| 研究課題/領域番号 |
25288077
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 研究機関 | 奈良先端科学技術大学院大学 |
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研究代表者 |
菊池 純一 奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 教授 (90153056)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 人工細胞膜 / セラソーム / 分子通信 / 情報伝達 / 分子認識 |
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| 研究概要 |
本研究では、生物が分子と電子の両者を情報キャリアに用いて優れた情報伝達を達成していることに鑑み、これまで我々が推進してきた分子を情報キャリアとする人工の情報処理システム、いわゆる「分子通信システム」において、分子情報と電子情報の相互変換が可能なインターフェースを人工細胞膜で構築し、高次情報伝達系を創出することを目指している。初年度である平成２５年度は、以下の成果が得られた。
１．分子通信インターフェースの基板となる人工細胞膜の開発： 分子情報の送受信が可能な基板としての人工細胞膜を新たに開発した。まず、イオン認識部位を頭部にもつジェミニ型ペプチド脂質を開発し、希土類金属イオンに対する認識能を有することを明らかにした。また、導電性に優れたイオン液体の基本構造ユニットであるイミダゾリウム基を頭部にもつペプチド脂質を開発し、安定な人工細胞膜構造を形成できることを示した。
２．セラソームを用いる分子通信インターフェースの作製と機能評価： 構造安定性に優れた人工細胞膜であるセラソームを用いると、ベシクル構造を維持したままで人工細胞膜を電極上に集積化できることがわかった。また、このセラソームに、ヘムを活性部位にもつ金属酵素や疎水性ビタミンB12誘導体を非共有結合的に固定化することで、電気化学的活性を示す人工細胞膜が作製できることを示し、分子通信インターフェース構築におけるセラソームの有効性を明らかにした。
３．分子通信のための分子情報キャリアシステムの構築： 分子通信に有効な情報キャリアシステムとして、受信機としての神経細胞に遺伝子情報を送達することが可能な分子情報キャリアとしてのセラソームを開発し、本系が分子通信インターフェースと連結できる可能性を示した。
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| 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
平成２５年度に計画していた、電極上にセラソームを自己集積化した分子通信インターフェースの作製と機能評価が達成された。また、人工細胞膜の導電性向上を目指すための、イオン液体構造ユニットをもつセラソームを作製するための脂質の開発にも成功した。さらに、分子通信インターフェースに連結可能な遺伝子情報キャリアシステムも新たに開発した。以上のことから、本研究はおおむね順調に進展していると判断される。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成２６年度は、基本的には当初計画に従い、以下の２つの観点から研究を推進する。
１．分子通信インターフェースの性能向上のための人工細胞膜の開発： 分子通信インターフェースにおける分子情報と電子情報の相互変換の効率向上を目指す。具体的には、セラソーム表面にイオン液体構造を導入した人工細胞膜を作製し、その導電性を評価する。また、酸化還元活性をもつ生体分子や人工分子をセラソームに修飾し、人工細胞膜の電気化学的活性のさらなる増大を目指す。
２．分子受信機を装着した分子通信インターフェースの分子/電子情報： 上記で開発した導電性をもつ人工細胞膜に、酸化還元酵素である乳酸脱水素酵素などを非共有結合的に固定化した分子受信機を作製する。これを電極上に自己集積化して分子受信機を装着した分子通信インターフェースを構築する。分子送信機からの分子情報は、分子カプセルを用いて伝搬させて分子受信機に送達し、分子通信インターフェースでの応答を電気化学的測定手法により評価する。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
今年度の研究は、当初計画に沿って順調に成果を上げることができたが、経費使用に当たっては、現有の消耗品等を有効に活用することで節約を行い、基金分の経費を次年度以降4年間の研究経費に使用できるよう工夫した。
本研究は、初年度が終了したが、今後4年間継続する研究であるので、基金分の経費は、次年度以降の研究成果をさらに拡張するための新たな物品購入や、研究成果を広く世界に発信するための旅費等に充てる計画である。
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