JP3578098B2 - 電気接続体の製造方法、電気接続体および電気配線方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気接続体の製造方法、電気接続体および電気配線方法に関し、特にＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質等の生体高分子を利用した電気接続体の製造方法、電気接続体および電気配線方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
これまで、ＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質等の生体高分子のような絶縁性物質を電子材料として用いることへの期待は低かった。
しかし、ｎｍレベルのデバイス技術が発展することで、こうした生体高分子等を電子材料として用い、電子デバイスを作製することが検討されるようになった。また、生体高分子に電極を接続し電気特性を測定することで試験や検査等に利用することも期待される。ここで、最大の問題は電極との電気的接続である。一般にシリコンデバイス等に用いられている電極作製の方法は、光露光法や電子線ビーム露光法で、感光レジスト上にパターンを描き、金属や半導体等を蒸着させることで配線（電気的接続）を行う。また、分子に意図的にチオール基（ＳＨ基）を付加させ、選択的に金電極上へ接合させる方法もある。
【０００３】
しかしながら、こうした感光レジストを用いるような配線方法では、レジスト現像で用いる有機溶媒等でＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質等の生体高分子は化学的損傷を受ける。一方、単純に金属電極上にこうした生体高分子を付着させても、付着状態によって電気伝導の効率が異なる。チオール基を配位させる方法では、物質が限定されてしまい、ほとんどの生体高分子は適用できない。
また、単純に金属（金、白金等）電極上にＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質等の生体高分子をのせただけでは、金属電極と前記生体高分子との接触抵抗が、金属の表面酸化膜の影響で一定とはならないため安定な電気接続は期待できず、接触抵抗値のずれが約１０％以上発生してしまう。
さらに、ＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質等の生体高分子の多くは抵抗率が５ＭΩ・ｃｍ以上の絶縁体であり、そういった生体高分子を電子素子として利用する場合には、電極をｎｍレベルで形成し近接配置する必要がある。しかしながら、金属配線のサイズは生体高分子のサイズに比べて大きすぎる（太すぎる）ため、微細な電気配線を形成することが困難であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
以上から、本発明は、ＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質等の生体高分子との電気的接続を効率よく行う電気配線を可能とする電気接続体の製造方法、電気接続体を提供することを目的とする。また、ｎｍレベルの電気配線を可能とする電気配線方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、以下に示す本発明によって達成される。すなわち、本発明は、
＜１＞ カーボンナノチューブを電極とし、該電極を生体高分子に接触させた後、前記生体高分子と前記電極との電気接続を安定化するための通電を行うことを特徴とする電気接続体の製造方法である。
【０００６】
＜２＞ 前記通電する際の電圧が１〜２０Ｖであることを特徴とする＜１＞に記載の電気接続体の製造方法である。
＜３＞ 前記生体高分子がＤＮＡあるいはＲＮＡであることを特徴とする＜１＞または＜２＞に記載の電気接続体の製造方法である。
【０００７】
＜４＞ 前記生体高分子が極性基を有し、該極性基と前記電極とを接触させることを特徴とする＜１＞に記載の電気接続体の製造方法。
＜５＞ 前記電極の端部に極性基を有し、該極性基と前記生体高分子とを接触させることを特徴とする＜１＞に記載の電気接続体の製造方法である。
＜６＞ 前記極性基が、カルボキシル基、カルボニル基、水酸基、アミン基およびアミド基の少なくとも１つから選ばれることを特徴とする＜４＞または＜５＞に記載の電気接続体の製造方法である。
【０００８】
＜７＞ 少なくとも、カーボンナノチューブからなる電極と、生体高分子と、からなる電気接続体であって、前記電極が前記生体高分子に接触しており、前記生体高分子と前記電極との電気接続体の備える電気特性を利用する前に、前記生体高分子と前記電極との電気接続を安定化するための通電がなされていることを特徴とする電気接続体である。
【０００９】
＜８＞ 前記生体高分子が、ＤＮＡあるいはＲＮＡであって、該ＤＮＡあるいはＲＮＡの表面に存在するＮａ + イオンが拡散した部分に前記電極が接触してなることを特徴とする＜７＞に記載の電気接続体である。
【００１０】
＜９＞ 前記電極がその端部に極性基を有し、前記生体高分子がその一部に極性基を有し、それぞれの極性基が互いに反発し、前記電極の端部が前記生体高分子の極性基が存在する部分以外の部分に接触していることを特徴とする＜７＞に記載の電気接続体である。
【００１１】
＜１０＞ 少なくとも、カーボンナノチューブからなる電極と、生体高分子と、からなる電気接続体であって、前記電極が極性基を介して前記生体高分子と接触してなり、前記生体高分子と前記電極との電気接続体の備える電気特性を利用する前に、前記生体高分子と前記電極との電気接続を安定化するための通電がなされていることを特徴とする電気接続体である。
【００１２】
＜１１＞ 前記極性基が、前記生体高分子の表面に存在し、該生体高分子がタンパク質であることを特徴とする＜１０＞に記載の電気接続体である。
【００１３】
＜１２＞ 前記極性基が、前記電極の端部に存在することを特徴とする＜１０＞に記載の電気接続体である。
【００１４】
＜１３＞ カーボンナノチューブからなる電極を生体高分子に接触させた後、前記生体高分子と前記電極との電気接続体の備える電気特性を利用する前に、前記生体高分子と前記電極との電気接続を安定化するための通電を行って電気接続を行うことを特徴とする電気配線方法である。
＜１４＞ 前記電極が、その端部に前記生体高分子に対し引力を生ずる極性基を有することを特徴とする＜１３＞に記載の電気配線方法である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の電気接続体の製造方法は、カーボンナノチューブを電極とし、該電極を生体高分子に接触させた後、前記生体高分子と前記電極との電気接続を安定化するための通電を行うことを特徴とする製造方法である。
