An autonomous information processing system based on the single-molecular structural transition of genome-size giant DNAs.

• Project/Area Number: 21710119
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Nanomaterials/Nanobioscience
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology (2011); The University of Tokyo (2009-2010)
• Principal Investigator: TAKINOUE Masahiro 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 講師 (20511249)
• Project Period (FY): 2009 – 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2011: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2010: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2009: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
• Keywords: ナノバイオ / 非平衡 / 非線形 / DNA / マイクロ流路 / 自律システム / マイクロ技術

Research Abstract

The construction of micrometer-sized(cell-sized) reaction systems was achieved using microfluidic technologies. The cell-sized reaction system can encapsulate biomolecular systems including DNAs, proteins, etc., and also realizes molecular input/output from/to exterior environments. As a result, the dynamic concentration control of a cell-sized reaction system required for autonomous molecular information processing has been achieved using this device.

Research Products

• [Journal Article] Droplet microfluidics for the study of artificial cells (2012)
  • Author(s): Masahiro Takinoue, Shoji Takeuchi
  • Journal Title: Analytical Bioanalytical Chemistry Volume: 400 Issue: 6 Pages: 1705-1716
  • DOI: 10.1007/s00216-011-4984-5
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Propelling Microobjects Using AStationary DC Voltage (2011)
  • Author(s): Masahiro Takinoue, Hiroaki Onoe, Daisuke Kiriya, Shoji Takeuchi
  • Journal Title: Proceedings of The 24th IEEE International Conferenceon Micro Electro Mechanical Systems(MEMS2011) Pages: 1173-1176
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Fusion and fission control of picoliter-sized microdroplets for changing the solution concentration of microreactors (2010)
  • Author(s): Masahiro Takinoue, Hiroaki Onoe, Shoji Takeuchi
  • Volume: vol.6
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Solution concentration change of picoliter-sized microdropletreactors (2010)
  • Author(s): Masahiro Takinoue, Hiroaki Onoe, Shoji Takeuchi
  • Journal Title: Proceedings of The 14thInternational Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences(microTAS 2010) Pages: 1829-1831
• [Journal Article] Fusion and fission control of picoliter-sized microdroplets for changing the solution concentration of microreactors (2010)
  • Author(s): Masahiro Takinoue
  • Journal Title: Small Volume: 6 Pages: 2374-2377
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 非平衡人工細胞モデルを目指した油中水滴エマルション技術 (2012)
  • Author(s): 瀧ノ上正浩
  • Organizer: 第4回定量生物学の会,ポスター発表
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 2012-07-09
• [Presentation] Challenges to the construction of artificial cell models as micrometer-sealed nonequilibrium dynamic systems (2012)
