KAWANO Lab.

• 自然界では、分子が自己集合し、精緻なナノ構造を低エネルギー（低温、常圧下）で創ることができる。
• 工学的には、半導体微細加工技術などを用いることで制御されたマイクロ構造を造ることができるが、Missing areaとなるナノスケール以下では、生物（自然）が生みだすような精密ナノ構造を造ることが難しい。
• 本研究室では、ナノスケールでは生物の創る構造を利用し、その構造を人工物に埋め込むことでオングストロームからメートルサイズまで制御された構造を創り、利用する。

• マイクロ切削(ミリング)加工や3Dプリンティングにより、CAD設計したデザインを樹脂に加工する。
• プラズマエッチングやUV露光、アルミ蒸着などにより、フォトリソグラフィーによる微細加工やマイクロ流路作成を行う。

M. Ohara et al., ACS Synth. Biol. (2017)
Y. Kobayashi et al., Sci. Rep. (2025)

• マイクロ切削によって作成したマイクロデバイス中に液滴接触法によって脂質二分子膜を作成できる。
• 脂質二分子膜への分子（ペプチド?タンパク質など）の作用に伴う微小な電流変化を、様々なパッチクランプアンプを用いて測定できる。
• 電流シグナルの波形から、1分子レベルでの分子と脂質二分子膜との相互作用の動態を評価し、定量化できる。
• 生体模倣型のバイオセンサ、創薬、制御されたナノ空間内での物理化学研究に用いる。

M. Yamaji et al., Anal. Chem. (2025)
Y. Numaguchi et al., PNAS Nexus (2024)
Y. Sekiya et al., Analyst (2018)
川野竜司 生物物理 55 (2), (2015)

• 脂質膜に細孔（ナノポア）を形成するタンパク質を再構成する。
• ナノポア(直径 ≈1 nm)が形成されるとイオンの通過による電流が流れる。
• 分子がナノポアを通過すると阻害電流により、1分子の挙動が観測できる。
• 2本鎖のDNAがアンジップしながらナノポアを通過すると、より長い間電流が阻害される。
• DNA構造の特性を利用して情報処理を行うDNAコンピューティングとの組み合わせにより、薬物?毒物?診断マーカーの検出などに応用できる。
• ナノポア構造を形成する新たなペプチドを設計し、特定の分子の検出に向けたカスタムメイドナノポアを設計する。

M. Miyagi et al., Small Methods (2025)
S. Takiguchi et al., Anal. Chem. (2023)
A. Tada et al., Anal. Chem. (2023)
N. Takeuchi et al., JACS Au (2022)
K. Shimizu et al., Nat. Nanotechnol. (2022)
S. Takiguchi et al., Chem. Soc. Rev. (2025)
清水啓佑ら 生物物理 62(5), (2022)

• 超小型ロボットである分子ロボットを用いて、人体内での診断治療などへの応用が期待されるている。
• 分子ロボットの構築において、自律的にナノ構造を形成できる自然界の分子を利用するボトムアップなアプローチを利用する。
• 分子ロボットを構築するためには、1) 感覚 (sensor)　2) 知能 (intelligence)　3)運動 (Actuator)　の3つの要素が必要。
• 分子ロボットの筐体として、人工の脂質二分子膜小胞であるリポソームを利用する。
• ナノポアタンパク質は、分子ロボットにおいて、知覚を行うセンサーとしての機能を担う。
• リポソーム内にDNAコンピューティング反応を封入して、疾患マーカーの検出と核酸医薬の合成を行う。

K. Izumi et al., ACS Omega (2024)
Z. Peng et al., Lab on a Chip (2024)
K. Izumi et al., Micromachines (2023)
K. Shoji et al., Micromachines (2020)