2019 Fiscal Year Annual Research Report
Control performance analysis of DNA regulator and design and application of DNA combination circuits
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17K06500
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| Research Institution | Kyushu Institute of Technology |
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Principal Investigator |
中茎 隆 九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 教授 (30435664)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | レギュレータ / フィードバック / DNA分子反応系 / DNAコンピューティング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
課題A）特異摂動理論を用いたDNAフィードバックレギュレータ（DFR）の達成条件，制御性能評価手法の構築
特異摂動理論を用いたDNA分子反応系の解析手法に関する研究成果を海外ジャーナルにて発表した。本論文では、古典的な制御工学におけるレギュレーション問題を、生体分子反応系に適した定義に再構築した。Finite-time regulation propertyなる新しいレギュレーションの概念を確立した。本論文の基礎理論部分は、本研究の開始当初から着想を得ていたが、本研究を進める中で、理論としての完成度が飛躍的に高まった。本研究ではDFRだけでなく、PI制御系に対しても、提案手法を適用し、レギュレータとしての安定性の証明に成功した（海外ジャーナルで採択済）。
課題B）遡及性理論を用いた多段のDNA組合せ回路の設計と実システムへの応用
これまで、DNA鎖置換反応に代表されるDNA分子反応機構を利用した論理回路の設計法が数多く提案されてきた。基本的な論理回路（AND、OR）の設計法は2000年代にはすでに発表されており、特にシーソーゲート（Seesaw gate）を組み合わせて作る論理回路設計法は、現在においても主流となる方法論である。一方で、電子回路においては、電圧のHigh、Lowが論理的High、Lowを表すのに対して、既存の方法論では、論理的Highを表すDNA分子、論理的Lowを表すDNA分子をそれぞれ用意するdual-rail logicが採用されている。dual-rail logicを用いた論理回路設計法では、回路規模が増大する傾向にあり、リーク反応を生み出す原因ともなり、改善が求められている。本研究課題では、dual-rail logicを用いない全く新しいXOR回路の設計法を確立した。これにより、XORを用いた完全系による論理回路の設計法への道が開かれた。
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