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2023 Fiscal Year Annual Research Report

New development of spatio-temporal molecular programming

Research Project

Project/Area Number 20H00618
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

村田 智  東北大学, 工学研究科, 教授 (10334533)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 川又 生吹  京都大学, 理学研究科, 准教授 (30733977)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2025-03-31
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
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.
今年度,(1)の時空間プログラミングに適した反応系の設計,および(2)の形成したパターンの物質化については,ゾル中の反応拡散パターン形成実験を行い,波打ちや霧散などの特徴的な動的パターンの生成条件を絞り込むと同時に,生成された動的パターンの物性測定に取組んだ.また,新たな試みとして反応場中のDNA分子に電場を印加することにより積極的にパターンを形成する手法の開発に着手した.これまでに,予備的な流路形状の設計,泳動条件の検討,反応系の設計などを行い,スケーラブルなシステム構築が可能であるという感触を得ている.(3)のシミュレーションモデルの構築については,前述の電場駆動反応拡散場のスケーラブルな拡張可能性について数理的な検討を行った.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

動的パターンの形成現象について,さまざまな観点からの評価を勧めるとともに,より積極的なパターン形成の方法として電場駆動の検討に着手し,スケーラブルな反応系構築に向けた手掛かりを得ることができたため.

Strategy for Future Research Activity

動的なパターン現象について,今後は,マイクロビーズなどの微粒子を系に混入することで,より精密な計測を行い,反応,拡散および移流のそれぞれの効果について定量的に評価し,動的反応拡散現象のモデル化に取り組む.また,能動的に動くエージェント,例えば電場駆動ヤヌス粒子や分子モーターなどをゲル中に封入し,その挙動をDNAによってプログラムし制御する方法の開発にも取り組む.あわせて,電場駆動反応拡散系の実証を目指し,複数の反応槽での反応拡散生成物をマイクロ流路により分離統合した反応拡散システムを構築する技術の開発に取り組む.

  • Research Products

    (12 results)

All 2024 2023 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (6 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 6 results) Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results) Book (2 results)

  • [Int'l Joint Research] ソルボンヌ大学(Jean Perrin Laboratory)(フランス)

    • Country Name
      FRANCE
    • Counterpart Institution
      ソルボンヌ大学(Jean Perrin Laboratory)
  • [Journal Article] Liquid DNA Coacervates form Porous Capsular Hydrogels via Viscoelastic Phase Separation on Microdroplet Interface2024

    • Author(s)
      Morita Masamune、Sakamoto Tetsuro、Nomura Shin‐ichiro M.、Murata Satoshi、Yanagisawa Miho、Takinoue Masahiro
    • Journal Title

      Advanced Materials Interfaces

      Volume: NA Pages: NA

    • DOI

      10.1002/admi.202300898

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Non-catalytic role of phosphoinositide 3-kinase in mesenchymal cell migration through non-canonical induction of p85β/AP2-mediated endocytosis2024

    • Author(s)
      Matsubayashi Hideaki T.、Mountain Jack、Takahashi Nozomi、Deb Roy Abhijit、Yao Tony、Peterson Amy F.、Saez Gonzalez Cristian、Kawamata Ibuki、Inoue Takanari
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 15 Pages: 1-16

    • DOI

      10.1038/s41467-024-46855-y

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Multi-Reconfigurable DNA Origami Nanolattice Driven by the Combination of Orthogonal Signals2023

    • Author(s)
      Watanabe Kotaro、Kawamata Ibuki、Murata Satoshi、Suzuki Yuki
    • Journal Title

      JACS Au

      Volume: 3 Pages: 1435~1442

    • DOI

      10.1021/jacsau.3c00091

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] From Molecular Robotics to Molecular Cybernetics: The First Step Toward Chemical Artificial Intelligence2023

    • Author(s)
      Kuzuya Akinori、Nomura Shin-Ichiro M.、Toyota Taro、Nakakuki Takashi、Murata Satoshi
    • Journal Title

      IEEE Transactions on Molecular, Biological and Multi-Scale Communications

      Volume: 9 Pages: 354~363

    • DOI

      10.1109/TMBMC.2023.3304243

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Chemo-mechanical forces modulate the topology dynamics of mesoscale DNA assemblies2023

    • Author(s)
      Karna Deepak、Mano Eriko、Ji Jiahao、Kawamata Ibuki、Suzuki Yuki、Mao Hanbin
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 14 Pages: 1-12

    • DOI

      10.1038/s41467-023-41604-z

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Collective Cargo Transport and Sorting with Molecular Swarms2023

    • Author(s)
      Aubert-Kato Nathanael、Nitschke Geoff、Kawamata Ibuki、Kakugo Akira
    • Journal Title

      ALIFE 2023: Ghost in the Machine: Proceedings of the 2023 Artificial Life Conference

      Volume: NA Pages: 593--601

    • DOI

      10.1162/isal_a_00593

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Autonomous control of assembling and disassembling of microtubules by DNA2024

    • Author(s)
      Ibuki Kawamata
    • Organizer
      Seminar at The Institute of Intelligent Systems and Robotics (ISIR), Paris, France
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 分子ロボティクス2023

    • Author(s)
      川又生吹
    • Organizer
      CBI学会2023大会  口頭発表 O08
  • [Presentation] 人工生体分子で脂質膜間通信を目指す2023

    • Author(s)
      川又生吹, 佐藤 佑介, 小宮 健, 多田隈 尚史, 豊田 太郎
    • Organizer
      CBI学会2023大会 フォーカストセッション FS07
  • [Book] Visions of DNA Nanotechnology at 40 for the Next 40: A Tribute to Nadrian C. Seeman2023

    • Author(s)
      Satoshi Murata (Editors: Natasha Jonoska, Erik Winfree)
    • Total Pages
      431
    • Publisher
      Springer
    • ISBN
      978-981-19-9890-4
  • [Book] 実験の自動化・自律化によるR&Dの効率化と運用方法 -AI、ロボット技術、ChatGPT、MI、ベイズ最適化、秘密計算など-2023

    • Author(s)
      川又生吹, 清水 稜, Richard J. Archer, 野村 M. 慎一郎(第10章5節)
    • Total Pages
      545
    • Publisher
      技術情報協会
    • ISBN
      978-4-86104-994-1

URL: 

Published: 2024-12-25  

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