【研究分野】応用物性・結晶工学

【研究領域課題番号】20200004 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

結晶成長 / DNAコンピューター / 自己組織化 / フォトニック結晶 / メタマテリアル / ナノデバイス / 成膜プロセス / 相分離 / DNAコンピュータ / 薄膜プロセス / 製膜プロセス

【研究成果の概要】

核酸高分子による自己組織化原理に従って構造間結合のオン・オフをあらかじめプログラム可能なDNAプログラミングの手法とコロイド結晶成長理論に基づいて、革新的機能を有する新機能性薄膜を大面積、無欠陥に形成するプロセスを構築した。具体的には、電荷を有する基板上において荷電粒子(コロイド粒子、DNA集積体など)が対イオンを介して相互作用することによって、大面積かつ無欠陥の集積構造を発現することをはじめて明らかにした。さらにこの集積原理は、DNA構造体を用いたフォトニック結晶およびメタマテリアルとして知られる新奇な物性を発現する回路素子の成膜技術に応用できることを示した。

【研究種目】新学術領域研究(研究課題提案型)

【研究期間】2008 - 2010

【配分額】31,330千円 (直接経費: 24,100千円、間接経費: 7,230千円)

【研究分野】ナノ材料・ナノバイオサイエンス

【研究領域課題番号】15310084 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

DNAコンピュータ / 分子コンピュータ / ナノデバイス / ナノテクノロジー / 並列計算 / 分子メモリ

【研究成果の概要】

DNA-based computing(DNAC)は、DNA分子の反応を利用して自律的かつ超並列な計算を実現する新しい計算パラダイムである。電子コンピュータによる計算とは異なり、DNACは遺伝子発現解析や遺伝子ネットワーク制御といった生物学における問題を分子コンピューティングのアルゴリズムを用いて解くことができる。これは、DNACが生体分子と直接的なインターフェースを有しているからである。DNACを実現するために有効なDNAナノ・デバイスのひとつとして、分子内の塩基対結合反応によりヘアピン構造を形成するヘアピンDNA分子がある。たとえば、DNACの有望なアーキテクチャーのひとつであるWPCR(Whiplash PCR、鞭打ちPCR)は、ヘアピンDNA分子の再帰的かつ自己触媒的なポリメラーゼ伸長反応を利用している。ヘアピン構造の形成は分子内反応であるため、その速度はヘアピンDNA分子の濃度に依らない。並列度の高いDNACでは個々のプログラムやデータをコードしているDNA分子の濃度は非常に低い。したがって、ヘアピン形成速度が濃度に依存しないことは、超並列のDNACを実現する上で極めて有効である。本研究では、ヘアピンDNA分子の構造変化の平衡論的および速度論的特性を調べた。そして、その特性を利用して、WPCRシステムの最適化と拡張を行うとともに、DNACのための新しいヘアピンDNAナノ・デバイスの開発を行った。また、ヘアピンDNA分子を計算素子のひとつとして効果的に使用した、自律型DNACのための新しいアーキテクチャーを開発した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2003 - 2005

【配分額】15,700千円 (直接経費: 15,700千円)