2次元流体膜で覆われたミクロ3次元粘性流体における相挙動の解明

• 研究課題/領域番号: 15H05463
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 生物物理・化学物理・ソフトマターの物理
• 研究機関: 東京農工大学
• 研究代表者: 柳澤 実穂 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 特任准教授 (50555802)
• 研究協力者: 渡辺 千穂
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 24,180千円 (直接経費: 18,600千円、間接経費: 5,580千円); 2017年度: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円); 2016年度: 7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円); 2015年度: 10,140千円 (直接経費: 7,800千円、間接経費: 2,340千円)
• キーワード: 高分子混雑 / 細胞モデル / 分子拡散 / 膜変形 / 粘弾性 / ミクロ閉じ込め / 異常拡散 / 閉じ込め / 膜界面 / 拡散 / 混み合い / 高分子拡散 / ベシクル

研究成果の概要

細胞や細胞膜モデルでは、異常拡散を含む非平衡現象が生じることが近年報告されていた。我々はその要因として、高濃度の高分子溶液をミクロ空間に閉じ込めると、高分子の混み合いが顕著化して粘弾性的となり、バルクとは異なる振る舞いが生じるためであると考えた。本研究では、高分子溶液を閉じ込めた細胞モデルでの分子拡散・膜界面揺らぎ等の解析を通じてこれを検証し、膜界面と高分子の相互作用が生み出す非平衡現象を解明することを目的とした。その結果、高分子混雑とミクロサイズ閉じ込めの両方が実現される時、バルクとは異なる分子拡散が生じることや、細胞膜モデルが内部粘性に応じて異なる変形プロセスを示すことを見出した。

