| 研究課題/領域番号 |
20H00618
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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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 |
中区分62:応用情報学およびその関連分野
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
村田 智 東北大学, 工学研究科, 教授 (10334533)
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| 研究分担者 |
川又 生吹 京都大学, 理学研究科, 准教授 (30733977)
安部 桂太 東北大学, 工学研究科, 特任助教 (00982860)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
44,200千円 (直接経費: 34,000千円、間接経費: 10,200千円)
2024年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
2023年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2022年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2021年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円)
2020年度: 23,530千円 (直接経費: 18,100千円、間接経費: 5,430千円)
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| キーワード | 空間分子プログラミング / DNAコンピューティング / 反応拡散系 / マテリアライゼーション / 時空間分子プログラミング / ＤＮＡコンピューティング |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，分子プログラミングの技術をもちいて，生物が実現しているような自由自在な化学反応場の時空間制御を実現する．近年，人工的な反応拡散系によるパターン形成の研究が注目を集めているが，分子の拡散を制御するという観点が欠けているためできたパターンがすぐに散逸してしまうという問題や，できたパターンを機能化するための方法論がないといった問題があり，応用に結び付いていない．そこで本研究では，化学反応場において分子の拡散を積極的に制御する方法，および，できたパターンから物理化学的機能を引き出す方法を開発することにより，こうした問題を解決し，時空間分子プログラミングの基盤技術を確立する．
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| 研究実績の概要 |
本研究では，（１）時空間分子プログラミングに適した反応系の設計，（２）形成したパターンの物質化，（３）シミュレーションモデルの構築の3つを研究目的としている．（１）の時空間プログラミングに適した反応系の設計については，これまでの研究でゲル中のDNA分子反応に基づくカスケードパターン形成の理論的および実験的方法論を確立した．（２）の形成したパターンの物質化については，媒質をゲルからゾルに拡張し，パターンが形成された場所に特異的な性質（粘性，拡散係数など）の制御をねらっている．前年度に発見したパターン形成後にパターンの位置が動的に変化する現象について繰り返し実験を行い，再現性を確認した．また，反応槽の大きさや形状，反応温度，DNAモチーフの濃度などを様々に変化させた実験も行い，動的パターンの発生と消滅がどのような条件下で起こるかプロセスの解明を進めた．（３）のシミュレーションモデルの構築については，（２）の実験結果を説明するモデルを検討した結果，従来の反応拡散モデルの単なる拡張では記述が難しいという感触を得ている．今後は移流反応拡散モデルを含めて新たな枠組みを検討する必要がある．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
ゾル媒体における反応拡散系で，動的なパターン形成という新規な現象を発見し，その機序の解明を進めているがまだ定性的な理解にとどまっている．これが定量的にモデル化できれば，時空間パターン形成研究の新しい展開が期待できる．
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| 今後の研究の推進方策 |
引き続き高粘度のアクリルアミドゾルを媒質として，動的パターンの発生と消滅のプロセスの原理の解明を進める．特に，モチーフの分子設計そのものの変更を含めて検討する．動的パターン形成のモデル化のために移流反応拡散系の構築を試みる．
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