2013 Fiscal Year Annual Research Report
電子移動反応に基づくネットワーク型分子電子機能の創出
| Project Area | Molecular Architectonics: Orchestration of Single Molecules for Novel Function |
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| Project/Area Number |
25110014
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
松本 卓也 大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (50229556)
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| Project Period (FY) |
2013-06-28 – 2018-03-31
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| Keywords | 分子エレクトロニクス / 確率共鳴 / 酸化還元反応 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
確率共鳴を基礎とするネットワーク型分子情報システムの構築を目指して、シトクロムc3／DNAネットワークについて研究を行った。シトクロムc3は、４つのヘムを含み、極めて低い酸化還元電位を有する特異なタンパク質である。４つのヘムは、それぞれ酸化還元中心として働き、これらの間で電子のリレーが行われ、酸化状態と還元状態では電子の流れが異なることが知られている。すなわち、酸化還元に伴う閾値特性を有しつつ、さらにヒステリシス特性を示す可能性があり、分子素子として大変興味深い。
そこで、シトクロムｃ3単一分子の電気特性について電気伝導性カンチレバーを電極として原子間力顕微鏡を用いて測定した。電流－電圧特性の立ち上がりは、1.0Vと既に報告したシトクロムｃの閾値電圧0.5Vに対して著しく大きく、低い酸化還元電位を反映していた。しかし、期待されたようなヒステリシス特性は得られなかった。
また、シトクロムc3の酸化還元サイトがネットワークとして働くことを意図して、シトクロムc3をDNAをテンプレートとしたナノ構造体を形成し、ナノギャップ電極を用いて電気特性の計測を行った。シトクロムc3は、これまで研究を行ってきたシトクロムｃ、Mn12核錯体と大きく異なる酸化還元準位を有するにもかかわらず、クーロンネットワークの輸送特性の解析から得られた電荷エネルギーに差異はなく、ほぼ同一の輸送特性がえられた。このことから、DNA構造体における電子輸送は、タンパク室に含まれる金属の酸化還元準位を経由しているのではなく、DNA本体に関係したものであると結論した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
シトクロムc3分子の酸化還元とそれにともなうヒステリシス特性による分子ネットワークデバイスの構築を目指していた。シトクロムc3分子の単一分子特性計測には成功したが、DNAネットワーク中においては、酸化還元中心を経由した電気伝導ではないことが明らかになりつつある。そこで、当初の研究計画では予期していなかった、DNAネットワーク本体の電子トラップサイトの解明が重要になった。これは、DNAの電気伝導に関する長年にわたる謎の解明につながるものであり、学術的にきわめて興味深いばかりでなく、本研究の主目的である分子ネットワークデバイスを実現するためにも、非常に重要な位置づけを持つものである。この主題にも取り組みつつ、次のステップに進む必要がでてきたため、研究全体の進捗はやや遅れている。
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| Strategy for Future Research Activity |
シトクロムc3の電気特性が期待どおりでなかったこと、DNAネットワークに関する予想外の結果を得たことを踏まえ、平成２６年度はDNA塩基の電気伝導特性への影響を調べること、および、シトクロムc3に換わる酸化還元活性を持つ分子の電気特性計測と電子機能の開拓を行っていく。同時に、光起電力による分子ネットワーク内部へのエネルギー供給の方策についても検討を開始する。
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[Presentation] Stochastic Resonance in Cytochrome c Redox Circuit2013
Author(s)
Yoshiaki Hirano, Yugi Segawa, Tomoji Kawai, Takuya Matsumoto
Organizer
12th International Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures & 21st International Colloquium on Scanning Probe Microscopy
Place of Presentation
Tsukuba International Congress Center, (Tsukuba, Japan)
Year and Date
2013-11-07
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