Электронная сеть, содержащая нуклеотидные волокна, способ её изготовления и электронная схема, включающая указанную сеть

Электронная сеть, содержащая нуклеотидные волокна, способ её изготовления и электронная схема, включающая указанную сеть

Реферат

 

Использование: электроника. Сущность изобретения: электронная сеть создана на волоконном скелете путем связывания или комплексообразования электронно-функциональных веществ со скелетом нуклеиновых кислот. Скелет включает волокна с нуклеотидными цепями. Сборка волокон в сеть основана на взаимодействиях участков нуклеотидных цепей различных волокон. Техническим результатом изобретения является миниатюризация микроэлектронных и логических схем. 3 с. и 29 з.п. ф-лы, 17 ил.

Область изобретения Настоящее изобретение в общих чертах относится к области электроники и электронным сетям и схемам, так же как к компонентам и узлам таких сетей или схем.

Предшествующий уровень техники Прототипы, которые можно рассматривать как предпосылки настоящего изобретения, а также изготовления или экспериментальных методик, описываемых далее, перечислены ниже в конце описания.

Упоминание данных ссылок будет сделано путем указания данных номеров из приведенного выше списка.

Предпосылки изобретения Миниатюризация микроэлектронных и логических схем при существующей в настоящее время технологии достигает практических и теоретических пределов. Различные конструкторские и операционные соображения, такие как теплоотвод, гетерогенность, соединимость, так же как существующие фотолитографические технологии, ограничивают практический размер минимальных имеющихся в настоящее время изделий, электронных компонентов на основе полупроводников до примерно 0,25-0,3 мкм. Очевидно, что дальнейшая миниатюризация электронных компонентов должна включать новые подходы и новые концепции для изготовления электронных компонентов и логических схем.

Нанометровая электроника заставляет рассматривать два фундаментальных вопроса: рабочие принципы соответствующих электронных компонентов и схемы для изготовления таких компонентов и их интеграции в полезные схемы.

Ряд операционных принципов был предложен на основании эффектов заряда [1-6], что становится все более обещающим по мере того, как уменьшаются размеры устройств. Конструирование цепей в наномасштабе невозможно осуществить с помощью существующих микроэлектронных технологий. В частности, соединение элементов проводами и электрическое соединение с макроскопическим миром становятся все более проблематичными. Молекулярные процессы распознавания и самосборки молекул в надмолекулярные образования можно использовать для конструирования сложных структур [5]. Однако соединение электронных материалов с такими структурами или придание им электронной функциональности до сих пор не было достигнуто.

Нуклеиновые кислоты обладают свойствами самосборки, что можно использовать для создания сетей из волокон нуклеиновых кислот [27. 30]. ДНК уже была использована как организатор наноструктур при сборке коллоидных частиц в макроскопические кристаллоподобные агрегаты [14, 15] и для задания формы структурам из полупроводниковых наночастиц [16, 17].

Словарь Далее будут использованы некоторые термины и эти термины и их значения в контексте настоящего изобретения следующие.

Нуклеотидная цепь - последовательность нуклеотидов. Эти нуклеотиды могут быть рибонуклеотидами, дезоксирибонуклеотидами или другими рибонуклеотидными производными, различными синтетическими, т.е. не встречающимися в природе нуклеотидами, например пептидной нуклеиновой кислотой (PNA), а также любыми сочетаниями вышеуказанных соединений. Нуклеотидная цепь может быть одноцепочечной, двухцепочечной или многоцепочечной.

Волокно - удлиненный нитеподобный компонент. Волокно может иметь полимерный или сополимерный скелет или может включать отрезки различных полимеров или сополимеров, связанных друг с другом. Волокно может быть химически модифицировано за счет нанесения на него одного или более из веществ или частиц. Волокна настоящего изобретения включают, по крайней мере, одну нуклеоткдную цепь. Волокна настоящего изобретения могут также состоять только из нуклеотидных цепей.