  • Author(s): Masahiro Takinoue
  • Organizer: 明治大学・GCOE現象数理学の形成と発展・Mathematical Sciences based on Modeling, Analysis and Simulation Seminar (MAS Seminar)
  • Place of Presentation: 東京・明治大学生田キャンパス(招待講演)
  • Year and Date: 2012-03-22
• [Presentation] 細胞サイズの非平衡動的システムの構築と数理モデル (2012)
  • Author(s): 瀧ノ上正浩
  • Organizer: 九州大学大学院数理学研究院・数理談話会
  • Place of Presentation: 福岡・九州大学伊都キャンパス(招待講演)
  • Year and Date: 2012-01-19
• [Presentation] 非平衡人工細胞モデルを目指した油中水滴エマルジョン技術 (2012)
  • Author(s): 瀧ノ上正浩
  • Organizer: 第4回定量生物学の会
  • Place of Presentation: 名古屋・名古屋大学
• [Presentation] 合成生物学・分子ロボティクスの最前線 (2011)
  • Author(s): 瀧ノ上正浩
  • Organizer: 日本生命倫理学会第23回年次大会
  • Place of Presentation: 東京・早稲田大学(招待講演)
  • Year and Date: 2011-10-15
• [Presentation] Exploring an artificial cell system far from equilibrium based on microfluidic technology (2011)
  • Author(s): Masahiro Takinoue
  • Organizer: 理化学研究所Genomic Sciences Research Complex(GSC)七夕ミーティング2011
  • Place of Presentation: 横浜・理化学研究所横浜研究所(招待講演)
  • Year and Date: 2011-08-25
• [Presentation] Propelling Microobjects Using A Stationary DC Voltage (2011)
  • Author(s): Masahiro Takinoue
  • Organizer: The 24th International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS2011)
  • Place of Presentation: メキシコ・カンクン
  • Year and Date: 2011-01-26
• [Presentation] 25 Second Cocaine Sensing By Membrane Protein Channel Integrated In A Microfluidic Device (2011)
  • Author(s): Ryuji Kawano
  • Organizer: The 24th International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS2011)
  • Place of Presentation: メキシコ・カンクン
  • Year and Date: 2011-01-26
• [Presentation] Investigation of anonequilibrium artificial cell modelbased on a droplet microfluidics (2011)
  • Author(s): Masahiro Takinoue
  • Organizer: 「細胞を創る」研究会
  • Place of Presentation: 大阪
• [Presentation] Microfluidic technology toward the construction of nonequilibrium artificial cells (2011)
  • Author(s): 瀧ノ上正浩
  • Organizer: 日本生物物理学会第49回年会,口頭発表
  • Place of Presentation: 姫路
• [Presentation] 非平衡人工細胞モデルのためのW/Omicrodropletの溶液交換 (2011)
  • Author(s): 瀧ノ上正浩,尾上弘晃,竹内昌治
  • Organizer: 第23回化学とマイクロ・ナノシステム研究会Poster PA19
  • Place of Presentation: 千葉
• [Presentation] Propelling Microobjects Using A Stationary DC Voltage (2011)
  • Author(s): Masahiro Takinoue, Hiroaki Onoe, Daisuke Kiriya, Shoji Takeuchi
  • Organizer: The 24thInternational Conference on Micro Electro Mechanical Systems(MEMS2011)
  • Place of Presentation: Cancun, Mexico
• [Presentation] Investigation of a nonequilibrium artificial cell model based on a droplet microfluidics (2011)
  • Author(s): Masahiro Takinoue
  • Organizer: 「細胞を創る」研究会4.0
  • Place of Presentation: 大阪・千里ライフサイエンスセンター
• [Presentation] Microfluidic technology toward the construction of nonequilibrium artificial cells (2011)
  • Author(s): 瀧ノ上正浩
  • Organizer: 日本生物物理学会第49回年会
  • Place of Presentation: 姫路・兵庫県立大学
• [Presentation] 非平衡人工細胞モデルのためのW/O microdropletの溶液交換 (2011)
  • Author(s): 瀧ノ上正浩, 尾上弘晃, 竹内昌治
  • Organizer: 第23回化学とマイクロ・ナノシステム研究会
