維710的712、714和716)由導(dǎo)電或半導(dǎo)電材料制成。這種非核苷酸片段的使用有助于各種電子元件的建造。這樣的物質(zhì)可以具有分子、大分子或非分子(非均勻)特性，并且可以由噻吩、吡咯、苯胺、乙炔、苯撐、金屬復(fù)合物(如軸向互連的卟啉、鉑復(fù)合物等等)及納米管，例如碳基納米管，的寡聚物和聚合物制成。
如圖8B中示意表明的那樣，這樣的非核苷酸片段可以選擇性地用在其終端地點(diǎn)處的活性基(R1和R2)衍生。R1和R2可以相同或不同，并且可以表示-NH2、-CO2H、-CO2R-Br-B(OH)2.、和多種其他的。
帶有互補(bǔ)部份的寡核苷酸可以共價(jià)聯(lián)接到這些末端活性基上。例如，能制備在其兩個(gè)末端處帶有兩個(gè)羧基的聚噻吩，如圖9中所示。使用不同的方法，一種如圖9中所示，通過使用EDC，通過以圖10中所示的方式在羧基上形成活性酯，其中“R”代表導(dǎo)電導(dǎo)線，可將氨基衍生的寡核苷酸與這些羧基基團(tuán)相連。
類似的方法可用于使用氨基衍生的寡核苷酸對(duì)碳納米管的末端基進(jìn)行的選擇衍生。碳納米管在其兩個(gè)末端可以帶有羧基基團(tuán)(Wong等，Nature(自然)，39452，1998)。對(duì)于這些末端，氨基衍生的寡核苷酸可以通過活性酯偶聯(lián)連接，如能在圖11中看到的那樣。
各種其他偶聯(lián)方法可以用于寡核苷酸與纖維的連接，如金屬離子配體的相互作用的使用、金屬-金屬復(fù)合物的使用、金屬離子催化偶聯(lián)法的使用及其他。
圖12是按照本發(fā)明的FET的圖意。FET 800包括位于半導(dǎo)體基質(zhì)806兩端處的源電極802、漏電極804。連接到柵電極810上的柵極導(dǎo)線808位于一個(gè)在半導(dǎo)體基質(zhì)806內(nèi)的凹槽812中。在半導(dǎo)體FET中的柵極長度在很大程度上，決定著FET能操作的最大頻率。較短的柵極使柵極下的電子飛行時(shí)間減小，并且因此適于較高的操作頻率。由于除柵極之外的FET尺寸不是關(guān)鍵的，所以柵極參數(shù)為較快FET的批量生產(chǎn)設(shè)置了瓶頸。按照本發(fā)明的FET提供了一種對(duì)該問題的解決方案。除柵極之外的FET可以通過常規(guī)的石板印刷術(shù)和半導(dǎo)體過程和技術(shù)制造，并且然后通過在電極之間延伸核酸纖維可以形成柵極，并且然后可以如上述那樣金屬化纖維。以該方式，能容易形成次-0.1微米的柵極，允許較快FET的便宜批量生產(chǎn)。
現(xiàn)將在如下實(shí)施例中進(jìn)一步說明本發(fā)明。
實(shí)施例1接合劑的制備(a)基于二硫化物的接合劑用二硫化物基衍生的受控多孔玻璃(CPG)用于具有游離5′位點(diǎn)的寡核苷酸的合成(從其3′側(cè)開始)。使用常規(guī)的DNA合成器制備寡核苷酸(見圖13中的方案)。
(b)基于硫醇的接合劑根據(jù)上面的(a)制備接合劑，并且裂解二硫鍵以得到一個(gè)游離的硫醇。
(c)基于生物素-鏈霉抗生物素蛋白復(fù)合物的接合劑如本質(zhì)上已知的，將生物素部分連接到具有一個(gè)特定序列的寡核苷酸上。生物素-寡核苷酸經(jīng)一個(gè)鏈霉抗生物素蛋白分子，偶聯(lián)到在一側(cè)包含一個(gè)生物素部分(也見圖1B)而在另一側(cè)包含一個(gè)硫醇或二硫化物基團(tuán)的另一個(gè)分子上。
(d)基于阻遏物的接合劑一種核酸結(jié)合蛋白質(zhì)，如lac阻遏物，共價(jià)連接到一個(gè)硫醇基上。合成帶有粘性末端且包含阻遏物與其結(jié)合的目標(biāo)序列的DNA列。DNA序列經(jīng)目標(biāo)序列偶聯(lián)到阻遏物上。
(e)基于硫代磷酸鹽的接合劑使用常規(guī)的DNA合成器進(jìn)行寡核苷酸序列的構(gòu)建(從其3′側(cè)開始)，其中使用包含核苷酸的硫代磷酸鹽來代替包含核苷酸的磷酸鹽。
(f)基于人工位點(diǎn)特異性的接合劑一個(gè)合成位點(diǎn)特異性部分，例如Rh(Phen)2Phi，已知結(jié)合到5′-pyr-pyp-pur-3列(26)(pyr＝吡啶，pur＝嘌呤)上，被共價(jià)偶聯(lián)到一個(gè)硫醇基上。
實(shí)施例2接合劑與電極的附著
(a)微量吸移管的濕潤使電極暴露于適當(dāng)接合劑的溶液，例如通過采用吸移管或微量吸移管或者通過任何液體分配器。這樣的液體分配器可以固定到可以計(jì)算機(jī)控制的控制器上。不同類型的接合劑能沉積在每根電極上。另外，不同類型的接合劑能同時(shí)或順序地沉積到不同的電極上。
(b)噴射印刷象噴墨那樣的印刷技術(shù)用于不同電極對(duì)不同接合劑的選擇性暴露。通過利用這樣一種技術(shù)，有可能達(dá)到高精度、高分辨率及增大生產(chǎn)率，有助于大規(guī)模生產(chǎn)。
(c)初始電極-接合劑合成(c1)使用選擇性掩蔽技術(shù)用來合成DNA列的成熟技術(shù)可以用于復(fù)雜電極-接合劑陣列的初始制備。例如組成一組電極的惰性基體部分涂敷有產(chǎn)生兩種類型電極涂敷電極(A)和未涂電極(B)，的惰性涂層?；w暴露于連接到用作DNA合成起點(diǎn)的核酸序列上的硫醇溶液中。由于惰性涂層，只有未涂敷電極B與硫醇反應(yīng)。使用標(biāo)準(zhǔn)DNA合成技術(shù)，在B電極上產(chǎn)生一個(gè)預(yù)定序列。然后清洗基體，并且暴露掩蔽的電極，隨后是B電極的選擇性涂敷。該過程允許通過結(jié)合到其上的接合劑類型把一種同另一種區(qū)分開的兩種類型電極的生產(chǎn)。具有稍復(fù)雜步驟(幾個(gè)掩蔽和暴露步驟)的相同技術(shù)，允許具有多個(gè)不同電極帶有結(jié)合到其上的不同接合劑的各種基體的制造。
(c2)使用光去保護(hù)(photodeprotection)技術(shù)該方法涉及利用光致不穩(wěn)定基保護(hù)DNA合成的起點(diǎn)。失活的起點(diǎn)基團(tuán)不能夠與核苷酸反應(yīng)。使用借助于掩模和/或光導(dǎo)體和/或任何其他可尋址光源的選擇性照射，通過從選擇的電極光除去保護(hù)基實(shí)現(xiàn)不同選擇電極的活化。
(c3)使用阻滯劑使用掩蔽技術(shù)(上面的(c1))，為了寡核苷酸合成制備一組電極。一旦在一組電極上完成DNA序列，就把末端基團(tuán)附著到保證其惰性的寡核苷酸上。在根據(jù)以上步驟制備的、但因而在該步驟變成有活性的不同電極上，能進(jìn)一步合成其他序列。應(yīng)該注意在以上步驟建造的接合劑組由于把阻滯劑附著到其端點(diǎn)上而不受影響。
