並列光トラップ技術に基づく光・分子協調コンピューティング

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15200023
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 谷田 純 大阪大学, 大学院・情報科学研究科, 教授 (00183070)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小倉 祐介 大阪大学, 大学院・情報科学研究科, 助手 (20346191) ; 齋藤 誠慈 大阪大学, 大学院・情報科学研究科, 助教授 (90225714)
• Keywords: 光トラップ / 光・分子協調コンピューティング / VCSELアレイ / DNAコンピューティング / DNA分子群 / ファジィ / ビーズ / 集合演算

Research Abstract

本研究では,光分布制御による分子群操作に基づく光・分子協調コンピューティング技術の開発を目的とし,並列光トラップによるビーズ接合DNAに対する操作方法の確立,分子群集合演算アルゴリズムの開発と実装、新たな原理に基づく並列情報処埋への応用展開をめざす.本年度の研究により得られた成果・知見は以下のとおりである.
1.VCSELアレイ光源を用いた光トラップにより,ビーズ接合DNAをノンメカニカルかつ並列に輸送できることを確認した.
2.VCSELアレイ光トラップにより,DNAを接合したビーズを垂直方向に積み上げられることを示した.また,作製したビーズ積み上げ構造を側方から観察し,ビーズが互いに接触しながら積み上がることなどを明らかにした.6μmのビーズを用いた場合,積み上げ可能な最大個数は5個であった.
3.DNAを局所的に反応させるための方法として,レーザー照射による温度制御法を考案した.チタニルフタロシアニンを光吸収材料として塗布した基板を作製した.この反応基板を用いて,DNAの結合・解離や,ビーズからのDNAの解離を制御できることを実証した.これらの反応は,少なくとも10数μmの局所領域で制御できることが分かった.
4.波長の異なる2木の単一レーザーを用いて光トラップと反応制御を行うシステムを構築した.また,本システムを用いて,ビーズ接合DNAの位置と反応を独立して制御できることを示した.
5.DNAを局所領域に閉じ込めて反応を実行することをめざし,直径3μm〜7μmのマイクロウェルアレイを作製した.光トラップにより,ビーズ接合DNAをあるマイクロウェルから別のマイクロウェルへ輸送できることを確認した.

Research Products

• [Publications] F.Sumiyama, Y.Ogura, J.Tanida: "Stacking and translation of microscopic particles by means of 2×2 beams emitted from a vertical-cavity surface-emitting laser array"Applied Physics Letters. 82・18. 2969-2971 (2003)
• [Publications] F.Ogura, T.Kawakami, F.Sumiyama, A.Suyama, J.Tanida: "Parallel translation of DNA clusters by VCSEL array trapping and temperature control with laser illumination"Ninth Annual International Meeting on DNA based Computers. 19-27 (2003)
• [Publications] F.Sumiyama, T.Kawakami, Y.Ogura, J.Tanida: "Parallel translation of DNA clusters by VCSEL array trapping"The International Nanophotonics Symposium Handai. 70 (2003)