the electrical properties of gold nanoparticle assemblies linked by dna

4
COMMUNICATIONS Angew. Chem. Int. Ed. 2000, 39, No. 21 WILEY-VCH VerlagGmbH, D-69451 Weinheim, 2000 1433-7851/00/3921-3845 $ 17.50+.50/0 3845 The Electrical Properties of Gold Nanoparticle Assemblies Linked by DNA** So-Jung Park, Anne A. Lazarides, Chad A. Mirkin,* Paul W. Brazis, Carl R. Kannewurf,* and Robert L. Letsinger Electron transport through DNA has been one of the most intensely debated subjects in chemistry over the past five years. [1] Some scientists claim that DNA is able to transport electrons efficiently, while others believe it to be an insulator. In a seemingly disparate field of study, a great deal of effort has been devoted to examining the electrical properties of nanoparticle-based materials. [2±5] Indeed, many research groups have explored ways to assemble nanoparticles into two- and three-dimensional networks and have investigated the electronic properties of such structures. However, virtu- ally nothing is known about the electrical properties of nanoparticle-based materials linked with DNA. 74.57, H 5.93, N 6.87; found: C 73.58, H 5.69, N 7.06. These results indicate the loss of 0.5 o-xylene per metal: calculated values for [Ni2) 2 NO 3 ) 2 ´ 3.5o-xylene)]: C 73.85, H 5.77, N 7.18. Crystal data for 4 : The crystals were prepared in the same way as above but benzene was used instead of o-xylene. However few crystals were obtained with some powdery material in 15 % yield). Monoclinic, P2 1 /n, a 13.5702), b 19.8743), c 49.6467) , b 96.8153)8, V 13 2943) 3 , Z 8, 1 calcd 1.237 g cm 3 , 23 360 unique reflections out of 68 329 with I > 2sI), 1.32 < q < 258, final R factors R 1 0.1561; wR 2 0.3795. The data for both 3 and 4 were measured on a Siemens SMART/CCD diffractometer Mo Ka radiation l 0.71073 ) at 193 K. An empirical absorption correc- tion was applied by using the SADABS program. Non-hydrogen atoms were refined anisotropically and hydrogen atoms were fixed at calculated positions and refined using a riding model. Crystallographic data exclud- ing structure factors) for the structures reported in this paper have been deposited with the Cambridge Crystallographic Data Centre as supple- mentary publication nos. CCDC-141218 3), and CCDC-141217 4). Copies of the data can be obtained free of charge on application to CCDC, 12 Union Road, Cambridge CB2 1EZ, UK fax: 44) 1223-336-033 ; e-mail : [email protected]). Received: March 6, 2000 Revised: August 14, 2000 [Z 14813] [1] Only eight polymeric structures were published before 1990 for reactions of 1 with transition metals, while from 1990 to 1998 about 70 polymeric structures were published. Statistics were taken from Cambridge Structural Database: Version 5.17 197 481 Structures, April, 1999 release): F. H. Allen, O. Kennard, Chemical Des. Autom. News 1993, 8, 31. [2] Recent references on coordination polymers with 1 and transition metals: a) K. Biradha, C. Seward, M. J. Zaworotko, Angew. Chem. 1999, 111, 584; Angew. Chem. Int. Ed. 1999, 38, 492; b) K. Biradha, K. V. Domasevitch, B. Moulton, C. Seward, M. J. Zaworotko, Chem. Commun. 1999, 1327; c) H. Gudbjartson, K. Biradha, K. M. Poirier, M. J. Zaworotko, J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 2599; d) O. Wang, X. Wu, W. Zhang, T. Sheng, P. Lin, J. Li, Inorg. Chem. 1999, 38, 2223; e) M.-L. Tong, B.-H. Ye, J.-W. Cai, X.-M. Chen, S. W. Ng, Inorg. Chem. 1998, 37 , 2645; f) L. R. MacGillivray, R. H. Groeneman, J. L. Atwood, J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 2676; g) C.-Y. Su, B.-S. Kang, H.-Q. Liu, Q.-G. Wang, T. C. W. Mak, Chem. Commun. 1998, 1551; h) D. Hagr- man, R. P. Hammond, R. Haushalter, J. Zubieta, Chem. Mater. 1998, 10, 2091; i)J. Lu, C. Yu, T. Niu, T. Paliwala, G. Crisci, F. Somosa, A.J. Jacobson, Inorg. Chem. 1998, 37 , 4637; j) M. Kondo, T. Yoshitomi, K. Seki, H. Matsuzaka, S. Kitagawa, Angew. Chem. 1997 , 109, 1844; Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1997 , 36, 1725; k) O. M. Yaghi, H. Li, T. L. Groy, Inorg. Chem. 1997 , 36, 4292. [3] R. W. Gable, B. F. Hoskins, R. Robson, J. Chem. Soc. Chem. Commun. 1990, 1677. [4] M. Fujita, Y.J. Kwon, S. Washizu, K. Ogura, J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 1151. [5] a) M. Fujita, Y.-J. Kwon, M. Miyazawa, K. Ogura, Chem. Commun. 1994, 1977; b) J. A. Real, E. Andre  s, M. C. Mun Ä oz, M. Julve, T. Granier, A. Bousseksou, F. Varret, Science 1995, 268, 265; c) T. L. Hennigar, D. C. MacQuarrie, P. Losier, R. D. Rogers, M. J. Zaworotko, Angew. Chem. 1997 , 109, 1044 ; Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1997 , 36, 972; d) Y.- B. Dong, R. C.Layland, M. D. Smith, N. G. Pschirer, U. H. F. Bunz, H.- C. zur Loye, Inorg. Chem. 1999, 38, 3056. [6] a) Quite recently a three-dimensional coordination polymer was characterized following removal of guest molecule by single-crystal X-ray diffraction: H. Li, M. Eddaoudi, M. OKeeffe, O. M. Yaghi, Nature 1999, 402, 276; b) for zeolite analogues see: D. W. Breck in Zeolite Molecular Sieves, Wiley, New York, 1974. [7] Crystal data for 3 after removal of guest molecule: monoclinic, C2/c, a 26.2345), b 19.8393), c 13.2362) , b 109.5144)8, V 64932) 3 , Z 4, 1 calcd 0.818 g cm 3 , 2541 unique reflections out of 7718 with I > 2sI), final R factors R 1 0.1943, wR 2 0.4494, largest difference peak and hole 2.126 and 0.764 e 3 . Elemental analysis suggests that the crystal absorbed water from atmosphere: calcd for [Ni2) 2 NO 3 ) 2 ] ´ 1.5 H 2 O): C 63.94, H 4.27, N 10.17; found: C 64.17, H 3.90, N 9.96. [8] The data collection for 4 at room temperature resulted in different cell constants and space group as well as disordered ligands and nitrates. All the benzene molecules were located with relatively high thermal motions in comparison to those found for the low-temperature structure, but the MeOH molecules could not be located at this temperature. Monoclinic, Cm, a 12.7317), b 19.9129), c 13.9027) , b 96.5441)8, V 35013) 3 , Z 2, 1 calcd 1.129 g cm 3 , 3846 unique reflections out of 5211 with I > 2sI), final R factors R 1 0.0887; wR 2 0.2166. [9] One of the MeOH molecules which is close to the corner of a square interacts with benzene through a CH ´´´ O hydrogen bond H ´´´ O, 2.522 ; C ´´´ O 3.441 ; CH´´´O 169.88). The square B diagonal ± diagonal distances: 26.067 and 30.099 ) is more distorted than square A diagonal ± diagonal distances: 27.911 and 28.270 ). [*] Prof. C. A. Mirkin, S.-J. Park, Dr. A. A. Lazarides Department of Chemistry and Center for Nanofabrication and Molecular Self Assembly Northwestern University 2145 Sheridan Road, Evanston, IL 60208-3113 USA) Fax: 1) 847-467-5123 E-mail : [email protected] Prof. C. R. Kannewurf, P. W. Brazis Department of Electrical and Computer Engineering Northwestern University 2145 Sheridan Road, Evanston, IL 60208-3118 USA) Fax: 1) 847-491-4455 E-mail: [email protected] Prof. R. L. Letsinger Department of Chemistry, Northwestern University 2145 Sheridan Road, Evanston, IL 60208-3113 USA) [**] C.A.M. acknowledges the NSF, the ARO, and NIH for support of this research. R.L.L. acknowledges the NIH. C.R.K. and C.A.M. ack- nowledge support by the NSF through the Northwestern University MRC Grant DMR 96-32472). The DND-CAT Synchrotron Research Center is supported by E.I. Dupont de Nemours & Co., The Dow Chemical Company, the U.S. National Science Foundation Grant DMR-9304725), and the State of Illinois through the Department of Commerce and the Board of Higher Education Grant IBHE HECA NWU 96). Use of the Advanced Photon Source was supported by the U.S. Department of Energy, Basic Energy Sciences, Office of Energy Research Contract No. W-31-102-Eng-38).

