2021 Fiscal Year Annual Research Report
Remote Control of Cell-like DNA Molecular Robots by Electromagnetic Wave
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20K21828
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
瀧ノ上 正浩 東京工業大学, 情報理工学院, 教授 (20511249)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
尾上 弘晃 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (30548681)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2022-03-31
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| Keywords | 分子ロボット / 人工細胞 / DNAナノテクノロジー / ソフトマター / 非平衡系 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
分子ロボットは、柔らかい材料(ソフトマター)であるDNAでできた、ナノからマイクロメートルの微小サイズのロボットで、生体内や環境中で情報をセンシングし、分子でコンピューティングし、プログラムされたタスクをこなす超微小ロボットとして期待されている。本研究の目的は、電波や赤外レーザーなどの電磁波によって、細胞型のDNA分子ロボットをリモートコントロール(遠隔制御)することである。今年度は、電磁波によるDNA分子ロボットの機能制御、すなわち、電磁波受信→DNAマイクロゲルの物性の変化の2段階のシステムを目指した。具体的には、赤外レーザーを照射することで、液体の温度が上昇し、レーザー照射点において、ナノメートルサイズのDNAゲルが生成し、マイクロメートルサイズまで集積する現象を見出した。これは、局所的な温度上昇によって、流体の流れが変化したり、DNAの融解温度前後の温度勾配ができるなどして、ナノメートルサイズのDNAがゲル化したり、流体による集積効果が発生してマイクロメートルサイズになるまでアグリゲーションしたりしているからだと考えた。さらに、DNAゲルを形成するDNAナノ構造の末端に、光応答性の塩基を導入することで、DNAのゲル-液滴-分散の相転移を制御できることや、流動性を制御することができることも見出した。このように、外場（特に、可視光・赤外光を含む電磁波）によって、DNAゲル・DNA液滴の物性を変化させられることを示した。これらの技術によって、DNAゲルでできた分子ロボットを、電磁波によって遠隔的に制御できる可能性が見いだせた。この技術を発展させれば、プログラムされたタスクをこなすDNA分子ロボットへ発展させていくことが可能であることが分かった。
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