Organization
Institute of Integrated Research Laboratory for Chemistry and Life Science Specially Appointed Junior Associate Professor
Title
Specially Appointed Junior Associate Professor
UDONO HIROTAKE
Research Interests
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Synthetic cells
Research Areas
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Natural Science / Biophysics, chemical physics and soft matter physics
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Manufacturing Technology (Mechanical Engineering, Electrical and Electronic Engineering, Chemical Engineering) / Fluid engineering
Papers
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Remote-controlled mechanical and directional motions of photoswitchable DNA condensates
Hirotake Udono, Shin-ichiro M. Nomura, Masahiro Takinoue
Nature Communications 2025.5
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Synthetic nucleic-acid droplets: a bioprogramming platform for designer microliquids
Hirotake Udono, Tomoya Maruyama, Nathan N. Evangelista, Naoki Yoshida, Yuta Aizaki, Kei Goraku, Kanta Takagi, Ryoya Hasegawa, Masahiro Takinoue
Polymer Journal 2025.5
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Programmable Computational RNA Droplets Assembled via Kissing-Loop Interaction Reviewed
Hirotake Udono, Minzhi Fan, Yoko Saito, Hirohisa Ohno, Shin-ichiro M. Nomura, Yoshihiro Shimizu, Hirohide Saito, Masahiro Takinoue
ACS Nano 18 ( 24 ) 15477 - 15486 2024.6
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DNA Droplets: Intelligent, Dynamic Fluid. Invited Reviewed International journal
Hirotake Udono, Jing Gong, Yusuke Sato, Masahiro Takinoue
Advanced biology e2200180 2022.12
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Photoinduced gel–liquid transition of DNA fluid generates remote-controlled nonequilibrium microflow
Hirotake Udono, Shin-ichiro M. Nomura, Masahiro Takinoue
2022.8
Awards
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Dynamic control of phase transition of photo-reactive DNA self-assemblies
2021.11 CHEMINAS
Research Projects
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DNA機能性流体の液滴生成と集積化のための統合型マイクロ流路の開発
Grant number：22KJ1294 2023.3 - 2025.3
日本学術振興会 科学研究費助成事業 特別研究員奨励費
鵜殿 寛岳
Grant amount：\4420000 （ Direct Cost: \3400000 、 Indirect Cost：\1020000 ）
研究代表者が2023年度に主に取り組んだことは、(1)昨年度末に査読誌から要修正として戻ってきた投稿論文（相状態の光制御が可能なDNA液滴）の修正対応および(2)演算を行うRNA液滴の研究である。(2)に関して、英文の化学・マイクロ工学系の査読誌に提出して要修正として戻ってきた。
(1)に関して査読者から要求されていた追加実験は、(A)光応答能を持つDNAの基本的な性質をより明確にするための対照実験、(B)相挙動を基礎づける熱力学的な議論に関して、定性的な議論にとどまらず定量的なデータの裏付けを与える基礎的な実験、(C)光応答DNAの挙動を用いた何らかのデモンストレーション（例えば、一方向に自走するシステム）である。このうち、(A)および(B)に関して、研究代表者は実験を完了して修正原稿に反映した。特に、マイクロ構造体の熱力学的な変数を実験的に推定することで、液滴の光誘発ダイナミクスの物理的な基礎付けを与えた点は初の試みである。(C)は、本研究の直接的な範囲ではないが、査読者が真剣に原稿を読み建設的な見解を述べていることをふまえて、この追加実験にトライした。当初案では、ガラス基板上にDNAパターンを作製して光応答するDNAとの相互作用を利用して一方向に移動させる手法を着想した。しかし、技術的なハードルおよび時間の制約から当初案は中途断念した。
(2)演算を行うRNA液滴については、知性を持つ流動的な人工細胞を生細胞などの環境中で発現させる技術の基盤となるきわめて重要なテーマである。実験部分に関しては、技術補佐員の協力を得ながら実施した。特定のmicroRNAが2本入力されたときだけ、相状態が液相から分散相に変化することが実験でも確認され、設計通りの挙動が得られることが確認された。査読者からの指摘をうけて、安価な細胞染色液を利用してAND演算にともなう相変化を直接目視で確認できる技術も確立した。 -
プログラム可能な水性二相系DNA液滴の単分散生成と集積化を行うマイクロ流路の開発
Grant number：22K14528 2022.4 - 2025.3
日本学術振興会 科学研究費助成事業 若手研究
鵜殿 寛岳
Grant amount：\4680000 （ Direct Cost: \3600000 、 Indirect Cost：\1080000 ）
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DNA機能性流体の液滴生成と集積化のための統合型マイクロ流路の開発
Grant number：22J00940 2022.4 - 2025.3
日本学術振興会 科学研究費助成事業 特別研究員奨励費
鵜殿 寛岳
Grant amount：\4420000 （ Direct Cost: \3400000 、 Indirect Cost：\1020000 ）
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マイクロ流路を流れる微粒子の慣性集約挙動に関する数値実験研究
Grant number：19J12959 2019.4 - 2021.3
日本学術振興会 科学研究費助成事業 特別研究員奨励費
鵜殿 寛岳
Grant amount：\2300000 （ Direct Cost: \2300000 ）
マイクロ流路内を高速で流れる微粒子が，流体力学的な相互作用で自己組織化し整列する現象について，数値シミュレーションを用いて研究を行った．2020年度は，2つのテーマに関して得られた結果を査読誌上で公表し，本採択課題の申請書に記載していた研究目標を概ね達成することができた．一つは，マイクロ流路内で微粒子が流体の作用で自己組織化するメカニズムを数値シミュレーションで明らかにしたことである．先行研究では，解像度の低い実験的手法で限られたデータしかなく推測的な議論がなされていたに過ぎなかったが，数値シミュレーションによる高解像での解析により決定的なエビデンスを示すことができた．もう一つは，微粒子間の流体力学的な相互作用を強くすることで集約挙動がどのように変わるかを数値シミュレーションで示したものである．申請書には「粒子濃度が高いときに見られる非集約挙動のメカニズムを明らかにする」と書かれていたものである．従来の実験的手法では，2粒子間の流体相互作用を強制的に制御することは不可能であるため，粒子濃度が高い流れ領域での粒子挙動の解析は不可能であった．数値シミュレーションではそのような非現実的な操作が簡単に行えることから，ストレートフォワードな方法で非集約挙動の原因を明らかにした．さらにその過程で，粒子濃度が集約挙動のスピードを変化させることが判明した．論文として公開されてはいないものの，実験研究者との議論を通じて粒子濃度によって集約のスピードが変わることを伝え聞いていた．その現象をはじめてデータとして発表することができた．