Связывание - термин, который относится сразу ко всем типам взаимодействий, которые связывают вместе две или более молекулы, вещества, частицы, надмолекулярные структуры и т. д. или приводят к связыванию их с твердым субстратом. Связывание может быть ковалентным или нековалентным (нековалентное связывание может включать одно или более из ионных взаимодействий, гидрофобных взаимодействий, Ван-дер-Ваальсовых взаимодействий, химическую сорбцию и т. д. ). Производное от этого термина (т.е. "связь", "связанный" и т.д.) будет иметь значения, соответствующие термину "связывание" в зависимости от синтаксиса.

Взаимодействие - нековалентное связывание двух молекулярных объектов. Производное от этого термина (т.е. "взаимодействовать", "взаимодействующий" и т.д.) будет иметь значения, соответствующие термину "взаимодействие" в зависимости от синтаксиса.

Функционализированная нуклеотидная цепь - нуклеотидная цепь, которая была химически или физически модифицирована или присоединена с веществом, молекулой, кластером атомов или молекул или частицами, нанесенным на нее, что придает нуклеотидной цепи электрические или электронные свойства. Такие вещества или частицы могут быть связаны с нуклеотидной цепью различными взаимодействиями (например, могут быть химически нанесены на цепь, могут образовывать с ней комплекс в результате различных химических взаимодействий, могут быть ассоциированы с цепью за счет электростатических или гидрофобных взаимодействий, и т. д.) Вещества или частицы могут быть связаны с нуклеотидной цепью на основании общих химических свойств цепи или могут быть связаны с нуклеотидной цепью последовательность-специфическим образом. Примерами таких веществ, молекул, кластеров или частиц могут служить: металл, например, что приводит к образованию проводящей нуклеотидной цепи; различные полупроводниковые материалы, что может привести к образованию проводников (или резисторов), электронных р/n переходов и др.; молекулы, кластеры молекул или частицы, которые могут быть ассоциированы с нуклеотидной цепью, с образованием функциональных логических соединений между нуклеотидными цепями и т. д. В зависимости от типа связанных веществ или частиц электрические или электронные свойства, придаваемые нуклеотидным цепям, могут быть свойства проводимости, изоляции, селекции, переключения, электрического усиления, и т.д.

Функционализированное волокно - волокно, которое было химически или физически модифицировано, или прикреплено к веществам, кластерам атомов или молекул или частицам, нанесенным на него, что придает электрические или электронные свойства волокну или его части. Примером функционализированного волокна является волокно, нуклеотидная цепь которого функционализирована.

Узел - точка соединения двух или более волокон друг с другом. Примеры соединений можно увидеть на фиг.2 (см. далее описание, относящееся к этой фигуре).

Сеть - геометрическая одномерная, двумерная или трехмерная структура, которая включает, по крайней мере, одно волокно и может включать другие компоненты, такие как частицы, молекулы, например белки, другие макромолекулы и надмолекулярные комплексы и т.д. Термин "сеть" может относиться к геометрической структуре волокон и соединений между ними. Этот термин можно также использовать иногда как обозначающий "функционализированную сеть" (см ниже).

Функционализированная сеть - сеть, включающая, по крайней мере, одно функционализированное волокно. Фукционализированная сеть обладает свойствами, определяемыми наряду с другими ее геометрией, типом соединений и узлами между различными волокнами, природой нанесенных или образующих с ней комплекс веществ или частиц и т.д.

Электронная функциональность (или электронно-функциональный) - свойство компонента, которое позволяет ему служить в качестве электронного компонента.

Контактный компонент - проводящий субстрат, который может быть сделан из металла или любого другого проводящего материала или покрыт металлом или таким проводящим материалом, который служит для соединения указанной сети с внешними электронными или электрическими компонентами или схемами, служа, таким образом, в качестве входного/выходного (I/O) контакта с внешними компонентом или схемами. Контактные компоненты связаны с сетью, с одной стороны, и электрически связаны с внешними компонентами или схемами, с другой стороны. Термин "контактный компонент" может иногда обозначаться здесь также как "электрод".