(c4)電極印刷接合劑附著到諸如金膠體之類的導(dǎo)電珠上。膠體然后以可控制的方式分散，以與附著到其上的接合劑形成導(dǎo)電金屬墊。分配可以通過上述的不同技術(shù)或通過任何常規(guī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)。
以上技術(shù)可以單獨(dú)使用，或者與其他技術(shù)任意組合而使用。
例3網(wǎng)絡(luò)的建造-接合點(diǎn)的產(chǎn)生(a)分支序列的產(chǎn)生使用例如如下的序列構(gòu)建一個(gè)穩(wěn)定的四臂分支DNA接合點(diǎn)C-GG-CC-GA-TA-TT-AC-GC-GGCACGAGTTGATACCGCGTGCTCAACTATGGCC-GC-GG-CA-TA-TT-AG-C
C-G序列的認(rèn)真計(jì)劃允許根據(jù)希望的設(shè)計(jì)制造復(fù)雜接合點(diǎn)。使用本質(zhì)上已知的方法，可以把該分支序列附著到雙鏈纖維上。
(b)通過酶反應(yīng)建立分支來自E.大腸桿菌的蛋白質(zhì)recA催化堿基配對(duì)雜種的重組和構(gòu)建，以連接兩個(gè)DNA分子。它能以特定方式，把單鏈DNA與雙鏈DNA連接，條件是在單鏈與雙鏈DNA之間存在同源性。DNA結(jié)合蛋白質(zhì)能延伸單鏈DNA，并且通過隨機(jī)碰撞進(jìn)行DNA退火。還有可能實(shí)現(xiàn)在兩個(gè)獨(dú)立雙螺旋之間的堿基對(duì)特定接觸，以形成沿暴露在兩個(gè)螺旋溝中的化學(xué)部分配對(duì)的四條鏈結(jié)構(gòu)。類似地，recA蛋白質(zhì)通過識(shí)別來自“外部”的互補(bǔ)序列而不必打開雙鏈和暴露單鏈序列，能誘導(dǎo)單鏈與雙鏈DNA之間的特定接觸。還有重組三鏈和四鏈DNA螺旋的可能性。四個(gè)DNA鏈也能在一個(gè)接合點(diǎn)處進(jìn)行“開關(guān)配對(duì)(switch pairing)”，以形成交叉鏈接合(叫作Holliday結(jié)構(gòu))。然后有建立在重組DNA分子上的區(qū)域的所謂異源雙鏈核酸分子的可能性，其中兩條鏈不是準(zhǔn)確互補(bǔ)的。然而，分支接合能遷移到其互補(bǔ)堿基配對(duì)的平衡點(diǎn)。通過允許立體重排形成完全重組的雙螺旋。良好地建立了用來在體外產(chǎn)生Holliday結(jié)構(gòu)的對(duì)RecA蛋白質(zhì)的利用(見例如B.Albert等的細(xì)胞分子生物學(xué)(Molecular Biology ofthe Cell)，第三版，Garland出版公司，紐約，1994年)。來自E.大腸桿菌的另一種酶RecBC既具有解旋活性又具有核酸酶活性，并且因此能催化具有游離末端的單鏈DNA的暴露，允許RecA蛋白質(zhì)開始配對(duì)反應(yīng)。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)一步一步的建立重要的是這樣的事實(shí)RecBC僅對(duì)包含一個(gè)游離雙螺旋末端的DNA啟動(dòng)解旋。它然后沿DNA從游離末端前進(jìn)，隨著它行走解旋或重新螺旋DNA。因?yàn)樗庑鼶NA比重新螺旋它快，所以在雙螺旋DNA中產(chǎn)生單鏈區(qū)域的“旋渦”或環(huán)。RecA蛋白質(zhì)然后能結(jié)合到在單鏈之一中由RecBC在特定列5′-GCTGGTGG-3′中產(chǎn)生的切口上，并且然后開始DNA鏈與另一個(gè)DNA交換。通過人工重組DNA合成能預(yù)設(shè)計(jì)切口的特定序列(見B.Albert等，上述文章和L.P.Adams等的核酸生物化學(xué)(TheBiochemisrty of the Nucleic Acids)，第11版，Chapman&Hale，1992年)。
(c)利用核酸-結(jié)合蛋白質(zhì)允許兩種或多種特定DNA結(jié)合蛋白質(zhì)與兩個(gè)或多個(gè)DNA鏈相互作用。這種結(jié)合蛋白質(zhì)的偶聯(lián)能夠使在不同DNA鏈之間形成接合點(diǎn)。
實(shí)施例4網(wǎng)絡(luò)與基體的連接使用各種DNA結(jié)合蛋白質(zhì)，可以實(shí)現(xiàn)把網(wǎng)絡(luò)錨定在基體上。例如，來自細(xì)菌的阻遏物例如紫膠阻遏物或λ阻遏物)，既能結(jié)合到基體上(如塑料基體)又能結(jié)合到DNA上，因而接合兩者。這種結(jié)合穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)，而不必參與電氣功能。
實(shí)施例5集成電路的制備集成電路(IC)包括一種基體，如硅、衍生硅、硅石、衍生硅石、有機(jī)聚合物、或者能夠起支持制造或網(wǎng)絡(luò)的機(jī)械固定或穩(wěn)定的作用的任何其他物質(zhì)?；w可以起電氣功能的作用。
如下描述用于IC制備的一個(gè)典型例子實(shí)施例6玻璃基體的鈍化把玻璃基體浸泡在發(fā)煙硝酸(100％HNO3)中10分鐘，在去離子(DI)水中清洗，然后在1N NaOH溶液中浸泡另外10分鐘，并且在DI水中清洗。徹底干燥清理的玻璃，然后在烷基三氯硅烷(辛基三氯硅烷、t-丁基三氯硅烷等等)與四氯乙烷(1∶5 v/v(體積/體積))的溶液中浸泡c.a.12小時(shí)。然后認(rèn)真用四氯乙烷和異丙醇將玻璃板清洗幾次，然后徹底干燥。
實(shí)施例7電極制造根據(jù)如下程序之一制造電極(i)在基體上的標(biāo)準(zhǔn)光、電、或x射線石版印刷術(shù)和導(dǎo)電物質(zhì)(例如金屬)的以后沉積?？蛇x擇的是，可以首先沉積導(dǎo)電物質(zhì)，并且其次加圖案。(ii)把電極裝配到表面上使用諸如聚乙烯亞胺、多元醇、多元酸、聚吡啶等等之類的聚合電解質(zhì)，或諸如硫醇單分子層(由在分子骨架上的相對(duì)地點(diǎn)處包含硫羥和硅烷的有機(jī)物制造)之類的其他結(jié)扎劑，給玻璃表面加圖案，隨后是導(dǎo)電元件的固定，如金膠體能夠把導(dǎo)電電極裝配到基體上。
實(shí)施例8基于核酸的網(wǎng)絡(luò)-基于金屬的導(dǎo)電導(dǎo)線的電氣功能化(i)網(wǎng)絡(luò)的有關(guān)部分暴露于包含適當(dāng)金屬離子的溶液，因而在DNA骨架暴露于溶液的磷酸鹽基處發(fā)生離子交換。在DNA內(nèi)部的離子相互作用在一定條件下也可能發(fā)生。
(ii)然后通過諸如氫醌之類的還原劑還原離子交換DNA復(fù)合物。
