2015 Fiscal Year Research-status Report
「ナノ粒子３Ｄプリンタ」を開発し動的で多機能な分子ロボットを実現する
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15K13311
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
鳥谷部 祥一 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40453675)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 分子ロボット / ３Ｄプリンタ / コロイド / ＤＮＡ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ナノスケールで自律的に動くロボットの実現は，ナノテクノロジーの夢の１つである．複雑な構造を作ることはすでに可能である．しかし，自律的な分子ロボットの実現には，動的な構造変形や化学的な機能を持った構造の形成が必要である．多様な機能を持たせるにはタンパク質やDNA などの生体分子を表面に修飾して利用することが大きな鍵となる．しかし，生体分子を微小構造の任意の場所に自在に修飾するのは難しい．
本研究課題では，容易に手の入る多様な物理的・化学的性質を持つ粒子をレゴブロックのように自在に組み立てることで，動的な構造変化能と化学的性質を持つ構造体の実現に成功した．
本課題で開発した技術では，ヘアピン状の DNA分子を多様な粒子表面に接着しておく．このヘアピン DNA分子同士は，そのままでは結合しないが，熱を加えるとほどけて，近くの DNA同士が２本鎖を形成する．そこで，顕微鏡下で絞った長波長赤外レーザーを照射することで (i) 局所的に加熱し，さらに， (ii) 光ピンセット効果で粒子を補足することで，粒子同士を選択的に結合することに成功した． DNA分子はマジックテープとして働く．異なる種類の粒子をチャンバー内に流すことで，多様な粒子を組み合わせた構造体をガラスキャピラリー上に実現した．さらに，この「 3Dプリンタ」技術を応用することで，ロボットアーム型構造や，サルモネラ菌を組み合わせたロボット型構造を実現した．ロボットアームは，先端に磁性ビーズを結合することで磁石を近づけることで開閉動作を行うことに成功した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究課題で開発する技術には，次の３つの要素技術の開発が柱となる：(1) ヘアピンDNAの設計と最適な加熱温度の決定． (2) 赤外レーザーの局所加熱による粒子の結合，(3) 溶液交換による複数種類の粒子の結合．我々は，正立顕微鏡と長波長（1450 nm）の赤外レーザーを用い，これら３つの要素技術の開発に成功した．以上のように，平成27年度の研究計画は全て達成した．さらに，平成２８年度に予定していた，ロボットアームを前倒して実現した．ロボットアームは，先端に磁性ビーズを結合することで，磁石を近づけて動的に開閉させることに成功した．また，バクテリア（サルモネラ菌）を構造体に組み込むことにも成功している．
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| Strategy for Future Research Activity |
現在， 2種類の相補的なヘアピン DNAを用い，これらを別々に修飾した粒子を用いて，構造体を造形している．一方，これらの 2種類のDNA を単一の粒子に結合させることで，より簡便な構造体形成が実現できる可能性を見出した．実験条件を検討し，この技術をまず完成させる．その後， (i) バクテリア駆動のロボットや (ii) ２重らせん構造などナノリソグラフィーでは困難な複雑な構造を実現することで，本技術の有用性を確認する．研究成果は，学会発表や論文の出版などにより広く公開する予定である．
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