專(zhuān)利名稱(chēng)：核酸電路元件的化學(xué)切換的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及核酸，更具體地說(shuō)，涉及有機(jī)電路元件及相關(guān)方法。
背景技術(shù)：
在努力創(chuàng)建工作于分子水平的廉價(jià)電路元件以滿(mǎn)足生產(chǎn)更小電路的不斷增加的密度需求的過(guò)程中，已經(jīng)越來(lái)越注意有機(jī)電子學(xué)領(lǐng)域。當(dāng)前的硅基微電子器件在電子部件之間的最小尺寸大約為十分之一微米。但是在分子電子學(xué)中，納米尺寸的部件可以生產(chǎn)出能力比現(xiàn)今的任何同等大小的芯片呈指數(shù)地增強(qiáng)的芯片，或者可以生產(chǎn)出微小到當(dāng)前的標(biāo)準(zhǔn)所不能想象的計(jì)算器件。此外，例如，為了生產(chǎn)報(bào)紙、產(chǎn)品標(biāo)簽和集成電路的數(shù)字化版本，對(duì)于與塑料襯底相兼容的柔性電路進(jìn)行了研究，這種研究已經(jīng)導(dǎo)致了將有機(jī)材料作為電子器件來(lái)進(jìn)行研究。
在這方面，諸如DNA之類(lèi)的生物材料是令人感興趣的，因?yàn)樗鼈兙哂蟹肿幼R(shí)別的潛能以及使用生物機(jī)器來(lái)合成它們的能力。此外，由于其對(duì)有生命的有機(jī)體的重要性，DNA已經(jīng)進(jìn)行了了大范圍的結(jié)構(gòu)、動(dòng)力學(xué)以及熱力學(xué)探測(cè)(Gelbart等人，2000)。然而，近來(lái)，對(duì)單獨(dú)的短DNA分子的電傳輸?shù)臏y(cè)量表現(xiàn)出了寬帶隙半導(dǎo)體行為(Porath等人，2000)，而DNA發(fā)夾的其他測(cè)量已經(jīng)表明作為電子的導(dǎo)體，DNA只是比蛋白質(zhì)稍稍有效一些(Lewis等人，1997；Taubes，1997)。分別于1997年1月7日、1998年1月6日、1998年6月23日、1998年7月14和1998年10月20日授予Meade等人的美國(guó)專(zhuān)利No.5,591,578、No.5,705,348、No.5,770,369、No.5,780,234以及No.5,824,473(一并在此作為參考)公開(kāi)了這樣的核酸用電子轉(zhuǎn)移基團(tuán)(moieties)沿著該核酸的主鏈對(duì)其進(jìn)行共價(jià)修飾。Meade等人建議這種修飾對(duì)于用來(lái)高效地對(duì)電子轉(zhuǎn)移進(jìn)行中介的核酸來(lái)說(shuō)是必需的。
最近發(fā)現(xiàn)了一種新形式的導(dǎo)電核酸，在國(guó)際專(zhuān)利公開(kāi)WO99/31115、Aich等人，1999、和Rakitin等人，2000中對(duì)其進(jìn)行了描述，所有這些都一并在此用作參考。M-DNA是雙鏈體DNA的一種新穎構(gòu)象，其中每個(gè)堿基對(duì)的亞氨基質(zhì)子被金屬離子代替(諸如Zn2+、Ni2+或Co2+)。兩種獨(dú)立的方法(Aich等人，1999和Rakitin等人，2000)都已經(jīng)表明與常規(guī)的雙鏈體DNA形成對(duì)比，M-DNA傳導(dǎo)電子，而常規(guī)的雙鏈體DNA據(jù)報(bào)道最多是一種半導(dǎo)體。通過(guò)在兩個(gè)分隔3到10微米的電極之間拉伸噬菌體λ-DNA，可以執(zhí)行對(duì)M-DNA的導(dǎo)電性的直接測(cè)量(Rakitin等人，2000)。從對(duì)在一端帶有供體熒光基團(tuán)而在另一端帶有受體熒光基團(tuán)的雙鏈體的熒光壽命測(cè)量，可以估計(jì)導(dǎo)電性的非直接測(cè)量(Rakitin等人，2000、Aich等人，1999)。一旦轉(zhuǎn)換為M-DNA，供體的熒光素被抑制，并且壽命是如此之短，以致只能與電子轉(zhuǎn)移機(jī)制相符合。來(lái)自受激熒光基團(tuán)的電子的轉(zhuǎn)移表明M-DNA例如可以在一些實(shí)施例中被用作分子導(dǎo)線(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種有機(jī)電路元件。該電路元件包括多個(gè)構(gòu)件，其中每個(gè)構(gòu)件均包括寡核苷酸雙鏈體。多個(gè)構(gòu)件包括至少一個(gè)供體構(gòu)件，用于接收來(lái)自電子供體的傳導(dǎo)電子；至少一個(gè)受體構(gòu)件，用于與電子受體相連通以提供吸引傳導(dǎo)電子的區(qū)域；以及至少一個(gè)調(diào)節(jié)器構(gòu)件，其與多個(gè)構(gòu)件中的至少一個(gè)構(gòu)件相交，以定義至少一個(gè)電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)，用于與電場(chǎng)調(diào)節(jié)器相協(xié)作來(lái)調(diào)節(jié)該結(jié)處的電場(chǎng)。
多個(gè)構(gòu)件中至少有一些構(gòu)件可以包括導(dǎo)電的含金屬寡核苷酸雙鏈體。例如，每一個(gè)構(gòu)件都可以包括這種導(dǎo)電的含金屬寡核苷酸雙鏈體?；蛘撸辽僖粋€(gè)供體構(gòu)件和至少一個(gè)受體構(gòu)件可以包括這種導(dǎo)電的含金屬寡核苷酸雙鏈體。
該有機(jī)電路元件還可以包括與供體構(gòu)件電連通的電子供體。類(lèi)似地，該有機(jī)電路元件可以包括與受體構(gòu)件電連通的電子受體?？商娲鼗蛘吡硗?，該有機(jī)電路元件可以包括與調(diào)節(jié)器構(gòu)件電連通的電場(chǎng)調(diào)節(jié)器。
供體構(gòu)件、受體構(gòu)件和調(diào)節(jié)器構(gòu)件可以相交，以定義電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)。
或者，調(diào)節(jié)器構(gòu)件可以與供體構(gòu)件和受體構(gòu)件之一相交，以定義電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)。
或者，多個(gè)構(gòu)件可以包括公共構(gòu)件，并且供體構(gòu)件、受體構(gòu)件和調(diào)節(jié)器構(gòu)件可以分別與該公共構(gòu)件相交于第一、第二和第三位置處，其中第三位置定義電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)。
至少一個(gè)調(diào)節(jié)器構(gòu)件可以包括多個(gè)調(diào)節(jié)器構(gòu)件，這多個(gè)調(diào)節(jié)器構(gòu)件與多個(gè)構(gòu)件中其他的各個(gè)構(gòu)件相交，以定義至少一個(gè)電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)。
導(dǎo)電的含金屬寡核苷酸雙鏈體可以包括第一核酸鏈和第二核酸鏈，其中第一和第二核酸鏈分別包括由主鏈共價(jià)連接的多個(gè)含氮芳族堿基。第一核酸鏈的含氮芳族堿基可以通過(guò)氫鍵與第二核酸鏈的含氮芳族堿基結(jié)合。第一和第二核酸鏈上的含氮芳族堿基可以形成沿導(dǎo)電的含金屬寡核苷酸雙鏈體的長(zhǎng)度方向的堆疊排列形式的氫鍵結(jié)合堿基對(duì)。氫鍵結(jié)合堿基對(duì)可以包括與含氮芳族堿基之一中的氮原子配位的螯合金屬陽(yáng)離子。
螯合金屬陽(yáng)離子可以包括螯合二價(jià)金屬陽(yáng)離子。
二價(jià)金屬陽(yáng)離子可以是從由鋅、鈷和鎳組成的組中選取的。
或者，金屬陽(yáng)離子是從由下列金屬的陽(yáng)離子組成的組中選取的Li、Be、Na、Mg、Al、K、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、As、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Cs、Ba、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg、Tl、Pb、Bi、Po、Fr、Ra、Ac、Th、Pa、U、Np和Pu。
第一和第二核酸鏈可以包括脫氧核糖核酸，并且含氮芳族堿基可以是從由腺嘌呤、胸腺嘧啶、鳥(niǎo)嘌呤和胞嘧啶組成的組中選取的。
二價(jià)金屬陽(yáng)離子可以代替含氮芳族堿基的亞胺質(zhì)子，并且含氮芳族堿基是從由胸腺嘧啶和鳥(niǎo)嘌呤組成的組中選取的。
如果希望的話(huà)，至少一個(gè)含氮芳族堿基可以包括胸腺嘧啶，其具有N3氮原子，并且二價(jià)金屬陽(yáng)離子可以與該N3氮原子配位。
或者，如果希望的話(huà)，至少一個(gè)含氮芳族堿基可以包括鳥(niǎo)嘌呤，其具有N1氮原子，并且二價(jià)金屬陽(yáng)離子與該N1氮原子配位。
電子供體可以包括可被操作來(lái)向供體構(gòu)件送出電子的電極。
可替代地或者另外，電子供體可以包括能夠向供體構(gòu)件送出電子的電子供體分子。例如，電子供體分子可以包括熒光分子，諸如熒光素。
電子受體可以包括可被操作來(lái)從受體構(gòu)件接受電子的電極。
可替代地或者另外，電子受體可以包括能夠從受體構(gòu)件接受電子的電子受體分子。例如，電子受體分子可以包括熒光分子，諸如羅丹明。
電場(chǎng)調(diào)節(jié)器可以包括調(diào)節(jié)器發(fā)色團(tuán)。調(diào)節(jié)器發(fā)色團(tuán)可以吸收一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的輻射。
例如，電場(chǎng)調(diào)節(jié)器可以包括熒光分子，諸如熒光素或羅丹明。
電子受體可以包括可被操作來(lái)響應(yīng)于從受體構(gòu)件接受到電子而發(fā)射一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的輻射的發(fā)色團(tuán)。
在一些實(shí)施例中，電子供體或受體基團(tuán)可以被化學(xué)改變，以改變核酸電路元件的電學(xué)特性。例如，在保留M-DNA的導(dǎo)電性的潛能的條件下，供體或受體可以被可逆地還原或氧化。
電場(chǎng)調(diào)節(jié)器可以包括電極，其可被操作來(lái)執(zhí)行從受體構(gòu)件接受電子或向供體構(gòu)件送出電子中的至少一項(xiàng)。
電場(chǎng)調(diào)節(jié)器可以包括多個(gè)狀態(tài)，這多個(gè)狀態(tài)中的每個(gè)狀態(tài)可被選擇來(lái)產(chǎn)生電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)處的各自的靜電勢(shì)。例如，這些狀態(tài)可以是響應(yīng)于所施加的外電勢(shì)或者是通過(guò)照射電場(chǎng)調(diào)節(jié)器而可選擇的。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種系統(tǒng)，其包括如上所述的有機(jī)電路元件，并且還包括導(dǎo)電介質(zhì)，用于向電子供體提供傳導(dǎo)電子并接收來(lái)自電子受體的傳導(dǎo)電子。
導(dǎo)電介質(zhì)可被操作來(lái)向電子供體送出電子，并且接受來(lái)自電子受體的電子，以提供電子從電子供體通過(guò)供體構(gòu)件、電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)、受體構(gòu)件、電子受體并流回電子供體的閉合電路。
導(dǎo)電介質(zhì)可以包括水溶液?；蛘?，導(dǎo)電介質(zhì)可以包括導(dǎo)線(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種制造有機(jī)電路元件的方法。該方法包括對(duì)多個(gè)寡核苷酸進(jìn)行退火和處理以形成多個(gè)構(gòu)件，這多個(gè)構(gòu)件中的每個(gè)構(gòu)件都包括被對(duì)準(zhǔn)以形成雙鏈體部分的一對(duì)所述寡核苷酸。這多個(gè)構(gòu)件包括至少一個(gè)供體構(gòu)件，用于接收來(lái)自電子供體的傳導(dǎo)電子；至少一個(gè)受體構(gòu)件，用于與電子受體相連通以提供吸引傳導(dǎo)電子的區(qū)域；和至少一個(gè)調(diào)節(jié)器構(gòu)件，其與多個(gè)構(gòu)件中的至少一個(gè)構(gòu)件相交，以定義至少一個(gè)電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)，用于與電場(chǎng)調(diào)節(jié)器相協(xié)作來(lái)調(diào)節(jié)該結(jié)處的電場(chǎng)。
該方法還可以包括放置與供體構(gòu)件電連通的電子供體。類(lèi)似地，該方法可以包括放置與受體構(gòu)件電連通的電子受體。另外或者可替代地，該方法可以包括放置與調(diào)節(jié)器構(gòu)件電連通的電場(chǎng)調(diào)節(jié)器。
退火和處理可以包括對(duì)多個(gè)寡核苷酸進(jìn)行退火和處理以形成如下配置的多個(gè)構(gòu)件其中供體構(gòu)件、受體構(gòu)件和調(diào)節(jié)器構(gòu)件相交，以定義電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)。
或者，退火和處理可以包括對(duì)多個(gè)寡核苷酸進(jìn)行退火和處理以形成如下配置的多個(gè)構(gòu)件其中調(diào)節(jié)器構(gòu)件與供體構(gòu)件和受體構(gòu)件之一相交，以定義電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)。
或者，多個(gè)構(gòu)件可以包括公共構(gòu)件，并且退火和處理包括對(duì)多個(gè)寡核苷酸進(jìn)行退火和處理以形成如下配置的多個(gè)構(gòu)件其中供體構(gòu)件、受體構(gòu)件和調(diào)節(jié)器構(gòu)件分別與公共構(gòu)件相交于第一、第二和第三位置處，其中第三位置定義電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)。
多個(gè)構(gòu)件可以包括多個(gè)調(diào)節(jié)器構(gòu)件，這種情形中，退火和處理可以包括對(duì)多個(gè)寡核苷酸進(jìn)行退火和處理以形成如下配置的多個(gè)構(gòu)件其中多個(gè)調(diào)節(jié)器構(gòu)件與多個(gè)構(gòu)件相交，以定義至少一個(gè)電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)。
退火可以包括在對(duì)形成雙鏈體部分有效的條件下對(duì)多個(gè)寡核苷酸進(jìn)行退火，并且處理可以包括在對(duì)形成至少一個(gè)電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)有效的條件下對(duì)多個(gè)寡核苷酸進(jìn)行處理。
寡核苷酸可以包括由主鏈共價(jià)連接的多個(gè)含氮芳族堿基。
寡核苷酸可以包括這樣的脫氧核糖核酸，其包括從由腺嘌呤、胸腺嘧啶、鳥(niǎo)嘌呤、胞嘧啶和尿嘧啶組成的組中選取的含氮芳族堿基。
雙鏈體部分可以包括導(dǎo)電的含金屬寡核苷酸雙鏈體部分，該導(dǎo)電的含金屬寡核苷酸雙鏈體部分包括寡核苷酸的第一鏈和第二鏈，其中第一鏈的含氮芳族堿基通過(guò)氫鍵與第二鏈的含氮芳族堿基結(jié)合，第一和第二鏈上的含氮芳族堿基形成了沿導(dǎo)電的含金屬寡核苷酸雙鏈體部分的長(zhǎng)度方向的堆疊排列形式的氫鍵結(jié)合堿基對(duì)，氫鍵結(jié)合堿基對(duì)包括與含氮芳族堿基之一中的氮原子配位的螯合金屬陽(yáng)離子。
螯合金屬陽(yáng)離子可以包括螯合二價(jià)金屬陽(yáng)離子。
退火可以包括在對(duì)形成導(dǎo)電的含金屬寡核苷酸雙鏈體部分有效的條件下將多個(gè)寡核苷酸放入堿性溶液中。
對(duì)形成導(dǎo)電的含金屬寡核苷酸雙鏈體部分有效的條件可以包括對(duì)用二價(jià)金屬陽(yáng)離子代替導(dǎo)電的含金屬寡核苷酸雙鏈體部分中含氮芳族堿基的亞胺質(zhì)子有效的條件。
例如，堿性溶液的pH值可以至少為7，并且其中核酸與金屬離子比例是大約1∶1.5至大約1∶2.0。
二價(jià)金屬陽(yáng)離子可以是從由鋅、鈷和鎳組成的組中選取的。
或者，金屬陽(yáng)離子可以是從由下列金屬的陽(yáng)離子組成的組中選取的Li、Be、Na、Mg、Al、K、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、As、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Cs、Ba、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg、Tl、Pb、Bi、Po、Fr、Ra、Ac、Th、Pa、U、Np和Pu。例如，在一些實(shí)施例中，可以在雙鏈體中結(jié)合變動(dòng)數(shù)量的金屬陽(yáng)離子，諸如Zn2+、Ni2+、Co2+、Cd2+、Hg2+、Pf2+和Ag1+，其中諸如Cd2+、Hg2+、Pf2+和Ag1+之類(lèi)的金屬離子可以只構(gòu)成雙鏈體中金屬離子的一部分，相當(dāng)于“摻雜”該雙鏈體。
二價(jià)金屬陽(yáng)離子可以代替含氮芳族堿基的亞胺質(zhì)子，并且含氮芳族堿基可以是從由胸腺嘧啶和鳥(niǎo)嘌呤組成的組中選取的。
如果希望的話(huà)，至少一個(gè)含氮芳族堿基可以包括胸腺嘧啶，其具有N3氮原子，并且二價(jià)金屬陽(yáng)離子可以與該N3氮原子配位。
類(lèi)似地，至少一個(gè)含氮芳族堿基可以包括鳥(niǎo)嘌呤，其具有N1氮原子，并且二價(jià)金屬陽(yáng)離子可以與該N1氮原子配位。
電子供體可以包括能夠向供體構(gòu)件送出電子的電子供體分子。類(lèi)似地，電子受體可以包括能夠從受體構(gòu)件接受電子的電子受體分子。
例如，電子供體分子可以包括熒光分子，諸如熒光素。
類(lèi)似地，電子受體分子可以包括熒光分子，諸如羅丹明。
或者，電子供體可以包括可被操作來(lái)向供體構(gòu)件送出電子的電極。
類(lèi)似地，電子受體可以包括可被操作來(lái)從受體構(gòu)件接受電子的電極。
例如，電場(chǎng)調(diào)節(jié)器可以包括熒光分子，諸如熒光素或羅丹明。
電場(chǎng)調(diào)節(jié)器可以包括調(diào)節(jié)器發(fā)色團(tuán)。如果是這樣的話(huà)，則調(diào)節(jié)器發(fā)色團(tuán)可以吸收一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的輻射。
電子受體可以包括可被操作來(lái)響應(yīng)于從受體構(gòu)件接受到電子而發(fā)射一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的輻射的發(fā)色團(tuán)。
處理可以包括在對(duì)形成電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)有效的條件下將多個(gè)寡核苷酸放入堿性溶液中。
電場(chǎng)調(diào)節(jié)器可以包括電極，其可以被操作來(lái)執(zhí)行接受來(lái)自受體構(gòu)件的電子和向供體構(gòu)件送出電子中的至少一項(xiàng)。
電場(chǎng)調(diào)節(jié)器可以包括多個(gè)狀態(tài)，這多個(gè)狀態(tài)中的每個(gè)狀態(tài)可被選擇來(lái)產(chǎn)生電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)處的各自的靜電勢(shì)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種調(diào)節(jié)導(dǎo)電核酸材料中第一和第二位置之間的電信號(hào)的方法。該方法包括改變插入在第一和第二位置之間的核酸材料中第三位置處的靜電勢(shì)。
改變可以包括選擇與第三位置相連通的電場(chǎng)調(diào)節(jié)器的多個(gè)狀態(tài)之一，其中每個(gè)狀態(tài)對(duì)應(yīng)于第三位置處各自的靜電勢(shì)。
選擇可以包括照射電場(chǎng)調(diào)節(jié)器。例如，如果電場(chǎng)調(diào)節(jié)器包括發(fā)色團(tuán)，或者是從由熒光分子和發(fā)色團(tuán)組成的組中選取的，則選擇可以包括照射電場(chǎng)調(diào)節(jié)器。
照射可以包括照射發(fā)色團(tuán)以使得負(fù)的靜電勢(shì)被施加到第三位置上。
或者，選擇可以包括向電場(chǎng)調(diào)節(jié)器施加外電勢(shì)。例如，如果電場(chǎng)調(diào)節(jié)器包括電極，則選擇可以包括向電極施加外電勢(shì)。
施加可以包括在電極上放置至少一個(gè)電子以向第三位置施加負(fù)的靜電勢(shì)。
相反，施加可以包括從電極移走至少一個(gè)電子以向第三位置施加正的靜電勢(shì)。
該方法還可以包括產(chǎn)生電信號(hào)。例如，這可以包括使得電子從第一位置流到第二位置，并且還可以包括向第一位置提供電子并從第二位置接收電子。
第一位置可以包括導(dǎo)電核酸電子供體構(gòu)件中的位置，第二位置可以包括導(dǎo)電核酸電子受體構(gòu)件中的位置，并且第三位置可以包括與供體構(gòu)件和受體構(gòu)件電連通的至少一個(gè)電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)。如果這樣的話(huà)，則改變可以包括改變至少一個(gè)電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)處的靜電勢(shì)。
至少一個(gè)電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)可以與導(dǎo)電核酸電場(chǎng)調(diào)節(jié)器構(gòu)件電連通。在這種情形中，改變可以包括選擇與調(diào)節(jié)器構(gòu)件電連通的電場(chǎng)調(diào)節(jié)器的多個(gè)狀態(tài)之一，其中每個(gè)狀態(tài)對(duì)應(yīng)于至少一個(gè)電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)處各自的靜電勢(shì)。