可按次序重復(fù)循環(huán)(i)和(ii)，直到實(shí)現(xiàn)一根導(dǎo)電導(dǎo)線?？蛇x擇的是，導(dǎo)電金屬導(dǎo)線的形成包括作為獨(dú)立過程、或者與步驟(i)和(ii)相結(jié)合、或者與如下技術(shù)的一種或多種相組合的如下步驟。
(iii)離子交換網(wǎng)絡(luò)的有關(guān)部分暴露于還原劑和金屬離子的亞穩(wěn)定混合物。還原僅發(fā)生在由步驟(i)和(ii)形成的金屬簇的表面處，因而在金屬簇之間的間隙通過金屬沉積過程橋接。
(iv)離子交換DNA或部分處理DNA網(wǎng)絡(luò)暴露于電化學(xué)過程，把在DNA聚合電解質(zhì)上載有的離子轉(zhuǎn)化成金屬導(dǎo)體。另外，沿DNA分子的電化學(xué)過程加速金屬導(dǎo)線沿它的矢量生長。
(v)金屬的光化學(xué)形成來自其用于金屬導(dǎo)線形成的相應(yīng)離子。
(vi)使用列選擇成分，例如，能夠結(jié)合到DNA上特定地點(diǎn)的特定列；或非列特有結(jié)合劑，比如經(jīng)受與DNA的靜電相互作用的聚合電解質(zhì)，把簇或膠體吸收到DNA網(wǎng)絡(luò)上。這些簇和/或膠體用作用于以上過程(iii)-(v)的催化劑。
(vii)由以上技術(shù)的一種或多種制造的粒狀導(dǎo)線的缺陷，可以使用諸如熱退火過程、電鍍等等之類的種種方法退火。
銀功能化網(wǎng)絡(luò)制造的一個(gè)例子如下(i)固定在基體上的DNA網(wǎng)絡(luò)暴露于銀離子的堿性溶液(pH＝10.5，NH4OH，0.1 M AgNO3)。在由銀離子交換DNA聚合電解質(zhì)之后，用去離子(DI)水認(rèn)真清洗，并且干燥。
(ii)固定在基體上的載銀DNA網(wǎng)絡(luò)暴露于作為還原劑的氫醌(0.05 M)堿性溶液，pH＝5。順序重復(fù)步驟(i)和(ii)，直到形成導(dǎo)電導(dǎo)線。
(a)互補(bǔ)過程在一個(gè)或多個(gè)(i)+(ii)循環(huán)之后，進(jìn)行步驟(iii)。
(iii)載有銀金屬簇(在已經(jīng)進(jìn)行循環(huán)(i)和(ii)之后)且在最終用DI水清洗之后的DNA網(wǎng)絡(luò)，暴露于氫醌(檸檬酸緩沖劑，pH＝3.5，0.05M氫醌)和AgNO3(0.1 M)的酸性溶液。當(dāng)導(dǎo)線寬度達(dá)到希望尺寸時(shí)，結(jié)束循環(huán)(iii)。能使該過程是光敏感的，并因而也能通過照射條件控制。
(b)用于改進(jìn)過程的電化學(xué)沉積(iv)為了提高金屬導(dǎo)體的縱橫比，進(jìn)行一種電化學(xué)過程。為此目的，在(i)+(ii)過程之前，進(jìn)行用鏈烷硫醇的預(yù)處理。這保證金屬電極相對(duì)于電化學(xué)金屬沉積的惰性。在一個(gè)或多個(gè)(i)+(ii)循環(huán)之后，把經(jīng)DNA覆蓋金屬導(dǎo)線連接的電極連接到一個(gè)電流和偏壓受控電源上，并且把DNA網(wǎng)絡(luò)的有關(guān)部分暴露于金屬離子溶液(根據(jù)具體原型有不同的濃度)。通過電化學(xué)金屬沉積填充導(dǎo)電區(qū)域之間的間隙。
(c)用于改進(jìn)過程的光化學(xué)沉積(v)為了提高金屬導(dǎo)體的縱橫比，以類似于上述電化學(xué)過程的方式進(jìn)行一種光化學(xué)過程，但把光化學(xué)反應(yīng)用作驅(qū)動(dòng)過程。例如，使用電子供體(三乙醇胺、草酸、DTT等)、光敏劑(Ru-聚吡啶復(fù)合物、諸如TiO2、CdS等之類的呫噸染料半導(dǎo)體顆粒)、諸如不同雙吡啶鹽和有關(guān)金屬離子之類的電子替續(xù)劑或者金屬復(fù)合物，可以得到DNA網(wǎng)絡(luò)的金屬化。光敏劑通過涉及在任何可能列中的電子供體和電子受體的電子轉(zhuǎn)移過程，把吸收的光能轉(zhuǎn)換成自由能。還原的電子接收體起電子替續(xù)劑的作用，并且用電子充電金屬簇/膠體。充電的簇/膠體起用于金屬離子還原的催化劑的作用，因而引起金屬導(dǎo)體的生長。
(d)金簇、作為成核中心的含金分子和/或膠體
(vi)代之以進(jìn)行最初的(i)+(ii)循環(huán)，把DNA網(wǎng)絡(luò)的有關(guān)部分暴露于預(yù)涂敷(部分)有陽離子硫醇(如吡啶鏈烷硫醇)的金簇、分子或顆粒的溶液。金粒通過離子配對(duì)吸收到DNA骨架上，并且使用以上技術(shù)的一種或多種實(shí)現(xiàn)導(dǎo)線的生長。
(e)熟化過程(vii)使用諸如熱退火過程(氫氣氛(N2中10％的H2)，300C幾個(gè)小時(shí))之類的種種過程，退火通過以上以上技術(shù)的一種或組合得到的粒狀導(dǎo)線中的缺陷。
實(shí)施例9由在DNA模板上形成的導(dǎo)電導(dǎo)線連接兩根電極、及導(dǎo)線的性能(a)導(dǎo)線制備圖3A概述了金屬導(dǎo)線的DNA模板裝配。首先相對(duì)于假DNA結(jié)合鈍化玻璃蓋片。然后，使用標(biāo)準(zhǔn)微電子技術(shù)把兩根平行金電極沉積在蓋片上。然后把一根金電極用包含借助于附著到其3′側(cè)上的硫化物基團(tuán)衍生的12-堿基特定序列的寡核苷酸的水溶液的微米尺寸液滴濕潤。類似地，第二根電極用不同的寡核苷酸序列標(biāo)記。在清洗之后，用約16μm長λ-DNA的、帶有與附著到金電極上的寡核苷酸互補(bǔ)的兩個(gè)12-堿基粘性末端的溶液涂敷試樣。誘導(dǎo)垂直于電極的流動(dòng)以延伸DNA，允許其與兩個(gè)遠(yuǎn)距離表面結(jié)合寡核苷酸的雜交。也能以相反順序?qū)崿F(xiàn)在兩根電極之間延伸DNA，其中在長DNA分子施加到試樣上之前，進(jìn)行二硫化物衍生的寡核苷酸對(duì)長DNA分子的雜交和連結(jié)。兩種方法都同樣工作良好。圖14描繪橋接兩根金電極的熒光標(biāo)明的λ-DNA。通過觀察在垂直流下DNA分子的彎曲，證明它僅附著到電極上。通過除去溶液完成試樣制備。
