專利名稱：納米顆粒的生物控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及各種材料的選擇性識別，尤其涉及使用有機聚合物對半導(dǎo)體材料和含碳材料的表面識別。
本申請要求2001年9月28日遞交的序列號為No.60/325,664的臨時專利申請的優(yōu)先權(quán)。
本申請所進行的研究是部分由Army Research Office提供支持的(DADD19-99-0155)。
核苷酸和/或氨基酸序列表提供了計算機可讀形式作為參考。
背景技術(shù)：
在生物學(xué)系統(tǒng)中，有機分子對諸如碳酸鈣和硅石等無機材料的晶核形成以及礦石相位具有顯著的控制作用，同時對生物功能所需的復(fù)雜結(jié)構(gòu)中微晶和其它納米模塊的組裝也具有顯著的作用。這種控制功能在理論上可以應(yīng)用于具有特定磁學(xué)、電學(xué)或光學(xué)特性的材料上。
生物方法制備出的材料通常很柔軟，它由分子模塊(即，脂類、肽類、以及核酸)的極其簡單的集合構(gòu)成，而這些分子模塊卻具有非常復(fù)雜的排列結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體工業(yè)需要依靠一系列光刻技術(shù)處理步驟從而在集成電路上構(gòu)建最小的部件，而與此很不相同的是，活性生物體在大部分情況下利用共價和非共價力同時作用在許多分子組件上，以實現(xiàn)其結(jié)構(gòu)。而且，這些結(jié)構(gòu)通常能夠在兩個或多個可用構(gòu)型之間進行精細的重排，而不改變?nèi)魏畏肿咏M成。
利用“生物”材料來處理下一代微電子、光學(xué)和磁學(xué)設(shè)備能夠為解決傳統(tǒng)的處理方法中所存在的問題提供一種可能的解決方案。該處理方法中的關(guān)鍵性因素是確定生物-無機-有機材料合適的兼容性以及結(jié)合性、用于創(chuàng)建獨特的和特異性結(jié)合的合成步驟及識別，以及理解恰當(dāng)?shù)哪K的合成。
本發(fā)明概述本發(fā)明是根據(jù)有機聚合物(例如肽)的選擇、生產(chǎn)、分離和表征，這些聚合物對各種有機和無機材料具有高選擇性。在本發(fā)明的一個實施方式中，生物材料，例如噬菌體展示文庫的組合物庫，利用多肽進化的多次反復(fù)來對靶物質(zhì)進行直接的分子識別?？蓸?gòu)建有機聚合物(例如肽)，使其能與許多材料高特異性結(jié)合，這些材料包括但不限于半導(dǎo)體表面和例如碳納米管和石墨的含碳元素的物質(zhì)。此外，不管是否使用了結(jié)構(gòu)類似材料的組合，本發(fā)明可以允許有機識別分子(例如，有機聚合物)的選擇性分離，其中該有機識別分子能特異性識別生物材料的取向、形狀或結(jié)構(gòu)(例如，結(jié)晶形狀或取向)。
在本發(fā)明的一個實施方式中公開了一種生物支架。該支架包括能結(jié)合一種或多種生物材料的基底，與基底結(jié)合的一種或多種生物材料，以及與生物材料結(jié)合的一種或多種含碳元素的分子。在本發(fā)明的另一個實施方式中，所公開的生物支架包含能結(jié)合一種或多種生物材料的基底，與基底結(jié)合的第一生物材料，與第一生物材料結(jié)合的第二生物材料，以及與第二生物材料結(jié)合的一種或多種含碳的分子。
在本發(fā)明的另一個實施方式中，該生物支架包括能結(jié)合一種或多種噬菌體的基底，與基底結(jié)合的一種或多種噬菌體，能識別噬菌體部分位置的一種或多種肽，以及能識別肽的一種或多種含碳的分子。
在本發(fā)明的另一個實施方式公開了一種制備生物支架的方法。該方法包括提供一種能結(jié)合一種或多種生物材料的基底，將一種或多種生物材料與基底結(jié)合，并且將一種或多種含碳元素的分子與生物材料接觸，形成生物支架。
本發(fā)明的另一個實施方式記載了一種分子。該分子包含一種能選擇性識別含碳元素分子的有機聚合物。
本發(fā)明的另一個實施方式公開了一種受介導(dǎo)的半導(dǎo)體形成(directedsemiconductor formation)的方法。該方法包括將與預(yù)先確定的表面特異性半導(dǎo)體材料結(jié)合的分子與第一種離子接觸，來構(gòu)建半導(dǎo)體材料前體物，往半導(dǎo)體材料前體物中加入第二種離子，其中所述的分子控制預(yù)先確定的表而特異性半導(dǎo)體材料的形成。該分子可以包括氨基酸寡聚物或肽，它們可在噬菌體的表面作為例如嵌合包被蛋白的一部分。該分子還可以是核酸寡聚物，并且可選自組合文庫。該分子可以是約7-20個氨基酸的氨基酸聚合物。本發(fā)明還進一步包括利用本發(fā)明的方法制備得到的半導(dǎo)體材料。
使用本發(fā)明的材料和方法介導(dǎo)和生長的受控晶體的用途包括獲得具有新型光學(xué)、電學(xué)和磁學(xué)特性的材料。正如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所知，具體的光學(xué)、電學(xué)和磁學(xué)特性可以通過半導(dǎo)體晶體的形成來介導(dǎo)，例如通過使裝置形成圖樣(patterning the devices)的過程來介導(dǎo)，本發(fā)明的圖樣形成可包括分層或底層圖樣的形成，從而構(gòu)建具有圖樣、層狀或兩者都有的晶體形式。
本發(fā)明形成圖樣和/或分層的另一個用途是形成具有高密度磁性存儲特性的半導(dǎo)體裝置。另一種設(shè)計可能是用于例如量子計算中的晶體管形成。本發(fā)明的圖樣、設(shè)計和新材料的另一個用途包括醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的成像和成像對照劑。
受介導(dǎo)的(directed)半導(dǎo)體和半導(dǎo)體晶體形成的一種用途包括基于量子點圖樣的信息存儲，例如在軍事或個人環(huán)境中分辯敵友。量子點能根據(jù)對織物、裝甲或人的鑒定來區(qū)分單個的士兵或個人。另外，點還可用來編碼錢幣的質(zhì)地。本發(fā)明的另一個用途是構(gòu)建用于給藥的雙功能和多功能肽，它使用本發(fā)明的肽將要運輸?shù)乃幬镞M行包埋(trapping)。本發(fā)明的另一個用途是采用肽的藥物包埋給藥，根據(jù)基因或蛋白表達進行體內(nèi)和體外診斷。
為了更完整地理解本發(fā)明的特征以及優(yōu)點，現(xiàn)結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細描述。


為了更完整地理解本發(fā)明的特征以及優(yōu)點，現(xiàn)結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細描述。圖1描述了根據(jù)本發(fā)明選擇的隨機氨基酸序列；圖2描述了本發(fā)明的XPS結(jié)構(gòu)光譜；圖3描述了本發(fā)明的噬菌體識別異質(zhì)結(jié)構(gòu)；圖4-8描述了本發(fā)明的特定氨基酸序列；圖9為本發(fā)明噬菌體文庫的肽插入結(jié)構(gòu)；圖10為本發(fā)明的第三和第四次選擇中的各種氨基酸取代；圖11為本發(fā)明的第五次選擇后的氨基酸取代；圖12為本發(fā)明從ZnS納米顆粒制得的納米導(dǎo)線(nanowire)；圖13為本發(fā)明針對碳模板(carbon planchet)選擇PhD-C7C文庫而獲得的有機聚合物(例如肽)序列；圖14為本發(fā)明針對碳模板選擇PhD-12文庫而獲得的有機聚合物(例如肽)序列；
圖15為本發(fā)明針對SWNT導(dǎo)電膠聚集物(paste aggregate)選擇PhD-12文庫而獲得的有機聚合物(例如肽)序列；圖16為本發(fā)明針對HOPG選擇PhD-12文庫而獲得的有機聚合物(例如肽)序列；圖17為本發(fā)明的各種噬菌體克隆對SWNT導(dǎo)電膠聚集物的結(jié)合效率；圖18為本發(fā)明的各種噬菌體克隆與碳模板的結(jié)合效率；圖19為本發(fā)明的各種噬菌體克隆與碳模板結(jié)合的共聚焦成像；圖20為本發(fā)明的各種生物素化的肽與碳模板結(jié)合的共聚焦成像；圖21為本發(fā)明的各種噬菌體克隆與濕SWNT導(dǎo)電膠(paste)結(jié)合的共聚焦成像；圖22為本發(fā)明HOPG上的噬菌體克隆的AFM成像；圖23為SWNT純化反向柱的示意圖；圖24為噬菌體與SWNT結(jié)合(噬菌體-SWNT)的示意圖；圖25為使用SWNT結(jié)合肽修飾n-型SWNT的示意圖；圖26為SWNT用作藥物釋放系統(tǒng)的示意圖；圖27為SWNT用作癌癥藥物的示意圖；本發(fā)明的詳細描述盡管本發(fā)明下面將對所使用的實施例進行詳細討論，應(yīng)當(dāng)了解本發(fā)明提供了許多使用的發(fā)明觀念，這些觀念可在多種特定環(huán)境下實施。本文所討論的特定實施例僅僅闡述了制造和使用本發(fā)明的特定方式，而并非為了對本發(fā)明做出限制。
本發(fā)明所用的術(shù)語具有本領(lǐng)域普通技術(shù)人員通常理解的含義。在此所用的術(shù)語是為了描述特定的實施例，但不是用于限制本發(fā)明，除非出現(xiàn)在權(quán)利要求中。
本發(fā)明說明書中所用的術(shù)語是為了描述特定的實施例，但不是用于限制本發(fā)明，除非出現(xiàn)在權(quán)利要求中。本發(fā)明的說明書中，術(shù)語“量子點”、“納米顆?！焙汀邦w粒”是可以互換的。
所用的術(shù)語“生物材料”和/或“生物材料”是指病毒、噬菌體、細菌、肽、蛋白、氨基酸、類固醇、藥物、生色團、抗體、酶、單鏈或雙鏈核酸、以及它們的任何化學(xué)修飾物。生物材料可在基底的接觸表面自裝配來形成干的薄膜。自裝配允許生物材料在表面隨機或均一排列。另外，生物材料形成的干薄膜受外界因素控制，例如溶劑濃度、加了電場和/或磁場、光學(xué)或其它化學(xué)或場相互作用。在這兒提到的術(shù)語生物材料、有機聚合物和聚合有機材料可以互換。在這兒用到的有機聚合物指多單元的有機材料，其中有機材料包含幾個相同或不同的“單體”。有機聚合物的例子例如存在于生物系統(tǒng)(例如真核生物)中的蛋白、抗體、肽、核酸、嵌合分子、藥物和其它含碳材料。其它的有機聚合物可以是生物聚合物的衍生物或類似物，其中該生物聚合物包含一個或多個生物單體以及模擬天然功能的合成單體。
術(shù)語“無機分子”或“無機化合物”所指的化合物，例如銦錫氧化物、摻雜劑、金屬、礦物、放射性同位素、鹽，及其組合物。金屬包括Ba，Sr，Ti，Bi，Ta，Zr，F(xiàn)e，Ni，Mn，Pb，La，Li，Na，F(xiàn)r，Rb，Cs，F(xiàn)r，Be，Mg，Ca，Nb，Tl，Hg，Cu，Co，Rh，Sc，或Y。無機化合物包括，例如高介電常數(shù)材料(絕緣體)如鈦酸鍶鋇、鋯鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛、鈦酸鑭鉛、鈦酸鍶、鈦酸鋇、氟化鋇鎂、鈦酸鉍、鍶酸鉍酸鉭(strontium bismuth tantalite)和鍶酸鉍酸鈮酸鉭(strontiumbismuth tantalite niobate)，或本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所知的它們的變化體。
術(shù)語“有機分子”或“有機化合物”指含單獨或組合的碳的化合物，例如核苷酸、多核苷酸、核苷、類固醇、DNA、RNA、肽、蛋白、抗體、酶、碳水化合物、脂、導(dǎo)電聚合物(conducting polymers)、藥物，及其組合物。藥物可包含抗生物素、抗菌劑、消炎劑、止痛劑、抗組胺藥，以及用于哺乳動物病理(或潛在病理)條件下的任何治療或預(yù)防劑。
