2021 Fiscal Year Annual Research Report
Construction of Theory and Design Principle of Molecular Computing Systems Realizing Functional Multiplicity by Control Signal Sequences
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19H04204
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
小林 聡 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (50251707)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小宮 健 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 超先鋭研究開発部門(超先鋭研究プログラム), 研究員 (20396790)
藤本 健造 北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (90293894)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 分子ロボティクス / 分子計算 / DNAコンピュータ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2020年度までに，生成モデルのタイプと関数計算モデルのタイプの２つの計算モデルを理論研究者と実験研究者の協調により構築し，計算モデルの理論的な解析を遂行すると同時に，計算モデルを実装するための実験系の検討とデバイスの開発・確認実験を実施してきた。
生成モデルに関しては，DNAナノ構造を生成するシステムの計算モデルとして，未知の振る舞いを持つ右線形文法を外部制御信号系列によって制御する問題の計算論的な解析を行ってきた．2021 年度は，この成果をより洗練すると同時に，消去型の場合のみの限定された成果ではあるが，生成能力を特徴づけるための重要な理論的進展を得た．関数計算モデルに関しては，Reaction System を２つの外部信号によって単調に制御して任意のブール関数を選択して計算が行える計算モデルを提案してきた．2021 年度は，１つの信号で制御する場合の計算能力を解析し，２つの信号によって制御する場合より真に計算能力が劣ることを示した．また，Reaction System に未知の振る舞いの概念を導入し，その制御問題の理論を構築した．
実験面では，理論解析の結果に基づいて設計した DNA デバイスについて，実験データの集積を行った．光応答性デバイスについては，ノイズのない精密なDNA鎖交換反応に向けて新規光応答性素子メチルピラノカルバゾール（MEPK）の合成に成功した。MEPKを挿入した光応答性DNAが相補鎖内のチミンに対して特異的に光架橋するという特性を持つことを見出した。より精密な反応操作が可能となったと考えられる．温度依存型のデバイスについては，DNA計算モデルを実装する際の実験条件を検証するため，これまでの理論を反映したシミュレーション解析を行った結果，生化学実験としては高温であるが従来の研究よりは 15℃程度低温での計算が可能であることが示唆された．
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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