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DNAアプタマーと合成ポリマーの融合による特異的分子認識材料の開発

研究課題

研究課題/領域番号 11J09545
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 生物機能・バイオプロセス
研究機関東京工業大学

研究代表者

菅原 勇貴  東京工業大学, 大学院総合理工学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2011 – 2013
研究課題ステータス 完了 (2013年度)
配分額 *注記
1,900千円 (直接経費: 1,900千円)
2013年度: 600千円 (直接経費: 600千円)
2012年度: 600千円 (直接経費: 600千円)
2011年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
キーワード分子認識ゲート膜 / DNA / 凝集現象 / 荷電 / 自由度 / アプタマー / N-イソプロピルアクリルアミド / センサー / 感温性ポリマー / 柔軟性 / 相転移 / コンジュゲート
研究概要

本研究は、多様な標的分子を特異的に検出する新規なセンサー材料を目指し、新規な分子認識ゲート膜の開発を行う。当ゲート膜は、レセプターとしてDNAを、アクチュエーターとして感温性ポリマー(ポリN-イソプロピルアクリルアミド)(PNIPAM)を持ち、標的分子の認識により多孔質膜の細孔の開閉を行う。今年度は、まず、2本鎖DNA末端にミスマッチの配列を持つリニア2本鎖DNA結合PNIPAMは高温域で凝集が抑制された状態が続くことを観察した。これはDNAの末端の自由度が高いためにエントロピー反発で凝集が抑制されている。このことから、DNAの自由度がPNIPAMの凝集を制御することが示された。次に、DNA結合PNIPAMの凝集挙動へのインターカレーターの影響を調査した。その結果、DNAへのインターカレーターの結合により高温域でDNA結合PNIP川は急激に凝集した。また荷電が弱くDNAとの結合親和性の低いインターカレーターでは、より高温でPNIPAMは激しく凝集した。これはDNA結合PNIPAMの凝集現象がインターカレーターにより荷電支配の現象から自由度支配の別の現象に切り替わったことを示す。次に、DNA固定化分子認識ゲート膜において、DNAが1本鎖の場合と2本鎖の場合で膜の水透過性を評価した。その結果、1本鎖DNA膜に比べ2本鎖DNA膜では細孔が開かず透過性が小さかった。これは2本鎖DNAの形成でDNAの荷電が増加し静電反発によりグラフトポリマーの収縮が抑制されたためと考えられ、膜の系でもDNAの荷電状態の違いでポリマーの形態が変化し、膜の透過性を制御可能であることが示された。次に、タンパク質であるトロンビンに特異的に結合するDNAアプタマーを持つ2本鎖DNA膜において、トロンビンの添加により膜の透過性が上昇したことを観察した。これはDNAアプタマーがトロンビンを認識すると同時に2本鎖DNAが解離し、DNAの荷電が減少したためである。以上のように、特異的標的分子の存在で細孔の開閉を行う、DNAをレセプターとした分子認識ゲート膜の開発に成功した。

今後の研究の推進方策

(抄録なし)

報告書

(3件)
  • 2013 実績報告書
  • 2012 実績報告書
  • 2011 実績報告書
  • 研究成果

    (17件)

すべて 2014 2013 2012 2011 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (12件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Switchable Aggregation Phenomena of DNA-conjugated Poly(<i>N</i>-isopropylacrylamide) Driven by Transformation between ssDNA and dsDNA with Control of DNA Charges and Flexibility2013

    • 著者名/発表者名
      Yuuki Sugawara, Takanori Tamaki, Hidenori Ohashi, Takeo Yamaguchi
    • 雑誌名

      Chemistry Letters

      巻: 42 号: 12 ページ: 1568-1570

    • DOI

      10.1246/cl.130794

    • NAID

      130004867851

    • ISSN
      0366-7022, 1348-0715
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Control of the poly(Ar-isopropylacrylamide) phase transition via a single strand-double strand transformation of conjugated DNA2013

    • 著者名/発表者名
      Yuuki Sueawara, Takanori Tamaki, Hidenori Ohashi, Takeo Yamaguchi
    • 雑誌名

      Soft Matter

      巻: 9 号: 12 ページ: 3331-3340

    • DOI

      10.1039/c3sm27230c

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Conversion of a molecular signal into a visual color based on the permeation of nanoparticles through a biomolecule-recognition gating membrane2012

