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非平衡系における変形を伴った自発運動:細胞運動とそのモデル系

研究課題

研究課題/領域番号 11J01819
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 数理物理・物性基礎(実験)
研究機関東京大学

研究代表者

永井 健  東京大学, 大学院理学系研究科, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2011 – 2013
研究課題ステータス 完了 (2013年度)
配分額 *注記
2,400千円 (直接経費: 2,400千円)
2013年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2012年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2011年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
キーワードアクティブマター / 集団運動 / 非平衡相転移 / マランゴニ効果
研究概要

鳥や魚などの生物集団で規則だった群れ運動が知られている。近年、このような自発運動する粒子(自走粒子)の群れ運動の中に普遍的な性質があると期待され、大きな注目を集めている。自走粒子の運動において変形は重要な変数となり得ることが指摘されており、細胞などの運動において変形と運動に大きな相関があることが実験的に確かめられている。そこで平成25年度は当初の研究計画を元に、変形しながら運動するモデル実験系の開発を進めた。また、粒子の変形の時間スケールが運動の時間スケールと同等であるとき、回転運動が起こり得る。変形がランダムであるとき、この非線形効果は粒子の運動方向変化率の履歴として表れる。そこで、運動方向変化率の相関時間に対する群れ運動の依存性を実験的に明らかにするため、平成25年度中に高い微小管濃度で運動アッセイを行った。
形状に対する運動の依存性を調べるため、平成24年度に複雑形状のゲルを作る技術を開発した。この技術を用いて平成25年度に一部分に白金触媒をもつゲルを作成し、白金を触媒とする過酸化水素水の分解反応をエネルギー源とするゲルの自発運動を実現した。このとき粒子の非対称性や形状に応じて、直進運動や回転運動などが起こる。このように平成25年度中に粒子形状と運動がカップルしたモデル実験系の構築に成功した。
運動方向変化率が有限の相関時間を持つときの群れ運動のモデル実験系として微小管とダイニンを用いた運動アッセイを行った。その結果、微小管の密度を上げた時に起こる群れ運動が、微小管の長さやダイニン密度に依存していることを発見した。現象論的数理モデルを用いて解析したところ、孤立した微小管の運動変化率の相関時間を用いて実験で観察された群れ運動を再現できることを確認した。このように、平成25年度中に運動方向変化率の相関時間が現実の群れ運動の重要なパラメータであることを実験的に明らかにした。

今後の研究の推進方策

(抄録なし)

報告書

(3件)
  • 2013 実績報告書
  • 2012 実績報告書
  • 2011 実績報告書
  • 研究成果

    (21件)

すべて 2014 2013 2012 2011 その他

すべて 雑誌論文 (9件) (うち査読あり 8件) 学会発表 (11件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] ダイニンに駆動された微小管の集団運動2013

    • 著者名/発表者名
      永井 健, 住野 豊, 大岩 和弘
    • 雑誌名

      生物物理

      巻: 53 号: 3 ページ: 149-152

    • DOI

      10.2142/biophys.53.149

    • NAID

      10031159067

    • ISSN
      0582-4052, 1347-4219
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Rapid formation of anisotropic non-spherical hydrogel microparticles with complex structures using a tabletop centrifuge-based microflui dic device2013

    • 著者名/発表者名
      Masayuki Hayakawa, Hiroaki Onoe, Ken H. Nagai, Masahiro Takinoue
    • 雑誌名

      The 17th International Conference on Minituriz ed Systems for Chemistry and Life Sciences (microTAS2013)

      ページ: 630-632

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Rotational motion of a droplet induced by interfacial tension2013

    • 著者名/発表者名
      Ken R Nagai, Fumi Takabatake, Yuataka Sumino, Hiroyuki Kitahata, Masatoshi Ichikawa, Natsuhiko Yoashinaga
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 87 号: 1 ページ: 13009-13009

    • DOI

      10.1103/physreve.87.013009

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Drift instability in the motion of a fluid droplet with a chemically reactive surface driven by Marangoni flow2012

    • 著者名/発表者名
      Natsuhiko Yoshinaga, Ken H. Nagai, Yutaka Sumino, Hiroyuki Kitahata
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 86 号: 1 ページ: 16108-16108

    • DOI

      10.1103/physreve.86.016108

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 記憶を持つ自走粒子集団の渦格子形成に関する数理モデル2012

    • 著者名/発表者名
      永井健
    • 雑誌名

      RIMS Kokyuroku

      巻: 1808 ページ: 73-77

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [雑誌論文] taneous Motion of a Belousov-Zhabotinsky Reaction Droplet Coupled with a Spiral2012