術(shù)語“含元素碳的分子”一般指碳的同素異形體。具體的例子包括但不限于金剛石、石墨、活性碳、碳60、碳黑、工業(yè)碳、木炭、焦炭和鋼。其它的例子包括但不限于碳模板、高度有序的熱解石墨(HOPG)、單壁納米管(SWNT)、單壁納米管導(dǎo)電膠(single-walled nanotube paste)、多壁納米管、多壁納米管導(dǎo)電膠，以及加入金屬的含碳材料。
在此提到的“基底”可以是微加工的固體表面，可通過共價或非共價鍵結(jié)合分子，基底包括例如硅、Langmuir-Bodgett膜、功能化玻璃、鍺、陶瓷、硅、半導(dǎo)體材料、PTFE、碳、聚碳酸脂、云母、聚酯薄膜、塑料、石英、聚苯乙烯、砷化鎵、金、銀、金屬、合金、織物，及其組合物且具有與表面結(jié)合的下述官能團，例如氨基、羧基、硫羥基(thiol)或羥基。類似地，基底可以是一種有機材料，例如蛋白、哺乳動物細胞、抗體、器官或組織，生物材料可結(jié)合至它們的表面。這些表面可大可小，且不一定要求均一，但是它們必須能夠作為接觸表面(不一定是單層的)。基底可以是有孔的、平坦的或非平坦的?；装ń佑|表面，該表面可以是基底本身或者是有機或無機分子制得的第二層(例如，具有接觸表面的基底或生物材料)，表面用來與有機或無機分子接觸。
本發(fā)明人曾經(jīng)證明肽類能夠與半導(dǎo)體材料結(jié)合。用于結(jié)合肽的半導(dǎo)體材料包括但不限于砷化鎵、磷酸銦、硝酸鎵、硫化鋅、砷化鋁、砷化鎵鋁、硫化鎘、硒化鎘、硒化鋅、硫化鉛、氮化硼和硅。
半導(dǎo)體納米晶體表現(xiàn)出尺寸和形狀依賴的光學(xué)和電學(xué)特性。這些多樣的特性使得它們可用在多種裝置上，例如發(fā)光二極管(LED)、單電子晶體管、光電的、光學(xué)和磁學(xué)存儲器，以及診斷標(biāo)記物和傳感器?？刂祁w粒尺寸、形狀和相位對于保護層是非常重要的，例如汽車涂層，和顏料如房屋的涂料。半導(dǎo)體材料可被加工成特定的形狀和尺寸，其中這些半導(dǎo)體材料的光學(xué)和電學(xué)特性在多種裝置中能得到最好的利用。
本發(fā)明人進一步開發(fā)了一種納米顆粒成核的方法，以及介導(dǎo)它們自裝配的方法。肽的主要特征在于它們能夠識別并結(jié)合具有表面特異性的重要材料，以使尺寸受限的結(jié)晶半導(dǎo)體材料成核，并且控制成核納米顆粒的結(jié)晶相。肽還可以控制材料的縱橫比(aspect ratio)，從而控制材料的光學(xué)特性。
簡要地，生物系統(tǒng)能在非常微小的尺度上裝配極其復(fù)雜結(jié)構(gòu)的裝置極大地激發(fā)了發(fā)明人想要找出具有類似作用的非生物系統(tǒng)。發(fā)明出用在令人感興趣的電子或光學(xué)特性材料的方法將尤其具有意義，但是天然進化并未選擇出在生物分子和這類材料之間相互作用。
本發(fā)明所基于的認(rèn)識是，生物系統(tǒng)能夠有效、精確地將納米級的構(gòu)成模塊裝配成具有高度完整性、受控的尺寸以及復(fù)合的均一性的具有復(fù)雜功能的結(jié)構(gòu)。
一種提供隨機有機聚合物池(random organic polymer pool)的方法是使用噬菌體展示文庫。噬菌體展示文庫是與M13大腸桿菌噬菌體的pIII包衣蛋白融合的7至12個氨基酸的隨機肽形成的組合庫，提供了能夠與結(jié)晶半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)或其它材料相互作用的不同的肽類。在噬菌體顆粒一端具有pIII包衣蛋白的5個拷貝，它們在顆粒上為10-16nm。該噬菌體展示方法在多肽—基底相互作用和編碼該相互作用的DNA之間提供了物理連接。
已經(jīng)開發(fā)出了對各種材料，例如半導(dǎo)體和含元素碳的分子如碳納米管和石墨，具有親合力的肽序列。在下面的例子中使用了五種不同的單晶半導(dǎo)體，GaAs(100)，GaAs(111)A，GaAs(111)B，InP(100)和Si(100)。這些半導(dǎo)體可以為肽相互作用提供系統(tǒng)評價，并且確認(rèn)本發(fā)明方法在不同晶體結(jié)構(gòu)上的一般實用性。此外，使用了含元素碳的分子，例如碳模板、高度有序的熱解石墨(HOPG)和單壁納米管(SWNT)導(dǎo)電膠。
使用噬菌體展示文庫將與特定晶體成功結(jié)合的蛋白序列從晶體表面洗脫下來，擴增諸如百萬倍，在更嚴(yán)格的條件下與基底反應(yīng)。將這一過程重復(fù)3-7次，在庫中選擇具有最特異性結(jié)合肽的噬菌體。在經(jīng)過例如第三、第四和第五次噬菌體篩選后，分離出晶體特異性的菌體，并對其DNA進行測序。鑒別對晶體組合物具有選擇性的肽類結(jié)合(例如，與GaAs結(jié)合而不與Si結(jié)合)以及對晶面具有選擇性的肽類結(jié)合(例如，與(100)GaAs結(jié)合，而不與(111)B GaAs結(jié)合)。
通過氨基酸功能分析方法，分析選自GaAs(100)的20個克隆，以確定針對GaAs晶面的表位結(jié)合域。圖1所示為修飾的pIII或pVIII蛋白的部分肽序列，顯示了與GaAs接觸的肽中的類似結(jié)合域。隨著與GaAs晶面接觸的數(shù)量的增加，無電荷極性的和路易斯堿的官能團也增加。第三、四和第五個循環(huán)的噬菌體克隆序列分別平均包含30％、40％、和44％的極性官能團，而路易斯堿官能團的部分同時從41％增加至48％～55％。路易斯堿中觀察到的增加僅占本發(fā)明文庫的隨機12-mer肽的官能團的34％，這說明肽上的路易斯堿和GaAs晶面的路易斯酸位點之間的相互反應(yīng)可以介導(dǎo)由這些肽引起的選擇性結(jié)合。
選自文庫中修飾的12-mers的預(yù)期結(jié)構(gòu)可以為伸展的構(gòu)象，這應(yīng)該對小肽類更合適，該構(gòu)象使得肽比GaAs晶胞(5.65A°)更長。因此，在肽類對GaAs晶體的識別中，僅需要很小的結(jié)合域。這些短肽結(jié)構(gòu)域，如圖1所示，除了包含諸如天冬酰氨和谷氨酸鹽等胺類路易斯堿(amine Lewis bases)外，還包含富含絲氨酸和蘇氨酸的區(qū)域。為了確定精確的結(jié)合序列，已經(jīng)用更短的文庫對晶面進行篩選，該文庫包括7-mer和二硫化限定的7-mer。使用這些更短的文庫能減小結(jié)合域的大小和柔性，能夠允許更少的肽-晶面相互作用，使得在所選的代之間的相互作用力產(chǎn)生預(yù)期的增加。
采用20-nm膠體金粒子標(biāo)記的噬菌體用于定量檢測特異性結(jié)合，其中的膠體金粒子用抗生物素蛋白鏈菌素(streptavidin)標(biāo)記，并通過M13包衣蛋白的生物素化的(biotinylated)抗體與菌體結(jié)合。進行X-射線光電子分光光譜(XPS)化學(xué)成分分析，通過金4f-電子信號強度監(jiān)測噬菌體與基底之間的相互作用(圖2a-c)。在G1-3噬菌體不存在的情況下，XPS證實了抗體和金-抗生物素蛋白鏈菌素(gold-streptavidin)不與GaAs(100)基底結(jié)合。因此，該金-抗生物素蛋白鏈菌素的結(jié)合對噬菌體上表達的肽具有特異性，并且還是噬菌體與基底結(jié)合的指示劑。利用XPS還發(fā)現(xiàn)從GaAs(100)分離的G1-3序列與GaAs(100)而非Si(100)特異性結(jié)合(參考圖2a)。在互補模式下，針對(100)Si晶面篩選的S1克隆幾乎不與(100)GaAs晶面結(jié)合。
一些GaAs序列也與另一種閃鋅礦結(jié)構(gòu)--InP(100)的晶面結(jié)合。選擇性結(jié)合的基礎(chǔ)是化學(xué)的、結(jié)構(gòu)的還是電子的結(jié)合仍處于研究之中。此外，基底表面的天然氧化物的存在能夠改變肽結(jié)合的選擇性。
已經(jīng)證實了在GaAs的(111)A(鎵末端，gallium terminated)或者(111)B(砷末端，arsenic terminated)的晶面上，G1-3克隆與GaAs(100)優(yōu)先結(jié)合(圖2b，c)。在(100)晶面的G1-3克隆的表面濃度要比在富含鎵的(111)A或者富含砷的(111)B晶面的濃度高，其中(100)晶面用于選擇。已知這些不同的晶面表現(xiàn)出不同的化學(xué)反應(yīng)性，因此噬菌體與多種晶面的結(jié)合具有選擇性也就不足為奇了。盡管兩個111晶面的大末端(bulk termination)具有相同的幾何結(jié)構(gòu)，當(dāng)對表面改造進行比較時，在表面雙分子層具有Ga或As原子外層之間的差別是很明顯的。還認(rèn)為多種GaAs晶面的氧化組合物也是不同的，這反過來會影響肽結(jié)合的特性。
針對基底結(jié)合能的Ga 2p電子強度如2c所示，其中該基底與G1-3噬菌體克隆相接觸。如圖2b結(jié)果所預(yù)測，在GaAs(100)，(111)A和(111)B的晶面觀察到的Ga 2p強度與金濃度呈反比。在具有更高的金--抗生物素蛋白鏈菌素濃度的晶面上Ga 2p強度的降低是由于菌體在晶面覆蓋的增加造成的。XPS是一種表面技術(shù)，其取樣深度約為30埃；因此，由于有機層厚度的增加，使得來自無機基底的信號降低。利用該觀測可以確定，金--抗生物素蛋白鏈菌素的強度實際上是由于GaAs晶面上存在包含晶體特異性結(jié)合序列的噬菌體。進行了與XPS數(shù)據(jù)相關(guān)的結(jié)合研究，其中將等量的特異性噬菌體克隆與具有相同晶面面積的不同半導(dǎo)體基底相接觸。野生型的克隆(沒有隨機的肽插入)不與GaAs結(jié)合(未檢測到菌斑)。對于G1-3克隆來說，從GaAs(100)表面洗脫的噬菌體群要比從GaAs(111)A表面洗脫下的數(shù)高12倍。
利用原子力顯微鏡(AFM)對結(jié)合到GaAs(100)和InP(100)上的G1-3，G12-3和G7-4進行成像。盡管In-P結(jié)合比GaAs結(jié)合具有更大的離子特性，但InP晶體具有與GaAs晶體同構(gòu)的閃鋅礦結(jié)構(gòu)。通過AFM觀測到的10-nm寬、900-nm長的噬菌體與通過透射電鏡(TEM)觀測到的M13噬菌體的尺寸相匹配，并觀察到與M13抗體結(jié)合的金球與噬菌體結(jié)合(數(shù)據(jù)未顯示)。InP晶面具有高濃度的噬菌體。這些數(shù)據(jù)表明許多因素影響基底的識別，包括原子尺寸、電荷、極性以及晶體結(jié)構(gòu)等。
在TEM圖像中觀察到G1-3克隆(負染)與GaAs晶片結(jié)合(未顯示)。數(shù)據(jù)證實了該結(jié)合通過G1-3的修飾的pIII蛋白來介導(dǎo)，而不是通過與主要的包衣蛋白的非特異性相互作用介導(dǎo)。因此，本發(fā)明的肽可在裝配納米結(jié)構(gòu)和異質(zhì)結(jié)構(gòu)中用來介導(dǎo)特定的肽-半導(dǎo)體的相互作用(圖4)。
用X-射線熒光顯微鏡來證明噬菌體與閃鋅礦晶面的優(yōu)選接觸，其中閃鋅礦晶面與不同的化學(xué)和結(jié)構(gòu)組合物的表面密切接觸。巢狀的方塊形(a nestedsquare pattern)被蝕刻成一GaAs晶片；該模塊包含GaAs的1-μm線條，在每一線條之間有4μm的SiO2間隙(圖3a，3b)。G12-3克隆與GaAs/SiO2形的基底相接觸，洗滌以減少非特異性結(jié)合，用免疫熒光探針?biāo)募谆_丹明(TMR)標(biāo)記。發(fā)現(xiàn)標(biāo)記的菌體為三條紅線以及中央的圓點，相應(yīng)于圖3b中僅與GaAs結(jié)合的G12-3。該模塊中SiO2區(qū)域未與噬菌體結(jié)合，為暗色區(qū)域。在未與菌體接觸、但與一抗和TMR接觸的對照組中沒有觀察到該結(jié)果(圖3a)。利用未與菌體結(jié)合的G12-3肽得到相同的結(jié)果。
觀察到GaAs克隆G12-3在AlGaAs上對GaAs具有基底特異性(圖3c)。AlAs和GaAs在室溫下具有基本相同的晶格屬性(lattice constraints)，分別為5.66A°和5.65A°，因此AlxGal-xAs的三重合金能夠在GaAs基底上取向附生生長。GaAs和AlGaAs具有閃鋅礦晶體結(jié)構(gòu)，但是G12-3克隆僅對GaAs表現(xiàn)出結(jié)合選擇性。采用包含GaAs和Al0.98Ga0.02As的交互層的多層基底。將基底材料進行裂解并隨后與G12-3克隆相互反應(yīng)。