對(duì)這些試樣進(jìn)行的兩端測(cè)量證明，伸展的DNA分子實(shí)際上是具有高于1013Ω電阻的絕緣體。DNA的絕緣特性與以前的光譜電子轉(zhuǎn)移率測(cè)量(18)相一致。為了注入電氣功能，沿DNA分子定向沉積銀金屬。三步化學(xué)沉積過程基于銀離子沿DNA通過Ag+/Na+離子交換的選擇性定位(19)、和在銀與DNA堿基之間的復(fù)合物的形成(19-22)。通過跟蹤標(biāo)記DNA的熒光信號(hào)的萃滅，監(jiān)視Ag+/Na+離子交換。當(dāng)達(dá)到完全萃滅時(shí)，結(jié)束該過程。在清洗之后，使用堿性氫醌溶液還原銀離子交換DNA復(fù)合物。該步驟導(dǎo)致結(jié)合到DNA骨架上的納米尺寸的金屬銀團(tuán)的形成。這些銀團(tuán)起部分定位用于以后導(dǎo)線生長的成核地點(diǎn)的作用。離子交換過程是高度選擇性的，并且僅限于DNA模板。在低光條件下使用氫醌和銀離子的酸性混合物，使結(jié)合到DNA上的銀團(tuán)進(jìn)一步“生長”，就象在標(biāo)準(zhǔn)攝影過程中那樣(24、25、32-37)。氫醌和銀離子的酸性溶液是亞穩(wěn)定的，但自發(fā)的金屬沉積通常非常慢。金屬催化劑的存在(如在DNA上的銀成核地點(diǎn))，顯著加速該過程。在這些試驗(yàn)條件下，因此僅沿DNA骨架出現(xiàn)金屬沉積，留下實(shí)際上沒有銀的鈍化玻璃。當(dāng)在差示干涉差(DIC)顯微鏡下金屬導(dǎo)線的蹤跡可清楚觀察時(shí)，終止該過程。金屬導(dǎo)線準(zhǔn)確地跟隨DNA骨架的以前熒光圖象。金屬導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)、尺寸及導(dǎo)電性能是可重復(fù)的，并且由“生長”條件支配。
結(jié)果100nm寬、12μm長的導(dǎo)線截面的原子力顯微鏡(AFM)圖象表示在圖15A和15B中。如清楚看到的那樣，導(dǎo)線包括沿DNA骨架沉積的30-50nm直徑的細(xì)粒。
為了研究這些導(dǎo)線的電子傳送性能，使用具有1013Ω內(nèi)部電阻和10fA電流分辨率的HP參數(shù)分析器，在室溫下已經(jīng)測(cè)量了兩端的I-V曲線。圖16A表示在圖15A和15B中表示的銀導(dǎo)線的I-V曲線。該曲線是高度非線性的，并且相對(duì)于零偏壓是非對(duì)稱的。曲線的形狀取決于由圖16A中箭頭指示的電壓掃描方向。隨著從很大的正或負(fù)偏壓接近零電壓，電流與電壓幾乎線性地變成零。零電流平穩(wěn)段然后發(fā)展，使微分電阻比1013Ω大。在較高偏壓下，導(dǎo)線再次轉(zhuǎn)為導(dǎo)通，微分電阻稍低于原始偏壓極性中的。在相同掃描方向的重復(fù)測(cè)量(圖16A中的實(shí)線)產(chǎn)生可重復(fù)的I-V曲線。在不同導(dǎo)線中零偏壓平穩(wěn)段的長度能從不到1伏特至約10伏特。在圖12B中的實(shí)線描繪例如不同導(dǎo)線的I-V曲線，其中在DNA上的銀生長更廣泛。結(jié)果，平穩(wěn)段減小到0.5伏特。通過驅(qū)動(dòng)較大電流通過導(dǎo)線，通常能消除平穩(wěn)段，以相對(duì)于電阻在1與30MΩ之間的變化給出歐姆特性(在圖16B中的虛線)，這取決于銀沉積過程。
實(shí)施例10金在寡核苷酸纖維上的沉積金增強(qiáng)劑能用來增強(qiáng)實(shí)際任何金屬的成核中心。
可以按如下制備金增強(qiáng)劑溶液。
把30μl(微升)的KSCN溶液(來自把60mg的KSCN溶解在1ml的H2O中制備的備用溶液)添加到240μl H2O中，并且徹底混合。把30μl的KAuCl4溶液(來自通過把23mg的KAuCl4溶解在1ml的H2O中制備的備用溶液)添加到KSCN溶液中，并且混合。在幾秒鐘內(nèi)，顏色從深黃色變到非常淺的橙色，并且然后添加60μl氫醌溶液(來自通過把55mg的氫醌溶解在10ml的H2O中制備的備用溶液)，并且徹底混合溶液。
對(duì)于實(shí)際任何金屬上的金生長，能容易地采用金增強(qiáng)劑。通過用磷酸鹽緩沖液pH＝8替代一些水，能把生長率從每幾小時(shí)100nm調(diào)整到每分鐘100mn。
實(shí)施例11基于有機(jī)共軛聚合物的導(dǎo)電導(dǎo)線(i)把網(wǎng)絡(luò)的有關(guān)部分暴露于一種溶液，該溶液包含通過化學(xué)轉(zhuǎn)換能夠形成共軛聚合物的陽離子片段、或通過化學(xué)轉(zhuǎn)換能夠進(jìn)行結(jié)合的陽離子非共軛聚合物、或陽離子共軛聚合物。因而，離子交換過程發(fā)生在DNA骨架暴露于溶液的磷酸鹽基處。
(ii)根據(jù)結(jié)合到聚陰離子骨架上的有機(jī)物的特性，處理離子交換DNA復(fù)合物。通過以上過程或者通過順序攙雜過程，實(shí)現(xiàn)電氣功能化。經(jīng)常規(guī)氧化還原過程、通過質(zhì)子化-去質(zhì)子化過程、通過電化學(xué)方法或者通過光化學(xué)方法，實(shí)現(xiàn)攙雜。另外，對(duì)于具有明確結(jié)構(gòu)、電親合力梯度和p/n結(jié)的導(dǎo)線的生產(chǎn)，能利用在DNA骨架與基于以上有機(jī)共軛聚合物的導(dǎo)電導(dǎo)線之間的序列選擇性過程。
I.PPV(聚苯撐乙烯撐)導(dǎo)電導(dǎo)線的制造如下(i)把固定在基體上的DNA網(wǎng)絡(luò)暴露于預(yù)PPV水溶性聚合物的溶液。在DNA聚合電解質(zhì)被預(yù)PPV聚合物交換之后，認(rèn)真清洗基體，并且干燥。
(ii)固定在基體上的DNA網(wǎng)絡(luò)載有的預(yù)PPV聚合物在真空爐中反應(yīng)(1e-6 bar，300 C，6小時(shí))。
(iii)使用常規(guī)方法攙雜生成的發(fā)光PPV聚合物，直到表現(xiàn)出導(dǎo)電性。
II.用于PPV導(dǎo)電導(dǎo)線制造的另一個(gè)途徑如下(i)把固定在基體上的DNA網(wǎng)絡(luò)暴露于二氯化對(duì)二亞甲基苯基雙-(四氫噻吩鎓)的溶液。在DNA多電解質(zhì)通過二氯化對(duì)二亞甲基苯基雙-(四氫噻吩鎓)交換之后，認(rèn)真清洗基體，并且干燥。
(ii)固定在基體上的DNA網(wǎng)絡(luò)載有的二氯化對(duì)二亞甲基苯基雙-(四氫噻吩鎓)在堿性溶液中聚合，以形成附著到DNA骨架上的預(yù)PPV聚合物。
(iii)固定在基體上的DNA網(wǎng)絡(luò)載有的預(yù)PPV聚合物在真空爐中反應(yīng)(1e-6 bar，300 C，6小時(shí))。
(iv)使用常規(guī)方法攙雜生成的發(fā)光PPV聚合物，直到表現(xiàn)出導(dǎo)電性。
III.按如下進(jìn)行PANI(聚苯胺)導(dǎo)電導(dǎo)線的制造(i)把固定在基體上的DNA網(wǎng)絡(luò)暴露于酸可溶性PANI聚合物的溶液中。在DNA聚合電解質(zhì)被PANI聚合物交換之后，認(rèn)真清洗基體，并且干燥。
