Collective behavior and hysteresis on organic active matter

Research Project

Project/Area Number	16H04032
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Research Field	Biological physics/Chemical physics/Soft matter physics
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	豊田太郎東京大学, 大学院総合文化研究科, 准教授 (80422377)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	本多智東京大学, 大学院総合文化研究科, 助教 (10711715)
Project Period (FY)	2016-04-01 – 2019-03-31
Project Status	Granted(Fiscal Year 2017)
Budget Amount *help	¥18,330,000 (Direct Cost : ¥14,100,000、Indirect Cost : ¥4,230,000) Fiscal Year 2017 : ¥3,380,000 (Direct Cost : ¥2,600,000、Indirect Cost : ¥780,000) Fiscal Year 2016 : ¥11,830,000 (Direct Cost : ¥9,100,000、Indirect Cost : ¥2,730,000)
Keywords	自己駆動 / 協同現象 / 油滴 / 界面活性剤 / 履歴現象 / 駆動現象 / 両親媒性分子 / マイクロ・ナノデバイス / 群れ
Outline of Annual Research Achievements	本研究は，水中で化学エネルギーを運動エネルギーに変換する有機微粒子（ここでは有機アクティブマターと呼ぶ）が，多数の集団になったときに初めて現れる群れの現象と，過去の動きの履歴が時間発展の中に現れる現象を，バクテリアモデルとして構築し，その中での分子レベルのダイナミクスの時空間発展を理解することが目的である。有機アクティブマターの中でも，バクテリアサイズの等方相液滴や液晶滴に焦点を絞り，群れの動きや個々の時間発展に内在する，分子－微細構造形成－アクティブマターの動きという，動きの階層性の時空間発展の本質に迫る。本年度は、これまで報告されてきた4-ヘプチルオキシベンズアルデヒド油滴のカチオン界面活性剤水溶液中での駆動現象において、マイクロ流体デバイスによって粒径均一化された油滴の大きさ、速度、界面活性剤濃度の相関について解析を行った。これにより、油滴の大きさが速度に影響を与える界面活性剤濃度領域と、大きさによらず速度がほぼ同じである濃度領域が存在することがわかった。これは、カチオン界面活性剤が油滴界面のみならず、油滴内部に溶解することで得られる化学エネルギーが、粘性によって散逸されるエネルギーと釣り合うことが要因であると考察した。また、アクティブマター内部で自己組織化することを目指した新規分子として、親水部と疎水部を交互にあわせもつ新規両親媒性分子を設計・合成した。これを水－THF混合溶媒に溶解した後、THFが徐々に揮発すると、ナノメートルサイズからマイクロメートルサイズにまで構造が多様化した弾性体を与えることがわかった。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2 : Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 本年度予定していた研究課題をおおむね達成している。新規両親媒性分子の性質が明らかになったことから、これを有機アクティブマターに導入して、有機アクティブマターの駆動現象に与える影響を来年度精査する。また、有機アクティブマターの履歴現象を観察するための3次元迷路のプロトタイプも作製できたため、来年度、顕微鏡開発を同時進行させることができる段階に到達した。
Strategy for Future Research Activity	来年度は、3次元迷路作製と顕微鏡開発を進めて、有機アクティブマターとして自己駆動油滴の履歴現象の実験的解析法の確立を目指す。また、同顕微鏡は広視野での有機アクティブマターの同時観察にも適用可能であることから、群れ形成させた自己駆動油滴の追跡実験も試みる。