2015 Fiscal Year Research-status Report
秩序構造を与える新奇な反応拡散現象の化学的・数理的モデル化
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26520203
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
並河 英紀 山形大学, 理学部, 教授 (30372262)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
方 青 山形大学, 理学部, 教授 (10243544)
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| Project Period (FY) |
2014-07-18 – 2017-03-31
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| Keywords | 反応拡散 / Liesegang |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度までに実施した研究成果に基づき、今年度は異なる化学反応系Liesegangシステムの発掘および反応モデル解析を行った。これは、当初計画の2年目で行う予定の「提案した化学反応素過程の見直し」に該当する領域である。すなわち、前年度に提案した化学反応素過程を考慮した数理モデル化の妥当性を検証するための知見を収集することを目的に、異なる反応系を加え化学的・物理的な揺らぎを与えた際のLiesegang構造の変動を再現できるかの検証を行った。その結果、反応初期過程において生成することが想定される核クラスターの安定性が、その後のLiesegang構造形成機構に大きな影響を及ぼすことが明確化され、数理モデル構築へ向けた重要な知見を得ることに成功した。
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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
今年度は、主に実験科学的なモデルの検証を中心に実験を行った。具体的には、化学還元Liesegangとの対比を行うための光還元Liesegang系の条件探索を行い、特定の化学条件下においてのみ、反応拡散空間に特有な構造が発現することを見出した。化学還元系との差異は、反応初期過程に形成することが予想されている反応核クラスターの安定性である。化学還元系では安定化剤が添加され核クラスターは存在しうる。一方、光還元系では安定化剤が存在しないため、核クラスターは遷移状態としてのみ作用し、すぐに反応性生物へと転移する。すなわち、核クラスターがその状態を維持できる滞在時間が大幅に異なっていることが素養され、これが、その後の空間構造形成に大きな影響を及ぼしていることを明確化していることに成功し、来年度へ向けた大きな前進を遂げた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度の実験より、反応初期過程に形成する核クラスターの安定性の差異により、その後の空間構造形成機構に変化がもたらされることが予想された。これを化学的に検証するため、系に添加する安定化剤濃度を系統的に変動させた差異の空間構造の変化についての実験を実施する。更に、核クラスター安定性の重要性に関する一般性を確保するため、安定化剤以外に、場の電解質雰囲気の制御を行う。これは、DLVO理論から予想されるクラスター間相互作用を制御するためのものであり、反応拡散空間における新しい因子を付与するための試みとなる。以上より得られた成果に基づき、初年度から実施している数理モデルの再構築を行い、数値計算によるシミュレーションを実施する。シミュレーションにより得られた構造を実験により得られた構造と比較検証することで、より精度の高い数理科学モデルへと導く。
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| Causes of Carryover |
本年度は前年度の研究との関連により核クラスター安定性の議論を行うべく、光化学反応型Liesegang実験に注力をした。その結果、今年度購入予定であった並列超音波型ゲル化システムを来年度へ移行し、来年度購入・実験実施を行うこととしたためである。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
来年度は今年度購入予定であった並列超音波型ゲル化システムを購入し、化学還元型・光還元型Liesegangシステムに関して様々な条件下での実験を行う。今年度の研究成果として、その条件最適化は完了しているため、より効率的な並列化実験の実施を目指す。
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Research Products
(7 results)