(ii)使用常規(guī)方法攙雜生成的PANI聚合物，直到表現(xiàn)出導(dǎo)電性。
IV.關(guān)于PANI導(dǎo)電導(dǎo)線制造的另一個(gè)途徑如下(i)把固定在基體上的DNA網(wǎng)絡(luò)暴露于苯胺離子的溶液。在DNA聚合電解質(zhì)被苯胺離子交換之后，認(rèn)真清洗基體，并且干燥。
(ii)使用諸如過硫酸鹽離子之類的氧化劑，氧化DNA骨架上載有的苯胺離子，產(chǎn)生聚苯胺聚合物。使用常規(guī)方法攙雜生成的PANI聚合物，直到表現(xiàn)出導(dǎo)電性。
V.關(guān)于PANI導(dǎo)電導(dǎo)線制造的另一個(gè)途徑如下
(i)把固定在基體上的DNA網(wǎng)絡(luò)暴露于PANI的短的寡聚物(＞1個(gè)重復(fù)單元)的溶液。在DNA聚合電解質(zhì)被PANI低聚物交換之后，認(rèn)真清洗基體，并且干燥。
(ii)使用諸如過硫酸鹽離子之類的氧化劑，氧化DNA骨架上載有的PANI低聚物離子，產(chǎn)生聚苯胺聚合物。使用常規(guī)方法攙雜生成的PANI聚合物，直到表現(xiàn)出導(dǎo)電性。
實(shí)施例12絕緣體的制造絕緣體可以建造在網(wǎng)絡(luò)的電氣功能化部分上，如在導(dǎo)線和導(dǎo)線與元件之間的連接上。
A.金屬元件(包括金屬導(dǎo)線)的絕緣(1)使用包括絕緣體的表面活性劑，如附著到諸如硫羥或二硫化物基之類的表面結(jié)合基上的烷基，可以把金屬元件與其周圍介質(zhì)電氣絕緣。表面結(jié)合基結(jié)合到金屬的表面上，因而在金屬表面處形成電氣絕緣分子的致密“兩維”層。該層呈現(xiàn)提供屏障物，即一種絕緣體。
(2)選擇性氧化物、和形成非導(dǎo)電層和界面的其他衍生物，也形成電氣絕緣屏障物。
B.非金屬元件(包括基于共軛聚合物的導(dǎo)線)的絕緣使用基于互補(bǔ)相互作用的分子識(shí)別過程，建造能自裝配到非金屬元件表面上的絕緣層。例如，使用具有長烷基鏈側(cè)基的多陰離子聚合物，能涂敷諸如PANI之類的帶正電聚合物，并且與其周圍介質(zhì)絕緣。
實(shí)施例13含金分子或顆粒對(duì)特定核苷酸的連接通過把與化學(xué)活性基團(tuán)連接的隔離臂連接到堿基中特定位點(diǎn)，來修飾DNA堿基。對(duì)于適當(dāng)?shù)牡攸c(diǎn)和足夠長的隔離臂，這種修飾不會(huì)干擾酶促機(jī)理，留下與重組DNA技術(shù)相容的DNA分子。一種這樣的修飾是生物素與C或A堿基的連接。在下個(gè)步驟，對(duì)于鏈霉抗生物素蛋白涂敷的金顆粒與生物素標(biāo)記堿基的連接，采用鏈霉抗生物素蛋白與生物素的特異性結(jié)合。圖17表示這種操作結(jié)果的AFM圖象。在這種情況下，長DNA分子中的最后核苷酸由生物素標(biāo)記的核苷酸置換。然后把模板浸泡在包含鏈霉抗生物素蛋白涂敷的5nm金膠體的溶液中，導(dǎo)致這些膠體與修飾堿基的特定附著。由于鏈霉抗生物素蛋白具有四個(gè)用于生物素的結(jié)合地點(diǎn)，所以涂敷金膠體也能用作標(biāo)記DNA分子之間的接合點(diǎn)。在兩個(gè)DNA分子之間的接合點(diǎn)也表示在圖17中。除生物素之外的團(tuán)基也能用來標(biāo)記。一些例子包括硫醇、地高辛及胺。
實(shí)施例14單電子晶體管(SET)的制備在下面，概述在SET制造中的主要步驟1.根據(jù)例6進(jìn)行基體鈍化。
2.進(jìn)行通過標(biāo)準(zhǔn)微電子技術(shù)的金電極定義，例如按例7中規(guī)定的那樣。對(duì)于單個(gè)SET的簡(jiǎn)單情形，僅需要三個(gè)電極。
3.例如根據(jù)例1(a)進(jìn)行接合劑合成。接合劑一般由在其3′側(cè)處被二硫化物基團(tuán)衍生的短(例如12堿基)寡核苷酸制成。對(duì)于單個(gè)SET的情形，帶有三個(gè)不同序列的接合劑是最好的。
4.使接合劑經(jīng)其二硫化物基團(tuán)與電極相互作用。根據(jù)實(shí)例2每根電極用不同接合劑標(biāo)記。
5.把三種不同二硫化物衍生接合劑在其二硫化物側(cè)連接到相同納米尺度的金顆粒上，并且接合劑之一經(jīng)大的橋接劑連接，該橋接劑在膠體與該接合劑之間產(chǎn)生很大的屏障物。
6.包含與在金顆粒處的接合劑的序列互補(bǔ)的粘性末端、幾個(gè)微米長的三個(gè)雙鏈DNA分子與和膠體相連的接合劑雜交并連接，以在分支點(diǎn)處與膠體形成三末端接合點(diǎn)。三個(gè)DNA分子在其與金顆粒相對(duì)側(cè)也包含與電極相連的三個(gè)接合劑互補(bǔ)的粘性末端。
7.通過讓附著到金顆粒上的雙鏈DNA分子與電極上的三種接合劑雜交來完成網(wǎng)絡(luò)，接著是缺口的連結(jié)。
8.通過如下步驟實(shí)現(xiàn)電氣功能a)由要用作絕緣屏障物的鏈烷硫醇、和抗金屬沉積的鈍化層，涂敷金顆粒。
b)用金屬涂敷DNA鏈以形成導(dǎo)電導(dǎo)線，例如實(shí)施例8中所述。導(dǎo)線經(jīng)鏈烷硫醇層絕緣屏障電氣弱聯(lián)接到金顆粒上，經(jīng)大的橋接劑聯(lián)接的一根導(dǎo)線具有對(duì)顆粒的更弱聯(lián)接。
c)圖6概述包括金顆粒的最后裝置經(jīng)絕緣屏障連線到三根電極上。
現(xiàn)在通過施加到第三電極(對(duì)顆粒聯(lián)接非常弱的一根)上的小電壓，能調(diào)節(jié)兩根電極之間的電流。電路因此起一個(gè)SET的作用。SET能作為更復(fù)雜電路的一部分制造，其中電極由功能化網(wǎng)絡(luò)元件代替。
應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，可以改變來自SET制備的步驟順序，因而例如步驟6可以先于步驟4等。
實(shí)施例15作為光源的PPV功能化纖維可以按照實(shí)施例11中描述的過程，直到且包括步驟I(ii)。生成的PPV成分是高度發(fā)光的，并且具有遠(yuǎn)小于100nm的寬度。在適當(dāng)工作功能的電極之間制造PPV成分，然后形成一種電發(fā)光裝置。
權(quán)利要求