前記本発明の電気接続体の製造方法によれば、生体高分子に対しカーボンナノチューブを安定的に接続（接触）させることができる。
【００１６】
ここで、生体高分子とはＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質等、生体に存在する高分子をいうが、近年ＤＮＡやタンパク質等を人工的にも合成することが可能となってきており、これらの人工の生体高分子を本発明に適用することも当然可能である。また、生体高分子は、複数種類の生体高分子が一体となったものであってもよい。
【００１７】
また、カーボンナノチューブ（以下、「ナノチューブ」ということがある）としては、生体高分子に対して通電する状態にあれば特に制限されず、単一壁もしくは多重壁カーボンナノチューブを用いることが可能であり、その直径が０．５ｎｍ以上５０ｎｍ以下のものを使用するのが好ましい。また導電性を備えていれば束状になったカーボンナノチューブを用いることも可能である。
【００１８】
本発明の電気接続体の製造方法によれば、カーボンナノチューブを生体高分子に接触させた後、通電することで、安定な接合状態が得られる。かかる接合状態が得られる原理は、必ずしも明らかではないが、以下のような作用によるものと考えられる。
【００１９】
カーボンナノチューブは、グラファイトが円筒形に閉じた構造をしており、その表面には強いファンデルワールス力が生じる。したがって、化学的な極性基（ＯＨ基、ＣＯＯＨ基等）やイオンが存在すると強い引力が生じる。また、カーボンナノチューブは炭素単体の化学物質なので、金属とは異なり、表面が酸化されにくく、表面の原子配列が常に同じである。
【００２０】
一方、ＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質等の生体高分子では、ＤＮＡとＲＮＡの表面はＮａ原子とのイオン結合で安定化されており、水中等で化学平衡状態によりＮａが解離すると、強い負の極性を有する。また、タンパク質の表面には３種類の非共有結合が存在する。すなわち、ポリペプチド骨格を形成するアミノ酸に由来するイオン結合や水素結合（たとえば、カルボキシル基とアミン基間のイオン結合やカルボニル基とアミド基間の水素結合）、および、折り畳み構造からくるファンデルワールス力である。
したがって、タンパク質を構成するポリペプチド表面には極性側鎖が多数存在し、通常のタンパク質分子表面には、極性側鎖が分子の外表面に並び、強い水素結合を生むことになる。
【００２１】
このようなＤＮＡやＲＮＡ分子上に、カーボンナノチューブを電極とし接触（接続）て通電すると、ＤＮＡやＲＮＡ分子表面のＮａ+イオンが拡散し、ＤＮＡやＲＮＡ分子とカーボンナノチューブとの安定的な接触が実現できる。
【００２２】
図１により具体的に説明すると、カーボンナノチューブ１がＤＮＡ表面に近づくと、カーボンナノチューブのファンデルワールス力の影響により、ＤＮＡ表面とＮａ＋イオンとのイオン結合が弱くなり、Ｎａ＋イオンがＤＮＡから解離しやすくなる。ここに電圧を印加し、電流を流すことで、Ｎａ＋イオンがＤＮＡやカーボンナノチューブの内部に拡散し、カーボンナノチューブ２のようにＤＮＡと接触する。こうした接触は、カーボンナノチューブとＤＮＡとの清浄表面による作用する静電引力によるものであるために、非常に安定しており、強い相互作用により接触している。
このような接触は、通常の金属では、表面に酸化膜が存在するため、不可能である。
【００２３】
生体高分子の電気特性を利用する本使用に供する前に通電して、より安定した電気接続を形成した後、実際の使用に供することが可能である。
また、カーボンナノチューブを生体高分子に接触させた後、電流を流すと（通電すると）、電気的な相互作用がより大きくなり、より安定した接触状態が得られる。通電する際の電流は、０．１〜１００ｎＡとすることが好ましく、５〜５０ｎＡとすることがより好ましい。
【００２４】
また、カーボンナノチューブの開いた端（端部）に酸（硝酸や硫酸、もしくはその混合液）で化学処理することで、例えば、カルボキシル基のようにタンパク質やＤＮＡ、ＲＮＡ等の生体高分子と引力を生じる極性基を付加させると、端部のみに強い極性が生まれ、生体高分子に対して選択的な電気接続も可能になる。即ち、生体高分子を構成する分子のうち、特定の箇所にカーボンナノチューブを接続させるようにするには、その箇所を構成する高分子との間に引力を形成する極性基をカーボンナノチューブの端部に結合させてやればよい。同様に、生体高分子の特定の箇所にカーボンナノチューブの端部を接続したくない場合には、その箇所を構成する分子と反発する極性基を結合させることで、カーボンナノチューブの端部が接続されるのを防ぎ、カーボンナノチューブの側面で接続させることが可能となる。
ここで、「端部」とは、カーボンナノチューブの長さＬのうち、先端から０．１×Ｌ（好ましくは、０．０１×Ｌ）の領域をいう。
【００２５】
このように、カーボンナノチューブと生体高分子とが安定して接続されるため、接触抵抗値がのずれが１０％以下の安定な電気接続を実現することが可能となる。
【００２６】
本発明の製造方法により製造される電気接続体は、カーボンナノチューブを電極として用い、その電極が生体高分子に接触している簡易かつ微細な構成を有しているため、ｎｍレベルの電気配線が可能となり、抵抗率が５ＭΩ・ｃｍ以上の絶縁体である生体高分子を用いた場合にも、例えば、電子素子としてその電気特性を利用することが可能となる。前記電子素子の具体例としては、整流器、トランジスタ、スイッチング素子、集積回路、太陽電池、光センサー、化学物質官能性センサー等を挙げることができる
また、前記電気接続体の原理を利用して電気配線を行えば、すなわち、前記電極を生体高分子接触させることで電気接続を行う電気配線方法を利用すれば、ＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質等の生体高分子と安定な電気的配線が可能になり、例えば半導体デバイス等の電子産業において広く活用できる。
【００２７】
以下、本発明の電気接続体の製造方法を、好ましい実施形態を挙げて説明する。
生体高分子として、天然のＤＮＡやＲＮＡを用いる場合には、ＤＮＡやＲＮＡにタンパク質等の不純物が含まれているために、精製を行う必要がある。
