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2017 Fiscal Year Annual Research Report

Dynamical self-assembly and autonomous motion of cell-size molecular robots by the control of micrometer-scale nonequilibrium field

Research Project

Project/Area Number 26280097
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

瀧ノ上 正浩  東京工業大学, 情報理工学院, 准教授 (20511249)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 尾上 弘晃  慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (30548681)
原 雄介  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 研究グループ長 (90452135)
森田 雅宗  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 研究員 (90708504)
Project Period (FY) 2014-04-01 – 2018-03-31
Keywords分子ロボット / マイクロマシン / 非平衡 / 自己組織化 / 動的自己組織化 / DNA / ゲル / エマルション
Outline of Annual Research Achievements

本研究では,マイクロメートルスケールの非平衡場を構築・制御し,分子を時空間的・動的に自己組織化させ,さらに,非平衡場のエネルギーを利用して自律的に駆動する,「動的な細胞サイズ分子ロボットの創製と制御」を行うことを目的とし,研究を行った.最終年度である今年度は,予定通り,DNAを用いた機能性の小胞による細胞サイズ分子ロボットの発展を行った.具体的には,DNAオリガミ技術による小胞型分子ロボットを実現するとともに,DNAスケルトン構造による小胞型分子ロボット, RNA転写をベースとしたDNA反応を有する小胞型分子ロボットを構築した.DNAオリガミ技術による小胞型分子ロボットでは,イオン透過性のある小孔の機能を付与することに成功した.また,形成メカニズムに関する詳細な研究の結果,ソフトマター物理学におけるピッカリングエマルション型であることが分かった.これにより,さらなる機能付加の設計方法が分かってきた.DNAスケルトンでは,形成メカニズムの解明とともに,形成後にRNA転写反応できる酵素を含む水溶液へ抽出することに成功した.DNAスケルトンにはRNAを転写できる配列の付加により情報を蓄積するとともに発現できる情報デバイスとしての細胞サイズ分子ロボットの構築に目処がついた.さらに,多数マイクロ粒子の動的な自己組織化システムを発展させ,外場に応答しながら動的に構造が構築されたり変形したりするシステムについて検討するとともに,自律運動のメカニズムの解明等も進めた.

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (39 results)

All 2018 2017 Other

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (34 results) (of which Int'l Joint Research: 9 results,  Invited: 7 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] 骨格で支えられた頑丈な人工細胞-DNAナノテクノロジーによる精密設計2018

    • Author(s)
      黒川知加子, 柳澤実穂, 瀧ノ上正浩
    • Journal Title

      月刊化学

      Volume: vol.73 Pages: pp.40-43

  • [Journal Article] DNA cytoskeleton for stabilizing artificial cells2017

    • Author(s)
      Chikako Kurokawa, Kei Fujiwara, Masamune Morita, Ibuki Kawamata, Yui Kawagishi, Atsushi Sakai, Yoshihiro Murayama, Shin-ichiro M. Nomura, Satoshi Murata, *Masahiro Takinoue, *Miho Yanagisawa
    • Journal Title

      Proc. Natl. Acad. Sci. USA (PNAS)

      Volume: vol.114 Pages: pp.7228-7233

    • DOI

      10.1073/pnas.1702208114

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Formation of DNA micro-skeleton structures in water-in-oil microdroplets2017

    • Author(s)
      Masamune Morita, Shin-ichiro M. Nomura, Satoshi Murata, Miho Yanagisawa, Masahiro Takinoue
    • Journal Title

      Proc. microTAS

      Volume: - Pages: pp.159-160

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 生体内で働く分子ロボットの実現へ:情報媒体としてのDNA分子とDNAコンピューティング2017

    • Author(s)
      瀧ノ上正浩
    • Journal Title

      情報管理(JST)

      Volume: vol. 60 Pages: pp. 629-640

    • Open Access
  • [Presentation] Artificial cell construction based on micro-scale control of bio soft matter2018

    • Author(s)
      Masahiro Takinoue
    • Organizer
      Mini Workshop: New Frontiers of Supramolecular Chemistry in Non-equilibrium Systems
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] RNA 転写可能な DNA マイクロ構造体の構築2018

    • Author(s)
      渡邉理佐, 森田雅宗, 柳澤実穂, 瀧ノ上正浩
    • Organizer
      第1回分子ロボティクス年次大会
  • [Presentation] 統合情報理論に基づく意識を持つDNA反応ネットワークの構築2018

