ＤＮＡ－金ナノ粒子・ハイブリッドによる高機能ナノ組織体の構築

• Project Area: Fusion Materials: Creative Development of Materials and Exploration of Their Function through Molecular Control
• Project/Area Number: 23107531
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Kansai University
• Principal Investigator: 大矢 裕一 関西大学, 化学生命工学部, 教授 (10213886)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000); Fiscal Year 2012: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000); Fiscal Year 2011: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
• Keywords: ＤＮＡ / 金ナノ粒子 / ナノテクノロジー / 自己組織化 / ナノ配線 / DNAオリガミ / 動的構造変化 / プラズモン共鳴 / DNA

Outline of Annual Research Achievements

DNAナノ構造を骨格・足場として，金ナノ粒子(AuNP)などのナノメタルを配列化させ，その構造による特異な性質の発現や，DNAナノ構造体の構造変化などを利用した機能素材の開発について以下のように検討した。
１．アルカンチオール被覆AuNPの両極部分に選択的にオリゴDNAを結合させた二価型AuNP/DNA結合体の自己組織化を利用して，AuNPの一次元，二次元配列化を行った。特に本年度は，これまでの問題点であったAuNP/DNA結合体およびその組織体の収率向上に関する検討を行った。電気泳動や密度勾配遠心法を用いてAuNP/DNA結合体を精製し，組織体構築の効率・収率を高める検討を行ったが，顕著な向上は見られなかった。また，DNAを介してAuNPが結合していることを確認するために，粒径の異なるAuNPからなるヘテロ組織体を作成し，透過型電子顕微鏡(TEM)観察を行ったところ，ほぼ設計通りの構造が観測され，DNAを介してAuNPが組織構造を形成していることが確認された。
２．我々はこれまでに標的分子を認識するなどして動的に構造を変化させるDNAオリガミ構造体(DNAペンチおよびDNAオリガミBox) の作成にも成功している。この動的DNA構造体上にAuNPを配列化させると，その動的な構造変化をプラズモン共鳴などの現象で検出することが可能となる。本年度は，AuNPが結合したDNAペンチおよびDNAオリガミBoxの設計と作成を行い，その構造をTEMで確認することに成功した。
本研究で開発した手法は，特異な性質を示す新しい有機（生体分子，DNA）-無機（金属，AuNP）が融合したナノテクノロジー材料を構築する方法として次世代ナノテクノロジーの要素技術として非常に有用である。

