2015 Fiscal Year Research-status Report
| Project/Area Number |
15K05250
|
|---|
| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
|---|
Principal Investigator |
好村 滋行 首都大学東京, 理工学研究科, 准教授 (90234715)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岡本 隆一 首都大学東京, 理工学研究科, 助教 (10636385)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
|
| Keywords | マイクロレオロジー / ソフトマター / 細胞 / 異常拡散 / 揺動散逸定理 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、細胞のレオロジーが示す普遍性の理解を最終目標として、不均一系や非平衡系にも適用できるマイクロレオロジー（MR）の基礎理論を、ソフトマター物理学や非平衡物理学に立脚して確立することを目的とする。それと同時に、生体膜を含む細胞系に適した新しいMRの手法を確立することも目標とする。 具体的には、(1) 生体膜MRの基礎理論の確立、(2) 多成分媒質中のアクティブMRの定式化、(3) MRによる非熱的ゆらぎの検出法の考案、の三つの研究課題に取り組む。最終的にはこれらの研究成果を統合して、MRの新しい基礎理論を提唱するつもりである。
平成２７年度には、アクティブな環境における生体膜のゆらぎについて考察を行った。細胞膜と細胞骨格の間にはATPを用いたアクティブな相互作用が働き、これが細胞膜のゆらぎに影響すると考えられている。そこで我々はアクティブな細胞骨格による細胞膜ゆらぎへの影響について理論的な解析を行った。具体的には、細胞骨格を壁とみなし(i) 壁が動かない場合、(ii) 壁がアクティブな場合、(iii) 壁がアクティブでかつ固有の時間スケールを持つ場合について、細胞膜の平均二乗変位(MSD)を計算した。
(i)の条件において膜ゆらぎは熱ゆらぎのみに起因する。弱い束縛の条件で、MSDは順に時間の2/3乗、1/3乗、定数のような
時間依存性を持つことがわかった。また、(ii)の条件において全MSDは熱ゆらぎの寄与とアクティブな寄与の和となり、アクティブな壁はMSDを増大させることがわかった。さらに、アクティブな寄与は短時間領域でに比例し、膜として特異的な時間依存性を持つことが示された。さらに(iii)の条件では、このに比例する時間領域が緩和時間分だけ拡張されることがわかった。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
上で述べた我々の研究成果は、すでに"Dynamics of a membrane interacting with an active wall"という論文にまとめており、現在Phys. Rev. E誌に投稿中である。そのため、本研究課題についてはおおむね順調に進展していると言える。
|
| Strategy for Future Research Activity |
平成２８年度には、細胞質を二流体モデルで記述して、その中に存在する多数のタンパク質が双極子的な力を発生する場合に、細胞質中の粒子がどのようなブラウン運動をするかを理論的に解析する。そのためには、まず二流体モデルのグリーン関数を求めた上で、さらにMikhailovらの定式化を拡張して、粘弾性中のアクティブな拡散係数を求める予定である。
また、平成２８年度には球状ベシクルにおける曲げモードと圧縮モードの連動性について検討する予定である。我々は膜内外の
流体力学方程式と膜自身の流体力学方程式を連立させて解くことにより、球面調和関数を用いて膜の運動の緩和率を導出する。ただし、膜間では摩擦が生じると考え、膜の曲げによって脂質密度が平均の値からずれることも考慮する。
その他には、荷電脂質膜におけるミクロ相分離の可能性についても考察する。我々はポアッソン・ボルツマン方程式を解く際に、デバイ・ヒュッケル近似を超えた取り扱うを行う。
|
| Causes of Carryover |
平成２７年度は主に解析的に研究を優先的に進めたために、大規模な数値シミュレーションを行わなかった。そのため、ワークステーションの購入は行わなかったため、次年度使用額が生じた。
|
| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成２８年度には、生体膜の構造形成に関する大規模な数値シミュレーションを行う予定であるために、計算能力の高いワークステーションを購入する予定である。また、1016年9月にフランスのグルノーブルで開催が予定されているThe 4th International Soft Matter Conference (ISMC2016)に研究代表者と研究分担者の２名が出席して研究成果を発表する予定であり、次年度使用額は外国出張のためにも用いる予定である。
|
