Fabrication of Gold Nanorings-based Functional Nanostructures by virtue of DNA Nanotechnology

Research Project

Project/Area Number	22KF0356
Project/Area Number (Other)	22F22051 (2022)
Research Category	Grant-in-Aid for JSPS Fellows
Allocation Type	Multi-year Fund (2023) Single-year Grants (2022)
Section	外国
Review Section	Basic Section 28040:Nanobioscience-related
Research Institution	Kansai University
Principal Investigator	葛谷明紀関西大学, 化学生命工学部, 教授 (00456154)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	LIU QING 関西大学, 化学生命工学部, 外国人特別研究員
Project Period (FY)	2023-03-08 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000) Fiscal Year 2024: ¥500,000 (Direct Cost: ¥500,000) Fiscal Year 2023: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000) Fiscal Year 2022: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Keywords	DNAオリガミ
Outline of Research at the Start	環状のDNAオリガミ構造体を設計し、これを鋳型にして金ナノリングを作成することをめざす。さらに鋳型のDNAオリガミをあらかじめカテナンなどにしておくことにより、これらの金ナノリングを複合化することも検討する。オリゴ・ポリカテナンのみならず、金ナノロッドと組み合わせてポリロタキサン形状をつくることも期待できる。以上により、トポロジカルなプラズモニックナノ材料を自在に形成・制御する技術を創成する。
Outline of Annual Research Achievements	研究開始時の計画に従い、環状かつチューブ状のDNAオリガミ構造体の設計と構築をほぼ完了した。当初は半円形の構造体を２分子集積化する設計を検討していたが、複数回の設計変更を経ても全体的な歪みを解消しきることができず、結果としてらせん状に重合した構造体の形成を抑えることができなかった。そこで方針を変更し、およそ120°の形状をもつ３分子の構造体を自己集合させることとした。チューブ状構造体を新たに設計し、必要なステープル鎖を注文した。これを用いて、一般的なアニーリング条件でDNAオリガミを形成させた結果、直径100 nmの環状構造体を原子間力顕微鏡で多数観察することに成功した。最適化した設計では、らせん状に高分子化した副生成物はほとんど形成されなかった。一方で、環状構造体が筒状に二量化したものが一部に観察されたが、アガロースゲル電気泳動で精製するなどの手法で問題なく除去できると予想している。環状構造体の構築を達成したため、さらに構造体の内側に形成させておいた空隙内で無電解めっきを行う系の構築にも着手した。具体的には、空隙に面したステープル鎖に一本鎖DNAを延長し、これと相補的なDNA鎖に硫黄原子を導入する。この方法としては、チオール修飾したDNAを用いる一般的な手法に加えて、ホスホロチオエートが活用できないかも検討するため、必要な化学修飾DNAを調達した。また次年度以降に検討する[2]カテナン構造体を形成させるため、モノマーユニットがx字型に絡み合ったかたちで二量化させるための結合部に関しても、その設計をほぼ完了した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 計画通りに、環状かつチューブ状のDNAオリガミ構造体の設計と構築をほぼ完了し、直径100 nmの環状構造体を原子間力顕微鏡で多数観察することに成功した。空隙内で無電解めっきを行う系の構築にも着手しており、次年度以降もほぼ計画通りに研究を遂行するための基盤が整った。
Strategy for Future Research Activity	引き続き、環状DNAオリガミ構造体を鋳型とした金ナノリング形成条件を最適化するとともに、[2]カテナンを形成させるためのDNAオリガミ構造体の設計にも着手する。具体的には、既に構築したDNAオリガミ構造体2分子をあらかじめ絡み目となるように二量化し(すなわちx字型の構造体ができる)、さらに残りの構造体でそれぞれ環を閉じることにより、環状DNAオリガミの[2]カテナンを形成させる。さらに、形成した金ナノリングの周囲に、やはりDNAの相互作用を利用することで、金ナノ粒子をらせん上に配列化させる。紫外可視吸収スペクトルや、円二色性スペクトルを測定することにより、このようなトロイダル材料の光学特性を解析する。