| 研究領域 | 情報物理学でひもとく生命の秩序と設計原理 |
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| 研究課題/領域番号 |
19H05800
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| 研究種目 |
新学術領域研究(研究領域提案型)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
複合領域
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
竹内 一将 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (50622304)
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| 研究分担者 |
西口 大貴 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (20850556)
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| 研究期間 (年度) |
2019-06-28 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
92,040千円 (直接経費: 70,800千円、間接経費: 21,240千円)
2023年度: 14,950千円 (直接経費: 11,500千円、間接経費: 3,450千円)
2022年度: 15,860千円 (直接経費: 12,200千円、間接経費: 3,660千円)
2021年度: 16,770千円 (直接経費: 12,900千円、間接経費: 3,870千円)
2020年度: 18,720千円 (直接経費: 14,400千円、間接経費: 4,320千円)
2019年度: 25,740千円 (直接経費: 19,800千円、間接経費: 5,940千円)
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| キーワード | バクテリア / アクティブマター / 微小流体デバイス / トポロジカル欠陥 / ガラス転移 / 液晶配向秩序 / 時空カオス / 乱流 / 非平衡統計力学 / ガラス / マイクロスイマー / 微笑流体デバイス / 生物物理学 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
高密度の細菌集団に対して、均一かつ制御された環境下での計測を実現する独自デバイス「広域マイクロ灌流系」を拡張、活用して、細菌集団の協同的現象を記述する熱統計力学原理の理解と探求を目指す。特に対象とするのは高密度細菌集団の凝集現象であり、実験と理論の比較を通して、自己駆動粒子等の系に一般化された熱力学アプローチの有効性を検証する。また、以上の知見と、光トラップやフィードバック制御などの実験技術を組み合わせて、細菌の凝集状態の実験的制御を目指すとともに、細菌集団を記述しうる熱統計力学量の計測や概念の検証を行う。
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| 研究成果の概要 |
高密度細菌の集団状態を左右する少数因子を探求し、物質相など熱統計力学の観点から、秩序形成や状態制御の支配原理の理解を試みる実験課題を展開した。特に、高密度細菌集団の均一培養観察を実現する微小流体デバイス「広域マイクロ灌流系」を開発し、細菌集団の高密度化によるガラス転移の発見や、飢餓状態にある細菌の細胞サイズ分布の頑健性の発見などの成果を挙げたほか、細菌濃縮懸濁液の乱流状態遷移と制御、細菌コロニー成長における配向秩序の役割などでも主要な発見をした。他にも、細胞集団と関連性のある様々な関連研究を展開し、情報物理学の多面的な発展に貢献した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
高密度細菌集団からなるバイオフィルムは、生物学、環境・生態系、医学をはじめとする諸分野の重要な研究対象であり、医療や食品産業、工業の観点からも、バイオフィルムの理解と制御は重要な課題である。高密度細菌集団を記述する物理原理の基礎的開拓を行った本研究は、将来的にこれら多方面に貢献する可能性があり、大きな学術的意義と社会的意義を有する。また、物理学の基礎研究においても、高密度細菌集団は非自明な非平衡物質状態が様々に出現するフロンティアであり、本研究成果によって学術的に大きく貢献することができた。
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