| 研究領域 | 分子サイバネティクス ー化学の力によるミニマル人工脳の構築 |
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| 研究課題/領域番号 |
21H05864
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| 研究種目 |
学術変革領域研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
学術変革領域研究区分(Ⅳ)
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| 研究機関 | 三重大学 |
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研究代表者 |
鈴木 勇輝 三重大学, 工学研究科, 准教授 (50636066)
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| 研究期間 (年度) |
2021-09-10 – 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 |
10,400千円 (直接経費: 8,000千円、間接経費: 2,400千円)
2022年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2021年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
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| キーワード | ナノデバイス / 分子アクチュエータ / モジュラー設計 / 刺激応答性 / 多重応答性 / DNAナノテクノロジー / DNAオリガミ / モジュラーデザイン / 人工分子システム / アクチュエータ / 自己集合 / 分子システム工学 / 脂質膜 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，DNAナノ技術を駆使することで，細胞サイズリポソームの変形制御に資する分子アクチュエータシステムを創出する．複数種の刺激それぞれに対して特異的な変形を示すナノアクチュエータを構築（複数の変形モードの実装）し，それらをさまざまな大規模構造へと自己組織化させる（複数の集合モードの実装）ことで，ナノアクチュエータの変形モードと集合モードの組み合わせに応じた多彩な大規模変形を実現する．
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| 研究実績の概要 |
異なる刺激種に対して特異的な変形を示す多重応答性分子アクチュエータの構築し，それらの構造と力学的特性について定量的に解析した．特に，スプリング型および二次元格子型の二種のアクチュエータについて機構改良を進め，それぞれについて，生化学的実験手法と原子間力顕微鏡（AFM）を用いた直接可視化により刺激依存的・シグナル分子依存的な構造変化を評価した．
グアニン四重鎖形成を利用した動作機構とDNA分子の鎖置換反応に基づく動作機構を併用することで，カリウムイオン濃度の変化および分子信号（シグナルDNA）に応じて，特異的なスプリング形状へと変形するナノアクチュエータを開発した．AFMを用いた形状解析により，刺激の種類に依存して，ピッチや直径が異なる特異的ならせん構造へと形状変化することを示した．光ピンセットを用いた単分子解析により，アクチュエータの形状だけでなく，その機械的特性についても刺激依存的に変換できることを明らかにした．
二次元格子型のナノアクチュエータについても，構造バリエーションの作製を進めた．i-motif形成を利用した変形機構と二重らせん形成に基づいたロック機構を組み合わせることで，pH変化およびシグナルDNAに応じた特異的な変形を実現した．鎖置換反応によりシグナルDNAの入れ換えを可能とすることで，繰り返しの動作や形状変換を実現した．
さらに，各アクチュエータを連結・多量体化することで，個々のアクチュエータの変形を累積させ，より大規模な変形を生み出すことにも成功した．
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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