如上所述，選擇可以包括照射電場(chǎng)調(diào)節(jié)器，例如，在電場(chǎng)調(diào)節(jié)器是從由熒光分子和發(fā)色團(tuán)組成的組中選取的或者是發(fā)色團(tuán)的情形中。在后一情形中，照射可以包括照射發(fā)色團(tuán)以使得負(fù)的靜電勢(shì)施加于電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)，該負(fù)的靜電勢(shì)降低了電子從供體構(gòu)件移動(dòng)到受體構(gòu)件的能力。
或者，選擇可以包括向電場(chǎng)調(diào)節(jié)器施加外電勢(shì)，例如，在調(diào)節(jié)器包括電極的情形中。在后一情形中，施加可以包括在電極上放置至少一個(gè)電子以向電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)施加負(fù)的靜電勢(shì)，該負(fù)的靜電勢(shì)降低了電子從供體構(gòu)件移動(dòng)到受體構(gòu)件的能力。相反，施加可以包括從電極移走至少一個(gè)電子以向電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)施加正的靜電勢(shì)，該正的靜電勢(shì)增加了電子從供體構(gòu)件移動(dòng)到受體構(gòu)件的能力。
該方法還可以包括放置分別與電子供體、電子受體和電場(chǎng)調(diào)節(jié)器電連通的電子供體構(gòu)件、電子受體構(gòu)件和調(diào)節(jié)器構(gòu)件。
該方法還可包括產(chǎn)生電信號(hào)。產(chǎn)生可以包括使得電子從與電子供體構(gòu)件連通的電子供體流到與電子受體構(gòu)件連通的電子受體。該方法還可以包括向電子供體提供電子并從電子受體接收電子。
至少一個(gè)電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)可以包括分別與至少兩個(gè)電場(chǎng)調(diào)節(jié)器電連通的至少兩個(gè)電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)。如果這樣的話(huà)，則其中改變可以包括選擇至少兩個(gè)電場(chǎng)調(diào)節(jié)器中的至少一個(gè)的多個(gè)狀態(tài)之一，其中每個(gè)狀態(tài)對(duì)應(yīng)于與至少兩個(gè)電場(chǎng)調(diào)節(jié)器中所述至少一個(gè)相對(duì)應(yīng)的電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)處的各自的靜電勢(shì)。
導(dǎo)電核酸材料可以包括多個(gè)構(gòu)件，其中每個(gè)構(gòu)件包括導(dǎo)電的含金屬寡核苷酸雙鏈體。這多個(gè)構(gòu)件可以包括至少一個(gè)供體構(gòu)件，用于接收來(lái)自電子供體的傳導(dǎo)電子；至少一個(gè)受體構(gòu)件，用于與電子受體相連通以提供吸引傳導(dǎo)電子的區(qū)域；和至少一個(gè)調(diào)節(jié)器構(gòu)件，其與多個(gè)構(gòu)件中的至少一個(gè)構(gòu)件相交，以定義至少一個(gè)電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)，用于與電場(chǎng)調(diào)節(jié)器相協(xié)作來(lái)調(diào)節(jié)該結(jié)處的電場(chǎng)。這種情形中，改變可以包括選擇電場(chǎng)調(diào)節(jié)器的多個(gè)狀態(tài)之一，其中每個(gè)狀態(tài)對(duì)應(yīng)于電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)處各自的靜電勢(shì)。
導(dǎo)電核酸材料可以包括導(dǎo)電的含金屬核酸雙鏈體。該雙鏈體可以包括與電場(chǎng)調(diào)節(jié)器電連通的調(diào)節(jié)器構(gòu)件、與電子供體電連通的供體構(gòu)件、以及與電子受體電連通的受體構(gòu)件。這種情形中，改變可以包括變化電場(chǎng)調(diào)節(jié)器的狀態(tài)以改變與調(diào)節(jié)器構(gòu)件、供體構(gòu)件和受體構(gòu)件連接的電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)處的靜電勢(shì)，以調(diào)節(jié)信號(hào)。
導(dǎo)電的含金屬核酸雙鏈體包括這樣的核酸雙鏈體，其包括第一核酸鏈和第二核酸鏈。第一和第二核酸鏈可以分別包括由主鏈共價(jià)連接的多個(gè)含氮芳族堿基。第一核酸鏈的含氮芳族堿基可以通過(guò)氫鍵與第二核酸鏈的含氮芳族堿基結(jié)合。第一和第二核酸鏈上的含氮芳族堿基可以形成沿核酸雙鏈體的長(zhǎng)度方向的堆疊排列形式的氫鍵結(jié)合堿基對(duì)。
該方法還可以包括產(chǎn)生導(dǎo)電的含金屬核酸雙鏈體。產(chǎn)生可以包括在對(duì)形成導(dǎo)電的含金屬核酸雙鏈體有效的條件下，將核酸雙鏈體放入具有金屬陽(yáng)離子的堿性溶液中，其中導(dǎo)電的含金屬核酸雙鏈體的氫鍵結(jié)合的堿基對(duì)包括與含氮芳族堿基之一中的氮原子配位的螯合金屬陽(yáng)離子。
更具體地說(shuō)，產(chǎn)生可以包括在對(duì)形成導(dǎo)電的含金屬核酸雙鏈體有效的條件下，將核酸雙鏈體放入具有二價(jià)金屬陽(yáng)離子的堿性溶液中，其中導(dǎo)電的含金屬核酸雙鏈體的氫鍵結(jié)合的堿基對(duì)包括與含氮芳族堿基之一中的氮原子配位的螯合二價(jià)金屬陽(yáng)離子。
核酸雙鏈體可以包括這樣的脫氧核糖核酸，其包括從由腺嘌呤、胸腺嘧啶、鳥(niǎo)嘌呤和胞嘧啶組成的組中選取的含氮芳族堿基。
對(duì)形成導(dǎo)電的含金屬核酸雙鏈體有效的條件可以是對(duì)用二價(jià)金屬陽(yáng)離子代替核酸雙鏈體中含氮芳族堿基的亞胺質(zhì)子有效。
二價(jià)金屬陽(yáng)離子可以是從由鋅、鈷和鎳組成的組中選取的。或者，金屬陽(yáng)離子是從由下列金屬的陽(yáng)離子組成的組中選取的Li、Be、Na、Mg、Al、K、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、As、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Cs、Ba、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg、Tl、Pb、Bi、Po、Fr、Ra、Ac、Th、Pa、U、Np和Pu。
例如，堿性溶液的pH值至少為7，并且其中核酸與金屬離子比例是大約1∶1.5至大約1∶2.0。
電子供體可以包括能夠向供體構(gòu)件送出電子的電子供體分子。例如，電子供體分子可以包括熒光分子，諸如熒光素。
類(lèi)似地，電子受體可以包括能夠從受體構(gòu)件接受電子的電子受體分子。例如，電子受體分子可以包括熒光分子，諸如羅丹明。
可替代地或另外，電子供體可以包括可被操作來(lái)向供體構(gòu)件送出電子的電極。類(lèi)似地，電子受體可以包括可被操作來(lái)從受體構(gòu)件接受電子的電極。
例如，電場(chǎng)調(diào)節(jié)器可以包括調(diào)節(jié)器發(fā)色團(tuán)、或熒光素、或羅丹明。調(diào)節(jié)器發(fā)色團(tuán)可以吸收一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的輻射。
電子受體可以包括可被操作來(lái)響應(yīng)于從受體構(gòu)件接受到電子而發(fā)射一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的輻射的發(fā)色團(tuán)。該輻射可以照射串聯(lián)的第二發(fā)色團(tuán)。
調(diào)節(jié)器構(gòu)件、供體構(gòu)件和受體構(gòu)件中的任一個(gè)或者全部可以包括導(dǎo)電的含金屬核酸雙鏈體部分。
該方法還可以包括從導(dǎo)電介質(zhì)向?qū)щ姷暮饘俸怂犭p鏈體提供傳導(dǎo)電子，并且在導(dǎo)電介質(zhì)處接收來(lái)自雙鏈體的傳導(dǎo)電子。提供可以包括從導(dǎo)電介質(zhì)向電子供體送出電子，并且接收可以包括在導(dǎo)電介質(zhì)處接收來(lái)自電子受體的電子，以提供電子從電子供體通過(guò)供體構(gòu)件、電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)、受體構(gòu)件、電子受體以及導(dǎo)電介質(zhì)并流回電子供體的閉合電路。例如，導(dǎo)電介質(zhì)可以包括水溶液，或可以包括導(dǎo)線(xiàn)。
改變電場(chǎng)調(diào)節(jié)器的狀態(tài)可以包括照射調(diào)節(jié)器發(fā)色團(tuán)以使得產(chǎn)生負(fù)的靜電勢(shì)并將其施加于電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)，該負(fù)的靜電勢(shì)降低電子從供體構(gòu)件移動(dòng)到受體構(gòu)件的能力。
電場(chǎng)調(diào)節(jié)器可以包括電極，其可被操作來(lái)執(zhí)行從受體構(gòu)件接受電子和向供體構(gòu)件送出電子中的至少一項(xiàng)。
改變電場(chǎng)調(diào)節(jié)器的狀態(tài)可以包括在電極上放置電子，以產(chǎn)生施加于電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)的負(fù)的靜電勢(shì)，該負(fù)的靜電勢(shì)降低電子從供體構(gòu)件移動(dòng)到受體構(gòu)件的能力。
相反，改變電場(chǎng)調(diào)節(jié)器的狀態(tài)包括從電極移走電子，以產(chǎn)生施加于電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)的正的靜電勢(shì)，該正的靜電勢(shì)增加電子從供體構(gòu)件移動(dòng)到受體構(gòu)件的能力。
電場(chǎng)調(diào)節(jié)器可以包括多個(gè)狀態(tài)，響應(yīng)于所施加的外電勢(shì)，這多個(gè)狀態(tài)中的每個(gè)狀態(tài)可選擇來(lái)產(chǎn)生在電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)處的各自的靜電勢(shì)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于調(diào)節(jié)導(dǎo)電核酸材料中第一和第二位置之間的電信號(hào)的裝置。該裝置包括具有第一和第二位置的導(dǎo)電核酸材料，并且還包括用于改變插入在第一和第二位置之間的核酸材料中第三位置處的靜電勢(shì)的裝置。
用于改變的裝置可以包括用于選擇與第三位置相連通的電場(chǎng)調(diào)節(jié)器的多個(gè)狀態(tài)之一的裝置，其中每個(gè)狀態(tài)對(duì)應(yīng)于第三位置處各自的靜電勢(shì)。
用于選擇的裝置可以包括用于照射電場(chǎng)調(diào)節(jié)器的裝置。
或者，用于選擇的裝置可以包括用于向電場(chǎng)調(diào)節(jié)器施加外電勢(shì)的裝置。
電場(chǎng)調(diào)節(jié)器可以包括電極，在這種情形中，用于施加的裝置可以包括用于在電極上放置至少一個(gè)電子以向第三位置施加負(fù)的靜電勢(shì)的裝置。
可替代地或者另外，用于施加的裝置可以包括用于從電極移走至少一個(gè)電子以向第三位置施加正的靜電勢(shì)的裝置。
該裝置還可以包括用于產(chǎn)生電信號(hào)的裝置。
第一位置可以包括導(dǎo)電核酸電子供體構(gòu)件中的位置，第二位置可以包括導(dǎo)電核酸電子受體構(gòu)件中的位置，并且第三位置可以包括與供體構(gòu)件和受體構(gòu)件電連通的至少一個(gè)電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)。這種情形中，用于改變的裝置可以包括用于改變至少一個(gè)電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)處的靜電勢(shì)的裝置。
至少一個(gè)電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)可以與導(dǎo)電核酸電場(chǎng)調(diào)節(jié)器構(gòu)件電連通。如果這樣的話(huà)，則用于改變的裝置可以包括用于選擇與調(diào)節(jié)器構(gòu)件電連通的電場(chǎng)調(diào)節(jié)器的多個(gè)狀態(tài)之一，其中每個(gè)狀態(tài)對(duì)應(yīng)于所述至少一個(gè)電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)處各自的靜電勢(shì)。
用于選擇的裝置可以包括用于照射電場(chǎng)調(diào)節(jié)器的裝置。
或者，用于選擇的裝置可以包括用于向電場(chǎng)調(diào)節(jié)器施加外電勢(shì)的裝置。例如，電場(chǎng)調(diào)節(jié)器可以包括電極，并且用于施加的裝置可以包括用于在電極上放置至少一個(gè)電子以向電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)施加負(fù)的靜電勢(shì)的裝置，其中負(fù)的靜電勢(shì)降低了電子從供體構(gòu)件移動(dòng)到受體構(gòu)件的能力?？商娲鼗蛄硗?，用于施加的裝置可以包括用于從電極移走至少一個(gè)電子以向電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)施加正的靜電勢(shì)的裝置，其中正的靜電勢(shì)增加了電子從供體構(gòu)件移動(dòng)到受體構(gòu)件的能力。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于調(diào)節(jié)導(dǎo)電核酸材料中第一和第二位置之間的電信號(hào)的裝置。該裝置包括電場(chǎng)調(diào)節(jié)器，其可被操作來(lái)改變插入在第一和第二位置之間的核酸材料中第三位置處的靜電勢(shì)。
電場(chǎng)調(diào)節(jié)器可以具有多個(gè)可選狀態(tài)，其中每個(gè)狀態(tài)對(duì)應(yīng)于第三位置處各自的靜電勢(shì)。
電場(chǎng)調(diào)節(jié)器可以包括電極?；蛘?，例如，電場(chǎng)調(diào)節(jié)器可以包括發(fā)色團(tuán)，或者可以包括熒光分子，諸如熒光素或羅丹明，或者可以是從由熒光分子和發(fā)色團(tuán)組成的組中選取的。
第一位置可以包括導(dǎo)電核酸電子供體構(gòu)件中的位置，第二位置可以包括導(dǎo)電核酸電子受體構(gòu)件中的位置，并且第三位置可以包括與供體構(gòu)件、受體構(gòu)件以及電場(chǎng)調(diào)節(jié)器電連通的至少一個(gè)電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)。
該裝置還可以包括將電場(chǎng)調(diào)節(jié)器結(jié)合到電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)的調(diào)節(jié)器構(gòu)件。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種調(diào)節(jié)導(dǎo)電核酸材料中電信號(hào)的方法。該方法包括改變電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)處的電場(chǎng)調(diào)節(jié)程度，其中電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)是調(diào)節(jié)器構(gòu)件與多個(gè)構(gòu)件中的至少一個(gè)構(gòu)件的相交處。調(diào)節(jié)器構(gòu)件和多個(gè)構(gòu)件中每一個(gè)都包括寡核苷酸雙鏈體，并且調(diào)節(jié)器構(gòu)件和多個(gè)構(gòu)件中的至少一些包括導(dǎo)電的含金屬寡核苷酸雙鏈體。多個(gè)構(gòu)件包括用于從電子供體接收傳導(dǎo)電子的至少一個(gè)供體構(gòu)件、和用于與電子受體相連通以提供吸引傳導(dǎo)電子的區(qū)域的至少一個(gè)受體構(gòu)件。
改變可以包括改變電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)處的靜電勢(shì)。
改變可以包括選擇經(jīng)由調(diào)節(jié)器構(gòu)件與電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)相連通的電場(chǎng)調(diào)節(jié)器的多個(gè)狀態(tài)之一。
例如，選擇可以包括照射電場(chǎng)調(diào)節(jié)器，或者可以包括向電場(chǎng)調(diào)節(jié)器施加外電勢(shì)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的方法。該方法包括選擇核酸電路元件的電場(chǎng)調(diào)節(jié)器的至少兩個(gè)狀態(tài)中的一個(gè)狀態(tài)，其中至少兩個(gè)狀態(tài)中的每個(gè)狀態(tài)對(duì)應(yīng)于電路元件中電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)處各自的電場(chǎng)調(diào)節(jié)程度，其中每個(gè)電場(chǎng)調(diào)節(jié)程度對(duì)應(yīng)于各自的數(shù)據(jù)值。
例如，選擇可以包括照射電場(chǎng)調(diào)節(jié)器，或者可以包括向電場(chǎng)調(diào)節(jié)器施加外電勢(shì)。
核酸電路元件可以包括多個(gè)構(gòu)件，這多個(gè)構(gòu)件中的至少一些可以包括導(dǎo)電的含金屬寡核苷酸雙鏈體。這多個(gè)構(gòu)件可以包括至少一個(gè)供體構(gòu)件，用于接收來(lái)自電子供體的傳導(dǎo)電子；至少一個(gè)受體構(gòu)件，用于與電子受體相連通以提供吸引傳導(dǎo)電子的區(qū)域；和至少一個(gè)調(diào)節(jié)器構(gòu)件，其與多個(gè)構(gòu)件中的至少一個(gè)構(gòu)件相交，以定義電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)，其中調(diào)節(jié)器構(gòu)件與電場(chǎng)調(diào)節(jié)器連通。這種情形中，選擇可以包括使得電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)將電場(chǎng)調(diào)節(jié)程度施加于電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)以代表數(shù)據(jù)值。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種有機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)。該介質(zhì)包括具有至少兩個(gè)可選狀態(tài)的電場(chǎng)調(diào)節(jié)器，其中每個(gè)狀態(tài)對(duì)應(yīng)于核酸電路元件的電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)處各自的電場(chǎng)調(diào)節(jié)程度，每個(gè)電場(chǎng)調(diào)節(jié)程度對(duì)應(yīng)于各自的數(shù)據(jù)值。
該有機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)還可以包括核酸電路元件，該核酸電路元件可以包括多個(gè)構(gòu)件，這多個(gè)構(gòu)件中的至少一些可以包括導(dǎo)電的含金屬寡核苷酸雙鏈體。這多個(gè)構(gòu)件包括至少一個(gè)供體構(gòu)件，用于接收來(lái)自電子供體的傳導(dǎo)電子；至少一個(gè)受體構(gòu)件，用于與電子受體相連通以提供吸引傳導(dǎo)電子的區(qū)域；和至少一個(gè)調(diào)節(jié)器構(gòu)件，其與多個(gè)構(gòu)件中的至少一個(gè)構(gòu)件相交，以定義電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)，用于與電場(chǎng)調(diào)節(jié)器相協(xié)作來(lái)將電場(chǎng)調(diào)節(jié)程度施加于該結(jié)，以代表數(shù)據(jù)值。
例如，通過(guò)照射電場(chǎng)調(diào)節(jié)器，或者通過(guò)向電場(chǎng)調(diào)節(jié)器施加外電勢(shì)，至少兩個(gè)狀態(tài)可選。
至少兩個(gè)狀態(tài)中的每個(gè)狀態(tài)可以對(duì)應(yīng)于電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)處各自的靜電勢(shì)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的裝置。該裝置包括導(dǎo)電核酸電路元件，其包括電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)，并且該裝置還包括用于改變電路元件中電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)處的電場(chǎng)調(diào)節(jié)程度的裝置，其中每個(gè)電場(chǎng)調(diào)節(jié)程度對(duì)應(yīng)于各自的數(shù)據(jù)值。
用于改變的裝置可以包括用于改變電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)處的靜電勢(shì)的裝置。
在結(jié)合附圖閱讀下面對(duì)本發(fā)明具體實(shí)施例的描述時(shí)，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)清楚本發(fā)明的其他方面和特征。