例えば、ＤＮＡの精製は、以下のようにすることが好ましい。まず、メタノールやエタノール等のアルコール；メチルエーテルやエチルエーテル等のエーテル類；等で不純物となるタンパク質を除去する。次に、バッファー液（塩化ナトリウム３００ｍＭ、炭酸ナトリウム１０ｍＭ、ＥＤＴＡ５ｍＭ）で２〜３回洗浄し、不純物を取り除く。ＤＮＡの純度をさらに望む場合は、電気泳動法でＤＮＡを単離することが好ましい。バッファー液で洗浄後濾過し、塩類を除去するために、例えば、エタノール水混合溶液（エタノール２０％、水８０％）に分散させる。エタノールは蒸留後、ポア径０．１μｍのフィルターで濾過したもの、また、水は超純水（抵抗値１０１８Ω以上）を用いるのが好適である。このエタノール水混合溶液で２〜３回の塩類除去を行い、ＤＮＡもしくはＲＮＡの濃度を０．０１〜０．１質量％に調整する。不純物除去過程でＤＮＡ（もしくはＲＮＡ）分子は凝集し球体となりやすい。したがって、エタノール水混合溶液中で１日から１０日の範囲で保持し、展開させる。このときの保持温度は２〜１０℃以内が好ましく、通常、７℃で保持した場合、７日間でＤＮＡ分子は繊維状に展開する。
なお、ＲＮＡも同様な方法で精製することができる。
【００２８】
一方、タンパク質は、その形や分子サイズ等に様々なものが存在し、一般には、クロマトグラフィーで分離精製することが好ましい。ここでは、イオン交換クロマトグラフィー、ゲル濾過クロマトグラフィー、アフィニティークロマトグラフィーの原理を組み合わせて、クロマトグラフィーの分離カラムを構成し、目的に応じたタンパク質を分離することが好ましい。次に、一次元ポリアクリルアミドゲル電気泳動法で分離することにより、目的のタンパク質の精製度を知ることができる。さらに詳細なタンパク質の分離には二次元ポリアクリルアミドゲル電気泳動法で分離精製することが好ましい。
【００２９】
電極材料として用いるカーボンナノチューブは、アーク放電法やレーザーアブレーション法で作製する。カーボンナノチューブには、単一壁と多重壁のものがあり、それらの直径は、単一壁カーボンナノチューブで０．５ｎｍから３ｎｍ、多重壁カーボンナノチューブで５ｎｍから２０ｎｍである。
【００３０】
次に、ＤＮＡやＲＮＡとカーボンナノチューブを接触させる方法について説明する。
まず、ＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質等の生体高分子（以下、「試料」という）より電気抵抗の高い絶縁性基板（酸化シリコン、サファイヤ、マイカ等）を用意し、その上に液中で展開した試料の分子を固定する。次に、任意の方法で電極となる二本以上のカーボンナノチューブを試料の分子上にのせる。このとき、電極となるカーボンナノチューブのそれぞれの距離は、電気的に独立した状態を保ちつつ、試料の分子上で１ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが好ましい。次に、カーボンナノチューブ間に電圧をかけ、試料の分子と電極となるカーボンナノチューブを固定し、電気的に接続させる。このとき、電極となるカーボンナノチューブ間に印加する電圧は１Ｖ以上２０Ｖ以下が好ましく、電極となるカーボンナノチューブおよび試料に流れる電流値は、０．１ｎＡ以上１００ｎＡ以下が好ましい。
【００３１】
カーボンナノチューブを操作し、試料の分子の任意の箇所に接続させる方法としては、原子間力顕微鏡（ａｔｏｍｉｃ ｆｏｒｃｅ ｍａｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＡＦＭ、以下、ＡＦＭと記載する）を用いる方法がある。ＡＦＭは、カンチレバーに取り付けられた鋭いプローブが試料表面を走査する際、試料の凹凸に従って得られるカンチレバーのたわみ量を光りてこ法で測定し、試料の凹凸像を得る測定装置である。しかし、一般のＡＦＭではプローブを１本しか有していないので、３本以上のプローブを有するマルチプローブＡＦＭを用いることが好ましい。
【００３２】
カーボンナノチューブを操作し、さらに電流を流すことのできるマルチプローブＡＦＭの一態様を図２に示す。
当該マルチプローブＡＦＭにおいては、３つのプローブを用いており、かつ、そのうちの１つのカーボンナノチューブプローブ３０ａが原子間力顕微鏡（ａｔｏｍｉｃ ｆｏｒｃｅ ｍｉｃｏｒｏｓｃｏｐｅ；ＡＦＭ）用のプローブとなっている。カーボンナノチューブプローブ３０ａは、プローブ支持体３４ａのピラミッド状の形態の走査部３６の先端に固定されている。また、他の２本のカーボンナノチューブプローブ３０ｂ，３０ｃは、１つのプローブ支持体３４ｂの先端に、「ハ」の字型にやや開いた状態で、それぞれ電気的に独立して固定されている。プローブ支持体３４ｂは、ピエゾアクチュエータ３２に接合され、３次元的に自由に動かすことができるように構成されており、試料４４が基板４２上に載せられている。
【００３３】
上記マルチプローブＡＦＭを使用して、カーボンナノチューブをＤＮＡ等の生体高分子上に接触させるには、以下に説明するようにすることが好ましい。
まず、目的のＤＮＡ分子の場所をマルチプローブＡＦＭで観察しながら特定する。次に、電極となる１のカーボンナノチューブを、マルチプローブＡＦＭで移動させながら、ＤＮＡ分子と交差させながら当接させる。同様にして、当該１のカーボンナノチューブと一定の間隔を有するように、他のカーボンナノチューブをＤＮＡ分子と交差させながら当接させる。必要に応じて、同様の操作を繰返す。
【００３４】
また、電極となるカーボンナノチューブを硝酸硫酸混合液（硝酸（６８％）：硫酸（９６％）＝３：１）中に０．０１重量％の濃度で混ぜ、２時間の超音波振とうを行うと、カーボンナノチューブの両末端にカルボキシル基が付加する。こうしたカーボンナノチューブを電極として用いると、試料の極性によって、カーボンナノチューブの端部で選択的に試料と接続させることもできる。
【００３５】
【実施例】
以下に本発明の実施例を示すが、本発明はこれらの例に制限されるものではない。
【００３６】
（実施例１）
ＤＮＡとして天然のサケの精子から分離したＤＮＡ使用した。
タンパク質等の不純物を除去するために、エタノール（９９．９％）１００ｍｌ中に、１０ｍｇのＤＮＡを分散させた。常温で撹拌を３０分間行い、ポア径１μｍのＰＴＦＥフィルターで濾過した。この操作を３回行い、次に、バッファー液（塩化ナトリウム３００ｍＭ、炭酸ナトリウム１０ｍＭ、ＥＤＴＡ５ｍＭ）１００ｍｌ中にタンパク質を除去したＤＮＡを分散させた。水は超純水（抵抗値１８ＭΩ以上）を用いた。常温で撹拌を３０分間行い、ポア径１μｍのＰＴＦＥフィルターで濾過し、不純物を取り除いた。最後に塩類を除去するために、エタノール水混合溶液（エタノール２０％、水８０％）に分散させた。ここで用いるエタノールは蒸留後、ポア径０．１μｍのフィルターで濾過したものを用いた。また、水は超純水（抵抗値１８ＭΩ以上、紫外線滅菌）を用いた。
【００３７】
分散後、１０分間振とうし、遠心分離法で分離した（回転数３００ｒｐｍ、回転時間１時間）。この操作を３回行い、最終的にＤＮＡの濃度を０．０２％に調整した。
【００３８】
次に、ＤＮＡ分子を酸化シリコン基板上に展開し、マルチプローブＡＦＭでＤＮＡ分子上に電極としてのカーボンナノチューブを２本接触させた。２本のカーボンナノチューブの間隔は、２０ｎｍとした。
