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2010 年度 実績報告書

DNAナノエンジニアリングによる分子ロボティクスの創成

研究課題

研究課題/領域番号 22220001
研究種目

基盤研究(S)

研究機関東北大学

研究代表者

村田 智  東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (10334533)

研究分担者 藤本 健造  北陸先端科学技術大学院大学, マテリアルサイエンス研究科, 教授 (90293894)
葛谷 明紀  東京大学, 大学院・工学研究科, 助教 (00456154)
瀧ノ上 正浩  東京大学, 生産技術研究所, 特任助教 (20511249)
関山 浩介  名古屋大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (40293675)
野村 慎一郎  京都大学, 物質-細胞統合システム拠点, 特定研究員 (50372446)
キーワードDNAナノエンジニアリング / 分子ロボティクス / コンパートメント / 自己集合 / 人工光クロスリンク / DNAオリガミ / リポソーム / インターフェース
研究概要

コンパートメント作製のため,コロイド理論等をもちいて基板面上へのDNAモチーフの自己集積プロセスのシミュレーションモデルを構築し,コンパートメント作製プロセスの最適化について見通しを得ることができた(村田).また,耐熱性を光制御できるDNAナノ構造体を用いたコンパートメント作製を目的とし、人工光クロスリンク分子シアノビニルカルバゾール(^<CNV>K)を用いた可逆的光架橋反応を基礎としたDNAタイル作製に着手した(藤本).さらに,DNA分子やRNA分子を制御通信分子としたインターフェース実装を想定し,DNA情報ならびにRNA情報を位置選択的に補足し90%以上の効率で塩基情報を変換する手法の開発も行った(藤本).DNAコンパートメント作製のテンプレートになる,マイクロサイズの均一径アルギン酸ゲルビーズの大量作製手法を開発した(瀧ノ上).
インターフェース実装を目的として,DNAオリガミに基づくチャネル構造のうち,主たる駆動部分となるハッチ構造(どんでん返しチャネル)の制動を検討するため,一軸を中心に可動するDNAオリガミ構造体を作成し,その機能評価を行った(葛谷).葛谷,村田提供のDNAオリガミ・タイルとリン脂質表面のリン酸基に対する2価カチオンの架橋的吸着に着目して,チャネルとなるDNAナノ構造を脂質二分子膜表面に吸着させる手法の検討を行った(野村).また,リポソームにチャネル膜タンパク質(バクテリオロドプシン)を導入し,その光応答プロトンポンプ活性を用いたリポソームの変形能を見出した(野村).分子ロボット制御の基礎理論として,DNA計算に基づいた2者間相互作用モデルをPetri Netでモデル化し,反応プロセスの閉ループ系を可視化しシミュレーションにより検証した(関山).

  • 研究成果

    (38件)

すべて 2011 2010

すべて 雑誌論文 (11件) (うち査読あり 11件) 学会発表 (23件) 図書 (2件) 産業財産権 (2件)

  • [雑誌論文] PROPELLING MICROOBJECTS USING A STATIONARY DC VOLTAGE2011

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Takinoue
    • 雑誌名

      Proceedings of The 24th International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS2011)

      ページ: 1177-1180

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fusion and fission control of picoliter-sized microdroplets for changing the solution concentration of microreactors2011

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Takinoue
    • 雑誌名

      Small

      巻: 6 ページ: 2374-2377

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Site-Specific Photochemical RNA Editing2010

    • 著者名/発表者名
      Kenzo Fujimoto, Kaoru Konishi-Hiratsuka, Takashi Sakamoto, Yoshinaga Yoshimura
    • 雑誌名

      Chemical Communications

      巻: 46 ページ: 7545-7548

    • 査読あり
  • [雑誌論文] The Site-Specific Cytosine to the Uracil Transition Using Reversible DNA Photocrosslinking2010

    • 著者名/発表者名
      Kenzo Fujimoto, Takashi Sakamoto, Kaoru Konishi-Hiratsuka, Yoshinaga Yoshimura
    • 雑誌名

      ChemBioChem

      巻: 11 ページ: 1661-1664

    • 査読あり
  • [雑誌論文] SOLUTION CONCENTRATION CHANGE OF PICOLITER-SIZED MICRODROPLET REACTORS2010

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Takinoue
    • 雑誌名

      Proceedings of The 14th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (microTAS 2010)

      ページ: 1829-1831

    • 査読あり
  • [雑誌論文] DNAオリガミ2010

    • 著者名/発表者名
      葛谷明紀
    • 雑誌名

      日本ロボット学会誌(特集「分子ロボティクス」)

      巻: 28-10 ページ: 7-9

    • 査読あり
  • [雑誌論文] DNAタイル2010

    • 著者名/発表者名
      村田智, 浜田省吾
    • 雑誌名

      日本ロボット学会誌(特集「分子ロボティクス」)