附圖中圖示了本發(fā)明的實(shí)施例，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的有機(jī)電路元件的圖形表示。
圖2是作為圖1所示的有機(jī)電路元件的一部分的M-DNA的模型結(jié)構(gòu)的圖像表示。
圖3是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的作為圖1所示的有機(jī)電路元件的一部分的圖2所示的M-DNA的堿基配對(duì)方案的圖像表示。
圖4是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的作為圖1所示的有機(jī)電路元件的一部分的圖2所示的M-DNA的堿基配對(duì)方案的圖像表示。
圖5是在室溫時(shí)對(duì)圖2所示的M-DNA和B-DNA測(cè)得的電流電壓特性的曲線(xiàn)表示。下方的插圖示出了用于產(chǎn)生I-V特性的實(shí)驗(yàn)布局的示意圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的有機(jī)電路元件的圖形表示。
圖7是根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的有機(jī)電路元件的圖形表示。
圖8是根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的有機(jī)電路元件的圖形表示。
圖9是根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的有機(jī)電路元件的圖形表示。
圖10是根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例的有機(jī)電路元件的圖形表示。
圖11a)9，10-蒽醌-2-羧酸和9，10-二氫蒽醌-2-羧酸的結(jié)構(gòu)，以及b)Y分支結(jié)的示意圖。
圖1220mM的Tris-HCl、pH值為8.5的緩沖劑以及0mM的NaBH4(實(shí)線(xiàn))、2.5mM的NaBH4(虛線(xiàn))+O2(點(diǎn)線(xiàn))中30μM的AQ-NHS的吸收譜。其中包括了熒光素的歸一化發(fā)射譜(點(diǎn)劃線(xiàn))作為參考。
圖13證實(shí)蒽醌還原對(duì)Fl-30-Aq雙鏈體影響的電子照相。其中，泳道1DNA分子量標(biāo)記VIII；泳道2空；泳道3和62.5mM的NaBH4；泳道425mM的NaBH4；泳道5和70mM的NaBH4。對(duì)泳道3～5，在雜交之前進(jìn)行還原；對(duì)泳道6～7，在雜交之后進(jìn)行還原。
圖14作為被用來(lái)還原AQ標(biāo)記單鏈的NaBH4的函數(shù)的熒光素/蒽醌標(biāo)記30-鏈節(jié)的歸一化熒光。在雜交之前進(jìn)行還原過(guò)程。對(duì)于所有的測(cè)量[DNA]＝0.5μg mL-1；[Zn2+]＝0.2mM；pH值為8.49，在20mM的Tris-HCl緩沖劑中。
具體實(shí)施例方式
參考圖1，根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的有機(jī)電路元件總體示作100。在該實(shí)施例中，有機(jī)電路元件100包括多個(gè)構(gòu)件102，每一個(gè)構(gòu)件包括寡核苷酸雙鏈體。更具體地說(shuō)，在該實(shí)施例中，多個(gè)構(gòu)件102包括至少一個(gè)用于從電子供體200接收傳導(dǎo)電子的供體構(gòu)件104，以及至少一個(gè)用于與電子受體220連通以提供吸引傳導(dǎo)電子的區(qū)域的受體構(gòu)件106。在該實(shí)施例中，多個(gè)構(gòu)件102還包括至少一個(gè)調(diào)節(jié)器構(gòu)件108，其與多個(gè)構(gòu)件102中的至少一個(gè)相交叉，以定義至少一個(gè)電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)112，用于與電場(chǎng)調(diào)節(jié)器114協(xié)作來(lái)調(diào)節(jié)電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)112處的電場(chǎng)。
在該實(shí)施例中，多個(gè)構(gòu)件中至少有一些構(gòu)件包括導(dǎo)電的含金屬寡核苷酸雙鏈體。更具體地說(shuō)，在該實(shí)施例中，多個(gè)構(gòu)件中每個(gè)構(gòu)件包括導(dǎo)電的含金屬寡核苷酸雙鏈體。
在本實(shí)施例中，多個(gè)構(gòu)件102包括多個(gè)臂。更具體地說(shuō)，在該實(shí)施例中，供體構(gòu)件104包括供體臂160，其被電耦合到電子供體200(“D”)，以提供傳導(dǎo)電子的源。本實(shí)施例的受體構(gòu)件106包括受體臂140，其被電耦合到電子受體220(“A”)，以提供吸引傳導(dǎo)電子的區(qū)域。在該實(shí)施例中，調(diào)節(jié)器構(gòu)件108包括調(diào)制器臂120，其被電耦合到電場(chǎng)調(diào)節(jié)器114(在該實(shí)施例中，其包括電子流調(diào)制器240(“M”))，以調(diào)節(jié)從電子供體通過(guò)電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)112去往電子受體220的傳導(dǎo)電子流。
在該實(shí)施例中，供體構(gòu)件104、受體構(gòu)件106和調(diào)節(jié)器構(gòu)件108相交，以定義電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)112。于是，在本實(shí)施例中，電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)112包括導(dǎo)電結(jié)180，其形成了與從導(dǎo)電結(jié)延伸出去的臂120、140和160相連接的三臂結(jié)。然而，在其他實(shí)施例中，導(dǎo)電結(jié)可以包括多于三個(gè)的構(gòu)件。
在該實(shí)施例中，有機(jī)電路元件100包括與調(diào)節(jié)器構(gòu)件108電連通的電場(chǎng)調(diào)節(jié)器114、與供體構(gòu)件104電連通的電子供體200、以及與受體構(gòu)件106電連通的電子受體220。
在本實(shí)施例中，電場(chǎng)調(diào)節(jié)器114包括多個(gè)可選狀態(tài)，每個(gè)狀態(tài)對(duì)應(yīng)于至少一個(gè)電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)112處的各自的靜電勢(shì)。更具體地說(shuō)，在本實(shí)施例中，電場(chǎng)調(diào)節(jié)器114(在該實(shí)施例中，其包括電子流調(diào)制器240)具有各種狀態(tài)，響應(yīng)于外部電勢(shì)，這多個(gè)狀態(tài)中的每個(gè)狀態(tài)可被選擇來(lái)產(chǎn)生電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)112處的各自的靜電勢(shì)。或者，電子流調(diào)制器的狀態(tài)可以是以任何其他合適的方式可選擇或可改變的，諸如通過(guò)照射電子流調(diào)制器，下面將對(duì)此進(jìn)行更詳細(xì)的描述。
在各種示例性的實(shí)施例中，電子流調(diào)制器240的狀態(tài)例如可以是對(duì)于確定電子流調(diào)制器的量子機(jī)制的波函數(shù)有效的任何宏觀或微觀變量。例如，電子流調(diào)制器240的狀態(tài)可以代表加到電子流調(diào)制器或者從電子流調(diào)制器移走的電子數(shù)，或者是施加于電子流調(diào)制器的外電勢(shì)的大小和/或方向。此外，電子流調(diào)制器240的狀態(tài)可以代表電子流調(diào)制器上價(jià)電子的軌道能級(jí)，或者是軌道的其他特性，諸如簡(jiǎn)并能級(jí)?？商娲鼗蛄硗獾兀娮恿髡{(diào)制器240的狀態(tài)可以包括電子流調(diào)制器上電子的總自旋，或者是指示標(biāo)識(shí)電子流調(diào)制器狀態(tài)的量子機(jī)制波函數(shù)的任何其他參數(shù)集合。
電子流調(diào)制器240的狀態(tài)可以是可選或可變的，以改變導(dǎo)電結(jié)180(連接了調(diào)制器臂120、供體臂160和受體臂140)處的靜電勢(shì)，從而來(lái)調(diào)節(jié)從電子供體200到電子受體220的電子流或?qū)щ娦?。例如，通過(guò)向電子流調(diào)制器施加外電勢(shì)，或者向其外層價(jià)軌道放置電子或從其外層價(jià)軌道移走電子，電子流調(diào)制器240的狀態(tài)可以是可變的。電子流可以代表電信號(hào)，諸如DC信號(hào)形式的電子傳輸，或者調(diào)制后的電壓或電流信號(hào)，或者是被調(diào)制來(lái)攜帶信息的任何其他信號(hào)。于是，當(dāng)改變電子流調(diào)制器240的狀態(tài)來(lái)改變導(dǎo)電結(jié)180處的靜電勢(shì)時(shí)，從電子供體200通過(guò)導(dǎo)電結(jié)180去往電子受體220的電子流或?qū)щ娦钥梢员徽{(diào)制，由此調(diào)節(jié)從電子供體臂傳遞到電子受體臂的信號(hào)。
在該實(shí)施例中，有機(jī)電路元件100包括導(dǎo)電核酸材料。更具體地說(shuō)，在本實(shí)施例中，供體構(gòu)件104、調(diào)節(jié)器構(gòu)件108和受體構(gòu)件106中每個(gè)都包括導(dǎo)電的含金屬核酸雙鏈體部分。更具體地說(shuō)，在該實(shí)施例中，供體臂160、調(diào)制器臂120和受體臂140每個(gè)都包括導(dǎo)電的含金屬寡核苷酸雙鏈體，其能夠傳導(dǎo)電子。
圖2中的300示出了導(dǎo)電的含金屬寡核苷酸雙鏈體(“M-DNA”)的示例。在該實(shí)施例中，M-DNA 300包括第一核酸鏈320和第二核酸340。第一和第二核酸鏈320和340分別包括由主鏈380共價(jià)連接的多個(gè)含氮芳香基350和360。第一核酸鏈320的含氮芳香基350通過(guò)氫鍵結(jié)合被連接到第二核酸鏈340的含氮芳香基360。第一和第二核酸鏈320和340上的含氮芳香基350和360沿導(dǎo)電的含金屬寡核苷酸雙鏈體300的長(zhǎng)度方向分別形成堆疊排列的氫鍵結(jié)合的堿基對(duì)400。氫鍵結(jié)合的堿基對(duì)400包括與含氮芳香基350或360之一中的氮原子配位的螯合(interchelated)金屬陽(yáng)離子420。更具體地說(shuō)，在該實(shí)施例中，螯合金屬陽(yáng)離子包括螯合二價(jià)金屬陽(yáng)離子。在本實(shí)施例中，第一和第二核酸鏈320和340分別包括脫氧核糖核酸，并且含氮的芳香基350和360是從由腺嘌呤、胸腺嘧啶、鳥(niǎo)嘌呤和胞嘧啶組成的組中選取的。
或者，其他主鏈結(jié)構(gòu)380可以有效地來(lái)適當(dāng)?shù)貙⒑枷慊?50、360對(duì)準(zhǔn)為能夠螯合金屬離子420并傳導(dǎo)電子的堆疊排列形式。例如，磷酰胺、硫代磷酸、二硫代磷酸酯、O-甲基磷酸氨基或肽核酸鏈接可以有效地來(lái)形成這種主鏈。類(lèi)似地，主鏈380的其他成分也可以改變，例如包括脫氧核糖、核糖基團(tuán)或它們的組合。
或者，也可以用其他類(lèi)型的堿基來(lái)取代。例如，含氮芳族堿基350和360可以是天然DNA和RNA中出現(xiàn)的那些芳族堿基，于是，含氮芳族堿基可以從由腺嘌呤、胸腺嘧啶、鳥(niǎo)嘌呤、胞嘧啶或尿嘧啶、或者它們的變體(諸如5-氟尿嘧啶或5-溴尿嘧啶)組成的組中選取?？梢岳锰娲姆枷慊衔铮T如能夠螯合與該化合物中的原子配位的二價(jià)金屬離子、并能夠堆疊以產(chǎn)生導(dǎo)電的含金屬寡核苷酸雙鏈體的芳香化合物。替代的芳香化合物例如可以包括4-乙酰胞苷；5-(羧羥甲基)尿苷、2’-O-甲基胞苷、5-羧甲基氨甲基-2-硫代尿苷、5-羧甲基氨甲基尿苷、二氫尿苷、2’-O-甲基假尿苷、β，D-半乳糖Q核苷、2’-O-甲基鳥(niǎo)苷、肌苷、N6-異戊烯基腺苷、1-甲基腺苷、1-甲基假尿苷、1-甲基鳥(niǎo)苷、1-甲基肌苷、2，2-二甲基鳥(niǎo)苷、2-甲基腺苷、2-甲基鳥(niǎo)苷、3-甲基胞苷、5-甲基胞苷、N6-甲基腺苷、7-甲基鳥(niǎo)苷、5-甲基氨基甲基尿苷、5-甲氧基氨基甲基-2-硫代尿苷、β，D-甘露糖Q核苷、5-甲氧基羰基甲基-2-硫代尿苷、5-甲氧基羰基甲基尿苷、5-甲氧基尿苷、2-甲硫基-N6-異戊烯基腺苷、N-((9-β-D-呋喃核糖基-2-甲硫基嘌呤-6-基)氨基甲酰)蘇氨酸、N-((9-β-D-呋喃核糖嘌呤-6-基)N-甲基氨基甲酰)蘇氨酸、尿苷-5-氧基乙酸-甲基酯、尿苷-5-氧基乙酸、假尿苷、Q核苷(queuosine)、2-硫代胞苷、5-甲基-2-硫代尿苷、2-硫代尿苷、4-硫代尿苷、5-甲基尿苷、N-((9-β-D-呋喃核糖嘌呤-6-基)氨基甲酰)蘇氨酸、2’-O-甲基-5-甲基尿苷、以及2’-O-甲基尿苷、3-(3-氨基-3-羧基-丙基)尿苷、次黃嘌呤、6-甲基腺嘌呤、5-甲基嘧啶，特別是5-甲基胞嘧啶(也被稱(chēng)為5-甲基-2’-脫氧胞嘧啶，并且經(jīng)常在本領(lǐng)域被稱(chēng)為5-me-C)、5-羧甲基胞嘧啶(HMC)、糖基HMC和gentobiosyl HMC，以及合成核堿基(nucleobase)，例如2-氨基腺嘌呤、2-硫代尿嘧啶、2-硫代腺嘧啶、5-溴尿嘧啶、5-羧甲基尿嘧啶、8-氮雜鳥(niǎo)嘌呤、7-脫氮雜鳥(niǎo)嘌呤、N6(6-氨基己基)腺嘌呤以及2，6-二氨基嘌呤。
在一些實(shí)施例中，如圖2所圖示的示例一樣，在二價(jià)金屬離子420之間的估計(jì)間隔可以是大約3、4或5(埃)。
寡核苷酸可以包括那些包含被修飾的主鏈的寡核苷酸，例如，硫代磷酸、磷酸三酯、甲基膦酸酯、短鏈烷基或環(huán)烷基糖間鏈接或者短鏈雜芳族或雜環(huán)的糖間鏈接。在某些實(shí)施例中，寡核苷酸的磷酸二酯主鏈可以被聚酰胺主鏈代替，核堿基被直接或間接地結(jié)合到聚酰胺主鏈的氮雜氮原子(Nielsen et al.，Science，1991，254，1497)。寡核苷酸還可以包含一個(gè)或多個(gè)代替的糖基團(tuán)，諸如在2’位置處的基團(tuán)OH、SH、SCH3、F、OCN、OCH3OCH3、OCH3O(CH2)n、CH3、O(CH2)n、NH2或O(CH2)n、CH3，其中n例如可以是從1大約到10；C1至C10的低級(jí)烷基、烷氧基烷氧基、取代低級(jí)烷基、烷芳基或芳烷基；Cl；Br；CN；CF3；OCF3；O--、S--、或N-烷基；O--、S--、或N-烯烴；SOCH3；SO2CH3；ONO2；NO2；N3；NH2；雜環(huán)烷基；雜環(huán)烷芳基；氨基烷基氨基；聚烷基氨基；取代甲硅烷基；RNA切割基團(tuán)；報(bào)道基團(tuán)；嵌入劑；以及其他具有類(lèi)似性質(zhì)的取代基。也可以在寡核苷酸的其他位置進(jìn)行類(lèi)似的修飾，尤其是在3’末端核苷酸上的糖的3’位置以及5’末端核苷酸的5’位置。寡核苷酸還可以具有諸如環(huán)丁基之類(lèi)的糖基團(tuán)來(lái)代替戊呋喃基團(tuán)。寡核苷酸還可以另外或者可替代地包括核堿基(本領(lǐng)域常常簡(jiǎn)稱(chēng)為堿基)修飾或取代。
如果希望的話(huà)，二價(jià)金屬陽(yáng)離子可以代替含氮芳族堿基的亞胺質(zhì)子，并且含氮的芳族堿基是從由胸腺嘧啶和鳥(niǎo)嘌呤組成的組中選取的。
參考圖3，520一般地示出了根據(jù)本實(shí)施例的M-DNA 300的堿基配對(duì)方案。在堿基配對(duì)方案520中，至少一個(gè)含氮的芳族堿基包括胸腺嘧啶，其具有N3氮原子，并且二價(jià)金屬陽(yáng)離子被N3氮原子配位。更具體地說(shuō)，在該實(shí)施例中，堿基配對(duì)方案520包括胸腺嘧啶-腺嘌呤堿基對(duì)，并且二價(jià)金屬陽(yáng)離子是鋅。或者，二價(jià)金屬陽(yáng)離子420可以是從由鋅(Zn2+)、鈷(Co2+)和鎳(Ni2+)組成的組中選取?；蛘?，可以取決于離子與其他導(dǎo)電的含金屬寡核苷酸雙鏈體形式的取代體的結(jié)合能力，用其他的二價(jià)金屬離子來(lái)代替?；蛘?，金屬陽(yáng)離子可以從由下面這些金屬的陽(yáng)離子組成的組中選取Li、Be、Na、Mg、Al、K、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、As、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Cs、Ba、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg、Tl、Pb、Bi、Po、Fr、Ra、Ac、Th、Pa、U、Np和Pu。例如，在某些實(shí)施例中，可以在雙鏈體中結(jié)合變動(dòng)數(shù)量的金屬陽(yáng)離子，諸如Zn2+、Ni2+、Co2+、Cd2+、Hg2+、Pt2+和Ag1+，其中諸如Cd2+、Hg2+、Pt2+和Ag1+之類(lèi)的金屬離子可以?xún)H僅組成雙鏈體中的一部分金屬離子，相當(dāng)于“摻雜”了雙鏈體。例如，通過(guò)使用溴化乙錠熒光試驗(yàn)，可以監(jiān)視在不同條件下使用不同陽(yáng)離子的金屬取代雙鏈體的形成。
在該實(shí)施例中，在圖3所示的堿基配對(duì)方案520的胸腺嘧啶-腺嘌呤堿基對(duì)中，一個(gè)含氮的芳族堿基是胸腺嘧啶550，其具有N3氮原子600。二價(jià)金屬陽(yáng)離子420(在該實(shí)施例中是鋅)被胸腺嘧啶550的N3氮原子600配位，其中二價(jià)金屬陽(yáng)離子鋅代替了含氮芳族堿基的亞胺質(zhì)子。
參考圖4，540一般地示出了根據(jù)第二實(shí)施例的M-DNA的堿基配對(duì)方案。在圖4所示的實(shí)施例中，至少一個(gè)含氮的芳族堿基包括鳥(niǎo)嘌呤，其具有N1氮原子，并且二價(jià)金屬陽(yáng)離子被該N1氮原子配位。更具體地說(shuō)，在該實(shí)施例中，堿基配對(duì)方案540包括胞嘧啶-鳥(niǎo)嘌呤堿基對(duì)，其中一個(gè)含氮的芳族堿基是鳥(niǎo)嘌呤580，其具有N1氮原子620。與圖3所示的實(shí)施例一樣，在該實(shí)施例中，二價(jià)金屬陽(yáng)離子420是鋅?；蛘?，二價(jià)金屬陽(yáng)離子420可以從由鋅(Zn2+)、鈷(Co2+)和鎳(Ni2+)組成的組中選取，或者可以包括其他合適的陽(yáng)離子。在該實(shí)施例中，二價(jià)金屬陽(yáng)離子420(在該實(shí)施例中是鋅)被N1氮原子配位?；蛘撸r(jià)金屬陽(yáng)離子420可以被絡(luò)合在不同構(gòu)造的芳香基團(tuán)之間。在某些實(shí)施例中，如圖所示，每個(gè)堿基對(duì)的亞胺質(zhì)子可以被金屬離子代替。
參考圖5，可以如圖5所示測(cè)量M-DNA的電學(xué)特性(I-V)，如Rakitin等人，2000中所公開(kāi)的一樣。例如，如同Rakitin等人所制備的M-DNA一樣，可以在PH為9.0下從0.1mM Zn2+的噬菌體λ-DNA的B-DNA形式來(lái)制備M-DNA，其具有粘性的末端，可以利用這些末端來(lái)依次將每個(gè)末端結(jié)合到單獨(dú)的金屬電極(諸如源電極810和漏電極820)，在該實(shí)施例中，這些電極包括金電極(Braun等人，1998)。
圖5的插圖中的780一般地示出了提供對(duì)M-DNA的導(dǎo)電性測(cè)量的示意性測(cè)試布局。在該布局中，核酸800被放置在被深的物理縫隙840(例如，其寬度可以是1～30微米)隔開(kāi)的源電極810和漏電極820之間。
圖5中的700一般地一起示出了室溫下在真空(10-3托)中對(duì)M-DNA和B-DNA樣本的所測(cè)得的I-V特性的示例。與B-DNA相對(duì)應(yīng)的曲線(xiàn)720表現(xiàn)出了大約200meV的類(lèi)似半導(dǎo)體的平臺(tái)(帶隙或電導(dǎo)縫隙740)。相反，M-DNA的I-V特性760沒(méi)有表現(xiàn)出電導(dǎo)縫隙。這是金屬性行為與絕緣行為之間的特性差異，這表示了M-DNA中的電子即使在極低的電壓下也能傳導(dǎo)電流，而B(niǎo)-DNA則不能。于是，在低偏壓下M-DNA 760和B-DNA 720的I-V特性中的定性差異表明了它們的傳導(dǎo)機(jī)制的不同。
在該實(shí)施例中，M-DNA 300是通過(guò)將多個(gè)寡核苷酸退火并處理以形成多個(gè)構(gòu)件而形成的，其中多個(gè)構(gòu)件中每個(gè)構(gòu)件包括被對(duì)準(zhǔn)以形成雙鏈體部分的一對(duì)寡核苷酸。更具體地說(shuō)，在該實(shí)施例中，多個(gè)構(gòu)件包括供體構(gòu)件104、受體構(gòu)件106和調(diào)節(jié)器構(gòu)件108，并且對(duì)多個(gè)寡核苷酸的退火和處理形成了如此配置的構(gòu)件其中供體構(gòu)件、受體構(gòu)件和調(diào)節(jié)器構(gòu)件相交，以定義電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)112。
在本實(shí)施例中，在對(duì)形成雙鏈體部分有效的條件下對(duì)寡核苷酸進(jìn)行退火，并且在對(duì)形成電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)有效的條件下對(duì)其進(jìn)行處理。更具體地說(shuō)，在該實(shí)施例中，退火包括在對(duì)形成導(dǎo)電的含金屬寡核苷酸雙鏈體部分有效的條件下將多個(gè)寡核苷酸放入堿性溶液中。在該實(shí)施例中，對(duì)形成導(dǎo)電的含金屬寡核苷酸或核酸雙鏈體部分有效的條件是對(duì)于用二價(jià)金屬陽(yáng)離子代替導(dǎo)電的含金屬寡核苷酸雙鏈體部分中的含氮芳族堿基的亞胺質(zhì)子有效。于是，在該實(shí)施例中，提供導(dǎo)電的含金屬核酸雙鏈體包括在對(duì)形成導(dǎo)電的含金屬核酸雙鏈體有效的條件下將核酸雙鏈體放入具有金屬陽(yáng)離子(在該實(shí)施例中，是二價(jià)金屬陽(yáng)離子)的堿性溶液，其中導(dǎo)電的含金屬核酸雙鏈體的氫鍵結(jié)合的堿基對(duì)包括與一個(gè)含氮的芳族堿基中的氮原子配位的螯合金屬陽(yáng)離子。類(lèi)似地，在該實(shí)施例中，處理多個(gè)寡核苷酸包括在對(duì)形成電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)有效的條件下將核苷酸放入堿性溶液。在本實(shí)施例中，堿性溶液的pH值至少為7。
