【研究分野】マイクロ・ナノデバイス

【研究領域課題番号】22651049 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

マイクロナノデバイス / Self-assembly / DNA / ハイドロゲル / ソフトマテリアル / ヤヌス粒子 / 遠心力 / ナノマシン / ゲルビーズ / 遠心器

【研究成果の概要】

遠心機による高重力環境下において,マイクロハイドロゲル構造体の作製法を開発した.そのマイクロハイドロゲル構造体を利用して,(1)表面の分子修飾可能なオイルフリーなゲル表面の維持,(2)マルチバレル管を利用することでのハイドロゲル構造体の異方化・内部区画化,(3)磁気ナノビーズと細胞の同時封入によるゲル構造体の機能化,(4)外部磁場に応答することによるゲル構造体のマイクロセルフアセンブリ,を達成した.

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2009 - 2011

【配分額】3,440千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 240千円)

【研究分野】知能機械学・機械システム

【研究領域課題番号】17360112 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

DNA / ナノマシン / ナノバイオ / 分子機械

【研究成果の概要】

本研究では,生体情報物質であるDNAとバイオテクノロジーによりナノメカニズムを創製する手法の提案,実験的確認を行うことを主目的として,以下の項目に取り組んで成果を得た.
1.DNAによる周期構造創製技術:DNAは2重螺旋内の拡散配列が0.34nmピッチであるため,それ自身が非常に高い位置決め分解能を持つナノメカ部品として機能する.そこでナノメカ創製の手始めとして,ナノ粒子を標識したDNA断片をレゴブロックのように連結する一次元周期構造を創製する方法を提案した.この構造を実験的に実証するとともに,塩基配列の最適化により創製の歩留まり向上,長鎖化を図ることが出来た.
2.タンパク複合体による分子ナノメカニズムの創製技術:DNAを用いたナノ構造にセンサやアクチュエータなどの機能性を持たせるため,タンパク質を用いた複合構造の創製を試みた.始めにIHFタンパク質を用いたNAの折り曲げ構造を提案し,細胞培養により得られたタンパク質を用いて,DNAの折り曲げ構造を実証した.次にRecAタンパク質を用いてDNAを任意の場所で分岐する構造を提案し,実験による確認を行いRecAのDNA二本鎖上への位置決めを確認した.
3.環状DNAによるナノ構造創製とDNAの機械的特性評価:上記2項目で用いた直鎖DNAに代わり,環状DNAを用いたナノ構造体を試作する手法を提案し,直径27nmの環状DNAを2個連結したプラスミド眼鏡を実現した.また,ナノメカとしての力学特性把握のため,コイルスプリングとこれを連結する微小スプリングからなるDNAの力学モデルを構築し,実験データとの整合性を検討した結果,引っ張り時の挙動をうまく説明するモデルとして機能することを確認した.

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2005 - 2007

【配分額】15,870千円 (直接経費: 14,700千円、間接経費: 1,170千円)

【研究分野】知能機械学・機械システム

【研究領域課題番号】13305018 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ナノマシン / ナノアクチュエーター / 光マニピュレーション / DNA / 金コロイド / 表面プラズモン共鳴

【研究成果の概要】

本申請研究ではDNA鎖の物性物理を明らかにするとともに,DNA鎖を用いたナノアクチュエーターの開発を行った。
1.光の放射圧を駆動力としてDNA鎖を伸縮させるためには,基板上へ固定化したDNA鎖の末端に金コロイドを修飾する必要がある。金コロイドおよび金薄膜に対するDNA分子の接着はビオチン/ストレプトアビジンの抗原抗体反応,およびチオール基を利用した化学結合により行い,金薄膜上における金コロイド修飾DNA分子の固定化を確認した。
2.Nd:YAGレーザーと光学顕微鏡からなる光マニピュレーション装置を用いたDNA伸縮操作システムを開発した。本システムを用いて,水溶液中でλDNAのマニピュレーション操作を行ったところ,光を用いてDNA分子を捕捉,運動操作可能であることを見出した。
3.金薄膜-金コロイド間の距離を光によって制御し,それぞれにおける表面プラズモン共鳴(SPR)信号を検出するために,He-Neレーザーを光源としたSPR測定システムを開発した。金薄膜上に固定化した金コロイド修飾DNA分子の挙動を観察したところ,一本鎖と二本鎖のDNA分子ではSPR信号に顕著な差が現れることを確認し,鎖状態によってDNA分子の物性(長さや弾性)に違いが生じることが示唆された。
4.DNA単分子層の表面に位置する金コロイド上にさらに金コロイド修飾DNA分子を積層させた系を構築した。本法により現在までのところDNA5分子積層を実現しているが、原理的には更なる積層が可能である。積層数に応じて顕著な正のSPR角度シフトが観測され、多層化に伴うSPR応答の増強が示された。SPR応答の変化はDNA分子の長さ等により異なり、DNAの物理的性質を反映している。したがって、DNAの多層化に伴うSPR応答の増大は、多層化がナノアクチュエーターの駆動に有効にはたらくことを示唆する結果であり、本研究はDNA分子がナノアクチュエーター材料として有為であることを示したといえる。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2001 - 2003

【配分額】56,290千円 (直接経費: 43,300千円、間接経費: 12,990千円)