2004 Fiscal Year Annual Research Report
精密マイクロフロー解析による微小生物遊泳機序の研究
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13450096
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
上村 慎治 東京大学, 大学院・総合文化研究科, 助教授 (90177585)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高野 泰斉 滋賀県立大学, 工学部, 教授 (00089111)
小林 俊一 信州大学, 繊維学部, 助教授 (50225512)
須田 斎 東海大学, 開発工学部, 助教授 (70216472)
篠原 健一 北陸先端科学技術大学院大学, 材料科学研究科, 助教授 (10292244)
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| Keywords | マイクロマシン / マイクロフロー解析 / ベン毛運動 / 繊毛運動 / 運動モデル / 運動解析 / ストークス流 / 生物遊泳運動 |
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| Research Abstract |
レイノルズ数の小さな溶液条件下での生物遊泳の機序を解明し模倣することで、新しいデザインのマイクロマシンを創出することを目標に、作動機構の創出、素材や材料の開発や応用、解析や観察手法の考案を行ってきた。上村は、光学顕微鏡下、非常に薄い水膜内で精子などの微小生物の遊泳パターンを観察する新手法を開発している。膜厚は数十nmで粘性力の非常に小さな観察条件を人為的に作ることができる。今回、表面張力の影響の少ない条件を新しく見出した。微小生物が流体から受ける粘性力の影響を調べる研究へと応用しつつある。高野は、運動中の微小生物が流体から受ける抵抗力と形状変化との関連性を調べて来た。まず、サルモネラ菌のべん毛素線維がR/Lの2状態を取ると仮定し、11通りの形状を予測した。実在するべん毛形状の観察結果との比較も行った。現在、ストークス流の細長物体理論をべん毛に、境界要素法を菌体に適用することで細菌の遊泳運動のシミュレーションを行なっている。小林は、ベン毛をモデルとした実用可能な駆動機構の試作を行っている。ベルト付柔軟フィンとステッピングモータを取り付け、微小管の滑り機構を模擬した屈曲運動を発生する推進機構を開発し、その特性を解析した。また、多数の可変剛性フィンを用いた繊毛虫型の水中推進機構の試作と推進力測定を行った。篠原は、新しい特性の素材開発を目指している。光機能と電子機能を有するポリマー(π共役ポリロタキサン)が分子ネットワーク構造を形成することを水中AFMで解析した。構造変化の動態解析から、熱ゆらぎにもとづく分子スケールのブラウン運動がはじめて観察できた。須田は、駆動に関わるモーター分子の作動機構の解明を目指している。ミオシンモーター分子構造変化と力発生の同時計測を行い、その物理化学的な特性を理解するために物質表面の示す吸着力の荷重依存性を調べ、生体分子モーターのそれとの比較検討を行った。表面間力と結合寿命と間の相関について調べた。
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