1.1
前言
本研究主要是利用分子自組裝特性，以及電化學分析技術，探討 native DNA 與 Metallic DNA (Ni-DNA) 之間導電度的差異與電化學特性，並藉由電化學的分析推導 出電荷於 DNA 中的傳輸機制。再利用這些特性將 Ni-DNA 導入生物感測器上的應 圖（International Technology Roadmap for Semiconductors；ITRS）所示，在 45 奈米製 程之後，接下來的製程就到了32 奈米和 22 奈米如圖 1.2。然而在以矽為基材的半導 成的場效電晶體 (Field-Effect Transistor)[13]，以及利用 p-phenylenevinylene oligomer 分子所作成的單電子電晶體 (Single-Electron Transistor)[14]..等。這些元件的特性大都 取決於電荷於分子中的傳導機制，因此，對於分子電性的探討可以說是分子元件中非 常重要的一環。以目前分子元件製作技術來看，分子應用於奈米元件上時，所使用的 分子需要有三種基本特性：獨特的結構性 (Fantastic structuring)、識別性 (Recognition) 和電導性 (Conductivity)。就 DNA 分子而言，在結構性上，DNA 分子可以經由特殊 的序列設計形成一維的線性結構、二維的平面結構和三維的立體的結構，這些不同結 構的 DNA 分子可以用來提供我們不同基因訊息的讀取[15]。在識別性上，DNA 分子 上的一些特定的序列對於某些蛋白質分子有獨特的識別性，蛋白質分子可以藉由這個 特性，選擇性的自組裝於 DNA 分子上，而 DNA 分子所扮演的角色就類似一個提供 自組裝反應的平台，藉由這反應可以將不同的分子與 DNA 結合，例如在 2003 年
Braun et. al. 的研究團隊成功的利用這個特性，將 DNA 分子與奈米碳管結合，製作出 了一個場效電晶體[16]。雖然 DNA 分子在結構性和識別性上有著不錯的表現，但是 在導電特性上卻一直有許多的爭議。在過去幾年裡對於 DNA 分子的導電特性量測 上，由於所使用的設備、元件的結構、量測的條件和 DNA 序列的不同，使得量測的 結果一直是眾說紛紜，對於 DNA 分子的電子特性，從絕緣體[17-19]、半導體[20,21]、
導體[22,23]甚至於超導體[24]的論述都曾經被發表過。對於 DNA 分子的導電特性，
一直到現在都沒有一個清楚的定論。然而在1993 年，Lee et al. 在一次實驗中意外的 發現，當 DNA 分子中參雜了一些二價的金屬離子時，例如，鋅離子、鈷離子或鎳離 子， DNA 分子的導電特性將有明顯的改善[25-29]，而這個經由金屬離子參雜的 DNA 分子則被稱為 metallic DNA (M-DNA)，M-DNA 的發現使得 DNA 分子在奈米元件上 的應用獲得了重大的突破。
在這次的研究中，我們會以二價的鎳離子作為參雜物，將 DNA 分子轉換為 Ni-DNA 分子，再以電化學法分析其電子特性，並與 native DNA 做比較，希望藉由 電化學法分析出 native DNA 與 Ni-DNA 之間電化學特性的差異以及電荷傳輸機 制，最後將 Ni-DNA 導入生物感測器與固態奈米電子元件上的應用。
圖 1.1 晶片中電晶體數目增加與摩爾定律 (Moore’s law) 之關係圖 (Source: ITRS)
圖 1.2 半導體製程技術線徑縮小趨勢示意圖 (Source: Intel)