    • 著者名/発表者名
      Yuuki Sueawara, Hidenori Kuroki, Takanori Tamaki, Hidenori Ohashi, Taichi Ito, Takeo Yamaguchi
    • 雑誌名

      Analytical Methods

      巻: 4 号: 9 ページ: 2635-2637

    • DOI

      10.1039/c2ay25265a

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] DNA固定化PMPAMの凝集現象の解明と分子認識ゲート膜の開発2014

    • 著者名/発表者名
      菅原勇貴
    • 学会等名
      理研セミナー
    • 発表場所
      理化学研究所, 埼玉
    • 年月日
      2014-02-20
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] DNA複合化分子認識ゲート膜の開発2014

    • 著者名/発表者名
      菅原勇貴
    • 学会等名
      化学工学会 第79年会
    • 発表場所
      岐阜大学, 岐阜
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] DNA固定化分子認識ゲート膜の開発2013

    • 著者名/発表者名
      菅原勇貴
    • 学会等名
      化学工学会第78年会
    • 発表場所
      大阪大学(大阪府)
    • 年月日
      2013-03-17
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Multi-Stimulus-Responsive DNA/Polymer Conjugate : Control of Aggregation Phenomenon and Detection of Target Molecules2013

    • 著者名/発表者名
      Yuuki Sugawara
    • 学会等名
      5th Gratama Workshop
    • 発表場所
      Tokyo Institute of Technol-ogy, Tbkyo, Japan
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Switchable Aggregation of DNA-polymer Conjugate Controlled by DNA Charges and Flexibility2013

    • 著者名/発表者名
      Yuuki Sugawara
    • 学会等名
      3rd SoMaS Annual Summer School "Polymers at Interfaces"
    • 発表場所
      Centre de MittelWihr, Mit-telwihr, France
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] DNAコンジュゲート感温性ポリマーを用いた分子認識材料の開発2013

    • 著者名/発表者名
      菅原勇貴
    • 学会等名
      第62回高分子討論会
    • 発表場所
      金沢大学, 石川
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] DNA固定化感温性ポリマーを用いた分子認識膜の開発2013

    • 著者名/発表者名
      田巻孝敬
    • 学会等名
      第3回CSJ化学フェスタ2013
    • 発表場所
      タワーホール船堀, 東京
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Molecular Recognition Material based on DNA-conjugated Thermoresponsive Polymer2013

    • 著者名/発表者名
      Takanori Tamaki
    • 学会等名
      23rd Annual Meeting of MRS-J
    • 発表場所
      Ybkohama Port Opening Plaza, Ybkohama, Japan
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] DNAアプタマー修飾相転移ポリマーを用いた新規分子認識材料2012

    • 著者名/発表者名
      菅原勇貴
    • 学会等名
      平成24年度化学工学会横浜大会
    • 発表場所
      横浜国立大学(神奈川県)
    • 年月日
      2012-08-30
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] DNAアプタマー修飾感温性ポリマーに関する相転移挙動の解析2012

    • 著者名/発表者名
      菅原勇貴
    • 学会等名
      化学工学会第77年会
    • 発表場所
      工学院大学(東京都)
    • 年月日
      2012-03-15
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Biomolecular recognition polymer using aptamer and dissociation of dsDNA for gating membrane2011

    • 著者名/発表者名
      Yuuki Sugawara
    • 学会等名
      International Congress on Membranes and Membrane Processes
    • 発表場所
      RAI Convention Centre, Amsterdam, The Netherlands
    • 年月日
      2011-07-26
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] DNAアプタマーと感温性ポリマーを用いた分子認識ゲート膜の開発2011

    • 著者名/発表者名
      菅原勇貴
    • 学会等名
      第60回高分子学会年次大会
    • 発表場所
      大阪国際会議場(大阪府)
    • 年月日
      2011-05-27
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://www.researcherid.com/rid/M-3909-2013

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [備考] 平成24年度 化学工学会 横浜大会において、学生賞(金賞)を受賞。Analytical Methodsの雑誌論文はinside front cover に採用。

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書

URL: 

公開日: 2011-12-12   更新日: 2024-03-26  

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