Провод - в контексте настоящего изобретения - функционализированное волокно со связанным с ним веществом или частицами, которые обеспечивают электропроводность волокна. Провода являются проводящими компонентами, которые могут соединять между собой два или более участка сети, могут соединять сеть с электродом, соединять две сети и т.д. Провод может составлять полную длину функционализированного волокна или может составлять только часть длины функционализированного волокна, причем другая часть служит основанием для различного типа электронных компонентов, например диода, электрического переключателя, и т.д.

Изолятор - компонент сети, который действует как барьер для электропроводности.

Проводник - компонент сети, который обеспечивает перенос через него зарядов.

Переключатель - двух- или многотерминальный компонент, в котором проводимость между любой парой концов можно включить или выключить контрольным сигналом, создавая, например, потенциал на другом конце, свет, давление, химическую реакцию, нагрузку и т.д.

Электронный компонент - любой компонент, который может составлять часть электронной сети, отличающийся от провода или простого соединения между проводами (простым соединением является такое соединение, целью которого является только обеспечение связи между волокнами или функционализированными волокнами). Электронным компонентом может быть проводник, изолятор, переключатель, транзистор, диод, светоизлучающий диод, конденсатор, индуктор и др.

Компонент сети - термин, собирательно относящийся как к проводу, так и к электронному компоненту.

Внешняя схема, внешний компонент - электронная или электрическая схема или электронный или электрический компонент, соответственно расположенные электрически вне сети, обычно включают известные ранее электрические или электронные компоненты, включая стандартные твердотельные микроэлектронные компоненты.

Linker - агент (молекула, комплекс молекул, надмолекулярная структура, макромолекула, агрегат, коллоидная частица, молекулярный кластер и т.д.), который обеспечивает физическую связь между компонентами сети или между сетью и контактным компонентом. Линкеры могут содержать химические группы для ковалентного и нековалентного связывания (например, комплексообразования или сорбции и др.) с компонентами сети или контактным компонентом. Примерами линкеров являются: белок, связывающий нуклеиновую кислоту; синтетические молекулы со связывающей способностью в отношении определенных последовательностей нуклеиновых кислот; короткие, одноцепочечные или многоцепочечные последовательности нуклеиновых кислот (например, олигонуклеотиды), например, имеющие "липкие концы" и модифицированные с другого конца таким образом, чтобы обеспечить связывание с контактным компонентом; группа, включающая один член связывающей пары для связывания с другой группой или компонентом, содержащим другой член связывающей пары (связывающая пара является парой молекул, которые специфически взаимодействуют друг с другом, такой как антиген-антитело, рецептор-лиганд, биотин-авидин, сахар-лектины, нуклеотидная последовательность комплементарная последовательность и т.д.).

Комплексообразующий агент - агент, который используют для связывания компонентов сети друг с другом. Связывание может быть ковалентным или нековалектным. Примерами комплексообразующих агентов являются: белки со специфической связывающей способностью в отношении последовательности нуклеиновых кислот; олигонуклеотиды; синтетические молекулы, которые могут связываться с двумя компонентами; и т.д. Примером использования комплексообразующего агента является связывание конца волокна нуклеиновой кислоты с коллоидной частицей или связывание двух волокон нуклеиновых кислот друг с другом с целью создания узла.

Сущность изобретения Настоящее изобретение использует свойства распознавания молекул и процесс самосборки последовательностей нуклеиновых кислот и других компонентов. Эти свойства используют для создания сетей на основе волокон с геометрией, определяемой типом схемы связей между нуклеотидными цепями волокон. Волокна могут быть сделаны из нуклеотидных цепей. В другом варианте волокна могут быть сделаны из веществ, отличающихся от нуклеотидных цепей, но включающих одну или более из нуклеотидных цепей, и могут быть соединены с другими сетевыми компонентами через такие цепи. Волокна могут быть полностью или частично а priori проводящими, но обычно бывают химически или физически модифицированы таким образом, что обладают электрической или электронной функциональностью. Функционализированная сеть может включать проводники, переключатели, диоды, транзисторы, конденсаторы, резисторы и т.д.

Настоящее изобретение обеспечивает в первом своем аспекте электронную сеть, по крайней мере, с одним сетевым компонентом, причем эта сеть имеет геометрию, определяемую, по крайней мере, одним волокном, включающим одну или более из нуклеотидных цепей.

