ＤＮＡ配列設計によりアメーバ運動を自律的に制御する細胞サイズ分子ロボット

通过DNA序列设计自主控制阿米巴运动的细胞大小的分子机器人

基本信息

批准号：
16J02406
负责人：
佐藤佑介
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-04-22 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は，細胞サイズ分子ロボット界面における分子デバイスの集積化および運動の自律制御のための信号分子増幅回路の実装に向けた研究を行った．分子デバイスの集積化技術の開発に向けて，前年度に開発したアメーバ型分子ロボットの筐体が相分離リポソームであることを踏まえ，相分離脂質膜上におけるDNAオリガミ構造の自己集合特性について調査した．成果として，相分離膜上のDNAオリガミは脂質の相およびイオン強度に依存した自己集合特性を示すことが明らかとなった．この知見は，外部環境に応答して膜面上で自己組織化する分子デバイス開発のための要素技術として応用でき，分子ロボットの自律的な動作決定や膜面上の分子配置の制御を実現する上で重要な成果である．この成果について学術論文として報告した．また，信号増幅回路の実装においても成果があった．従来のリポソーム内部でのDNA増幅反応は高温域での人為的な温度サイクルを必要とするものであり，分子ロボットの構成要素への熱損傷や反応が自律的に進まないなどの課題があった．本年度の成果として，生理学的等温条件で特定のDNA分子を増幅する機構を細胞サイズリポソームに実装することに成功した．さらに，その増幅挙動が試験管内とリポソーム内との間で大きく異なることを明らかとした．これは，分子ロボットの自律制御を実現する上で有用な知見であり，この成果について，発表賞を受賞するとともに，現在学術論文として投稿するための準備を行っている．運動方向の規定については，計画時にはマイクロビーズを用いることを想定していたが，ビーズの封入率の個体差が大きく，困難であることが明らかとなった．一方，本年度に開発したDNAナノ構造の集積化技術は，人工機能性膜ドメインの構築へも応用できる成果である．今後，この成果をもとに分子ロボットの局所的な変形・方向性を持った運動へと発展させたいと考えている．

今年，我们进行了研究，旨在在细胞大小的分子机器人界面和实施信号分子放大器电路中整合分子设备，以自主控制运动。为了准备分子设备整合技术的开发，我们研究了上一年开发的变形虫型分子机器人壳体在相分离的脂质膜上DNA折纸结构的自组装特征，这是相位分离的脂质体。结果，发现相位分离膜上的DNA折纸表现出取决于脂质的相和离子强度的自组装特性。这一发现可以用作一种基本技术，用于开发响应外部环境在膜表面上自组装的分子器件，这是实现自主确定分子机器人的自主确定和控制膜表面上的分子布置的重要成就。该结果报告为学术论文。此外，信号放大器电路的实施也有结果。脂质体内部的常规DNA扩增反应需要在高温区域进行人工温度循环，并且存在一些问题，例如对分子机器人组成部分的热损害，并且无法在反应中自主进展。由于今年的结果，我们成功实施了一种在细胞大小的脂质体上在生理等热条件下扩增特定DNA分子的机制。此外，揭示了测试管和脂质体之间的扩增行为显着不同。这是实现对分子机器人的自主控制的有用知识，并获得了这项成就的演讲奖，目前正准备将其作为学术论文提交。关于运动方向的调节，假定在计划过程中使用微粒，但是很明显，珠子封装速率的个体差异很大，因此很难。另一方面，今年开发的DNA纳米结构的集成技术是一项成就，可以应用于人工功能膜域的构建。将来，我们希望使用这些结果来开发具有局部变形和方向的分子机器人的运动。