拡張Vicsekモデルによる発動分子集合体の自己組織化法解明
Publicly Offered Research
| Project Area | Molecular Engine: Design of Autonomous Functions through Energy Conversion |
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| Project/Area Number |
19H05403
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Complex systems
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
住野 豊 東京理科大学, 理学部第一部応用物理学科, 准教授 (00518384)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
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| Keywords | 自己組織化 / 自己駆動粒子 / 創発的群行動 / Vicsekモデル / 能動回転 / 集団運動 / 運動モード |
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| Outline of Research at the Start |
発動分子は自ら変形し動くミクロな能動素子と言える．非平衡物理の観点から，こうした発動分子は集積されるだけで，時空間秩序構造を自発的に生みだすことが期待される．
本研究では，既に確立された自己駆動粒子集団のモデルであるVicsekモデルを拡張し，平面上の発動分子の集合体を想定した数理モデルを構築する．具体的な拡張方法としては，(A)斥力（B）カイラリティ(C)化学反応の影響を取り入れる．更にμmスケールで同様の性質を持つ実験モデルを作成し，生み出されるダイナミクスをその場観察する．こうして数理モデルと実験モデルを対比させることで実際の発動分子の自己組織的集積手法を明らかにする．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究計画ではVicsekモデルを拡張することで，自ら動く分子を組織化する数理メカニズムを探ることを目標とした．
2020年度には(1)濃度場を介して運動する粒子系，特に濃度場のソースとなる粒子とその濃度場に応答するだけの粒子が保存力により結合された粒子系に着目した研究を行った．本系で並進運動の速さをパラメータとすることで，直進運動から回転運動に分岐することを見いだした．この研究成果は現在論文として取りまとめ投稿中である．
また，(2)交流電場により駆動する粒子系の構築とその数理モデル化を行った，こちらは2種粒子が不釣り合いな実効的引力を及ぼす実験系であるという仮説に基づいた数理モデルを構築した．この数理モデルは実験を半定量的に再現することを確認した．更に，この数理モデルを解析的に計算することで2種粒子をペアとすると，ペアの運動をVicsekモデルと同等の方程式で記述できることも明らかにした．本研究成果に関しては現在投稿論文に取りまとめている．
以上に加え，(3)自己駆動粒子の運動特性に右回り，左回りのカイラリティの影響を取り入れた数理モデルも構築した．この数理モデルを利用することで，円形境界におけるedge流のモデル化を行った．本研究成果は共同研究としてProceeding of National Academy of Science誌に採択された．
一方， 2020年度に予定していた実験的研究の一部は2021年度に遂行された．2021年度には，(4)in vitro motility assayを応用した自己駆動する微小管とポリスチレン粒子系を混在した実験系を構築した．この系においてVicsekモデルに排除体積を導入した数理モデル相当の挙動が観察された．本研究は引き続き，発動分子領域の公募研究の一部として発展・継続している．
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(22 results)