Компонентом сети может быть проводник, например провод, или электронный компонент.

Волокна настоящего изобретения могут образовывать соединения, в которых один сегмент нуклеотидной цепи одного волокна связан с другим нуклеотидным сегментом другого волокна последовательность-специфическим взаимодействием. В другом варианте соединения могут быть образованы между нуклеотидными цепями различных волокон, молекулой, кластером атомов или молекул или частицей, которые связаны с каждой из нуклеотидных цепей в соединении. Такая молекула, кластер или частица могут быть связаны с нуклеотидными цепями через линкеры, связанные с указанной молекулой, кластером или частицей.

Соединение может быть также образовано модифицированными нуклеотидами, например, модифицированными таким образом, чтобы обеспечить ковалентное связывание, по крайней мере, одного нуклеотида одной цепи с нуклеотидом другой цепи. Примером такой модификации может служить добавление серы или аминового остатка, карбоксильной группы или активного сложного эфира. Химическая модификация нуклеотида может также обеспечить связывание цепи с линкером, связывание с частицей, связывание с электронным компонентом сети и т.д. Нуклеотидную цепь можно также модифицировать, связывая с ней один член связывающей пары для связывания с другим компонентом, включающим другой член связывающей пары. Связывающая пара состоит из двух молекул или фрагментов, которые обладают специфическим сродством друг к другу. Такие связывающие пары включают биотип - авидин, биотин - стрептавидин, рецептор - лиганд, dig - antidig, антиген - антитело, сахар - лектины, нуклеотидная последовательность - комплементарная последовательность, нуклеотидная цепь и нуклеотидсвязывающий белок. Обычно, по крайней мере, одна нуклеотидная цепь сети содержит одно или более из веществ, или, по крайней мере, один кластер атомов или молекул или частицу, связанные с ней или образующие с ней комплекс, так что образуется, по крайней мере, один электрический или электронный компонент со свойствами, которые основаны на характеристиках переноса электрических зарядов указанного одного или более из веществ, или, по крайней мере, одного кластера атомов или молекул или частицы.

Электронный компонент в сети электрически соединен с, по крайней мере, одним волокном и сконструирован либо на цепи нуклеиновой кислоты, которая была химически или физически модифицирована путем нанесения на нее одной или более из молекул, кластеров атомов или молекул, или частиц, для придания цепи электронной функциональности, либо сконструирован молекулой, кластером атомов или молекул или частицей, расположенными в соединении между двумя или более цепями нуклеиновых кислот различных волокон, что придает указанному соединению электронную функциональность. Электронная функциональность основана на характеристиках переноса электрических зарядов одной или более из молекул, кластеров атомов или молекул или частиц. Электронная функциональность может также иногда зависеть от геометрии узла.

Сеть обычно соединена с контактными компонентами (электродами), которые служат как входной/выходной (I/O) контакт между сетью и внешней электронной схемой или компонентом.

В соответствии с одним из вариантов настоящего изобретения волокна имеют нуклеотидный скелет, который был химически или физически модифицирован путем нанесения на него или включения в него одной или более из молекул, кластеров атомов или молекул или частиц для придания электронной функциональности. Волокна, которые, кроме того, включают одну или более из нуклеотидных цепей, могут быть также в основном сделаны (иначе, чем их нуклеотидные цепи) из различных веществ, таких как проводящие или полупроводящие полимеры, другие полимеры, которые были модифицированы для придания им электрической или электронной функциональности (например, путем нанесения на них молекул, кластеров атомов или молекул или частиц) или углеродных нанотрубок.

Молекулы, кластеры атомов или молекул или частиц, используемые либо для химических, либо для физических модификаций волокон или внутри соединений между волокнами, могут обычно включать или могут быть сделаны из одного или нескольких атомов металлов, что придает характеристики переноса зарядов на указанный кластер или частицу.

Скелет сети настоящего изобретения включает кислые волокна, которые собраны так, что образуют сеть на основании специфических взаимодействий их последовательностей с другими волокнами или специфического связывания с другими компонентами. Таким образом, можно создать сети с практически бесконечным разнообразием геометрических структур.

