| Project/Area Number |
20H00618
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 62:Applied informatics and related fields
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
村田 智 東北大学, 工学研究科, 教授 (10334533)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
川又 生吹 京都大学, 理学研究科, 准教授 (30733977)
安部 桂太 東北大学, 工学研究科, 特任助教 (00982860)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥44,200,000 (Direct Cost: ¥34,000,000、Indirect Cost: ¥10,200,000)
Fiscal Year 2024: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2021: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000)
Fiscal Year 2020: ¥23,530,000 (Direct Cost: ¥18,100,000、Indirect Cost: ¥5,430,000)
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| Keywords | 空間分子プログラミング / DNAコンピューティング / 反応拡散系 / マテリアライゼーション / 時空間分子プログラミング / ＤＮＡコンピューティング |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では，分子プログラミングの技術をもちいて，生物が実現しているような自由自在な化学反応場の時空間制御を実現する．近年，人工的な反応拡散系によるパターン形成の研究が注目を集めているが，分子の拡散を制御するという観点が欠けているためできたパターンがすぐに散逸してしまうという問題や，できたパターンを機能化するための方法論がないといった問題があり，応用に結び付いていない．そこで本研究では，化学反応場において分子の拡散を積極的に制御する方法，および，できたパターンから物理化学的機能を引き出す方法を開発することにより，こうした問題を解決し，時空間分子プログラミングの基盤技術を確立する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，（１）時空間分子プログラミングに適した反応系の設計，（２）形成したパターンの物質化，（３）シミュレーションモデルの構築の3つを研究目的としている．
今年度，（１）の時空間プログラミングに適した反応系の設計，および（２）の形成したパターンの物質化については，ゾル中の反応拡散パターン形成実験を行い,波打ちや霧散などの特徴的な動的パターンの生成条件を絞り込むと同時に,生成された動的パターンの物性測定に取組んだ.また，新たな試みとして反応場中のDNA分子に電場を印加することにより積極的にパターンを形成する手法の開発に着手した．これまでに，予備的な流路形状の設計，泳動条件の検討，反応系の設計などを行い，スケーラブルなシステム構築が可能であるという感触を得ている．（３）のシミュレーションモデルの構築については，前述の電場駆動反応拡散場のスケーラブルな拡張可能性について数理的な検討を行った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
動的パターンの形成現象について，さまざまな観点からの評価を勧めるとともに，より積極的なパターン形成の方法として電場駆動の検討に着手し，スケーラブルな反応系構築に向けた手掛かりを得ることができたため．
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| Strategy for Future Research Activity |
動的なパターン現象について，今後は,マイクロビーズなどの微粒子を系に混入することで,より精密な計測を行い,反応,拡散および移流のそれぞれの効果について定量的に評価し,動的反応拡散現象のモデル化に取り組む.また,能動的に動くエージェント,例えば電場駆動ヤヌス粒子や分子モーターなどをゲル中に封入し,その挙動をDNAによってプログラムし制御する方法の開発にも取り組む.あわせて，電場駆動反応拡散系の実証を目指し,複数の反応槽での反応拡散生成物をマイクロ流路により分離統合した反応拡散システムを構築する技術の開発に取り組む.
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