2017 Fiscal Year Annual Research Report
Non-equilibrium dynamics of meso-structures in biomembranes
| Project Area | Synergy of Fluctuation and Structure:Foundation of Universal Laws in Nonequilibrium Systems |
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| Project/Area Number |
25103010
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
好村 滋行 首都大学東京, 理工学研究科, 准教授 (90234715)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
野口 博司 東京大学, 物性研究所, 准教授 (00514564)
芝 隼人 東北大学, 金属材料研究所, 特任助教 (20549563)
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| Project Period (FY) |
2013-06-28 – 2018-03-31
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| Keywords | 生体膜 / 非平衡 / 相分離 / 化学反応 / ずり流動 / ラフト / マイクロレオロジー / ガラス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
アクティブな力双極子を有する粘弾性体中のブラウン運動について検討した。プローブ粒子の平均二乗変位を計算した結果、熱ゆらぎのみ存在する場合、平均二乗変位は時間の0乗から1乗の間で変化することを導出した。一方、アクティブな力双極子によって、平均二乗変位は時間の0乗から2乗の間の全ての異常拡散が起こることを示した。
ソフトマターのような粘弾性体中を遊泳するマイクロマシンの動作機構について理論的に考察した。具体的には、アクティブ・マイクロレオロジーで使われている基本式を三つ玉スイマーに適用することで、スイマーの遊泳速度とソフトマターの複素粘性率を結びつける関係式を導出した。この関係式によると、三つ玉スイマーがソフトマター中を遊泳するには二通りの可能性があり、一方は形状変形の時間反転対称性を破ることであり、他方はスイマーの構造対称性を破ることである。
生体内では脂質分子の合成、分解が盛んに行われているが、それによって生じる生体膜のダイナミクスはよくわかっていない。親水分子、疎水分子の結合による両親媒性分子の生成、また逆反応による分解を考慮した粗視化分子動力学計算を行い、二重膜の構造変化を研究した。ベシクルの内外に基質の濃度差がある場合、化学反応によって、二重膜の外膜と内膜の間を分子の移動が起こる。これにより、板状の二重膜の形成伸長、ベシクル内への球状のコブ形成が起こることが明らかにした。
イオンのみで液体状態を取る常温溶融塩が電解液、反応溶媒、潤滑剤などとして近年注目されており、メソスケールの内部構造が機能性発現に重要であることが実験的に示唆されている。アルキルイミダゾリウム系イオン液体の合同原子モデルの１マイクロ秒に渡る長時間分子動力学計算により液晶構造の形成を再現し、液晶構造がフラジャイルな動的性質に寄与すること、液晶構造によってイオン輸送が層内に制約され異方的となることを見出した。
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| Research Progress Status |
29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 |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Presentation] Swimmer-microrheology2017
Author(s)
Kento Yasuda, Ryuichi Okamoto, and Shigeyuki Komura
Organizer
International Symposium on Fluctuation and Structure out of Equilibrium 2017, Sendai, Japan
Int'l Joint Research
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