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Kitahata, Natsuhiko Yoshinaga, Ken H. Nagai, Yutaka
    • 雑誌名

      Chemistry Letters Special Issue for IACIS2012

      巻: 10 号: 10 ページ: 1052-1054

    • DOI

      10.1246/cl.2012.1052

    • NAID

      10031120578

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] パターン形成と結合した液滴の自発運動2012

    • 著者名/発表者名
      北畑裕之,義永那津人,永井健,住野豊
    • 雑誌名

      日本物理学会誌

      巻: 67 ページ: 385-389

    • NAID

      10030864348

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Large-scale vortex lattice emerging from collectively moving microtubules2012

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Sumino, Ken H.Nagai, Yuji SHitaka, Dan Tanaka, Kenichi Yoshikawa, Hugues, Chate, Kazuhiro Oiwa
    • 雑誌名

      Nature

      巻: 483 号: 7390 ページ: 448-452

    • DOI

      10.1038/nature10874

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spontaneous motion of a droplet coupled with a chemical wave2011

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Kitahata, Natsuhiko Yoshina, Ken H.Nagai, Yutaka Sumino
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 84 号: 1 ページ: 15101-15101

    • DOI

      10.1103/physreve.84.015101

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] ガラス板に固定したダイニンに駆動される微小管の群れ運動2014

    • 著者名/発表者名
      永井健
    • 学会等名
      日本物理学会第69回年次大会
    • 発表場所
      東海大学(神奈川県平塚市)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 回転運動する自走粒子集団が形作る格子パターン2013

    • 著者名/発表者名
      永井健
    • 学会等名
      第68回日本物理学会年次大会
    • 発表場所
      広島大学
    • 年月日
      2013-03-27
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Vortex lattice formation of self-propelled particles through steric interaction2013

    • 著者名/発表者名
      Ken H. Nagai
    • 学会等名
      The University of Tokyo - Korea University The 2nd Joint Workshop on Bio-Soft Matter
    • 発表場所
      Korea University(韓国)
    • 年月日
      2013-03-01
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Continuum Description of Vortex Lattice Formation of Self-Propelled Particles2013

    • 著者名/発表者名
      Ken H. Nagai
    • 学会等名
      Self-organizat ion and Emergent Dynamics in Active Soft Matter
    • 発表場所
      京都大学
    • 年月日
      2013-02-20
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Vortex lattice formation of self-propelled particles2013

    • 著者名/発表者名
      Ken H. Nagai
    • 学会等名
      Statphys25
    • 発表場所
      韓国(ソウル)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] ダイニンに駆動されたマイクロチューブによる巨大渦の格子形成2012

    • 著者名/発表者名
      永井健,住野豊,大岩和弘
    • 学会等名
      第50回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      名古屋大学(招待講演)
    • 年月日
      2012-09-23
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 履歴を持った自走粒子の集団運動の連続場記述2012

    • 著者名/発表者名
      永井健
    • 学会等名
      日本物理学会2012秋季大会
    • 発表場所
      横浜国立大学
    • 年月日
      2012-09-19
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 記憶を持った自走粒子集団の秩序形成2012

    • 著者名/発表者名
      永井健,住野豊
    • 学会等名
      分子ロボティクス研究会4月定例会
    • 発表場所
      名古屋大学(招待講演)
    • 年月日
      2012-04-27
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 温度マランゴニ効果による液滴運動2012

    • 著者名/発表者名
      永井健
    • 学会等名
      日本物理学会第67回年次大会
    • 発表場所
      関西学院大学(兵庫県)
    • 年月日
      2012-03-25
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Spontaneous rotation of a droplet induced by the Marangoni effec2011

    • 著者名/発表者名
      Ken H.Nagai, Hiroyuki Kitahata, Yutaka Sumino, Fumi Takabatake, Masatoshi Ichikawa, Natsuhiko Yoshinaga
    • 学会等名
      Collective Dynamics and Pattern Formation in Active Matter Systems
    • 発表場所
      Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems, Dresden(ドイツ)
    • 年月日
      2011-09-14
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] ダイニンとマイクロチューブが作る自走粒子のパターン形成2011

    • 著者名/発表者名
      永井健、住野豊、Hugues, Chate、大岩和弘
    • 学会等名
      第71回形の科学シンポジウム
    • 発表場所
      千葉大学(千葉県)
    • 年月日
      2011-06-19
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      https://sites.google.com/site/inonakanokaeru/

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書

URL: 

公開日: 2011-12-12   更新日: 2024-03-26  

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