なお、前記カーボンナノチューブは、アーク放電によって得られた単一壁のものを用いた。
【００３９】
このような状態で、ＤＮＡ分子とカーボンナノチューブの付着力の差を観測した。付着力測定の原理を図３に示す。ＡＦＭのカンチレバーを試料に付着させ、引き上げるときに作用する力が付着力である。
すなわち、図３中でｊｕｍｐ−ｏｕｔと記載している量が付着力の大きさを示す。したがって、プローブを金とカーボンナノチューブとに変えて、ＤＮＡとの付着力量を比較することで、電極の力学的な接合状態を測定することができる。
【００４０】
ＤＮＡを試料とし、プローブを金またはカーボンナノチューブとし、付着力量の変化について、それぞれ４回づつ測定した。結果を図４に示す。プローブが金の場合には、付着力が１０ｎＮから１５ｎＮであるのに対し、プローブがカーボンナノチューブの場合には、付着力が２０ｎＮから３０ｎＮであった。また、電圧を１５Ｖ印加させた場合には、カーボンナノチューブとＤＮＡの付着力は、６５ｎＮから８０ｎＮへ上昇した。
【００４１】
以上の結果より、カーボンナノチューブとＤＮＡ分子との力学的接合が金等の金属より強く、ＤＮＡ分子との電気配線に好ましい材料であることが実証できた。
【００４２】
（実施例２）
実施例１と同様なＤＮＡに２本のカーボンナノチューブを接続させ、実施例１と同様にして、電圧印加前後での付着力の変化、および電気抵抗値の変化を測定した。単一のＤＮＡ分子上でのカーボンナノチューブの電極幅が３０ｎｍのとき、電圧を１５Ｖ印加させた前後での電気抵抗の変化を測定した。バイアス電圧が０．２Ｖで、電流値をもとめると、電圧を１５Ｖ印加させる前では、電流値は１５ｐＡから３０ｐＡであったが、電圧を１５Ｖ印加させた後では、電流値は８０ｐＡ流れた。また、電圧を１５Ｖ印加させる前では、電流値は、１０ｐＡから１５ｐＡの揺らぎが生じたが、電圧を１５Ｖ印加させた後で、電流値の揺らぎは５ｐＡ／ｍｉｎ以下に低下した。また、基板上での電流の漏れは、３ｐＡから４ｐＡなので、電圧を１５Ｖ印加させた後でのカーボンナノチューブとＤＮＡ分子との接合部での電流値の揺らぎは、１ｐＡ以下であると判断した。
以上の結果より、カーボンナノチューブとＤＮＡ分子とを接合させることが、電気配線に有効であることが実証できた。
【００４３】
（実施例３）
実施例１と同様なＤＮＡに２本のカーボンナノチューブ（それぞれ多重壁カーボンナノチューブ）を接続させて、電圧印加前後での電流電圧特性を比較した。電流電圧特性は、ソース電極およびドレイン電極として前記２本のカーボンナノチューブを使用し、ゲート電極として単一壁カーボンナノチューブを使用した。ソース電極とドレイン電極の幅は８ｎｍとし、ゲート電極幅は１．５ｎｍとした。また、下地基板は酸化シリコンとした。
実際には、単一のＤＮＡ分子上でのカーボンナノチューブの電極幅が２０ｎｍのとき、カーボンナノチューブ電極間に電圧を１５Ｖ印加させた前後での電流電圧特性を測定した。図５にその結果を示す。電圧印加後、電流電圧特性が安定になっている。このことから、カーボンナノチューブをＤＮＡの電気配線に用いることが、トランジスタ等の電子デバイスに有用なことが実証できた。
【００４４】
（参考例）
電極となるカーボンナノチューブを硝酸硫酸混合液（硝酸（６８％）：硫酸（９６％）＝３：１）中に０．０１重量％の濃度で混ぜ、２時間の超音波振動を行い、カーボンナノチューブの両末端（カーボンナノチューブの長さ：１２０ｎｍ端部の領域：先端から１ｎｍ）にカルボキシル基を付加させた。こうしたカーボンナノチューブを電極として用いて、タンパク質（グロブリン）分子に接合させた。このとき、カルボキシル基有無でカーボンナノチューブとの付着力の差を測定した。
【００４５】
カーボンナノチューブ末端にカルボキシル基がない場合には、３８ｎＮから４５ｎＮであったが、カルボキシル基を付加させると、８０ｎＮから１２０ｎＮに付着力が増加した。
なお、金属電極とグロブリンとを接触させたときは、ほとんど付着力が見られず、単に接触している状態であった。
したがって、カーボンナノチューブ末端にカルボキシル基を付加させることが、選択的に力学的接合を強くし、タンパク質との電気配線に好ましい材料であることが実証できた。
【００４６】
【発明の効果】
以上から、本発明によれば、ＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質等の生体高分子との電気的接続を効率よく行う電気配線を可能とする電気接続体の製造方法、電気接続体を提供すること可能となり、ｎｍレベルの電気配線を可能とする電気配線方法を提供することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＤＮＡとカーボンナノチューブの接合の概念図である。
【図２】マルチプローブＡＦＭの概念図である。
【図３】付着力測定の原理を示す説明図である。
【図４】プローブによる付着力の変化を示す図である。
【図５】実施例３の電流電圧特性を示す図である。
【符号の説明】
１、２ カーボンナノチューブ
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ カーボンナノチューブプローブ
３４ａ、３４ｂ プローブ支持体
３２ ピエゾアクチュエータ
４２ 基板
４４ 試料
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気接続体の製造方法、電気接続体および電気配線方法に関し、特にＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質等の生体高分子を利用した電気接続体の製造方法、電気接続体および電気配線方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
これまで、ＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質等の生体高分子のような絶縁性物質を電子材料として用いることへの期待は低かった。
しかし、ｎｍレベルのデバイス技術が発展することで、こうした生体高分子等を電子材料として用い、電子デバイスを作製することが検討されるようになった。また、生体高分子に電極を接続し電気特性を測定することで試験や検査等に利用することも期待される。ここで、最大の問題は電極との電気的接続である。一般にシリコンデバイス等に用いられている電極作製の方法は、光露光法や電子線ビーム露光法で、感光レジスト上にパターンを描き、金属や半導体等を蒸着させることで配線（電気的接続）を行う。また、分子に意図的にチオール基（ＳＨ基）を付加させ、選択的に金電極上へ接合させる方法もある。
【０００３】
