2020 Fiscal Year Annual Research Report
New development of spatio-temporal molecular programming
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20H00618
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
村田 智 東北大学, 工学研究科, 教授 (10334533)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
川又 生吹 東北大学, 工学研究科, 助教 (30733977)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 時空間分子プログラミング / DNAコンピューティング / 反応拡散系 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，（１）時空間分子プログラミングに適した反応系の設計，（２）形成したパターンの物質化，（３）シミュレーションモデルの構築の3つを研究目的としている．
初年度は，（１）の反応系の設計として，1次元のハイドロゲル空間内にDNAの重合を用いた反応システムを構築し，さらにそれをカスケード化する実験に注力した．さまざまな分子設計（各分子の鎖長および配列設計及びその組み合わせ）を試みた結果，分子鎖の長さによって各分子の拡散係数を調整することにより，シャープなパターン（2等分線）を２つの分子発生源の間の任意の位置に形成することに成功した．さらにここで形成されたパターンを次の段階の分子発生源として2段階目のパターンを形成するカスケードパターン形成の実験にも成功した．これは，第1段階の反応として2つの直交する（互いに相互作用しない）反応系により，2つの分子発生源の間に2本の線を引き，さらに第2段階の反応として，これらを分子発生源としてその間に第3の線を引く反応である．また，反応拡散の過程を長時間にわたって自動的に記録するシステムの開発も行い，反応特性に関する定量的なデータを集めることができた．（３）これらのデータをもとに反応拡散系のシミュレーションシステムを構築し，カスケード反応系を含めた重合化の実験プロセスを精度よく再現することに成功した．これらの結果について，いくつかの国際会議で発表するとともに，Soft Matter誌に論文を投稿し，現在条件付き採録の判定を得て，リヴァイズ中である．（２）の形成したパターンの物質化についてもいくつか予備実験を行っているところである．
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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
1次元の反応空間におけるカスケード反応（2段階）に成功し，その定量的なモデルの構築もでき，最初の論文投稿ができているため．
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| Strategy for Future Research Activity |
初年度の結果を拡張して，2次元的なパターン形成実験に取り組むとともに，形成されたパターンの物質化の原理，反応実装の検討を進める．シミュレータについても2次元あるいは3次元の反応拡散過程が再現できるように拡張する．
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Research Products
(6 results)
