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2017 年度 実績報告書

DNAナノ構造のマイクロ界面制御によるプログラマブルで動的な細胞型分子ロボット

研究課題

研究課題/領域番号 16K12521
研究機関東京工業大学

研究代表者

瀧ノ上 正浩  東京工業大学, 情報理工学院, 准教授 (20511249)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2018-03-31
キーワード分子ロボット / DNAナノテクノロジー / 自己組織化 / 人工細胞 / ピッカリングエマルション / 油中水滴 / カプセル / マイクロ流路
研究実績の概要

本研究では,DNAナノ構造によるボトムアップ型の分子機能制御とマイクロ流体工学によるトップダウン型の流体界面制御により,機能性のDNA分子ナノデバイスをマイクロスケールに自己組織化させた「プログラマブルで動的な細胞型分子ロボット」の創製と制御を目指した研究を行った.
初年度の研究の結果,DNAオリガミ技術によって構築したDNAナノプレートを構築してAFM観察・電気泳動観察等によって物理化学特性の検証ができた.作製したDNAナノプレートに疎水性分子コレステロールを結合させてDNAナノプレートの両親媒性化にも成功した.両親媒性のDNAナノプレートの作製と比較的高効率な回収手法の確立に成功し,それを用いて,油中水滴を安定化させることができることを実証した.また,両親媒性化のために利用しているコレステロール分子数に依存して定量的に両親媒性の強さが増すことも確認した.さらに,界面に集積しているDNAナノプレートの界面上での動きやすさを,蛍光退色後回復測定法により調べ,しっかりと界面に集積していることも分かった.
最終年度である今年度は,細胞型分子ロボットへの動的な挙動の付与を検討した.具体的には,外界の光や分子をセンシングする分子システムを膜に付与することを検討した.光の刺激によって,膜を構成する分子の構造が変わる分子を導入し,反応性があることを電気泳動等により確かめた.また,膜にナノスケールの孔を形成できるDNA構造を混ぜることで,ナノスケールの孔の機能を実現した.孔の機能を調べるため,電気計測を行い,実際に孔が開いていること,また,孔の大きさが10 nm程度であることを確認できた.
以上,期間全体を通じた研究により,プログラマブルに,動的な機能をもつ細胞型分子ロボットを構築する基礎技術ができたと考えられる.

  • 研究成果

    (38件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (34件) (うち国際学会 9件、 招待講演 7件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] 骨格で支えられた頑丈な人工細胞-DNAナノテクノロジーによる精密設計2018

    • 著者名/発表者名
      黒川知加子, 柳澤実穂, 瀧ノ上正浩
    • 雑誌名

      月刊化学

      巻: vol.73 ページ: pp.40-43

  • [雑誌論文] Formation of DNA micro-skeleton structures in water-in-oil microdroplets2017

    • 著者名/発表者名
      Masamune Morita, Shin-ichiro M. Nomura, Satoshi Murata, Miho Yanagisawa, Masahiro Takinoue
    • 雑誌名

      Proc. microTAS

      巻: - ページ: pp.159-160

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 生体内で働く分子ロボットの実現へ:情報媒体としてのDNA分子とDNAコンピューティング2017

    • 著者名/発表者名
      瀧ノ上正浩
    • 雑誌名

      情報管理(JST)

      巻: vol. 60 ページ: pp. 629-640

    • オープンアクセス
  • [学会発表] Artificial cell construction based on micro-scale control of bio soft matter2018

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Takinoue
    • 学会等名
      Mini Workshop: New Frontiers of Supramolecular Chemistry in Non-equilibrium Systems
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] RNA 転写可能な DNA マイクロ構造体の構築2018

    • 著者名/発表者名
      渡邉理佐, 森田雅宗, 柳澤実穂, 瀧ノ上正浩
    • 学会等名
      第1回分子ロボティクス年次大会
  • [学会発表] 統合情報理論に基づく意識を持つDNA反応ネットワークの構築2018

    • 著者名/発表者名
      渡邉弘貴, 川野竜司, 瀧ノ上正浩
    • 学会等名
      第1回分子ロボティクス年次大会
  • [学会発表] 光によるDNAマイクロゲルの構造制御2018

    • 著者名/発表者名
      笠原悠, 渡邉理佐, 瀧ノ上正浩
    • 学会等名
      第1回分子ロボティクス年次大会
  • [学会発表] Reverse micelle charging on particle control and soft microrobot actuation2018

