DNA構造の生 物学的および物理的な研究は、DNA（1）の電子的性質にかなりの関心を明らかにした。放射線の影響やDNAの窒素塩基のイオン化ポテンシャルの研究の結果としてDNA損傷の形成は、DNAエレクトロニクス（2）に向かって研究者を追跡している。 導電性のために必要なπ電子リッチな拠点を持つほかに、DNAはまた、ナノエレクトロニクス（3、4）ナノスケールの寸法を有している。 これらのプロパティは、DNA分子エレクトロニクスのための有望な材料にします。 DNAの電気的特性は、そのような分子ワイヤー（5、6）のようなナノスケールデバイスの生産を目指して研究されています。 最近の研究では電気的に直接測定結果を中心にしているのに対し、以前のIV特性は、光誘起電荷移動の研究（7）で関与していた。 電気伝導度測定は、DNAの行動の広い範囲を持っているの発音、あいまいな実験と理論の両方の結果が得られている。 研究者は、最大30 bpの（8,9）にIVのλ-バクテリオファージの完全なゲノムの特性と化学的に合成オリゴを学んだ。天然のDNAのIV特性は、一緒に介在配列によって分離された低域と高グアニンリッチ領域をもたらします。豊富なグアニンの含有量を持つ配列は、グアニンは、DNA配列（10）を構成する4つの塩基の中で最も低い酸化電位を与えているとして、将来のナノワイヤーのための高いポテンシャルを持っています。これ以上の文献は、λ-バクテリオファージのグアニン豊富な本質的なシーケンスのIV特性のために報告されています。 二本鎖内因性グアニン豊富なλ- DNA配列の直接のIV測定では、この研究報告。 DNAナノワイヤーのその電気的挙動が低いグアニン含量の結果として影響されるべきではないので、三グアニンに富む領域がこの研究のために選ばれた。異なる大きさのこれらの本質的なシーケンスは、特定のチオール化プライマーを用いるポリメラーゼ連鎖反応（PCR）により合成した。 材料と方法 特定のチオール（5'末端）プライマーPR1（1F - ATGCTTGAACCCGCCTATGC、1R - TCACTTCATGCTTCGGCTTGAC）、PR2（2F - TGGGATATTACGTCAGCGAGGAC、2R - CACTTCATGCTTCGGCTTGAC）及びPR3は（3F - TGACTGCTGCTGCATTGACG、3R - GCCATGATTACGCCAGTTGTAC）GCをプロットすることによって遺伝子のランナー3.05プログラムで決定された％対λ- DNA配列（48502 BP）。プライマーは、合成とバイオの基礎（株）から調達された カナダの 。特異的プライマー（PR1、PR2＆PR3）のための増幅条件の標準化は、MJリサーチグラデーションサイクラー（PTC - 200）で行われた。条件の異なるセットが最大の増幅が得られるように、使用されていました。得られた最適な増幅条件は、560C、560Cと550Cと1.5mMのMgのだった - + イオンが濃縮する。 λ- DNAは1910塩基対（0.6494 × 10 -4 cm）の、2947 bpの（1 × 10 -4 cm）と3970 bpの（1.3498 × 10 -4 cm） の断片を増幅するためにテンプレートとして使用されました 。 PCR合成したグアニンに富む配列（SQ1 = 1910 BP、SQ2 = 2947塩基対、SQ3 = 3970 bp）をNucleotrap PCR精製キットを用いて精製した。間隔0.6金電極を作製する手順は、1.0および1.3μmのは（11）別の場所で説明されていた。簡単に言うと、微小電極は、光ピンセットの口内Microlaserの解剖コンビシステムを使用して、金コーティング（30 nm）のガラスウエハー上に作製した。ゴールドは20μJと0.66 mWの平均電力のエネルギーで4 nsのパルスの持続時間の紫外レーザー（λ- 337 nm）を適用することでアブレーションした。 H 2 O 2：電極をピラニア溶液[H 2 SO 4 で洗浄した。 3:1（V / V）]として（12）前述したように。 調製されたDNA試料の滴（0.2μL）（SQ1、SQ2＆SQ3）は要素間の配線を確立するように、その固定化のために物理的に分離された電極を介して分注した。