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2015 年度 実施状況報告書

電場駆動型デジタル分子デバイスの開発

研究課題

研究課題/領域番号 15K12136
研究機関東北大学

研究代表者

村田 智  東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10334533)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2017-03-31
キーワード分子ロボティクス / 電場駆動型ロコモーション / 電場駆動型分子計算素子
研究実績の概要

本研究では,DNAナノ構造の電場応答を駆動原理として(1)電場に応答して一方向へデジタル的にステップ移動する分子移動体(電場駆動型ロコモーション)と(2)電場に応答して繰り返し演算が可能な分子計算素子(電場駆動型分子計算素子)を開発することを目標としている.平成27年度の実績としては,
(1)について,DNAオリガミの手法を用いて,わずかな非対称性をもつ6つの設置部(足)をもった回転運動体を作製した.またこの移動体に水平電場を印加しながら全反射顕微鏡による一分子蛍光観察が可能な系を開発した.顕微鏡によるリアルタイム観察を可能とするために,専用のホルダーを設計・作製するとともに,さまざまな基盤の材質について検討した結果,最終的にはDNA分子移動体と基盤表面の吸着性を脂質分子の組成で調整可能な脂質2重膜を用いる系を構築した.
(2)について,電気力を発生する粒子として,金ナノ粒子を選定し,これが電場の方向に力を発生することで,DNA2重らせんが外れるようなデバイスを考案,作製した.デバイス自体としては電場に抗するように,アクリルアミドゲルにアンカーリングすることにより電場に応答してデハイブリゼーションが起こることが確認できた.DNA2重らせんのはがれ方には2種類あるため,より外れやすいと考えられるアンジッピングの形式を採用した.また電流によるジュール熱発生を抑えるため,電極間の距離やDNAの塩基配列を最適化した.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

(1)については,一分子の運動をリアルタイムで追跡できる観察系ができた.また,
(2)については,電場駆動の原理の確認ができた.

今後の研究の推進方策

(1)については,一分子の運動をリアルタイムで追跡できる観察系ができたが,マイカ基板上ではほとんどの場合,移動体が完全に固着してしまうことが観察された.今後は基板としてより吸着力の小さい材質を検討していく.
(2)については,原理は確認できたが,印加電圧が高くジュール熱が発生することが問題となっている.今後はより低電圧でかい離するような分子設計をすすめていく.

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 3件、 査読あり 3件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (4件) (うち招待講演 1件)

  • [国際共同研究] 成均館大学(韓国)

    • 国名
      韓国
    • 外国機関名
      成均館大学
  • [雑誌論文] Supramolecular 1-D polymerization of DNA origami through a dynamic process at the 2-dimensionally confined air-water interface2016

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Yonamine , Keitel Abraham Cervantes , Kosuke Minami , Ibuki Kawamata , Waka Nakanishi , Jonathan P Hill , Satoshi Murata and Katsuhiko Ariga
    • 雑誌名

      Phys. Chem. Chem. Phys.

      巻: NA ページ: NA

    • DOI

      DOI: 10.1039/C6CP01586G

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Self-replication of DNA rings2015

    • 著者名/発表者名
      Junghoon Kim,Junwye Lee,Shogo Hamada,Satoshi Murata& Sung Ha Park
    • 雑誌名

      Nature Nanotechnology

      巻: 10 ページ: 528-533

    • DOI

      doi:10.1038/nnano.2015.87

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] In situ 2D-extraction of DNA wheels by 3D through-solution transport2015

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Yonamine *ab, Keitel Cervantes-Salguero *c, Waka Nakanishi *a, Ibuki Kawamata c, Kosuke Minami a, Hirokazu Komatsu a, Satoshi Murata *c, Jonathan P. Hill ab and Katsuhiko Ariga *ab
    • 雑誌名

      Phys. Chem. Chem. Phys.

      巻: 17 ページ: 32122-32125

    • DOI

      DOI: 10.1039/C5CP05765E

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] DNAナノテクノロジーから分子ロボティクスへ2016

    • 著者名/発表者名
      村田 智
    • 学会等名
      第2回若手勉強会「ソフトマター若手勉強会」
    • 発表場所
      東京大学検見川セミナーハウス(千葉県千葉市)
    • 年月日
      2016-03-11 – 2016-03-12
    • 招待講演
  • [学会発表] 電場駆動されるDNAナノ構造体の基板上における運動観測2015

    • 著者名/発表者名
      津澤卓,川又生吹,村田 智
    • 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 2015
    • 発表場所
      函館アリーナ(北海道函館市)
    • 年月日
      2015-11-18 – 2015-11-20
  • [学会発表] シーケンス制御を行うDNAデバイスによる構造体のステップ動作2015

    • 著者名/発表者名
      石原瑛暉,川又生吹,村田 智
    • 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 2015
    • 発表場所
      函館アリーナ(北海道函館市)
    • 年月日
      2015-11-18 – 2015-11-20
  • [学会発表] ホモマルチマーの結合数制御に向けて2015

    • 著者名/発表者名
      内田健央ほか
    • 学会等名
      細胞を創る研究会8.0
    • 発表場所
      大阪大学吹田キャンパス(大阪府吹田市)
    • 年月日
      2015-11-12 – 2015-11-13

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公開日: 2017-01-06  

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