Вещества или частицы могут быть связаны с волокнами на основании их общих (полных) химических свойств. Обычно это обеспечивает практически гомогенное нанесение вещества или частиц вдоль волокна. Специфическим вариантом такого гомогенного связывания веществ или частиц является создание электропроводящего провода на скелете из нуклеотидных цепей, например, когда проводящим веществом является металл, как раскрыто далее. В другом варианте вещества или частицы могут быть связаны с нуклеотидной цепью последовательность специфическим или домен-специфическим образом в различных участках волокон, а именно способом, который зависит от последовательности нуклеотидов на данных участках цепей нуклеиновых кислот.

Последовательность-специфическое или домен-специфическое нанесение веществ на различные участки нуклеотидной цепи можно осуществить целым рядом способов. Например, олигонуклеотид, a priori связанный с некоторым электронно-функциональным веществом или частицей, можно выполнить так, чтобы он связывался с участком цепи с комплементарной последовательностью. Аналогично можно также связать различные типы веществ или частиц последовательность-специфическим или домен-специфическим образом с многоцепочечным (например, двухцепочечным) волокном из нуклеиновых кислот. Этого можно достичь, например, используя последовательность-специфический комплексообразующий агент, который идентифицирует и связывается со специфическим сайтом двухцепочечной цепи нуклеиновых кислот. Комплексообразующим агентом может быть олигонуклеотид, образующий с двухцепочечной цепью трехцепочечную структуру; белок, например ДНК-связывающий белок, распознающий специфический двухцепочечный домен; и многие другие.

С помощью последовательность-специфического или домен-специфического связывания различные типы веществ можно связать с различными участками конкретного волокна или сети волокон.

Частицы, например коллоидные частицы или полимеры, можно связать с одним или более из волокон, обычно с помощью комплексообразующих агентов или линкеров. Отложения таких частиц можно использовать для образования электронных компонентов, например одноэлектронных транзисторов (SET).

Геометрия сети определяется волокнами. При создании сети можно использовать свойства химической комплементарности и распознавания молекул, используя процесс самосборки. Волокна можно собрать с образованием сети последовательность-специфических взаимодействий нуклеотидной цепи с комплементарными последовательностями. Это можно использовать для образования различных соединений (например, Т- или Х-соединений, как представлено на фиг. 2 к др.). Специфическое молекулярное распознавание между цепями нуклеиновой кислоты линкерами или комплексообразующими агентами (линкеры и комплексообразующие агенты могут быть олигонуклеотидами или множеством других молекул, макромолекул, надмолекулярных структур или частиц) можно использовать для связывания цепей нуклеиновых кислот с контактными компонентами или с другими компонентами сети, например частицами, расположенными в соединениях между волокнами.

В одном из аспектов настоящего изобретения предложено соединение между двумя или более проводниками микроэлектронной сети, где каждый из проводников имеет концевой сегмент, ближайший к соединению, включающий нуклеотидную цепь, связанную с другой цепью внутри соединения.

В другом аспекте настоящего изобретения предложен способ получения электронной сети, включающий: (a) обеспечение структуры, включающей, по крайней мере, один электропроводящий контактный компонент; (b) присоединение линкера к, по крайней мере, одному контактному компоненту; (c) осуществление контакта указанной структуры с, по крайней мере, одним волокном, включающим, по крайней мере, одну нуклеотидную цепь с последовательностью, способной связываться с линкером, и позволяющую осуществить связывание указанных последовательностей с указанным линкером; (d) электрическую или электронную функционализацию, по крайней мере, одной нуклеотидной цепи путем нанесения на нее или путем образования с ней комплекса, по крайней мере, одного из веществ или частиц, придающих электрическую или электронную функциональность этому волокну.

Следует отметить, что порядок стадий в описанном выше способе не является принципиальным и может быть изменен. Например, стадия (с) может предшествовать стадии (b) или стадия функционализации (d) может предшествовать стадии (с).