G12-3克隆采用20-nm的金--抗生物素蛋白鏈菌素納米顆粒進行標(biāo)記。掃描電鏡(SEM)的結(jié)果顯示異質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)GaAs和Al0.98Ga0.02As的交互層(圖3c)。采用鎵和鋁的X-射線元素分析來繪制金--抗生物素蛋白鏈菌素顆粒的圖譜，其中該顆粒僅針對異質(zhì)結(jié)構(gòu)的GaAs層，結(jié)果證實了對化學(xué)組合物的高水平結(jié)合特異性。在圖3d中，顯示了一種用于半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)的噬菌體鑒別的模型，如熒光和SEM圖像中所見到的(圖3a-c)。
本發(fā)明闡述了采用噬菌體展示文庫來對有機肽序列和無機半導(dǎo)體基底之間的結(jié)合進行鑒別、開發(fā)和放大。對無機晶體的這種肽識別和特異性已經(jīng)在GaAs、InP和Si上得到驗證，并延伸至其它基底，包括使用本發(fā)明肽文庫的GaN，ZnS，CdS，F(xiàn)e3O4，F(xiàn)e2O3，CdSe，ZnSe以及CaCO3。目前已經(jīng)設(shè)計出具有兩個成分識別的二價合成肽類(圖4e)；這類肽具有將納米粒子定位在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)特定位置上的能力。這些有機和無機對能夠為下一代復(fù)雜的、綜合性的電子結(jié)構(gòu)加工提供有用的結(jié)構(gòu)模塊。
實施例1肽的構(gòu)建、分離、選擇和定性肽的選擇。將噬菌體展示或肽文庫與各種材料接觸，例如在包含0.1％TWEEN-20的Tris-緩沖鹽水(TBS)中的半導(dǎo)體晶體，以降低晶面上菌體-菌體之間的相互作用。在室溫下?lián)u動1小時后，用pH 7.5的Tris-緩沖鹽水洗滌晶面10次，隨著選擇過程的進一步進行，該緩沖鹽水中TWEEN-20的濃度從0.1％增加至0.5％(v/v)。噬菌體通過加入甘氨酸-HCl(pH 2.2)10分鐘來破壞結(jié)合，因而從晶面上洗脫下來。將洗脫的噬菌體溶液轉(zhuǎn)移至一新管中，然后用Tris-HCl(pH 9.1)中和。對洗脫下來的噬菌體進行濃度測定，比較結(jié)合能力。
將與基底接觸三個循環(huán)后洗脫的噬菌體與其宿主Escherichia coli ER2537和ER2738混合，并置于LB XGal/IPTG平皿上。由于文庫噬菌體來源于攜帶lacZα基因的M13mp19載體，因此當(dāng)噬菌體置于包含Xgal(5-溴-氯-3-吲哚基-β-D-半乳糖苷)和IPTG(異丙基-β-D-硫代半乳糖苷)的介質(zhì)中時噬菌體菌斑顯示為藍色。采用藍色/白色篩選法來選擇具有隨機肽插入的噬菌體菌斑。從平皿上收集菌斑并進行DNA測序。
基底制備。通過X-射線衍射對基底進行定位，采用適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)特異性蝕刻技術(shù)除去天然氧化物。在GaAs和InP晶面上檢驗下述蝕刻在蝕刻時間的1分鐘和10分鐘時NH4OH∶H2O 1∶10，HCl∶H2O 1∶10，H3PO4∶H2O2∶H2O 3∶1∶50。采用HCl∶H2O 1∶10蝕刻1分鐘，然后用去離子水漂洗1分鐘可使GaAs和InP蝕刻晶面具有最佳的元素比例和最少的氧化物形成(使用XPS)。然而，由于在文庫的初始篩選中對GaAs使用了氫氧化銨蝕刻，因此在所有其它GaAs基底實施例中都使用了該蝕刻。Si(100)晶片采用下述方法蝕刻在HF∶H2O 1∶40中蝕刻一分鐘，然后用去離子水漂洗。所有的晶面直接從漂洗液中取出后立刻轉(zhuǎn)入噬菌體文庫中。對照組基底的晶面不與噬菌體接觸，通過AFM和XPS對晶面蝕刻過程的效果以及形態(tài)學(xué)進行定性及繪制圖譜。
GaAs和Al0.98Ga0.02As的多重基底通過分子束取向附生(molecular beamepitaxy)在(100)GaAs表面上生長。取向附生生長層為5×1017cm-3水平的摻雜Si-的生長層(Si-doped)(n-型)。
抗體和金標(biāo)記。在XPS，SEM和AFM的實施例中，基底在Tris緩沖鹽水中與噬菌體接觸1小時，然后轉(zhuǎn)入fd噬菌體pIII蛋白的抗-fd噬菌體-生物素偶聯(lián)物抗體(1∶500于磷酸鹽緩沖液中，Sigma)中30分鐘，然后用磷酸鹽緩沖液漂洗。通過生物素-抗生物素蛋白鏈菌素相互作用，將抗生物素蛋白鏈菌素/20-nm膠體金標(biāo)記(1∶200于磷酸鹽緩沖鹽水(PBS)中，Sigma)與生物素偶聯(lián)的噬菌體聯(lián)結(jié)；將晶面與標(biāo)記接觸30分鐘，然后用PBS漂洗幾次。
X-射線光電子光譜學(xué)(XPS)。制備下述對照用于XPS實例，從而確定在XPS所見的金信號是源于與噬菌體結(jié)合的金而不是與GaAs晶面的非特異性抗體的相互反應(yīng)。將制備的(100)GaAs晶面與下述材料接觸(1)抗體和抗生物素蛋白鏈菌素-金標(biāo)記，但沒有菌體，(2)G1-3菌體和抗生物素蛋白鏈菌素-金標(biāo)記，但沒有抗體，以及(3)抗生物素蛋白鏈菌素--金標(biāo)記，但沒有G1-3菌體或抗體。
所用的XPS儀器為Physical Electronics Phi ESCA 5700，該儀器帶有可產(chǎn)生單頻1,487-eV X射線的鋁陽極。噬菌體用金標(biāo)記(如上文所述)后，立即將所有樣品轉(zhuǎn)入小室中來降低GaAs晶面的氧化，然后在高度真空下抽吸過夜，從而降低XPS小室中樣品的除氣作用。
原子力顯微鏡(AFM)。所用的AFM為安裝了Zeiss Axiovert 100s-2tv的Digital Instruments Bioscope，采用針尖掃描模式(tapping mode)來運行。在空氣中采用針尖掃描模式輸出圖像。AFM探針是蝕刻的硅，其帶有125-mm支架，在其共振頻率200±400kHZ附近驅(qū)動的彈性常數(shù)為20±100Nm-1。掃描速率為1±5mms-1。利用一級水平面使圖像水平，從而去除樣品的傾斜。
透射電鏡(TEM)。利用Philips EM208在60kV獲得TEM圖像。G1-3噬菌體(在TBS中1∶100稀釋)與GaAs片段(500mm)溫育30分鐘，離心使未結(jié)合的噬菌體與顆粒分離，用TBS漂洗，然后用TBS重懸。樣品用2％乙酸雙氧鈾染色。
掃描電鏡(SEM)。G12-3噬菌體(在TBS中1∶100稀釋)與新鮮裂解的異質(zhì)結(jié)構(gòu)晶面溫育30分鐘，然后用TBS漂洗。G12-3噬菌體用20-nm膠體金標(biāo)記。在5kV下利用Hitachi 4700型場發(fā)射式掃描電鏡的Norian檢測系統(tǒng)收集SEM和元素繪制圖像。
實施例II.選擇顆粒和取向特異性肽已發(fā)現(xiàn)，半導(dǎo)體納米晶體表現(xiàn)出尺寸和形狀依賴的光學(xué)和電學(xué)特性，這些多樣的特性使得它們可用在多種裝置上，例如發(fā)光二極管(LED)、單電子晶體管、光電的、光學(xué)和磁學(xué)存儲器，以及診斷標(biāo)記物和傳感器。控制顆粒尺寸、形狀和相位對于保護層和顏料(汽車涂層，房屋的涂料)是非常重要的。為了利用這些光學(xué)和電學(xué)特性，有必要合成具有簡潔尺寸和形狀的結(jié)晶的半導(dǎo)體納米晶體。
本發(fā)明包含組合物和用來選擇以及使用多肽的下述方法(1)識別并結(jié)合具有表面特異性的技術(shù)上重要的材料；(2)使尺寸受限的結(jié)晶半導(dǎo)體材料成核；(3)控制成核的納米顆粒的結(jié)晶相；并(4)控制納米晶體的縱橫比以及，例如它們的光學(xué)特性。
該實施例中所用材料是族II-VI的半導(dǎo)體，包括下述材料硫化鋅、硫化鎘、硒化鎘和硒化鋅。尺寸和晶體控制還可與鈷、錳、氧化鐵、硫化鐵和硫化鉛以及其它光學(xué)和磁學(xué)材料一起使用。使用本發(fā)明，熟練的技術(shù)人員能夠創(chuàng)建無機-生物材料結(jié)構(gòu)模塊，用作復(fù)雜的電學(xué)裝置和光電裝置加工、以及環(huán)境和原位診斷新方法的基礎(chǔ)，裝置可以是例如發(fā)光顯示器、光學(xué)檢測器和激光、快速內(nèi)部連線、波長選擇開關(guān)、納米級計算機元件和哺乳動物植入物。
圖4-8表述了多肽的表達，使用例如噬菌體展示文庫表達能與半導(dǎo)體材料結(jié)合的肽。分子生物學(xué)領(lǐng)域的技術(shù)人員會知道，可以使用其它表達系統(tǒng)在蛋白質(zhì)表面以一種穩(wěn)定的方式來表現(xiàn)短的或甚至長的肽序列。作為一個例子，可以在此使用噬菌體表現(xiàn)。噬菌體展示文庫是一種含7-12個氨基酸的隨機多肽組合物文庫。多肽可與例如M13大腸桿菌噬菌體的pIII包衣蛋白融合，或形成嵌合體。噬菌體提供了能與晶體半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)反應(yīng)的不同的多肽。由于在噬菌體顆粒一端具有pIII包衣蛋白的5個拷貝，它們在顆粒上為10-16nm，因此M13pIII包衣蛋白是非常有用的。該噬菌體展示方法在多肽一基底相互作用和編碼該相互作用的DNA之間提供了物理連接。所測試的半導(dǎo)體材料包括ZnS，CaS，CaSe和ZnSe。
為了獲得具有特異結(jié)合特性的多肽，將與特定晶體成功結(jié)合的蛋白序列從晶體表面洗脫下來，擴增諸如百萬倍，在更嚴(yán)格的條件下與基底反應(yīng)。將這一過程重復(fù)5次，在庫中選擇具有最特異性結(jié)合的噬菌體。在經(jīng)過例如第三、第四和第五次噬菌體選擇后，分離出晶體特異性的噬菌體，并對DNA測序來得到用于表面結(jié)合的多肽結(jié)構(gòu)的密碼。
在本發(fā)明的一個實施方式中，發(fā)現(xiàn)兩個不同的肽使量子點的兩個不同相成核。發(fā)現(xiàn)線性的12-mer肽Z8，它能生長硫化鋅立方晶相的3-4nm的顆粒。分離出一種7-mer含二硫鍵的肽，A7，它能生長ZnS六角晶相的納米顆粒。此外，這些肽影響納米顆粒生長的縱橫比。A7肽與噬菌體的p3連接或作為單層與金連接時，A7肽具有這種活性。此外，使A7融合到病毒表面的p8蛋白上，可以生長噬菌體/半導(dǎo)體納米顆粒的納米導(dǎo)線。在噬菌體表面生長的納米顆粒表現(xiàn)出完美的ZnS顆粒晶體排列。
多肽控制納米顆粒的尺寸，形態(tài)和縱橫比具有形狀控制的氨基酸序列的噬菌體被分離并表征，選擇出能與ZnS，CdS，ZnSe和CdSe晶體特異性結(jié)合的噬菌體。對這些多肽的結(jié)合親和性和區(qū)別進行檢測，根據(jù)檢測結(jié)果，將多肽加工用于更高親和性的結(jié)合。為了進行這些檢測，根據(jù)mm尺度的多晶ZnS片篩選噬菌體文庫。經(jīng)過3、4和5輪篩選后，對結(jié)合克隆進行測序并放大。分析序列，并檢測克隆的多肽使ZnS納米顆粒成核的能力。
將命名為Z8、A7和Z10的克隆加到ZnS合成實驗中，用于在室溫的液態(tài)環(huán)境下控制ZnS顆粒尺寸和單分散性。ZnS特異性克隆與ZnCl2溶液中毫摩爾濃度的Zn+2離子反應(yīng)。結(jié)合噬菌體的ZnS特異性肽作為加帽配體(capping ligand)，當(dāng)Na2S加到噬菌體-ZnCl2溶液中時形成了受控的晶體顆粒尺寸。
當(dāng)加入毫摩爾濃度的Na2S，可觀察到晶體材料呈懸浮狀。使用透射電子顯微鏡方法(TEM)和電子衍射(ED)來分析懸浮液的顆粒尺寸和晶體結(jié)構(gòu)。TEM和ED數(shù)據(jù)揭示了，與噬菌體克隆結(jié)合的ZnS特異性多肽的加入會影響所形成的ZnS晶體的顆粒尺寸。
