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DNAレギュレータの制御性能解析とDNA組合せ回路の設計・応用

研究課題

研究課題/領域番号 17K06500
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 制御・システム工学
研究機関九州工業大学

研究代表者

中茎 隆  九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 教授 (30435664)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2019年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2018年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2017年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
キーワードDNAレギュレータ / 生体分子反応系 / 非線形システム / 制御理論 / 特異摂動理論 / XOR回路 / オン・オフスイッチ回路 / DNAコンピューティング / レギュレータ / フィードバック / DNA分子反応系 / 人工分子反応回路 / 制御工学 / 生体生命情報学
研究成果の概要

本研究では、DNAレギュレータのレギューレション問題に関して、Finite-time regulation propertyなる新たな概念を提案した。DNA鎖置換反応機構の特徴と正則変換を利用し、非標準の特異摂動理論の証明を完成させた。構築された理論をDNAレギュレータに適用し、有限時間レギュレーションを理論的に特徴付けることに成功した。また、本研究では、dual-railロジックを用いないXOR回路の設計を行った。特に、DNA回路設計においてミスマッチ塩基対を利用した独創的な設計法を新たに考案した。さらに、分子ロボットのモーション制御に必要なオン・オフスイッチ回路を設計した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

生体分子反応系という高次元非線形系に対して、制御理論を適用することの有用性や可能性を示すことができた。本研究を通じて、分子ロボット研究に制御理論研究者が参画する一助になれば幸いである。

報告書

(4件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実施状況報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2020 2019 2018 2017 その他

すべて 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 1件、 査読あり 7件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 3件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Finite-time regulation property of DNA feedback regulator2020

    • 著者名/発表者名
      Nakakuki Takashi、Imura Jun-ichi
    • 雑誌名

      Automatica

      巻: 114 ページ: 108826-108826

    • DOI

      10.1016/j.automatica.2020.108826

    • NAID

      120007184455

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] XOR Gate Design Toward a Practical Complete Set for DNA Computing2020

    • 著者名/発表者名
      Nishijima Katsuhiro、Nakakuki Takashi
    • 雑誌名

      New Generation Computing

      巻: - 号: 2 ページ: 285-301

    • DOI

      10.1007/s00354-020-00090-3

    • NAID

      120006997078

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Analysis of finite-time regulation property of biomolecular PI controller2020

    • 著者名/発表者名
      Rong Peng、Nakakuki Takashi
    • 雑誌名

      Control Theory and Technology

      巻: - 号: 2 ページ: 135-142

    • DOI

      10.1007/s11768-020-0017-2

    • NAID

      120007043415

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Biomolecular Switch Circuits for Molecular Robots using a DNA Strand Displacement Mechanism2019

    • 著者名/発表者名
      Watanabe Keisuke、Nakakuki Takashi
    • 雑誌名

      Proc. of SICE Annual Conference

      巻: - ページ: 1334-1339

    • DOI

      10.23919/sice.2019.8859901

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Partical simulation on biomolecular reaction system in contaminating reaction field2018

    • 著者名/発表者名
      Keisuke Watanabe, Takashi Nakakuki
    • 雑誌名

      18th International Conference on Control, Automation and Systems (ICCAS2018)

      巻: -

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Stability analysis of Wnt-ERK cellular signalling by using Nyquist criterion2017

    • 著者名/発表者名
      Hidaka Taisei、Nakakuki Takashi
    • 雑誌名

      Proceedings of 17th International Conference on Control, Automation and Systems

      巻: - ページ: 675-679

    • DOI

      10.23919/iccas.2017.8204314

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A tool for the design of DNA base sequences for molecular circuits2017

    • 著者名/発表者名
      Yoshida Yuki、Nakakuki Takashi
    • 雑誌名

      Proceedings of 17th International Conference on Control, Automation and Systems

      巻: - ページ: 669-674

    • DOI

      10.23919/iccas.2017.8204313

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Development of automated mismatch DNA base sequence designer2018

    • 著者名/発表者名
      Yuki Yoshida, Takashi Nakakuki
    • 学会等名
      THE 6th INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON APPLIED ENGINEERING AND SCIENCES (SAES2018)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Stability Analysis of Wnt-ERK signal transduction system by Nyquist stability criterion2018

    • 著者名/発表者名
      Taisei Hidaka, Takashi Nakakuki
    • 学会等名
      THE 6th INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON APPLIED ENGINEERING AND SCIENCES (SAES2018)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Brief review on the principle implementation of P-Controller by DSD circuits2018

    • 著者名/発表者名
      Peng Rong, Takashi Nakakuki
    • 学会等名
      18th International Conference on Control, Automation and Systems (ICCAS2018)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ナイキスト安定判別法を用いたWnt-ERKシグナル伝達系の安定性解析2018

    • 著者名/発表者名
      日高大成, 中茎隆
    • 学会等名
      第37回計測自動制御学会九州支部学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] DNA鎖置換反応によるXOR回路の構築2017

    • 著者名/発表者名
      西島勝浩,中茎隆
    • 学会等名
      計測自動制御学会 システム・情報部門 学術講演会 2017
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [備考] 中茎研究室(Nakakuki Lab)ホームページ

    • URL

      https://tnakaku.wixsite.com/index

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2021-02-19  

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