それは、16時間の間インキュベートし、脱イオン蒸留水で十分に洗浄した。結局、それは乾燥窒素およびIVは、ヒューレットパッカードHP4155A、≥1013 Wおよび10 fAの電流分解能の内部抵抗を有する半導体パラメータアナライザと接続されているsignatoneでデスクトップのプローブステーションに特徴付けられた。以前（12）に述べたようにλ- DNAを固定化した。分子生物学グレードのすべての化学物質と酵素はQ. BIO遺伝子から調達された。BIO BASIC株式会社を、 カナダの ; USBIOLOGICAL 、 アメリカ ;シグマ アルドリッチ 、 アメリカ や PIERCE 、 アメリカ 。すべての溶液は、脱イオン（MΩ18）蒸留超純水（エルガPurelabウルトラシステム）で調製した。サンプルは、DNAの電気伝導度にカウンターイオン効果の役割を除外するために脱イオン水で調製した。マグネシウムと他の生物学的な無機イオンは、DNAとRNA（13）のそれらバラバラの拠点として追加されませんでした。 結果 IV測定：PCRは、グアニン豊富な合成（SQ1、SQ2およびSQ3）とλ- DNA配列をマイクロ電極間に固定化された。電極間のDNAの量は 、SQ1、SQ2およびSQ3のための 〜1月4日× 10 -1 ngおよび λ- DNAのための 〜4.0 × 10 -2 NGと推定された。等方性の電気的特性は、それぞれの場合に観察された。したがって、DNAの構造は非晶質状態、すなわち、ランダムに分布した（14）にあると考えられている。観測された導電性が原因で、汚染のDNAによるものとされていないことを確認するために、対照実験を行った。固定化DNAを有する電極をDNase - Iを含む溶液中で30分間インキュベートした。この酵素は特に二本鎖DNAを切断する。 DNase処理扱わ電極のIV特性は電流を示していない。これは、電極間のDNAの存在を保証する。別の対照実験では、電極の代わりにDNaseのmicrolaserの治療を与えられたことは、再び結果は同じだった。得られた特性の種類は、対イオンの効果の役割を除外する。対イオンの効果（図1D）がある場合には、伝導の急激な下落につながることが期待されていません。 DNA二重らせんは、水薄膜の携帯電話対イオンによるものであると共に、最も受け入れられた要因は、導電性に寄与している可能性がある。モバイルカウンターイオンは室温で電気伝導に寄与するかもしれないが、窒素はその重要な役割のために長さのルールを増やすと導電性の導電率測定と急落を行う前に、サンプルの乾燥。     図1λ- DNAの本質的なシーケンスのIV特性。 -λ- DNA、B - SQ1、C - SQ2とD - SQ3。 図1は、-1に+1のλ- DNAを、SQ1、SQ2およびSQ3のIV特性を比較V.現在は正常と逆極性（N / R）で測定された、等方性の特性が観察された。電圧スイープは両方の正方向と微細構造だけでなく、データの全体的な形状への負のダウンスイープに比べて、最大のためにゼロバイアスの周りにミラー化されている中で行った。各ケースの3回の測定の平均値を図1に示されていると評価がSQ1、SQ2およびSQ3については、表1に報告されている。 SQ1、SQ2およびSQ3 表1。IVの測定条件と結果。 | SQ1
（1910 bp）を | -1〜+1 | 0.6μmの | N / R | 〜0.16 eVの | 6.20 × 10 -5 | 1.61 × 10 4Ω | SQ2
（2947 bp）を | -1〜+1 | 1.0μmの | N / R | 〜0.22 eVの | 3.23 × 10 -8 A | 3.09x 10 7Ω | SQ3
（3970 bp）を | -1〜+1 | の1.3μm | N / R | 〜0.02 eVの | 1.37 × 10 -10 | 7.29 × 10 9Ω |