觀察到，在ZnS存在下生長的晶體為尺寸大約5nm的分散顆粒。而沒有ZnS噬菌體克隆下生長的晶體則更大(＞100nm)，并且尺寸的范圍也很大。
表1.ZnS特異性克隆的結(jié)合域(從氨基端至羧基端的寫法)A7 Asn Asn Pro Met His Gln Asn Cys(SEQ ID NO232)Z8 Val Ile Ser Asn His Ala Glu Ser Ser Arg Arg Leu(SEQ ID NO72)Z10 Ser Gly Pro Ala His Gly Met Phe Ala Arg Pro Leu(SEQ ID NO233)表2.CdS特異性克隆的結(jié)合域(從氨基端至羧基端的寫法)E1Cys His Ala Ser Asn Arg Leu Ser Cys(SEQ ID NO12)E14Gly Thr Phe Thr Pro Arg Pro Thr Pro Ile Tyr Pro(SEQ ID NO14)E15Gln Met Ser Glu Asn Leu Thr Ser Gln Ile Glu Ser(SEQ ID NO15)JCW-96Ser Pro Gly Asp Ser Leu Lys Lys Leu Ala Ala Ser(SEQ ID NO28)JCW-106Ser Leu Thr Pro Leu Thr Thr Ser His Leu Arg Ser(SEQ ID NO30)JCW-137Ser Leu Thr Pro Leu Thr Thr Ser His Leu Arg Ser(SEQ ID NO30)JCW-182Cys Thr Tyr Ser Arg Leu His Leu Cys(SEQ ID NO234)JCW-201Cys Arg Pro Tyr Asn Ile His Gln Cys(SEQ ID NO235)JCW-205Cys Pro Phe Lys Thr Ala Phe Pro Cys(SEQ ID NO236)在噬菌體產(chǎn)生的過程中表達了肽插入結(jié)構(gòu)，例如使用具有二硫鍵的12-mer線性和7-mer的限制性文庫也能得到類似的結(jié)果。
使用12個氨基酸線性文庫和7個氨基酸限制性環(huán)形文庫相比，所選的針對ZnS的多肽對于ZnS的晶體結(jié)構(gòu)和ZnS納米晶體的縱橫比有重要的影響。
展示出針對ZnS的12mer線性多肽的噬菌體的存在下，生長的納米顆粒的高分辨晶格圖像顯示出ZnS立方形狀(鋅-閃鋅礦)的晶體生長了3-4nm范圍(1∶1縱橫比)。相比之下，所選的用于結(jié)合ZnS的7mer限制性多肽生長出ZnS六角形(wurzite)的橢圓形的顆粒和線(2∶1縱橫比和8∶1縱橫比)。因此，可以通過調(diào)節(jié)肽的長度和序列來改變納米晶體的特性。進一步，晶體的電子衍射圖說明來自不同克隆的多肽能使ZnS的兩種不同晶體結(jié)構(gòu)得到穩(wěn)定。Z8的12mer肽能穩(wěn)定鋅-閃鋅礦結(jié)構(gòu)，A7的7mer限制性肽能穩(wěn)定wurzite結(jié)構(gòu)。
圖10揭示了經(jīng)過3、4和5輪選擇后的ZnS多肽的序列進化。用7mer限制性文庫進行的肽選擇，經(jīng)過第5輪選擇后獲得了最佳結(jié)合的肽序列。該序列命名為A7。第5輪選擇后，大約30％的分離克隆具有A7序列。在第3輪的選擇后，發(fā)現(xiàn)第7位上的ASN/GLN非常重要。在第四輪選擇中，ASN/GLN在第1和2位上也顯得非常重要。這種重要性在第5輪中進一步增強。在第3、4和5輪中，序列第2位上的陽性電荷非常明顯。圖11是根據(jù)本發(fā)明的第5輪選擇后氨基酸的取代情況。
在A7序列上進行位點突變來測試結(jié)合親合力的變化。突變包括第3位his ala；第4位met ala；第2位gln ala；以及第6位asn ala。這些突變可以在肽序列上共同進行，單個進行或組合進行。
與ZnS結(jié)合的氨基酸序列的結(jié)構(gòu)域為(氨基端至羧基端的寫法)酰胺-酰胺-Xaa-Xaa-positive-酰胺-酰胺或ASN/GLN-ASN/GLN-PRO-MET-HIS-ASN/GLN-ASN/GLN(SEQ ID NO237)。
與外源的克隆和基底相比，通過結(jié)合研究分離的針對ZnS的克隆表現(xiàn)出對該ZnS基底具有優(yōu)先的相互作用。
不同克隆與不同基底例如FeS、Si、CdS和ZnS之間的相互作用說明通過與ZnS的結(jié)合研究分離到的克隆表現(xiàn)出與ZnS具有優(yōu)先的相互作用。簡單地說，洗滌和感染后，對噬菌體滴度進行計數(shù)和比較。對Z8和Z10而言，除了ZnS以外的任何基底都沒有明顯的滴度計數(shù)。沒有多肽插入片段的野生型克隆被用作對照，來確認(rèn)插入的片段的確介導(dǎo)了所要的相互作用。沒有多肽就不會產(chǎn)生特異性結(jié)合，滴度計數(shù)為零。
將用在幾種不同ZnS克隆上的相同的結(jié)合方法進行比較。具有不同肽插入片段的克隆在相同濃度下與ZnS的類似大小片段作用1小時。重復(fù)清洗基底-噬菌體復(fù)合物，通過改變pH將結(jié)合的噬菌體洗脫下來。洗脫物用來感染細菌，過夜培養(yǎng)后進行空斑計數(shù)。Z8表現(xiàn)出對所選的12mer線性肽的ZnS最強的親合力。野生型沒有表現(xiàn)出對ZnS晶體的結(jié)合能力。Z8、Z10和野生型肽不與Si、FeS或CdS晶體結(jié)合。
納米晶體在肽功能化表面的合成和裝配得到了確定。已單獨測試A7肽控制ZnS結(jié)構(gòu)的能力。當(dāng)與噬菌體結(jié)合時，A7肽能特異性選擇并生長ZnS晶體；將A7肽用于金基底的功能化表面的形成，該基底能介導(dǎo)從溶液中形成ZnS納米晶體。將制備自裝配單層的方法用在制備功能化表面上。
為了確定A7在形成ZnS納米晶體上的能力和選擇性，使金基質(zhì)上具有不同表面化學(xué)性質(zhì)的不同類型的表面與ZnS前體溶液接觸。ZnCl2和Na2S可用作ZnS前體溶液。CdCl2和Na2S的CdS前體溶液用來提供CdS。在四個表面形成的晶體可通過SEM/EDS和TEM來表征。
對照表面1由空白的金基底組成。在ZnS溶液或CdS溶液中老化(aged)70小時后，就觀察不到晶體的形成了。對照表面2由金基底上的2-巰基乙胺自裝配單層組成。該表面不能誘導(dǎo)ZnS和CdS納米晶體的形成。在某些位置上能觀察到ZnS沉淀。對于CdS體系，能觀察到零星分散的2微米CdS晶體。當(dāng)Cd+2和S-2的濃度在1×10-3M時，會產(chǎn)生這些晶體的沉淀。
第三次表面測試是在僅有A7功能化的金表面進行的。該表面能介導(dǎo)5nm的ZnS納米晶體的形成，但是不能介導(dǎo)CdS納米晶體的形成。
第四次表面測試是在A7-酰胺功能化的金表面上進行的，該表面通過在A7肽溶液中使對照表面2老化(aging)而制得的。在表面上形成的ZnS晶體為5nm，CdS晶體為1-3um。CdS晶體還可在只有胺的表面上形成。
從四個表面的結(jié)果來看，A7肽能介導(dǎo)ZnS納米晶體的形成，但是不能介導(dǎo)CdS納米晶體的形成。此外，所選的針對CdS的肽能使CdS納米顆粒成核。
能使半導(dǎo)體材料特異性成核的多肽被表達至M13的p8主要包衣蛋白上。已知p8蛋白能自組裝成一個高度定向的晶體蛋白外殼。目前的假說認(rèn)為，如果多肽插入物能以高拷貝數(shù)表達，那么納米p8蛋白的晶體結(jié)構(gòu)就能轉(zhuǎn)到多肽插入物中。并且還可預(yù)見到，如果所要的多肽插入物保持一種相對于p8外殼的晶體取向，那么從這個肽插入物成核的晶體就會生長與晶體形狀相關(guān)的納米晶體。這種預(yù)見已通過高分辨率的TEM得到測試并確認(rèn)。
圖12是用于形成納米導(dǎo)線的p8和p3插入物的示意圖。成核的ZnS納米顆粒與融合至M13噬菌體p8蛋白外殼的A7肽脫離，而制備得到了Zns納米導(dǎo)線。ZnS納米顆粒包被噬菌體的表面。ZnS在M13噬菌體外殼成核的HRTEM影像表明，在噬菌體外殼成核的納米晶體由非常好的取向性，其中M13噬菌體外殼在p8蛋白上有A7肽插入。目前還不清楚噬菌體外殼是否是p8-A7融合包衣蛋白和野生型的p8蛋白的混合物。在Z8肽插入物上也進行了類似的實驗，盡管ZnS晶體也在噬菌體上成核，但是它們相互間并沒有取向性。
原子力顯微鏡(AFM)用來使結(jié)果成像，表明p8-A7自裝配晶體包被噬菌體的表面，從而在A7肽序列位置的嵌合蛋白頂部產(chǎn)生了納米導(dǎo)線(數(shù)據(jù)未顯示)。在M13外殼的p8-A7融合位置處使ZnS納米顆粒成核而制備得到納米導(dǎo)線。
在p8蛋白具有A7肽插入物的M13噬菌體外殼上的ZnS納米晶體成核得到了高分辨TEM的確認(rèn)。盡管發(fā)現(xiàn)在p8-A7融合包被蛋白中混合入了一些野生型p8蛋白，還是獲得了晶體成核。如晶格成像所揭示(數(shù)據(jù)未顯示)，在噬菌體外殼上成核的納米晶體有極好的取向性。數(shù)據(jù)表明，多肽能夠以極佳的取向保守性表現(xiàn)在主要包衣蛋白上，并且這些有取向的肽能夠使取向單分散的ZnS半導(dǎo)體納米顆粒成核。
這些積累的數(shù)據(jù)表明，某些多肽能夠以極佳的取向保守性表現(xiàn)在主要包衣蛋白上，并且這些肽能夠使有取向的ZnS半導(dǎo)體納米顆粒成核。
肽的選擇。將噬菌體展示或肽文庫與半導(dǎo)體或其它晶體在包含0.1％TWEEN-20的Tris-緩沖鹽水(TBS)中相接觸，以降低表面上菌體-菌體之間的相互作用。在室溫下?lián)u動1小時后，用pH 7.5的Tris-緩沖鹽水接觸10次來洗滌晶面，隨著選擇次數(shù)的進行，將該緩沖鹽水中TWEEN-20的濃度從0.1％增加至0.5％(v/v)。通過加入甘氨酸-HCl(pH 2.2)10分鐘來破壞結(jié)合力，使噬菌體從表面上洗脫下來。洗脫下來的噬菌體溶液轉(zhuǎn)移至一新管中，然后用Tris-HCl(pH 9.1)中和。對洗脫下來的噬菌體進行濃度測定，比較結(jié)合能力。
將與基底接觸三個循環(huán)后洗脫的噬菌體與宿主Escherichia coli ER2537或ER2738混合，并置于Luria-Bertani(LB)XGal/IPTG平皿上。由于文庫噬菌體來源于攜帶lacZα基因的M13mp19載體，因此當(dāng)噬菌體置于包含Xgal(5-溴-氯-3-吲哚基-β-D-半乳糖苷)和IPTG(異丙基-β-D-硫代半乳糖苷)的介質(zhì)中時噬菌體菌斑或感染區(qū)域顯示為藍色。采用藍色/白色篩選法來選擇具有隨機肽插入的噬菌體菌斑。從平皿上收集菌斑分離DNA并進行測序。
原子力顯微鏡(AFM)。所用的AFM為安裝了Zeiss Axiovert 100s-2tv的Digital Instruments Bioscope，采用針尖掃描模式(tapping mode)來運行。在空氣中采用針尖掃描模式輸出圖像。AFM探針是蝕刻的硅，其帶有125-mm支架，在其共振頻率200±400kHZ附近驅(qū)動的彈性常數(shù)為20±100Nm-1。掃描速率為1±5mms-1。利用一級水平面使圖像水平，從而去除樣品的傾斜。
透射電鏡(TEM)。用JEOL 2010和JEOL 200CX透射電鏡獲得TEM圖像。所用的TEM柵是在金上的碳。沒有進行染色。樣品生長后，根據(jù)分子量對反應(yīng)混合物進行濃縮，截去濾過物，用無菌水清洗4次去除過多的離子或未結(jié)合噬菌體的顆粒。濃縮至20-50ul后，將樣品在TEM或AFM樣品柵中干燥。
實施例III.對含碳元素分子有親合力的生物材料在該實施例中，采用噬菌體展示技術(shù)來測定對碳模板、高度有序的熱解石墨(HOPG)以及單壁納米管(SWNT)導(dǎo)電膠有親合力的7-和12-mer肽序列。從淘洗(Biopanning)中篩選到的噬菌體克隆中，克隆Graph5-01(N′-WWSWHPW-C′)(SEQ ID NO238)和Graph53-01(N′-HWSWWHP-C′)(SEQ ID NO239)能在噬菌體結(jié)合研究中以最高的效率與碳模板結(jié)合?？寺ipcol2R44-01(N′-DMPRTTMSPPPR-C′)(SEQ ID NO196)與SWNT導(dǎo)電膠結(jié)合效果最好。
