Kiyohiko Kawai 研究室

Kawai研究室は、DNA分子に組み込んだ蛍光色素の光学的性質を精密に制御し、化学反応を一分子レベルで観測する研究を展開しています。研究の中心は、蛍光分子が発光と消光の状態を繰り返す「点滅現象」を利用して、DNA上での電子移動や酸化還元反応の速度論を捉えることです。DNA鎖に蛍光プローブを組み込むことで、通常の多数分子の平均値ではなく、個々の分子が示す反応動力学の詳細を明らかにしています。 手法としては、DNA配列やその立体構造を設計基盤として、蛍光顕微鏡により単一分子の光放出を記録し、隠れマルコフモデルなどの機械学習手法で点滅パターンを解析します。特に三重項励起状態での反応追跡により、通常の蛍光測定よりも遙かに長い時間スケールで生体分子の動態を観測できることを示しています。 主な知見として、同じ条件下でもDNA分子ごとに反応速度が大きく異なる「不均一性」が基本的な現象であること、そしてDNA構造の変化に応答して蛍光特性が切り替わる光学システムが医療診断や環境センシングへ応用できることが報告されています。これらの成果は、次世代の高感度バイオセンサーと単一分子解析技術の発展に貢献しています。