    • Author(s)
      渡邉弘貴, 川野竜司, 瀧ノ上正浩
    • Organizer
      第1回分子ロボティクス年次大会
  • [Presentation] 光によるDNAマイクロゲルの構造制御2018

    • Author(s)
      笠原悠, 渡邉理佐, 瀧ノ上正浩
    • Organizer
      第1回分子ロボティクス年次大会
  • [Presentation] Reverse micelle charging on particle control and soft microrobot actuation2018

    • Author(s)
      Marcos Masukawa, Masayuki Hayakawa, Masahiro Takinoue
    • Organizer
      第1回分子ロボティクス年次大会
  • [Presentation] 光応答性DNAオリガミの導入による細胞型分子ロボットの機能構築と解析2018

    • Author(s)
      土屋美恵, 石川大輔, 川野竜司, 瀧ノ上正浩
    • Organizer
      第1回分子ロボティクス年次大会
  • [Presentation] RNA 転写可能な DNAマイクロゲル構造体の構築2018

    • Author(s)
      渡邉理佐, 森田雅宗, 柳澤実穂, 瀧ノ上正浩
    • Organizer
      第7回日本生物物理学会関東支部会
  • [Presentation] バイオソフトマターのナノ/マイクロ制御による人工細胞の構築2018

    • Author(s)
      瀧ノ上正浩
    • Organizer
      産業技術総合研究所バイオメディカル研究部門・部門セミナー
    • Invited
  • [Presentation] マイクロ液滴界面を利用した RNAを発現するDNA マイクロ構造体の構築2017

    • Author(s)
      渡邉理佐, 森田雅宗, 柳澤実穂, 瀧ノ上正浩
    • Organizer
      化学とマイクロ・ナノシステム学会 第35回研究会(35th CHEMINAS)
  • [Presentation] 両親媒性DNA オリガミによるマイクロ油中水滴の画像解析による定量的安定性評価2017

    • Author(s)
      土屋美恵, 石川大輔, 鈴木勇輝, 遠藤政幸, 瀧ノ上正浩
    • Organizer
      化学とマイクロ・ナノシステム学会 第35回研究会(CHEMINAS35)
  • [Presentation] Generation of higher-order self-assembled DNA microstructures inside water-in-oil microdroplets2017

    • Author(s)
      Masamune Morita, Shin-ichiro M. Nomura, Satoshi Murata, Miho Yanagisawa, Masahiro Takinoue
    • Organizer
      19th IUPAB congress and 11th EBSA congress
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] DNAゲルマイクロカプセルのマイクロパターン形成の物理と分子ロボット工学への応用2017

    • Author(s)
      瀧ノ上正浩
    • Organizer
      第78回応用物理学会 秋季学術講演会
    • Invited
  • [Presentation] Formation of DNA microcapsules and application to cell-like molecular robots2017

    • Author(s)
      Masahiro Takinoue
    • Organizer
      2nd Japan-Korea International Symposium on Cyborgnics: Integration between cell and electronics
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Construction of artificial cell nuclei with RNA transcription capability using a microdroplet interface2017

    • Author(s)
      Risa Watanabe, Masamune Morita, Miho Yanagisawa, Masahiro Takinoue
    • Organizer
      第55回日本生物物理学会年会
  • [Presentation] Surfactant role on microbead manipulation by saw-tooth shaped electrode2017

    • Author(s)
      Marcos Masukawa, Masahiro Takinoue
    • Organizer
      第55回日本生物物理学会年会
  • [Presentation] 人工細胞でのDNA論理回路を用いた最小限の意識を生み出すオートマトン (Automata that generates minimum consciousness using DNA logic circuits in artificial cells)2017

    • Author(s)
      Hiroki Watanabe, Ryuji Kawano, Masahiro Takinoue
    • Organizer
      第55回日本生物物理学会年会
  • [Presentation] DNA分子ロボットのためのマイクロドロップレットの機械的安定性評価 (Evaluation of mechanical stability of microdroplet-based DNA molecular robots.)2017

    • Author(s)
      Misato Tsuchiya, Daisuke Ishikawa, Yuki Suzuki, Masayuki Endo, Masahiro Takinoue
    • Organizer
      第55回日本生物物理学会年会
  • [Presentation] マイクロ液滴界面上での相分離による人工細胞核の形成のDNAユニット依存性の解析(Analyses of DNA unit dependence of artificial cell nuclei formed by phase separation on microdroplet interface)2017

    • Author(s)
      Yu Kasahara, Risa Watanabe, Masahiro Takinoue
    • Organizer
      第55回日本生物物理学会年会
  • [Presentation] Surfactant role on microbead manipulation by saw-tooth electrode2017