更一般地，對(duì)形成M-DNA 300有效的條件將會(huì)隨所使用的二價(jià)金屬陽(yáng)離子420或離子以及核酸鏈320和340的特性而改變?？梢赃M(jìn)行常規(guī)試驗(yàn)來(lái)確定對(duì)導(dǎo)電雙鏈體的形成有效的適當(dāng)條件，例如，通過(guò)改變諸如pH、核酸濃度、金屬離子濃度以及金屬離子濃度與核酸濃度的比之類(lèi)的參數(shù)。在一些實(shí)施例中，例如，等于或大于7、7.5、8、8.5、9的pH值可能是所希望的，并且合適的核酸與金屬離子比可以從大約1∶1.5到大約1∶2.0。
在某些實(shí)施例中，可以在適當(dāng)?shù)膒H值(諸如，pH值為9.0)下，通過(guò)加入金屬離子(諸如，0.1mM Zn2+或mM NiCl2)，從B-DNA形成M-DNA300?？赡軙?huì)伴隨有質(zhì)子的釋放，從而可以加入諸如KOH之類(lèi)的堿，以將pH值維持在希望的水平(諸如維持在8)。
如圖5所示的導(dǎo)電行為所證實(shí)的一樣，導(dǎo)電M-DNA的配置可以提供電流和/或電壓的切換功能，以調(diào)節(jié)電信號(hào)。
再參考圖1，在該實(shí)施例中三個(gè)臂120、140和160相交，以定義導(dǎo)電結(jié)180，從而使得有機(jī)電路元件100能夠用作電信號(hào)調(diào)節(jié)器。例如，可以從三條寡核苷酸的鏈1140、1160和1180來(lái)制備諸如導(dǎo)電結(jié)180之類(lèi)的三向結(jié)，其中這三條鏈中每一條鏈都具有5’和3’端，并且可以選擇它們的序列，從而它們只能以希望的配置來(lái)退火。在圖1所示的實(shí)施例中，三向?qū)щ娊Y(jié)180是由三條寡核苷酸的鏈1140、1160和1180構(gòu)建的，在該實(shí)施例中，其包括三條60-mer的寡核苷酸，由反平行的寡核苷酸對(duì)形成了雙鏈體部分(即，調(diào)制器臂120、受體臂140和供體臂160)。
仍然參考圖1，在該實(shí)施例中，電子供體200包括第一電極202，其可被操作來(lái)向供體構(gòu)件104送出電子，并且電子受體220包括第二電極222，其可操作來(lái)接受來(lái)自受體構(gòu)件106的電子。同樣在該實(shí)施例中，電場(chǎng)調(diào)節(jié)器114，或者更具體地說(shuō)是電子流調(diào)制器240包括第三電極242。如果希望的話(huà)，第三電極可以被操作來(lái)接受來(lái)自受體構(gòu)件的電子或者向供體構(gòu)件送出電子。例如，電極202、222和242可以包括金電極。例如，通過(guò)在5’端處結(jié)合硫醇代替發(fā)色團(tuán)，可以將金電極附著到DNA(Wang等人，1999)?？梢詸M跨供體臂160和受體臂140從外部向有機(jī)電路元件100施加電流或電壓。
或者，電子供體、電子受體和電場(chǎng)調(diào)節(jié)器不需要包括電極。
例如，參考圖1和圖6，圖6中900一般地示出了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的電路元件。有機(jī)電路元件900基本類(lèi)似于圖1所示的電路元件100，然而，在圖6所示的實(shí)施例中，有機(jī)電路元件900的電子供體200包括電子供體分子204，其能夠向供體構(gòu)件104(在該實(shí)施例中，其包括供體臂160)送出電子。在本實(shí)施例中，電子供體分子204包括熒光分子，或者更具體地說(shuō)，是熒光素。類(lèi)似地，有機(jī)電路元件900的電子受體220包括電子受體分子224，其能夠接受來(lái)自受體構(gòu)件106(在該實(shí)施例中，其包括受體臂140)的電子。在本實(shí)施例中，電子受體分子224也包括熒光分子，或者更具體地說(shuō)，是羅丹明。同樣在該實(shí)施例中，電場(chǎng)調(diào)節(jié)器114，或者更具體地說(shuō)是電子流調(diào)制器240包括調(diào)節(jié)器分子244，其是從由熒光分子和發(fā)色團(tuán)組成的組中選取的。于是，在該實(shí)施例中，通過(guò)照射電場(chǎng)調(diào)節(jié)器，可以選擇電場(chǎng)調(diào)節(jié)器114的狀態(tài)。更具體地說(shuō)，在該實(shí)施例中，例如調(diào)節(jié)器分子244包括熒光分子，諸如熒光素或羅丹明?；蛘撸梢杂闷渌线m的調(diào)節(jié)器分子代替。
類(lèi)似地，參考圖1和圖7，圖7中的950一般地示出了根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的有機(jī)電路元件。在該實(shí)施例中，電場(chǎng)調(diào)節(jié)器114，或者更具體地說(shuō)是電子流調(diào)制器240包括調(diào)節(jié)器或調(diào)制器發(fā)色團(tuán)246，在該實(shí)施例中，其吸收一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的輻射。于是，通過(guò)照射電場(chǎng)調(diào)節(jié)器，可以選擇電場(chǎng)調(diào)節(jié)器114的狀態(tài)。在該實(shí)施例中，照射調(diào)制器發(fā)光體246使得負(fù)的靜電勢(shì)被施加到電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)112上，該負(fù)的靜電勢(shì)降低了電子從供體構(gòu)件104移動(dòng)到受體構(gòu)件106的能力。類(lèi)似地，在該實(shí)施例中，電子受體220包括發(fā)色團(tuán)226，其可被操作來(lái)響應(yīng)于接受來(lái)自受體構(gòu)件106的電子而發(fā)射出某一波長(zhǎng)范圍內(nèi)的輻射。
類(lèi)似地，在其他實(shí)施例中，電場(chǎng)調(diào)節(jié)器114、電子供體200和電子受體220可以包括電極、熒光分子、發(fā)色團(tuán)或其他合適的分子的任何其他合適的組合或置換。在這方面，由于熒光分子在被照射且被施加了電勢(shì)時(shí)具有生成光電流的能力，所以對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的某些應(yīng)用而言，熒光分子和電極的組合可能是尤其有用的。例如，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，并裝配在金電極上并且被施加了0.2伏電勢(shì)的熒光素標(biāo)記M-DNA在熒光素被照射時(shí)生成了大約0.03mA的可感知的光電流。(然而，在更高的電勢(shì)下，由于電解，可以觀察到與照射無(wú)關(guān)的一些電流。)類(lèi)似地，對(duì)附著到金電極的發(fā)色團(tuán)標(biāo)記M-DNA進(jìn)行照射也可以產(chǎn)生可感知的電流。
在某些這樣的實(shí)施例中，每個(gè)臂120、140和160的5’端或者被附著到熒光素、羅丹明，或者被附著到控制而不被標(biāo)記。如這里所使用的這樣，對(duì)標(biāo)記電路元件的命名法可以基于用字母(F、R或C)來(lái)標(biāo)識(shí)每個(gè)臂120、140和160以分別指定該臂是否包含熒光素(F)、羅丹明(R)或控制(C，無(wú)標(biāo)記)。于是，例如，160F:120C:140R-60代表裝配了三條60-mer的寡核苷酸鏈1140、1160和1180來(lái)形成導(dǎo)電結(jié)180，其中熒光素是附著到供體臂160上的電子供體200，羅丹明是與受體臂140連接的電子受體220，并且沒(méi)有電子流調(diào)制器240，因此沒(méi)有連接到調(diào)制器臂120。
然后，可以利用熒光試驗(yàn)來(lái)測(cè)量有機(jī)電路元件100的電子供體200的熒光，以確認(rèn)結(jié)180的導(dǎo)電性。在這種試驗(yàn)期間，如果存在沿著M-DNA通過(guò)該結(jié)的電子轉(zhuǎn)移，則熒光將被抑制。另一方面，如果沿著供體臂160和受體臂140的傳導(dǎo)很小(例如，就如同這些臂是由B-DNA而不是M-DNA形成的情況)，電子供體200的熒光將不會(huì)被抑制到相同的程度。在一個(gè)這種示例性實(shí)施例中，對(duì)M-DNA 160F:120C:140R-60測(cè)量了用作電子供體200的熒光素的熒光，并且與另一示例性實(shí)施例160F:120C:140C-60相比較，后一實(shí)施例除了不包括用作與受體臂140連接的電子受體220的羅丹明之外，與前一實(shí)施例具有相同的配置。與后一實(shí)施例(160F:120C:140C-60)相比，前一實(shí)施例(160F:120C:140R-60)的熒光素?zé)晒獗灰种屏?0％，這確認(rèn)了電子從熒光素電子供體200通過(guò)供體臂160和導(dǎo)電結(jié)180轉(zhuǎn)移到了受體臂140和羅丹明電子受體220。
可以類(lèi)似地使用其他應(yīng)用熒光分子作為電子供體200的這種示例性實(shí)施例來(lái)確認(rèn)電場(chǎng)調(diào)節(jié)器114調(diào)節(jié)電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)112處的電場(chǎng)的能力。例如，兩個(gè)示例性實(shí)施例160F:120R:140R-60和160F:120F:140R-60(使用羅丹明或熒光素作為與調(diào)制器臂120相連接的電子流調(diào)制器240)分別與控制樣本160F:120C:140R-60對(duì)比。在各自的熒光試驗(yàn)期間，相對(duì)于控制樣本，熒光素?zé)晒夥謩e被抑制了60％(160F:120R:140R-60)和35％(160F:120F:140R-60)。因此，與調(diào)制器臂120相附著的諸如熒光素或羅丹明之類(lèi)的電子供體或受體能改變供體臂160通過(guò)導(dǎo)電結(jié)180到受體臂140之間的導(dǎo)電性。于是，電路元件100可以用作具有不同狀態(tài)的開(kāi)關(guān)。
更一般地，參考圖1、圖6和圖7，有機(jī)電路元件100、900和950(或者，例如是下面將更詳細(xì)描述的其他有機(jī)電路元件)中的任何一個(gè)都可以用來(lái)調(diào)節(jié)導(dǎo)電核酸材料中第一和第二位置之間的電信號(hào)。在該實(shí)施例中，第一位置可以包括電子供體200，或者可替代地，可以認(rèn)為包括電子供體200和電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)112之間的供體構(gòu)件104上的任何位置。類(lèi)似地，在該實(shí)施例中，第二位置可以包括電子受體220，或者是電子受體220和電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)112之間的受體構(gòu)件106上的任何位置。通過(guò)以合適的方式，例如通過(guò)在電子供體和電子受體之間施加電壓、照射供體和受體、和/或向第一位置提供電子并從第二位置接收電子，使電子從第一位置流動(dòng)到第二位置，可以產(chǎn)生電信號(hào)本身。
通過(guò)改變被插入在第一和第二位置之間的核酸材料中的第三位置處的電勢(shì)，可以實(shí)現(xiàn)第一和第二位置之間的電信號(hào)的調(diào)節(jié)。在圖1、6和7所示的實(shí)施例中，第三位置包括電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)112。通過(guò)選擇與第三位置相連通的電場(chǎng)調(diào)節(jié)器114的多個(gè)狀態(tài)中的一個(gè)狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)靜電勢(shì)的改變，其中每個(gè)狀態(tài)對(duì)應(yīng)于第三位置處的各自的靜電勢(shì)。在圖6和7所示的有機(jī)電路元件900和950的情形中，通過(guò)照射電場(chǎng)調(diào)節(jié)器，可以實(shí)現(xiàn)選擇一個(gè)狀態(tài)。例如，這可以導(dǎo)致負(fù)的靜電勢(shì)被施加到第三位置。在圖1所示的有機(jī)電路元件100的情形中，通過(guò)向電場(chǎng)調(diào)節(jié)器114施加外電勢(shì)，或者更具體地說(shuō)，向電極242施加外電勢(shì)，可以實(shí)現(xiàn)選擇一個(gè)狀態(tài)。這可以包括將至少一個(gè)電子放置在電極242上以向第三位置施加負(fù)的靜電勢(shì)，或者可替代地，從電極242移走至少一個(gè)電子以向第三位置施加正的靜電勢(shì)。電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)112處的負(fù)的靜電勢(shì)會(huì)降低電子從供體構(gòu)件移動(dòng)到受體構(gòu)件的能力，而該結(jié)處的正的靜電勢(shì)會(huì)增強(qiáng)它的這種能力。于是，圖1、6和7中所示的任何電路元件用作調(diào)節(jié)導(dǎo)電核酸材料中第一和第二位置之間的電信號(hào)的裝置，該裝置包括電場(chǎng)調(diào)節(jié)器，其可被操作來(lái)改變第一和第二位置之間插入的核酸材料中第三位置處的靜電勢(shì)。
再參考圖7，在替代實(shí)施例中，可以選擇調(diào)制器發(fā)色團(tuán)246作為電場(chǎng)調(diào)節(jié)器114，從而其吸收與電子供體和電子受體(諸如熒光素和羅丹明)吸收照射的波長(zhǎng)不同的波長(zhǎng)處的照射。在對(duì)調(diào)制器發(fā)色團(tuán)246進(jìn)行選擇性照射時(shí)，在調(diào)制器發(fā)色團(tuán)上電子被激發(fā)到更高的能態(tài)，于是，調(diào)制器發(fā)色團(tuán)產(chǎn)生了導(dǎo)電結(jié)180處導(dǎo)電性或靜電勢(shì)(電壓)的改變。在某些實(shí)施例中，可以在導(dǎo)電結(jié)180處建立負(fù)的靜電勢(shì)，這可以阻止導(dǎo)電性，或者阻止電子通過(guò)導(dǎo)電結(jié)180。在一段時(shí)間過(guò)后，調(diào)制器發(fā)色團(tuán)246可以返回不同的狀態(tài)，例如發(fā)色團(tuán)246中受激電子可以發(fā)射出光子并落回到其基態(tài)，于是使導(dǎo)電結(jié)180處的靜電勢(shì)或?qū)щ娦苑祷仄涑跏贾?或者另一值)。以這種方式，導(dǎo)電結(jié)180可以用作調(diào)節(jié)從供體臂160到受體臂140的信號(hào)或電子流的門(mén)。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)電結(jié)180可以用作門(mén)開(kāi)關(guān)，在調(diào)制器發(fā)色團(tuán)未被照射時(shí)，其可以處于“開(kāi)”狀態(tài)，于是允許電子或信號(hào)從供體臂160流到受體臂140，并且在調(diào)制器發(fā)色團(tuán)246被照射并且其電子被激發(fā)到更高能態(tài)時(shí)，該門(mén)可以處于“關(guān)”狀態(tài)。于是，在這種實(shí)施例中，有機(jī)電路元件100在某些方面表現(xiàn)地類(lèi)似于場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其中電子供體200用作源電極，電子受體220用作漏電極，并且電場(chǎng)調(diào)節(jié)器114(諸如調(diào)制器發(fā)色團(tuán)246)用作柵電極。用作柵電極的電場(chǎng)調(diào)節(jié)器114可以用來(lái)控制從供體臂160經(jīng)過(guò)導(dǎo)電結(jié)180流到受體臂140的電子流的溝道的有效電子直徑。來(lái)自電子供體200(源電極)的電子流被電場(chǎng)調(diào)節(jié)器114施加于導(dǎo)電結(jié)180的電壓或靜電勢(shì)變化有效地控制。施加于導(dǎo)電結(jié)(門(mén))的電壓可以被電子流調(diào)制器240和調(diào)制器臂120調(diào)節(jié)或調(diào)制。通過(guò)以這種方式調(diào)節(jié)“門(mén)開(kāi)關(guān)”的“開(kāi)”和“關(guān)”狀態(tài)以改變導(dǎo)電結(jié)180處的靜電勢(shì)，有機(jī)電路元件100通過(guò)以不同的狀態(tài)來(lái)代表0和1，可以用來(lái)創(chuàng)建、存儲(chǔ)和擦除存儲(chǔ)器。
于是，例如參考圖7，960一般地示出了有機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)。存儲(chǔ)介質(zhì)960包括電場(chǎng)調(diào)節(jié)器114，其具有至少兩個(gè)可選狀態(tài)，每一個(gè)狀態(tài)對(duì)應(yīng)于核酸電路元件的電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)處的各自的電場(chǎng)調(diào)節(jié)程度，每一個(gè)電場(chǎng)調(diào)節(jié)程度對(duì)應(yīng)于各自的數(shù)據(jù)值。在該實(shí)施例中，有機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)960還包括有機(jī)核酸電路元件950，該電路元件又包括供體構(gòu)件104、受體構(gòu)件106和調(diào)節(jié)器構(gòu)件108，其中調(diào)節(jié)器構(gòu)件108與多個(gè)構(gòu)件中的至少一個(gè)構(gòu)件相交(在該實(shí)施例中，與供體構(gòu)件和受體構(gòu)件都相交)，以定義電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)112，以便與電場(chǎng)調(diào)節(jié)器114協(xié)作來(lái)將電場(chǎng)調(diào)節(jié)程度施加到結(jié)，從而代表數(shù)據(jù)值。
在該實(shí)施例中，電場(chǎng)調(diào)節(jié)器的至少兩個(gè)狀態(tài)中每個(gè)狀態(tài)對(duì)應(yīng)于電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)處的各自的靜電勢(shì)。
在本實(shí)施例中，通過(guò)照射電場(chǎng)調(diào)節(jié)器，至少有兩個(gè)狀態(tài)可選擇。更具體地說(shuō)，在該實(shí)施例中，至少兩個(gè)可選狀態(tài)包括發(fā)色團(tuán)246的激發(fā)態(tài)和基態(tài)。例如，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行照射，發(fā)色團(tuán)246可以維持在激發(fā)態(tài)，以代表諸如二進(jìn)制“1”這樣的數(shù)據(jù)值，并且通過(guò)停止這種照射，可以允許其返回基態(tài)，以代表諸如二進(jìn)制“0”這樣的數(shù)據(jù)值。如上所述，當(dāng)發(fā)色團(tuán)處于激發(fā)態(tài)時(shí)，電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)112處的靜電勢(shì)被更改或改變，由此改變了導(dǎo)電結(jié)180處的導(dǎo)電性。如此存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)值然后可以以任何合適的方式來(lái)“讀取”。例如，可以在電子供體200和電子受體220之間施加外電勢(shì)，并且可以測(cè)量得到的電流，表示激發(fā)態(tài)的第一測(cè)量電流值代表二進(jìn)制“1”，代表基態(tài)的第二測(cè)量電流值代表二進(jìn)制“0”。
再參考圖1，一種另外的有機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)可以包括有機(jī)電路元件100，其中通過(guò)向電場(chǎng)調(diào)節(jié)器114(在圖1所示的實(shí)施例中，其包括電極242)施加外電勢(shì)，至少有兩個(gè)狀態(tài)可選擇。
然而，更一般地，如上所述，這種通過(guò)改變電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)處的電場(chǎng)調(diào)節(jié)程度來(lái)調(diào)節(jié)導(dǎo)電核酸材料中電信號(hào)的方法，除了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)之外，還存在許多其他的有用應(yīng)用。
再參考圖1，可以提供這樣一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括有機(jī)電路元件100，并且還包括導(dǎo)電介質(zhì)1190，用于向電子供體200提供傳導(dǎo)電子并接收來(lái)自電子受體220的傳導(dǎo)電子。在一些這樣的實(shí)施例中，當(dāng)諸如電路元件100之類(lèi)的有機(jī)電路元件被包括在導(dǎo)電介質(zhì)1190中時(shí)，電流可以流動(dòng)。導(dǎo)電介質(zhì)1190可以是任何這樣的介質(zhì)其可被操作來(lái)向電子供體200送出電子并接受來(lái)自電子受體220的電子，以提供用于電子從電子供體200通過(guò)供體構(gòu)件104(在該實(shí)施例中，供體臂160)、電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)112(在該實(shí)施例中，包括導(dǎo)電結(jié)180)、受體構(gòu)件106(在該實(shí)施例中，包括受體臂140)、電子受體220流回到電子供體的閉合電路。例如，導(dǎo)電介質(zhì)1190可以包括水溶液，以提供電子供體200和電子受體220之間的傳導(dǎo)。或者，例如導(dǎo)電介質(zhì)1190可以包括導(dǎo)線(xiàn)，或者可以用任何其他合適的導(dǎo)電介質(zhì)來(lái)代替。
