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バイオ人工筋肉の制御分子パーツの開発とマイクロロボットへの実装

生物人工肌肉控制分子部件的开发及其在微型机器人上的实现

基本信息

批准号：
21H01288
负责人：
平塚祐一
金额：
$ 11.23万
依托单位：
Japan Advanced Institute of Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は、分子レベルから構築される光造形可能なバイオ人工筋肉に、新たに制御分子パーツを設計・導入することにより、印刷・外部操作可能なマイクロロボットを実現することである。最近我々は生体の分子モータを遺伝子工学的に改造することにより、光照射により水溶液中の特定の部位に人工筋肉を造形させることに成功した。この人工筋肉を利用して大きさ数ミリメートルの機械構造を駆動させることに成功しており、マイクロロボットの3次元光造形の可能性を開いた。しかし、これらのデバイスは光照射後の一回の収縮のみで実用化には遠かった。動力源である生体分子モータを光や電気といった人工的な信号で制御するのは困難であったため、制御系は未開拓だった。本研究では、生体分子モータの運動と光信号のインターフェースとなる分子パーツ群を遺伝子工学的に設計・構築することにより、光造形可能で且つ光操作可能な人工筋肉を構築し、生体分子で駆動するマイクロロボットの開発を本格化する。本年度は昨年度に引き続き、人工筋肉の光制御をめざし構成分子、特に駆動分子であるキネシンを遺伝子工学的に改変した人工キネシンを多数作成し、それらの性質・機能を解析した。さらに、それらの知見を元に植物の光屈性に関与するタンパク質(光センサー部位:LOV2)と融合させた運動制御可能な人工キネシンの作成および解析に取り組んだ。多数作成した変異体のうち、in vitro motility assay において、光照射により運動能を制御できる変異体を見出すことができた。

The purpose of this study is to design, introduce, print, and operate the optical design, artificial muscle design, and new control molecules. Recently, we have successfully modified the molecular structure of living organisms by light irradiation and artificial muscle formation in specific parts of aqueous solutions. The possibility of using this artificial muscle to create a three-dimensional optical structure has been successfully opened. After the light is irradiated, it will shrink and be used far away. The power source, the biological molecule, the electrical energy, the artificial signal, the control system, the undeveloped signal. This study aims to design, construct, and characterize the motion of biological molecules and the development of optical signals in molecular clusters. This year, the optical control of artificial muscle is analyzed in terms of molecular composition, molecular dynamics and molecular engineering. In this paper, the author analyzes the relationship between the light flexibility of plants and the quality of plants (light distribution part: LOV2) and the possibility of fusion and movement control. Most of them are made of different materials, in vitro motility assay, light irradiation, exercise energy control, and different materials.