自在に形状変化可能な光制御ＤＮＡゲルによる３次元細胞組織体の構築システムの開発

开发利用可自由改变形状的光控DNA凝胶构建3D细胞组织的系统

• 批准号: 19J10825
• 负责人: 下村 優
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-25 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J10825/
• 关键词: DNAゲル; 光制御

研究課題では，光信号に応じたDNAゲルの形状変化に基づく移動制御と細胞の３次元配置技術の実現を目的としている．DNAゲルの粘性を可視化するためには，蛍光体のエネルギー移動現象を用いた光変調機能が必要となる．今年度では，DNAゲルの粘性可視化を目的として多数の量子ドットからなるエネルギー伝送ネットワークを構築し，光入力に応じて固有の蛍光信号を発するシステムを提案した．DNAゲルを構成するDNAに量子ドットを修飾し数nm間隔でランダムに分布させることで，量子ドットの集積度に応じた蛍光信号の発生を検証した．量子ドットの密度に応じて蛍光信号に変化が生じることを数値シミュレーションにより確認した．また，量子ドットネットワークは光の照射条件に応じて蛍光の時間的変化を示すことを明らかにした．本成果は，透明物体であるDNAゲルの粘性を可視化する手法として有効であることを示している．また，量子ドットネットワークの構造に応じた蛍光信号の変化に着目し，物体の運動変化を予測する光情報処理システムへの応用を検討した．ランダムに分散した量子ドットの分布の違いに基づく固有の蛍光信号を学習することで照射した光信号の時間的変化を予測できることを実証した．蛍光信号の時間的変化を観察することで，量子ドッドネットワークの構造変化を引き起こす外部刺激を可視化できることを意味している．量子ドットネットワークの構造変化に基づく蛍光変動を検出することで，物体の微細な運動変化の検出システムへの応用が期待できる．

本研究的目的是根据DNA凝胶响应光信号的形状变化来控制DNA凝胶的运动，实现三维细胞放置技术。为了可视化 DNA 凝胶的粘度，需要利用荧光团的能量转移现象的光调制功能。今年，为了可视化 DNA 凝胶的粘度，我们构建了一个由许多量子点组成的能量传输网络，并提出了一种响应光输入而发射独特荧光信号的系统。通过用量子点修饰构成DNA凝胶的DNA并以几纳米的间隔随机分布它们，我们验证了根据量子点集成程度产生的荧光信号。数值模拟证实荧光信号的变化取决于量子点的密度。我们还发现，量子点网络根据光照射条件表现出荧光的时间变化。该结果表明，该方法作为可视化作为透明物体的DNA凝胶的粘度的方法是有效的。我们还关注荧光信号随量子点网络结构的变化，并考虑其在预测物体运动变化的光学信息处理系统中的应用。我们证明，通过学习基于随机分散的量子点分布差异的独特荧光信号，可以预测照射光信号的时间变化。这意味着通过观察荧光信号的时间变化，可以可视化导致量子点网络结构变化的外部刺激。通过检测基于量子点网络结构变化的荧光波动，我们可以期待应用于检测物体运动微小变化的系统。

项目成果

Object movement change in optical decomposition of DNA gels

DNA 凝胶光学分解中物体运动的变化

• 发表时间: 2019
• 作者: Suguru Shimomura;Takahiro Nishimura Yusuke Ogura;Jun Tanida
• 通讯作者: Jun Tanida

Energy transfer in quantum-dot network for optical reservoir computing

用于光储层计算的量子点网络中的能量传输

• 发表时间: 2019
• 作者: Suguru Shimomura;Takahiro Nishimura;Yuki Miyata;Naoya Tate;Yusuke Ogura;and Jun Tanida
• 通讯作者: and Jun Tanida

Spatiotemporal model for FRET networks with multiple donors and acceptors: multicomponent exponential decay derived from the master equation

具有多个供体和受体的 FRET 网络的时空模型：从主方程导出的多分量指数衰减

• DOI: 10.1364/josab.410658
• 发表时间: 2021
• 期刊: Journal of the Optical Society of America B
• 作者: Nakagawa Masaki;Miyata Yuki;Tate Naoya;Nishimura Takahiro;Shimomura Suguru;Shirasaka Sho;Tanida Jun;Suzuki Hideyuki
• 通讯作者: Suzuki Hideyuki

ポンプ-プローブ式蛍光寿命計測による量子ドット分散ネットワークが示す非線形ダイナミクスの実証

使用泵浦探针荧光寿命测量来演示量子点色散网络表现出的非线性动力学

• 发表时间: 2021
• 作者: Suguru Shimomura;Takahiro Nishimura;Yusuke Ogura;Jun Tanida;宮田裕基，下村優，西村隆宏，小塚淳，竪直也，小倉裕介，谷田純
• 通讯作者: 宮田裕基，下村優，西村隆宏，小塚淳，竪直也，小倉裕介，谷田純

Basic experimental verification of spatially parallel pulsed-I/O optical reservoir computing

空间并行脉冲I/O光储库计算的基本实验验证

• 发表时间: 2020
• 作者: Yuki Miyata;Shunichi Sakai;Suguru Shimomura;Takahiro Nishimura;Naoya Tate;Yusuke Ogura;and Jun Tanida
• 通讯作者: and Jun Tanida