再參考圖1，在替代實(shí)施例中，不是所有的多個(gè)構(gòu)件102都必須包括導(dǎo)電的含金屬寡核苷酸雙鏈體。更具體地說(shuō)，臂120、140或160中一個(gè)或多個(gè)臂可以不形成導(dǎo)電的雙鏈體，只要剩余的臂120、140或160中一個(gè)或多個(gè)臂形成了導(dǎo)電雙鏈體。在一個(gè)這樣的實(shí)施例中，供體構(gòu)件104和受體構(gòu)件106可以包括這種導(dǎo)電的含金屬寡核苷酸雙鏈體，而一個(gè)或多個(gè)其他構(gòu)件不包括導(dǎo)電雙鏈體。例如，在供體臂160和受體臂140形成導(dǎo)電雙鏈體時(shí)，調(diào)制器臂120可以具有不會(huì)形成導(dǎo)電雙鏈體的成分。這樣，B-DNA和M-DNA的組合可以被用作臂120、140或160的一部分。例如，包含5-氟尿嘧啶的雙鏈體可以形成M-DNA，而缺少這種堿基的雙鏈體不能形成M-DNA，從而可以如此改變核酸鏈1140、1160和1180的成分，使得供體臂160和受體臂140包含高比例的5-氟尿嘧啶。這樣，可以取決于元件100所經(jīng)歷的條件(規(guī)定臂是由B-DNA還是M-DNA形成)，確定調(diào)制器240對(duì)導(dǎo)電結(jié)180的作用。類(lèi)似地，核酸結(jié)合蛋白質(zhì)可以用于調(diào)制臂120、140和160的導(dǎo)電性。
在替代實(shí)施例中，電子流調(diào)制器240可以能夠吸收或送出來(lái)自導(dǎo)電介質(zhì)的電子，而通過(guò)非導(dǎo)電的調(diào)制器臂120與導(dǎo)電結(jié)180電絕緣。例如，非導(dǎo)電調(diào)制器臂120可以如上所述是在供體臂160和受體臂140上形成導(dǎo)電雙鏈體而調(diào)制器臂120上沒(méi)有形成導(dǎo)電雙鏈體的條件下形成的。
在替代實(shí)施例中，有機(jī)電路元件100可以被構(gòu)建來(lái)提供不同形式的功能。例如，電子受體220可以用作電路元件100的導(dǎo)電性的可檢測(cè)標(biāo)記。例如，電子受體220可以是發(fā)色團(tuán)，其一旦接受電子，就可以發(fā)射出不同的或特征波長(zhǎng)處的光子，從而可以檢測(cè)所發(fā)射的光子。
在替代實(shí)施例中，有機(jī)電路元件可以包括多個(gè)供體臂、受體臂或調(diào)制器臂。
例如，參考圖8，1200一般地示出了根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的有機(jī)電路元件。在該實(shí)施例中，多個(gè)構(gòu)件102包括多個(gè)調(diào)節(jié)器構(gòu)件1220，它們是以這種配置形式形成的其中多個(gè)調(diào)節(jié)器構(gòu)件1220與多個(gè)構(gòu)件102相交，以定義至少一個(gè)電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)112。更具體地說(shuō)，在該實(shí)施例中，有機(jī)電路元件1200包括供體臂160和受體臂140，它們都與多個(gè)電子流調(diào)制器臂1222相交于導(dǎo)電結(jié)180，它們又與各個(gè)電子流調(diào)制器連接。可以按照適當(dāng)?shù)男蛄羞x取用來(lái)形成有機(jī)電路元件1200的寡核苷酸鏈，從而它們可以退火為希望的配置，用來(lái)形成組成調(diào)制器臂1222、供體臂鏈1160和受體臂鏈1140的雙鏈體的每條寡核苷酸鏈通常被反平行對(duì)準(zhǔn)。有利的是，可以使用分離的電子流調(diào)制器M1、M2、M3…，它們每一個(gè)都分別響應(yīng)于不同的條件或信號(hào)，諸如特定波長(zhǎng)的光。這樣，有機(jī)電路元件1200可以被用作檢測(cè)器，來(lái)檢測(cè)特定信號(hào)，諸如生物系統(tǒng)內(nèi)的信號(hào)或條件。
參考圖9，1300一般地示出了根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的有機(jī)電路元件。在該實(shí)施例中，多個(gè)構(gòu)件102包括公共構(gòu)件1302，在該實(shí)施例中該公共構(gòu)件1302包括環(huán)形DNA部分1360。在本實(shí)施例中，供體構(gòu)件104、受體構(gòu)件106和調(diào)節(jié)器構(gòu)件108分別與公共構(gòu)件1302相交于第一、第二和第三位置(結(jié))1320、1340和1380，第三位置1380定義了電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)112。于是，在該實(shí)施例中，供體臂160和受體臂140分別在分離的位置或結(jié)1320和1340處連接到環(huán)形DNA部分1360。同樣，在該實(shí)施例中，第二調(diào)節(jié)器構(gòu)件1304(在該實(shí)施例中，其包括第二調(diào)制器臂1306)與公共構(gòu)件1302相交于第四位置1308，其定義了第二電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)。于是，在該實(shí)施例中，有機(jī)電路元件1300包括與多個(gè)各自的電子流調(diào)制器M1和M2(它們可以相同或不同)相連接的位置1380和1308處的多個(gè)結(jié)。于是，在該實(shí)施例中，至少一個(gè)電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)包括與至少兩個(gè)各自的電場(chǎng)調(diào)節(jié)器電連通的至少兩個(gè)電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)(在位置1308和1380處)，并且通過(guò)選擇這兩個(gè)電場(chǎng)調(diào)節(jié)器中的至少一個(gè)調(diào)節(jié)器的多個(gè)狀態(tài)之一，可以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)或調(diào)制，其中每個(gè)狀態(tài)對(duì)應(yīng)于與兩個(gè)調(diào)節(jié)器中的至少一個(gè)調(diào)節(jié)器相對(duì)應(yīng)的電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)處各自的靜電勢(shì)。
圖10中1500一般地示出了根據(jù)第七實(shí)施例的有機(jī)電路元件。在該實(shí)施例中，至少一個(gè)調(diào)節(jié)器構(gòu)件包括多個(gè)調(diào)節(jié)器構(gòu)件，它們與多個(gè)構(gòu)件102中的其他各個(gè)構(gòu)件相交，以定義多個(gè)各自的電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)。在該實(shí)施例中，每個(gè)這樣的調(diào)節(jié)器構(gòu)件與供體構(gòu)件和受體構(gòu)件之一相交，以定義電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)，而不是與供體構(gòu)件和受體構(gòu)件都相交。更具體地說(shuō)，在該實(shí)施例中，有機(jī)電路元件1500包括第一、第二和第三調(diào)節(jié)器構(gòu)件1502、1504和1506，它們又依次包括各自的調(diào)制器臂1508、1510和1512。在該實(shí)施例中，調(diào)制器臂1508、1510和1512與各自的受體臂1520、1540和1560相交，以定義各自的電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)1514、1516和1518。受體臂1520、1540和1560彼此相交，并且與電子供體臂160相交，以定義導(dǎo)電結(jié)1800。于是，有機(jī)電路元件1500包括多個(gè)電子流調(diào)制器M1、M2、M3以及與多個(gè)受體臂中的每個(gè)受體臂相連接的電子流調(diào)制器臂1508、1510和1512。應(yīng)該理解，在任何電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)1514、1516和1518處的靜電勢(shì)變化也會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)電結(jié)1800處的靜電勢(shì)變化，因此，導(dǎo)電結(jié)1800也可以有效地用作電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)。
注意，根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的有機(jī)電路元件可以被用來(lái)檢測(cè)與電子調(diào)制器臂的單鏈成分同源的特定核酸的存在。例如，可以對(duì)樣本中的核酸標(biāo)記，以使其包括電子流調(diào)制器(諸如熒光素)，并且可以將該樣本與具有單鏈電子調(diào)制器臂的有機(jī)電路元件混合，從而如果在該樣本中存在與單鏈調(diào)制器臂同源的核酸，則其將雜交。在雜交之后，可以調(diào)整條件來(lái)幫助在電子調(diào)制器臂中形成導(dǎo)電雙鏈體，以使得附著到樣本核酸的標(biāo)記與有機(jī)電路元件的其他部分電連通。通過(guò)電子供體臂和電子受體臂之間導(dǎo)電性的變化，可以檢測(cè)到電路元件中導(dǎo)電的電子調(diào)制器臂的存在。
雖然這里公開(kāi)了本發(fā)明的各種實(shí)施例，但是根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知常識(shí)，在不脫離本發(fā)明范圍的前提下，可以做出許多改編和修改。這種修改包括用公知的等同物來(lái)代替本發(fā)明的任何方面，以便以基本相同的方式獲得相同的結(jié)果。數(shù)字的范圍包括定義該范圍的數(shù)字在內(nèi)。在說(shuō)明書(shū)中，“包括”一詞被用作無(wú)限制的術(shù)語(yǔ)，其基本上等同于“包括但不限于”這一短語(yǔ)。這里引用的參考文獻(xiàn)不應(yīng)該被解釋為這些參考文獻(xiàn)是本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)。在本說(shuō)明書(shū)中引用的所有出版物(包括但不限于專(zhuān)利和專(zhuān)利申請(qǐng))一并在此用作參考，就如同每個(gè)單獨(dú)的出版物被具體且單獨(dú)地結(jié)合于此用作參考，相當(dāng)于在這里完全闡述了它們。本發(fā)明包括但不限于上文參考示例和附圖所描述的所有實(shí)施例及其變體。更一般地，雖然已經(jīng)描述并圖示了本發(fā)明的具體實(shí)施例，但是應(yīng)該認(rèn)為這些實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的例證，而不是限制本發(fā)明，應(yīng)該根據(jù)所附權(quán)利要求來(lái)解釋本發(fā)明。
示例摘要在該示例中，在pH值大約為8.5時(shí)，在雙鏈體DNA和二價(jià)金屬離子之間形成M-DNA絡(luò)合物。通過(guò)在一端附著熒光素，而在另一端附著蒽醌，制備了30個(gè)堿基對(duì)的線(xiàn)性雙鏈體。在與M-DNA(而不是B-DNA)相對(duì)應(yīng)的條件下，蒽醌抑制了來(lái)自熒光素的熒光發(fā)射。這種抑制被如下的化學(xué)還原所阻擋使用NaBH4將蒽醌還原為二氫蒽醌，而二氫蒽醌不是電子受體。當(dāng)對(duì)苯二酚暴露在氧氣中而被再氧化時(shí)，恢復(fù)了抑制作用。在90個(gè)堿基對(duì)的Y分支雙鏈體(其中羅丹明或蒽醌附著到兩條剩余臂中的一條臂)中也觀察到了對(duì)熒光素?zé)晒獾囊种?。于是，與先前對(duì)B-DNA樣本的報(bào)道結(jié)果相反，在雙鏈體中，結(jié)的存在不會(huì)阻止電子轉(zhuǎn)移過(guò)程。在Y分支雙鏈體中，通過(guò)蒽醌基團(tuán)的還原，可以調(diào)制熒光素?zé)晒?，這模仿了簡(jiǎn)單的化學(xué)開(kāi)關(guān)。因此，M-DNA可能具有用在開(kāi)發(fā)納米電子器件中的非凡潛力。
詳細(xì)描述諸如蒽醌(15、26～28)(及其衍生物)之類(lèi)的染料通過(guò)(在其激發(fā)態(tài))被用作來(lái)自鳥(niǎo)嘌呤的電子受體，已經(jīng)被廣泛用來(lái)探測(cè)DNA中發(fā)生的電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程；然而，還沒(méi)有在被DNA雙鏈體隔開(kāi)的供體/受體組合中對(duì)它們進(jìn)行研究。這些染料以及相關(guān)的生物學(xué)上很重要的醌類(lèi)由于緊密涉及電子傳輸和光合途徑，所以人們對(duì)其特別感興趣，并且在開(kāi)發(fā)光合模擬過(guò)程中對(duì)其進(jìn)行了研究(29)。這里，我們報(bào)道M-DNA(使用30個(gè)堿基對(duì)的線(xiàn)性雙鏈體)中的蒽醌對(duì)熒光素的熒光抑制的研究結(jié)果。觀察到蒽醌在兩種結(jié)構(gòu)的M-DNA條件下都抑制熒光素的熒光；然而，當(dāng)蒽醌染料還原為對(duì)苯二酚時(shí)(圖11a)，抑制作用大大減弱。實(shí)際上，電子轉(zhuǎn)移過(guò)程被受體基團(tuán)的化學(xué)還原阻擋。
可以從3個(gè)具有適當(dāng)?shù)幕パa(bǔ)段的不同的單鏈來(lái)構(gòu)建分支的雙鏈體，如圖11b所示。先前的研究已經(jīng)表明分支雙鏈體是Y型的分子，其具有基本上位于同一平面的三個(gè)臂，并且每個(gè)臂之間的角度相等(30、31)。金屬陽(yáng)離子的加入不會(huì)導(dǎo)致4向結(jié)中觀察到的螺旋-螺旋堆疊，3向結(jié)而是保持伸展的y型構(gòu)象(30、31)。在B-DNA中，這些結(jié)通常導(dǎo)致較低效率的電子轉(zhuǎn)移(32～34)。這里，觀察到在熒光素與受體蒽醌和/或羅丹明之間通過(guò)Y分支的結(jié)發(fā)生了高效的電子轉(zhuǎn)移。
材料和方法首先使用30個(gè)堿基對(duì)序列來(lái)進(jìn)行熒光測(cè)量，以便估計(jì)蒽醌(AQ)作為熒光抑制劑的效率。三條60個(gè)堿基的單鏈被用來(lái)形成雙鏈體，該雙鏈體總共具有90個(gè)堿基對(duì)，且包含Y結(jié)(見(jiàn)下文)，這允許了許多供體-受體組合。在表1中給出了該研究中所使用的序列。通過(guò)在暗處，在65℃下，在10mM Tris-HCl(pH為8)和10mMNaCl中將這三條單鏈溫育兩個(gè)小時(shí)，隨后慢慢冷卻至室溫(31)，來(lái)制備這種y結(jié)。對(duì)Y分支的雙鏈體的瓊脂凝膠(4％)電泳證實(shí)形成了一種單獨(dú)的種類(lèi)，其具有與110～124個(gè)堿基對(duì)相對(duì)應(yīng)的遷移率(未示出數(shù)據(jù))。這與先前的報(bào)道相一致，并且表明Y型結(jié)構(gòu)延緩了雙鏈體的遷移(31)。
供體鏈在5’位置處被標(biāo)記了5-羧基熒光素(Fl)，并且互補(bǔ)(受體)鏈在5’位置處被標(biāo)記了2-蒽醌羧基(Aldrich)或5(6)-羧基四甲基羅丹明(Rh)。使用標(biāo)準(zhǔn)的6-氨基己基連接體來(lái)共價(jià)連接染料分子。如果必須的話(huà)，在連接之前將羧酸衍生物轉(zhuǎn)化為活性酯。序列是從Calgary Regional DNA Synthesis Facility或National ResearchCouncil Plant Biotechnology Institute的DNA/Peptide SynthesisLab(Saskatoon)得到的。除非另有說(shuō)明，都是在20mM Tris-HCl緩沖劑(對(duì)B-DNA而言pH值是7.5，對(duì)M-DNA而言pH值是8.5)的條件下，在1.5μM(以堿基計(jì))的DNA濃度下，使用Hitachi的F2500型號(hào)的熒光計(jì)來(lái)進(jìn)行熒光測(cè)量。熒光素在490nm處被激發(fā)，并且記錄500～800nm的發(fā)射譜。通過(guò)加入20mM的ZnCl2母液至最終濃度為0.2mM，來(lái)完成向M-DNA的轉(zhuǎn)化(24)。
使用0.5mM的NaBH4母液(在還原之前現(xiàn)配制)來(lái)實(shí)現(xiàn)AQ的還原(35)。簡(jiǎn)而言之，NaBH4母液被加到150μM(以堿基計(jì))的AQ標(biāo)記單鏈DNA的溶液中，并且在室溫下溫育兩小時(shí)。然后，還原后的鏈與互補(bǔ)的熒光素標(biāo)記單鏈相雜交，以產(chǎn)生熒光素/二氫蒽醌標(biāo)記雙鏈體。作為對(duì)照實(shí)驗(yàn)，熒光素標(biāo)記單鏈以及熒光素/二氫蒽醌標(biāo)記雙鏈體還都經(jīng)歷相同的還原過(guò)程。如果必須的話(huà)，通過(guò)吹最少30分鐘的氮?dú)?，?lái)對(duì)樣本進(jìn)行去氧化。
為了確保上述過(guò)程能導(dǎo)致AQ基團(tuán)的還原，在pH值為8.0的10mMTris-HCl、10mM NaCl緩沖劑中使用34μM的2-蒽醌N-羥基琥珀酰亞胺酯(AQ-NHS)來(lái)進(jìn)行相同的過(guò)程。在還原之前，對(duì)該溶液吹半小時(shí)氮?dú)?，以除去氣體。使用0.5M的NaNH4至最終濃度為1.9mM，進(jìn)行還原。在還原過(guò)程之前以及之后，利用Gilford 600光譜儀來(lái)測(cè)量紫外-可見(jiàn)光吸收譜。最后，為了確定還原過(guò)程是否對(duì)鏈本身造成損壞，使用20％聚丙烯酰胺凝膠來(lái)對(duì)還原后的FI-30-AQ雙鏈體進(jìn)行聚丙烯酰胺凝膠電泳(PAGE)分析。
結(jié)果和分析圖12示出了在還原之前和之后以及再氧化時(shí)的AQ-NHS(在去氧化的緩沖溶液中)的吸收譜。在加入了3mM的NaBH4時(shí)，335nm處的特征吸收消失，而在388nm處出現(xiàn)新的吸收，其對(duì)應(yīng)于對(duì)苯二酚(35)。正如所期望的一樣，對(duì)苯二酚在暴露在氧氣中時(shí)可以被再氧化為蒽醌(36)。不幸的是，由于需要高濃度的DNA，因此不能使用AQ標(biāo)記DNA來(lái)進(jìn)行類(lèi)似的實(shí)驗(yàn)。然而，可以預(yù)期，還原將不會(huì)受到DNA附著物的影響。
為了確保NaBH4的加入不會(huì)造成對(duì)DNA的損壞，進(jìn)行了許多對(duì)照實(shí)驗(yàn)。圖13圖示了對(duì)還原后以及天然Fl-30-Aq雙鏈體的PAGE分析結(jié)果。在所有情形中，F(xiàn)l-30-Aq雙鏈體的遷移與相應(yīng)的DNA標(biāo)記很好地比較。通過(guò)將凝膠的泳道5(0mM的NaBH4)與泳道3和4(分別是2.5和25mM的NaBH4)相比較，可以看到，還原過(guò)程不會(huì)對(duì)標(biāo)記單鏈造成任何損壞；具體地說(shuō)，未處理的和處理過(guò)的雙鏈體都遷移至相同的水平。另外，比較泳道3和6，可以看到，與雜交(泳道3)之前相反，雜交之后的蒽醌的還原也不會(huì)對(duì)雙鏈體本身造成任何損壞。
類(lèi)似地，溴化乙錠熒光試驗(yàn)表明了溴乙非啶與處理過(guò)的雙鏈體的結(jié)合水平和其與未處理的DNA的結(jié)合水平相同。對(duì)雙鏈體的任何損壞都會(huì)造成由于結(jié)合的減少而導(dǎo)致的熒光損失，而實(shí)際上沒(méi)有觀察的這種現(xiàn)象。最終，在利用NaBH4處理時(shí)，熒光素和羅丹明的熒光激發(fā)和發(fā)射譜保持不變，這表明加入NaBH4不會(huì)造成它們的還原。
在形成M-DNA時(shí)，蒽醌基團(tuán)附著到熒光素標(biāo)記的30-mer導(dǎo)致對(duì)熒光素?zé)晒獾姆浅４蟮囊种?，如?所示。在用來(lái)形成M-DNA的標(biāo)準(zhǔn)條件下(24)，即0.2mM的Zn2+濃度，羅丹明和蒽醌分別將來(lái)自熒光素的熒光抑制為86％和59％。如先前所觀察到的一樣(24、37)，抑制的程度取決于受體的本質(zhì)以及從下面可以看到的雙鏈體長(zhǎng)度。由于在熒光素和蒽醌之間缺乏譜重疊(見(jiàn)圖12)，所以共振能量轉(zhuǎn)移這種機(jī)制不能用于激發(fā)態(tài)熒光素的去激發(fā)(38)。另外，考慮到熒光素作為電子供體(E°0x＝0.96V(39)，ΔE0，0＝2.46eV)以及蒽醌作為電子受體(E°Red＝-0.94V)(40)時(shí)的氧化還原電勢(shì)，Rehm-Weller方程(41)預(yù)測(cè)了釋放能量地有利電子轉(zhuǎn)移過(guò)程，其ΔG＝-0.56eV。實(shí)際上，使用熒光抑制和DSR方法，先前已經(jīng)觀察到從熒光素到蒽醌的光致電子轉(zhuǎn)移(42)。在這種二分體中，觀察到蒽醌將來(lái)自熒光素的熒光抑制了98％，這是由于kET＝4×109s-1的電子轉(zhuǎn)移。因此，M-DNA系統(tǒng)中蒽醌的化學(xué)還原會(huì)導(dǎo)致熒光素的熒光抑制的減小，因?yàn)槠鋵⒉辉倌軌蚪邮軓臒晒馑剞D(zhuǎn)移過(guò)來(lái)的電子。
圖14示出了確實(shí)是這種情形隨著硼氫化物濃度的增加，來(lái)自熒光素的歸一化強(qiáng)度增加。作為控制，以相同的方式將利用熒光素標(biāo)記的雙鏈體(Fl-30)以及利用熒光素和羅丹明標(biāo)記的雙鏈體(Fl-30-Rh)處理為Fl-30-AQ雙鏈體。如表2所示，對(duì)于Fl-30雙鏈體，沒(méi)有觀察到任何效果，并且從熒光素的發(fā)射沒(méi)有改變。類(lèi)似地，也觀察到對(duì)Fl-30-Rh雙鏈體的抑制沒(méi)有被還原過(guò)程改變。表2中給出的結(jié)果表明了由2.5mM的NaBH4所引起的AQ的還原導(dǎo)致了歸一化熒光從0.41±0.04(未還原的Fl-30-AQ)增加到0.71±0.01(還原后的Fl-30-AQ)。如對(duì)緩沖劑中的AQ-NHS觀察到的一樣，利用氧氣，NaBH4對(duì)Fl-30-AQ雙鏈體的效果是可逆的。當(dāng)還原后的樣本被有意暴露到空氣(即，氧氣)中時(shí)，歸一化熒光降低到0.42±0.03。