Upload: so-jung-park

Post on 06-Jun-2016

213 views

Category:

Documents


1 download

TRANSCRIPT

Page 1: The Electrical Properties of Gold Nanoparticle Assemblies Linked by DNA

�������������

������ ���� ��� � � ����� ��� ��� �� � ��� ��� ������ ����� � ����� ���� ���� �!!! ��"" #$��%!!%"��� "$�� & �#��!'��!%! "$��

��� �������� ������ �� ���� �������������������� ������ �� �����(� )*�� +��,� -��� -� �.���/�0� � �/ -� 1��,���2+�*� �� 3��.�0� ���� 4� 5����6*�7�2 ��/4����8 � �80�����

���98��� 8���0:��8 8 ��*� ��- �0 ���� ��� �7 8 � ��08��8��0��; /���8�/ 0*�<�980 �� 9 ���08�; �=�� 8 � :�08 7�=�;���0�>�? (��� 09���8�080 9���� 8 �8 ��- �0 ���� 8� 8���0:��8���98���0 �77�9���8�;� 6 ��� �8 ��0 �����=� �8 8� �� �� ��0*��8���� � 0�������; /�0:���8� 7���/ �7 08*/;� � ����8 /��� �7 �77��8 �0 ���� /�=�8�/ 8� �@������� 8 � ���98��9�� :��:��8��0 �7����:��8�9�� ��0�/ ��8�����0�>�A�? �/��/� ���; ��0���9 ���*:0 �=� �@:����/ 6�;0 8� �00����� ����:��8�9��0 ��8�86� ��/ 8 ��� /����0����� ��86��,0 ��/ �=� ��=�08���8�/8 � ���98����9 :��:��8��0 �7 0*9 08�*98*��0� ��6�=��� =��8* ���; ��8 ��� �0 ,��6� ���*8 8 � ���98��9�� :��:��8��0 �7����:��8�9�� ��0�/ ��8�����0 ���,�/ 6�8 ��-�

#���#� � ���"� � ��$#B 7�*�/C � #"��$� � ����� � #�!�� D �0� ��0*�80 ��/�9�8�8 � ��00 �7 !�� � @;���� :�� ��8��C 9��9*��8�/ =��*�0 7�� >��E�F�E�G"F� H"��E� @;����F?C � #"�$�� � ��##� � #��$�

��;08�� /�8� 7�� � C D � 9�;08��0 6��� :��:���/ �� 8 � 0��� 6�; �0 ���=� �*8���.��� 6�0 *0�/ ��08��/ �7 � @;����� ��6�=�� 7�6 9�;08��0 6��� ��8����/6�8 0��� :�6/��; ��8����� E�� ��I ;���/F� 1���9����9� ���%�� ���"��#!E�F� �� ���$#�E"F� �� ������E#F J� �� ���$��E"F�� �� �"���E"F J"��� $� �9��9/� ���"# �9��"� �""�! *��K*� ��7��98���0 �*8 �7 �$"�� 6�8 ���EF� ��"�� �� ���� 7���� � 7�98��0 ��� !�����B ���� !�"#��� D � /�8� 7����8 � ��/ � 6��� ���0*��/ �� � (�����0 (1-4D%��� /�77��98���8��E1�5� ��/��8��� �� !�#�!#" JF �8 ��" 5� -� ��:���9�� ��0��:8��� 9����9 8��� 6�0 �::���/ �; *0��� 8 � (-�-3( :������� ��� ;/����� �8��06��� ��7���/ ���0�8��:�9���; ��/ ;/����� �8��0 6��� 7�@�/ �8 9��9*��8�/:�0�8���0 ��/ ��7���/ *0��� � ��/��� ��/��� ��;08�������: �9 /�8� E�@9�*/ ��� 08�*98*�� 7�98��0F 7�� 8 � 08�*98*��0 ��:��8�/ �� 8 �0 :�:�� �=� ����/�:�0�8�/ 6�8 8 � ������/�� ��;08�������: �9 ��8� ���8�� �0 0*::�� ���8��; :*���9�8��� ��0� ���� �����$ E�F� ��/ ���� �����# E�F� ��:��0�7 8 � /�8� 9�� �� ��8����/ 7��� �7 9 ���� �� �::��9�8��� 8� ����� ��L���� 4��/� ������/�� �3���M� L5 E7�@C E���F���" ""� !""B � ���� C/�:�0�8N99/9�9����9�*,F�

4�9��=�/C 1��9 �� �!!!4�=�0�/C -*�*08 ��� �!!! >M��$�"?