    • Author(s)
      Marcos Masukawa, Masayuki Hayakawa, Masahiro Takinoue
    • Organizer
      2nd Japan-Korea International Symposium on Cyborgnics: Integration between cell and electronics
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Automata that generates minimum consciousness using DNA logic circuits in artificial cells2017

    • Author(s)
      Hiroki Watanabe, Ryuji Kawano, Masahiro Takinoue
    • Organizer
      2nd Japan-Korea International Symposium on Cyborgnics: Integration between cell and electronics
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Evaluation of mechanical stability of DNA molecular robots2017

    • Author(s)
      Misato Tsuchiya, Daisuke Ishikawa, Yuki Suzuki, Masayuki Endo, Masahiro Takinoue
    • Organizer
      2nd Japan-Korea International Symposium on Cyborgnics: Integration between cell and electronics
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Construction of artificial cell nuclei with RNA transcription capability using a microdroplet interface2017

    • Author(s)
      Risa Watanabe, Masamune Morita, Miho Yanagisawa, Masahiro Takinoue
    • Organizer
      2nd Japan-Korea International Symposium on Cyborgnics: Integration between cell and electronics
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Analyses of DNA unit dependence of artificial cell nuclei formed by phase separation on microdroplet interface2017

    • Author(s)
      Yu Kasahara, Risa Watanabe, Masahiro Takinoue
    • Organizer
      2nd Japan-Korea International Symposium on Cyborgnics: Integration between cell and electronics
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Electrical actuators for apolar media microfluidics2017

    • Author(s)
      マスカワマルクス, 瀧ノ上正浩
    • Organizer
      化学とマイクロ・ナノシステム学会 第35回研究会(35th CHEMINAS)
  • [Presentation] マイクロ液滴界面を利用した RNA転写可能なDNA マイクロ構造体の構築2017

    • Author(s)
      渡邉理佐, 森田雅宗, 柳澤実穂, 瀧ノ上正浩
    • Organizer
      「細胞を創る」研究会 10.0
  • [Presentation] Formation of DNA micro-skeleton structures in water-in-oil microdroplets2017

    • Author(s)
      Masamune Morita, Shin-ichiro M. Nomura, Satoshi Murata, Miho Yanagisawa, Masahiro Takinoue
    • Organizer
      The 21th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (microTAS2017)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] マイクロ液滴界面を利用した RNA 転写可能なDNA ゲルマイクロ構造体の構築2017

    • Author(s)
      渡邉理佐, 森田雅宗, 柳澤実穂, 瀧ノ上正浩
    • Organizer
      第4回サイボウニクス研究会
  • [Presentation] DNAオリガミによる細胞型分子ロボットの光応答機能の構築と解析2017

    • Author(s)
      土屋美恵, 石川大輔, 瀧ノ上正浩
    • Organizer
      第4回サイボウニクス研究会
  • [Presentation] マイクロ液滴界面上でのDNAマイクロ構造体形成のsticky-end依存性の解析2017

    • Author(s)
      笠原悠, 渡邉理佐, 森田雅宗, 瀧ノ上正浩
    • Organizer
      第4回サイボウニクス研究会
  • [Presentation] DNA論理回路を用いたIITにおける最小意識を生み出すネットワークの設計と解析2017

    • Author(s)
      渡邉弘貴, 川野竜司, 瀧ノ上正浩
    • Organizer
      第4回サイボウニクス研究会
  • [Presentation] Electric manipulation of microbeads with charged reverse micelles2017

    • Author(s)
      Marcos Masukawa, Masayuki Hayakawa, Masahiro Takinoue
    • Organizer
      第4回サイボウニクス研究会
  • [Presentation] 細胞サイズの液滴界面でのDNAゲルの自己組織化とミクロ相分離2017

    • Author(s)
      瀧ノ上正浩
    • Organizer
      2017年度 生命科学系学会合同年次大会 (ConBio2017)
    • Invited
  • [Presentation] アクティブマテリアル研究としての人工細胞・分子ロボットの構築2017

    • Author(s)
      瀧ノ上正浩
    • Organizer
      SMACTIVEマテリアルシンポジウム
    • Invited
  • [Presentation] 温度冷却過程で油中水滴界面上で生成されるDNAマイクロスケルトン構造2017

    • Author(s)
      瀧ノ上正浩
    • Organizer
      Biothermology Workshop
    • Invited
  • [Remarks] 瀧ノ上研究室ホームページ

    • URL

      http://www.takinoue-lab.jp/

URL: 

Published: 2018-12-17  

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