Research Progress Status

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Formation of 1D and 2D Gold Nanoparticle Arrays by Divalent DNA-Gold Nanoparticle Conjugates (2012)
  • Author(s): Y. Ohya, N. Miyoshi, M. Hashizume, T. Tamaki, T. Uehara, S. Shingubara, A. Kuzuya
  • Journal Title: Small Volume: 8 Issue: 15 Pages: 2335-2340
  • DOI: 10.1002/smll.201200092
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] DNA Nanostructures as Scaffolds for Metal Nanoparticles (2012)
  • Author(s): Akinori Kuzuya
  • Journal Title: Polym. J. Volume: 44 Issue: 6 Pages: 452-460
  • DOI: 10.1038/pj.2012.38
  • NAID: 10030598426
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Clear-cut Observation of PNA Invasion using Nanomechanical DNA Origami Devices. (2012)
  • Author(s): T. Yamazaki
  • Journal Title: Chem. Commun. Volume: 48 Issue: 92 Pages: 11361-11363
  • DOI: 10.1039/c2cc36358e
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nanomechanical DNA Origami Device as Versatile Molecular Sensors (2012)
  • Author(s): Akinori Kuzuya
  • Journal Title: Proceedings of IEEE NEMS 2012 Pages: 405-408
• [Journal Article] DNA Nanostructures as Scaffolds for Metal Nanoparticles
  • Author(s): Akinori Kuzuya
  • Journal Title: Polymer Journal Volume: (印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 可動式DNA オリガミのナノスイッチングデバイスへの応用 (2013)
  • Author(s): 橋爪未来
  • Organizer: 日本化学会第93春季年会(2013)
  • Place of Presentation: 立命館大学びわこ・くさつキャンパス
  • Year and Date: 2013-03-22
• [Presentation] 放射状に二重らせんが配列した円盤状DNAナノ構造体の構築 (2013)
  • Author(s): 戒能誠史
  • Organizer: 日本化学会第93春季年会(2013)
  • Place of Presentation: 立命館大学びわこ・くさつキャンパス
  • Year and Date: 2013-03-22
• [Presentation] Construction of Organized Gold Nanoparticle Arrays Using DNA Nanostructures (2012)
  • Author(s): Yuichi Ohya
  • Organizer: Small Sciences Symposium
  • Place of Presentation: Mandarin Orchard, Singapore
  • Year and Date: 2012-12-10
• [Presentation] DNA Sudare: A Nano-Sized Wrapper (2012)
  • Author(s): Akinori Kuzuya
  • Organizer: The 39th International Symposium on Nucleic Acids Chemistry
  • Place of Presentation: Nagoya University, Nagoya, Japan
  • Year and Date: 2012-11-15
• [Presentation] Construction of 1D and 2D Gold Nanoparticle Arrays Using DNA Nanostructures (2012)
  • Author(s): Yuichi Ohya
  • Organizer: The 39th International Symposium on Nucleic Acids Chemistry
  • Place of Presentation: Nagoya University, Nagoya, Japan
  • Year and Date: 2012-11-15
• [Presentation] 2価型DNA-金ナノ粒子コンジュゲートを利用したDNA-金ナノ粒子・融合ナノマテリアルの構築 (2012)
  • Author(s): 橋爪未来
  • Organizer: 第61回高分子討論会
  • Place of Presentation: 名古屋工業大学
  • Year and Date: 2012-09-19
• [Presentation] 二重らせん間にスペーサーを挿入した新規DNA Origami類縁体ーDNA Sudare (2012)
  • Author(s): 葛谷明紀
  • Organizer: 第6回バイオ関連化学シンポジウム
  • Place of Presentation: 北海道大学
  • Year and Date: 2012-09-06
• [Presentation] DNA origami法の活用によるナノメートルサイズのバネ状構造体の構築 (2012)
  • Author(s): 橋爪未来
  • Organizer: 第6回バイオ関連化学シンポジウム
  • Place of Presentation: 北海道大学
  • Year and Date: 2012-09-06
• [Presentation] Formation of 1D and 2D Gold Nanoparticle Arrays Using Divalent DNA/AuNP Conjugates (2012)
  • Author(s): Yuichi Ohya
  • Organizer: 244th ACS National Meeting Exposition
  • Place of Presentation: Pennsylvania Convention Center, Philadelphia, USA
  • Year and Date: 2012-08-19
• [Presentation] DNA Sudare a Relaxed DNA Origami Assembly (2012)
  • Author(s): Akinori Kuzuya
  • Organizer: 9th Annual Conference on the Foundations of Nanoscience
  • Place of Presentation: The Cliff Lodge, Salt Lake City, USA
  • Year and Date: 2012-04-16
• [Presentation] 可動式DNA origami構造体のpHセンサーへの応用 (2012)
  • Author(s): 山中優誠
  • Organizer: 日本化学会第92春季年会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学(神奈川県)
  • Year and Date: 2012-03-28
• [Presentation] 4つの駆動点を有する新規な可動式DNA origami構造体の構築 (2012)
  • Author(s): 南田信哉
  • Organizer: 日本化学会第92春季年会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学(神奈川県)
  • Year and Date: 2012-03-28
• [Presentation] DNAナノ構造体で機能する新規ケミカルライゲーション法の開発 (2012)
  • Author(s): 北脇悠介
  • Organizer: 日本化学会第92春季年会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学(神奈川県)
  • Year and Date: 2012-03-27
• [Presentation] Construction of 1D Gold Nanoparticle Array Using DNA (2012)
  • Author(s): Mirai Hashizume
  • Organizer: Softinterface Mini-Symposium on Biomaterials Science in Tsukuba (SIMS2012)
  • Place of Presentation: University of Tsukuba (Ibaraki, Japan)