1.一種帶有至少一個(gè)網(wǎng)絡(luò)元件的電子網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)具有由包括一條或多條核苷酸鏈的至少一根纖維定義的幾何形狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的網(wǎng)絡(luò)，其中至少一個(gè)網(wǎng)絡(luò)元件是至少一根導(dǎo)線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的網(wǎng)絡(luò)，其中至少一個(gè)網(wǎng)絡(luò)元件是至少一個(gè)電子元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的網(wǎng)絡(luò)，包括在一個(gè)接合點(diǎn)處彼此連接的至少兩根纖維，其中一根纖維的一個(gè)核苷酸片段通過序列特異性的相互作用結(jié)合到另一根纖維的另一個(gè)核苷酸片段上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的網(wǎng)絡(luò)，其中至少一條核苷酸鏈帶有結(jié)合到其上或與其相復(fù)合的一種或多種物質(zhì)、分子、原子或分子簇、或者顆粒，從而形成具有基于所述一種或多種物質(zhì)、分子、簇、或者顆粒的電荷傳送特性性質(zhì)的至少一個(gè)電氣或電子元件。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的網(wǎng)絡(luò)，其中所述物質(zhì)、分子、簇或顆粒經(jīng)接合劑結(jié)合到所述核苷酸鏈上。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的網(wǎng)絡(luò)，具有由網(wǎng)絡(luò)的幾何形狀和所述至少一個(gè)電氣或電子元件的電荷傳送性能確定的性能。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的網(wǎng)絡(luò)，包括一個(gè)形成在一根纖維的核苷酸鏈與另一根纖維的核苷酸鏈之間的接合點(diǎn)，其由結(jié)合到核苷酸鏈每一條上的分子、原子或分子簇、或者顆粒形成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的網(wǎng)絡(luò)，其中所述分子、簇或顆粒經(jīng)結(jié)合到所述分子、簇或顆粒上的接合劑結(jié)合到所述核苷酸鏈上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的網(wǎng)絡(luò)，其中所述接合劑包括通過序列特異性相互作用結(jié)合到核苷酸鏈上的核苷酸序列。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的網(wǎng)絡(luò)，其中所述分子、簇或顆粒的至少一種包含金屬原子或離子。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11任一項(xiàng)所述的網(wǎng)絡(luò)，包括起單個(gè)電子晶體管作用的一個(gè)分子、原子或分子簇、或者顆粒。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-12任一項(xiàng)所述的網(wǎng)絡(luò)，包括化學(xué)修飾的核苷酸。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的網(wǎng)絡(luò)，其中化學(xué)修飾的核苷酸包括在纖維之間的接合點(diǎn)中以便彼此結(jié)合纖維，用來把一根纖維結(jié)合到一種接合劑上或者用來把一根纖維結(jié)合到網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)電子元件上。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的網(wǎng)絡(luò)，其中化學(xué)修飾的核苷酸攜帶用來結(jié)合到另一個(gè)元件上的結(jié)合對(duì)的一個(gè)成員，另一個(gè)元件包括結(jié)合對(duì)的另一個(gè)成員。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的網(wǎng)絡(luò)，其中結(jié)合對(duì)的所述一個(gè)成員是包括生物素-抗生物素蛋白、生物素-鏈霉抗生物素蛋白、受體-配體、地高辛-抗地高辛、抗原-抗體、糖-凝聚素、核苷酸序列-互補(bǔ)序列、及核苷酸鏈與核苷酸結(jié)合蛋白質(zhì)的組的結(jié)合對(duì)的一個(gè)成員。并且另一個(gè)成員是所述對(duì)的另一個(gè)成員。
17.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的網(wǎng)絡(luò)，其中化學(xué)修飾的核苷酸攜帶硫醇、胺殘基、活性酯、或羧基。
18.根據(jù)權(quán)利要求1-17任一項(xiàng)所述的網(wǎng)絡(luò)，纖維帶有一個(gè)核苷酸鏈骨架。
19.根據(jù)權(quán)利要求1-18任一項(xiàng)所述的網(wǎng)絡(luò)，帶有(i)至少一個(gè)導(dǎo)體，其建造在包括至少一條核酸鏈的一根纖維上的導(dǎo)線；(ii)至少一個(gè)電子元件，電氣連接到所述至少一根導(dǎo)線上，并且或者建造在已經(jīng)通過把一個(gè)或多個(gè)分子、原子或分子簇、或顆粒沉積在其上用化學(xué)方法或物理方法修飾的核酸鏈上，以使所述鏈具有電子功能；或者由位于在不同纖維的兩條或多條核酸鏈之間的接合點(diǎn)處的分子、原子或分子簇、或顆粒構(gòu)建，以使所述接合點(diǎn)呈現(xiàn)電子功能，所述電子功能基于所述一個(gè)或多個(gè)分子、原子或分子簇、或顆粒的電荷輸送特性。
20.根據(jù)權(quán)利要求1-19任一項(xiàng)所述的網(wǎng)絡(luò)，其中根據(jù)核酸鏈的序列特異性相互作用裝配所述纖維以形成網(wǎng)絡(luò)。
21.根據(jù)權(quán)利要求1-20任一項(xiàng)所述的網(wǎng)絡(luò)，包括根據(jù)纖維的非序列特異性的分子識(shí)別性能把所述物質(zhì)、分子、原子或分子簇、或顆粒的一種或多種結(jié)合到核酸鏈上而電氣功能化的核酸鏈。
22.根據(jù)權(quán)利要求1-21任一項(xiàng)所述的網(wǎng)絡(luò)，其中至少一條核酸鏈由所述物質(zhì)、分子、原子或分子簇、或顆粒至其上的序列或區(qū)域特異性結(jié)合而電氣或電子功能化。
23.根據(jù)權(quán)利要求1-22任一項(xiàng)所述的網(wǎng)絡(luò)，其中至少一條核酸鏈由包含結(jié)合到鏈或其部分上的金屬的物質(zhì)使之成為導(dǎo)電的。
