Artificial molecular motors exploring "experimental physics of autonomous nanomachines"
| Project/Area Number |
19H01857
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 13040:Biophysics, chemical physics and soft matter physics-related
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2020: ¥8,320,000 (Direct Cost: ¥6,400,000、Indirect Cost: ¥1,920,000)
Fiscal Year 2019: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
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| Keywords | 分子モーター / DNAナノテク / 人工分子モーター / DNAナノ構造 / DNAナノテクノロジー / ナノデバイス / DNAウォーカー / ナノテクノロジー |
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| Outline of Research at the Start |
生体分子モーターは，生命の進化が生んだ超高性能の自律的ナノマシンである．運動の詳細はほぼ分かっているが，どうやって超高性能を実現しているのか，その根本的な設計思想が分かっていない．モーターの各要素を細かく調べるだけでは不十分で，分子全体としての協働的な運動の理解が不可欠である．そのための本質的なアプローチは，模倣したナノマシンを「造っていじって理解する」ことである．本課題では，分子間の相互作用を自在に設計できるDNAナノテクノロジーを駆使し，分子モーターを造るだけでなく，構造をシステマティックに改造して制御する．本研究では，特に，構造の柔らかさが果たす役割の解明を目指す．
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| Outline of Final Research Achievements |
The aim of this project was to create "experimental physics of autonomous nanomachines" by exploring the cooperative nature inside nanomachines through the realisation of high-performance artificial molecular motors that mimic biomolecular motors. In this study, we first realised conformational-changing leg structures by DNA oligami technology. Furthermore, a motor structure combining the legs was designed. Research will continue after the grant period, with the aim of experimentally realising this structure. For the ratchet-type motor, we propose a novel mechanism that combines unidirectionality and scalability due to structural asymmetry. Detailed numerical calculations suggest that explicit structural change is required to achieve the high operating performance of a biological motor.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
生体分子モーターは，超高性能の自律的ナノマシンである．これを模倣した人工モーターを実現できれば，生体分子モーターの理解が急速に進むだけでなく，効率的でしなやかな人工筋肉など，ナノマシンを基にした新しい工学技術の創出が期待できる．本課題では，人工モーターの新しい動作機構を提案し，詳細な数値計算により，構造変化を伴う動作が高性能なモーターには不可欠であることを見出した．さらに，DNAオリガミ技術で構造変化を伴う脚構造を実現し，構造変化により動作する人工モーター実現に向けた要素技術に成功した．このようなモデル系を詳細に調べることで「自律的ナノマシンの実験物理学」という新しい学理の構築が期待できる．
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Report
(5 results)
Research Products
(7 results)
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[Book] 生物物理学2022
Author(s)
鳥谷部 祥一
Total Pages
296
Publisher
日本評論社
ISBN
453578972X
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