  • Place of Presentation: 千葉・千葉大学
• [Presentation] マイクロ技術による膜タンパク質機能解析システムの構築 (2010)
  • Author(s): 瀧ノ上正浩
  • Organizer: 第36回生体エネルギー研究会&特定領域研究「革新的ナノバイオ」合同シンポジウム「膜超分子モーターの革新的ナノサイエンス」
  • Place of Presentation: 大阪
  • Year and Date: 2010-11-18
• [Presentation] Solution Concentration Change Of Picoliter-sized Microdroplet Reactors (2010)
  • Author(s): Masahiro Takinoue
  • Organizer: The 14th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (μTAS 2010)
  • Place of Presentation: オランダ・グローニンゲン
  • Year and Date: 2010-10-06
• [Presentation] Flagella-driven Liposomes : Liposomes Actuated By Attached Flagella (2010)
  • Author(s): Tomoaki Kurakazu
  • Organizer: The 14th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (μTAS 2010)
  • Place of Presentation: オランダ・グローニンゲン
  • Year and Date: 2010-10-04
• [Presentation] Double-sided Lipid-bilayer Microchambers (2010)
  • Author(s): Taishi Tonooka
  • Organizer: The 14th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (μTAS 2010)
  • Place of Presentation: オランダ・グローニンゲン
  • Year and Date: 2010-10-04
• [Presentation] Biophysicalapproach to cell-sized molecularrobots (2010)
  • Author(s): Masahiro Takinoue
  • Organizer: International Conference on Bioinformatics(InCoB) Tokyo 2010
  • Place of Presentation: Tokyo, Japan
  • Year and Date: 2010-09-28
• [Presentation] Biophysical approach to cell-sized molecular robots (2010)
  • Author(s): Masahiro Takinoue
  • Organizer: International Conference on Bioinformatics (InCoB)
  • Place of Presentation: 東京(招待講演)
  • Year and Date: 2010-09-28
• [Presentation] 非平衡開放系マイクロチャンバー (2010)
  • Author(s): 瀧ノ上正浩,尾上弘晃,竹内昌治
  • Organizer: 第10回東京大学生命科学シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2010-05-01
• [Presentation] 生命の非平衡性・自律性と細胞サイズ反応系 (2010)
  • Author(s): 瀧ノ上正浩,尾上弘晃,竹内昌治
  • Organizer: 「細胞を創る」研究会3. 0
  • Place of Presentation: 東京
• [Presentation] Solution Concentration Change Of Picoliter-sized Microdroplet Reactors (2010)
  • Author(s): Masahiro Takinoue, Hiroaki Onoe, Shoji Takeuchi
  • Organizer: The 14th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences(microTAS2010)
  • Place of Presentation: Groningen, The Netherlands
• [Presentation] 融合分裂を利用したリン脂質ベースの細胞サイズ油中水滴のダイナミック濃度変換 (2010)
  • Author(s): Masahiro Takinoue, Hiroaki Onoe, Shoji Takeuchi
  • Organizer: 日本生物物理学会第48回年会
  • Place of Presentation: 仙台
• [Presentation] ドロップレット溶液交換システム (2010)
  • Author(s): 瀧ノ上正浩,尾上弘晃,竹内昌治
  • Organizer: 第21回化学とマイクロ・ナノシステム研究会
  • Place of Presentation: 東京
• [Presentation] 生命の非平衡性・自律性と細胞サイズ反応系 (2010)
  • Author(s): 瀧ノ上正浩
  • Organizer: 「細胞を創る」研究会3.0
  • Place of Presentation: 東京
• [Presentation] 上下に脂質膜を持つマイクロチャンバーの作製 (2010)
  • Author(s): 外岡大志
  • Organizer: 「細胞を創る」研究会3.0
  • Place of Presentation: 東京
• [Presentation] 鞭毛を用いたリポソームの駆動 (2010)
  • Author(s): 倉員智瑛
  • Organizer: 「細胞を創る」研究会3.0
  • Place of Presentation: 東京
• [Presentation] バクテリア再構成デバイスの開発 (2010)
  • Author(s): 田端和仁
  • Organizer: 「細胞を創る」研究会3.0
  • Place of Presentation: 東京
• [Presentation] 上下に脂質膜を持つマイクロチャンバーの作製 (2010)
  • Author(s): 外岡大志
