| 研究課題/領域番号 |
19H01857
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分13040:生物物理、化学物理およびソフトマターの物理関連
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
鳥谷部 祥一 東北大学, 工学研究科, 教授 (40453675)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円)
2022年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2021年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2020年度: 8,320千円 (直接経費: 6,400千円、間接経費: 1,920千円)
2019年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
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| キーワード | 分子モーター / DNAナノテク / 人工分子モーター / DNAナノ構造 / DNAナノテクノロジー / ナノデバイス / DNAウォーカー / ナノテクノロジー |
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| 研究開始時の研究の概要 |
生体分子モーターは，生命の進化が生んだ超高性能の自律的ナノマシンである．運動の詳細はほぼ分かっているが，どうやって超高性能を実現しているのか，その根本的な設計思想が分かっていない．モーターの各要素を細かく調べるだけでは不十分で，分子全体としての協働的な運動の理解が不可欠である．そのための本質的なアプローチは，模倣したナノマシンを「造っていじって理解する」ことである．本課題では，分子間の相互作用を自在に設計できるDNAナノテクノロジーを駆使し，分子モーターを造るだけでなく，構造をシステマティックに改造して制御する．本研究では，特に，構造の柔らかさが果たす役割の解明を目指す．
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| 研究成果の概要 |
生体分子モーターを模倣した高性能な人工分子モーターの実現を通してナノマシン内部の協働性を探求することで，「自律的ナノマシンの実験物理学」の創成を目指した。本研究では，まず，DNAオリガミ技術を応用して構造変化する脚構造を実現した．さらに，この脚構造を組み合わせたモーター構造を設計した．補助期間後も研究を続け，その実験的な実現を目指す．また，ラチェット型モーターに関しても，構造非対称性による一方向性とスケーラビリティを両立した初めての機構を提案した．詳細な数値計算の結果，生体モーターのような高い動作能を得るためには，単純なラチェット型モーターでは難しく，陽な構造変化が必要であることが示唆された．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
生体分子モーターは，超高性能の自律的ナノマシンである．これを模倣した人工モーターを実現できれば，生体分子モーターの理解が急速に進むだけでなく，効率的でしなやかな人工筋肉など，ナノマシンを基にした新しい工学技術の創出が期待できる．本課題では，人工モーターの新しい動作機構を提案し，詳細な数値計算により，構造変化を伴う動作が高性能なモーターには不可欠であることを見出した．さらに，DNAオリガミ技術で構造変化を伴う脚構造を実現し，構造変化により動作する人工モーター実現に向けた要素技術に成功した．このようなモデル系を詳細に調べることで「自律的ナノマシンの実験物理学」という新しい学理の構築が期待できる．
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