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2014年度掲載 化学生命工学 化学・物質工学科 機能性高分子研究室

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ナノテクノロジーの分野で注目されるDNA新素材について研究します。

化学生命工学部 化学・物質工学科
機能性高分子研究室

ナノテクノロジーの分野で注目されるDNA新素材について研究します。

遺伝情報の担い手であるDNAの機能性に着目。
無限の可能性を秘めたバイオマテリアルを創り出す。

私たちの体をはじめ、生体は自己組織化した機能的な分子の集合体です。当研究室では、遺伝情報の担い手であるDNAを用いて分子を自在に配列し組織化する技術や、革新的なナノ素材を創り出す研究・実験を行います。この研究分野は「DNAナノテクノロジー」と呼ばれています。最も力を入れているのが、10年ほど前にアメリカで開発されたDNAを使って分子の構造体を作る研究です。これは「DNA origami」と呼ばれ、竹細工のようなもので、竹ひごのかわりにDNAを用い、分子構造体という竹籠を作るイメージです。DNAを編むように設計していくので、日本人にとっては折り紙というよりは「織り物」のイメージが近いかもしれません。これらは全く目に見えないナノレベルの作業なので、まずパソコンでDNAをつなげて設計図を描き、シミュレーションを行います。それから実際に必要なDNAを調合して、最新機器のAFM顕微鏡(原子間力顕微鏡)を使い、設計図通りに組み上がっていくかを確かめます。平面構造ならばキャラクターや世界地図などの模様に配列したり、立体構造であれば箱のような立体構造に形作ったりすることもできます。最近では動く構造にも取り組んでいます。この実験は化学の最新技術らしからぬユーモアに溢れていますが、一体これが何の役に立つのか?というのはイメージしにくいかもしれません。しかし、1億分の1センチというスケールの分子を狙った位置や順序で組織化する技術は、21世紀の化学であるバイオナノテクノロジーの分野で重用視されており、将来的に有望なものであると確信しています。

研究イメージ 研究イメージ

この研究が50年後にどう花咲くか。
夢とともに、新しい分野を切り拓く。

「DNA origami」の技術を用いて分子構造体を望んだ形にするのは難しいことですが、複雑なものを作るということ自体が挑戦であり、将来的な技術の応用発展を目指しています。例えば現在取り組んでいるのが、電気でモーターが動くのと同じように、生体内で動く分子レベルのモーターの作成です。この研究が進めば、情報が組み込まれたDNAを骨組みとして、様々な機能を持った構造体を作り上げ、生体内で指令どおりに動く分子ロボットを作ることも不可能ではありません。DNAで作られるこの骨組みは「インテリジェントナノ鉄骨」とも呼べ、人にも環境にも優しいバイオナノテクノロジーの素材として、医療技術への活用や様々な材質との融合も考えられるなど、用途は無限に広がります。今すぐ結果が見える研究ではありませんが、50年後にはこの技術をベースに、何かものすごい革命が起こるかもしれない。そんな可能性を秘めた分野であり、この研究を通して私たちが新しい分野を切り拓いているのだという夢があります。

研究イメージ