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Control of Superstructure and Functionalization of DNA by THz Wave Illumination

Research Project

Project/Area Number 17K18889
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Research Field Electrical and electronic engineering and related fields
Research InstitutionWaseda University

Principal Investigator

Ohki Yoshimichi  早稲田大学, 理工学術院, 教授 (70103611)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 水野 麻弥  国立研究開発法人情報通信研究機構, 電磁波研究所電磁環境研究室, 主任研究員 (90360643)
Project Period (FY) 2017-06-30 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2018: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2017: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Keywords遠赤外分光 / THz時間領域分光 / デオキシリボ核酸 / ヘアピン構造DNA / 塩基 / 水素結合 / 分子間相互作用 / 遠赤外分光(FT-FIR) / THz時間領域分光(THz-TDS) / デオキシリボ核酸(DNA) / シトシン / グアニン / チミン / リン酸 / デオキシリボース / テラヘルツ / 半導体材料 / 高次構造
Outline of Final Research Achievements

Absorption spectra were measured for DNA constituent bases in a terahertz (THz) range from 16.7 to 600 cm-1. Furthermore, quantum chemical calculations were conducted, aiming at making comparisons between the spectra measured experimentally and those reproduced numerically. As a result, we were able to identify almost all the absorption peaks measured experimentally. In addition, we heated and dried an aqueous solution of hairpin-structured DNA with partially formed hydrogen bonds in the molecule. As a result, we confirmed that the absorption at around 540 cm-1 increased by this heating and drying processes.
This means that the existence of hydrogen bonds in DNA can be confirmed by measuring the above-mentioned THz absorption intensity. Regarding an attempt to control the bonding or dissociation of hydrogen bonds in DNA by the irradiation of high-intensity THz waves, the results are not so clear and the attempt is a subject for future research.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

近年,DNAを母材とする新たな誘電体材料の開発が進むとともに,DNAに対する簡易的な構造解析手法の確立が求められている。THz波を用いた分光法は物質のマクロな構造を解析できると期待される新規の構造解析手法である。DNAおよびDNA構成塩基に関するTHz吸収スペクトルの報告は少ないため,各塩基に出現する吸収ピークの帰属同定や,一本鎖DNA内の水素結合の有無を実験的に評価した我々の研究成果は極めて重要であると考える。
結果が不明確であったものの,高強度THz波の照射により水素結合の結合・乖離運動の制御を,先駆的に試みたことの意義も大きいと考える。

Report

(4 results)
  • 2019 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2018 Research-status Report
  • 2017 Research-status Report
  • Research Products

    (8 results)

All 2020 2019 2018 2017

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (7 results)

  • [Journal Article] Identification of vibrational modes in thymine bases by broadband far-infrared absorption spectroscopy2019

    • Author(s)
      Y. Abe, T. Seki, Y. Ohki, and M. Mizuno
    • Journal Title

      Jpn. J. Appl. Phys

      Volume: 58 Issue: 5 Pages: 16-16

    • DOI

      10.7567/1347-4065/ab066e

    • NAID

      210000135474

    • Related Report
      2019 Annual Research Report 2018 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 加熱乾燥処理によるヘアピンDNA内の水素結合の制御と遠赤外吸収分光によるその確認2020

    • Author(s)
      関智文, 大木義路, 水野麻弥
    • Organizer
      電気学会光応用・視覚/計測合同研究会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] グアニンのテラヘルツ吸収スペクトルの実測と密度汎関数法による再現2020

    • Author(s)
      大家可純, 関智文, 大木義路, 水野麻弥
    • Organizer
      令和2年電気学会全国大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 一本鎖DNAを構成するヌクレオチド数および塩基が遠赤外吸収スペクトルに与える影響2019

    • Author(s)
      関智文, 大木義路, 水野麻弥
    • Organizer
      電子情報通信学会シンポジウムテラヘルツ科学の最先端VI
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] グアニンの遠赤外吸収スペクトルの実測と密度汎関数法による再現2019

    • Author(s)
      関智文, 大家可純, 大木義路, 水野麻弥
    • Organizer
      電気学会誘電・絶縁材料研究会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] チミン塩基の遠赤外吸収スペクトルの実測と密度汎関数法による再現2019

    • Author(s)
      阿部裕、関智文、大木義路
    • Organizer
      電気学会計測研究会
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      2018 Research-status Report
  • [Presentation] DNA構成要素の広帯域赤外吸収スペクトル2018

    • Author(s)
      阿部裕,畔柳知里,大木義路,水野麻弥
    • Organizer
      電気学会光応用・視覚/計測合同研究会
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] ヌクレオチドの鎖状構造がデオキシリボ核酸のテラヘルツ吸収スペクトルにおよぼす影響2017

    • Author(s)
      阿部裕,畔柳知里,大木義路,水野麻弥
    • Organizer
      テラヘルツ科学の最先端Ⅳ
    • Related Report
      2017 Research-status Report

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Published: 2017-07-21   Modified: 2021-02-19  

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