  • Year and Date: 2012-03-18
• [Presentation] Nanomechanical DNA Origami Devices as Versatile Molecular Sensors (2012)
  • Author(s): Akinori Kuzuya
  • Organizer: 7^<th> Annual IEEE International Conference Nano/Micro Engineered and Molecular Systems (IEEE-NEMS 2012)
  • Place of Presentation: Kyoto University (Kyoto, Japan)
  • Year and Date: 2012-03-07
• [Presentation] アロステリック制御によりナノメカニカルDNAオリガミデバイスのゲスト結合能は増大する (2011)
  • Author(s): 葛谷明紀
  • Organizer: 第14回生命化学研究会
  • Place of Presentation: ラフォーレ南紀白浜(和歌山県)
  • Year and Date: 2011-12-02
• [Presentation] Construction of AuNP Arrays Using Divalent DNA/AuNP Conjugates (2011)
  • Author(s): Mirai Hashizume
  • Organizer: The 1^<st> International Symposium on Fusion Materials
  • Place of Presentation: Toba Hotel International (Mie, Japan)
  • Year and Date: 2011-11-16
• [Presentation] Nanomechanical DNA Origami Devices as Single-Molecule Beacons (2011)
  • Author(s): Akinori Kuzuya
  • Organizer: The 38th International Symposium on Nucleic Acid Chemistry (ISNAC2011)
  • Place of Presentation: Hokkaido University (Hokkaido, Japan)
  • Year and Date: 2011-11-09
• [Presentation] Synthesis of DNA Oligo-Catenanes by Template Assisted Catenation (2011)
  • Author(s): Masami Hamano
  • Organizer: The 38th International Symposium on Nucleic Acid Chemistry (ISNAC2011)
  • Place of Presentation: Hokkaido University (Hokkaido, Japan)
  • Year and Date: 2011-11-09
• [Presentation] 2価型DNA-金ナノ粒子ハイブリッドを利用したナノ組織構造形成 (2011)
  • Author(s): 大矢裕一
  • Organizer: 第60回高分子討論会
  • Place of Presentation: 岡山大学(岡山県)
  • Year and Date: 2011-09-29
• [Presentation] DNA自己組織化を利用したオリゴカテナンの合成 (2011)
  • Author(s): 濱野栄美
  • Organizer: 第60回高分子討論会
  • Place of Presentation: 岡山大学(岡山県)
  • Year and Date: 2011-09-29
• [Presentation] DNAのモチーフ構造を利用した金ナノ粒子の直線的配列化 (2011)
  • Author(s): 橋爪未来
  • Organizer: 第5回バイオ関連化学シンポジウム
  • Place of Presentation: つくば国際会議場(茨城)
  • Year and Date: 2011-09-14
• [Presentation] ナノメカニカルDNAオリガミデバイスのアロステリック構造制御による高感度単分子検出 (2011)
  • Author(s): 葛谷明紀
  • Organizer: 第5回バイオ関連化学シンポジウム
  • Place of Presentation: つくば国際会議場(茨城)
  • Year and Date: 2011-09-12
• [Presentation] Enzymatic Synthesis of DNA Oligo-Catenanes by Template Assisted Strategy (2011)
  • Author(s): Masami Hamano
  • Organizer: 6<th> International Symposium In Science and Technology at Kansai University 2011
  • Place of Presentation: Kansai University (OSAKA)
  • Year and Date: 2011-08-26
• [Presentation] Nanomechanical DNA Origami Devices for the Visual Detection of Various Chemical Targets in Single-Molecule Manner (2011)
  • Author(s): Akinori Kuzuya
  • Organizer: 6^<th> International Symposium In Science and Technology at Kansai University 2011
  • Place of Presentation: Kansai University (OSAKA)
  • Year and Date: 2011-08-25
• [Presentation] DNAを用いた金ナノ粒子アレイの構築 (2011)
  • Author(s): 大矢裕一
  • Organizer: 第21回バイオ・高分子シンポジウム
  • Place of Presentation: 関西大学(大阪府)
  • Year and Date: 2011-07-26
• [Presentation] モチーフ構造を利用したDNA二重鎖に沿った金ナノ粒子の配列化 (2011)
  • Author(s): 橋爪未来
  • Organizer: 第21回バイオ・高分子シンポジウム
  • Place of Presentation: 関西大学(大阪府)
  • Year and Date: 2011-07-25
• [Presentation] テンプレート支援法によるDNAオリゴカテナンの酵素合成 (2011)
  • Author(s): 浜野栄美
  • Organizer: 第21回バイオ・高分子シンポジウム
  • Place of Presentation: 関西大学(大阪府)
  • Year and Date: 2011-07-25
• [Presentation] Construction of Gold Nanoparticle Array Using DNAs (2011)
  • Author(s): Yuichi Ohya
  • Organizer: 6th International Symposium on Macrocyclic and Supramolecular Chemistry
  • Place of Presentation: University of Sussex (Brighton, UK)
  • Year and Date: 2011-07-04
• [Presentation] Construction of DNA Self-Organization Toward Molecular Electronics (2011)
  • Author(s): Yuichi Ohya
  • Organizer: Collaborative Conference on 3D & Materials Research
  • Place of Presentation: Ramada Plaza Jeju Hotel (Jeju, South Korea)(招待講演)
  • Year and Date: 2011-06-30
• [Presentation] DNA-金ナノ粒子・ハイブリッドによる高機能ナノ組織体の構築 (2011)
  • Author(s): 大矢裕一
  • Organizer: 融合マテリアル平成23年第1回合同班会議
  • Place of Presentation: 福岡ガーデンパレス(福岡県)
  • Year and Date: 2011-06-18
• [Presentation] 本数を制御してDNAを結合した金ナノ粒子を用いた金ナノ粒子連鎖の配列および経常制御 (2011)
  • Author(s): 玉置拓也
  • Organizer: 第90回高分子学会年次大会
  • Place of Presentation: 大阪国際会議場(大阪府)
  • Year and Date: 2011-05-26
• [Presentation] ナノ配線としての応用を目指したDNAの自己組織化による金ナノ粒子配列化 (2011)
  • Author(s): 橋爪未来
  • Organizer: 第60回高分子学会年次大会
  • Place of Presentation: 大阪国際会議場(大阪府)
  • Year and Date: 2011-05-26