Biomod/2013/Komaba/Project

Background of Project

DNA Screwプロジェクトの目標は、DNAのみで回転するモーターを作ることです。生体分子を利用して自発的に動く仕組みに関しては、モーター蛋白質Kinesinの研究やDNAの「歩行」運動、あるいは昨年度のTitech Nano-Jugglersが発表したBiomolecular Rocketなど、これまでに数多くの研究が行われてきました。しかし、DNA純正で回転運動を実現したものはありませんでした。

回転運動をする機構、すなわちモーターは、高い応用可能性を秘めています。例えば実生活のスケールの世界では、スクリュー、自動車、洗濯機、時計、ファン、果てはゲーム機のコントローラーなど、あらゆる場面で用いられています。私たちは、この回転運動をDNAのスケールでも実現することで、今後のDNAエンジニアリングの幅が大きく広がるのではないかと考えました。

当然のことながらDNAモーターは、実生活スケールのそれとは、そのメリットや活用範囲も大きく異なってきますが、それでも数多くの可能性を秘めています。DNAモーターを自由に制御する技術が完成すれば、既存のセンサーなどと組み合わせて、完全自立型の分子ロボットを作ることもできるかもしれません。以降、モーターの構造の説明や活用方法のアイデアを紹介します。

Project Overview

The motor made in this project comprises three parts, including the cylinder as an axis, DNA Spiders as a source of power and the ring which actually rotate. At the first phase in the project, we design each parts and confirm their suitability for the motor by experiment. Then, in the second phase, we develop a method to combine each pasts and make up the motor.

If you need details of each experiment, please click ">>read more" link and jump to Design page.

Cylinder

Cylinderは回転を支える軸として、モーターの中心に置かれます。DNA Origamiの技術を利用してDNAを円筒形に整形し、その表面にDNA Spiderの足場をらせん状に結合します。この足場を順にたどっていくことで、DNA Spiderはシリンダー上を周回できるようになっています。>>read more

DNA Walker

回転運動の動力の源泉となるのが、このDNA Spiderです。DNA Spiderとは、特定の塩基配列を持った足場と結合・切断を繰り返して進むDNA Walkerを3つつなげてより強固にしたものです。Cylinderの足場を周回しながら、DNA Ringに回転運動を伝達します。

Rotate Ring

実際に回転するのはこのDNA Ringの部分になります。リングあるいは円盤の側面のような形状をしており、整形にはCylinderと同様にDNA Origamiの技術を利用します。この内側にDNA Spiderをつないで、DNA Spiderの移動にRingも連動することになります。

Motor

上述の三要素の結合、即ちCylinderとRotate RingをDNA Spiderを仲介させてつなぐことで、モーターの回転運動が実現されます。電気工作で用いるモーターなどとは異なり、軸を固定された中心として周囲が回転します。この動きを応用することで、Vision for the futureのようなものが実現可能になります。

Another Structure

The motor made in this project rotates by DNA spider and round footings. In this system, the cylinder become too long if motor make many revolutions. However, we have an idea which make it possible to make lasting rotation by using long straight footing and DNA spiders positioned circularly.