DNAを素材とするナノ光・電気回路の高精度・大量生産に適したナノ構造作製技術東京工業大学大学院総合理工学研究科准教授村田智 1 研究の背景今日の高度情報化社会は半導体デバイスの微細化技術により支えられている．しかしリソグラフィーによるデバイスの微細加工はその分解能において限界に達しつつあり，高度情報化社会の持続的発展のためには，デバイスの超微細化と高性能化を低コストで実現する新たな製造技術が必要とされている． 2 従来技術の問題点これまでに作られたナノサイズの金属構造は，おおよそ， (1)プローブ顕微鏡を用いたスポット的な構造， (2)粗い表面などの自己組織化的な構造， (3)金属ナノ微粒子の固定， (4) 集束イオンビーム（FIB）や電子ビーム（EB）を用いて作製された構造に限られている． (1)〜(3)では，自由な構造を作るのが困難であり，(4)は高い機能を持つナノ構造を作製するには精度が不十分である．また， (4)はコストが高く，構造作製後に任意の場所へ分子やナノ微粒子を固定化する技術が確立されていない． 3 提案する技術本技術は，人工的に合成したDNA分子を素材とするナノ構造の作成法にかかわるもので，何種類かのDNA分子を試験管の中で混ぜ合わせるだけで，設計したとおりの精密なナノ構造がひとりでにできあがるというもの．そのための新しい構造要素（セルフアセンブリモチーフ）の提案を行う． 4 提案する技術の特長人工核酸分子によるプログラムナノ構造体の作製技術はこれらを一気に解決する可能性を持っている．すなわち， (1) ナノ構造を10nm程度の精度で自在にデザインできる． (2) 溶液中で一度に大量の構造が作製でき，特殊な装置を必要としない． (3) 化学合成により任意の位置に分子やナノ微粒子を固定化することができる． (4) 高分子マトリクス中への分散が可能 5 これまでに提案されたDNAナノ構造とのちがい従来のDNAナノ構造はDNAタイルとよばれる14×4×2ナノメートルの大きさの構造単位（モチーフ）がよく使われているが，剛直な平面構造しかできないという制約があった．ここでは，より単純なモチーフで，3次元結晶構造やその他の多様なナノ構造を構成可能なものを提案する．本提案の特長（１）つくれるナノ構造の分解能が高い（～10ナノメートル）（２）直交継ぎ手モチーフにより3次元結晶構や空洞のあるナノ構造などバリエーションがひろがる（３）少ない種類のDNA分子で構造が作れる（平面構造ならば2 種類でOK） 6 想定される用途 • • • 高密度磁気記録媒体（現状の100倍の記録密度）ナノ光・電子デバイスの骨組み構造として（従来の方法では作成不可能な分解能をもつデバイスを安価に製造）タンパク質結晶解析(DNA結合性タンパクの無条件結晶化） 7 実用化に向けた課題 • 現在、平面状のナノ構造についてある程度の規模の成長が可能なところまで開発済み。しかし、3次元化が未解決である。 • 今後、結晶成長条件について実験データを取得し、磁気記録媒体等に適用していく場合の条件設定を行っていく。 • その場合，実用化に向けて、磁性ナノ粒子の固定化技術の開発が必要。 8 企業への期待 • 未解決の結晶成長技術については、モチーフの改良および結晶成長の精密な環境制御技術により克服できると考えている。 • 幅広い応用分野をもつ化学系企業との共同研究を希望。 • また、微細ナノ構造を必要とする企業、ナノバイオ反応場等への応用を考えている企業にも、本技術の導入が有効と思われる。 9 本技術に関する知的財産権 • 発明の名称：核酸構造体及びその核酸構造体を用いた核酸構造物 • 出願番号：特願2008-012050 • 出願人：東京工業大学 • 発明者：浜田省吾，村田智 10 お問い合わせ先＜技術的内容＞東京工業大学准教授村田智ＴＥＬ：045-924-5680 FAX:045-924-5680 e-mail ：[email protected] ＜技術の育成及び特許の取扱等＞東京工業大学産学連携推進本部特許流通アドバイザー鷹巣征行ＴＥＬ：03-5734-7634 FAX：03-5734-7694 e-mail ：[email protected] 11