DNA液滴の流動性を光で制御~インテリジェントな微小流体型分子コンピュータの実現に期待~

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2025-06-18 東京科学大学

東京科学大学・東北大学の研究チームは、光の波長によって流動性が可逆的に変化するDNA液滴を開発し、これを使ったマイクロ流体ロボットを実現しました。DNAの粘着末端に光応答性アゾベンゼンを導入し、UV照射でゲル→液体→分散へ、可視光で逆転移。これにより、液滴の相状態を遠隔操作でき、非光応答性のDNA粒子を「クラゲ泳動」や「パックマン泳動」といったモードで運搬可能にしました。切り替え周波数に応じて泳動方向と機構が変化し、シミュレーションでもその挙動が再現されました 。こうした技術は、分子コンピュータ・マイクロ流体診断チップ・分子ロボットなど、インテリジェント流体を活用する多分野への応用が期待されます。

DNA液滴の流動性を光で制御~インテリジェントな微小流体型分子コンピュータの実現に期待~図1. 光照射により流動性を制御できるDNA微小流体型分子ロボット(コンセプト図)。

<関連情報>

光スイッチング可能なDNA凝縮体の遠隔操作による機械的・方向的運動 Remote-controlled mechanical and directional motions of photoswitchable DNA condensates

Hirotake Udono,Shin-ichiro M. Nomura & Masahiro Takinoue
Nature Communications  Published:14 May 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-025-59100-x

Abstract

Membrane-free synthetic DNA-based condensates enable programmable control of dynamic behaviors as shown by phase-separated condensates in biological cells. We demonstrate remote-controlled microflow using photocontrollable state transitions of DNA condensates, assembled from multi-branched DNA nanostructures via sticky-end (SE) hybridization. Introducing azobenzene into SEs enables their photoswitchable binding affinity, which underlies photoreversible fluidity of the resulting condensates that transition between gel/liquid/dissociated states in a wavelength-dependent manner. Leveraging base-sequence programmability, spatially coupled orthogonal DNA condensates with divergent photoresponsive capabilities perform multi-modal mechanical actions that depend on azobenzene insertion sites in the SE, including switching flows radially expanding and converging under photoswitching. Localizing photoswitching within a DNA liquid condensate generates two distinct directional motions, whose contrasting morphology, direction, and lifetime are determined by switching frequency. Numerical simulations reveal its regulatory role in weight-adjusting energy-exchanging and energy-dissipative interactions between the photoirradiated and unirradiated domains.

細胞遺伝子工学
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