pAの範囲の非常に低い電流がλ- DNA（図1A）のために観察された。 SQ1とSQ2は最大〜0.16とかなりの電流フローが発生するを越えて〜0.22 eVの、（図1Bの＆C）にバンドギャップと、顕著に非線形です。 10μA、10 nAの電流範囲は、それぞれ、SQ1とSQ2のために観察された。 SQ3は0.02 eVと10 pAレンジ（図1D）で現在のバンドギャップを持つλ- DNAの場合のようにほぼ同様の挙動を示しています。 電子結合 電子結合エネルギーはDNAの導電性を記述するすべてのモデルのための重要な成分です。差動の重複の半経験的な中間ネグレクト（INDO）ハミルトニアンを用いてB3LYP/6-31G（d、p）の幾何学上のC：C（A：：T）NG現在、それは中立Gの一点計算を用いて算出した。 3.38 ÅであるB - DNAの場合のように三次元の二重環芳香族部分との間の塩基対間の距離（r）はすなわち距離を一定に保った。最終的には、穴の転送のための電子結合エネルギーは、HOMOのエネルギーから得られた、と塩基対のスタックのHOMO - 1、DFT/B3LYP最適化された幾何学（15、16）でINDOハミルトニアンが得。 B - DNA中の塩基と塩基対のジオメトリは、HyperChemにに実装さAMBER力場からの核酸のテンプレートを使用して作成されました。糖-リン酸骨格を除去し、水素は、標準的な結合の長さで添加した。塩基対の距離二塩基対の平面間の角度はそれぞれ、3.38 Åと36 0を 維持した。 ディスカッション pAレンジで非常に低い電流がλ- DNAのために観察された。現在の重要な値は10μAおよび10 nAの範囲で+1 Vの電流には、-1でSQ1とSQ2のために発生したため、これはそれぞれ、SQ1とSQ2によって示された。、低閾値電圧に起因することができます一番最初の瞬間に、この観察は、選択された配列がグアニンに富む領域があったとして、シーケンスの豊かさをグアニンに起因する可能性があります。一方のSQ3に現在ie10の非常に異なる範囲を示している pAの。 この電流範囲は、λ- DNA（Fig.1D）で観察された電流範囲に非常に近いです。にもかかわらず、バンドギャップがSQ1とSQ2（表1）と比較してSQ3にはあまりだった、かなりの電流が観察されなかった。 λ- DNAの三本質的なシーケンスの割合のグアニンは、〜58％であり、λ- DNAの〜49％です。 GCの割合は、使用するDNA配列の視点の長さを基準に算出した。以前、それが示唆された（17）はそうでない場合はAにGCステップの挿入：T橋は実際にホッピング厳しいグアニンはロングレンジDNA媒介電荷輸送を記述することができないという明確な証拠を提供する電荷輸送の効率を低下させる。従って、それはシーケンスの長さとグアニンのではなく、導電性を確かめるのユニットを実施する間に介在する拠点です。しかし、グアニン塩基の不可欠な役割を省略することはできません。 それは、現在の範囲は 、シーケンスの長さで連続して増加して 10 3 倍に低下していることに注意することは興味深いです 。 ΔのバンドギャップとSQ1とSQ2のために評価伝導率（σ0は）= 0.16、Δ= 0.22 eVとは2.4x10 5 であることが判明した と7.7x10 2Ω-1 cm -1の 、それぞれ。 SQ1とSQ2の間で同一のバンドギャップで比較導電性を確かめるために、導電性がSQ2のためにΔ= 0.16 eVに算出した。それはσ0= 2.3x10 2Ω-1 cm -1の ように計算された。それはΔ= 0.22 eVのバンドギャップで計算された導電性から有意な差は表示されません。最大インピーダンス[最大（インプ）] DNAセグメントSQ1、SQ2およびSQ3によって提供されるには、X10 4 × 10 7 × 10 9、それぞれ の要因となった 。それが10 9Ω の動作と高抵抗を絶縁示しているように導電性は、SQ3に評価されていませんでした 。 SQ1、SQ2およびSQ3シーケンスで電荷移動距離の頻度を確認するために、それらの解析を行った。に踏まれています：それは、指揮台（CG、GCが）ことが観察された N（：：TまたはT A）で 拠点[G：C（A：T）NG：C]。また、それはまた、'n'はSQ1、SQ2およびSQ3で周波数を変化させると1から10まで変化することがわかった。 