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本研究では、DNA超分子構造体に電気伝導性の修飾を施し、電気的あるいは電気化学的な情報の読み出しが可能なDNA分子回路について検討する。DNA特有の分子認識機能を回路に組み込む工夫、DNAを1分子レベルで回路化する試みを通じて、新たなDNAデバイスに発展させてゆく。本年度の研究成果を以下に示す。
1.DNA自己組織化膜のAFMイメージングを利用したノンラベルアッセイ:AFMによるDNA自己組織化膜の構造観察の過程で、DNAに固有の立体構造の可視化を通じてターゲットDNAの検出が可能であることを初めて明らかにした。ここでは、ループ構造を持つ一本鎖DNAが、ターゲットDNAを認識してループ構造を解消し、新たに二重らせん構造になるコンホメーション変化を可視化することで遺伝子検出に応用した。
2.DNA自己組織化膜のAFMイメージングを利用したSNPアッセイ:上記の成果をSNP検出に応用した。即ち、ループ構造をとったDNAをテンプレートに用い、これにターゲットDNAのリガーゼ反応を組み合わせることで、ミスマッチDNAにのみループ構造から直鎖へのコンホメーション応答を示すSNPアッセイの開発に成功した。
3.DNA分岐構造からの自己組織化デンドリマー形成:3本のオリゴヌクレオチドが形成する分岐構造であるThree-Way Junction (TWJ) DNAを用いて、固体表面でのデンドリマー形成について検討した。その結果、TWJDNAが、自己組織的成長して、分子サイズ50nm程度の半球構造を与えることが分かった。このようなDNAデンドリマーの例は過去に報告がなく、Bottom-up型のDNAナノ材料として有望であると考えられた。さらに、線幅2μmのラインアンドスペース構造を持ったくし形電極と組み合わせ、DNAデンドリマーの電圧-電流特性を評価した。
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