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整理番号 6741   (公開日 2014年01月31日) (カテゴリ バイオテクノロジー医学・薬学素材機械情報・通信エレクトロニクス
MEMSのバイオテクノロジー応用(分子ピンセットによる化学反応の評価)
●内容 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems:マイクロマシン)の創成期から蓄積したMEMSの知識や技術を軸に、藤田研究室では先端科学の二つの大きな柱である「ナノテクノロジー」と「バイオテクノロジー」に対して、他の技術では実現困難な実験計測系を創成している。

 半導体微細加工を援用したMEMS技術で、細胞と同程度のミクロン寸法のナノピンセットを作り、分子の大きさ程度のナノメートルの精度で動かしている。このピンセットで、DNAなどフィラメント状の分子やナノ物体を捕獲して電気機械特性を測る研究を行っている。例えばDNAを対象にした計測では、DNAの溶液にナノピンセットの先端を浸し、そこに加えた電界の力で分子を水中から引き寄せ、引き延ばした後、ピンセットの腕の両端に橋渡しする形で固定できる。捕獲したDNA束を水中に浸してピンセットで力を加え、その硬さを数分子レベルの分解能で測った。水中にDNA切断酵素を加えると分子束が徐々に細く柔かくなっていくが、この時間変化を連続的に測ることができた。すなわち、DNAと他の分子の相互作用を、機械的計測によって実時間で連続的に測ることに成功した。放射線癌治療やある種の抗癌剤では癌細胞のDNAを標的にする。分子ピンセットに捕獲したDNAにX線や抗癌剤を作用させれば、その効果を定量的に測れるので、将来は患者のDNAを用いて効果を測り、その人に合った治療法を選択できるかもしれない。薬の開発にも役立つだろう。

ニーズに基づく要求仕様などを含め、バイオ、ナノテク技術へのMEMS応用に関する共同研究を希望する。特に企業からの具体的テーマの提案をお待ちしている。
●研究者
教授 藤田 博之
生産技術研究所 附属マイクロメカトロニクス国際研究センター
●画像


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MEMSピンセットと腕の先端に捕獲したDNA分子束
間隔約10ミクロン、先端曲率約50nmの微小ピンセットを作り、DNA溶液に先端を浸し、電気の力で引き寄せて固定した。静電アクチュエータで分子を数nmのレベルで伸縮して機械特性を測ったところ、数分子の分解能が得られた。
(C) 生産研 藤田(博)研究室

捕獲したDNA分子束が、制限酵素(Hind III)で徐々に分解される反応過程の測定
分子ピンセットの間に捕獲したDNA分子束を、分解酵素の溶液に浸して、機械的な共振周波数の変化を連続的に測った。赤い測定点で示すように、DNA束が細くなっていくにつれて、共振周波数が低下した。
(C) 生産研 藤田(博)研究室
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上記内容は、各研究者へのインタビューをもとに東京大学 産学協創推進本部で骨子をまとめたものです。
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