用熒光素標(biāo)記抗-M13噬菌體的抗體來標(biāo)記噬菌體，并使用共聚焦顯微鏡使它們在基底上成像，以便確定這些菌體與對應(yīng)的基底結(jié)合的能力。共聚焦顯微鏡還可用來使基底與熒光標(biāo)記的合成肽間的結(jié)合成像，其中合成肽包含基底特異性序列。AFM測定表明，克隆Graph5-01表現(xiàn)出對HOPG的交叉反應(yīng)性。其它方法的例子如下所述。
淘洗碳模板(來自Ted Pella，Inc.，尺寸為大約12.7mm直徑×1.6mm厚度；每片大約5×2×1.6mm)以及高度有序的熱解石墨(HOPG)(來自University of Texas at Austin)被用作掏洗的石磨源。SWNT導(dǎo)電膠被塑造成雪茄狀的聚集體(至少0.1g凈重)，淘洗前，干燥至少一個晚上(最后的干重為約0.05g)。PhD-C7C和PhD-12mer文庫來自New England Biolabs，Inc.(Beverly，MA)，根據(jù)廠商說明書來進行淘洗。每種基底的淘洗重復(fù)至少一次。
噬菌體克隆命名根據(jù)碳模板選出的噬菌體克隆的名稱前加“Graph”。根據(jù)SWNT導(dǎo)電膠選出的噬菌體克隆前加“hipco”。根據(jù)HOPG選出的噬菌體克隆前加“HOPG”。具有12-mer插入物的所選的克隆命名為(基底)12R(round#)(round repeat#)-(SEQ ID NO)；而具有限制性的7-mer插入物的克隆被命名為(基底)(round#)(round repeat#)-(SEQ ID NO)。
肽生物素化的肽Hipco2B(N′-DMPRTTMSPPPRGGGK-C′-生物素)(SEQ ID NO244)由Genemed Synthesis，Inc.(San Francisco，CA)合成。生物素化的肽GraphiteIB(N′-ACWWSWHPWCGGGK-C′-biotin)(SEQ ID NO240)，JH127B(N′-ACDSPHRHSCGGGK-C′-生物素)(SEQ ID NO241)，和JH127MixB(N′-ACPRSSHDHCGGGK-C′-生物素)(SEQ ID NO242)是由ICMB Protein Microanalysis Facility(University of Texas at Austin)合成，并通過反向HPLC(HiPore RP318250×10mm column，BioRad，Hercules，CA，acetonitrile gradient)來純化。根據(jù)化學(xué)領(lǐng)域公知的碘氧化方法，在Graphite1B肽的半胱氨酸之間形成二硫鍵，得到環(huán)化的Graphite1B肽。使用電子發(fā)射離子質(zhì)譜(EsquirLC00113，Bruker Daltonics，Inc.，Billerica，MA)來確認(rèn)肽的純度和分子量。
噬菌體結(jié)合研究干燥、平滑和方形的SWNT導(dǎo)電膠(至少約0.05g濕重，0.0025g干重)，以及至少約0.04g的碳模板用于結(jié)合研究。使用前，至少進行兩次噬菌體克隆的擴增和測定滴度(根據(jù)噬菌體文庫的廠商說明書)。每種噬菌體克隆的相同量(至少約5×1010pfu)分別與SWNT/碳模板(例如，聚集體)在1ml的TBS-T[50mM Tris，150mM NaCl，pH 7.5，0.1％Tween-20]室溫下溫育1小時，并在離心管中搖動。然后用TBS-T清洗聚集的表面9-10次(每次1ml)，通過與0.5ml的0.2M甘氨酸HCl(pH 2.2)接觸8分鐘來從表面上洗脫噬菌體。洗脫的噬菌體立即被轉(zhuǎn)移到新管中，用0.15ml的1M Tris HCl(pH 9.1)中和，然后分兩份測滴度。每個結(jié)合實驗都進行兩次。在本發(fā)明的一個實施方式中，使用SWNT聚集體并用相同聚集體(用于初始實驗)的重復(fù)結(jié)合研究包括首先用1ml 100％的乙醇洗1小時，然后用1ml的水洗兩次。
共聚焦顯微鏡使用前，至少進行兩次噬菌體克隆的擴增和測定滴度(根據(jù)噬菌體文庫的廠商說明書)。每種噬菌體克隆的相同量(5×109pfu)分別與碳模板片或少量的濕SWNT導(dǎo)電膠在0.2-0.3ml的TBS-T在微量離心管中室溫下溫育1小時，并偶爾搖動。碳模板/SWNT聚集物然后用TBS-T清洗兩次(每次1ml)，與0.2-0.3ml的生物素化的鼠單克隆抗-M13抗體(在TBS-T中稀釋1∶100，Exalpha Biologicals，Inc.，Boston，MA)溫育45分鐘。聚集物然后用TBS-T洗兩次(每次1ml)，與0.2-0.3ml的抗生物素蛋白鏈菌素-熒光素(在TBS-T中稀釋1∶100，Amersham Pharmacia Biotech，Uppsala，Sweden)溫育10分鐘，然后用TBS-T清洗兩次(每次1ml)。然后將過量的液體從聚集物中去除。SWNT導(dǎo)電膠重懸于Gel/Mount(Biomedia Corp.，F(xiàn)oster City，CA)中，并置于載玻片上用No.1蓋玻片覆蓋。碳模板置于涂有真空油脂的載玻片上，用Gel/Mount覆蓋，上面再放置蓋玻片。對于SWNT導(dǎo)電膠樣品，每一次標(biāo)記和清洗步驟還需要離心。
在微量離心管中，肽(至少為1mg/ml)分別與碳模板片或少量的濕SWNT導(dǎo)電膠在0.15ml的TBS-T中溫育1小時，并偶爾搖動。發(fā)現(xiàn)初始的Hipco2B的10mg/ml儲液能溶于55％的乙腈和含環(huán)化的和非環(huán)化的Graphite1B的45％乙腈中。用TBS-T稀釋時，這些肽形成了白色的沉淀?；兹缓笥肨BS-T洗2-3次(每次1ml)，與0.15ml的抗生物素蛋白鏈菌素-熒光素(在TBS中稀釋1∶100)溫育15分鐘，再用TBS洗2-3次(每次1ml)。去除基底上過量的液體。SWNT導(dǎo)電膠重懸于Gel/Mount中，并置于載玻片上用No.1蓋玻片覆蓋。碳模板置于涂有真空油脂的載玻片上，用Gel/Mount覆蓋，上面再放置蓋玻片。對于SWNT導(dǎo)電膠樣品，每一次標(biāo)記和清洗步驟還需要離心。
用Leica TCS 4D共聚焦顯微鏡(ICMB Core Facility，University of Texasat Austin)獲得共聚焦成像。圖象代表最大強度的合成物。
AFM使用前，至少進行兩次噬菌體克隆的擴增和測定滴度(根據(jù)噬菌體文庫的廠商說明書)。每種噬菌體克隆的相同量(5×109pfu)分別與剛切割的HOPG層在2ml TBS中溫育1小時，置于35mm×10mm的培養(yǎng)皿中搖床培養(yǎng)。然后將基底轉(zhuǎn)移至微量離心管中，用水清洗兩次(每次1ml)，過夜干燥。用Multimode Atomic Force Microscope(Digital Instruments，Santa Barbara，CA)采用針尖掃描模式(tapping mode)獲取圖像。
淘洗序列含有12-mer和限制性的7-mer序列插入到pIII包衣蛋白上的M13噬菌體文庫被用來篩選對碳模板、HOPG和SWNT導(dǎo)電膠具有特異性的克隆。
碳模板利用針對碳模板的phD-C7C文庫的第四輪篩選產(chǎn)生了一個優(yōu)勢噬菌體克隆，該克隆具有肽插入序列N’-WWSWHPW-C’(SEQ ID NO238)，參見圖13。重復(fù)這一篩選過程，則在第四輪得到了類似的優(yōu)勢序列N’-HWSWWHP-C’(SEQ ID NO239)和一個稍弱的優(yōu)勢序列N’-YFSWWHP-C’(SEQ ID NO243)。PhD-12文庫篩選在第五輪產(chǎn)生了相同的序列N’-NHRIWESFWPSA-C’(SEQ ID NO172)，重復(fù)篩選會在第六輪產(chǎn)生序列N’-VSRHQSWHPHDL-C’(SEQ ID NO179)和N’-YWPSKHWWWLAP-C’(SEQ ID NO180)，如圖14所示。這些序列富含芳香殘基，且一般包括殘基S，W，H和P。在本發(fā)明的一個實施方式中，在phD-12文庫篩選的第五輪中觀察到了N’-SHPWNAQRELSV-C’(SEQ ID NO178)，但它是針對SWNT導(dǎo)電膠淘洗的污染序列，在后續(xù)篩選中消失了。
SWNT導(dǎo)電膠由于所選的噬菌體中野生型噬菌體克隆(pIII不含有肽插入物)占優(yōu)勢，導(dǎo)致針對SWNT導(dǎo)電膠的PhD-C7C淘洗的失敗。如圖15所示，在PhD-12文庫的第四輪選擇中，獲得了相同的序列N’-SHPWNAQRELSV-C’(SEQ ID NO178)，選擇過程的第二和第三次重復(fù)產(chǎn)生了序列N’-LLADTTHHRPWT-C’(SEQ ID NO192)，N’-DMPRTTMSPPPR-C’(SEQID NO196)和N’-TKNMLSLPVGPG-C’(SEQ ID NO195)。
HOPG沒有進行利用phD-C7C文庫對HOPG篩選的實驗，但是在phD-12文庫第五輪篩選中產(chǎn)生了優(yōu)勢序列N’-TSNPHTRHYYPI-C’(SEQ IDNO219)，和稍弱的優(yōu)勢序列N’-KMDRHDPSPALL-C’(SEQ ID NO221)和N’-SNFTTQM TFYTG-C’(SEQ ID NO220)，如圖16所示。(注意在第一輪篩選中也觀察到了N’-LLADTTHHRPWT-C′(SEQ ID NO192)，但發(fā)現(xiàn)它是針對SWNT導(dǎo)電膠淘洗的污染序列。)從淘洗中獲得的許多主要序列的實施例見表3。
表3從掏洗中獲得的相同序列(N’-到C’-末端)的實施例

噬菌體結(jié)合研究根據(jù)淘洗確定的不同噬菌體克隆的相對結(jié)合效率通過下述步驟測定碳模板和SWNT導(dǎo)電膠聚集體分別與每種噬菌體克隆的相同量(5×1010pfu)接觸1小時，用TBS-T清洗，然后測定每種剩余的克隆與基底表面結(jié)合的滴度。用0.2M甘氨酸HCl，pH2.2將結(jié)合的噬菌體從基底上洗脫下來，測滴度來定量分析。用于這些實驗的克隆如表4所示。A7(限制性7-mer插入物)和Z8(12-mer插入物)克隆和野生型克隆用作陰性對照。
表4用于噬菌體結(jié)合研究的噬菌體克隆的PIII插入物

如圖17所示(A和B)，噬菌體克隆Hipco12R44-01與SWNT導(dǎo)電膠結(jié)合的數(shù)量高于所有其它的SWNT-或碳模板特異性克隆，如圖18所示的克隆Graph5-01和Graph53-01能高效地與碳模板結(jié)合。針對碳模板選山的克隆只觀察到與SWNT導(dǎo)電膠極弱的交叉反應(yīng)性。此外，針對SWNT導(dǎo)電膠選出的克隆不與碳模板發(fā)生交叉反應(yīng)性。
從淘洗過程中獲得了幾個相同的序列，但不是淘洗選出的所有噬菌體克隆都是有效的結(jié)合物(即，“有效”意思是經(jīng)該類型的結(jié)合或親合研究，對基底的親合力比野生型克隆強)。在這些結(jié)合研究中，使用洗脫緩沖液不能完全從基底上全部去除結(jié)合的噬菌體，這可能是解釋這些實驗時的一個錯誤來源。這些結(jié)果還可能說明了針對每個基底選擇和測試幾種相同序列的重要性(即，重復(fù)的淘洗可產(chǎn)生更好的序列)。