為了能夠從DNA設(shè)計(jì)更復(fù)雜的偽電子器件，不僅必須合成分支結(jié)構(gòu)，而且還必須通過(guò)所得到的結(jié)來(lái)支配電子轉(zhuǎn)移。從三個(gè)互補(bǔ)的60堿基寡核苷酸制備90個(gè)堿基對(duì)的Y分支三向DNA結(jié)，從而該結(jié)的每個(gè)臂都是30個(gè)堿基對(duì)的雙鏈體。表3給出了在M-DNA條件下對(duì)Y分支DNA雙鏈體的各種供體-受體組合所觀察到的歸一化熒光。一個(gè)供體與兩個(gè)受體的組合導(dǎo)致最大量的抑制，而不管這兩個(gè)受體的組合如何，即，可以是兩個(gè)羅丹明基團(tuán)(58％)或是一個(gè)羅丹明和一個(gè)蒽醌(63％)，并且這與對(duì)54個(gè)堿基對(duì)的熒光素/羅丹明標(biāo)記非分支雙鏈體所觀察到的結(jié)果相當(dāng)(57％(24))。這意味著在M-DNA中抑制機(jī)制，具體地說(shuō)是電子轉(zhuǎn)移決不會(huì)被分支的結(jié)所妨礙。相反，在B-DNA中，通過(guò)未堆疊的堿基或者通過(guò)分支或結(jié)的電荷轉(zhuǎn)移要么被妨礙(32～34)，要么就根本不發(fā)生(43)。
對(duì)于單個(gè)受體的情形，觀察到稍小的抑制(平均為36％)，這一結(jié)果與對(duì)兩個(gè)受體分子所獲得的結(jié)果相結(jié)合，可以得到兩點(diǎn)啟示。第一點(diǎn)啟示是考慮兩個(gè)受體分子的情形，去往任一受體臂的電子轉(zhuǎn)移概率是相等的。然而，第二個(gè)結(jié)果(即，對(duì)單個(gè)受體所觀察到的抑制小于對(duì)兩個(gè)受體所觀察到的抑制的一半)表明在一個(gè)受體分子的情形中，去往受體標(biāo)記臂的轉(zhuǎn)移概率增加。如果去往未標(biāo)記臂的轉(zhuǎn)移概率是0，則可以預(yù)期，所觀察到的抑制將還會(huì)類(lèi)似于對(duì)雙標(biāo)記的54個(gè)堿基對(duì)的未分支雙鏈體所觀察到的抑制。然而，如果去往未標(biāo)記臂的電子轉(zhuǎn)移概率相等，則這就引出了這樣的問(wèn)題一旦電子到達(dá)未標(biāo)記臂，那么它的命運(yùn)將如何？或者是，在單個(gè)受體分子的情形中，由于尚未考慮的量子效應(yīng)，熒光素送出電子的概率減小了嗎？無(wú)論怎樣回答這些問(wèn)題，結(jié)果都會(huì)表明這些系統(tǒng)應(yīng)用到分子級(jí)電子器件設(shè)計(jì)中的巨大潛力。
在Y分支雙鏈體中，蒽醌將熒光素抑制23％，與此相比，羅丹明平均抑制了38％(無(wú)論哪條鏈具有供體和受體發(fā)色團(tuán))。因此，對(duì)于30個(gè)堿基對(duì)的雙鏈體，在Y分支DNA雙鏈體中，蒽醌作為受體的效率不如羅丹明。不過(guò)，NaBH4的加入還是導(dǎo)致了從熒光素的熒光發(fā)射的增加，即，抑制機(jī)制又被阻擋，歸一化發(fā)射增至接近1。對(duì)于雙標(biāo)記系統(tǒng)，NaBH4的加入導(dǎo)致抑制從63％降低為38％。這提供了這樣一種裝置其調(diào)制來(lái)自Y分支雙鏈體的熒光，相當(dāng)于模仿經(jīng)典的由源極、柵極和漏極組成的晶體管。源電極和漏電極被半導(dǎo)體的溝道隔開(kāi)，橫跨溝道的電勢(shì)由柵極電壓控制。在Y分支雙鏈體中，熒光素標(biāo)記的臂用作源極，并且羅丹明標(biāo)記的臂可以臂當(dāng)作漏極，而蒽醌標(biāo)記的臂用作柵極。蒽醌基團(tuán)的狀態(tài)(即，還原或未還原)提供了調(diào)制所得到的信號(hào)的裝置，在這種情形中，所得到的信號(hào)是來(lái)自熒光素的發(fā)射強(qiáng)度。
表130堿基對(duì)和60堿基對(duì)序列

表230個(gè)堿基對(duì)的DNA雙鏈體的各種供體-受體組合的歸一化熒光(λEm＝520nm)；[Zn2+]＝0.2mM、pH值8.5、20mM Tris-HCl緩沖劑。

表3Y分支的DNA結(jié)的各種供體-受體組合的歸一化熒光(λEm＝520nm)；[Zn2+]＝0.2mM、pH值8.5、20mM Tris-HCl緩沖劑。

結(jié)論被共價(jià)附著到DNA上的蒽醌已經(jīng)被證實(shí)是M-DNA系統(tǒng)中來(lái)自熒光素的熒光的高效抑制劑。通過(guò)Y分支結(jié)，在60個(gè)堿基對(duì)的距離上觀察到了良好的抑制。因此，如先前已經(jīng)建議的那樣(9、23、24)，M-DNA構(gòu)造提供了DNA中用于高效傳導(dǎo)的改進(jìn)路徑，這是納米級(jí)電子器件的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵方面。來(lái)自熒光素的發(fā)射強(qiáng)度被蒽醌基團(tuán)的化學(xué)還原調(diào)制，通過(guò)利用氧氣的再氧化，這種還原是可逆的，這樣，就提供了一種樣本化學(xué)開(kāi)關(guān)。將這些結(jié)果應(yīng)用到包含1個(gè)供體和兩個(gè)受體的Y分支結(jié)中，導(dǎo)致了光學(xué)地模仿電子晶體管的系統(tǒng)。這樣，這些系統(tǒng)是進(jìn)一步開(kāi)發(fā)更復(fù)雜的納米電子器件的關(guān)鍵的第一步。
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ID＝Fl-30<400>1gtggctaact acgcattcca cgaccaaatg 30<210>2<211>30<212>DNA<213>人工序列<220>
<223>用在估計(jì)蒽醌(AQ)作為熒光抑制劑的效率的熒光測(cè)量中的30堿基對(duì)序列。
ID＝AQ-30/Rh-30<400>2catttggtcg tggaatgcgt agttagccac 30<210>3<211>60<212>DNA<213>人工序列<220>
<223>用于形成雙鏈體的60堿基單鏈，或總大小為90堿基對(duì)，含有Y結(jié)。
ID＝X<400>3gcctagcatg gactagcgaa ttcccgctct tctcaactct agactcgagg ttcctgtcgc 60<210>4<211>60<212>DNA<213>人工序列<220>
<223>用于形成雙鏈體的60堿基單鏈，或總大小為90堿基對(duì)，含有Y結(jié)。
ID＝Y(jié)<400>4gcgtagccta cggactgaag cttagcagcg agagcgggaa ttcgctagtc catgctaggc 60<210>5
PA053514-DNA序列表<211>60<212>DNA<213>人工序列<220>
<223>用于形成雙鏈體的60堿基單鏈，或總大小為90堿基對(duì)，含有Y結(jié)。
ID＝Z<400>5gcgacaggaa cctcgagtct agagttgaga cgctgctaag cttcagtccg taggctacgc 60
權(quán)利要求
1.一種有機(jī)電路元件，包括a)多個(gè)構(gòu)件，其中每個(gè)構(gòu)件均包括寡核苷酸雙鏈體，所述多個(gè)構(gòu)件包括i)至少一個(gè)供體構(gòu)件，用于接收來(lái)自電子供體的傳導(dǎo)電子；ii)至少一個(gè)受體構(gòu)件，用于與電子受體相連通以提供吸引所述傳導(dǎo)電子的區(qū)域；和iii)至少一個(gè)調(diào)節(jié)器構(gòu)件，其與所述多個(gè)構(gòu)件中的至少一個(gè)構(gòu)件相交，以定義至少一個(gè)電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)，用于與電場(chǎng)調(diào)節(jié)器相協(xié)作來(lái)調(diào)節(jié)所述結(jié)處的電場(chǎng)；其中所述電子供體或電子受體適于被可逆地化學(xué)修飾，以在保留所述電路元件的導(dǎo)電性的條件下，改變所述有機(jī)電路元件的導(dǎo)電性。
2.如權(quán)利要求1所述的有機(jī)電路元件，其特征在于所述構(gòu)件中的至少一些構(gòu)件包括導(dǎo)電的含金屬寡核苷酸雙鏈體。
3.如權(quán)利要求1所述的有機(jī)電路元件，其特征在于所述構(gòu)件中的每一個(gè)構(gòu)件都包括導(dǎo)電的含金屬寡核苷酸雙鏈體。
4.如權(quán)利要求1所述的有機(jī)電路元件，其特征在于所述至少一個(gè)供體構(gòu)件和所述至少一個(gè)受體構(gòu)件中的每一個(gè)都包括導(dǎo)電的含金屬寡核苷酸雙鏈體。
5.如權(quán)利要求2所述的有機(jī)電路元件，其特征在于還包括與所述供體構(gòu)件電連通的所述電子供體。
6.如權(quán)利要求2所述的有機(jī)電路元件，其特征在于還包括與所述受體構(gòu)件電連通的所述電子受體。
7.如權(quán)利要求2所述的有機(jī)電路元件，其特征在于還包括與所述調(diào)節(jié)器構(gòu)件電連通的所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器。
8.如權(quán)利要求7所述的有機(jī)電路元件，其特征在于還包括與所述供體構(gòu)件電連通的所述電子供體，以及與所述受體構(gòu)件電連通的所述電子受體。
9.如權(quán)利要求2所述的有機(jī)電路元件，其特征在于所述供體構(gòu)件、所述受體構(gòu)件和所述調(diào)節(jié)器構(gòu)件相交，以定義所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)。
10.如權(quán)利要求2所述的有機(jī)電路元件，其特征在于所述調(diào)節(jié)器構(gòu)件與所述供體構(gòu)件和所述受體構(gòu)件之一相交，以定義所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)。
11.如權(quán)利要求2所述的有機(jī)電路元件，其特征在于所述多個(gè)構(gòu)件包括公共構(gòu)件，并且所述供體構(gòu)件、所述受體構(gòu)件和所述調(diào)節(jié)器構(gòu)件分別與所述公共構(gòu)件相交于第一、第二和第三位置處，所述第三位置定義所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)。
12.如權(quán)利要求2所述的有機(jī)電路元件，其特征在于所述至少一個(gè)調(diào)節(jié)器構(gòu)件包括多個(gè)調(diào)節(jié)器構(gòu)件，所述多個(gè)調(diào)節(jié)器構(gòu)件與所述多個(gè)構(gòu)件中其他的各個(gè)構(gòu)件相交，以定義至少一個(gè)電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)。
13.如權(quán)利要求2所述的有機(jī)電路元件，其特征在于所述導(dǎo)電的含金屬寡核苷酸雙鏈體包括第一核酸鏈和第二核酸鏈，所述第一和第二核酸鏈分別包括由主鏈共價(jià)連接的多個(gè)含氮芳族堿基，所述第一核酸鏈的所述含氮芳族堿基通過(guò)氫鍵與所述第二核酸鏈的所述含氮芳族堿基結(jié)合，所述第一和第二核酸鏈上的所述含氮芳族堿基形成了沿所述導(dǎo)電的含金屬寡核苷酸雙鏈體的長(zhǎng)度方向的堆疊排列形式的氫鍵結(jié)合堿基對(duì)，所述氫鍵結(jié)合堿基對(duì)包括與所述含氮芳族堿基之一中的氮原子配位的螯合金屬陽(yáng)離子。
14.如權(quán)利要求13所述的有機(jī)電路元件，其特征在于所述螯合金屬陽(yáng)離子包括螯合二價(jià)金屬陽(yáng)離子。
15.如權(quán)利要求14所述的有機(jī)電路元件，其特征在于所述二價(jià)金屬陽(yáng)離子是從由鋅、鈷和鎳組成的組中選取的。
16.如權(quán)利要求13所述的有機(jī)電路元件，其特征在于所述金屬陽(yáng)離子是從由下列金屬的陽(yáng)離子組成的組中選取的Li、Be、Na、Mg、Al、K、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、As、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Cs、Ba、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg、Tl、Pb、Bi、Po、Fr、Ra、Ac、Th、Pa、U、Np和Pu。
17.如權(quán)利要求14所述的有機(jī)電路元件，其特征在于所述第一和第二核酸鏈包括脫氧核糖核酸，并且所述含氮芳族堿基是從由腺嘌呤、胸腺嘧啶、鳥(niǎo)嘌呤和胞嘧啶組成的組中選取的。
18.如權(quán)利要求14所述的有機(jī)電路元件，其特征在于所述二價(jià)金屬陽(yáng)離子代替了所述含氮芳族堿基的亞胺質(zhì)子，并且所述含氮芳族堿基是從由胸腺嘧啶和鳥(niǎo)嘌呤組成的組中選取的。
19.如權(quán)利要求14所述的有機(jī)電路元件，其特征在于所述含氮芳族堿基中的至少一個(gè)包括胸腺嘧啶，其具有N3氮原子，并且所述二價(jià)金屬陽(yáng)離子與所述N3氮原子配位。
20.如權(quán)利要求14所述的有機(jī)電路元件，其特征在于所述含氮芳族堿基中的至少一個(gè)包括鳥(niǎo)嘌呤，其具有N1氮原子，并且所述二價(jià)金屬陽(yáng)離子與所述Nl氮原子配位。
21.如權(quán)利要求8所述的有機(jī)電路元件，其特征在于所述電子供體包括可被操作來(lái)向所述供體構(gòu)件送出電子的電極。
22.如權(quán)利要求8所述的有機(jī)電路元件，其特征在于所述電子受體包括可被操作來(lái)從所述受體構(gòu)件接受電子的電極。
23.如權(quán)利要求8所述的有機(jī)電路元件，其特征在于所述電子供體包括能夠向所述供體構(gòu)件送出電子的電子供體分子。
24.如權(quán)利要求23所述的有機(jī)電路元件，其特征在于所述電子供體分子包括熒光分子。
25.如權(quán)利要求24所述的有機(jī)電路元件，其特征在于所述電子供體分子包括熒光素。
26.如權(quán)利要求8所述的有機(jī)電路元件，其特征在于所述電子受體包括能夠從所述受體構(gòu)件接受電子的電子受體分子。
27.如權(quán)利要求26所述的有機(jī)電路元件，其特征在于所述電子受體分子包括熒光分子。
28.如權(quán)利要求27所述的有機(jī)電路元件，其特征在于所述電子受體分子包括羅丹明。
29.如權(quán)利要求8所述的有機(jī)電路元件，其特征在于所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器包括調(diào)節(jié)器發(fā)色團(tuán)。
30.如權(quán)利要求8所述的有機(jī)電路元件，其特征在于所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器包括熒光分子。
31.如權(quán)利要求8所述的有機(jī)電路元件，其特征在于所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器包括熒光素。
32.如權(quán)利要求8所述的有機(jī)電路元件，其特征在于所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器包括羅丹明。
33.如權(quán)利要求29所述的有機(jī)電路元件，其特征在于所述調(diào)節(jié)器發(fā)色團(tuán)吸收一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的輻射。
34.如權(quán)利要求8所述的有機(jī)電路元件，其特征在于所述電子受體包括可被操作來(lái)響應(yīng)于從所述受體構(gòu)件接受到電子而發(fā)射一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的輻射的發(fā)色團(tuán)。
35.如權(quán)利要求8所述的有機(jī)電路元件，其特征在于所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器包括電極。
36.如權(quán)利要求8所述的有機(jī)電路元件，其特征在于所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器包括多個(gè)狀態(tài)，所述多個(gè)狀態(tài)中的每個(gè)狀態(tài)可被選擇來(lái)產(chǎn)生所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)處的各自的靜電勢(shì)。
37.如權(quán)利要求36所述的有機(jī)電路元件，其特征在于所述狀態(tài)是響應(yīng)于所施加的外電勢(shì)而可選擇的。
38.一種包括如權(quán)利要求8所述的有機(jī)電路元件的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括導(dǎo)電介質(zhì)，用于向所述電子供體提供傳導(dǎo)電子并接收來(lái)自所述電子受體的傳導(dǎo)電子。
39.如權(quán)利要求38所述的系統(tǒng)，其特征在于所述導(dǎo)電介質(zhì)可被操作來(lái)向所述電子供體送出電子，并且接受來(lái)自所述電子受體的電子，以提供電子從所述電子供體通過(guò)所述供體構(gòu)件、所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)、所述受體構(gòu)件、所述電子受體并流回所述電子供體的閉合電路。
40.如權(quán)利要求39所述的系統(tǒng)，其特征在于所述導(dǎo)電介質(zhì)包括水溶液。
41.如權(quán)利要求39所述的系統(tǒng)，其特征在于所述導(dǎo)電介質(zhì)包括導(dǎo)線(xiàn)。
42.一種制造有機(jī)電路元件的方法，該方法包括對(duì)多個(gè)寡核苷酸進(jìn)行退火和處理以形成多個(gè)構(gòu)件，所述多個(gè)構(gòu)件中的每個(gè)構(gòu)件都包括被對(duì)準(zhǔn)以形成雙鏈體部分的一對(duì)所述寡核苷酸，所述多個(gè)構(gòu)件包括a)至少一個(gè)供體構(gòu)件，用于接收來(lái)自電子供體的傳導(dǎo)電子；b)至少一個(gè)受體構(gòu)件，用于與電子受體相連通以提供吸引所述傳導(dǎo)電子的區(qū)域；和c)至少一個(gè)調(diào)節(jié)器構(gòu)件，其與所述多個(gè)構(gòu)件中的至少一個(gè)構(gòu)件相交，以定義至少一個(gè)電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)，用于與電場(chǎng)調(diào)節(jié)器相協(xié)作來(lái)調(diào)節(jié)所述結(jié)處的電場(chǎng)。
43.如權(quán)利要求42所述的方法，其特征在于還包括放置與所述供體構(gòu)件電連通的所述電子供體。
44.如權(quán)利要求42所述的方法，其特征在于還包括放置與所述受體構(gòu)件電連通的所述電子受體。
45.如權(quán)利要求42所述的方法，其特征在于還包括放置與所述調(diào)節(jié)器構(gòu)件電連通的所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器。
46.如權(quán)利要求45所述的方法，其特征在于還包括放置分別與所述供體構(gòu)件和所述受體構(gòu)件電連通的所述電子供體和所述電子受體。
47.如權(quán)利要求42所述的方法，其特征在于退火和處理包括對(duì)所述多個(gè)寡核苷酸進(jìn)行退火和處理以形成如下配置的所述多個(gè)構(gòu)件其中所述供體構(gòu)件、所述受體構(gòu)件和所述調(diào)節(jié)器構(gòu)件相交，以定義所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)。
48.如權(quán)利要求42所述的方法，其特征在于退火和處理包括對(duì)所述多個(gè)寡核苷酸進(jìn)行退火和處理以形成如下配置的所述多個(gè)構(gòu)件其中所述調(diào)節(jié)器構(gòu)件與所述供體構(gòu)件和所述受體構(gòu)件之一相交，以定義所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)。
49.如權(quán)利要求42所述的方法，其特征在于所述多個(gè)構(gòu)件包括公共構(gòu)件，并且退火和處理包括對(duì)所述多個(gè)寡核苷酸進(jìn)行退火和處理以形成如下配置的所述多個(gè)構(gòu)件其中所述供體構(gòu)件、所述受體構(gòu)件和所述調(diào)節(jié)器構(gòu)件分別與所述公共構(gòu)件相交于第一、第二和第三位置處，所述第三位置定義所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)。
50.如權(quán)利要求42所述的方法，其特征在于所述多個(gè)構(gòu)件包括多個(gè)調(diào)節(jié)器構(gòu)件，并且退火和處理包括對(duì)所述多個(gè)寡核苷酸進(jìn)行退火和處理以形成如下配置的所述多個(gè)構(gòu)件其中所述多個(gè)調(diào)節(jié)器構(gòu)件與所述多個(gè)構(gòu)件相交，以定義至少一個(gè)電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)。
51.如權(quán)利要求42所述的方法，其特征在于退火包括在對(duì)形成所述雙鏈體部分有效的條件下對(duì)所述多個(gè)寡核苷酸進(jìn)行退火，并且處理包括在對(duì)形成所述至少一個(gè)電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)有效的條件下對(duì)所述多個(gè)寡核苷酸進(jìn)行處理。
52.如權(quán)利要求42所述的方法，其特征在于所述寡核苷酸包括由主鏈共價(jià)連接的多個(gè)含氮芳族堿基。
53.如權(quán)利要求52所述的方法，其特征在于所述寡核苷酸包括這樣的脫氧核糖核酸，其包括從由腺嘌呤、胸腺嘧啶、鳥(niǎo)嘌呤、胞嘧啶和尿嘧啶組成的組中選取的含氮芳族堿基。