      巻: 28-10 ページ: 10-13

    • 査読あり
  • [雑誌論文] リポソーム/細胞間の分子通信2010

    • 著者名/発表者名
      野村慎一郎・森谷優貴・秋吉一成
    • 雑誌名

      日本ロボット学会誌(特集「分子ロボティクス」)

      巻: 28-10 ページ: 28-29

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Direct integration of cell-free synthesized connexin-43 into liposomes utilizing chaperone-like function of liposomes2010

    • 著者名/発表者名
      Y.Moritani, S.-i.M.Nomura, I.Morita, K.Akiyoshi
    • 雑誌名

      FEBS Journal

      巻: 277 ページ: 3343-3352

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A micro-channel-well system for culture and differentiation of embryonic stem cells on different types of substrate2010

    • 著者名/発表者名
      L.Liu, C.Luo, X.Ni, L.Wang, K.Yamauchi, S.-i.M.Nomura, N.Nakatsuji, Y.Chen
    • 雑誌名

      Biomed.Microdev

      巻: 12 ページ: 505-511

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Degassing-Assisted Patterning of Cell Culture Surfaces2010

    • 著者名/発表者名
      C.Luo, X.Ni, L.Liu, S.-i.M.Nomura, Y.Chen
    • 雑誌名

      Biotech & Bioengin

      巻: 105 ページ: 854-859

    • 査読あり
  • [学会発表] Solution Concentration Change Of Picoliter-sized Microdroplet Reactors2011

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Takinoue
    • 学会等名
      The 14th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences
    • 発表場所
      オランダ・グローニンゲン
    • 年月日
      20111003-20111007
  • [学会発表] 融合分裂を利用したリン脂質ベースの細胞サイズ油中水滴のダイナミック濃度変換2011

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Takinoue
    • 学会等名
      日本生物物理学会第48回年会
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      20110920-20110922
  • [学会発表] Propelling Microobjects Using A Stationary DC Voltage2011

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Takinoue
    • 学会等名
      The 24th International Conference on Micro Electro Mechanical Systems
    • 発表場所
      メキシコ・カンクン
    • 年月日
      20110123-20110127
  • [学会発表] DNA NanoEngineering toward Molecular Robotics2011

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Murata
    • 学会等名
      International Symposium on Engineering Neo-Biomimetics II-Soft Nanomaterials and Soft Robotics-
    • 発表場所
      産業技術総合研究所(つくば)(招待講演)
    • 年月日
      2011-02-26
  • [学会発表] 遺伝子発現により機能化する巨大リポソーム群の構築と解析2010

    • 著者名/発表者名
      藤原慶, 野村M.慎一郎
    • 学会等名
      第33回分子生物学会
    • 発表場所
      神戸ポートアイランド
    • 年月日
      20101207-20101210
  • [学会発表] 生命の非平衡性・自律性と細胞サイズ反応系2010

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Takinoue
    • 学会等名
      「細胞を創る」研究会3.0
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      20101112-20101113
  • [学会発表] Gene expressible cell models : based on giant phospholipid vesicles2010

    • 著者名/発表者名
      NOMURA M.Shin-ichiro, K.Fujiwara, Y.Chen
    • 学会等名
      4th Annual Symposium on nanobiotechnology
    • 発表場所
      ルートヴィヒ・マクシミリアン大学,ドイツ・ミュンヘン
    • 年月日
      20101005-20101007
  • [学会発表] 哺乳細胞小器官群を内包する巨大リポソームの構成2010

    • 著者名/発表者名
      野村M.慎一郎, 青井啓太, 藤原慶
    • 学会等名
      第5回無細胞生命科学研究会
    • 発表場所
      岡山大学
    • 年月日
      20100929-20100930
  • [学会発表] より細胞内に近い細胞抽出液の作製2010

    • 著者名/発表者名
      藤原慶, 野村M.慎一郎
    • 学会等名
      第5回無細胞生命科学研究会
    • 発表場所
      岡山大学
    • 年月日
      20100929-20100930
  • [学会発表] Microdevices for artificial cell models based on liposomes2010

    • 著者名/発表者名
      NOMURA M.Shin-ichiro
    • 学会等名
      第48回日本生物物理学会
    • 発表場所
      東北大学
    • 年月日
      20100920-20100922
  • [学会発表] Phenotypic behaviors of giant liposomes containing bacterial cell extracts and chromosomal DNA2010

    • 著者名/発表者名
      FUJIWARA Kei, NOMURA M.Shin-ichiro
    • 学会等名
      第48回日本生物物理学会
    • 発表場所
      東北大学
    • 年月日
      20100920-20100922
  • [学会発表] DNA分子設計による分子機械システムの構築2010

