2017 Fiscal Year Annual Research Report
Multiscale modeling of the dynamics of active filaments
Publicly Offered Research
| Project Area | Synergy of Fluctuation and Structure:Foundation of Universal Laws in Nonequilibrium Systems |
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| Project/Area Number |
16H00792
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
内田 就也 東北大学, 理学研究科, 准教授 (10344649)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | アクティブマター |
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| Outline of Annual Research Achievements |
・バクテリアの走化性による集団運動
走化性物質を分泌して他の個体を引き付ける性質(自己走化性)によるバクテリアの凝集について、排除体積による整列効果を取り入れたモデルを開発した。ラン・アンド・タンブル運動を行うバクテリアを、格子上をランダムウォークする粒子として表し、走化性物質の濃度の時間勾配に応じて粒子の方向転換の確率が変化するようなルールを導入することで、走化性による運動のモデルを作成した。またこの確率モデルのマスター方程式を粗視化することで古典的な現象論モデル(Keller-Segel 方程式)を再導出した。次に格子点の排他的占有ルールおよび隣接粒子とのネマティック相互作用を導入して、数値計算によってクラスター形成のダイナミクスを解析した。最大クラスターサイズは走化性パラメーターの関数として不連続な転移を示す。ネマティック相互作用の効果によって凝集は阻害、遅延される傾向を持ち、形成されたクラスターは伸長して直進運動する。またクラスター内部は極性秩序を持つ配向ドメインと位相欠陥からなることを示した。
・バクテリア乱流中におけるコロイド粒子の集団運動
ハルトムート・レーヴェン氏（デュッセルドルフ大学、ドイツ）との共同研究を進め、２次元モデルの数値計算によってコロイド粒子間に働く有効的流体力学相互作用を解析した。この相互作用は粒子間の距離に対して非単調な依存性を示し、距離０で強さが０になることを見い出した。また２個の粒子が同方向、逆方向のいずれに回転する場合でも引力となるが、近接時においては逆方向の回転が選択されることを示した。これにより３個以上の粒子からなるクラスターでは相互作用のフラストレーションが発生し、クラスター凝集を遅延させることが分かった。
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| Research Progress Status |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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