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機能性分子システムを実現するために、実世界で動作するDNAナノマシンの構築手法を確立する本研究課題において、今年度はDNAポリメラーゼによる伸長反応で情報処理機能を実装するDNAナノマシンについて、多段階動作の実現に取り組んだ。高効率に動作する条件に関して昨年度までに得た知見にもとづいて生化学的な実験を行い、これまで難しかった三段階の動作を再現性良く行うことに成功した。このDNAナノマシンとともに分子システムを構成する動作指令用の反応についても検証を行い、指令シグナルとしての短鎖DNAを効率良く増幅生成することに成功し、その成果に関して学会での発表や論文公表を行った。
研究期間全体を通じて、異なる条件下で動作する複数のDNAナノマシン動作機構について検討し、シミュレーションと生化学実験を通じて設計した通りの動作特性を示すかどうかや、機能性分子システム構築の実現可能性を定量的に検証した。検証結果をフィードバックしてDNAナノマシンを再設計するサイクルを繰り返し、さらにDNAナノマシンを調整する手法から見直して検証を行うことで、最終的にDNAポリメラーゼを利用して高効率な動作を再現性良く行える動作機構を特定した。これにより、三段階以上の情報処理動作でより高度なパターン判別機能が実現できるようになるため、機能性分子システムの出力としての酵素反応を制御する知的デバイスの構築が可能となった。当初計画で想定していた温度バンドパスフィルタ特性以外の、有用な機能を示すDNAナノマシンの構築によって、今後はナノマシンどうしが協調して分子輸送などを実行する、機能性分子システムの創製に取り組む。
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