複雑な情報処理を行うプログラム可能な人工分子回路の設計法に関する革新的研究

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生体分子で構成されるマイクロサイズの分子ロボットは，様々なナノ技術が統合された知的システムである。医療分野での応用が期待されている分子ロボット技術の社会実装を加速する上で，複雑な情報処理を行うプログラム可能な人工分子回路の実用的な設計法が求められている。本国際共同研究では，人工分子回路の理想的なアナロジーとして、細胞内シグナル伝達系を据え，制御理論を基盤とする基課題に，シグナル伝達系の動作原理とマイクロデバイス技術を融合した多層パーセプトロン回路の開発を行う。具体的には，DNAコンピューティング技術をベースに，DNA鎖間の結合・解離反応を設計し連鎖させる反応系（以後，DNA回路）に多層パーセプトロン演算を実装することを目指す。前年度にシミュレーションレベルで進めた単純パーセプトロン回路の基礎検討を踏まえ，今年度は次の課題に取り組んだ。(1)リーク反応などの副反応に頑強なDNA回路設計の実験レベルでの検討：本研究で設計すべき多層パーセプトロン回路は大規模になるため，副反応に頑強なDNA回路の設計法を考案することが本質的に求められる。前年度の基礎検討において，設計法のシミュレーションレベルでの有効性は確認されたため，今年度は実験レベルで検証に着手した。現在までに実験・検証方法を検討しつつ，DNA回路の再設計とデータ取りを続けている。(2)再生化機構の実験レベルでの検討：単純パーセプトロン回路は学習のために繰り返し反応場に与えられる入力刺激に対して応答する機構（再生化機構）が必要となる。DNA回路設計の自由度を拡大すべく，RNAを融合した設計法と再生化機構への応用について，現在までに実験レベルでの検証を続けている。(3)マイクロ流体デバイスによるパーセプトロン回路の実現方法の検討：上記(1-2)について，試験管での実験と並行して，マイクロ流体デバイス上での評価方法を検討した。