Иногда сеть может быть сформирована сразу путем смешивания всех компонентов в среде, а затем предоставления компонентам возможности осуществить самосборку специфическим образом на основании свойств, которые заранее приданы компонентам. Волокна могут быть сконструированы так, чтобы иметь специфические последовательности нуклеиновых кислот, чтобы обеспечить их гибридизацию с комплементарными последовательностями других волокон. Аналогично, можно сформировать частицы со связанным с ними специфическим последовательность-распознающим или домен-распознающим комплексообразующим агентом, чтобы обеспечить связывание с цепями нуклеиновых кислот последовательность-специфическим или домен-специфическим образом. Например, можно создать кластеры или частицы с тремя различными связанными с ними олигонуклеотидами, которые затем свяжутся с концами трех различных нуклеотидных цепей с образованием соединения между тремя волокнами, содержащими коллоидные частицы. Аналогично для того чтобы обеспечить связывание сети с контактными компонентами специфическим образом, последовательность-распознающие или домен-распознающие линкеры можно иммобилизовать на контактных компонентах и осуществить их контакт с собираемой сетью.

В других случаях сеть можно создавать последовательным образом, например, вначале образуя субсетевую структуру, включающую часть компонентов полной сети, а затем недостающие компоненты (например, волокна, частицы и т.д.) можно последовательно добавлять до тех пор, пока сеть не будет создана полностью. Субсетевые структуры могут быть, например, частицами с присоединенными к ним несколькими олигонуклеотидами, структурами с разветвленными волокнами и т.д. Постепенная сборка может быть также основана на свойствах самосборки нуклеотидных цепей и комплексообразующих агентов и линкеров, которые связываются с нуклеотидными цепями последовательность-специфическим или домен-специфическим образом. Более того, возможно также, особенно в случае сетей со сложными структурами, вначале подготовить множество субсетевых структур, а затем скомбинировать их для образования полной сети.

Как должно быть очевидно специалистам, созданию сети может способствовать перемешивание среды, в которой формируется сеть, создание направленных потоков жидкости для ориентации волокон, чтобы соединить их с расположенными ниже по течению сетевыми компонентами по их другим концам, применение других способов смешения и т. д. При создании проводов настоящего изобретения электрический потенциал между двумя концами волокна, на котором этот провод сформирован, можно увеличить и обеспечить направленное нанесение проводящего вещества, например металла.

Нуклеотидные цепи, которые могут быть a priori одноцепочечными, двухцепочечными или многоцепочечными, можно создать и реплицировать различными способами, включая методики рекомбинантных ДНК, включающие продуцирование и репродуцирование волокон нуклеиновых кислот "синтезирующими" клетками, например микроорганизмами; иначе волокна можно получить синтетически, синтезируя нити, а затем объединяя их в более крупные волокна. Волокна можно создать с помощью различных методов амплификации, например, с помощью полимеразной цепной реакции (ПЦР) и т.д.

Волокна, сконструированные из нуклеотидных цепей и других веществ, можно создать различными способами. Обычно волокно не из нуклеиновой кислоты (например, полученное из проводящего полимера или представляющее собой нанотрубку) можно создать и ковалентно связать с обоих концов со специфическими нуклеотидными цепями. Такое волокно, включающее ненуклеотидное волокно, связанное с двух концов с нуклеотидной цепью, можно использовать как таковое при конструировании сети. Волокно можно удлинить, связывая с другими отрезками нуклеотидов, связывая с объединенным нуклеотид-ненуклеотидным волокном для получения более длинных волокон с чередующимися нуклеотидными цепями и ненуклеотидными отрезками и т.д.

Как будет понятно, вместо того, чтобы связывать цепь с концом ненуклеотидного волокна, можно связать только предшественник, а затем цепь синтезировать in situ, начиная с предшественника.

Отрезки ненуклеотидного волокна обычно a priori бывают проводящими или полупроводяшими, например, выполненными из проводящего или полупроводящего полимера или сополимера или проводящих нанотрубок. В таких случаях может не понадобиться никакой дополнительной функционализации отрезков ненуклеотидных волокон. Однако отрезки ненуклеотидных волокон могут быть a priori сделаны непроводящими и могут быть затем функционализированы, чтобы стать электрически или электронно функциональными, путем легирования или путем химического или физического нанесения на них различных молекул, кластеров или частиц, например тех, которые описаны выше.

