2016 Fiscal Year Annual Research Report
| Project Area | Synergy of Fluctuation and Structure:Foundation of Universal Laws in Nonequilibrium Systems |
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| Project/Area Number |
25103011
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
木村 康之 九州大学, 理学研究院, 教授 (00225070)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
水野 大介 九州大学, 理学研究院, 准教授 (30452741)
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| Project Period (FY) |
2013-06-28 – 2018-03-31
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| Keywords | マイクロレオロジー / アクティブマター / 非平衡揺らぎ / 分子機械 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、様々な非熱的場により駆動されたバイオマターおよびモデル系のメソスケールのゆらぎと力学応答に関する実験的研究を行なっている。本年度は以下のような研究を行った。
（１）高濃度の界面活性剤水溶液中に分散したミクロ油滴は、界面活性剤分子の界面吸着により生じた表面張力の勾配に起因するマランゴニ対流により自己駆動する。本研究では大きさ数～数百ミクロンの等方的な油滴およびネマチック液晶液滴を界面活性剤水溶液中に分散し、それらが示すサイズの依存した特徴的な自発運動を明らかにした。
（２）生体内では、様々な分子機械がATPの加水分解を燃料として力学的仕事を行っている。その一つであるキネシンは、細胞内で小胞体などの荷物を運ぶ生体分子モーターとして働く。その詳細な分子メカニズムは明らかになりつつあるが、1分子のキネシンを一つの非平衡散逸系と見立てた際のエネルギー収支については、定量的な理解が進んでいない。我々は、高速フィードバック制御を導入した光ピンセットを用いた1分子計測手法を用いて、キネシンが荷物となるプローブ粒子を運ぶ際に散逸される非平衡散逸流を定量した。また、2状態マルコフ遷移モデルとランジュバンダイナミクスを組み合わせたモデルシミュレーションとその解析解により実験結果の評価も行った。
（３）モデル非平衡系である遊走微生物懸濁液では、多数の遊走微生物からの流体力学的な相互作用の和が揺らぎとして観測される。その統計分布は、個々の相互作用の分散が有限である時にはガウス分布に、分布の裾野が冪的に広がり発散する場合にはレビ分布に収束することが期待される。しかし遊走微生物懸濁液中の揺らぎは、そのどちらにも属さない。我々は、前年度までに見出した新しい非ガウス分布の解析的表現が、遊走微生物懸濁液で観測される非平衡揺らぎを定量的に説明することを実験、理論、数値シミュレーションを用いて明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
バイオマターならびにそのモデル系を用いた非平衡ダイナミクスに関する研究が当初の予定通り進行している。
例えば、1分子のキネシンを一つの非平衡散逸系と見立てた際のエネルギー収支については、単一分子の非平衡系を記述する難しさから、定量的な理解が進んでいなかった。しかし、原田・佐々らによって提案された新しい非平衡等式により、速度のゆらぎと外力に対する応答を計測することで、系からの非平衡散逸流を定量することが可能となる。そこで高速フィードバック制御を導入した光ピンセットを用いた1分子計測手法を用いて、キネシンが荷物となるプローブ粒子を運ぶ際に散逸される非平衡散逸流を定量した。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度である来年度もさまざまなバイオマターならびにアクティブマターを用いた非平衡ダイナミクスの実験的研究を推進することで、生体系の示すさまざまな非線形・非平衡挙動を物理的に理解するための研究を行うことを目指している。
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Research Products
(55 results)
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[Presentation] 液晶の電気対流2016
Author(s)
高田隆弘
Organizer
第122回日本物理学会九州支部例会
Place of Presentation
福岡大学
Year and Date
2016-12-10 – 2016-12-10
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