24.根據(jù)權(quán)利要求1-23任一項(xiàng)所述的網(wǎng)絡(luò)，其中網(wǎng)絡(luò)包括至少一根由結(jié)合到一根纖維或其部分上的非金屬導(dǎo)電物質(zhì)形成的導(dǎo)線。
25.根據(jù)權(quán)利要求1-24任一項(xiàng)所述的網(wǎng)絡(luò)，其中網(wǎng)絡(luò)包括結(jié)合在纖維之間的接合點(diǎn)處的分子、原子或分子簇、或顆粒。
26.根據(jù)權(quán)利要求1-25任一項(xiàng)所述的網(wǎng)絡(luò)，其中至少一根纖維帶有至少結(jié)合到半導(dǎo)電物質(zhì)上的一部分。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的網(wǎng)絡(luò)，其中至少一部分是一條核苷酸鏈的一段。
28.根據(jù)權(quán)利要求26任一項(xiàng)所述的網(wǎng)絡(luò)，其中至少一根纖維的兩個(gè)相鄰部分之一結(jié)合到p型半導(dǎo)電物質(zhì)上，而另一部分結(jié)合到n型半導(dǎo)電物質(zhì)上，由此纖維的兩個(gè)相鄰部分構(gòu)成一個(gè)p/n結(jié)。
29.根據(jù)權(quán)利要求27或28所述的網(wǎng)絡(luò)，其中兩個(gè)相鄰部分的至少一個(gè)是一條核苷酸鏈的一段。
30.根據(jù)權(quán)利要求1-28任一項(xiàng)所述的網(wǎng)絡(luò)，包括通過在至少兩根纖維中核苷酸鏈的互補(bǔ)序列雜交而形成的至少一個(gè)基于核苷酸的接合點(diǎn)。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的網(wǎng)絡(luò)，其中在接合點(diǎn)處的核苷酸帶有結(jié)合到其上的n型半導(dǎo)電物質(zhì)或p型半導(dǎo)電物質(zhì)，接合點(diǎn)側(cè)翼的核苷酸列被n型或p型半導(dǎo)電物質(zhì)的另一種沉積，由此接合點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)雙極性晶體管。
32.根據(jù)權(quán)利要求1-31任一項(xiàng)所述的網(wǎng)絡(luò)，包括帶有由核苷酸構(gòu)成的骨架的纖維。
33.根據(jù)權(quán)利要求1-31任一項(xiàng)所述的網(wǎng)絡(luò)，包括帶有連接到一條或多條核苷酸鏈上的一個(gè)或多個(gè)聚合物片段的纖維。
34.根據(jù)權(quán)利要求1-33任一項(xiàng)所述的網(wǎng)絡(luò)，包括以這樣一種方式連接到至少一個(gè)網(wǎng)絡(luò)元件上的至少一個(gè)輸入/輸出接口元件，允許在所述接口元件與所述網(wǎng)絡(luò)元件之間導(dǎo)電。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的網(wǎng)絡(luò)，其中接口元件是一根金屬電極。
36.根據(jù)權(quán)利要求34或35所述的網(wǎng)絡(luò)，其中所述網(wǎng)絡(luò)元件經(jīng)一種接合劑連接到接口元件上。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的網(wǎng)絡(luò)，其中接合劑包括一條核苷酸鏈。
38.根據(jù)權(quán)利要求34至37任一項(xiàng)所述的網(wǎng)絡(luò)，包括至少兩個(gè)接口元件，每一個(gè)連接到網(wǎng)絡(luò)的至少一根纖維或電子元件上。
39.一種包括根據(jù)權(quán)利要求1-38任一項(xiàng)所述的網(wǎng)絡(luò)的電子電路。
40.在一個(gè)電子電路的兩根或多根導(dǎo)線之間的接合點(diǎn)，其中導(dǎo)線的每一根帶有接近接合點(diǎn)的一個(gè)末端片段，該接合點(diǎn)包括結(jié)合到在接合點(diǎn)內(nèi)的另一條鏈上的一條核苷酸鏈。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的接合點(diǎn)，其中核苷酸鏈的結(jié)合是通過序列特異性相互作用。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的接合點(diǎn)，其中核苷酸鏈的結(jié)合是通過一種核酸結(jié)合蛋白質(zhì)。
43.根據(jù)權(quán)利要求41所述的接合點(diǎn)，其中核苷酸鏈的結(jié)合是通過一個(gè)結(jié)合對(duì)的兩個(gè)成員，一個(gè)成員結(jié)合到一條核苷酸鏈上而另一個(gè)結(jié)合到另一條核苷酸鏈上。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的接合點(diǎn)，其中結(jié)合對(duì)是從包括生物素-抗生物素蛋白、生物素-鏈霉抗生物素蛋白、地高辛-抗地高辛、受體-配體、抗原-抗體、糖-凝聚素、及核苷酸序列-互補(bǔ)序列的組中選擇的一個(gè)成員。
45.根據(jù)權(quán)利要求40所述的接合點(diǎn)，用在至少一條核苷酸鏈中的至少一個(gè)修飾的核苷酸形成。
46.根據(jù)權(quán)利要求45所述的接合點(diǎn)，其中核苷酸鏈的結(jié)合是通過在一條鏈中至少一個(gè)核苷酸與在另一條鏈鏈中至少一個(gè)核苷酸之間的共價(jià)鍵。
47.根據(jù)權(quán)利要求46所述的接合點(diǎn)，其中所述共價(jià)鍵選自肽鍵或二硫鍵構(gòu)成的組。
48.根據(jù)權(quán)利要求45所述的接合點(diǎn)，其中修飾的核苷酸攜帶用于鏈之間的非共價(jià)相互作用的原子或分子。
49.根據(jù)權(quán)利要求40-48任一項(xiàng)所述的接合點(diǎn)，其中核苷酸鏈被化學(xué)或物理修飾以使它有電氣或電子功能。
50.根據(jù)權(quán)利要求49所述的接合點(diǎn)，其中核苷酸鏈攜帶一種導(dǎo)電物質(zhì)。
51.根據(jù)權(quán)利要求50所述的接合點(diǎn)，其中所述物質(zhì)是金屬。
52.根據(jù)權(quán)利要求51所述的接合點(diǎn)，其中所述金屬是銀或金。
53.根據(jù)權(quán)利要求50所述的接合點(diǎn)，其中所述金屬選自鈷、銅、鎳、鐵和鉑構(gòu)成的組。
