化学修飾探針を用いたSTMによるDNA/RNAの塩基配列決定法

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化学修飾STM探針の化学選択性を用いて核酸塩基種の認識を行いDNAの遺伝子情報を読み出す研究を行った.試料としては核酸塩基(guanine, adenine, cytosine, uracil)を金基板上に自己集合膜としたものを用い,測定する探針として同じく核酸塩基(guanine, adenine, cytosine, uracil)を電解研磨した金探針上にチオール結合で修飾したものを用いた.測定の結果,4種類の試料核酸塩基分子のうち,測定に用いた核酸塩基探針の相補的な塩基にあたる1種類の試料核酸塩基分子のみが,他の核酸塩基3種類に比べて大きなコントラストで観察された.次にadenineおよびguanineの2種類の核酸塩基を含む混合試料基板をその対核酸塩基であるcytosineおよびuracilの修飾探針で測定を行った.その結果,cytosineの探針ではその対核酸塩基であるguanine分子を,同様にuracilの探針ではその対核酸塩基であるadenine分子を選択的に明るく観察することが観察された.さらに,この混合膜のadenineとguanineの混合比率を変えて試料基板を観察すると,STM像中で明るく観察される対核酸塩基分子の数は,作成した混合膜中のその対核酸塩基分子の混合比率を反映したものとなっていた.一方,未修飾の金探針やWatson-Crickの水素結合認識部位を持たない核酸塩基を修飾した探針では,このような特定の核酸塩基のみを選択的に明るく識別される現象は,観察されなかった.これらの結果は,探針上の核酸塩基と試料の対核酸塩基の分子の相補的な塩基対間で,多点水素結合に基づく分子認識により電子軌道の重なりが生じ,それを介したトンネル電流の増加が起こったためと考えられる.