В дополнительном аспекте в изобретении предложено соединение между электронным компонентом электронной сети и электропроводящим контактным компонентом, включающее нуклеотидную цепь, присоединенную к одному из электронных компонентов или к контактному компоненту и связанную бимолекулярным взаимодействием с линкером, присоединенным к другому из двух компонентов.

И еще в одном аспекте изобретения предложен сетевой компонент, как определено выше. Примерами сетевых компонентов, которые можно создать в соответствии с настоящим изобретением, являются переключатель, биполярный транзистор, одноэлектронный транзистор, транзистор с полевым эффектом, диод, конденсатор, резистор, проводник, светоизлучающий диод, изолятор, индукционная катушка.

Хотя вышеуказанные сетевые компоненты применимы в сетях настоящего изобретения, некоторые из них иногда могут быть использованы в различных применениях. Их малый размер по сравнению с соответствующими известными ранее компонентами позволяет использовать их в различных применениях, в которых требуется малый размер и низкое энергопотребление. Конкретным примером такого компонента является провод.

Провод настоящего изобретения можно изготовить очень тонким и можно с успехом использовать в применениях, где требуются тонкие провода, например в качестве затвора в полупроводниковом полевом транзисторе (FET) для очень быстрого переключения такого транзистора. Скорость переключения FET зависит в значительной степени от ширины (иногда специалисты используют термин "длины") провода в FET, выполняющего роль затвора. Провод в соответствии с настоящим изобретением может быть сделан примерно на два порядка величины меньше, чем известные провода затворов FET, и соответственно, используя провод настоящего изобретения, можно обеспечить быструю модуляцию в FET, более быструю, чем до сих пор была возможна. FET, включающий провод настоящего изобретения в качестве затвора, также составляет один из аспектов настоящего изобретения.

Далее настоящее изобретение будет проиллюстрировано следующим подробным описанием и последующими примерами со ссылками на прилагаемые чертежи. Специалистам должно быть ясно, что настоящее изобретение не ограничено конкретными описанными вариантами, но скорее применимо к полному объему изобретения, как раскрыто выше, а именно к созданию сети и компонентов этой сети, путем использования свойств самосборки волокон нуклеиновых кислот и путем нанесения веществ или частиц на волокна или образования комплексов веществ или частиц с волокнами, используя процесс самосборки, управляемый молекулярным распознаванием, для придания волокнам или узлам между волокнами электронной функциональности.

Краткое описание чертежей Фиг.1А представляет матрицу контактных компонентов и линкеров для связывания с сетью настоящего изобретения, с одной стороны, и соединения с внешней электронной схемой или компонентами, с другой стороны.

Фиг. 1В иллюстрирует вариант иммобилизации олигонуклеотидных линкеров на контактных компонентах.

Фиг. 2 представляет примеры соединений между цепями нуклеиновых кислот (шесть примеров представлены на фиг. 2A-2F, которые разъясняются далее в тексте).

Фиг. 3А представляет способ формирования и функционализации цепи нуклеиновых кислот в провод, причем проводящим материалом является серебро (скелет провода состоит из нуклеотидов).

Фиг. 3В демонстрирует возможную вольт-амперную характеристику для провода, сформированного, как проиллюстрировано на фиг.3А, которая зависит от направления сканирования напряжения (представлено стрелками на кривых).

Фиг. 4 представляет способ формирования провода на нуклеотидном скелете, причем электронным материалом является полифениленвинилен (PPV).

Фиг. 5 представляет ряд примеров функционализированных нуклеотидных цепей, состоящих из р/n перехода (фиг.5А-5С), плавного р/n перехода (фиг.5D) и биполярного n-р-n транзистора (фиг.5Е).

Фиг. 6 представляет способ формирования одноэлектронного транзистора (SET) в соответствии с одним из вариантов изобретения.

Фиг. 7 представляет иллюстрацию молекулярного переключателя в соответствии с одним из вариантов изобретения.

Фиг. 8А представляет два примера волокон в соответствии с вариантами настоящего изобретения, включающими как нуклеотидные цепи, так и ненуклеотидные отрезки.

