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2019 年度 実績報告書

DNA修飾ナノ粒子の高品質単結晶成長法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 19H02555
研究機関名古屋大学

研究代表者

田川 美穂  名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 准教授 (40512330)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2024-03-31
キーワードDNA / ナノ粒子 / コロイド結晶成長 / X線小角散乱 / 機能性ナノ材料
研究実績の概要

DNA修飾ナノ粒子(DNA-NP)の高品質単結晶作製に取り組んだ。手法としては、申請書に記載のH31年度課題の通り、「種結晶を用いた結晶成長法」に取り組んだ。DNA-NP分散溶液から予めDNA-NP超格子結晶を結晶成長させて、電子顕微鏡及びX線小角散乱法により結晶サイズが最大で1μm程度であることを確認した種結晶(あるいは同条件で作成した種結晶)を用いた。DNA塩基配列及びナノ粒子表面に結合するDNAの被覆率により異なるDNA-NP超格子結晶の融解温度(Tm)も予めX線小角散乱法により測定しておき、Tm温度前後で一度ずつ温度を振って種結晶を結晶化溶液に浸漬させた。また、種結晶を浸漬して二段階で結晶成長させるDNA-NP分散溶液のDNA-NP濃度、塩濃度も変えて最適条件を模索した。電子顕微鏡による解析結果では、種結晶浸漬温度により二段階成長後の結晶サイズが大きく変わることが確認された。X線小角散乱法により確認した融解温度よりも一度程度低い温度で浸漬した種結晶が最も大きく成長した。二段階目の結晶成長溶液の組成(DNA-NP濃度、塩濃度)に関しては、ある程度の最適条件は見出しつつあるものの、浸漬温度を含めそれぞれの条件が相互に関係しているため、今後より精査して行く。

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

結晶化温度や種結晶浸漬温度、結晶化溶液の組成(DNA-NP濃度、塩濃度、緩衝溶液)等の条件はそれぞれ相互に関係しており、すべての条件を考慮した上で最適な結晶化条件を見出さなければならないことがわかってきた。当初考えていた以上に複雑であり、課題も増えてきたが、着実に結晶化条件最適化へ向かっているため、おおむね順調に進展していると言える。

今後の研究の推進方策

高品質単結晶作製には、結晶化溶液の組成や温度シーケンスのみならず、重力の影響も考えなければならないことがわかってきた。結晶成長の過程でDNA-NP超格子がチューブの底に沈んでしまい、成長が阻害されていることが考えられる。今後は、結晶化溶液の組成や温度シーケンスの最適化と並行して、微小重力下における実験も推進する予定である。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2019

すべて 学会発表 (6件) (うち国際学会 4件、 招待講演 1件) 産業財産権 (1件)

  • [学会発表] THE OPTIMUM DESIGN OF DNA-GUIDED NANOPARTICLE SUPERLATTICES FOR DIRECT DEHYDRATION2019

    • 著者名/発表者名
      H. Sumi, T. Isogai, S. Kojima, N. Ohta, H. Sekiguchi, S. Harada, T. Ujihara, M. Tagawa
    • 学会等名
      the 19th International Conference on Crystal Growth and Epitaxy (ICCGE-19)
    • 国際学会
  • [学会発表] DNA-guided crystallization of nanoparticles: optimization of crystallization conditions and structure analysis2019

    • 著者名/発表者名
      Miho Tagawa, Shoko Kojima, Hayato Sumi, Noboru Ohta, Hiroshi Sekiguchi, Shunta Harada, Toru Ujihara
    • 学会等名
      International Conference on Materials and Systems for Sustainability (ICMaSS) 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Structural stability analysis of DNA-guided nanoparticle superlattice by direct dehydration2019

    • 著者名/発表者名
      Hayato Sumi, Noboru Ohta, Hiroshi Sekiguchi, Shunta Harada, Toru Ujihara, Miho Tagawa
    • 学会等名
      International Conference on Materials and Systems for Sustainability (ICMaSS) 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Effect of polyethylene glycol induced depletionattraction on DNA-functionalized nanoparticle crystalization2019

    • 著者名/発表者名
      Shoko Kojima, Hayato Sumi, Noboru Ohta, Hiroshi Sekiguchi, Shunta Harada, Toru Ujihara,Miho Tagawa
    • 学会等名
      Okinawa Colloids 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] X線小角散乱法と回転結晶法を用いたコロイド単結晶中 の格子乱れの解析2019

    • 著者名/発表者名
      鷲見 隼人, 太田 昇, 関口 博史, 原田 俊太, 宇治原 徹, 田川 美穂
    • 学会等名
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] DNAガイドのナノ粒子結晶化:結晶化条件の最適化と構造解析2019

    • 著者名/発表者名
      田川 美穂、小島 憧子、鷲見 隼人、西部 愛里紗、磯貝 卓巳、横森 真麻、原田 俊太、宇治原 徹、塚本 勝男
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合(JpGU2019)
    • 招待講演
  • [産業財産権] ナノ粒子結晶及びその製造方法2019

    • 発明者名
      田川美穂、横森真麻
    • 権利者名
      名古屋大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2019-169737

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公開日: 2021-01-27  

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