Biomod/2013/Komaba/Design

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。DNA origamiによるシリンダーの設計には、cadnanoという"simplifies and enhances the process of designing three-dimensional DNA origami nanostructures"するソフトウェアを利用しました。(Figure 1)

シリンダー表面はFootingを結合することを想定したDNAの塩基配列となっています。このFootingが結合された足場のレーンは丁度二重らせん構造になっており、２体のDNA Spiderがシリンダーをとりあえず一周できるようになっています。また、シリンダーのどちらの底面からSpiderが出発したかを容易に観察できるように、スパイダーが出発し始めるほうの面には、印がつけてあります。

シリンダーは、半径25.4nm、高さ43.5nmです。これは、スパイダーが隣のレーンの足場に移動しないよう充分なレーンの間隔を用意することや、実験結果を観測するために原子間力顕微鏡(AFM)で確認できることを条件に算出されました。(Figure 2)

[Figure 1:cadnanoのデータ][Figure 2:シリンダーの絵]

DNA Spider

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。

Rotating 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。

Cylinder Motor (Combination of above parts)

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。