  • Organizer: 第27回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム
  • Place of Presentation: 島根
• [Presentation] 融合分裂を利用したリン脂質ベースの細胞サイズ油中水滴のダイナミック濃度変換 (2010)
  • Author(s): 瀧ノ上正浩
  • Organizer: 日本生物物理学会 第48回年会
  • Place of Presentation: 仙台
• [Presentation] バクテリア再構成デバイスの検討 (2010)
  • Author(s): 田端和仁
  • Organizer: 日本生物物理学会 第48回年会
  • Place of Presentation: 仙台
• [Presentation] DNAマイクロカプセルの開発 (2009)
  • Author(s): 堀内浩太,瀧ノ上正浩,竹内昌治,村田智
  • Organizer: 計測自動制御学会システム・情報部門学術講演会2009(SSI2009)
  • Place of Presentation: 東京
• [Presentation] Acell-sized semipermeable chamber forbiophysics(生物物理学のための細胞サイズ半透膜チャンバー) (2009)
  • Author(s): Masahiro Takinoue, Shoji Takeuchi
  • Organizer: 日本生物物理学会第47回年会
  • Place of Presentation: 徳島
• [Presentation] 細胞サイズの半透膜ケージへの生体高分子のカプセル化.細胞サイズ非平衡開放系. (2009)
  • Author(s): 瀧ノ上正浩,竹内昌治
  • Organizer: 「細胞を創る」研究会2. 0
  • Place of Presentation: 東京
• [Presentation] アルギン酸ゲルビーズを用いたDNAマイクロカプセルの構築 (2009)
  • Author(s): 堀内浩太,瀧ノ上正浩,竹内昌治,村田智
  • Organizer: 「細胞を創る」研究会2. 0
  • Place of Presentation: 東京
• [Presentation] Formation of microcompartmentssurrounded by semipermeablemembranes (2009)
  • Author(s): Masahiro Takinoue, Sadao Ota, Satoko Yoshizawa, Aki Adachi, Shoji Takeuchi
  • Organizer: International Symposium : Innovative Nanoscience ofSupermolecular Motor Proteins(INSMP), Poster Presentation
  • Place of Presentation: Japan
• [Presentation] アルギン酸ゲルビーズを用いたDNAマイクロカプセルの構築 (2009)
  • Author(s): 堀内浩太
  • Organizer: 「細胞を創る」研究会2.0
  • Place of Presentation: 東京大学・本郷
• [Presentation] 細胞サイズの半透膜ケージへの生体高分子のカプセル化 ～細胞サイズ非平衡開放系～ (2009)
  • Author(s): 瀧ノ上正浩
  • Organizer: 「細胞を創る」研究会2.0
  • Place of Presentation: 東京大学・本郷
• [Presentation] クラミドモナスを動力源としたマイクロ構造体の駆動 (2009)
  • Author(s): 外岡大志
  • Organizer: 日本生物物理学会 第47回年会
  • Place of Presentation: 徳島文理大学・アクティとくしま
• [Presentation] 生物物理学のための細胞サイズ半透膜チャンバー (2009)
  • Author(s): 瀧ノ上正浩
  • Organizer: 日本生物物理学会 第47回年会
  • Place of Presentation: 徳島文理大学・アクティとくしま
• [Presentation] DNAマイクロカプセルの開発 (2009)
  • Author(s): 堀内浩太
  • Organizer: 計測自動制御学会 システム・情報部門 学術講演会2009
  • Place of Presentation: 東京工業大学・すずかけ
• [Presentation] ヘアピン型DNAによるナノ分子メモリ (2009)
  • Author(s): 瀧ノ上正浩
  • Organizer: 計測自動制御学会 システム・情報部門 学術講演会2009
  • Place of Presentation: 東京工業大学・すずかけ
• [Presentation] Formation of microcompartments surrounded by semipermeable membranes (2009)
  • Author(s): 瀧ノ上正浩
  • Organizer: International Symposium : Innovative Nanoscience of Supermolecular Motor Proteins
  • Place of Presentation: 京都大学・芝蘭会館
• [Book] DNAナノエンジニアリングナチュラルコンピューティング・シリーズ第2巻 (2011)
  • Author(s): 小宮健,瀧ノ上正浩,田中文昭,浜田省吾,村田智,萩谷昌己,横森貴
  • Total Pages: 202
  • Publisher: 近代科学社
• [Book] DNAナノエンジニアリング(ナチュラルコンピューティング・シリーズ第2巻) (2011)
  • Author(s): 小宮健, 瀧ノ上正浩, 田中文昭, 浜田省吾, 村田智
  • Total Pages: 202
  • Publisher: 近代科学社
• [Remarks]
  • URL: http://www.lifephys.dis.titech.ac.jp/
• [Patent(Industrial Property Rights)] 液体ゲル化装置及び液体ゲル化方法 (2011)
  • Inventor(s): 竹内昌治, 他
  • Industrial Property Rights Holder: 東京大学
  • Industrial Property Number: 2011-041487
  • Filing Date: 2011-02-28