しかしながら、こうした感光レジストを用いるような配線方法では、レジスト現像で用いる有機溶媒等でＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質等の生体高分子は化学的損傷を受ける。一方、単純に金属電極上にこうした生体高分子を付着させても、付着状態によって電気伝導の効率が異なる。チオール基を配位させる方法では、物質が限定されてしまい、ほとんどの生体高分子は適用できない。
また、単純に金属（金、白金等）電極上にＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質等の生体高分子をのせただけでは、金属電極と前記生体高分子との接触抵抗が、金属の表面酸化膜の影響で一定とはならないため安定な電気接続は期待できず、接触抵抗値のずれが約１０％以上発生してしまう。
さらに、ＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質等の生体高分子の多くは抵抗率が５ＭΩ・ｃｍ以上の絶縁体であり、そういった生体高分子を電子素子として利用する場合には、電極をｎｍレベルで形成し近接配置する必要がある。しかしながら、金属配線のサイズは生体高分子のサイズに比べて大きすぎる（太すぎる）ため、微細な電気配線を形成することが困難であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
以上から、本発明は、ＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質等の生体高分子との電気的接続を効率よく行う電気配線を可能とする電気接続体の製造方法、電気接続体を提供することを目的とする。また、ｎｍレベルの電気配線を可能とする電気配線方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、以下に示す本発明によって達成される。すなわち、本発明は、
＜１＞ カーボンナノチューブを電極とし、該電極を生体高分子に接触させた後、前記生体高分子と前記電極との電気接続を安定化するための通電を行うことを特徴とする電気接続体の製造方法である。
【０００６】
＜２＞ 前記通電する際の電圧が１〜２０Ｖであることを特徴とする＜１＞に記載の電気接続体の製造方法である。
＜３＞ 前記生体高分子がＤＮＡあるいはＲＮＡであることを特徴とする＜１＞または＜２＞に記載の電気接続体の製造方法である。
【０００７】
＜４＞ 前記生体高分子が極性基を有し、該極性基と前記電極とを接触させることを特徴とする＜１＞に記載の電気接続体の製造方法。
＜５＞ 前記電極の端部に極性基を有し、該極性基と前記生体高分子とを接触させることを特徴とする＜１＞に記載の電気接続体の製造方法である。
＜６＞ 前記極性基が、カルボキシル基、カルボニル基、水酸基、アミン基およびアミド基の少なくとも１つから選ばれることを特徴とする＜４＞または＜５＞に記載の電気接続体の製造方法である。
【０００８】
＜７＞ 少なくとも、カーボンナノチューブからなる電極と、生体高分子と、からなる電気接続体であって、前記電極が前記生体高分子に接触しており、前記生体高分子と前記電極との電気接続体の備える電気特性を利用する前に、前記生体高分子と前記電極との電気接続を安定化するための通電がなされていることを特徴とする電気接続体である。
【０００９】
＜８＞ 前記生体高分子が、ＤＮＡあるいはＲＮＡであって、該ＤＮＡあるいはＲＮＡの表面に存在するＮａ + イオンが拡散した部分に前記電極が接触してなることを特徴とする＜７＞に記載の電気接続体である。
【００１０】
＜９＞ 前記電極がその端部に極性基を有し、前記生体高分子がその一部に極性基を有し、それぞれの極性基が互いに反発し、前記電極の端部が前記生体高分子の極性基が存在する部分以外の部分に接触していることを特徴とする＜７＞に記載の電気接続体である。
【００１１】
＜１０＞ 少なくとも、カーボンナノチューブからなる電極と、生体高分子と、からなる電気接続体であって、前記電極が極性基を介して前記生体高分子と接触してなり、前記生体高分子と前記電極との電気接続体の備える電気特性を利用する前に、前記生体高分子と前記電極との電気接続を安定化するための通電がなされていることを特徴とする電気接続体である。
【００１２】
＜１１＞ 前記極性基が、前記生体高分子の表面に存在し、該生体高分子がタンパク質であることを特徴とする＜１０＞に記載の電気接続体である。
【００１３】
＜１２＞ 前記極性基が、前記電極の端部に存在することを特徴とする＜１０＞に記載の電気接続体である。
【００１４】
＜１３＞ カーボンナノチューブからなる電極を生体高分子に接触させた後、前記生体高分子と前記電極との電気接続体の備える電気特性を利用する前に、前記生体高分子と前記電極との電気接続を安定化するための通電を行って電気接続を行うことを特徴とする電気配線方法である。
＜１４＞ 前記電極が、その端部に前記生体高分子に対し引力を生ずる極性基を有することを特徴とする＜１３＞に記載の電気配線方法である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の電気接続体の製造方法は、カーボンナノチューブを電極とし、該電極を生体高分子に接触させた後、前記生体高分子と前記電極との電気接続を安定化するための通電を行うことを特徴とする製造方法である。
前記本発明の電気接続体の製造方法によれば、生体高分子に対しカーボンナノチューブを安定的に接続（接触）させることができる。
【００１６】
ここで、生体高分子とはＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質等、生体に存在する高分子をいうが、近年ＤＮＡやタンパク質等を人工的にも合成することが可能となってきており、これらの人工の生体高分子を本発明に適用することも当然可能である。また、生体高分子は、複数種類の生体高分子が一体となったものであってもよい。
【００１７】
また、カーボンナノチューブ（以下、「ナノチューブ」ということがある）としては、生体高分子に対して通電する状態にあれば特に制限されず、単一壁もしくは多重壁カーボンナノチューブを用いることが可能であり、その直径が０．５ｎｍ以上５０ｎｍ以下のものを使用するのが好ましい。また導電性を備えていれば束状になったカーボンナノチューブを用いることも可能である。
【００１８】
本発明の電気接続体の製造方法によれば、カーボンナノチューブを生体高分子に接触させた後、通電することで、安定な接合状態が得られる。かかる接合状態が得られる原理は、必ずしも明らかではないが、以下のような作用によるものと考えられる。
【００１９】