通過共聚焦顯微鏡在基底上使噬菌體和肽成像碳模板如圖19所示，碳模板特異性的噬菌體克隆(GraphS-01和Graph53-01噬菌體)與基底結(jié)合的成像采用下述步驟使碳模板片分別與等量(5×109pfu)的每種克隆接觸1小時，用生物素化的抗-M13抗體標(biāo)記噬菌體，用抗生物素蛋白鏈菌素-熒光素標(biāo)記抗體，通過共聚焦顯微鏡使復(fù)合物顯示圖像。(所有圖像均為250μm×250μm，除非另有標(biāo)注。)噬菌體克隆Hipco12R44-01，JH127(97μm×97μm)(來自Sandra Whaley，具有限制性pIII插入物N’-DSPHRHS-C’)(SEQ ID NO231))以及野生型(Graph4-18，沒有插入物)克隆用作陰性對照。與上述的噬菌體結(jié)合研究結(jié)果一致，碳模板與克隆Graph5-01的結(jié)合效率最高，其次是與Graph53-01的結(jié)合效率，如圖19所示。在基底和克隆JH127間觀察到了相當(dāng)強的交叉反應(yīng)性，但是在克隆Hipco12R44-01或野生型克隆與碳模板之間觀察到的結(jié)合非常弱。
碳模板與對應(yīng)于上述噬菌體pIII插入物的肽序列之間的結(jié)合也可通過共聚焦顯微鏡成像。等量(1mg/ml)的環(huán)狀肽Graphite1B(對應(yīng)于克隆Graph5-01)、非環(huán)狀肽Graphite1B、肽Hipco2B(對應(yīng)于克隆Hipco12R44-01)、肽JH127B(對應(yīng)于克隆JH127)以及肽JH127MixB(對應(yīng)于克隆JH127但是具有混合的氨基酸序列)分別與碳模板接觸1小時，然后用抗生物素蛋白鏈菌素-熒光素標(biāo)記。
如圖20所示，在未進行肽溫育的樣品中，觀察到了檢測量的背景熒光，表明在抗生物素蛋白鏈菌素-熒光素與基底之間發(fā)生了非特異性結(jié)合。這個結(jié)果很可能是由于該特定實驗中清洗不充分造成的，因為在圖19所示的實驗中，一個即沒有接觸噬菌體也沒有接觸肽的類似樣品沒有顯示背景熒光。盡管有背景熒光，與非環(huán)狀Graphite1B接觸的樣品比其它樣品顯示出更強的熒光。相比之下，環(huán)狀Graphite1B和Hipco2B樣品顯示的熒光沒有比背景強，表明Graphite1B的環(huán)化干擾了基底的結(jié)合(圖像250μm×250μm)。在基底與肽JH127B和JH127MixB之間觀察到的結(jié)合稍微強一些。Graphite1B、JH127B和JH127MixB肽共有的氨基酸殘基是S、P和H。在后續(xù)的肽與碳模板結(jié)合成像的共聚焦實驗中應(yīng)使用更高濃度的肽來提高熒光強度，并更注意清洗步驟以減少背景。
SWNT導(dǎo)電膠圖21顯示了SWNT導(dǎo)電膠與噬菌體克隆以高親合力與SWNT導(dǎo)電膠(Hipco12R44-01)結(jié)合的共聚焦成像(圖像250μm×250μm)。Graph5-01以及野生型(Graph4-18，沒有插入物)克隆用作陰性對照。Hipco12R44-01克隆顯示出了高程度的熒光現(xiàn)象，而在對照樣品上也觀察到了一定程度的熒光。在沒有噬菌體的情況下，沒有背景熒光，這表明在Graph5-01以及野生型樣品上的熒光不是由于非特異性基底與抗體或抗生物素蛋白鏈菌素-熒光素的結(jié)合。盡管在這些共聚焦結(jié)合研究中所用的噬菌體濃度(5×109pfu在0.2-0.3ml＝1.7-2.5×1010pfu/ml)與在噬菌體結(jié)合中所用的濃度是相同數(shù)量級的(5×1010pfu in 1ml＝5×1010pfu/ml)，但在圖17所示的噬菌體結(jié)合研究中只觀察到非常少量的Graph5-01或野生型克隆與SWNT導(dǎo)電膠結(jié)合。在這兩個實驗中觀察到的結(jié)合差異可能是由于SWNT導(dǎo)電膠基底制備和處理的方式造成的。在共聚焦實驗中用到的濕的、具有延展性的SWNT導(dǎo)電膠的離心方法會導(dǎo)致在基底上同時捕獲特異性和非特異性的噬菌體，而在噬菌體結(jié)合研究中使用大的干燥過的SWNT聚集體則不會有這一結(jié)果。在共聚焦實驗中使用了濕的導(dǎo)電膠以便能放置在蓋玻片下，但是以后的共聚焦結(jié)合實驗應(yīng)使用干燥的SWNT聚集體。
同樣還制備了一種經(jīng)上述用到的噬菌體克隆的pIII插入物對應(yīng)的肽序列處理過的SWNT導(dǎo)電膠，但是沒有成像。
使用AFM在HOPG上的噬菌體成像由于基底表面的粗糙，因此不能采用AFM分析碳模板和SWNT導(dǎo)電膠上的噬菌體結(jié)合。然而，可以使用HOPG，結(jié)果參見圖22。觀察到噬菌體克隆Graph5-01(碳模板特異的)與HOPG結(jié)合，但是在HOPG上沒有觀察到野生型克隆。
噬菌體的結(jié)合研究以及本實施例中采用共聚焦顯微鏡觀察到的肽和噬菌體與碳模板的結(jié)合一致說明序列N’-WWSWHPW-C’(SEQ ID NO238)和N’-HWSWWHP-C’(SEQ ID NO239)能最高效地與碳模板結(jié)合。噬菌體結(jié)合實驗還揭示了噬菌體克隆Hipco12R44-01(N’-DMPPTTMSPPPR-C’)(SEQ ID NO196)與SWNT導(dǎo)電膠的結(jié)合效率最高。
在噬菌體結(jié)合研究和碳模板特異性噬菌體克隆與SWNT導(dǎo)電膠之間的共聚焦實驗中幾乎觀察不到交叉反應(yīng)性。盡管存在于碳模板和SWNTs上的石墨結(jié)構(gòu)在理論上非常類似。也有可能在本研究所用的原料導(dǎo)電膠中的SWNTs壁含有污染物和/或被氧化作用破壞。為了減少由于存在可能的污染物而導(dǎo)致的有限的交叉反應(yīng)(即，高特異性)，希望可以采用更純的納米管原料。
實施例IV使用與含碳元素分子有親合力的生物材料下面的實施例是闡述本發(fā)明的應(yīng)用，其中用到了SEQ ID NOS1-245。此外，還可使用本發(fā)明的方法和組合物與其它含碳分子。
分離金屬的和半導(dǎo)電的CNT目前制備單壁碳納米管(SWNT)的合成方法會產(chǎn)生金屬的和半導(dǎo)電的SWNTs混合物。為了加工納米級的電子設(shè)備，分離金屬的SWNT和半導(dǎo)電的SWNTs是及其有利的。金屬的和半導(dǎo)電的SWNTs之間微小的形狀和對稱差異可通過快速-進化的蛋白質(zhì)來區(qū)分，該蛋白質(zhì)是利用噬菌體展示文庫或類似的方法來獲得的。根據(jù)噬菌體展示結(jié)果選出的蛋白質(zhì)序列，可能會構(gòu)建反向柱來純化金屬的和半導(dǎo)電SWNTs的混合物。如果金屬的和半導(dǎo)電SWNTs的混合物通過反向柱，則肽與一種金屬的或半導(dǎo)電SWNTs之間的特定的相互作用會導(dǎo)致洗脫時間的差異。如果金屬SWNTs結(jié)合肽用于反向柱，則半導(dǎo)電SWNTs的洗脫比金屬SWNTs快。因此，可分離到一種特異性SWNT。圖23是SWNTs純化反向柱的示意圖。
碳納米管的排列碳納米管用作納米級裝置的一個最大挑戰(zhàn)是在三維陣列上排列納米管。盡管化學(xué)氣相沉積(CVD)方法可從加工中產(chǎn)生獨特的排列結(jié)構(gòu)，CVD方法還可產(chǎn)生金屬的和半導(dǎo)電的SWNTs的混合物。由于納米-電子裝置的加工是很精確的，因此從混合物中分離半導(dǎo)電的SWNTs非常有益。可根據(jù)前述的方法進行分離。盡管在本實施例中使用了幾種方法，例如LB-膜方法和半月板力控制(meniscus force control)等，這些方法僅提供了定向SWNT排列。當(dāng)使用了對SWNTs具有特定結(jié)合性質(zhì)的噬菌體時，構(gòu)建了位置和定向排列的SWNT的二維或三維結(jié)構(gòu)。如圖24所示的由噬菌體連接的SWNTs就像二段共聚物，由肽單元將兩個剛性的模塊連接起來?？梢灶A(yù)見，SWNT連接的噬菌體結(jié)合模塊能產(chǎn)生微觀分離的薄層狀結(jié)構(gòu)，得到結(jié)構(gòu)是排列的SWNT結(jié)構(gòu)。
通過肽連接P-N與SWNT在沒有任何化學(xué)修飾的情況下，半導(dǎo)電SWNTs一般具有內(nèi)在p-型電學(xué)特性。進行電子提供基團的化學(xué)修飾會使p-型SWNT轉(zhuǎn)換成n-型SWNT。通常具有分離的正電荷和負電荷蛋白域的周期性結(jié)合肽會導(dǎo)致SWNTs的電學(xué)特性。具有周期性負電荷和正電荷域的SWNTs具有P-N聯(lián)合半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的相同結(jié)構(gòu)。這些P-N聯(lián)合的相互連接可能會導(dǎo)致FET和復(fù)雜整合的電路功能的更高結(jié)構(gòu)，例如與非門、或非門、與門和或門。使用SWNT結(jié)合肽的n-型SWNT修飾的示意圖見圖25。這些相同的修飾可用在多壁納米管和多壁納米管導(dǎo)電膠上。
納米管的溶解性和生物相容性在溶劑中的低溶解度會阻礙SWNT的進一步應(yīng)用。一般來說，在水中的溶解對SWNT的生物學(xué)應(yīng)用是很重要的。盡管在本實施例中使用包裝聚合物和表面活性劑來溶解SWNT，但是它們必須進一步應(yīng)用于生物系統(tǒng)中?？梢韵嘈?，偶聯(lián)了識別SWNT表面的肽的親水性肽基團可使SWNT溶解在水中。此外，親水性肽基團的去除可用來幫助SWNTs溶解在非極性溶劑中。這些同樣的修飾可用在多壁納米管和多壁納米管導(dǎo)電膠上。
半導(dǎo)電SWNT的布線(wiring)根據(jù)本發(fā)明，識別SWNT(金屬的和半導(dǎo)電的)的肽會被布在一起來形成整合的SWNT電路，并且作為功能電子設(shè)備。類似的，布線技術(shù)可用在多壁納米管和其它含碳元素分子中。
生物傳感器生物相容性SWNTs可用作生物傳感器來檢測微生物上的微小化學(xué)和物理變化。金屬SWNTs的傳導(dǎo)性一般會受到SWNTs周圍電子分配的強烈影響。這樣，通過檢測SWNTs的傳導(dǎo)性可監(jiān)控生物相互作用，其中SWNTs偶聯(lián)兩個識別結(jié)構(gòu)域一個是針對SWNT的，另一個是針對生物靶物質(zhì)的。當(dāng)生物靶檢測--肽與靶分子結(jié)合時，SWNTs的電子分布可受周圍肽的影響。肽的結(jié)合與非結(jié)合狀態(tài)可受到電子信號的監(jiān)控，并直接用作生物傳感器，例如抗原-抗體檢測，血糖檢測，及其它。使用本發(fā)明的方法和組合物，多壁納米管或其它含碳元素的分子也可用作生物傳感器。
此外，與SWNT結(jié)合的肽鏈的構(gòu)象還受到pH、離子強度、金屬離子濃度和溫度變化的影響。這些環(huán)境變化還可影響SWNTs的電子分布。所有這些變化都可使用SWNTs結(jié)合肽來檢測。
8.藥物釋放系統(tǒng)SWNTs可用作堅固的支架來包含藥物。此外，SWNTs還可用來傳遞藥物，尤其是當(dāng)SWNTs結(jié)合肽被藥物修飾時。例如，由肽連接的藥物可隨時間緩慢釋放。一般來說，這些藥物以類似于膜片型(patch-type)藥物傳遞系統(tǒng)來發(fā)揮功能。SWNT用作藥物釋放系統(tǒng)的示意圖如圖26。此外，藥物可直接植入到病灶處，例如腫瘤細胞。
其它含碳元素的分子還可用作本發(fā)明的釋放藥物的藥物組合物、診斷標(biāo)記物、和/或藥物，本發(fā)明的方法及組合物可用于預(yù)防治療、治療、診斷、監(jiān)控和/或篩選(例如，藥物、癥狀、相互作用，和/或效果)。
癌癥治療生物相容的CNT可用作放射性的或高毒性藥物傳遞介質(zhì)。此外，利用與MWNT有特定結(jié)合性質(zhì)的肽，多壁碳納米管(MWNT)可轉(zhuǎn)換成生物相容的MWNT。MWNTs通常含有至少3-4nm的MWNT管道。該MWNT管道可被高毒性或放射性藥物填充，作為化學(xué)/放射治療的特定用途。包含高毒性或放射性藥物的MWNTs可直接植入腫瘤細胞或器官，然后根據(jù)預(yù)定的要求釋放高毒性或放射性藥物。通過改變內(nèi)管道的直徑可控制釋放速度。在腫瘤藥物治療中應(yīng)用SWNTs的示意圖請參見圖27。
其它含碳元素的分子還可用于藥劑的治療性傳遞，作為治療工具或?qū)膊“l(fā)展(例如，對于腫瘤或其它病理狀況)的監(jiān)控。