>�? G��; ��� 8 :��;����9 08�*98*��0 6��� :*���0 �/ ��7��� ���! 7�����98���0 �7 6�8 8���0�8��� ��8��0� 6 ��� 7��� ���! 8� ���$ ���*8#! :��;����9 08�*98*��0 6��� :*���0 �/� (8�8�08�90 6��� 8�,�� 7���������/�� (8�*98*��� ��8���0�C ���0��� ���# E��#�$� (8�*98*��0�-:���� ���� �����0�FC O� �� -����� G� 5�����/� ������� ���� ��������� !!�� �� "��

>�? 4�9��8 ��7����9�0 �� 9���/���8��� :��;���0 6�8 ��/ 8���0�8�����8��0C �F 5� 3���/ �� �� (�6��/� 1� )� M�6���8,�� ������ ���� !!!� ���� �$�B ������ ���� ��� � � !!!� ��� ���B �F 5� 3���/ ��5� �� ����0�=�89 � 3� 1�*�8��� �� (�6��/� 1� )� M�6���8,�� ��������� !!!� �"�#B 9F �� �*/�<��80��� 5� 3���/ �� 5� 1� +�������1� )� M�6���8,�� � �� ���� !��� !!!� �"�� ����B /F G� ����� P��*� �� M ���� D� ( ���� +� ��� )� �� ��#�� ���� !!!� ��� ���"B�F 1� � D���� 3� �� ��� )� �� ���� P� 1� � ��� (� �� ��� ��#�� ���� !!"� �$� ����B 7F � 4� 1�9�����=��;� 4� �� ���������� )� � -86��/� � �� ���� !��� !!"� �"%� ��#�B �F �� �� (*� 3� (� 5���� �� Q� �*�Q� �� ����� D� �� �� 1�,� ���� ����� !!"� ����B F �� ���� ���� 4� +� ������/� 4� ��*0 ��8��� )� M*���8������&���#� !!"� �%��!��B �F )� *� �� �*� D� ��*� D� +���6���� �� ���09�� O� (���0�� -� )�)�9��0��� ��#�� ���� !!"� �$� ��"#B <F 1� 5��/�� D� ��0 �8���� 5�(�,�� �� 1�80*.�,�� (� 5�8���6�� ������ ���� !!#� �%�� �$��B������ ���� ��� � � ����� !!#� �'� �#��B ,F G� 1� ��� �� �� �� D� ����;� ��#�� ���� !!#� �'� �����

>"? 4� �� ������ 3� O� ��0,��0� 4� 4��0��� � ���� !��� ���� ����� !!�� ��##�

>�? 1� O*<�8�� �� )� 56��� (� ��0 �.*� 5� G�*��� � �� ���� !��� !!����'� �����

>�? �F 1� O*<�8�� �� )� 56��� 1� 1�;�.�6�� 5� G�*��� ���� ����� !!�� ��##B �F )� -� 4���� �� -�/��R0� 1� �� 1*�S�.� 1� )*�=�� D� ��������-� 3�*00�,0�*� O� �����8� !������ !!$� "'�� ���B 9F D� � ����������� �� 1�9Q*������ +� �0���� 4� �� 4����0� 1� )� M�6���8,�� ���������� !!#� �%�� �!��B������ ���� ��� � � ����� !!#� �'� �#�B /F �� 3� ����� 4� �� �;���/� 1� �� (��8 � �� �� +09 ����� L� �� O� 3*�.� �� �� .*� �;�� ��#�� ���� !!!� ��� "!���

>�? �F Q*�8� ��9��8�; � 8 ��� /����0����� 9���/���8��� :��;��� 6�09 ���98���.�/ 7����6��� ����=�� �7 �*�08 ����9*�� �; 0����� 9�;08��P ��; /�77��98���C �� �� 1� �//��*/�� 1� GT5��77�� G� 1� ��� ������#� !!!� (%"� �#�B �F 7�� .����8� ������*�0 0��C �� �� 3��9, ��������� &�������# !��)��� ����;� ��6 ���,� !#��

>#? ��;08�� /�8� 7�� � �78�� ����=�� �7 �*�08 ����9*��C ����9����9� ��%���� ����"�E�F� �� ���$"�E"F� �� �"��"�E�F J� �� �!�����E�F�� �����"E�F J"� �� �� �9��9/� !�$�$ �9��"� ���� *��K*� ��7��98���0 �*8 �7##�$ 6�8 � ��EF� 7���� � 7�98��0 ��� !����"� ��"� !������ �����08/�77����9� :��, ��/ ��� ����� ��/ �!�#�� �J�"� ������8�� ����;0�00*���080 8 �8 8 � 9�;08�� ��0����/ 6�8�� 7��� �8��0: ���C 9��9/ 7��>��E�F�E�G"F�? H ��� E��GFC � �"���� � ���#� � �!��#B 7�*�/C � ����#� �"��!� � �����

>$? D � /�8� 9����98��� 7�� � �8 ���� 8��:���8*�� ��0*�8�/ �� /�77����8 9���9��08��80 ��/ 0:�9� ���*: �0 6��� �0 /�0��/���/ �����/0 ��/ ��8��8�0� -��8 � ���.��� ����9*��0 6��� ��9�8�/ 6�8 ����8�=��; �� 8 �������8���0 �� 9��:���0�� 8� 8 �0� 7�*�/ 7�� 8 � ��6 8��:���8*��08�*98*��� �*8 8 � 1�G� ����9*��0 9�*�/ ��8 �� ��9�8�/ �8 8 �08��:���8*��� 1���9����9� �� �� ���#"�E#F� �� ������E�F� ���"��!�E#F J� �� ������E�F�� �� "�!�E"F J"� �� �� �9��9/� ����� �9��"�"$�� *��K*� ��7��98���0 �*8 �7 ���� 6�8 � ��EF� 7���� � 7�98��0 ���!�!$$#B ��"� !������

>�? G�� �7 8 � 1�G� ����9*��0 6 �9 �0 9��0� 8� 8 � 9����� �7 � 0K*�����8���980 6�8 ���.��� 8 ��*� � ��� HHHG ;/����� ���/ E� HHHG������ JB � HHHG "���� JB ��� HHHG ����$�F� D � 0K*��� % E/������� A/������� /�08��9�0C ���!�# ��/ "!�!�� JF �0 ���� /�08��8�/ 8 �� 0K*���� E/������� A /������� /�08��9�0C �#���� ��/ �$��#! JF�

>2? +��7� �� -� 1��,��� (� )� +��,� ��� -� -� �.���/�0��:��8���8 �7 � ���08�; ��/ ���8�� 7�� ����7����9�8��� ��/1���9*��� (��7 -00����;���8 6�08��� L��=��0�8;���� ( ���/�� 4��/� �=��08��� �!�!$ "��" EL(-FO�@C E��F$�# ��# ���"� ���� C 9����,��N9 ����6*��/*

+��7� �� 4� 5����6*�7� +� �� 3��.�0��:��8���8 �7 ���98��9�� ��/ ���:*8�� ��������������8 6�08��� L��=��0�8;���� ( ���/�� 4��/� �=��08��� �!�!$ "��$ EL(-FO�@C E��F$�# ��� ����� ���� C 9�,����6*�7N�9���6*��/*

+��7� 4� � �80�������:��8���8 �7 � ���08�;� ���8 6�08��� L��=��0�8;���� ( ���/�� 4��/� �=��08��� �!�!$ "��" EL(-F

>22? ��-�1� �9,��6��/��0 8 � �(O� 8 � -4G� ��/ �� 7�� 0*::��8 �7 8 �0��0���9 � 4��� �9,��6��/��0 8 � ��� ��4�5� ��/ ��-�1� �9, ��6��/�� 0*::��8 �; 8 � �(O 8 ��*� 8 � ���8 6�08��� L��=��0�8;14� E����8 �14 �� "��#�F� D � ��� �-D (;�9 ��8��� 4�0���9 ���8�� �0 0*::��8�/ �; ��� �*:��8 /� ����*�0 U ���� D � ��6� ���9�� ���:��;� 8 � L�(� ��8����� (9���9� O�*�/�8��� E����8�14 �"!�#��F� ��/ 8 � (8�8� �7 ������0 8 ��*� 8 � ��:��8���8 �7������9� ��/ 8 � 3���/ �7 ��� �� �/*9�8��� E����8 3�����-��L ��F� L0� �7 8 � -/=��9�/ + �8�� (�*�9� 6�0 0*::��8�/�; 8 � L�(� ��:��8���8 �7 �����;� 3�0�9 �����; (9���9�0� G77�9� �7�����; 4�0���9 E���8��98 ��� � "� �!� ��� "$F�

Page 2: The Electrical Properties of Gold Nanoparticle Assemblies Linked by DNA

�������������

���� � ��� ��� ������ ����� � ����� ���� ���� �!!! ��"" #$��%!!%"��� "$�� & �#��!'��!%! ������ ���� ��� � � ����� ��� ��� ��

� ���� 6� ��:��8�/ � ��6 �::���9 8� ��8�����0 0;�8 �0�06 �9 *8���.�/ ��������9 ����:��8�9��0 �0 �*��/��� ���9,0 ��/9 ���9���; ��/�7��/ 0;�8 �8�9 /*:��@ ��- �0 8 � ����9*��0��8��9����98��� 8 � :��8�9��0�>�? (��9� 8 �8 ��:��8� � ����8 /����7 �77��8 �0 ���� /�=�8�/ 8� 08*/;��� 8 � �:8�9�� :��:��8��0 �70*9 08�*98*��0� �:��8��8�;� �� *�/��08��/��� �7 8 �0��:8�9�� :��:��8��0 �0 ��/ 8� 8 � /�=���:���8 �7 � 0����0 �7 �� �; 0��0�8�=� ��/ 0���98�=� 9�������8��9 /�8�98��� ��8 �/07�� ��-�>#? 1����=��� 8 �0 :��������/ �00����; ��8 �/ ����;� �; =��8*� �7 8 � ������*9���8�/� 0�K*��9�� �0 :��=�/�/�� �@9�����8 �::��8*��8; 8� 8����� 8 � ��9 �8�98*��� :�����8��0�7 ����:��8�9�� ��0�/ 08�*98*��0 �00�����/ 6�8 ��-�>$? (*9 :�����8��0 ��9�*/� ����:��8�9�� 0�.� ��/ 9��:�0�8���� :�� 8�9�� :����/�9�8;� ��/ ��8��:��8�9�� /�08��9�� G�� �7 8 ���8���*��� �*808��/��� �00*�0 �� 8 �0 ��6 7���/ :��8���0 8� 8 �*0� �7 0*9 ��8�����0 �� ���98����9 �::��9�8���0� -8 8 � ���8 �78 �0 �00*� �0 8 � 7����6��� K*�08���C 9�� ����:��8�9��0 �00�� ���/ �; ��- 08��� 9��/*98 ���98��9�8; �� 6��� 8 � ��-��8��9����980� 6 �9 ��� ��=��; ���/�/ �� ��9 :��8�9���>�? �98�0 ��0*��8��� 0 ���0V ������� 6� �@����� 8 � ���98��9��9��/*98�=�8��0 �7 8 �0� ��8�����0 �0 � 7*�98��� �7 8��:��� 8*��� ������*9���8�/� ����8 � ��/ ����8�=� *��/�8;� D ���- ���,�/ ����:��8�9�� 08�*98*��0 �=� ���� 9 ���98���.�/�; 7���/ ���00��� 09������ ���98��� ��9��09�:; EO� (�1F�0;�9 ��8��� 0���� ����� P ��; 09�88����� E(-P(F �@:��� ���80� 8 ����� /���8*��8��� :��7���0� ��/ L�%��0 0:�98�� 09�:;�� � 8;:�9�� �@:������8 9�8��8� 08�����.�/ �" �� ���/ ����

:��8�9��0 6��� ��/�7��/ 6�8 "� ��/ �� ��,���8 ��� 9�::�/ �� ��� ������*9���8�/�0 E ��/ �� ��0:�98�=��;F� ��- 08���/06�8 ����8 0 �7 ��� �$� ��/ #� ��0�0 E� A $F 6��� *0�/ �0 ���,��0E(9 ��� �F� ����:��8�9�� �00������0 6��� 9��08�*98�/ �;�//��� ��/�7��/ ���/ ����:��8�9��0 E��� �� ��# ��F ��/ � ��/�7��/ ���/ ����:��8�9��0 E��� �� ��# ��F 8� ���,�� ��- ���� �� $ E"! �� �! ��F� -78�� 7*�� :��9�:�8�8���� 8 � �������8�06��� 6�0 �/ 6�8 !�"� ��"�GG��� 0��*8��� 8� ����=��@9�00 ���,�� ��- ��/ ����� ;�: ���.�8��� E�!�" A �!�� 8���F�7 8 � �������8� 8� /�;��00 ��0*�8�/ �� :����80 ��/ ����=�� �78 � =���8��� 0��8� ��"�GG���� L�7*�98������.�/� 9�8��8�

08�����.�/ :��8�9��0� :��:���/ �; 8 � O���0 ��8 �/�>�!? 6���/���/ �0 � 7��� ��/ *0�/ 7�� 9��:���0�� :*�:�0�0�D � ��0*�8��� /���/ �������8�0 �/ � 9���� ��0�������

8����0 �/ ���00 ��/ 6��� =��; ���88��� O� (�1 �����0/����08��8� 8 �8 ������*9���8�/� ��/�7��/ ����:��8�9��0 �� ���� ��8�98 *:�� /�;��� EO��*�� ��F 6 ��� 9�8��8� 08�����.�/

O��*�� �� (9������ ���98��� ��9��09�:; �����0 �7C �F ��- ��/�7��/ ���/����:��8�9��0� ��/ �F 9�8��8� 08�����.�/ ���/ ����:��8�9��0 /���/ �� ��/�*�8�� �@�/��

����:��8�9��0 7*0� 8� ��� ���8 �� EO��*�� ��F� (����7�9��8�;�8 � /���/ ��- ���,�/ �������8�0 9�*�/ �� ��/�0:��0�/ ��!�"� +3( �*77�� E� �F ��/ �@ ���8 �@9�����8 ���8��� :��:�� 8��0B ��8��� 0*9 � /�0:��0��� 8� �! �� ��0*�80 �� /� ;���/�.� 8��� �7 8 � ��- ��8��9����980 8� ;���/ � ��/ 0��*8��� �7/�0:��0�/ ����:��8�9��0 EO��*�� �F� D �0 ��0��=�8��� 9��

O��*�� �� D ����� /�00�9��8��� 9*�=� 7�� /���/ �������8�0���,�/ �; � ��/ ��/�0:��0�/ �� !�"� +3( �*77��� D ��@8��98��� �8 ��! �� 6�0 ��8����/ �8 �� ��8��=��0 �0 8 �8��:���8*�� 6�0 ��9���0�/ 7��� �� 8� #� �� 6�8 � ��/���8��� �7 � ��� :�� /������ �0�8C L�%��0 0:�98�*� �7 8 ���/�0:��0�/ /���/ �������8�0 ���0*��/ �8 �� ���

(9 ��� �� (9 ���8�9 ��:��0��8�8��� 0 �6��� -* ����:��8�9�� �00����; 6�8 /�77����8����8 ��- ���,��0�

Page 3: The Electrical Properties of Gold Nanoparticle Assemblies Linked by DNA

�������������

������ ���� ��� � � ����� ��� ��� �� � ��� ��� ������ ����� � ����� ���� ���� �!!! ��"" #$��%!!%"��� "$�# & �#��!'��!%! "$�#

����/ 6�8 8 � O� (�1 /�8� 9��9�*0�=��; /����08��8�0 8 �8��- ��/�7��/ ���/ ����:��8�9��0 ��� ��8 ����=��0���; ����� ��8�/ *:�� /�;����D � ���98��9�� 9��/*98�=�8��0 �7 8 � 8 ��� 0��:��0 E/���/

�������8�0 ���,�/ �; �� �� ��/ $F 6��� ���0*��/ �; 8 � 7�*� :���� ��8 �/� (*�:��0����;� 8 � 9��/*98�=�8��0 �7 8 � ����� ��8�0 7����/ 7��� ��� 8 ��� ���,��0 �����/ 7��� �!�� 8��!�� (9��� �8 ���� 8��:���8*��� ��/ 8 �; 0 �6�/ 0������8��:���8*�� /�:��/��8 �� �=��� EO��*�� "F� D � 9��/*98�= �8��0 �7 8 � ��- ���,�/ �������8�0 0 �6�/ -�� ���*0 �� �= ��� *: 8� ���*8 ��! 5� 6 �9 �0 9 ���98���08�9 �7 � �����8����9

O��*�� "� +��8 �7 8 � 9��/*98�=�8; �0 � 7*�98��� �7 8��:���8*�� 7�� ���/����:��8�9�� �00������0 ���,�/ �; �� � �$ � ��/ #� ��� ��- E� A $F� �� �� ��� ���,�/B �� �$ ��� ���,�/B �� #� ��� ���,�/ �00������0�

��8������ -98�=�8��� �������0 �7 9 ���� 8���0:��8 E��F 9�� ����8����/ 7��� � :��8 �7 ��� =��0*0 �%* *0��� �K*�8��� E�F�6 ��� � �0 8 � ���98��9�� 9��/*98�=�8;� �� �0 � 9��08��8� + �0 8 �3��8.���� 9��08��8� ��/ * �0 8 � 8��:���8*���

� � ���@:>���%E+*F? E�F

D � �=����� �98�=�8��� �������0 9��9*��8�/ 7��� 8 ������0*�����80 ��� #��� !�� ���� #��� !�" ���� ��/ #���!�� ��� 7�� 8 � �� � �$ � ��/ #� ��� ���,�/ �������8�0���0:�98�=��;� ���/*98�=�8; /�8� ��8����/ ��86��� �! ��/��! 5 6��� *0�/ 7�� 8 �0� 9��9*��8���0�(��9� 8 � ���98��9�� :��:��8��0 �7 8 �0� 8;:�0 �7 ��8�����0

0 �*�/ /�:��/ �� 8 � /�08��9� ��86��� 8 � :��8�9��0� 0;� 9 ��8��� (-P( �@:������80 6��� *0�/ 8� /�8������ ��8�� :��8�9�� /�08��9�0 �7 8 � /�0:��0�/ ��/ /���/ �������8�0�(9�88���/ ��8��0�8��0 EF �0 � 7*�98��� �7 �� �0��E�F%�� 6 ����� �0 8 � 09�88����� ����� ��/ � �0 8 � 6�=�����8 �7 8 ���9�/��8 ��/��8���� ��� :��0��8�/ �� O��*�� �� D � � =��*�0 �78 � 7��08 :��,0 ��/�9�8� 9 ���98���08�9 /�08��9�0 �7 � �%�� D �:�0�8��� �7 8 � 7��08 :��,0 /��08�9���; 9 ����0 7��� � =��*�0 �7!�!�" ����� !�!�$ ����� ��/ !�!"# ���� 7�� 8 � �� � �$ � ��/#� ��� ���,�/ �������8�0� ��0:�98�=��;� 8� �� � =��*� �7!�!$# ���� 7�� ��� 8 ��� �������8� 08�*98*��0 *:�� /�;����D �0 ��0*�8 ��/�9�8�0 8 �8 *:�� /�;��� 8 � �������8�0� 8 ���8��:��8�9�� /�08��9�0 /�9���0� 0����7�9��8�; 8� 8 � :���86 ��� 8 � :��8�9��0 ��� ����08 8�*9 ���� � �8 �� 6��/0� /���/�������8�0 �=� ��8��:��8�9�� /�08��9�0 8 �8 ��� =��8*���;

O��*�� �� (-P( �7 ���/ ����:��8�9�� �������8�0 ���,�/ �; � A $� D �� ����0C(-P( �7 �������8�0 �� !�"� +3( �*77��� D � 7��08 :��, �7 8 � ��- ���,�/�������8�0 0 �780 8� 0������ =��*�0 �7 � �0 8 � ����8 �7 8 � ������*9���8�/����,�� �0 ��9���0�/� D �9, ����0C (-P( �7 /���/ �������8�0� D � 7��08 :��,00 �78 8� ������ =��*�0 �7 � *:�� /�;��� ��/ ��� ��8 /�:��/��8 �� 8 � ����8 �7 8 � ��- ���,��� WWC �� ��� ���,�/B ����C �$ ��� ���,�/B C #� ��� ���,�/ �������8�0�

��/�:��/��8 �7 8 � ����8 �7 8 � ���,��� 6 ��� 6�8 �������8�0�@ ���8 ��8��:��8�9�� /�08��9�0 8 �8 ��� /���98�; /�:��/��8 ��8 � ����8 �7 8 � ���,��� D �0 7��/��� �@:����0 6 ; 0�������98�=�8��� �������0 ��� ��0��=�/ 7�� 8 � 8 ��� /�77����8 ���,��0;08��0 �� 8 � 9��/*98�=�8; �@:������80 ��=��=��� /���/:����80� 1����=��� �8 ��0� �@:����0 6 ; ����8�=��; �� 9��/*98�=�8��0 ��� ��0��=�/� �����/��00 �7 �6 ��� =��60 8 ����98����9 :��:��8��0 �7 ��-� �/��/� 8 �0� ��0*�80 0*���088 �8 9��/*98�=�8; �� 8 �0� 0;08��0 �0 � ��0*�8 �7 9�:�9�8�=�9 ������� �*9 ��,� �������8�0 7����/ 7��� :��8�9��0 6�8 0 ��8 ��,���8 ��� �����/0�>�� "? O�����;� *���,� 8 � ��- ���,�/��8�����0� 8 � /���/ 7��� �7 9�8��8� 08�����.�/ ���/ ����:��8� 9��0 0 �6�/��8����9 �� �=���� D �0 �0 9��0�08��8 6�8 8 � (�1/�8�� 6 �9 0 �6 8 �8 :��8�9��0 6�8 �� 0*9 7���0 7*0� 8���8 ��EO��*�� ��F�-��=� ��! 5 8 � 9��/*98�=�8��0 �7 8 � ��- ���,�/ 0��:��0

0 �6�/ �� �������*0 /�::��� �� �=���� O�� ��� 8 � 0��:��08 � 9��/*98�=�8; 08��80 8� /�9���0� ���*:8�; �8 �::��@���8��;��! 5 ��/ 9��8��*�0 8� /�9���0� *�8�� �::��@���8��; ��! 5� �86 �9 :���8 �8 ��9���0�0 ����� EO��*�� "F� D� ��=�08���8� 8 �0*�*0*�� �� �=��� �� /�8��� 8 � ���98��9�� 9��/*98�=�8; 6�0���0*��/ �0 8 � 0��:�� 6�0 9����/ ��/ 6����/ ��:��8�/�;EO��*�� �F� �8���08����;� 8 � /�: �� 9��/*98�=�8; ���; �99*���/�� 8 � /���98��� �7 ��9���0��� 8��:���8*��� (��9� ��- �0 ;/��: ���9 ��/ 6�8�� 9�*�/ :�8��8����; �77�98 8 � ���98��9��:��:��8��0 �7 8 � ;���/ 08�*98*��0� 8 � �77�98 �7 ����8�=� *��/�8; �� 8 � 9��/*98�=�8; �7 8 � ���/ �������8�0 6�0�@�����/� D � ��0�08��9� ��9���0�/ �; � 7�98�� �7 8�� 6 ��8 � *��/�8; 6�0 ��9���0�/ 7��� � 8� �!!I� 8 0 �*�/ ����8�/ 8 �8 8 � 9 ���98���08�9 /�: 6�0 =��; 6��, 6 �� 8 �0��:�� 6�0 ,�:8 �� � =�9**� E�!�� D���F 7�� �$ :���� 8� 8 �9��/*98�=�8; ���0*�����8� O��� 8 �0� ��0��=�8���0 6�9��9�*/� 8 �8 8 � *�*0*�� /�: ��/ 8 �� ��0� �� 9��/*98�=�8;���=� ��! 5 �0 �00�9��8�/ 6�8 6�8�� ���8��� ��/ 8 � ;���09�:�9 ��8*�� �7 8 � ��-� 6 �9 8��:������; ��9���0�08 � ��8��:��8�9�� /�08��9� E*�8�� �=�:���8��� 8�,�0 :��9�F�(-P( ���0*�����80 �� � /���/ �������8� 8 �8 6�0 6�88�/6�8 !�"� +3( �*77�� 0 �6�/ �� �::��@���8��; 86�7��/��9���0� �� ��8��:��8�9�� /�08��9�� 6 �9 �0 9��0�08��8 6�8 8 ����=� ;:�8 �0�0�

