Spatiotemporal dynamics of elastic artificial membrane

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K20350
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: 0202:Condensed matter physics, plasma science, nuclear engineering, earth resources engineering, energy engineering, and related fields
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Lama Hisay 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 客員共同研究員 (60906147)
• Project Period (FY): 2021-08-30 – 2024-03-31
• Keywords: Active Matter

Outline of Final Research Achievements

Our project explores living active matter, particularly bacteria, focusing on how its physical properties change with density and respond to external disturbances like rapid environmental changes. We developed an experimental tool combining optical tweezers and phase contrast microscopy to study bacteria's response to these changes, allowing detailed observation of their collective behaviour under disturbances. Further, using a microfluidic device, we observed that as bacterial density increases, they transition from freely moving to a kinetically arrested “glassy phase”. This transition occurs in two steps: first, the bacteria's directional movement is suppressed, followed by a complete arrest of motion.

Free Research Field

Active Matter

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究で開発した、微小流体デバイスと光ピンセットを組み合わせたモデル実験系は、バクテリアをはじめとする生物系アクティブマターの構造と性質を調べる研究に広く用いることができる。特に、局所的な相互作用や構造が、バクテリアの成長や運動、バイオフィルム形成に如何に関わるかを調べる研究に有用である。また、本研究により、高密度バクテリア集団のガラス状態という新しい物質相を発見できた。バクテリアに関して得た本研究の知見や実験技術は、バクテリア運動状態の理解に資するだけでなく、将来的には、バクテリアの定着を阻害することによる抗菌手法開発や、それに基づく感染対策に貢献する可能性もある。