カーボンナノチューブは、グラファイトが円筒形に閉じた構造をしており、その表面には強いファンデルワールス力が生じる。したがって、化学的な極性基（ＯＨ基、ＣＯＯＨ基等）やイオンが存在すると強い引力が生じる。また、カーボンナノチューブは炭素単体の化学物質なので、金属とは異なり、表面が酸化されにくく、表面の原子配列が常に同じである。
【００２０】
一方、ＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質等の生体高分子では、ＤＮＡとＲＮＡの表面はＮａ原子とのイオン結合で安定化されており、水中等で化学平衡状態によりＮａが解離すると、強い負の極性を有する。また、タンパク質の表面には３種類の非共有結合が存在する。すなわち、ポリペプチド骨格を形成するアミノ酸に由来するイオン結合や水素結合（たとえば、カルボキシル基とアミン基間のイオン結合やカルボニル基とアミド基間の水素結合）、および、折り畳み構造からくるファンデルワールス力である。
したがって、タンパク質を構成するポリペプチド表面には極性側鎖が多数存在し、通常のタンパク質分子表面には、極性側鎖が分子の外表面に並び、強い水素結合を生むことになる。
【００２１】
このようなＤＮＡやＲＮＡ分子上に、カーボンナノチューブを電極とし接触（接続）て通電すると、ＤＮＡやＲＮＡ分子表面のＮａ+イオンが拡散し、ＤＮＡやＲＮＡ分子とカーボンナノチューブとの安定的な接触が実現できる。
【００２２】
図１により具体的に説明すると、カーボンナノチューブ１がＤＮＡ表面に近づくと、カーボンナノチューブのファンデルワールス力の影響により、ＤＮＡ表面とＮａ＋イオンとのイオン結合が弱くなり、Ｎａ＋イオンがＤＮＡから解離しやすくなる。ここに電圧を印加し、電流を流すことで、Ｎａ＋イオンがＤＮＡやカーボンナノチューブの内部に拡散し、カーボンナノチューブ２のようにＤＮＡと接触する。こうした接触は、カーボンナノチューブとＤＮＡとの清浄表面による作用する静電引力によるものであるために、非常に安定しており、強い相互作用により接触している。
このような接触は、通常の金属では、表面に酸化膜が存在するため、不可能である。
【００２３】
生体高分子の電気特性を利用する本使用に供する前に通電して、より安定した電気接続を形成した後、実際の使用に供することが可能である。
また、カーボンナノチューブを生体高分子に接触させた後、電流を流すと（通電すると）、電気的な相互作用がより大きくなり、より安定した接触状態が得られる。通電する際の電流は、０．１〜１００ｎＡとすることが好ましく、５〜５０ｎＡとすることがより好ましい。
【００２４】
また、カーボンナノチューブの開いた端（端部）に酸（硝酸や硫酸、もしくはその混合液）で化学処理することで、例えば、カルボキシル基のようにタンパク質やＤＮＡ、ＲＮＡ等の生体高分子と引力を生じる極性基を付加させると、端部のみに強い極性が生まれ、生体高分子に対して選択的な電気接続も可能になる。即ち、生体高分子を構成する分子のうち、特定の箇所にカーボンナノチューブを接続させるようにするには、その箇所を構成する高分子との間に引力を形成する極性基をカーボンナノチューブの端部に結合させてやればよい。同様に、生体高分子の特定の箇所にカーボンナノチューブの端部を接続したくない場合には、その箇所を構成する分子と反発する極性基を結合させることで、カーボンナノチューブの端部が接続されるのを防ぎ、カーボンナノチューブの側面で接続させることが可能となる。
ここで、「端部」とは、カーボンナノチューブの長さＬのうち、先端から０．１×Ｌ（好ましくは、０．０１×Ｌ）の領域をいう。
【００２５】
このように、カーボンナノチューブと生体高分子とが安定して接続されるため、接触抵抗値がのずれが１０％以下の安定な電気接続を実現することが可能となる。
【００２６】
本発明の製造方法により製造される電気接続体は、カーボンナノチューブを電極として用い、その電極が生体高分子に接触している簡易かつ微細な構成を有しているため、ｎｍレベルの電気配線が可能となり、抵抗率が５ＭΩ・ｃｍ以上の絶縁体である生体高分子を用いた場合にも、例えば、電子素子としてその電気特性を利用することが可能となる。前記電子素子の具体例としては、整流器、トランジスタ、スイッチング素子、集積回路、太陽電池、光センサー、化学物質官能性センサー等を挙げることができる
また、前記電気接続体の原理を利用して電気配線を行えば、すなわち、前記電極を生体高分子接触させることで電気接続を行う電気配線方法を利用すれば、ＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質等の生体高分子と安定な電気的配線が可能になり、例えば半導体デバイス等の電子産業において広く活用できる。
【００２７】
以下、本発明の電気接続体の製造方法を、好ましい実施形態を挙げて説明する。
生体高分子として、天然のＤＮＡやＲＮＡを用いる場合には、ＤＮＡやＲＮＡにタンパク質等の不純物が含まれているために、精製を行う必要がある。
例えば、ＤＮＡの精製は、以下のようにすることが好ましい。まず、メタノールやエタノール等のアルコール；メチルエーテルやエチルエーテル等のエーテル類；等で不純物となるタンパク質を除去する。次に、バッファー液（塩化ナトリウム３００ｍＭ、炭酸ナトリウム１０ｍＭ、ＥＤＴＡ５ｍＭ）で２〜３回洗浄し、不純物を取り除く。ＤＮＡの純度をさらに望む場合は、電気泳動法でＤＮＡを単離することが好ましい。バッファー液で洗浄後濾過し、塩類を除去するために、例えば、エタノール水混合溶液（エタノール２０％、水８０％）に分散させる。エタノールは蒸留後、ポア径０．１μｍのフィルターで濾過したもの、また、水は超純水（抵抗値１０１８Ω以上）を用いるのが好適である。このエタノール水混合溶液で２〜３回の塩類除去を行い、ＤＮＡもしくはＲＮＡの濃度を０．０１〜０．１質量％に調整する。不純物除去過程でＤＮＡ（もしくはＲＮＡ）分子は凝集し球体となりやすい。したがって、エタノール水混合溶液中で１日から１０日の範囲で保持し、展開させる。このときの保持温度は２〜１０℃以内が好ましく、通常、７℃で保持した場合、７日間でＤＮＡ分子は繊維状に展開する。
なお、ＲＮＡも同様な方法で精製することができる。
【００２８】
一方、タンパク質は、その形や分子サイズ等に様々なものが存在し、一般には、クロマトグラフィーで分離精製することが好ましい。ここでは、イオン交換クロマトグラフィー、ゲル濾過クロマトグラフィー、アフィニティークロマトグラフィーの原理を組み合わせて、クロマトグラフィーの分離カラムを構成し、目的に応じたタンパク質を分離することが好ましい。次に、一次元ポリアクリルアミドゲル電気泳動法で分離することにより、目的のタンパク質の精製度を知ることができる。さらに詳細なタンパク質の分離には二次元ポリアクリルアミドゲル電気泳動法で分離精製することが好ましい。
【００２９】