Page 4: The Electrical Properties of Gold Nanoparticle Assemblies Linked by DNA

�������������

���� � ��� ��� ������ ����� � ����� ���� ���� �!!! ��"" #$��%!!%"��� "$�$ & �#��!'��!%! ������ ���� ��� � � ����� ��� ��� ��

O��*�� �� ���98��9�� 9��/*98�=�8; �7 ���/ ����:��8�9�� �00������0 ���,�/ �;� �0 � 7*�98��� �7 8��:���8*�� 9;9����� D � 7��08 /�8� 9����98��� 6�0 9;9��/��86��� ��� ��/ ��� 5� ��/ 8 � 0�9��/ /�8� 9����98��� 6�0 9;9��/ ��86���"�! ��/ ��� 5� D � ����60 ��/�9�8� 8 � /���98��� �7 8 � 8��:���8*�� 9 ������� 7��08 9������B �� 7��08 6������B �� 0�9��/ 9������B �� 0�9��/6�������

D �0� 08*/��0 ��� ��:��8��8 7�� 8 � 7����6��� ���0��0� O��08�8 �; 0 �6 8 �8 ��� 9�� *0� 8 � ����9*��� ��9����8���:��:��8��0 �7 ��- 8� �00����� ����:��8�9�� ��0�/ ��8�����06�8 �*8 :�00�=�8��� 8 �� �� /�08��;��� 8 ��� /�09��8� 08�*9 8*��� �� ���98��9�� :��:��8��0� 7 8 �0� ��- 7*�98������.�/:��8�9��0 ��� 8� �� *0�/ 8� 08*/; ���98��9�� 8���0:��8 �� 8 ��� /����0����� ��9��09�:�9 �00������0 �� �=�� ��8 ����: �9���;:�88����/ 08�*98*��0�>��? �8 �0 ��:���8�=� 8 �8 8 ��� ���98��9��8���0:��8 :��:��8��0 �� /������8�/� (�9��/� �8 0 �60 8 �8 8 �9��/*98�=�8��0 �7 8 � /���/ �00������0 7����/ 6�8 ���,��0 �7�� 8� #� ��0� :���0 ��� =��8*���; ��/�:��/��8 �7 8 � ����8 �78 � ���,��� D �0 ��0��=�8��� �0 ��,��; � ��0*�8 �7 8 � ����=�� �76�8�� ��/ 8 � *0� �7 � =���8��� 0��8 �� 8 �0� �@:������80B��/��/� 8 � 7��� =��*�� 9���8�/ �; 8 � ����=�� �7 0��=��8 ��/0��8 ����60 8 � ��- 8� �� 9��:��00�/ �� 8 � 0*�7�9� ��/ 8 �9��0� �::���9 �7 8 � :��8�9��0 6�8 �� 8 � �������8�0� D ��/�8 � �������8�0 6�8 8 � ��- :��8�98�/ ����:��8�9��0 �� �=��0 0���9��/*98��0� 6 ��� 7���0 7����/ 7��� 9�8��8� 08�����.�/:��8�9��0 �@ ���8 ����=��0���� :��8�9�� 7*0��� ��/ ��8����9�� �=���� O�����;� 8 �0� ��0*�80 :���8 8�6��/ 8 � ��8���*���:�00�����8; �7 *0��� 8 �0� ��8�����0 �� ��- /�����08�9�::��9�8���0 6 ��� 0�K*��9� 0:�9�7�9 ���/��� �=��80 ��86�������:��8�9��0 7*�98������.�/ 6�8 ������*9���8�/�0 ��/ 8����8��- �77�98 8 � 9��0��� �7 � 9��9*�8 ��/ � /����8�9 ��9���0� ��9��/*98�=�8; E8 �8 �0� 7��� �� ��0*��8�� 8� � 0���9��/*98��F�

�,-�#������ !������

+��:���8��� �7 ��- ��/�7��/ ���/ ����:��8�9��0 ��/ ���,�� ��- 08���/0C(;�8 �0�0 �7 ��,���8 ��� 9�::�/ ������*9���8�/�0 E ��/ �F ��/ �������� .�8��� �7 8 �� �� ���/ ����:��8�9��0 ��� /�09����/ ��0�6 ����>#�? ��,����- 08���/0 E� A $F 6��� 0;�8 �0�.�/ ��/ :*��7��/ �; ��8���8*�� ��8 �/0�>#�� $9? D � ��- ��/�7��/ ����:��8�9��0 ��/ ��- ���,��0 6��� 08���/�� !�"� ����� �! �� : �0: �8� E:� #F �*77�� E��7����/ 8� �0 !�"� +3(F:���� 8� *0��

���/*98�=�8; ���0*�����80C D � ���98��9�� 9��/*98�=�8; 6�0 ���0*��/ �;8 � 7�*� :���� 8�9 ��K*��>��? ���98��9�� 9��8�980 9��0�08�/ �7 7��� ���/ 6���0E�� ��/ �! �� /����8��F �88�9 �/ 8� :����80 6�8 ���/ :�08� ED�/ +����F�D � 0��:�� /����0���0 6��� !��$�� !�"#!� !�!�� ��� !�"��� !�#���!�!�# ��� ��/ !��#$� !���"� !�!"� �� 7�� 8 � �� ��� ���,�/� �$ ��� ���,�/� ��/ #� ��� ���,�/ �������8�0� ��0:�98�=��;� (��:��0 6��� 9����/ ��� ��/���8� =�9**� E�!�" 8� �!�� 8���F� ��/ 9��/*98�=�8; 6�0 ���0*��/ �0