    • 著者名/発表者名
      Marcos Masukawa, Masayuki Hayakawa, Masahiro Takinoue
    • 学会等名
      第1回分子ロボティクス年次大会
  • [学会発表] 光応答性DNAオリガミの導入による細胞型分子ロボットの機能構築と解析2018

    • 著者名/発表者名
      土屋美恵, 石川大輔, 川野竜司, 瀧ノ上正浩
    • 学会等名
      第1回分子ロボティクス年次大会
  • [学会発表] RNA 転写可能な DNAマイクロゲル構造体の構築2018

    • 著者名/発表者名
      渡邉理佐, 森田雅宗, 柳澤実穂, 瀧ノ上正浩
    • 学会等名
      第7回日本生物物理学会関東支部会
  • [学会発表] バイオソフトマターのナノ/マイクロ制御による人工細胞の構築2018

    • 著者名/発表者名
      瀧ノ上正浩
    • 学会等名
      産業技術総合研究所バイオメディカル研究部門・部門セミナー
    • 招待講演
  • [学会発表] マイクロ液滴界面を利用した RNAを発現するDNA マイクロ構造体の構築2017

    • 著者名/発表者名
      渡邉理佐, 森田雅宗, 柳澤実穂, 瀧ノ上正浩
    • 学会等名
      化学とマイクロ・ナノシステム学会 第35回研究会(35th CHEMINAS)
  • [学会発表] 両親媒性DNA オリガミによるマイクロ油中水滴の画像解析による定量的安定性評価2017

    • 著者名/発表者名
      土屋美恵, 石川大輔, 鈴木勇輝, 遠藤政幸, 瀧ノ上正浩
    • 学会等名
      化学とマイクロ・ナノシステム学会 第35回研究会(CHEMINAS35)
  • [学会発表] Generation of higher-order self-assembled DNA microstructures inside water-in-oil microdroplets2017

    • 著者名/発表者名
      Masamune Morita, Shin-ichiro M. Nomura, Satoshi Murata, Miho Yanagisawa, Masahiro Takinoue
    • 学会等名
      19th IUPAB congress and 11th EBSA congress
    • 国際学会
  • [学会発表] DNA ゲルマイクロカプセルのマイクロパターン形成の物理と分子ロボット工学への応用2017

    • 著者名/発表者名
      瀧ノ上正浩
    • 学会等名
      第78回応用物理学会 秋季学術講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] Formation of DNA microcapsules and application to cell-like molecular robots2017

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Takinoue
    • 学会等名
      2nd Japan-Korea International Symposium on Cyborgnics: Integration between cell and electronics
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Construction of artificial cell nuclei with RNA transcription capability using a microdroplet interface2017

    • 著者名/発表者名
      Risa Watanabe, Masamune Morita, Miho Yanagisawa, Masahiro Takinoue
    • 学会等名
      第55回日本生物物理学会年会
  • [学会発表] Surfactant role on microbead manipulation by saw-tooth shaped electrode2017

    • 著者名/発表者名
      Marcos Masukawa, Masahiro Takinoue
    • 学会等名
      第55回日本生物物理学会年会
  • [学会発表] 人工細胞でのDNA論理回路を用いた最小限の意識を生み出すオートマトン (Automata that generates minimum consciousness using DNA logic circuits in artificial cells)2017

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Watanabe, Ryuji Kawano, Masahiro Takinoue
    • 学会等名
      第55回日本生物物理学会年会
  • [学会発表] DNA分子ロボットのためのマイクロドロップレットの機械的安定性評価 (Evaluation of mechanical stability of microdroplet-based DNA molecular robots.)2017

    • 著者名/発表者名
      Misato Tsuchiya, Daisuke Ishikawa, Yuki Suzuki, Masayuki Endo, Masahiro Takinoue
    • 学会等名
      第55回日本生物物理学会年会
  • [学会発表] マイクロ液滴界面上での相分離による人工細胞核の形成のDNAユニット依存性の解析(Analyses of DNA unit dependence of artificial cell nuclei formed by phase separation on microdroplet interface)2017

    • 著者名/発表者名
      Yu Kasahara, Risa Watanabe, Masahiro Takinoue
    • 学会等名
      第55回日本生物物理学会年会
  • [学会発表] Surfactant role on microbead manipulation by saw-tooth electrode2017

    • 著者名/発表者名
      Marcos Masukawa, Masayuki Hayakawa, Masahiro Takinoue
    • 学会等名
      2nd Japan-Korea International Symposium on Cyborgnics: Integration between cell and electronics
    • 国際学会
  • [学会発表] Automata that generates minimum consciousness using DNA logic circuits in artificial cells2017

