| Project/Area Number |
21K03855
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 19010:Fluid engineering-related
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
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| Keywords | 自己駆動液滴 / アクティブマター / エマルジョン / マイクロスイマー / 細胞運動 / マイクロ流体デバイス / 相分離 |
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| Outline of Research at the Start |
自己遊泳する液滴やその集団が、自発的対称性の破れや集団運動として顕現させる時空間構造の解明を目指す。動きに関する対称性の破れ（運動の多様化）がどこから創発するのか、この現象に潜む数理的な構造と流体力学的なメカニズムはどの様なものか、実験と理論の両面から解明する。実験によって対流モードの解析を行い、理論モデルとの定量比較を通じて転移現象を解析する。さらに、単独液滴で得られた知見を多数液滴の集団運動や協調的な運動に応用して集団運動での特徴を明らかにする。
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| Outline of Final Research Achievements |
A self-propelled object is an object that exhibits motion driven by internal forces utilizing the energy inherent in the system. In this study, we focus on micrometer sized self-propelled droplets that show translational swimming motion and elucidate the mechanism of their motion transition through both experimental and theoretical approaches. When the droplets are composed of water and oil, a drift transition occurs from a stationary state to a translational motion state accompanied with size increase of the droplet. We have revealed that this translational motion has a stable solution for the straight motion. Additionally, as the droplets become more larger, a bifurcation occurs where the direction of the quadrupole mode of internal and external convection becomes unstable. This instability leads to weak directional stability of the motion against disturbances or perturbations, resulting in curved motion.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
本研究は、細胞サイズのスケールでの液滴が示す遊泳運動の流体力学的特性と駆動対流の安定構造を解明しました。これによって、液滴の運動モードやその安定性が、サイズや物性が変化した際にどのように変わるかのメカニズムが明らかになりました。この知見は、化学反応を利用して自らを動かすアクティブ液滴の運動制御技術への応用面として重要です。さらに、初期の生物がどのような生体分子やメカニズムを利用して細胞運動を獲得したのかは未解明な謎ですが、本研究はそれら初期生物が利用したと考えられる物理学的な要件と、運動の多様性を生み出す最も単純な要素を明らかにしたという観点で、発展的な意義があります。
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