8 � 8��:���8*�� 6�0 ��9���0�/ *�/�� � /�;� ��6 :��00*�� �7 ���*� ��0*���00 �8 ��6�0� 0:�9�7��/� D � 0��:�� 9 ����� 6�0 ��0*��8�/ 7��� ��� 8 ����/�� 8� �������8� :�00���� �:8����98����9 �77�980� �@9�8�8��� 9*����80 6���,�:8 �8 �� ����6 �!! �-� ��/ 8 � =��8��� �9��00 8 � ��8��� 0��:�� 6�0����8�/ 8� � ��@��*� �7 �! ��

(-P( ���0*�����80C D � (-P( �@:������80>�"? 6��� :��7����/ �8 8 ��*:��8 ���8 6�08��� ��6 ���������8�=� -99�00 D��� E��� �-DF(�98�� � �7 8 � -/=��9�/ + �8�� (�*�9�� -������ ��8����� �����8��;6�8 P ��;0 �7 6�=�����8 ���� J� -K*��*0 0��:��0 6��� :��9�/ �� !�$ ��7��8 9���0 ��86��� 5�:8�� 6��/�60� ����/ 0��:��0 6��� �/ ���/ 8� 5�:8��8�:� ��/ 0*::��8�/ �; 7��8 9���0� D6� 0�80 �7 0��80 6��� *0�/ 8� /�7��� ��/9������8� 8 � P ��; ���� ��/ � :�� ��� 6�0 *0�/ 8� ����=� :���0�8�909�88������ (��:��0 6��� ����/��8�/ 6�8 � !�"� !�" �� ���� ��/ 09�88���/��/��8��� 6�0 /�8�98�/ 6�8 � ��� ���� /�8�98��� D � �� 09�88����� /�8�6��� �.��*8 ���; �=�����/� ��/ 8 � ��/��� 9���/���8� �7 8 � ��0*�8��� ��:��7���0 �7 09�88���/ ��8��0�8; 6�0 8���07����/ ��8� � 09�88����� ������ -��/�8� 6��� 9����98�/ 7�� ��9,���*�/ 09�88����� ��/ 0��:�� ��0��:8����3*77�� 09�88����� 6�0 0*�8��98�/ 7��� 8 � 0��*8��� 0��:��0�

4�9��=�/C )*�; �!� �!!! >M����#?

>�? �F (� G� 5����;� )� 5� 3��8��� !������ !!!� "��� "#� A "$�B �F �� )�D*���� )� 5� 3��8��� � .���� ��#�� ���� !!"� �� �!� A �!�B 9F O� ���6�0� 4� � �80������ � .���� ��#�� ���� !!"� �� ��� A ���B /F 1�4�8���� ����#� !!!� ��$� �$! A �$�B �F �� G,� �8�� D� 5���;�0 �� 5�D���,�� 1� ( ����*��� � �� ���� !��� !!"� �"%� ���� A �����

>�? 4� �� D������� D� -� +�08��8 6��8�� �� �� � ��� �� �� +���� -� D��.�0�-� � ��� )� �� �*89 �0��� 1� 4� ����,� �� �������� )� �� ��/���� 4�(*:��7���� 1� O��=�� �� (� )� �0��� )��� �� D� (��*�0,�� 4� �� 1*���;� � �� ���� !��� !!$� ��$� ���"# A ����$�

>"? �F 1� 3�*08� �� 3�8 ���� �� )� (9 �77���� �� 5���;� � )� &���#� !!&� $�#�� A #�#B �F �� 3�8 ���� 1� 3�*08� �� )� (9 �77���� �� 5���;� ������#������ ���� !!&� (%�� �"# A ��"B 9F 1� 3�*08� �� 3�8 ���� ��5���;� �� )� (9 �77���� /�����# !!"� �(� ���� A �����

>�? 1� �� 1*0�9,� �� �� 5��8���� 1� �� 5��7�� 1� )� ��8��� ���� &���#� !!#� �� ���� A ��!��

>�? �� +� �������� 4� )� (�;,���;� )� )� ( ����� (� �� �����9 0� )� 4� ���8 �!������ !!#� "$$� ��#$ A ��$��

>�? �� -� 1��,��� 4� � �80������ 4� �� 1*9�9� )� )� (8�� �77� ����#� !!&���"� �!# A �!��

>#? �F 4� ��� ������ )� )� (8�� �77� 4� �� 1*9�9� 4� � �80������ �� -�1��,��� !������ !!#� "$$� �!#$ A �!$�B �F )� )� (8�� �77� 4� ��� ������4� �� 1*9�9� �� -� 1��,��� 4� � �80������ � �� ���� !��� !!"��"%� ���� A ����B 9F D� -� D�8��� �� -� 1��,��� 4� � �80������ !����������� "��� �#�# A �#�!�

>$? �F 4� �� 1*9�9� )� )� (8�� �77� �� -� 1��,��� 4� � �80������ � ������ !��� !!"� �"%� ���#� A ���#�B �F �� +� 1�89 ���� �� -� 1��,���4� � �80������ � �� ���� !��� !!!� �"�� $��� A $��"B 9F )� )�(8�� �77� -� -� �.���/�0� �� -� 1��,��� 4� � �80������ 4� �� 1*9�9��� �� (9 �8.� � �� ���� !��� ����� �""� ���! A ���!�

>�? 4� �� 1*9�9� + � 8 �0�0� ���8 6�08��� L��=��0�8;� � L(-� !!!�>�!? �� O���0� ���� ��0�� !��� !#�� "(�� �! A ���>��? 4� �� +����� )� M *� O� P*� (� ����� �� -� 1��,��� !������ !!!� "���

��� A ��"B (� ����� )� M *� �� -� 1��,��� !������ !!!� "�'� ��" A ���B(� ����� �� -� 1��,��� !������ ����� "��� �$!$ A �$���

>��? )� �� ;/���� �� G� 1���;� D� )� 1��,0� �� 4� 5� 5�����6*�7� ���*#���� ���#�� &���� !!"� �$� #� A $!�

>�"? -� �*������ �� O�*���8� !��� ����� ������#��� �1 23#�0�� ����;� ��6���,� !$$