54.如權(quán)利要求52所述的方法，其特征在于所述雙鏈體部分包括導(dǎo)電的含金屬寡核苷酸雙鏈體部分，所述導(dǎo)電的含金屬寡核苷酸雙鏈體部分包括所述寡核苷酸的第一鏈和第二鏈，所述第一鏈的所述含氮芳族堿基通過(guò)氫鍵與所述第二鏈的所述含氮芳族堿基結(jié)合，所述第一和第二鏈上的所述含氮芳族堿基形成了沿所述導(dǎo)電的含金屬寡核苷酸雙鏈體部分的長(zhǎng)度方向的堆疊排列形式的氫鍵結(jié)合堿基對(duì)，所述氫鍵結(jié)合堿基對(duì)包括與所述含氮芳族堿基之一中的氮原子配位的螯合金屬陽(yáng)離子。
55.如權(quán)利要求54所述的方法，其特征在于所述螯合金屬陽(yáng)離子包括螯合二價(jià)金屬陽(yáng)離子。
56.如權(quán)利要求55所述的方法，其特征在于退火包括在對(duì)形成所述導(dǎo)電的含金屬寡核苷酸雙鏈體部分有效的條件下將所述多個(gè)寡核苷酸放入堿性溶液中。
57.如權(quán)利要求56所述的方法，其特征在于對(duì)形成所述導(dǎo)電的含金屬寡核苷酸雙鏈體部分有效的所述條件是對(duì)用所述二價(jià)金屬陽(yáng)離子代替所述導(dǎo)電的含金屬寡核苷酸雙鏈體部分中含氮芳族堿基的亞胺質(zhì)子有效。
58.如權(quán)利要求56所述的方法，其特征在于所述堿性溶液的pH值至少為7。
59.如權(quán)利要求56所述的方法，其特征在于所述堿性溶液中的核酸與金屬離子比例是大約1∶1.5至大約1∶2.0。
60.如權(quán)利要求55所述的方法，其特征在于所述二價(jià)金屬陽(yáng)離子是從由鋅、鈷和鎳組成的組中選取的。
61.如權(quán)利要求54所述的方法，其特征在于所述金屬陽(yáng)離子是從由下列金屬的陽(yáng)離子組成的組中選取的Li、Be、Na、Mg、Al、K、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、As、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Cs、Ba、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Hf、Ta、W、Re、0s、Ir、Pt、Au、Hg、Tl、Pb、Bi、Po、Fr、Ra、Ac、Th、Pa、U、Np和Pu。
62.如權(quán)利要求55所述的方法，其特征在于所述二價(jià)金屬陽(yáng)離子代替了所述含氮芳族堿基的亞胺質(zhì)子，并且所述含氮芳族堿基是從由胸腺嘧啶和鳥(niǎo)嘌呤組成的組中選取的。
63.如權(quán)利要求55所述的方法，其特征在于所述含氮芳族堿基中的至少一個(gè)包括胸腺嘧啶，其具有N3氮原子，并且所述二價(jià)金屬陽(yáng)離子與所述N3氮原子配位。
64.如權(quán)利要求55所述的方法，其特征在于所述含氮芳族堿基中的至少一個(gè)包括鳥(niǎo)嘌呤，其具有Nl氮原子，并且所述二價(jià)金屬陽(yáng)離子與所述Nl氮原子配位。
65.如權(quán)利要求46所述的方法，其特征在于所述電子供體包括能夠向所述供體構(gòu)件送出電子的電子供體分子。
66.如權(quán)利要求46所述的方法，其特征在于所述電子受體包括能夠從所述受體構(gòu)件接受電子的電子受體分子。
67.如權(quán)利要求65所述的方法，其特征在于所述電子供體分子包括熒光分子。
68.如權(quán)利要求665所述的方法，其特征在于所述電子受體分子包括熒光分子。
69.如權(quán)利要求67所述的方法，其特征在于所述電子供體分子包括熒光素。
70.如權(quán)利要求68所述的方法，其特征在于所述電子受體分子包括羅丹明。
71.如權(quán)利要求46所述的方法，其特征在于所述電子供體包括可被操作來(lái)向所述供體構(gòu)件送出電子的電極。
72.如權(quán)利要求46所述的方法，其特征在于所述電子受體包括可被操作來(lái)從所述受體構(gòu)件接受電子的電極。
73.如權(quán)利要求46所述的方法，其特征在于所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器包括調(diào)節(jié)器發(fā)色團(tuán)。
74.如權(quán)利要求46所述的方法，其特征在于所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器包括熒光分子。
75.如權(quán)利要求46所述的方法，其特征在于所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器包括熒光素。
76.如權(quán)利要求46所述的方法，其特征在于所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器包括羅丹明。
77.如權(quán)利要求73所述的方法，其特征在于所述調(diào)節(jié)器發(fā)色團(tuán)吸收一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的輻射。
78.如權(quán)利要求46所述的方法，其特征在于所述電子受體包括可被操作來(lái)響應(yīng)于從所述受體構(gòu)件接受到電子而發(fā)射一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的輻射的發(fā)色團(tuán)。
79.如權(quán)利要求42所述的方法，其特征在于處理包括在對(duì)形成所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)有效的條件下將所述多個(gè)寡核苷酸放入堿性溶液中。
80.如權(quán)利要求46所述的方法，其特征在于所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器包括電極。
81.如權(quán)利要求46所述的方法，其特征在于所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器包括多個(gè)狀態(tài)，所述多個(gè)狀態(tài)中的每個(gè)狀態(tài)可被選擇來(lái)產(chǎn)生所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)處的各自的靜電勢(shì)。
82.一種調(diào)節(jié)導(dǎo)電核酸材料中第一和第二位置之間的電信號(hào)的方法，所述方法包括改變插入在所述第一和第二位置之間的所述核酸材料中的第三位置處的靜電勢(shì)。
83.如權(quán)利要求82所述的方法，其特征在于改變包括選擇與所述第三位置相連通的電場(chǎng)調(diào)節(jié)器的多個(gè)狀態(tài)之一，所述每個(gè)狀態(tài)對(duì)應(yīng)于所述第三位置處各自的靜電勢(shì)。
84.如權(quán)利要求83所述的方法，其特征在于選擇包括照射所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器。
85.如權(quán)利要求83所述的方法，其特征在于所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器是從由熒光分子和發(fā)色團(tuán)組成的組中選取的，并且選擇包括照射所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器。
86.如權(quán)利要求83所述的方法，其特征在于所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器包括發(fā)色團(tuán)，并且選擇包括照射所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器。
87.如權(quán)利要求86所述的方法，其特征在于照射包括照射所述發(fā)色團(tuán)以使得負(fù)的靜電勢(shì)被施加到所述第三位置上。
88.如權(quán)利要求83所述的方法，其特征在于選擇包括向所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器施加外電勢(shì)。
89.如權(quán)利要求83所述的方法，其特征在于所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器包括電極，并且選擇包括向所述電極施加外電勢(shì)。
90.如權(quán)利要求89所述的方法，其特征在于施加包括在所述電極上放置至少一個(gè)電子以向所述第三位置施加負(fù)的靜電勢(shì)。
91.如權(quán)利要求89所述的方法，其特征在于施加包括從所述電極移走至少一個(gè)電子以向所述第三位置施加正的靜電勢(shì)。
92.如權(quán)利要求83所述的方法，其特征在于還包括產(chǎn)生所述電信號(hào)。
93.如權(quán)利要求92所述的方法，其特征在于產(chǎn)生包括使得電子從所述第一位置流到所述第二位置。
94.如權(quán)利要求93所述的方法，其特征在于還包括向所述第一位置提供電子并從所述第二位置接收電子。
95.如權(quán)利要求82所述的方法，其特征在于所述第一位置包括導(dǎo)電核酸電子供體構(gòu)件中的位置，所述第二位置包括導(dǎo)電核酸電子受體構(gòu)件中的位置，并且所述第三位置包括與所述供體構(gòu)件和所述受體構(gòu)件電連通的至少一個(gè)電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)，并且改變包括改變所述至少一個(gè)電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)處的靜電勢(shì)。
96.如權(quán)利要求95所述的方法，其特征在于所述至少一個(gè)電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)與導(dǎo)電核酸電場(chǎng)調(diào)節(jié)器構(gòu)件電連通，并且改變包括選擇與所述調(diào)節(jié)器構(gòu)件電連通的電場(chǎng)調(diào)節(jié)器的多個(gè)狀態(tài)之一，每個(gè)所述狀態(tài)對(duì)應(yīng)于所述至少一個(gè)電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)處各自的靜電勢(shì)。
97.如權(quán)利要求96所述的方法，其特征在于選擇包括照射所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器。
98.如權(quán)利要求96所述的方法，其特征在于所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器是從由熒光分子和發(fā)色團(tuán)組成的組中選取的，并且選擇包括照射所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器。
99.如權(quán)利要求96所述的方法，其特征在于所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器包括發(fā)色團(tuán)，并且選擇包括照射所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器。
100.如權(quán)利要求96所述的方法，其特征在于照射包括照射所述發(fā)色團(tuán)以使得負(fù)的靜電勢(shì)被施加于所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)，所述負(fù)的靜電勢(shì)降低了電子從所述供體構(gòu)件移動(dòng)到所述受體構(gòu)件的能力。
101.如權(quán)利要求96所述的方法，其特征在于選擇包括向所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器施加外電勢(shì)。
102.如權(quán)利要求96所述的方法，其特征在于所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器包括電極，并且選擇包括向所述電極施加外電勢(shì)。
103.如權(quán)利要求102所述的方法，其特征在于施加包括在所述電極上放置至少一個(gè)電子以向所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)施加負(fù)的靜電勢(shì)，所述負(fù)的靜電勢(shì)降低了電子從所述供體構(gòu)件移動(dòng)到所述受體構(gòu)件的能力。
104.如權(quán)利要求102所述的方法，其特征在于施加包括從所述電極移走至少一個(gè)電子以向所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)施加正的靜電勢(shì)，所述正的靜電勢(shì)增加了電子從所述供體構(gòu)件移動(dòng)到所述受體構(gòu)件的能力。
105.如權(quán)利要求96所述的方法，其特征在于還包括放置分別與電子供體、電子受體和所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器電連通的所述電子供體構(gòu)件、所述電子受體構(gòu)件和所述調(diào)節(jié)器構(gòu)件。
106.如權(quán)利要求95所述的方法，其特征在于還包括產(chǎn)生所述電信號(hào)。
107.如權(quán)利要求106所述的方法，其特征在于產(chǎn)生包括使得電子從與所述電子供體構(gòu)件連通的電子供體流到與所述電子受體構(gòu)件連通的電子受體。
108.如權(quán)利要求107所述的方法，其特征在于還包括向所述電子供體提供電子并從所述電子受體接收電子。
109.如權(quán)利要求95所述的方法，其特征在于所述至少一個(gè)電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)包括分別與至少兩個(gè)電場(chǎng)調(diào)節(jié)器電連通的至少兩個(gè)電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)，并且改變包括選擇所述至少兩個(gè)電場(chǎng)調(diào)節(jié)器中的至少一個(gè)的多個(gè)狀態(tài)之一，每個(gè)所述狀態(tài)對(duì)應(yīng)于與所述至少兩個(gè)電場(chǎng)調(diào)節(jié)器中所述至少一個(gè)相對(duì)應(yīng)的所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)處的各自的靜電勢(shì)。
110.如權(quán)利要求82所述的方法，其特征在于所述導(dǎo)電核酸材料包括多個(gè)構(gòu)件，其中每個(gè)構(gòu)件包括導(dǎo)電的含金屬寡核苷酸雙鏈體，所述多個(gè)構(gòu)件包括至少一個(gè)供體構(gòu)件，用于接收來(lái)自電子供體的傳導(dǎo)電子；至少一個(gè)受體構(gòu)件，用于與電子受體相連通以提供吸引所述傳導(dǎo)電子的區(qū)域；和至少一個(gè)調(diào)節(jié)器構(gòu)件，其與所述多個(gè)構(gòu)件中的至少一個(gè)構(gòu)件相交，以定義至少一個(gè)電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)，用于與電場(chǎng)調(diào)節(jié)器相協(xié)作來(lái)調(diào)節(jié)所述結(jié)處的電場(chǎng)；并且改變包括選擇所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器的多個(gè)狀態(tài)之一，每個(gè)所述狀態(tài)對(duì)應(yīng)于所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)處各自的靜電勢(shì)。
111.如權(quán)利要求82所述的方法，其特征在于所述導(dǎo)電核酸材料包括導(dǎo)電的含金屬核酸雙鏈體，所述導(dǎo)電的含金屬核酸雙鏈體包括與電場(chǎng)調(diào)節(jié)器電連通的調(diào)節(jié)器構(gòu)件、與電子供體電連通的供體構(gòu)件、以及與電子受體電連通的受體構(gòu)件，并且改變包括變化所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器的狀態(tài)以改變與所述調(diào)節(jié)器構(gòu)件、所述供體構(gòu)件和所述受體構(gòu)件連接的電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)處的靜電勢(shì)，以調(diào)節(jié)所述信號(hào)。
112.如權(quán)利要求111所述的方法，其特征在于所述導(dǎo)電的含金屬核酸雙鏈體包括這樣的核酸雙鏈體，其包括第一核酸鏈和第二核酸鏈，所述第一和第二核酸鏈分別包括由主鏈共價(jià)連接的多個(gè)含氮芳族堿基，所述第一核酸鏈的所述含氮芳族堿基通過(guò)氫鍵與所述第二核酸鏈的所述含氮芳族堿基結(jié)合，所述第一和第二核酸鏈上的所述含氮芳族堿基形成了沿所述核酸雙鏈體的長(zhǎng)度方向的堆疊排列形式的氫鍵結(jié)合堿基對(duì)。
113.如權(quán)利要求112所述的方法，其特征在于還包括產(chǎn)生所述導(dǎo)電的含金屬核酸雙鏈體。
114.如權(quán)利要求113所述的方法，其特征在于產(chǎn)生包括在對(duì)形成所述導(dǎo)電的含金屬核酸雙鏈體有效的條件下，將所述核酸雙鏈體放入具有金屬陽(yáng)離子的堿性溶液中，其中所述導(dǎo)電的含金屬核酸雙鏈體的所述氫鍵結(jié)合的堿基對(duì)包括與所述含氮芳族堿基之一中的氮原子配位的螯合金屬陽(yáng)離子。
115.如權(quán)利要求113所述的方法，其特征在于產(chǎn)生包括在對(duì)形成所述導(dǎo)電的含金屬核酸雙鏈體有效的條件下，將所述核酸雙鏈體放入具有二價(jià)金屬陽(yáng)離子的堿性溶液中，其中所述導(dǎo)電的含金屬核酸雙鏈體的所述氫鍵結(jié)合的堿基對(duì)包括與所述含氮芳族堿基之一中的氮原子配位的螯合二價(jià)金屬陽(yáng)離子。
116.如權(quán)利要求115所述的方法，其特征在于所述核酸雙鏈體包括這樣的脫氧核糖核酸，其包括從由腺嘌呤、胸腺嘧啶、鳥(niǎo)嘌呤和胞嘧啶組成的組中選取的含氮芳族堿基。
117.如權(quán)利要求115所述的方法，其特征在于對(duì)形成所述導(dǎo)電的含金屬核酸雙鏈體有效的所述條件是對(duì)用所述二價(jià)金屬陽(yáng)離子代替所述核酸雙鏈體中含氮芳族堿基的亞胺質(zhì)子有效。
118.如權(quán)利要求115所述的方法，其特征在于所述二價(jià)金屬陽(yáng)離子是從由鋅、鈷和鎳組成的組中選取的。
119.如權(quán)利要求114所述的方法，其特征在于所述金屬陽(yáng)離子是從由下列金屬的陽(yáng)離子組成的組中選取的Li、Be、Na、Mg、Al、K、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、As、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Cs、Ba、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg、Tl、Pb、Bi、Po、Fr、Ra、Ac、Th、Pa、U、Np和Pu。
120.如權(quán)利要求114所述的方法，其特征在于所述堿性溶液的pH值至少為7。
121.如權(quán)利要求114所述的方法，其特征在于所述堿性溶液中的核酸與金屬離子比例是大約1∶1.5至大約1∶2.0。
122.如權(quán)利要求111所述的方法，其特征在于所述電子供體包括能夠向所述供體構(gòu)件送出電子的電子供體分子。
123.如權(quán)利要求111所述的方法，其特征在于所述電子受體包括能夠從所述受體構(gòu)件接受電子的電子受體分子。
124.如權(quán)利要求122所述的方法，其特征在于所述電子供體分子包括熒光分子。
125.如權(quán)利要求123所述的方法，其特征在于所述電子受體分子包括熒光分子。
126.如權(quán)利要求124所述的方法，其特征在于所述電子供體分子包括熒光素。
127.如權(quán)利要求125所述的方法，其特征在于所述電子受體分子包括羅丹明。
128.如權(quán)利要求111所述的方法，其特征在于所述電子供體包括可被操作來(lái)向所述供體構(gòu)件送出電子的電極。
129.如權(quán)利要求111所述的方法，其特征在于所述電子受體包括可被操作來(lái)從所述受體構(gòu)件接受電子的電極。
130.如權(quán)利要求111所述的方法，其特征在于所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器包括調(diào)節(jié)器發(fā)色團(tuán)。
131.如權(quán)利要求111所述的方法，其特征在于所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器包括熒光分子。
132.如權(quán)利要求111所述的方法，其特征在于所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器包括熒光素。
133.如權(quán)利要求111所述的方法，其特征在于所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器包括羅丹明。
134.如權(quán)利要求130所述的方法，其特征在于所述調(diào)節(jié)器發(fā)色團(tuán)吸收一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的輻射。
135.如權(quán)利要求111所述的方法，其特征在于所述電子受體包括可被操作來(lái)響應(yīng)于從所述受體構(gòu)件接受到電子而發(fā)射一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的輻射的發(fā)色團(tuán)。
136.如權(quán)利要求112所述的方法，其特征在于所述調(diào)節(jié)器構(gòu)件包括導(dǎo)電的含金屬核酸雙鏈體部分。
137.如權(quán)利要求112所述的方法，其特征在于所述供體構(gòu)件包括導(dǎo)電的含金屬核酸雙鏈體部分。
138.如權(quán)利要求112所述的方法，其特征在于所述受體構(gòu)件包括導(dǎo)電的含金屬核酸雙鏈體部分。
139.如權(quán)利要求111所述的方法，其特征在于還包括從導(dǎo)電介質(zhì)向所述導(dǎo)電的含金屬核酸雙鏈體提供傳導(dǎo)電子，并且在所述導(dǎo)電介質(zhì)處接收來(lái)自所述雙鏈體的傳導(dǎo)電子。
140.如權(quán)利要求139所述的方法，其特征在于提供包括從所述導(dǎo)電介質(zhì)向所述電子供體送出電子，并且接收包括在所述導(dǎo)電介質(zhì)處接收來(lái)自所述電子受體的電子，以提供電子從所述電子供體通過(guò)所述供體構(gòu)件、所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)、所述受體構(gòu)件、所述電子受體以及所述導(dǎo)電介質(zhì)并流回所述電子供體的閉合電路。
