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本研究では、DNAでつくられたインク粒を含むDNAインクを基板表面に繰り返し塗布することにより、積層造形法の原理に基づいて、ナノスケールの三次元構造体を構築する方法の開発を目指している。使用するDNAインク粒には、粒が下層の指定された位置に付着する性質、固着するか否かを粒の付着位置ごとに選択できる性質、付着したのち粒が平面状の新しい下層を形成する性質、さらに、多段の積層を可能にする高い積層効率が求められる。
最初に、昨年度に設計した、2段の積層が確認されたDNAインク粒について、積層効率を調べた。これまで用いた、原子間力顕微鏡により積層を確認する方法は、手間がかかるだけでなく、リアルタイムでの観察もできないので、反応条件を変えて積層効率を調べることが難しい。そこで、蛍光顕微鏡を用いて、積層反応を温度制御しながらリアルタイムで観察できる方法を開発した。その方法により、昨年度に設計したDNAインク粒の積層効率を調べたところ、繰り返して積層するには効率が十分でないことがわかった。原因を調べたところ、付着したDNAインク粒が形成する層構造の乱れが大きいことが示唆された。
この結果に基づいて、積層効率を向上させるための新しいDNAインク粒を設計した。DNAインク粒が形成する層構造の乱れを小さくするために、2層で積層のための土台となる層を形成するようにした。また、UV光でDNAインク粒を固着状態に変えるための仕組みを、より安定な層構造が形成できるように変更した。これらの改良の結果、DNAインク粒の積層効率が顕著に向上した。
以上のように、本研究により、積層造形法の原理に基づくナノスケール三次元構造体構築の基盤として最も重要な、DNAインク粒を開発することができた。今後、積層段数を数百回にまで増やし、どの程度の高さの構造体が構築できるかを明らかにしていきたい。
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