    • 著者名/発表者名
      村田智
    • 学会等名
      北陸先端科学技術大学院大学マテリアルサイエンス研究科セミナー
    • 発表場所
      北陸先端科学技術大学院大学(能美市)(招待講演)
    • 年月日
      2010-12-10
  • [学会発表] An artificial cell model with light-induced membrane transformation2010

    • 著者名/発表者名
      S.-i.M.Nomura
    • 学会等名
      SSI2010
    • 発表場所
      京都キャンパスプラザ
    • 年月日
      2010-11-24
  • [学会発表] 分子ロボティクス事始2010

    • 著者名/発表者名
      村田智
    • 学会等名
      「細胞を創る」研究会3.0
    • 発表場所
      東京大学生産技術研究所(駒場)(招待講演)
    • 年月日
      2010-11-13
  • [学会発表] タンパク一分子を捕まえるDNAオリガミペンチ2010

    • 著者名/発表者名
      葛谷明紀
    • 学会等名
      分子ロボティクス研究会
    • 発表場所
      電気通信大学(調布)
    • 年月日
      2010-10-26
  • [学会発表] 細胞内小器官を内包した人工細胞モデルの構築2010

    • 著者名/発表者名
      青井啓太, 藤原慶, 野村M.慎一郎
    • 学会等名
      「細胞を創る」研究会3.0
    • 発表場所
      東京大学生産技術研究所
    • 年月日
      2010-10-11
  • [学会発表] 細胞抽出液を用いたバクテリア細胞の全再構成条件の探索2010

    • 著者名/発表者名
      藤原慶、野村M.慎一郎
    • 学会等名
      「細胞を創る」研究会3.0
    • 発表場所
      東京大学生産技術研究所
    • 年月日
      2010-10-11
  • [学会発表] Extending robotics to the molecular scale2010

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Murata
    • 学会等名
      InCoB'10/ CBI Workshop on Synthetic Biology, Molecular Robotics and Translational Bioinformatics
    • 発表場所
      早稲田大学国際会議場(早稲田)(招待講演)
    • 年月日
      2010-09-28
  • [学会発表] Biophysical approach to cell-sized molecular robots2010

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Takinoue
    • 学会等名
      International Conference on Bioinformatics (InCoB)
    • 発表場所
      東京(招待講演)
    • 年月日
      2010-09-28
  • [学会発表] DNAナノ構造の基板成長メカニズム2010

    • 著者名/発表者名
      浜田省吾
    • 学会等名
      分子ロボティクス研究会
    • 発表場所
      東北大学(仙台)
    • 年月日
      2010-09-23
  • [学会発表] 遺伝子発現により機能化するリポソーム群の構築と解析2010

    • 著者名/発表者名
      野村M.慎一郎, 藤原慶, 青井啓太, 陳勇
    • 学会等名
      第59回高分子討論会
    • 発表場所
      北海道大学
    • 年月日
      2010-09-15
  • [学会発表] DNAナノテクノロジーから分子ロボティクスへ2010

    • 著者名/発表者名
      村田智
    • 学会等名
      第28回社会的知能発生学研究会
    • 発表場所
      作並温泉岩松旅館(仙台市)(招待講演)
    • 年月日
      2010-08-21
  • [学会発表] DNAナノ構造の自己組織化2010

    • 著者名/発表者名
      村田智
    • 学会等名
      応用物理学会応用電子物性分科会「自己組織化技術の探求-分子エレクトロニクス集積化のために-」
    • 発表場所
      首都大学東京サテライトキャンパス(秋葉原)(招待講演)
    • 年月日
      2010-07-26
  • [図書] かたち・機能のデザイン事典(「DNAタイル・DNAオリガミ」の項)2010

    • 著者名/発表者名
      村田智
    • 総ページ数
      388-389
    • 出版者
      丸善
  • [図書] "Construction of an In Vitro Model of a Living Cellular System", in "The Minimal Cell : The Biophysics of Cell Compartment and the Origin of Cell Functionality"(eds.P.L.Luisi, P.Stano)2010

    • 著者名/発表者名
      K.Yoshikawa, S.M.Nomura, K.Tsumoto, K.Takiguchi
    • 総ページ数
      3343-3352
    • 出版者
      Springer
  • [産業財産権] 液体ゲル化装置及び液体ゲル化方法2011

    • 発明者名
      竹内昌治, 他
    • 権利者名
      東京大学
    • 産業財産権番号
      特願2011-041487
    • 出願年月日
      2011-02-28
  • [産業財産権] リポソームの製造方法2011

    • 発明者名
      野村慎一郎
    • 権利者名
      科学技術振興事業団・京都大学
    • 産業財産権番号
      特願2010-10850
    • 出願年月日
      2011-05-10

URL: 

公開日: 2013-06-26  

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