分子性機能材料・単一分子デバイスとしてDNAの新展開

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12895026
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 下村 政嗣 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (10136525)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岡畑 恵雄 東京工業大学, 生命理工学部, 教授 (80038017) ; 西 則雄 北海道大学, 地球環境科学研究科, 教授 (70001857) ; 居城 邦治 北海道大学, 電子科学研究所, 助教授 (90221762) ; 田畑 仁 大阪大学, 産業科学研究所, 教授 (00263319) ; 大野 弘幸 東京農工大学, 工学部, 教授 (00176968)
• Keywords: DNA / 材料 / 単一分子 / 分子デバイス / インターカレーション / 電導性 / 分子ワイヤー / 核酸塩基

Research Abstract

本調査は、核酸ならびに関連物質を分子性機能材料として新しく展開しようとしている生体機能関連化学、高分子化学、応用物理学、ならびに光化学の研究者と、単一分子検出を専門としている分光学、生物物理、物理光学の研究者が、核酸高分子の材料化の手法、構造評価、機能化について情報を交換し、DNAを分子情報と分子フォトニクスの機能をあわせもつ単一分子素子としての新しい展開の可能性を探るものである。核酸高分子を材料化しようとする試みは、分子組織化の技術と分子レベルでの構造観察技術の著しい展開を背景に、ここ数年、世界的に注目されはじめている。核酸高分子を機能性高分子としてとらえ、分子レベルで設計された分子性機能材料として展開するためには、LB法や自己組織化法などを用いて分子自身の組織化力を有効に利用して分子配列や配向制御を可能とする分子組織化技術や、レーザー光放射圧や原子間力などを用いた分子操作技術、などの発展が強く要求される。また、これらの技法を用いて作製した分子デバイスの分子レベルにおける構造評価には、走査型プローブ顕微などによる形態観察や分子間力などの物理パラメーターの測定、単一分子の分光学的測定が不可欠になる。このように、核酸高分子の分子レベルの組織化と構造評価法の開発は、学際的な共同研究によるアプローチを前提とした本調査によってはじめて可能となる。核酸の有する機能の最も特徴的なものは、きわめて選択性の高い塩基間での水素結合、インターカレーションと呼ばれる核酸塩基対間への物質の特異的な取り込み現象、などに基づく分子認識能である。本調査では、化学力顕微鏡による塩基配列の直接的な読みとり、インターカレーションを用いた塩基選択的な光化学反応など、分子認識機能に関する調査・検討を行った。また、最近、DNA中でスタックした塩基対を介した長距離電子移動の可能性が示され、注目を集めるとともに盛んな議論がなされている。本調査では、DNAならびにその類似物における高速な光物理化学現象と分子フォトニクス材料への展開を、光化学、単一分子分光学、などの立場から検討した。

Research Products

• [Publications] M.Weisser: "Adenine-Uridine Base Pairing at the Water-Solid-Interface."American Chemical Society. 122. 87-95 (2000)
• [Publications] J.Matsumoto: "Molecular Recognition and Photopolymerization of Nucleobace Monolayer Containing Diacetylene Group at the Air-Water Interface."Chemistry Letters. 727. 1280-1281 (2000)
• [Publications] H.Ohno: "Ion Conductive and Flexible DNA Films."Chemistry Letters. 209. 642-643 (2000)
• [Publications] 岡畑恵雄: "DNA を素材にするバイオフィルム"コンパーテック. 3. 2-4 (2000)
• [Publications] L.Cai: "Self-assembled DNA networks and their electrical conductivity."Apploed Physics Letters. 77・19. 1-2 (2000)
• [Publications] 西則雄: "サケ白子DNAの生体材料への利用"生体材料. 18・3. 146-151 (2000)