新規核酸基本構造単位を用いたナノ構造体作製及びそのデバイス応用

利用新型核酸基本结构单元制备纳米结构及其器件应用

• 批准号: 09J08655
• 负责人: 浜田 省吾
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2009
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2009 至 2010
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-09J08655/
• 关键词: DNAナノテクノロジー; セルフアセンブリ; DNAナノ構造; T-motif; 基板上成長法

昨年度(T-motifを利用した大規模構造作製技術の考案,複数種類の構造作製,アルゴリズミック・セルフアセンブリへの拡張)に引き続き,本年度はT-motifを利用した複合ナノデバイス作製のための技術を開発した.具体的には,「基板上成長法」により大規模成長するT-motifアレイとDNAオリガミと呼ばれるアドレッシング可能な100nm四方程度の構造を組み合わせた,大規模ナノ構造の作製をおこなった.これにより,将来的には,複数の機能性粒子が必要な小規模な反応系についてはDNAオリガミ上で,一方で大規模な反応系についてはT-motif上でおこなうことができる.本技術は,それぞれを組み合わせた複合的なデバイスを作製するための基礎となる.また,これと並行して,基板上成長の自己集合と吸着を説明する理論の構築,およびこの理論を利用した例として,T-motif構造の構造形成に関する速度論シミュレーションをおこなった,理論は三段階からなる.第一段階は「自己集合」と「吸着」の現象に関し,前者はDNAのハイブリダイゼーションについてNearest-Neighbor法を用いることで,後者は基板-DNA間の相互作用についてDLVO理論を用いることで,それぞれの自由エネルギー変化を算出した.第二段階として,算出した自由エネルギー変化を熱力学平衡の式に導入し,それぞれの状態間の関係を明らかにした.第三段階として,第二段階で求めた平衡式から準静的状態における速度式を導出し,状態間の速度を算出した.これにより,それぞれの状態における時間的発展を任意の基板,イオン濃度や温度などで表現することができる.ここではその具体例としてリング構造の基板上成長シミュレーションを行ない,実験結果との定性的な一致をみたことで,理論の妥当性を確認した.この理論とシミュレーションは,今後さまざまな条件での基板上成長法の設計に重要な知見を与えるものである.

Last year (T - motif を using し た large-scale tectonic system technology の test case, plural kinds の structure system, ア ル ゴ リ ズ ミ ッ ク · セ ル フ ア セ ン ブ リ へ の company) に lead き 続 き, this year's は T - motif を using し た composite ナ ノ デ バ イ ス cropping の た め の technology を open 発 し た. Specific に は, "substrate growth method" に よ り massive growth す る T - motif ア レ イ と DNA オ リ ガ ミ と shout ば れ る ア ド レ ッ シ ン グ may な degree of 100 nm sifang の を group み close わ せ た, large-scale ナ ノ を the tectonic の cropping お こ な っ た. こ れ に よ り, future に は, plural の が な small gauge necessary functional particles な reflexive 応 department に つ い て は DNA オ リ ガ ミ で, one party で large-scale な anti 応 department に つ い て は T - on the motif で お こ な う こ と が で き る. This technical は, そ れ ぞ れ を group み close わ せ た composite な デ バ イ ス を cropping す る た め の based と な る. ま た, こ れ と parallel し て, substrate grow の own collection と sorption を illustrate す の る theory constructs, お よ び こ を の theory using し た example と し て, T - motif structure の form に masato す る speed theory シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を Youdaoplaceholder0 なった なった, theory お three stages らなる らなる. First Duan Jie は "collections" と "sorption" の phenomenon に masato し, the former は DNA の ハ イ ブ リ ダ イ ゼ ー シ ョ ン に つ い て on を Neighbor method with い る こ と で, the latter は の interaction between substrate - DNA に つ い て を DLVO theory with い る こ と で, そ れ ぞ れ の free エ ネ ル ギ ー variations change を figured out Youdaoplaceholder0 た. The second Duan Jie と し て, calculate し た free エ ネ ル ギ ー variations change を thermodynamic equilibrium の に import し, そ れ ぞ れ の state between の masato を and Ming ら か に し た. Third Duan Jie と し て, second Duan Jie で o め た balanced か ら quasi static state に お け を export し る speed type, state を の speed between calculated し た. こ れ に よ り, そ れ ぞ れ の state に お け る time 発 exhibition を arbitrary の substrate, イ オ ン concentration や temperature な ど performance で す る こ と が で き る. こ こ で は そ の concrete example と し て リ ン グ の base construction Board grow シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を line な い, be 験 results と の qualitative な consistent を み た こ と で, theory の justice を confirm し た. こ の theory と シ ミ ュ レ ー シ ョ ン は, future さ ま ざ ま な conditions で の substrate growth method に important な の design knowledge を and え る も の で あ る.

项目成果

Algorithmic Self-assembly of Single-duplex DNA Nanostructures

单双链 DNA 纳米结构的算法自组装

• 发表时间: 2011
• 期刊: International Journal of Unconventional Computing
• 影响因子: 1.7
• 作者: S.Hamada;S.Murata
• 通讯作者: S.Murata

DNAナノエンジニアリング

DNA纳米工程

• 发表时间: 2011
• 作者: Kumpei Tokuyama;Hitomi Ogata;Fumiaki Igawa;Kaito Iwayama;Yasuko Katayose;Makoto Satoh;内ヶ島基政;小宮健,瀧ノ上正浩,田中文昭,浜田省吾,村田智
• 通讯作者: 小宮健,瀧ノ上正浩,田中文昭,浜田省吾,村田智

Extending the Geometrical Design of DNA Nanostructures

扩展 DNA 纳米结构的几何设计

• 发表时间: 2009
• 期刊: Proceedings in Information and Communications Technology(PICT2) 2
• 作者: Shogo Hamada;Satoshi Murata
• 通讯作者: Satoshi Murata