2019 Fiscal Year Research-status Report
DNA構造をテンプレートとしたπ共役分子集積体の構築と光機能材料への応用
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18K05323
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| Research Institution | University of Hyogo |
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Principal Investigator |
高田 忠雄 兵庫県立大学, 工学研究科, 准教授 (60511699)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | DNA / ペリレンジイミド / ポルフィリン / チアゾールオレンジ / バイオセンサー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
DNAは配列情報に基づく自己組織化能を有し、位置特異的な官能基導入や分子修飾による機能化が容易であることから、DNAを利用した機能性分子材料の開発が近年精力的に行われている。本研究では、二重らせんDNAを構造テンプレートとして多様な機能性分子を集積した機能性人工DNAの開発と光機能材料への応用を指向し、1) DNAを構造テンプレートに利用した機能分子集積体の構築法の開発、2) 光電子移動特性・発光性を示す光機能性DNAナノ構造体の構築と物性評価、3) DNA自己組織化を利用した集積体の配列制御と光デバイス作製とその特性評価に関する研究を行った。機能性色素をDNA二重らせん構造中に化学結合によって位置特異的導入する方法として、すでに我々が確率したdU塩基除去反応によって生じるabasic site (AP)を反応活性部位とした還元的アミノ化反応を用いた。dUを持つDNAを合成し、dUをAPに変換する酵素で処理し、NaBH4の存在下、アミノ基を有する機能性色素と反応させることで、目的の分子を位置特異的に導入した修飾DNAの合成を行った。機能性色素として置換基導入ペリレンジイミド、水溶性ポルフィリン、チアゾールオレンジを選択し、アミノ基を持つ誘導体を反応に用いた。いずれの分子も良好な反応効率でDNAに導入可能であることが分かった。次に作製したDNAの発光特性を詳しく調べ、チアゾールオレンジを持つDNAは、一本鎖では発光をほとんど示さないのに対し、二本鎖を形成すると発光が100倍ほど増加することが分かった。またチアゾールオレンジを複数導入したDNAでは、チアゾールオレンジがらせん状に積層し長波長にシフトした発光を生じることが分かった。さらに、標的核酸の存在によって、発光変化、発光波長変化を示すことが実証され、蛍光バイオセンサー として有用であることが示された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
酵素反応を利用することで、DNA内部への機能性色素を高効率で導入することが可能であり、また複数個連続して導入できることを実証した。また、作製した機能化DNAが期待通りの発光性、光電子移動特性を示すことが分かり、複数分子を導入することで優れた発光特性を示すことが分かった。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き、様々な機能性色素を導入した修飾DNAの合成を行う。特に官能基導入によって電子状態を制御したペリレンジイミド誘導体の合成とDNAへの導入の検討、また異なる色素を積層させることでヘテロ積層構造体を構築し、発光性や電子移動特性が制御できることを実証する。また発光変化を利用した蛍光核酸プローブの性能の向上、また光電子移動性を持つDNAを電極デバイスへ固定した光バイオセンサーとしての応用性について研究を進める。
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| Causes of Carryover |
購入を予定していた高速遠近機を別の装置で代用することで購入が不要になった。また、サンプル作製に必要なDNA合成試薬、有機合成試薬の使用量が想定よりも少なく、本年度に追加購入する予定である。
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