非線形ネットワークによるナノ自動合成

• Project Area: Emergent Chemistry of Nano-scale Molecular System
• Project/Area Number: 23111704
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Saitama University
• Principal Investigator: 中林 誠一郎 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (70180346)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥6,760,000 (Direct Cost: ¥5,200,000、Indirect Cost: ¥1,560,000); Fiscal Year 2012: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2011: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
• Keywords: 堅牢性 / 非線形ネットワーク / 非線形波動 / 引き込み / 同期 / 非線形自励振動 / 自己組織化 / 非線形電気化学 / ネットワーク / 興奮性結合 / 蠕動運動 / バイオコンピューティング

Outline of Annual Research Achievements

非線形電気化学振動子の集団挙動を、非線形力学系の観点から進めてきたが、知見が蓄えられるにつれて、生物的な運動、たとえば、クラゲの傘の開閉運動や、腎盂や大腸の蠕動運動を、連成振動子系で再構成できる可能性が見えてきた。これらの経験を踏まえて、（1）大脳からの指令を必要としない不随意運動の再構成、（2）部分的な破壊を克服できる堅牢なパルス・ジェネレータの機能（生物的には、腎盂中の信号伝播）を 非線形振動子のネットワークからエミュレートした。目的とする機能が、ネットワークの中に意図的に作った「欠陥」によって、どのように傷害されるかを調べ、生物回路が有する堅牢性の発現機構を解明した。我々の手法は、非線形振動子を決められた規則に従って空間的に配置し、その信号を記録することで、目で見て振る舞いを追跡することができた。標的とする腎盂は、「平滑筋細胞」と「カハール細胞」からなる臓器で、電気生理的に信号伝搬機能が制御され、内分泌等の分子制御の影響が少ない。平滑筋とカハール細胞の巨視的な応答は、Hodgkin-Huxley 式で記述され、(a)「カハール細胞は振動性振動子」、(b)「平滑筋細胞は興奮性振動子」と見なせる。各細胞の腎盂中の位置により、それぞれの細胞の生理学的動作パラメータを個別に作り分けることは、生物学的に「極めて高い設計コスト」となる。従って、個々の細胞の孤立状態での動作パラメータを一定とし、「細胞の並べ方、すなわち、細胞間のネットワークにより臓器の機能が発現する」と考えることが妥当である。本研究では、細胞ネットワークの空間構造と機能発現を、モデル系と天然系で比較し、構造と機能の相関を明らかにした。

Research Progress Status

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Effect of Gel−Solution Interface on Femtosecond Laser-Induced Nucleation of Protein (2013)
  • Author(s): S.Nakayama, H.Y.Yoshikawa, R.Murai, M.Kurata, M.Maruyama, S.Sugiyama, Y.Aoki, Y.Takahashi, M.Yoshimura, S.Nakabayashi, H.Adachi, H.Matsumura, T.Inoue, K.Takano, S.Murakami, and Y.Mori
  • Journal Title: CRYSTAL GROWTH & DESIGN Volume: Vol.13, Issue 4 Issue: 4 Pages: 1491-1496
  • DOI: 10.1021/cg301618h
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Magnetic field induced hopping among Arnold entrainment tongues of coupled iron electrochemical oscillators (2013)
  • Author(s): Koyama, H (Koyama, Hiroaki)[ 1 ] ; Nakao, H (Nakao, Hirofumi)[ 1 ] ; Yoshikawa, HY (Yoshikawa, Hiroshi Y.)[ 1 ] ; Nakabayashi, S (Nakabayashi, Seiichiro)[ 1 ]
  • Journal Title: CHEMICAL PHYSICS LETTERS Volume: 555 Pages: 268-273
  • DOI: 10.1016/j.cplett.2012.10.074
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Hydrogen nanobubble at normal hydrogen electrode (2013)
  • Author(s): Nakabayashi, S (Nakabayashi, S.); Shinozaki, R (Shinozaki, R.); Senda, Y (Senda, Y.); Yoshikawa, HY (Yoshikawa, H. Y.)
  • Journal Title: JOURNAL OF PHYSICS-CONDENSED MATTER 巻: 25 Volume: 25 Issue: 18 Pages: 184008-184008
  • DOI: 10.1088/0953-8984/25/18/184008
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Spatially precise, soft microseeding of single protein crystalsby femtosecond laser ablation (2012)
  • Author(s): Hiroshi Yoshikawa
  • Journal Title: Cryst. Growth Des., Volume: 12(9) Issue: 9 Pages: 4334-4339
  • DOI: 10.1021/cg300018t
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthesis and hole transport properties of highly soluble pyrene based discotic liquid crystals with trialkylsilylethynyl groups (2011)
  • Author(s): S.Nakabayashi, 他6名
  • Journal Title: Molecular Crystals and Liquid Crystals Volume: 534 Issue: 1 Pages: 81-92
  • DOI: 10.1080/15421406.2011.536485
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Nano-bubble at normal hydrogen electrode (2012)
  • Author(s): 中林誠一郎
  • Organizer: EUROMECH Colloquim
  • Place of Presentation: Ecole de Physique les Houches France
• [Book] 電気化学便覧 第６版 ４章 電気化学理論 p141~171, 中林誠一郎・馬場涼・大坂武男 4.4電極反応の速度 P154~164 (2013)
  • Author(s): 電気化学会編 編集委員 ３４名
  • Total Pages: 852
  • Publisher: 丸善
• [Remarks]
  • URL: http://park.saitama-u.ac.jp/~nakabayashi-lab/