| 第1章 DNAナノエンジニアリングとは？ 1 |
| 1.1 この本のねらい 1 |
| 1.2 DNAナノエンジニアリング 1 |
| 1.3 DNAナノエンジニアリングの歴史 3 |
| 1.4 本書の構成 5 |
| 1.4.1 取り扱うトピックおよび読み方 5 |
| 1.4.2 各章の位置づけ 6 |
| 第2章 DNAとは？ 11 |
| 2.1 DMAの化学構造 11 |
| 2.1.1 大きさと形 12 |
| 2.1.2 化学的構造 13 |
| 様々な二重らせん構造 16 |
| 2.1.3 化学的特性 16 |
| Watson-Crick塩基対以外の結合様式 18 |
| 2.2 DNAの熱力学 19 |
| 2.2.1 二状態モデル 19 |
| 2.2.2 自由エネルギー 20 |
| 2.2.3 融解温度 21 |
| T(M)とΔHH，ΔSとの関係 23 |
| 2.2.4 DNA二次構造 24 |
| 2.2.5 DNA二次構造の安定性 28 |
| 2.2.6 DRA二次構造とハイブリダイゼーション速度 29 |
| 2.3 DNAの構造的な硬さ・柔らかさ 32 |
| 2.4 DNAへ関連の実験技術 35 |
| 2.4.1 電気泳動 35 |
| 2.4.2 酵素反応 36 |
| 第3章 ハイブリダイゼーションの熱力学的解析とパラメータ予測 43 |
| 3.1 融解温度と自由エネルギーの測定 43 |
| 3.2 DNAの熱力学的パラメータの予測 47 |
| 3.2.1 Nearest-neighborモデルによるΔH，ΔS，ΔGの予測 47 |
| T(M)の計算式 49 |
| 3.2.2 動的計画法によるΔGmin予測 52 |
| 第4章 DNA塩基配列設計 61 |
| 4.1 塩基配列設計とは何か？ 61 |
| 4.2 設計の制約 62 |
| 4.2.1 一様な融解温度 62 |
| 4.2.2 特異的なハイブリダイゼーションI:ハミング距離に基づく指標 63 |
| 4.2.3 特異的なハイブリダイゼーションII:熱力学に基づく指標 |
| 4.2.4 分子内反応による二次構造の禁止 67 |
| 4.2.5 その他の制約 67 |
| 4.3 配列設計のための手法 68 |
| 4.3.1 ハミング距離に基づく設計法 68 |
| 4.3.2 de novoデザイン 70 |
| 4.3.3 最小自由エネルギーに基づく設計手法 73 |
| 配列設計ソフトウェアのデファクトスタンダードは？ 77 |
| 第5章 DNAを利用した情報処理デバイスの構築 79 |
| 5.1 DNAの反応で，情報を処理する 79 |
| 5.2 第一世代のDNAコンピュータ 81 |
| 5.2.1 生成と探索アルゴリズム 81 |
| NP完全問題（NP-complete problem） 86 |
| 5.2.2 第一世代DNAコンピュータの課題 87 |
| 5.3 多段階計算する自律型DNAコンピュータ 89 |
| 5.3.1 Class IIs制限酵素を利用したDNA有限オートマトン 90 |
| 5.3.2 DMAポリメラーゼを利用した1分子単位で動作する状態遷移機械 97 |
| 5.4 DNAゲート素子とDNA論理回路 105 |
| 5.4.1 DNAzymes 105 |
| 5.4.2 酵素フリーの論理ゲート 110 |
| 任意の論理演算を実現するために必要な論理ゲート 114 |
| 5.5 転写および逆転写反応を利用した自律情報処理システム 121 |
| 5.6 展望 127 |
| 5.6.1 RNAモジュールを組み合わせて実現する遺伝子発現制御 128 |
| 第6章 DNAナノ構造 131 |
| 6.1 構造DNAナノテクノロジーとは- - 131 |
| 6.1.1 構造DNAナノテクノロジーの特質 132 |
| 6.1.2 DNAナノ構造の応用 134 |
| 6.1.3 構造DNAナノテクノロジーの沿革 136 |
| 6.2 設計と作製の手順 136 |
| 6.2.1 基本単位としての分岐 137 |
| 6.2.2 2つの設計アプローチ 140 |
| 6.2.3 実験方法 144 |
| DNAナノ構造設計のためのソフトウェア 148 |
| 6.3 2D DNAナノ構造 149 |
| 6.3.1 DNAタイル 149 |
| 6.3.2 頂点分岐型のモチーフ 151 |
| 6.3.3 DNAオリガミ 154 |
| 6.3.4 T-モチーフ 157 |
| 6.4 3D DNAナノ構造 160 |
| 6.4.1 多面体構造 160 |
| 6.4.2 オリガミベースの3次元構造 166 |
| 6.4.3 3次元結晶 171 |
| 6.5 アルゴリズミックセルフアセンブリ 172 |
| 6.5.1 アルゴリズミックセルフアセンブリの原理 172 |
| 6.5.2 速度論的タイルアセンブリモデル 175 |
| 6.5.3 アルゴリズミックセルフアセンブリの実験 178 |
| 6.5.4 エラー率の低減に向けたいくつかのアプローチ 179 |
| 6.6 今後の展望 182 |
| 第7章 おわりに 185 |
| 7.1 基礎科学としての核酸研究 185 |
| 7.2 設計論としての課題と展望 187 |
| 7.3 DNAナノエンジニアリングの向かうところ 189 |
| 参考文献 191 |
| 索引 197 |