Фиг.8В является схематическим представлением волокна-предшественника для получения волокна в соответствии с вариантом настоящего изобретения, где скелет волокна создан в основном не на нуклеиновых кислотах и где цепи нуклеиновых кислот образуют только сегменты скелета.

Фиг. 9 иллюстрирует способ создания двух олигонуклеотидных цепей с обоих концов политиофенового волокна.

Фиг. 10 иллюстрирует способ присоединения производных олигонуклеотидов к карбоксильным группам, созданным на концах ненуклеотидных волокон.

Фиг. 11 представляет способ преобразования концевых групп углеродных нанотрубок с использованием производных олигонуклеотидов с аминогруппами.

Фиг. 12А и 12В представляют полупроводник FET в соответствии с вариантом настоящего изобретения, изображенный в плоскости (фиг.12А) и его поперечное сечение (фиг.12В).

Фиг. 13 представляет схему синтеза олигонуклеотида в соответствии с примером 1(А).

Фиг. 14 представляет флуоресцентно-меченый -ДНК отрезок между двумя золотыми электродами (темные полосы), находящимися на расстоянии 16 мкм.

Фиг. 15А и 15В представляют изображение, полученное с помощью атомного микроскопа (AFM), серебряного провода на ДНК-матрице, соединяющего два золотых электрода, расстояние между которыми 12 мкм, в размере поля 1,5 мкм (фиг.15А) и 0,5 мкм (фиг.15В).

Фиг. 16А представляет две вольт-амперные характеристики (I-V кривые) для серебряного провода, полученного по способу примера 9. Стрелки указывают направление сканирования напряжения. Сплошной линией на кривых представлены повторные сканы и это демонстрирует стабильность образцов. Отмечается асимметрия I-V кривых, соответствующая двум направлениям сканирования.

Фиг.16В представляет кривые I-V для различных серебряных проводов, в которых рост серебра более интенсивен, нежели на фиг.16А. Более интенсивный рост серебра приводит к меньшему плато для тока для порядка 0,5 вольт, и более низкое сопротивление (13 МОм по сравнению с 30 МОм на фиг.16В). При пропускании через провод более сильных токов плато исчезает и характеристика становится омической (пунктирная линия) во всем интервале измерений.

Фиг.17 представляет AFM изображение результата связывания коллоидных частиц золота с биотин-модифицированными нуклеотидами.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Создание сети обычно начинается с обеспечения матрицы контактных компонентов, которые обеспечивают I/О контакт. между сетью и внешним контуром или внешним компонентом. Иллюстрация одного из вариантов матрицы контактных компонентов 100 представлена на фиг 1А. Каждый из контактных компонентов 102 обычно представляет металлический электрод, имеющий соединяющую с сетью контактную площадку 104 и контактную площадку 106, соединяющую с внешней схемой, связанные соединительным участком 108.

В качестве подготовительной стадии для создания сети соединяющие контактные площадки обрабатывают, чтобы обеспечить их связывание с линкерами 110, например, производными олигонуклеотидов. (Один из вариантов иммобилизации линкерного олигонуклеотида на контактном компоненте представлен на фиг. 1В и описан далее). Подготовленные предварительно линкеры 110 можно затем присоединить к контактной площадке 104, обычно различные ликеры к каждой контактной площадке. Линкеры 110, представленные схематически в увеличенном размере справа от центральной части 112 матрицы, можно иммобилизовать на контактных площадках 104, например, струйной печатью, например, способом, описанным далее в примерах. Таким образом, отдельный линкер 110 может быть присоединен к каждой из контактных площадок 104. Каждый из линкеров 110 может обладать селективной связывающей способностью в отношении различных специфических последовательностей нуклеиновых кислот, причем эта особенность представлена различными формами на концах линкеров.

Сеть функционализированных волокон, включающая провода (как здесь определено и описано с помощью примеров далее) и множество других сетевых компонентов, сформированных на соединениях или у соединений между волокнами, можно затем соединить с матрицей; специфическое связывание последовательностей нуклеиновых кислот в волокнах сети с линкерами, имм