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，我们对细胞大小的分子机器人界面上的分子器件集成以及实现自主控制运动的信号分子放大电路进行了研究。为了发展分子器件集成技术，考虑到前一年开发的阿米巴型分子机器人的外壳是相分离脂质体，我们研究了DNA折纸结构在相分离脂质膜上的自组装特性。．．结果表明，相分离膜上的 DNA 折纸表现出依赖于脂质相和离子强度的自组装特性。该知识可作为开发响应外部环境而在膜表面自组装的分子器件的基本技术，实现分子机器人的自主运动确定和膜表面分子排列的控制。重要结果。我们在一篇学术论文中报告了这一结果。我们在信号放大电路的实现上也取得了成果。传统的脂质体内DNA扩增反应需要在高温下进行人工温度循环，这会带来分子机器人组件热损伤以及反应无法自主进行等问题。今年，我们成功实现了一种在生理等温条件下将特定 DNA 分子扩增到细胞大小的脂质体中的机制。此外，我们发现体外和脂质体中的扩增行为存在显着差异。这是实现分子机器人自主控制的有用知识，我们因此成果获得了演讲奖，目前正准备将其作为学术论文提交。关于移动方向的调节，我们在计划时假设将使用微珠，但很明显，由于微珠封装率的个体差异很大，这将是困难的。另一方面，今年开发的DNA纳米结构整合技术是可应用于人工功能膜域构建的成果。未来，我们希望根据这些结果开发分子机器人，使其具有局部变形和定向运动功能。