n個の周波数6 <6はnの周波数に比べてより多くのことが判明した>。 'A'またはユニット"G"を行う間に'T'の傾向にステッピング長さの増加と共に連続的に増加した。 DNAの導電性の塩基を介入の役割を確かめるために、電子結合エネルギーは、導電ユニットの間に介在する拠点（表3）の異なる周波数を算出した。 指揮台の間にTのペア：これは、その電子結合エネルギーが数の増加とともに増加していることを示しています。電子結合は、n = 3件まで急激に減少し、 'n'の急落のさらなる増加が観察されていません。 導電性の低下を引き起こす二つの隣接する導電性ユニットの弱い結合でこの結果。 電荷担体と核酸塩基の電子カップリングの影響に関する研究や議論は、電荷移動の距離について確固たる結論を導き出すには不十分かもしれませんが、それは指揮台の間に介在する拠点が必要な成分である電子の結合エネルギーに大きな変化を引き起こすという目的を果たす電荷転送用。 介在する拠点（）とのユニット（G）を行うために計算 表2。 カップリングエネルギー。 | GAG | -8.539 | -8.488 | 0.051 | G（2）G | -8.564 | -8.465 | 0.099 | G（A）3 G | -8.572 | -8.455 | 0.117 | G（4）G | -8.575 | -8.450 | 0.125 | G（A）5 G | -8.576 | -8.448 | 0.128 | G（A）6 G | -8.576 | -8.447 | 0.128 | G（A）7 G | -8.576 | -8.444 | 0.132 | G（A）8 G | -8.576 | -8.443 | 0.133 | G（A）9 G | -8.576 | -8.442 | 0.134 | G（A）10 G | -4.938 | -4.804 | 0.134 |
n（nは> 4）ではなく、移動する電荷をブロックしない：Tの行為を電荷キャリア（18）のように：それはまたの数を（T）が増加することが報告されている。 1から3の電子結合エネルギーからは'n'の増加が急激に増加し、nの後に= 4このような傾向は減少すると、表3にも示しています。この結果は、さらに斎藤らの研究によって確証することができます。 Gのためのイオン化エネルギーを算出（1998）：TTGTTが6.96 eVの（19）であるため、CはTAGATのために、7.34 eVであるが、6.73 eVである。これは明らかに隣接する塩基がTAGATとTTGTTのIPの減少、したがって安定化を促進することを示しています。 このアカウントは、長距離の導電性に必要な配列を介在の平均。しかし、それはすべての可能な配列の違いは、導電性の同じパターンになることに必要はありません。 結論 本事例では、λ- DNAの本質的なグアニンに富む配列の伝導率が長さによって異なることがわかった。これは、シーケンスの評価と研究のシーケンスの導電性が介在する塩基の頻度で変更されている2つの導電性ユニット間の電子結合エネルギーの計算から推測されます。 two行うユニットの間に介在する塩基数は、定数または固定ではありません。介在する塩基の変動は、DNA配列の長さの増加とともに増加していることがわかった。 DNAの導電率は、完全にグアニン塩基によって支配だけでなく、'AT'の塩基によって補完されていません。介在配列の平均化と長距離電荷移動のために必要です。これらの結果は、さまざまな介入塩基とグアニンに富む配列の電気的挙動についての洞察を提供することがあります。また、DNAナノワイヤーの電気伝導度を変更することに役立つ可能性があります。 謝辞 この作品は、バイオテクノロジー学科（DBT）及び科学技術（DST）の省によってサポートされていました。著者らは、微小電極アレイの製造にGETECHハイデラバード、インドから博士Prakashさんに感謝しています。我々は彼らの貴重な指導や提案にも氏AKシュクラ博士アミットSharmaさんに感謝しています。私たち著者の一人（ラムAjore）科学産業研究のおかげで評議会（CSIR）、 デリー フェローシップを提供するための |