電極材料として用いるカーボンナノチューブは、アーク放電法やレーザーアブレーション法で作製する。カーボンナノチューブには、単一壁と多重壁のものがあり、それらの直径は、単一壁カーボンナノチューブで０．５ｎｍから３ｎｍ、多重壁カーボンナノチューブで５ｎｍから２０ｎｍである。
【００３０】
次に、ＤＮＡやＲＮＡとカーボンナノチューブを接触させる方法について説明する。
まず、ＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質等の生体高分子（以下、「試料」という）より電気抵抗の高い絶縁性基板（酸化シリコン、サファイヤ、マイカ等）を用意し、その上に液中で展開した試料の分子を固定する。次に、任意の方法で電極となる二本以上のカーボンナノチューブを試料の分子上にのせる。このとき、電極となるカーボンナノチューブのそれぞれの距離は、電気的に独立した状態を保ちつつ、試料の分子上で１ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが好ましい。次に、カーボンナノチューブ間に電圧をかけ、試料の分子と電極となるカーボンナノチューブを固定し、電気的に接続させる。このとき、電極となるカーボンナノチューブ間に印加する電圧は１Ｖ以上２０Ｖ以下が好ましく、電極となるカーボンナノチューブおよび試料に流れる電流値は、０．１ｎＡ以上１００ｎＡ以下が好ましい。
【００３１】
カーボンナノチューブを操作し、試料の分子の任意の箇所に接続させる方法としては、原子間力顕微鏡（ａｔｏｍｉｃ ｆｏｒｃｅ ｍａｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＡＦＭ、以下、ＡＦＭと記載する）を用いる方法がある。ＡＦＭは、カンチレバーに取り付けられた鋭いプローブが試料表面を走査する際、試料の凹凸に従って得られるカンチレバーのたわみ量を光りてこ法で測定し、試料の凹凸像を得る測定装置である。しかし、一般のＡＦＭではプローブを１本しか有していないので、３本以上のプローブを有するマルチプローブＡＦＭを用いることが好ましい。
【００３２】
カーボンナノチューブを操作し、さらに電流を流すことのできるマルチプローブＡＦＭの一態様を図２に示す。
当該マルチプローブＡＦＭにおいては、３つのプローブを用いており、かつ、そのうちの１つのカーボンナノチューブプローブ３０ａが原子間力顕微鏡（ａｔｏｍｉｃ ｆｏｒｃｅ ｍｉｃｏｒｏｓｃｏｐｅ；ＡＦＭ）用のプローブとなっている。カーボンナノチューブプローブ３０ａは、プローブ支持体３４ａのピラミッド状の形態の走査部３６の先端に固定されている。また、他の２本のカーボンナノチューブプローブ３０ｂ，３０ｃは、１つのプローブ支持体３４ｂの先端に、「ハ」の字型にやや開いた状態で、それぞれ電気的に独立して固定されている。プローブ支持体３４ｂは、ピエゾアクチュエータ３２に接合され、３次元的に自由に動かすことができるように構成されており、試料４４が基板４２上に載せられている。
【００３３】
上記マルチプローブＡＦＭを使用して、カーボンナノチューブをＤＮＡ等の生体高分子上に接触させるには、以下に説明するようにすることが好ましい。
まず、目的のＤＮＡ分子の場所をマルチプローブＡＦＭで観察しながら特定する。次に、電極となる１のカーボンナノチューブを、マルチプローブＡＦＭで移動させながら、ＤＮＡ分子と交差させながら当接させる。同様にして、当該１のカーボンナノチューブと一定の間隔を有するように、他のカーボンナノチューブをＤＮＡ分子と交差させながら当接させる。必要に応じて、同様の操作を繰返す。
【００３４】
また、電極となるカーボンナノチューブを硝酸硫酸混合液（硝酸（６８％）：硫酸（９６％）＝３：１）中に０．０１重量％の濃度で混ぜ、２時間の超音波振とうを行うと、カーボンナノチューブの両末端にカルボキシル基が付加する。こうしたカーボンナノチューブを電極として用いると、試料の極性によって、カーボンナノチューブの端部で選択的に試料と接続させることもできる。
【００３５】
【実施例】
以下に本発明の実施例を示すが、本発明はこれらの例に制限されるものではない。
【００３６】
（実施例１）
ＤＮＡとして天然のサケの精子から分離したＤＮＡ使用した。
タンパク質等の不純物を除去するために、エタノール（９９．９％）１００ｍｌ中に、１０ｍｇのＤＮＡを分散させた。常温で撹拌を３０分間行い、ポア径１μｍのＰＴＦＥフィルターで濾過した。この操作を３回行い、次に、バッファー液（塩化ナトリウム３００ｍＭ、炭酸ナトリウム１０ｍＭ、ＥＤＴＡ５ｍＭ）１００ｍｌ中にタンパク質を除去したＤＮＡを分散させた。水は超純水（抵抗値１８ＭΩ以上）を用いた。常温で撹拌を３０分間行い、ポア径１μｍのＰＴＦＥフィルターで濾過し、不純物を取り除いた。最後に塩類を除去するために、エタノール水混合溶液（エタノール２０％、水８０％）に分散させた。ここで用いるエタノールは蒸留後、ポア径０．１μｍのフィルターで濾過したものを用いた。また、水は超純水（抵抗値１８ＭΩ以上、紫外線滅菌）を用いた。
【００３７】
分散後、１０分間振とうし、遠心分離法で分離した（回転数３００ｒｐｍ、回転時間１時間）。この操作を３回行い、最終的にＤＮＡの濃度を０．０２％に調整した。
【００３８】
次に、ＤＮＡ分子を酸化シリコン基板上に展開し、マルチプローブＡＦＭでＤＮＡ分子上に電極としてのカーボンナノチューブを２本接触させた。２本のカーボンナノチューブの間隔は、２０ｎｍとした。
なお、前記カーボンナノチューブは、アーク放電によって得られた単一壁のものを用いた。
【００３９】
このような状態で、ＤＮＡ分子とカーボンナノチューブの付着力の差を観測した。付着力測定の原理を図３に示す。ＡＦＭのカンチレバーを試料に付着させ、引き上げるときに作用する力が付着力である。
すなわち、図３中でｊｕｍｐ−ｏｕｔと記載している量が付着力の大きさを示す。したがって、プローブを金とカーボンナノチューブとに変えて、ＤＮＡとの付着力量を比較することで、電極の力学的な接合状態を測定することができる。
【００４０】
ＤＮＡを試料とし、プローブを金またはカーボンナノチューブとし、付着力量の変化について、それぞれ４回づつ測定した。結果を図４に示す。プローブが金の場合には、付着力が１０ｎＮから１５ｎＮであるのに対し、プローブがカーボンナノチューブの場合には、付着力が２０ｎＮから３０ｎＮであった。また、電圧を１５Ｖ印加させた場合には、カーボンナノチューブとＤＮＡの付着力は、６５ｎＮから８０ｎＮへ上昇した。
【００４１】
以上の結果より、カーボンナノチューブとＤＮＡ分子との力学的接合が金等の金属より強く、ＤＮＡ分子との電気配線に好ましい材料であることが実証できた。
【００４２】
（実施例２）
