Mechanical processing platform for single molecules using enzyme-functionalized nanotools

2019 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 18K18837
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 20:Mechanical dynamics, robotics, and related fields
• Research Institution: Kagawa University
• Principal Investigator: TERAO KYOHEI 香川大学, 創造工学部, 准教授 (80467448)
• Project Period (FY): 2018-06-29 – 2020-03-31
• Keywords: 単一分子加工 / 光ピンセット / 微細加工技術 / マイクロ流体デバイス

Outline of Final Research Achievements

This research aims to develop a machining system for processing single biomolecules, which conventional technologies process in a bulk solution. We integrated molecular processing tool with a microfluidic device (microfluidic workbench), and demonstrated on-site cutting of single DNA molecule using the system. The results shows successful molecular processing as well as the analysis of the performance of the processing system. The system developed in this project will allow pin-point processing of single biomolecules in a controlled manner in terms of the space and time resolution, bringing novel technologies for bioanalysis in the fields of biochemistry and molecular biology.

Free Research Field

マイクロ・ナノ工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

生体分子は生物学における主要な研究対象であり、１分子レベルでの解析と機能の理解が求められている。本研究は、酵素固定化ナノマイクロ構造体を工具として使い、これまで非特異に生じていた化学反応を空間的に限定された領域で生じさせ生体分子を加工することで、ナノテクノロジー分野に新たな方法論を確立するものである。これまでの分子集団を対象にしてきた様々な化学反応が１分子の解像度で処理できるようになれば、生体分子の分子毎の差異や１分子動態の解明など、分子生物学における新たな方法論の確立、さらに新原理に基づく生体分子分析システムの実現につながる可能性があり、学術的・社会的に意義がある。