141.如權(quán)利要求140所述的方法，其特征在于所述導(dǎo)電介質(zhì)包括水溶液。
142.如權(quán)利要求140所述的方法，其特征在于所述導(dǎo)電介質(zhì)包括導(dǎo)線(xiàn)。
143.如權(quán)利要求134所述的方法，其特征在于改變所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器的狀態(tài)包括照射所述調(diào)節(jié)器發(fā)色團(tuán)以使得產(chǎn)生負(fù)的靜電勢(shì)并將其施加于所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)，所述負(fù)的靜電勢(shì)降低電子從所述供體構(gòu)件移動(dòng)到所述受體構(gòu)件的能力。
144.如權(quán)利要求111所述的方法，其特征在于所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器包括電極。
145.如權(quán)利要求111所述的方法，其特征在于所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器包括電極，并且改變所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器的狀態(tài)包括在所述電極上放置電子，以產(chǎn)生施加于所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)的負(fù)的靜電勢(shì)，所述負(fù)的靜電勢(shì)降低電子從所述供體構(gòu)件移動(dòng)到所述受體構(gòu)件的能力。
146.如權(quán)利要求111所述的方法，其特征在于所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器包括電極，并且改變所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器的狀態(tài)包括從所述電極移走電子，以產(chǎn)生施加于所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)的正的靜電勢(shì)，所述正的靜電勢(shì)增加電子從所述供體構(gòu)件移動(dòng)到所述受體構(gòu)件的能力。
147.如權(quán)利要求111所述的方法，其特征在于所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器包括多個(gè)狀態(tài)，響應(yīng)于所施加的外電勢(shì)，所述多個(gè)狀態(tài)中的每個(gè)狀態(tài)可選擇來(lái)產(chǎn)生在所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)處的各自的靜電勢(shì)。
148.一種用于調(diào)節(jié)導(dǎo)電核酸材料中第一和第二位置之間的電信號(hào)的裝置，所述裝置包括a)具有所述第一和第二位置的所述導(dǎo)電核酸材料；和b)用于改變插入在所述第一和第二位置之間的所述核酸材料中的第三位置處的靜電勢(shì)的裝置。
149.如權(quán)利要求148所述的裝置，其特征在于所述用于改變的裝置包括用于選擇與所述第三位置相連通的電場(chǎng)調(diào)節(jié)器的多個(gè)狀態(tài)之一的裝置，其中每個(gè)所述狀態(tài)對(duì)應(yīng)于所述第三位置處各自的靜電勢(shì)。
150.如權(quán)利要求149所述的裝置，其特征在于所述用于選擇的裝置包括用于照射所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器的裝置。
151.如權(quán)利要求149所述的裝置，其特征在于所述用于選擇的裝置包括用于向所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器施加外電勢(shì)的裝置。
152.如權(quán)利要求151所述的裝置，其特征在于所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器包括電極，并且所述用于施加的裝置包括用于在所述電極上放置至少一個(gè)電子以向所述第三位置施加負(fù)的靜電勢(shì)的裝置。
153.如權(quán)利要求151所述的裝置，其特征在于所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器包括電極，并且所述用于施加的裝置包括用于從所述電極移走至少一個(gè)電子以向所述第三位置施加正的靜電勢(shì)的裝置。
154.如權(quán)利要求148所述的裝置，其特征在于還包括用于產(chǎn)生所述電信號(hào)的裝置。
155.如權(quán)利要求148所述的裝置，其特征在于所述第一位置包括導(dǎo)電核酸電子供體構(gòu)件中的位置，所述第二位置包括導(dǎo)電核酸電子受體構(gòu)件中的位置，并且所述第三位置包括與所述供體構(gòu)件和所述受體構(gòu)件電連通的至少一個(gè)電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)，并且所述用于改變的裝置包括用于改變所述至少一個(gè)電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)處的靜電勢(shì)的裝置。
156.如權(quán)利要求155所述的裝置，其特征在于所述至少一個(gè)電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)與導(dǎo)電核酸電場(chǎng)調(diào)節(jié)器構(gòu)件電連通，并且所述用于改變的裝置包括用于選擇與所述調(diào)節(jié)器構(gòu)件電連通的電場(chǎng)調(diào)節(jié)器的多個(gè)狀態(tài)之一，其中每個(gè)所述狀態(tài)對(duì)應(yīng)于所述至少一個(gè)電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)處各自的靜電勢(shì)。
157.如權(quán)利要求156所述的裝置，其特征在于所述用于選擇的裝置包括用于照射所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器的裝置。
158.如權(quán)利要求156所述的裝置，其特征在于所述用于選擇的裝置包括用于向所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器施加外電勢(shì)的裝置。
159.如權(quán)利要求158所述的裝置，其特征在于所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器包括電極，并且所述用于施加的裝置包括用于在所述電極上放置至少一個(gè)電子以向所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)施加負(fù)的靜電勢(shì)的裝置，其中所述負(fù)的靜電勢(shì)降低了電子從所述供體構(gòu)件移動(dòng)到所述受體構(gòu)件的能力。
160.如權(quán)利要求158所述的裝置，其特征在于所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器包括電極，并且所述用于施加的裝置包括用于從所述電極移走至少一個(gè)電子以向所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)施加正的靜電勢(shì)的裝置，其中所述正的靜電勢(shì)增加了電子從所述供體構(gòu)件移動(dòng)到所述受體構(gòu)件的能力。
161.如權(quán)利要求155所述的裝置，其特征在于還包括用于產(chǎn)生所述電信號(hào)的裝置。
162.一種用于調(diào)節(jié)導(dǎo)電核酸材料中第一和第二位置之間的電信號(hào)的裝置，所述裝置包括電場(chǎng)調(diào)節(jié)器，其可被操作來(lái)改變插入在所述第一和第二位置之間的所述核酸材料中的第三位置處的靜電勢(shì)。
163.如權(quán)利要求162所述的裝置，其特征在于所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器具有多個(gè)可選狀態(tài)，每個(gè)所述狀態(tài)對(duì)應(yīng)于所述第三位置處各自的靜電勢(shì)。
164.如權(quán)利要求162所述的裝置，其特征在于所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器包括電極。
165.如權(quán)利要求162所述的裝置，其特征在于所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器是從由熒光分子和發(fā)色團(tuán)組成的組中選取的。
166.如權(quán)利要求162所述的裝置，其特征在于所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器包括發(fā)色團(tuán)。
167.如權(quán)利要求162所述的裝置，其特征在于所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器包括熒光分子。
168.如權(quán)利要求162所述的裝置，其特征在于所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器包括熒光素。
169.如權(quán)利要求162所述的裝置，其特征在于所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器包括羅丹明。
170.如權(quán)利要求162所述的裝置，其特征在于所述第一位置包括導(dǎo)電核酸電子供體構(gòu)件中的位置，所述第二位置包括導(dǎo)電核酸電子受體構(gòu)件中的位置，并且所述第三位置包括與所述供體構(gòu)件、所述受體構(gòu)件以及所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器電連通的至少一個(gè)電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)。
171.如權(quán)利要求170所述的裝置，其特征在于還包括將所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器結(jié)合到所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)的調(diào)節(jié)器構(gòu)件。
172.一種調(diào)節(jié)導(dǎo)電核酸材料中的電信號(hào)的方法，所述方法包括改變電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)處的電場(chǎng)調(diào)節(jié)程度，其中所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)是調(diào)節(jié)器構(gòu)件與多個(gè)構(gòu)件中的至少一個(gè)構(gòu)件的相交處，所述調(diào)節(jié)器構(gòu)件和所述多個(gè)構(gòu)件中的每一個(gè)都包括寡核苷酸雙鏈體，并且所述調(diào)節(jié)器構(gòu)件和所述多個(gè)構(gòu)件中的至少一些包括導(dǎo)電的含金屬寡核苷酸雙鏈體，所述多個(gè)構(gòu)件包括用于從電子供體接收傳導(dǎo)電子的至少一個(gè)供體構(gòu)件、和用于與電子受體相連通以提供吸引所述傳導(dǎo)電子的區(qū)域的至少一個(gè)受體構(gòu)件。
173.如權(quán)利要求172所述的方法，其特征在于改變包括改變所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)處的靜電勢(shì)。
174.如權(quán)利要求172所述的方法，其特征在于改變包括選擇經(jīng)由所述調(diào)節(jié)器構(gòu)件與所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)相連通的電場(chǎng)調(diào)節(jié)器的多個(gè)狀態(tài)之一。
175.如權(quán)利要求174所述的方法，其特征在于選擇包括照射所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器。
176.如權(quán)利要求174所述的方法，其特征在于選擇包括向所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器施加外電勢(shì)。
177.一種存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的方法，該方法包括選擇核酸電路元件的電場(chǎng)調(diào)節(jié)器的至少兩個(gè)狀態(tài)中的一個(gè)狀態(tài)，所述至少兩個(gè)狀態(tài)中的每個(gè)狀態(tài)對(duì)應(yīng)于所述電路元件中電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)處各自的電場(chǎng)調(diào)節(jié)程度，每個(gè)所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)程度對(duì)應(yīng)于各自的數(shù)據(jù)值。
178.如權(quán)利要求177所述的方法，其特征在于選擇包括照射所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器。
179.如權(quán)利要求177所述的方法，其特征在于選擇包括向所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器施加外電勢(shì)。
180.如權(quán)利要求177所述的方法，其特征在于所述核酸電路元件包括多個(gè)構(gòu)件，所述多個(gè)構(gòu)件中的至少一些包括導(dǎo)電的含金屬寡核苷酸雙鏈體，所述多個(gè)構(gòu)件包括至少一個(gè)供體構(gòu)件，用于接收來(lái)自電子供體的傳導(dǎo)電子；至少一個(gè)受體構(gòu)件，用于與電子受體相連通以提供吸引所述傳導(dǎo)電子的區(qū)域；和至少一個(gè)調(diào)節(jié)器構(gòu)件，其與所述多個(gè)構(gòu)件中的至少一個(gè)構(gòu)件相交，以定義所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)，其中所述調(diào)節(jié)器構(gòu)件與電場(chǎng)調(diào)節(jié)器連通，并且其中選擇包括使得所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)將所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)程度施加于所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)，以代表所述數(shù)據(jù)值。
181.如權(quán)利要求180所述的方法，其特征在于其中使得的步驟包括選擇所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器的多個(gè)狀態(tài)之一，每個(gè)所述狀態(tài)對(duì)應(yīng)于所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)處各自的靜電勢(shì)。
182.一種有機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)，包括具有至少兩個(gè)可選狀態(tài)的電場(chǎng)調(diào)節(jié)器，其中每個(gè)所述狀態(tài)對(duì)應(yīng)于核酸電路元件的電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)處各自的電場(chǎng)調(diào)節(jié)程度，每個(gè)所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)程度對(duì)應(yīng)于各自的數(shù)據(jù)值。
183.如權(quán)利要求182所述的有機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于還包括所述核酸電路元件，所述核酸電路元件包括多個(gè)構(gòu)件，所述多個(gè)構(gòu)件中的至少一些包括導(dǎo)電的含金屬寡核苷酸雙鏈體，所述多個(gè)構(gòu)件包括a)至少一個(gè)供體構(gòu)件，用于接收來(lái)自電子供體的傳導(dǎo)電子；b)至少一個(gè)受體構(gòu)件，用于與電子受體相連通以提供吸引所述傳導(dǎo)電子的區(qū)域；和c)至少一個(gè)調(diào)節(jié)器構(gòu)件，其與所述多個(gè)構(gòu)件中的至少一個(gè)構(gòu)件相交，以定義所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)，用于與所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器相協(xié)作來(lái)將所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)程度施加于所述結(jié)，以代表所述數(shù)據(jù)值。
184.如權(quán)利要求182所述的有機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于通過(guò)照射所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器，所述至少兩個(gè)狀態(tài)可選。
185.如權(quán)利要求182所述的有機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于通過(guò)向所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)器施加外電勢(shì)，所述至少兩個(gè)狀態(tài)可選。
186.如權(quán)利要求183所述的有機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于所述至少兩個(gè)狀態(tài)中的每個(gè)狀態(tài)對(duì)應(yīng)于所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)處各自的靜電勢(shì)。
187.一種用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的裝置，所述裝置包括a)導(dǎo)電核酸電路元件，其包括電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)；和b)用于改變所述電路元件中所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)處的電場(chǎng)調(diào)節(jié)程度的裝置，每個(gè)所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)程度對(duì)應(yīng)于各自的數(shù)據(jù)值。
188.如權(quán)利要求187所述的裝置，其特征在于所述用于改變的裝置包括用于改變所述電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)處的靜電勢(shì)的裝置。
189.一種電導(dǎo)體，包括與導(dǎo)電的含金屬核酸雙鏈體電耦合的電子源，其中所述導(dǎo)電的含金屬核酸雙鏈體包括第一核酸鏈和第二核酸鏈，所述第一和第二核酸鏈包括由主鏈共價(jià)連接的多個(gè)含氮芳族堿基，所述第一核酸鏈的含氮芳族堿基通過(guò)氫鍵與所述第二核酸鏈的含氮芳族堿基結(jié)合，所述第一和第二核酸鏈上的含氮芳族堿基形成了沿著所述導(dǎo)電的含金屬核酸雙鏈體的長(zhǎng)度方向的堆疊排列形式的氫鍵結(jié)合堿基對(duì)，所述氫鍵結(jié)合堿基對(duì)包括與所述含氮芳族堿基之一中的氮原子配位的螯合二價(jià)金屬陽(yáng)離子，以便形成所述電導(dǎo)體，所述電導(dǎo)體還包括與所述導(dǎo)電的含金屬核酸雙鏈體電耦合的電子阱(electron sink)，其中所述電子源是能夠向所述導(dǎo)電的含金屬核酸雙鏈體送出電子的分子，并且所述電子阱是能夠從所述導(dǎo)電的含金屬核酸雙鏈體接受電子的電子受體分子，并且其中所述電子供體或所述電子受體都適于被可逆地化學(xué)修飾以在保留所述電路元件的導(dǎo)電性的條件下改變所述有機(jī)電路元件的導(dǎo)電性。
全文摘要
公開(kāi)了有機(jī)電路元件和有機(jī)導(dǎo)體，以及可以被化學(xué)修飾以改變這種電路或有機(jī)導(dǎo)體的導(dǎo)電性的電子受體和供體。一種有機(jī)電路元件包括多個(gè)構(gòu)件，其中每個(gè)構(gòu)件均包括寡核苷酸雙鏈體。這多個(gè)構(gòu)件包括至少一個(gè)供體構(gòu)件，用于接收來(lái)自電子供體的傳導(dǎo)電子；至少一個(gè)受體構(gòu)件，用于與電子受體相連通以提供吸引傳導(dǎo)電子的區(qū)域；以及至少一個(gè)調(diào)節(jié)器構(gòu)件，其與多個(gè)構(gòu)件中的至少一個(gè)構(gòu)件相交，以定義至少一個(gè)電場(chǎng)調(diào)節(jié)結(jié)，用于與電場(chǎng)調(diào)節(jié)器相協(xié)作來(lái)調(diào)節(jié)該結(jié)處的電場(chǎng)。一種調(diào)節(jié)導(dǎo)電核酸材料中第一和第二位置之間的電信號(hào)的方法包括化學(xué)修飾與該導(dǎo)電核酸材料耦合的電子受體或電子供體。
文檔編號(hào)H01L51/30GK1745488SQ200380109537
公開(kāi)日2006年3月8日 申請(qǐng)日期2003年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月23日
發(fā)明者杰里米·S·李, 海因茨-伯恩哈德·克拉茨, 肖恩·D·韋蒂希, 瑞安·約翰·斯金納 申請(qǐng)人:薩斯喀徹溫大學(xué)技術(shù)公司