本發(fā)明可含有或不含有上述的全部組分。例如，在沒有基底的情況下可制得本發(fā)明的生物支架。此外，本發(fā)明的方法和組合物可用在光學(xué)、微電子、磁學(xué)和工程領(lǐng)域。這些應(yīng)用包括合成含碳材料、碳納米管排列、創(chuàng)建生物半導(dǎo)體、單壁納米管導(dǎo)電膠的連接轉(zhuǎn)換、多壁納米管導(dǎo)電膠的連接轉(zhuǎn)換、促進單-和多-壁納米管導(dǎo)電膠的溶解性和生物相容性、制備整合的單-和多-壁納米管導(dǎo)電膠、生物傳感器的制備、藥物組合物的釋放、癌癥的治療，及其組合。
盡管使用多個實施例來詳細討論本發(fā)明，但是說明書的記載不是用來限制本發(fā)明的。采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方式做出的各種修飾和實施例的組合也屬于本發(fā)明的一部分。具體的保護范圍參見本發(fā)明權(quán)利要求書的記載。
序列表<110>得克薩斯州立大學(xué)董事會(Board of Regents，the University of Texas System)<120>納米顆粒的生物控制<130>PCF040534C<140>N/A<141>2002-09-25<150>60/325,664<151>2001-09-28<160>245<170>PatentIn version 3.1<210>1<211>12<212>PRT<213>artificial sequence<220>
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<223>peptide<400>245Asn His Arg Ile Trp Glu Ser Phe Trp Pro Ser Ala1 5 10
權(quán)利要求
1.一種受介導(dǎo)的半導(dǎo)體形成的方法，包括下述步驟使結(jié)合了預(yù)先確定的表面特異性半導(dǎo)體材料的聚合有機材料與第一種離子接觸，來構(gòu)建半導(dǎo)體材料前體物；并往半導(dǎo)體材料前體物中加入第二種離子，其中聚合有機材料介導(dǎo)預(yù)先確定的表面特異性半導(dǎo)體材料的形成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中聚合有機材料是氨基酸寡聚物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中聚合有機材料是在噬菌體表面的氨基酸寡聚物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中聚合有機材料是表現(xiàn)在細菌表面的氨基酸寡聚物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中聚合有機材料是表現(xiàn)在細胞表面作為標(biāo)記物的氨基酸寡聚物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中聚合有機材料是核酸寡聚物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中聚合有機材料是組合文庫。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中聚合有機材料包含7-20個氨基酸的氨基酸聚合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中預(yù)先確定的表面特異性半導(dǎo)體材料是多晶。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中預(yù)先確定的表面特異性半導(dǎo)體材料是單晶。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中預(yù)先確定的表面特異性半導(dǎo)體材料包含II-IV族的半導(dǎo)體材料。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中聚合有機材料包含嵌合蛋白。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中聚合有機材料包含嵌合蛋白，該嵌合蛋白結(jié)合半導(dǎo)體材料的位置是嵌合蛋白的表面。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中聚合有機材料包含嵌合蛋白，該嵌合蛋白結(jié)合半導(dǎo)體材料的位置包含約7-20個氨基酸。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中聚合有機材料使尺寸受限的晶體半導(dǎo)體材料成核。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中聚合有機材料控制成核的半導(dǎo)體納米顆粒的晶相。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中聚合有機材料控制半導(dǎo)體納米晶體的縱橫比。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中聚合有機材料控制所形成的半導(dǎo)體納米晶體的摻雜水平。
19.一種受介導(dǎo)的半導(dǎo)體形成的方法，包括下述步驟使結(jié)合了預(yù)先確定的表面特異性半導(dǎo)體材料的肽與第一種離子接觸，來構(gòu)建半導(dǎo)體材料前體物；并往半導(dǎo)體材料前體物中加入第二種離子，其中肽控制預(yù)先確定的表面特異性半導(dǎo)體材料的形成。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中肽是在噬菌體的表面。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中肽是組合文庫的一部分。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中肽包含約7-20個氨基酸。
23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中預(yù)先確定的表面特異性半導(dǎo)體材料是多晶。
24.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中預(yù)先確定的表面特異性半導(dǎo)體材料是單晶。
25.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中預(yù)先確定的表面特異性半導(dǎo)體材料包含II-VI族的半導(dǎo)體材料。
26.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中聚合有機材料表現(xiàn)在細菌表面。
27.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中聚合有機材料表現(xiàn)在細胞表面作為標(biāo)記物。
28.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中肽包含嵌合蛋白。
29.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中肽包含嵌合蛋白，結(jié)合半導(dǎo)體材料的嵌合蛋白的肽部分位于嵌合蛋白的表面。
30.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中肽包含嵌合蛋白，結(jié)合半導(dǎo)體材料的嵌合蛋白的位置包含約7-20個氨基酸。
31.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中肽使尺寸受限的晶體半導(dǎo)體材料成核。
32.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中肽控制成核的半導(dǎo)體納米顆粒的晶相。
33.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中肽選自12mer的線性文庫。
34.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中肽選自7mer的限制性文庫。
35.一種使半導(dǎo)體材料成核的方法，包含下述步驟選擇一種與預(yù)先確定的表面特異性材料結(jié)合的肽；制備改性的金表面部分，使得肽與該金表面貼附；將金表面-肽復(fù)合物與用來形成半導(dǎo)體晶體前體物的第一種離子接觸；并加入用來形成半導(dǎo)體晶體第二種離子。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中肽選自限制性文庫。
37.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中金表面是通過在金基底上用2-巰基乙胺形成自裝配的單層來制得。
38.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中預(yù)先確定的表面特異性半導(dǎo)體材料包含族II-VI的半導(dǎo)體材料。
39.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中半導(dǎo)體材料是硫化鋅，溶液是氯化鋅和硫化鈉。
40.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中半導(dǎo)體材料是硫化鎘，溶液是氯化鎘和硫化鈉。
41.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中通過組合文庫篩選來選擇肽。
42.一種構(gòu)建納米導(dǎo)線的方法，包括下述步驟選擇與預(yù)先確定的表面特異性半導(dǎo)體材料結(jié)合的肽；并使肽以融合蛋白的形式進行表達，其中該融合蛋白為與能自裝配的蛋白的融合；然后使融合蛋白與半導(dǎo)體前體物相互作用來控制半導(dǎo)體納米晶體的形成。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的方法，其中所選的肽以高拷貝數(shù)表達。
44.根據(jù)權(quán)利要求42所述的方法，其中自裝配蛋白位于噬菌體表面。
45.根據(jù)權(quán)利要求42所述的方法，其中聚合有機材料表現(xiàn)在細菌表面。
46.根據(jù)權(quán)利要求42所述的方法，其中聚合有機材料表現(xiàn)在細胞表面作為標(biāo)記物。
47.根據(jù)權(quán)利要求42所述的方法，其中自裝配蛋白包含M1噬菌體主要包衣蛋白的一部分。
48.根據(jù)權(quán)利要求42所述的方法，其中自裝配蛋白包含M1噬菌體p8主要包衣蛋白的一部分。
49.根據(jù)權(quán)利要求1的方法制備得到的半導(dǎo)體。
50.根據(jù)權(quán)利要求15的方法制備得到的半導(dǎo)體材料。
51.根據(jù)權(quán)利要求35的方法制備得到的納米導(dǎo)線。
52.一種生物支架，包括能結(jié)合一種或多種生物材料的基底；連接在基底上的一種或多種生物材料；以及連接在一種或多種生物材料上的一種或多種含碳元素的分子。
53.根據(jù)權(quán)利要求52所述的生物支架，其中基底選自下述物質(zhì)硅、Langmuir-Bodgett膜、功能化玻璃、鍺、陶瓷、硅、半導(dǎo)體材料、PTFE、碳、聚碳酸脂、云母、聚酯薄膜、塑料、石英、聚苯乙烯、砷化鎵、金、銀、金屬、合金、織物、組織、細胞、器官、蛋白、抗體及其組合。
54.根據(jù)權(quán)利要求52所述的生物支架，其中生物材料選自下列物質(zhì)病毒、噬菌體、細菌、肽、蛋白質(zhì)、氨基酸、類固醇、藥物、生色團、抗體、酶、單鏈或雙鏈核酸、核酸聚合物，及其任何化學(xué)修飾物。
