2020 Fiscal Year Annual Research Report
Transformation of self-propelled droplets induced by molecular conversions
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18K05066
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
伴野 太祐 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 講師 (70613909)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 自己駆動油滴 / 非平衡系 / カチオン性界面活性剤 / 光応答性 / 集団運動 / パターン形成 / 変形 / 電解質 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
非平衡系における分子集合体の新奇ダイナミクスとして，マイクロメートルサイズの油滴が界面活性剤水溶液中を自ら動く（自己駆動する）現象が注目されている。本現象は，油滴表面において界面張力が不均一であることに起因して生じるマランゴニ対流によるものと推定されている。我々はこれまで，界面活性剤および油滴成分の分子変換をトリガーとして油滴内部と油滴界面の状態を変化させることで，分裂や融合，走性といった細胞様の挙動が誘起されることを明らかにしてきた。本研究では，その場の環境に応じて油滴の駆動モードや自身の構造を変化させるという，生命にみられる相転移現象を模倣した化学システムの構築を目的としている。令和二年度においては，以下の２点の現象を見出した。
・油滴の集団化：光応答性界面活性剤の存在下，紫外光を照射すると，へプチルオキシベンズアルデヒドの油滴が集合し，その周囲に円状のパターンが自発的に形成されることを見出した。その後，可視光を照射すると油滴は離散し，パターンは消失した。界面活性剤の光異性化率の測定と流れ場の可視化実験から，一連の現象は，界面活性剤の光異性化にともなって油滴表面の界面張力が変化することで生じる，油滴周囲の特異的な流れ場に由来すると推定された。
・油滴の変形：ウンデカナールとデカノールを混合した油滴が，電解質を含むカチオン性界面活性剤水溶液中を変形しながら自己駆動し，一定時間経過後には変形しなくなることを見出した。本現象は，試料を２枚のスライドガラスで挟み込んだチャンバー内で見られたことから，ガラスへの油成分のぬれ性を評価したところ，ウンデカナールとデカノールからなる油はガラスをぬらすものの，その速度が比較的遅いことが認められた。このことが油滴の変形と関連しているものと考えられた。
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