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アナウンスメント

若手研究者紹介1

〜マイクロメートルスケールの非平衡開放系を設計・制御し,
動的な分子ロボット・人工細胞を創る〜
大学院総合理工学研究科 知能システム科学専攻
瀧ノ上正浩


生命システムをはじめとする動的なシステムは,物質・エネルギーの流入出が絶え間なく起こる「非平衡開放系」と呼ばれる環境において実現されるシステムである.物質やエネルギーの流入出のない孤立系では,エントロピーが増大し秩序が失われていくが,非平衡開放系では,物質・エネルギーの流入出のおかげでエントロピーの増大が抑制され,豊かな秩序を生み出すことができる.すなわち,生命システムのような複雑で自律的かつ動的な自己組織化システムを開発する場合,非平衡開放系を制御するということが重要となる.特に,私の研究室では,細胞サイズ(数μmから数百μm)の非平衡開放系を制御することで,DNA/RNA・タンパク質・脂質・ゲルなどの生体高分子から人工細胞や分子ロボットを創る方法論の構築を行っている.

まず,人工細胞の研究では,マイクロ流路の中で化学物質を含んだ細胞サイズ水滴を制御することで,細胞サイズ水滴中での自律的な化学振動反応の実現に成功している.これにより,「生命とは何か」を物理科学的な観点で解明するための新規技術の開発,たとえば,細胞内のダイナミックな反応をモデル化して実験・解析する細胞サイズの反応システムや,時間発展のある人工細胞などの開発が可能になると考えている.また,分子ロボットの開発では,centrifuge-based droplet shooting device (CDSD) という遠心型マイクロ流体デバイスを開発することで,異方性・非対称性のある複雑形状の細胞サイズゲル粒子を自在に作製することに成功し,分子ロボットの本体として利用している.これに自律的な運動機能や自律的な情報処理系を実装し,細胞のように自律的に働く分子でできた細胞サイズのロボットを実現していく.

以上の研究は,細胞内の生化学反応を調べる生命科学の基礎研究のみならず,モデル細胞系を利用した医薬品開発等において発展が期待できる.さらには,病気の診断や治療を体内で自律的に行うメンテナンスフリーな微小生体分子ロボットの開発などにつながる可能性もあるため,基礎研究・応用研究の両輪で研究開発を進めているところである.


  参考:(研究室ホームページ:http://www.lifephys.dis.titech.ac.jp)

図1:
概念図


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