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2011 年度 実績報告書

プログラマブル・セルフ・アセンブルを用いたMEMSとナノ構造の融合プロセス

研究課題

研究課題/領域番号 22310081
研究機関京都大学

研究代表者

田畑 修  京都大学, 工学研究科, 教授 (20288624)

研究分担者 遠藤 政幸  京都大学, 物質-細胞統合システム拠点, 准教授 (70335389)
キーワードDNA / MEMS / NEMS / ナノ構造 / セルフアセンブル / 融合プロセス
研究概要

DNAナノ構造体を使ってプログラム可能な金粒子配列化の設計と構築を検討した。2次元ナノ構造体に長方形の空間を複数導入し、チオールを結合したDNAオリゴマーを介して、5nmの金ナノ粒子を固定化した。この方法では2次元のオリガミ醸造体に対して、縦、横、対角方向に自在に金粒子を配列することが可能となった。また、DNAオリガミ構造体の熱に対する安定性を改善するために、光架橋分子による分子内架橋を行った。この方法で、温度に対する安定性は大幅に改善され、この光架橋した複数のDNA構造体をプログラム通り配列化できることにも成功した。これらの金粒子の2次元ナノ構造体上での配列化とプログラムしたDNA構造体の配列化を組み合わせることで、金粒子の比較的大きな2次元平面上での自由な配置が可能である。
また,6本の二重鎖を束ねたバンドル構造を有する400nm長のDNAナノ構造体を作成し,軸上に14nmピッチで28個の金ナノ粒子(5nm~15nm)を固定化することに成功した.この構造を1次元にセルフアセンブルすることで,マイクロメートルオーダのプラズモン光導波路を実現できる目処がついた.
さらに溶液中でのDNAナノ構造体のセルフアセンブルプロセスにおける反応速度定数および逆反応速度定数の温度依存性を測定する手法を考案した.考案した手法を用いてπスタッキング力による結合およびリンカDNAのハイブリダイゼーションによる結合が支配するセルフアセンブルプロセスにおける反応速度定数および逆反応速度定数の温度依存性(20度~50度)を明らかにした.これより,これまで試行錯誤で行ってきたアニールプロセスをシミュレーションにより最適化することが可能となった.また,50度以上におけるDNAナノ構造体の安定性を高めることがセルフアセンブル収率の向上に重要であることを示した.

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

DNAナノ構造体を使ってプログラム可能な2次元ナノ構造体上での金粒子配列化に成功し、また、プログラムに従ったDNAナノ構造体の配列化,マイクロメートルスケールの1次元金ナノ粒子配列構造の実現,溶液中でのセルフアセンブルプロセスの速度論的な解明にも成功しているため。

今後の研究の推進方策

金粒子の2次元配列化とプログラムしたDNA構造体の配列化を構造上組み合わせ、より大きな金粒子の2次元平面上での自由な配置を実現する。また、アセンブルし配列された金粒子とDNAナノ構造体の機能評価を行う。さらに,溶液中に投入するリンカの種類によって結合するDNAナノ構造体のセルフアセンブルプロセスを制御するディレクティド・セルフ・アセンブルプロセスの実現可能性を検証する.またシリコン基板上でのDNAナノ構造体のディレクディド・セルフアセンブルの実現可能性検証も進める.

  • 研究成果

    (26件)

すべて 2012 2011

すべて 雑誌論文 (9件) (うち査読あり 9件) 学会発表 (17件)

  • [雑誌論文] Sequence-Selective Single-Molecule Alkylation with a Pyrrole-Imidazole Polyamide Visualized in a DNA Nanoscaffold2012

    • 著者名/発表者名
      do, G.Kashiwazaki, K.Hidaka, T.
    • 雑誌名

      J.Am.Chem.Soc.

      巻: 134 ページ: 4654-4660

    • DOI

      10.1021/ja209023u

    • 査読あり
  • [雑誌論文] ription Regulation System Mediated by Mechanical Operation of DNA Nanostr2012

    • 著者名/発表者名
      Miyazaki, T.Emura, K.Hidaka
    • 雑誌名

      J.Am.Chem.Soc.

      巻: 134 ページ: 2852-2855

    • DOI

      10.1021/ja2074856

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A DNA-based molecular motor that can navigate a network of tracks2012

    • 著者名/発表者名
      Katsuda, M.Endo, K.Hidaka, H
    • 雑誌名

      Nature Nanotechnology

      巻: 7 ページ: 169-173

    • DOI

      10.1038/NNANO.2011.253

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Single-Molecule Analysis Using DNA Origami2012

    • 著者名/発表者名
      A.Rajendran, M. Endo, H. Sugiyam
    • 雑誌名

      Angew.Chem.Int.Ed.

      巻: 51 ページ: 874-890

    • DOI

      10.1002/anie.201102113

    • 査読あり
  • [雑誌論文] ger proteins as adaptor for locating proteins at specific addresses of DN2012

    • 著者名/発表者名
      S.Kiyonaka, Y.Mori, Y.Katsuda
    • 雑誌名

      Angew.Chem.Int.Ed.

      巻: 51 ページ: 2421-2424

    • DOI

      10.1002/anie.201108199

    • 査読あり
  • [雑誌論文] DNA Origami : Synthesis and Self-Assembly2012

    • 著者名/発表者名
      A.Rajendran, M.Endo, H.Sugiyama
    • 雑誌名

      Current Protocols in Nucleic Acids Chem

      巻: 48 ページ: 2.9.1-12.9.18

    • DOI

      10.1002/0471142700.ncl209s48

    • 査読あり
  • [雑誌論文] thermal stability of DNA origami structures and its application for high2011

    • 著者名/発表者名
      endran, M.Endo, K.Hidaka, H.Su
    • 雑誌名

      J.Am.Chem.Soc.

