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2023 年度 実績報告書

時空間分子プログラミングの新展開

研究課題

研究課題/領域番号 20H00618
研究機関東北大学

研究代表者

村田 智  東北大学, 工学研究科, 教授 (10334533)

研究分担者 川又 生吹  京都大学, 理学研究科, 准教授 (30733977)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2025-03-31
キーワード時空間分子プログラミング / DNAコンピューティング / 反応拡散系
研究実績の概要

本研究では,(1)時空間分子プログラミングに適した反応系の設計,(2)形成したパターンの物質化,(3)シミュレーションモデルの構築の3つを研究目的としている.
今年度,(1)の時空間プログラミングに適した反応系の設計,および(2)の形成したパターンの物質化については,ゾル中の反応拡散パターン形成実験を行い,波打ちや霧散などの特徴的な動的パターンの生成条件を絞り込むと同時に,生成された動的パターンの物性測定に取組んだ.また,新たな試みとして反応場中のDNA分子に電場を印加することにより積極的にパターンを形成する手法の開発に着手した.これまでに,予備的な流路形状の設計,泳動条件の検討,反応系の設計などを行い,スケーラブルなシステム構築が可能であるという感触を得ている.(3)のシミュレーションモデルの構築については,前述の電場駆動反応拡散場のスケーラブルな拡張可能性について数理的な検討を行った.

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

動的パターンの形成現象について,さまざまな観点からの評価を勧めるとともに,より積極的なパターン形成の方法として電場駆動の検討に着手し,スケーラブルな反応系構築に向けた手掛かりを得ることができたため.

今後の研究の推進方策

動的なパターン現象について,今後は,マイクロビーズなどの微粒子を系に混入することで,より精密な計測を行い,反応,拡散および移流のそれぞれの効果について定量的に評価し,動的反応拡散現象のモデル化に取り組む.また,能動的に動くエージェント,例えば電場駆動ヤヌス粒子や分子モーターなどをゲル中に封入し,その挙動をDNAによってプログラムし制御する方法の開発にも取り組む.あわせて,電場駆動反応拡散系の実証を目指し,複数の反応槽での反応拡散生成物をマイクロ流路により分離統合した反応拡散システムを構築する技術の開発に取り組む.

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 3件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 6件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件) 図書 (2件)

  • [国際共同研究] ソルボンヌ大学(Jean Perrin Laboratory)(フランス)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      ソルボンヌ大学(Jean Perrin Laboratory)
  • [雑誌論文] Liquid DNA Coacervates form Porous Capsular Hydrogels via Viscoelastic Phase Separation on Microdroplet Interface2024

    • 著者名/発表者名
      Morita Masamune、Sakamoto Tetsuro、Nomura Shin‐ichiro M.、Murata Satoshi、Yanagisawa Miho、Takinoue Masahiro
    • 雑誌名

      Advanced Materials Interfaces

      巻: NA ページ: NA

    • DOI

      10.1002/admi.202300898

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Non-catalytic role of phosphoinositide 3-kinase in mesenchymal cell migration through non-canonical induction of p85β/AP2-mediated endocytosis2024

    • 著者名/発表者名
      Matsubayashi Hideaki T.、Mountain Jack、Takahashi Nozomi、Deb Roy Abhijit、Yao Tony、Peterson Amy F.、Saez Gonzalez Cristian、Kawamata Ibuki、Inoue Takanari
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 15 ページ: 1-16

    • DOI

      10.1038/s41467-024-46855-y

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Multi-Reconfigurable DNA Origami Nanolattice Driven by the Combination of Orthogonal Signals2023

    • 著者名/発表者名
      Watanabe Kotaro、Kawamata Ibuki、Murata Satoshi、Suzuki Yuki
    • 雑誌名

      JACS Au

      巻: 3 ページ: 1435~1442

    • DOI

      10.1021/jacsau.3c00091

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] From Molecular Robotics to Molecular Cybernetics: The First Step Toward Chemical Artificial Intelligence2023

    • 著者名/発表者名
      Kuzuya Akinori、Nomura Shin-Ichiro M.、Toyota Taro、Nakakuki Takashi、Murata Satoshi
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Molecular, Biological and Multi-Scale Communications

      巻: 9 ページ: 354~363

    • DOI

      10.1109/TMBMC.2023.3304243

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Chemo-mechanical forces modulate the topology dynamics of mesoscale DNA assemblies2023

    • 著者名/発表者名
      Karna Deepak、Mano Eriko、Ji Jiahao、Kawamata Ibuki、Suzuki Yuki、Mao Hanbin
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 14 ページ: 1-12

    • DOI

      10.1038/s41467-023-41604-z

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Collective Cargo Transport and Sorting with Molecular Swarms2023

    • 著者名/発表者名
      Aubert-Kato Nathanael、Nitschke Geoff、Kawamata Ibuki、Kakugo Akira
    • 雑誌名

      ALIFE 2023: Ghost in the Machine: Proceedings of the 2023 Artificial Life Conference

      巻: NA ページ: 593--601

    • DOI

      10.1162/isal_a_00593

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Autonomous control of assembling and disassembling of microtubules by DNA2024

    • 著者名/発表者名
      Ibuki Kawamata
    • 学会等名
      Seminar at The Institute of Intelligent Systems and Robotics (ISIR), Paris, France
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 分子ロボティクス2023

    • 著者名/発表者名
      川又生吹
    • 学会等名
      CBI学会2023大会  口頭発表 O08
  • [学会発表] 人工生体分子で脂質膜間通信を目指す2023

    • 著者名/発表者名
      川又生吹, 佐藤 佑介, 小宮 健, 多田隈 尚史, 豊田 太郎
    • 学会等名
      CBI学会2023大会 フォーカストセッション FS07
  • [図書] Visions of DNA Nanotechnology at 40 for the Next 40: A Tribute to Nadrian C. Seeman2023

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Murata (Editors: Natasha Jonoska, Erik Winfree)
    • 総ページ数
      431
    • 出版者
      Springer
    • ISBN
      978-981-19-9890-4
  • [図書] 実験の自動化・自律化によるR&Dの効率化と運用方法 -AI、ロボット技術、ChatGPT、MI、ベイズ最適化、秘密計算など-2023

    • 著者名/発表者名
      川又生吹, 清水 稜, Richard J. Archer, 野村 M. 慎一郎(第10章5節)
    • 総ページ数
      545
    • 出版者
      技術情報協会
    • ISBN
      978-4-86104-994-1

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公開日: 2024-12-25  

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