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Watanabe, Ryuji Kawano, Masahiro Takinoue
    • 学会等名
      2nd Japan-Korea International Symposium on Cyborgnics: Integration between cell and electronics
    • 国際学会
  • [学会発表] Evaluation of mechanical stability of DNA molecular robots2017

    • 著者名/発表者名
      Misato Tsuchiya, Daisuke Ishikawa, Yuki Suzuki, Masayuki Endo, Masahiro Takinoue
    • 学会等名
      2nd Japan-Korea International Symposium on Cyborgnics: Integration between cell and electronics
    • 国際学会
  • [学会発表] Construction of artificial cell nuclei with RNA transcription capability using a microdroplet interface2017

    • 著者名/発表者名
      Risa Watanabe, Masamune Morita, Miho Yanagisawa, Masahiro Takinoue
    • 学会等名
      2nd Japan-Korea International Symposium on Cyborgnics: Integration between cell and electronics
    • 国際学会
  • [学会発表] Analyses of DNA unit dependence of artificial cell nuclei formed by phase separation on microdroplet interface2017

    • 著者名/発表者名
      Yu Kasahara, Risa Watanabe, Masahiro Takinoue
    • 学会等名
      2nd Japan-Korea International Symposium on Cyborgnics: Integration between cell and electronics
    • 国際学会
  • [学会発表] Electrical actuators for apolar media microfluidics2017

    • 著者名/発表者名
      マスカワマルクス, 瀧ノ上正浩
    • 学会等名
      化学とマイクロ・ナノシステム学会 第35回研究会(35th CHEMINAS)
  • [学会発表] マイクロ液滴界面を利用した RNA転写可能なDNA マイクロ構造体の構築2017

    • 著者名/発表者名
      渡邉理佐, 森田雅宗, 柳澤実穂, 瀧ノ上正浩
    • 学会等名
      「細胞を創る」研究会 10.0
  • [学会発表] Formation of DNA micro-skeleton structures in water-in-oil microdroplets2017

    • 著者名/発表者名
      Masamune Morita, Shin-ichiro M. Nomura, Satoshi Murata, Miho Yanagisawa, Masahiro Takinoue
    • 学会等名
      The 21th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (microTAS2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] マイクロ液滴界面を利用した RNA 転写可能なDNA ゲルマイクロ構造体の構築2017

    • 著者名/発表者名
      渡邉理佐, 森田雅宗, 柳澤実穂, 瀧ノ上正浩
    • 学会等名
      第4回サイボウニクス研究会
  • [学会発表] DNAオリガミによる細胞型分子ロボットの光応答機能の構築と解析2017

    • 著者名/発表者名
      土屋美恵, 石川大輔, 瀧ノ上正浩
    • 学会等名
      第4回サイボウニクス研究会
  • [学会発表] マイクロ液滴界面上でのDNAマイクロ構造体形成のsticky-end依存性の解析2017

    • 著者名/発表者名
      笠原悠, 渡邉理佐, 森田雅宗, 瀧ノ上正浩
    • 学会等名
      第4回サイボウニクス研究会
  • [学会発表] DNA論理回路を用いたIITにおける最小意識を生み出すネットワークの設計と解析2017

    • 著者名/発表者名
      渡邉弘貴, 川野竜司, 瀧ノ上正浩
    • 学会等名
      第4回サイボウニクス研究会
  • [学会発表] Electric manipulation of microbeads with charged reverse micelles2017

    • 著者名/発表者名
      Marcos Masukawa, Masayuki Hayakawa, Masahiro Takinoue
    • 学会等名
      第4回サイボウニクス研究会
  • [学会発表] 細胞サイズの液滴界面でのDNAゲルの自己組織化とミクロ相分離2017

    • 著者名/発表者名
      瀧ノ上正浩
    • 学会等名
      2017年度 生命科学系学会合同年次大会 (ConBio2017)
    • 招待講演
  • [学会発表] アクティブマテリアル研究としての人工細胞・分子ロボットの構築2017

    • 著者名/発表者名
      瀧ノ上正浩
    • 学会等名
      SMACTIVEマテリアルシンポジウム
    • 招待講演
  • [学会発表] 温度冷却過程で油中水滴界面上で生成されるDNAマイクロスケルトン構造2017

    • 著者名/発表者名
      瀧ノ上正浩
    • 学会等名
      Biothermology Workshop
    • 招待講演
  • [備考] 瀧ノ上研究室ホームページ

    • URL

      http://www.takinoue-lab.jp/

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公開日: 2018-12-17  

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