      巻: 133 ページ: 14488-14491

    • DOI

      10.1021/ja204546h

    • 査読あり
  • [雑誌論文] grammed placement of gold nanoparticles onto a slit-type DNA origami scaf2011

    • 著者名/発表者名
      Y.Yang, T.Emura, K.Hidaka, H.
    • 雑誌名

      Chem.Commun.

      巻: 47 ページ: 10743-10745

    • DOI

      10.1039/C1CC13984C

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Recent Progress of DNA origami technology2011

    • 著者名/発表者名
      M.Endo, H.Sugiyama
    • 雑誌名

      Current Protocols in Nucleic Acids Chem

      巻: 45 ページ: 2.8.1-12.8.19

    • DOI

      10.1002/0471142700.ncl208s45

    • 査読あり
  • [学会発表] DNAナノ構造変換を利用した転写の制御2012

    • 著者名/発表者名
      遠藤政幸、宮崎亮次、江村智
    • 学会等名
      日本化学会第92春季年会
    • 発表場所
      横浜市
    • 年月日
      2012-03-28
  • [学会発表] AuNPs conjugate DNA origami nanotubes for nanophotonic application2012

    • 著者名/発表者名
      S.Z.Kiss, D.S.Hautzinger, O.
    • 学会等名
      The 7th IEEE International Conference on
    • 発表場所
      京都市
    • 年月日
      2012-03-08
  • [学会発表] Temperature dependency of DNA origami self-assembly rate2012

    • 著者名/発表者名
      C.Huang, T.Akishiba, N.
    • 学会等名
      The 7th IEEE International Conference on
    • 発表場所
      京都市
    • 年月日
      2012-03-08
  • [学会発表] DNA Nanotechnology-Fusion of nanostructure and MEMS-2012

    • 著者名/発表者名
      田畑修
    • 学会等名
      日本学術会議174委員会
    • 発表場所
      京都市
    • 年月日
      2012-03-02
  • [学会発表] DNA nanotechnology to bridge MEMS and nanomaterial2012

    • 著者名/発表者名
      O.Tabata
    • 学会等名
      Guardian Angels Workshop
    • 発表場所
      Paris, France
    • 年月日
      2012-02-02
  • [学会発表] Integration of Nanostructure with MEMS2011

    • 著者名/発表者名
      O. Tabata
    • 学会等名
      Arab Forum
    • 発表場所
      Cairo, Egypt
    • 年月日
      2011-12-29
  • [学会発表] DNA Mediated fusion of MEMS and Nanostructure2011

    • 著者名/発表者名
      O.Tabata
    • 学会等名
      Japan-Taiwan Joint Workshop
    • 発表場所
      京都市
    • 年月日
      2011-11-29
  • [学会発表] DNAナノ構造体の生体反応への応用2011

    • 著者名/発表者名
      遠藤政幸
    • 学会等名
      創剤フォーラム若手研究会シンポジウム
    • 発表場所
      京都市
    • 年月日
      2011-11-19
  • [学会発表] AFM-based Imaging of the Movement of Biomolecules in the Designed DNA2011

    • 著者名/発表者名
      遠藤政幸
    • 学会等名
      5th Annual Symposium on Nanobiotechnology, Seoul
    • 発表場所
      Seoul, Korea
    • 年月日
      2011-11-17
  • [学会発表] Designed DNA Nanostructures for Assembly, Functionalization, and2011

    • 著者名/発表者名
      遠藤政幸
    • 学会等名
      POSTECH AMS Symposium on Nanotechnology
    • 発表場所
      Pohang, Korea
    • 年月日
      2011-11-16
  • [学会発表] Direct Observation of DNA recombination in the DNA nanoscaffold2011

    • 著者名/発表者名
      M.Endo, Y.Katsuda, K.Ou, K.
    • 学会等名
      The 38th International Symposium on Nucleic Acid
    • 発表場所
      札幌市
    • 年月日
      2011-11-09
  • [学会発表] Integration of MEHS and DNA Origami for a Nanophotonic System Platform2011

    • 著者名/発表者名
      O.Tabata
    • 学会等名
      International Photonics and OptoElectronics
    • 発表場所
      Wuhan, China
    • 年月日
      2011-11-03
  • [学会発表] Integration of MEMS and DNA Origami for a Nanophotonic System Platform2011

    • 著者名/発表者名
      O.Tabata
    • 学会等名
      2011 Advanced Nanosystems and Nanomaterials
    • 発表場所
      Wuhan, China
    • 年月日
      2011-11-02
  • [学会発表] Higher Order Nanosturucture Formation by DNA origami and integration2011

    • 著者名/発表者名
      O.Tabata
    • 学会等名
      Process Integration Symposium with Bio and Nano
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2011-10-18
  • [学会発表] DNAナノマシーンの「分子運動の可視化2011

    • 著者名/発表者名
      遠藤政幸
    • 学会等名
      第84回日本生化学会大会 シンポジウム1分子ロボ
    • 発表場所
      京都市
    • 年月日
      2011-09-21
  • [学会発表] DNAオリガミ上でのDNA分子の移動の精密な操作2011

    • 著者名/発表者名
      遠藤政幸、勝田陽介、日高久
    • 学会等名
      ケミカルバイオロジー学会第6回年会
    • 発表場所
      東京都
    • 年月日
      2011-05-25
  • [学会発表] Programmed assembly of DNA nanostructures using designed DNAorigami2011

    • 著者名/発表者名
      M.Endo, A.Rajendran, T.
    • 学会等名
      8th Conference on the Foundations of Nanoscience
    • 発表場所
      Utah、USA
    • 年月日
      2011-04-19

URL: 

公開日: 2013-06-26  

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