実施例１と同様なＤＮＡに２本のカーボンナノチューブを接続させ、実施例１と同様にして、電圧印加前後での付着力の変化、および電気抵抗値の変化を測定した。単一のＤＮＡ分子上でのカーボンナノチューブの電極幅が３０ｎｍのとき、電圧を１５Ｖ印加させた前後での電気抵抗の変化を測定した。バイアス電圧が０．２Ｖで、電流値をもとめると、電圧を１５Ｖ印加させる前では、電流値は１５ｐＡから３０ｐＡであったが、電圧を１５Ｖ印加させた後では、電流値は８０ｐＡ流れた。また、電圧を１５Ｖ印加させる前では、電流値は、１０ｐＡから１５ｐＡの揺らぎが生じたが、電圧を１５Ｖ印加させた後で、電流値の揺らぎは５ｐＡ／ｍｉｎ以下に低下した。また、基板上での電流の漏れは、３ｐＡから４ｐＡなので、電圧を１５Ｖ印加させた後でのカーボンナノチューブとＤＮＡ分子との接合部での電流値の揺らぎは、１ｐＡ以下であると判断した。
以上の結果より、カーボンナノチューブとＤＮＡ分子とを接合させることが、電気配線に有効であることが実証できた。
【００４３】
（実施例３）
実施例１と同様なＤＮＡに２本のカーボンナノチューブ（それぞれ多重壁カーボンナノチューブ）を接続させて、電圧印加前後での電流電圧特性を比較した。電流電圧特性は、ソース電極およびドレイン電極として前記２本のカーボンナノチューブを使用し、ゲート電極として単一壁カーボンナノチューブを使用した。ソース電極とドレイン電極の幅は８ｎｍとし、ゲート電極幅は１．５ｎｍとした。また、下地基板は酸化シリコンとした。
実際には、単一のＤＮＡ分子上でのカーボンナノチューブの電極幅が２０ｎｍのとき、カーボンナノチューブ電極間に電圧を１５Ｖ印加させた前後での電流電圧特性を測定した。図５にその結果を示す。電圧印加後、電流電圧特性が安定になっている。このことから、カーボンナノチューブをＤＮＡの電気配線に用いることが、トランジスタ等の電子デバイスに有用なことが実証できた。
【００４４】
（参考例）
電極となるカーボンナノチューブを硝酸硫酸混合液（硝酸（６８％）：硫酸（９６％）＝３：１）中に０．０１重量％の濃度で混ぜ、２時間の超音波振動を行い、カーボンナノチューブの両末端（カーボンナノチューブの長さ：１２０ｎｍ端部の領域：先端から１ｎｍ）にカルボキシル基を付加させた。こうしたカーボンナノチューブを電極として用いて、タンパク質（グロブリン）分子に接合させた。このとき、カルボキシル基有無でカーボンナノチューブとの付着力の差を測定した。
【００４５】
カーボンナノチューブ末端にカルボキシル基がない場合には、３８ｎＮから４５ｎＮであったが、カルボキシル基を付加させると、８０ｎＮから１２０ｎＮに付着力が増加した。
なお、金属電極とグロブリンとを接触させたときは、ほとんど付着力が見られず、単に接触している状態であった。
したがって、カーボンナノチューブ末端にカルボキシル基を付加させることが、選択的に力学的接合を強くし、タンパク質との電気配線に好ましい材料であることが実証できた。
【００４６】
【発明の効果】
以上から、本発明によれば、ＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質等の生体高分子との電気的接続を効率よく行う電気配線を可能とする電気接続体の製造方法、電気接続体を提供すること可能となり、ｎｍレベルの電気配線を可能とする電気配線方法を提供することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＤＮＡとカーボンナノチューブの接合の概念図である。
【図２】マルチプローブＡＦＭの概念図である。
【図３】付着力測定の原理を示す説明図である。
【図４】プローブによる付着力の変化を示す図である。
【図５】実施例３の電流電圧特性を示す図である。
【符号の説明】
１、２ カーボンナノチューブ
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ カーボンナノチューブプローブ
３４ａ、３４ｂ プローブ支持体
３２ ピエゾアクチュエータ
４２ 基板
４４ 試料
Claims (14)
- カーボンナノチューブを電極とし、該電極を生体高分子に接触させた後、前記生体高分子と前記電極との電気接続を安定化するための通電を行うことを特徴とする電気接続体の製造方法。
- 前記通電する際の電圧が１〜２０Ｖであることを特徴とする請求項１に記載の電気接続体の製造方法。
- 前記生体高分子がＤＮＡあるいはＲＮＡであることを特徴とする請求項１または２に記載の電気接続体の製造方法。
- 前記生体高分子が極性基を有し、該極性基と前記電極とを接触させることを特徴とする請求項１に記載の電気接続体の製造方法。
- 前記電極の端部に極性基を有し、該極性基と前記生体高分子とを接触させることを特徴とする請求項１に記載の電気接続体の製造方法。
- 前記極性基が、カルボキシル基、カルボニル基、水酸基、アミン基およびアミド基の少なくとも１つから選ばれることを特徴とする請求項４または５に記載の電気接続体の製造方法。
- 少なくとも、カーボンナノチューブからなる電極と、生体高分子と、からなる電気接続体であって、前記電極が前記生体高分子に接触しており、前記生体高分子と前記電極との電気接続体の備える電気特性を利用する前に、前記生体高分子と前記電極との電気接続を安定化するための通電がなされていることを特徴とする電気接続体。
- 前記生体高分子が、ＤＮＡあるいはＲＮＡであって、該ＤＮＡあるいはＲＮＡの表面に存在するＮａ+イオンが拡散した部分に前記電極が接触してなることを特徴とする請求項７に記載の電気接続体。
- 前記電極がその端部に極性基を有し、前記生体高分子がその一部に極性基を有し、それぞれの極性基が互いに反発し、前記電極の端部が前記生体高分子の極性基が存在する部分以外の部分に接触していることを特徴とする請求項７に記載の電気接続体。
- 少なくとも、カーボンナノチューブからなる電極と、生体高分子と、からなる電気接続体であって、前記電極が極性基を介して前記生体高分子と接触してなり、前記生体高分子と前記電極との電気接続体の備える電気特性を利用する前に、前記生体高分子と前記電極との電気接続を安定化するための通電がなされていることを特徴とする電気接続体。
- 前記極性基が、前記生体高分子の表面に存在し、該生体高分子がタンパク質であることを特徴とする請求項１０に記載の電気接続体。
- 前記極性基が、前記電極の端部に存在することを特徴とする請求項１０に記載の電気接続体。
- カーボンナノチューブからなる電極を生体高分子に接触させた後、前記生体高分子と前記電極との電気接続体の備える電気特性を利用する前に、前記生体高分子と前記電極との電気接続を安定化するための通電を行って電気接続を行うことを特徴とする電気配線方法。
- 前記電極が、その端部に前記生体高分子に対し引力を生ずる極性基を有することを特徴とする請求項１３に記載の電気配線方法。
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