55.根據(jù)權(quán)利要求52所述的生物支架，其中生物材料通過組合文庫篩選鑒定。
56.根據(jù)權(quán)利要求52所述的生物支架，其中生物材料是在噬菌體表面的氨基酸寡聚物。
57.根據(jù)權(quán)利要求52所述的生物支架，其中生物材料是表現(xiàn)在細菌表面的氨基酸寡聚物。
58.根據(jù)權(quán)利要求52所述的生物支架，其中生物材料是7-20個氨基酸長度的氨基酸寡聚物。
59.根據(jù)權(quán)利要求52所述的生物支架，其中生物材料是在噬菌體表面的肽。
60.根據(jù)權(quán)利要求59所述的生物支架，其中生物材料是選自SEQ IDNO105-245的肽。
61.根據(jù)權(quán)利要求52所述的生物支架，其中含碳元素的分子能識別選自SEQ ID NO105-245的肽。
62.根據(jù)權(quán)利要求52所述的生物支架，其中含碳元素的分子選自下述物質(zhì)碳60、碳模板、高度有序的熱解石磨、單壁納米管導(dǎo)電膠、單壁納米管、多壁納米管、多壁納米管導(dǎo)電膠、金剛石、石墨、活性碳、碳黑、工業(yè)碳、木炭、焦炭、鋼和碳循環(huán)，及其組合。
63.根據(jù)權(quán)利要求52所述的生物支架，其中基底沒有生物支架。
64.根據(jù)權(quán)利要求52所述的生物支架，其中生物支架用于合成含碳材料、碳納米管排列、創(chuàng)建生物半導(dǎo)體、單壁納米管導(dǎo)電膠的連接轉(zhuǎn)換、多壁納米管導(dǎo)電膠的連接轉(zhuǎn)換、促進單-和多-壁納米管導(dǎo)電膠的溶解性和生物相容性、制備整合的單-和多-壁納米管導(dǎo)電膠、生物傳感器的制備、藥物組合物的釋放、癌癥的治療，及其組合。
65.一種生物支架，包括能結(jié)合一種或多種生物材料的基底；連接在基底上的生物材料，以及與生物材料連接的有機聚合物；和連接在有機聚合物上的一種或多種含碳元素的分子。
66.根據(jù)權(quán)利要求65所述的生物支架，其中基底選自下述物質(zhì)硅、Langmuir-Bodgett膜、功能化玻璃、鍺、陶瓷、硅、半導(dǎo)體材料、PTFE、碳、聚碳酸脂、云母、聚酯薄膜、塑料、石英、聚苯乙烯、砷化鎵、金、銀、金屬、合金、織物、組織、細胞、器官、蛋白、抗體及其組合。
67.根據(jù)權(quán)利要求65所述的生物支架，其中生物材料選自下列物質(zhì)病毒、噬菌體、細菌、肽、蛋白質(zhì)、氨基酸、類固醇、藥物、生色團、抗體、酶、單鏈或雙鏈核酸、核酸聚合物，及其任何化學(xué)修飾物。
68.根據(jù)權(quán)利要求65所述的生物支架，其中生物材料和有機聚合物是相同物質(zhì)。
69.根據(jù)權(quán)利要求65所述的生物支架，其中有機聚合物是蛋白、抗體、肽、核酸、嵌合分子、藥物、標(biāo)記物、其它已知存在于真核生物體中的含碳有機材料，以及生物聚合物的衍生物或類似物，其中該生物聚合物包含一個或多個生物單體與模擬天然功能的合成單體的組合。
70.根據(jù)權(quán)利要求65所述的生物支架，其中有機聚合物是通過組合文庫篩選來鑒定的。
71.根據(jù)權(quán)利要求65所述的生物支架，其中有機聚合物是7-20個氨基酸長度的氨基酸寡聚物。
72.根據(jù)權(quán)利要求65所述的生物支架，其中有機聚合物是能識別生物材料選定部分的肽。
73.根據(jù)權(quán)利要求65所述的生物支架，其中第二生物材料是選自SEQ IDNO105-245的肽。
74.根據(jù)權(quán)利要求65所述的生物支架，其中含碳元素的分子能識別選自SEQ ID NO105-245的肽。
75.根據(jù)權(quán)利要求65所述的生物支架，其中含碳元素的分子選自下述物質(zhì)碳60、碳模板、高度有序的熱解石磨、單壁納米管導(dǎo)電膠、單壁納米管、多壁納米管、多壁納米管導(dǎo)電膠、金剛石、石墨、活性碳、碳黑、工業(yè)碳、木炭、焦炭、鋼和碳循環(huán)，及其組合。
76.根據(jù)權(quán)利要求65所述的生物支架，其中生物支架用于合成含碳材料、碳納米管排列、創(chuàng)建生物半導(dǎo)體、單壁納米管導(dǎo)電膠的連接轉(zhuǎn)換、多壁納米管導(dǎo)電膠的連接轉(zhuǎn)換、促進單-和多-壁納米管導(dǎo)電膠的溶解性和生物相容性、制備整合的單-和多-壁納米管導(dǎo)電膠、生物傳感器的制備、藥物組合物的釋放、癌癥的治療，及其組合。
77.根據(jù)權(quán)利要求65所述的生物支架，其中基底和生物材料是相同物質(zhì)。
78.一種生物支架，包括能結(jié)合一種或多種噬菌體的基底；連接在基底上的一種或多種噬菌體；識別噬菌體部分的一種或多種肽；和識別肽的一種或多種含碳元素的分子。
79.根據(jù)權(quán)利要求78所述的生物支架，其中基底選自下述物質(zhì)硅、Langmuir-Bodgett膜、功能化玻璃、鍺、陶瓷、硅、半導(dǎo)體材料、PTFE、碳、聚碳酸脂、云母、聚酯薄膜、塑料、石英、聚苯乙烯、砷化鎵、金、銀、金屬、合金、織物、組織、細胞、器官、蛋白、抗體及其組合物。
80.根據(jù)權(quán)利要求78所述的生物支架，其中肽選自SEQ ID NO105-245。
81.根據(jù)權(quán)利要求78所述的生物支架，其中含碳元素的分子選自下述物質(zhì)碳60、碳模板、高度有序的熱解石磨、單壁納米管導(dǎo)電膠、單壁納米管、多壁納米管、多壁納米管導(dǎo)電膠、金剛石、石墨、活性碳、碳黑、工業(yè)碳、木炭、焦炭、鋼和碳循環(huán)，及其組合物。
82.根據(jù)權(quán)利要求78所述的生物支架，其中肽選自藥物、抗體、生色團、發(fā)光標(biāo)記物、光吸收標(biāo)記物和有機聚合物。
83.根據(jù)權(quán)利要求78所述的生物支架，其中缺乏基底。
84.一種制備生物支架的方法，包括提供能結(jié)合一種或多種生物材料的基底；使一種或多種生物材料與基底連接；將一種或多種含碳元素的分子與生物材料接觸，來形成生物支架。
85.根據(jù)權(quán)利要求84所述的方法，其中基底選自下述物質(zhì)硅、Langmuir-Bodgett膜、功能化玻璃、鍺、陶瓷、硅、半導(dǎo)體材料、PTFE、碳、聚碳酸脂、云母、聚酯薄膜、塑料、石英、聚苯乙烯、砷化鎵、金、銀、金屬、合金、織物、組織、細胞、器官、蛋白、抗體及其組合物。
86.根據(jù)權(quán)利要求84所述的方法，其中生物材料選自下述物質(zhì)病毒、噬菌體、細菌、肽、蛋白質(zhì)、氨基酸、類固醇、藥物、生色團、標(biāo)記物、抗體、酶、單鏈或雙鏈核酸、核酸聚合物、嵌合分子、藥物、和其它已知存在于真核生物體中的含碳有機材料，以及生物聚合物的衍生物或類似物，其中該生物聚合物包含一個或多個生物單體與模擬天然功能的合成單體的組合。
87.根據(jù)權(quán)利要求84所述的方法，其中生物材料是通過組合文庫篩選來鑒定的。
88.根據(jù)權(quán)利要求84所述的方法，其中生物材料是在噬菌體表面的氨基酸寡聚物。
89.根據(jù)權(quán)利要求84所述的方法，其中生物材料是表現(xiàn)在細菌表面的肽。
90.根據(jù)權(quán)利要求88所述的方法，其中氨基酸寡聚物是7-20個氨基酸長度。
91.根據(jù)權(quán)利要求89所述的方法，其中肽選自SEQ ID NO105-245。
92.根據(jù)權(quán)利要求89所述的方法，其中肽選自藥物、抗體、生色團、發(fā)光標(biāo)記物、光吸收標(biāo)記物和有機聚合物。
93.根據(jù)權(quán)利要求84所述的方法，其中含碳元素的分子能識別選自SEQID NO105-245的肽。
94.根據(jù)權(quán)利要求84所述的方法，其中含碳元素的分子選自下述物質(zhì)碳60、碳模板、高度有序的熱解石磨、單壁納米管導(dǎo)電膠、單壁納米管、多壁納米管、多壁納米管導(dǎo)電膠、金剛石、石墨、活性碳、碳黑、工業(yè)碳、木炭、焦炭、鋼和碳循環(huán)，及其組合物。
95.根據(jù)權(quán)利要求84所述的方法，其中制備生物支架不需要提供能結(jié)合一種或多種生物材料的基底以及在基底上連接一種或多種生物材料。
96.一種分子，包含有機聚合物，該有機聚合物選擇性識別含碳元素的分子。
97.根據(jù)權(quán)利要求96所述的分子，其中該分子用于合成含碳材料、碳納米管排列、創(chuàng)建生物半導(dǎo)體、單壁納米管導(dǎo)電膠的連接轉(zhuǎn)換、多壁納米管導(dǎo)電膠的連接轉(zhuǎn)換、促進單-和多-壁納米管導(dǎo)電膠的溶解性和生物相容性、制備整合的單-和多-壁納米管導(dǎo)電膠、生物傳感器的制備、藥物組合物的釋放、癌癥的治療，及其組合。
98.根據(jù)權(quán)利要求96所述的分子，其中該有機聚合物是核酸寡聚物。
99.根據(jù)權(quán)利要求96所述的分子，其中有機聚合物是通過組合文庫篩選選出的。
100.根據(jù)權(quán)利要求96所述的分子，其中有機聚合物是在噬菌體表面的氨基酸寡聚物。
101.根據(jù)權(quán)利要求100所述的分子，其中氨基酸寡聚物表現(xiàn)在細菌表面。
102.根據(jù)權(quán)利要求100所述的分子，其中氨基酸寡聚物是7-15個氨基酸長度。
103.根據(jù)權(quán)利要求96所述的分子，其中有機聚合物是在噬菌體表面的肽。
104.根據(jù)權(quán)利要求103所述的分子，其中肽選自SEQ ID NO105-245。
105.根據(jù)權(quán)利要求96所述的分子，其中含碳元素的分子能識別選自SEQ ID NO105-245的肽。
106.根據(jù)權(quán)利要求96所述的分子，其中含碳元素的分子選自下述物質(zhì)碳60、碳模板、高度有序的熱解石磨、單壁納米管導(dǎo)電膠、單壁納米管、多壁納米管、多壁納米管導(dǎo)電膠、金剛石、石墨、活性碳、碳黑、工業(yè)碳、木炭、焦炭、鋼和碳循環(huán)，及其組合物。
107.一種使用權(quán)利要求52所述的生物支架制得的整合電路。
108.一種使用權(quán)利要求52所述的生物支架制得的生物傳感器。
109.一種使用權(quán)利要求52所述的生物支架制得的藥物傳遞系統(tǒng)。
110.一種藥物組合物，包含治療有效量的權(quán)利要求96所述的分子。
111.一種使用權(quán)利要求52所述的生物支架治療癌癥的方法。
112.一種分離金屬的和半導(dǎo)電的納米管的方法，包含下述步驟使用組合文庫篩選獲得能分辯金屬的和半導(dǎo)電的納米管的蛋白質(zhì)序列；將金屬的和半導(dǎo)電的納米管混合物與所得的蛋白質(zhì)序列接觸；并從金屬納米管中分離出半導(dǎo)體的納米管。
113.根據(jù)權(quán)利要求112所述的方法，其中金屬的和半導(dǎo)電的納米管選自單壁納米管和多壁納米管。
全文摘要
本發(fā)明公開了用于氨基酸寡聚物對半導(dǎo)體和含碳元素材料進行選擇性結(jié)合的組合物和方法。本發(fā)明的一個技術(shù)方案是，通過與材料特異性結(jié)合的氨基酸寡聚物和用于形成材料的溶液間的相互作用，來控制半導(dǎo)體或含碳元素材料的顆粒尺寸。同樣的方法可用來控制半導(dǎo)體材料的納米晶體顆粒的縱橫比。本發(fā)明的另一個技術(shù)方案是從半導(dǎo)體或含碳元素材料來制備納米導(dǎo)線的方法。本發(fā)明的再一個技術(shù)方案是提供了一種生物支架，包含能結(jié)合一種或多種生物材料的基底，連接在基底上的一種或多種生物材料，以及連接在一種或多種生物材料上的一種或多種含碳元素的分子。
文檔編號C12Q1/68GK1744954SQ02821295
公開日2006年3月8日 申請日期2002年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月28日
發(fā)明者安吉拉·M·貝爾徹, 理查德·E·斯莫利, 埃絲特·瑞安, 塞昂-伍克·李 申請人:得克薩斯州立大學(xué)董事會