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本年度は、天然のDNAと、電荷担体導入を目的とした2価金属イオンを導入したDNAの物性を調べた。概要を以下に整理する。
1.天然のDNA
これまで、DNA一本、或いはその束について、直接電気伝導度を測定した多くの報告が成されてきて、金属的な電気伝導を示す、との報告がされてきたが、磁気的性質から見る限り、天然のDNAは非磁性であり、通常の金属としては理解が出来ないことを明らかにした。
しかし、最近、λ-DNAを用い、水分を多く含むB型構造を持つB-DNAが低温で常磁性を示し、その原因として、偶然出来たミクロンサイズのDNAリング内全体に広がった波動関数による巨大軌道常磁性である、との大変興味深い報告が現れた。そこで、同じ条件で追試を試みた。その結果、サーモンのDNAでも同様な低温磁化が観測された。しかし、その起源が、必ずしもDNA自体から発しているのではなく、試料管内に残留した微量の酸素によって生じている可能性が高いことを突き止め、コメントとして発表した。
2.2価金属イオンをドープしたDNAの物性
1.で見たとおり、天然のDNAは、自由に電気が流れる金属ではなく、エネルギーギャップを持つ半導体と考えられる。そこで、電気を運ぶ電荷担体を導入するために、一つの方法として、金属イオンをDNAに導入し、その電子状態を調べた。
その結果、Mgから始まる2価の金属元素のほとんどがDNAに導入できることを確認した。また、金属イオンのDNA内の位置は、J.Lee氏らの報告によると、DNAを構成する2本の骨格を結んでいるグアニン、シトシン、アデニン、チミンの4種の塩基からなる塩基対の間に入ることが示唆されている。磁性をプローブとするため、Mnを入れたMn-DNAの磁化率、ESRを測定した結果、J.Lee氏らの報告と同様に、塩基対間に位置することが結論された。しかし、2価イオンと塩基間には電荷移動が無いことが確認された。この結論は、Rakitin氏らが報告してる結論とは一致しない。
Rakitin氏らは、天然のDNAは、その電圧・電流特性に、半導体特有のステップが表れること、また、そこにZnイオンを導入すると、電圧・電流特性から半導体のステップが消失し、金属で期待される直線的なオーミックな電気伝導を示すと報告している。しかし、本研究の結果は、天然のDNAに存在していたエネルギーギャップは、2価金属イオンであるZnを導入しても、決してエネルギーギャップが消えることは無く、矢張り真性半導体であることを確認した。直接電気的特性を調べる方法では、電解質の支持塩による電気伝導を慎重に除く必要性が確認された。
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