54.根據(jù)權(quán)利要求40-53任一項(xiàng)所述的接合點(diǎn)，包括結(jié)合到不同纖維的至少兩條核苷酸鏈上的分子、原子或分子簇、或顆粒。
55.根據(jù)權(quán)利要求54所述的接合點(diǎn)，其中所述分子、簇、或顆粒包括金屬原子或離子。
56.根據(jù)權(quán)利要求55所述的接合點(diǎn)，其中所述分子、簇、或顆粒起單個(gè)電子晶體管的作用。
57.根據(jù)權(quán)利要求40-56任一項(xiàng)所述的接合點(diǎn)，其中至少一條核苷酸鏈具有帶有結(jié)合到其上的半導(dǎo)電物質(zhì)的至少一部分。
58.根據(jù)權(quán)利要求57所述的接合點(diǎn)，其中接合點(diǎn)的一段核苷酸帶有n型半導(dǎo)電物質(zhì)，而另一個(gè)相鄰段帶有沉積在其上的p型半導(dǎo)電物質(zhì)，因而形成一個(gè)p-n結(jié)。
59.根據(jù)權(quán)利要求57或58所述的接合點(diǎn)，其中在接合點(diǎn)處的核苷酸帶有結(jié)合到其上的n型半導(dǎo)電物質(zhì)或p型半導(dǎo)電物質(zhì)，使與接合點(diǎn)側(cè)面鄰接的部分分別與p型或n型半導(dǎo)電物質(zhì)相結(jié)合，因而形成一個(gè)雙極性晶體管。
60.在一個(gè)微電子電路的一個(gè)導(dǎo)體與一個(gè)導(dǎo)電接口元件之間的接合點(diǎn)，導(dǎo)體是一根包括一條或多條核苷酸鏈的纖維。
61.根據(jù)權(quán)利要求60所述的接合點(diǎn)，其中纖維帶有一個(gè)核苷酸末端片段，并且經(jīng)附著到接口元件上的接合劑通過生物分子相互作用結(jié)合到接口元件上。
62.根據(jù)權(quán)利要求61所述的接合點(diǎn)，其中接合劑包括一條核苷酸鏈，并且所述核苷酸末端片段通過序列特異性相互作用結(jié)合到其上。
63.在一個(gè)電子電路的一個(gè)電子元件與一個(gè)導(dǎo)電接口元件之間的接合點(diǎn)，包括附著到電子元件之一或接口元件上、且通過生物分子相互作用結(jié)合到附著到兩個(gè)元件另一個(gè)上的接合劑上的一條核苷酸鏈。
64.根據(jù)權(quán)利要求63所述的接合點(diǎn)，其中接合劑包括通過序列特異性相互作用結(jié)合到所述核苷酸鏈上的一個(gè)核苷酸序列。
65.在權(quán)利要求1-38任一項(xiàng)中定義的網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)元件。
66.根據(jù)權(quán)利要求65所述的元件，選自開關(guān)、雙極性晶體管、單電子晶體管、場(chǎng)效應(yīng)晶體管、二極管、電容器、電阻器、導(dǎo)體、發(fā)光二極管、絕緣體、電感器構(gòu)成的組中。
67.一種包括一根核酸纖維的導(dǎo)線，該纖維通過結(jié)合到其上的一種導(dǎo)電物質(zhì)被化學(xué)或物理修飾，從而電流能沿纖維流動(dòng)。
68.根據(jù)權(quán)利要求67所述的導(dǎo)線，其中導(dǎo)電物質(zhì)是金屬、非金屬導(dǎo)體或其任何組合。
69.一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管，包括根據(jù)權(quán)利要求67或68所述的作為其柵極的導(dǎo)線。
70.根據(jù)權(quán)利要求65所述的元件，包括一根具有結(jié)合到其上的聚苯撐乙烯撐衍生物的纖維，構(gòu)成一個(gè)光產(chǎn)生元件。
71.一種用來制造電子網(wǎng)絡(luò)的方法，包括(a)提供包括至少一個(gè)導(dǎo)電接口元件的排列；(b)把接合劑附著到至少一個(gè)接口元件上；(c)使所述排列與至少一根纖維相接觸，該纖維包括至少一條帶有一個(gè)序列的核苷酸鏈，該序列能夠結(jié)合到接合劑上，并且允許所述序列與所述接合劑的結(jié)合。(d)電氣或電子功能化至少一條核苷酸鏈，方法是通過在其上沉積或在其上復(fù)合至少一種把電氣或電子功能賦予纖維的物質(zhì)或顆粒。
72.根據(jù)權(quán)利要求71所述的方法，其中作為至少一條核苷酸鏈對(duì)至少另一條核苷酸鏈、或在至少一條核苷酸鏈與至少一種特定序列或區(qū)域識(shí)別復(fù)合劑之間的化學(xué)互補(bǔ)和分子識(shí)別性能的結(jié)果，網(wǎng)絡(luò)通過自裝配形成。
73.根據(jù)權(quán)利要求71或72所述的方法，包括把纖維和元件混合在一起，并且允許它們以特定方式自裝配成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。
74.根據(jù)權(quán)利要求71-73任一項(xiàng)所述的方法，包括在核苷酸鏈與至少一個(gè)分子、原子或分子簇或者顆粒之間形成接合點(diǎn)，所述分子簇或顆粒用作網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)電子元件。
75.用于制造根據(jù)權(quán)利要求1-38任一項(xiàng)所述的網(wǎng)絡(luò)的元件。
76.用于制造根據(jù)權(quán)利要求40-64任一項(xiàng)所述的接合點(diǎn)的元件。
77.用于制造根據(jù)權(quán)利要求65或66所述的元件的元件。
78.用于制造根據(jù)權(quán)利要求1-38任一項(xiàng)所述的網(wǎng)絡(luò)時(shí)使用的試劑系統(tǒng)。
79.用于制造根據(jù)權(quán)利要求40-64任一項(xiàng)所述的接合點(diǎn)的試劑系統(tǒng)。
80.用于制造根據(jù)權(quán)利要求65或66所述的元件的試劑系統(tǒng)。
全文摘要
通過把電子功能物質(zhì)結(jié)合或復(fù)合到核酸骨架上在纖維骨架上制造一種微電子網(wǎng)絡(luò)。該骨架包括帶有核苷酸鏈的纖維。根據(jù)不同纖維的核苷酸鏈部分的相互作用,把纖維裝配到網(wǎng)絡(luò)中。
文檔編號(hào)H01L29/66GK1264498SQ98807205
公開日2000年8月23日 申請(qǐng)日期1998年7月14日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月14日
發(fā)明者埃列茲·布朗, 約?！ぐｊ? 烏里·思萬, 達(dá)亞胡·苯－約瑟福 申請(qǐng)人:泰克尼昂研究開發(fā)基金有限公司