研究成果

• [雑誌論文] Dynamics of Spinodal Decomposition in a Ternary Gelling System (2018)
  • 著者名/発表者名: Yutaro Yamashita, Miho Yanagisawa, Masayuki Tokita
  • 雑誌名: Gels 巻: 4 号: 2 ページ: 26-26
  • DOI: 10.3390/gels4020026
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cell-size confinement effect on protein diffusion in crowded poly(ethylene)glycol solution (2018)
  • 著者名/発表者名: C Watanabe、M Yanagisawa
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics 巻: 20 号: 13 ページ: 8842-8847
  • DOI: 10.1039/c7cp08199e
  • 査読あり
• [雑誌論文] Increasing Elasticity through Changes in the Secondary Structure of Gelatin by Gelation in a Microsized Lipid Space (2018)
  • 著者名/発表者名: Sakai Atsushi、Murayama Yoshihiro、Fujiwara Kei、Fujisawa Takahiro、Sasaki Saori、Kidoaki Satoru、Yanagisawa Miho
  • 雑誌名: ACS Central Science 巻: 印刷中 号: 4 ページ: 477-483
  • DOI: 10.1021/acscentsci.7b00625
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Single Micrometer-Sized Gels: Unique Mechanics and Characters for Applications (2018)
  • 著者名/発表者名: Miho Yanagisawa、Chiho Watanabe、Kei Fujiwara
  • 雑誌名: Gels 巻: 4(2) 号: 2 ページ: 29-29
  • DOI: 10.3390/gels4020029
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 骨格で支えられた頑丈な人工細胞 (2018)
  • 著者名/発表者名: 黒川知加子, 柳澤実穂，滝ノ上正博
  • 雑誌名: 月刊化学 巻: - ページ: 40-43
• [雑誌論文] 人工細胞骨格をもつリポソームの作製と薬用カプセルへの応用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 黒川知加子, 柳澤実穂
  • 雑誌名: 月刊ファインケミカル 巻: -
• [雑誌論文] Liposomal internal viscosity affects the fate of membrane deformation induced by hypertonic treatment (2017)
  • 著者名/発表者名: K Fujiwara、M Yanagisawa
  • 雑誌名: Soft Matter 巻: 13 号: 48 ページ: 9192-9198
  • DOI: 10.1039/c7sm01421j
  • NAID: 130007648205
  • 査読あり
• [雑誌論文] Universal glass-forming behavior of in vitro and living cytoplasm (2017)
  • 著者名/発表者名: Nishizawa Kenji、Fujiwara Kei、Ikenaga Masahiro、Nakajo Nobushige、Yanagisawa Miho、Mizuno Daisuke
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 号: 1 ページ: 15143-15143
  • DOI: 10.1038/s41598-017-14883-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] DNA cytoskeleton for stabilizing artificial cells (2017)
  • 著者名/発表者名: Kurokawa Chikako、Fujiwara Kei、Morita Masamune、Kawamata Ibuki、Kawagishi Yui、Sakai Atsushi、Murayama Yoshihiro、Nomura Shin-ichiro M.、Murata Satoshi、Takinoue Masahiro、Yanagisawa Miho
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 巻: 114 号: 28 ページ: 7228-7233
  • DOI: 10.1073/pnas.1702208114
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 粘性流体を内包したリポソームの脱水変形 (2018)
  • 著者名/発表者名: 柳澤実穂、藤原慶
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] DNAからなる骨格を備えた人工膜の力学的測定 (2018)
  • 著者名/発表者名: 黒川知加子、瀧ノ上正浩、柳澤実穂
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] 高分子混雑したミクロ液滴における分子拡散挙動の液滴サイズ依存性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 渡邊千穂、柳澤実穂
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] 脂質膜ミクロ閉じ込めが誘起するゼラチンゲルの弾性及び構造変化 (2018)
  • 著者名/発表者名: 酒井淳、村山能宏、藤原慶、木戸秋悟、柳澤実穂
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] 脂質膜で覆われたミクロ高分子液滴における高分子混雑と異常拡散 (2017)
  • 著者名/発表者名: 渡邊千穂、柳澤実穂
  • 学会等名: 第７２回日本物理学会年会
  • 発表場所: 大阪大学(大阪府豊中市)
  • 年月日: 2017-03-20
• [学会発表] 相分離とゲル化による高分子液滴の歪み変形 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小柳佳介、柳澤実穂
  • 学会等名: 第4回サイボウニクス研究会
• [学会発表] タンパク質溶液中の分子拡散に対するミクロ空間閉じ込めの影響 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小堀雄大、渡邊千穂、柳澤実穂
  • 学会等名: 第4回サイボウニクス研究会
• [学会発表] 高浸透圧下における相分離リポソームの膜変形 (2017)
  • 著者名/発表者名: 伊藤遥紀、柳澤実穂
  • 学会等名: 第4回サイボウニクス研究会
• [学会発表] 相互接着リポソームにおける接着と膜張力との相関 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小田敦士、柳澤実穂
  • 学会等名: 第4回サイボウニクス研究会
• [学会発表] Micrometric Confinement Induces Anomalous Diffusion in Semi-dilute Polymer Solution (2017)
  • 著者名/発表者名: Chiho Watanabe, Miho Yanagisawa
  • 学会等名: International Symposium on Fluctuation and Structure out of Equilibrium 2017 (SFS2017)
  • 国際学会
• [学会発表] Liposome stabilized with cytoskeleton of DNA gel (2017)
  • 著者名/発表者名: Chikako Kurokawa, Kei Fujiwara, Masamune Morita, Ibuki Kawamata, Yui Kawagishi, Atsushi Sakai, Yoshihiro Murayama, Shin-ichiro M. Nomura, Satoshi Murata, Masahiro Takinoue, Miho Yanagisawa
  • 学会等名: International Symposium on Fluctuation and Structure out of Equilibrium 2017 (SFS2017)
  • 国際学会
• [学会発表] Effect of lipid membrane on elasticity of microgel prepared inside the lipid droplet (2017)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Sakai, Yoshihiro Murayama, Saori Sasaki, Takahiro Fujisawa, Satoru Kidoaki, Miho Yanagisawa
  • 学会等名: International Symposium on Fluctuation and Structure out of Equilibrium 2017 (SFS2017)
  • 国際学会
• [学会発表] 粘弾性溶液を内包した細胞膜モデルの膜変形や拡散挙動 (2017)
  • 著者名/発表者名: 柳澤 実穂
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会
  • 招待講演
• [学会発表] The world of macromolecular crowding (2017)
  • 著者名/発表者名: Miho Yanagisawa
  • 学会等名: 日本生物物理学会第55回年会
• [学会発表] A synergistic effect of macromolecular crowding and biomimetic confinement on molecular diffusion (2017)
  • 著者名/発表者名: Chiho Watanabe, Miho Yanagisawa
  • 学会等名: 日本生物物理学会第55回年会
• [学会発表] Anomalous Diffusion in Crowding Biomimetic Confinements (2017)
  • 著者名/発表者名: Chiho Watanabe, Miho Yanagisawa
  • 学会等名: Liquid 2017, 10TH LIQUID MATTER CONFERENCE
  • 国際学会
• [学会発表] リポソーム平衡形状における外力の影響 (2016)
  • 著者名/発表者名: 青木菜摘, 柳澤実穂
  • 学会等名: 第三回サイボウニクス研究会
  • 発表場所: 東京工業大学(神奈川県横浜市)
  • 年月日: 2016-12-20
• [学会発表] 細胞サイズ液滴内における高分子溶液の拡散とその空間閉じ込めの影響 (2016)
  • 著者名/発表者名: 渡辺千穂, 柳澤実穂
  • 学会等名: 第54回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: つくば国際会議場(茨城県つくば市)
  • 年月日: 2016-11-26
• [学会発表] ミクロ液滴による高分子溶液閉じ込め効果：拡散係数と閉じ込めサイズの相関 (2016)
  • 著者名/発表者名: 渡辺千穂, 柳澤実穂
  • 学会等名: 第15回関東ソフトマター研究会
  • 発表場所: 首都大学東京(東京都八王子市)
  • 年月日: 2016-08-15
• [学会発表] Shape regulation of microparticles mimicking cells (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Yanagisawa
  • 学会等名: IEEE-NEMS 2016
  • 発表場所: ホテル松島大観荘(宮城県松島町)
  • 年月日: 2016-04-19
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 膜接着した２液滴系で見られる相分離パターンの相関配列 (2016)
  • 著者名/発表者名: 篠原英里子, 柳澤実穂
  • 学会等名: 第71回日本物理学会年会
  • 発表場所: 東北学院大学（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-03-22
• [学会発表] 細胞模倣化が導くミクロな液体とゲルの相挙動 (2016)
  • 著者名/発表者名: 柳澤実穂
  • 学会等名: 日本学術会議・公開シンポジウム「物性物理学・一般物理学分野の展開と大型研究計画」
  • 発表場所: 日本学術会議講堂（東京都港区）
  • 年月日: 2016-03-11
• [学会発表] Membrane deformation determined by intracellular viscosity (2015)
  • 著者名/発表者名: 藤原慶, 柳澤実穂
  • 学会等名: Pacifichem 2015
  • 発表場所: ハワイコンベンションセンター（アメリカ）
  • 年月日: 2015-12-18
  • 国際学会
• [学会発表] 遠心力を用いた液滴集合体の形成 (2015)
  • 著者名/発表者名: 加藤輝之, 柳澤実穂
  • 学会等名: 第2回サイボウニクス研究会
  • 発表場所: 慶應義塾大学（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2015-12-08
• [備考] 柳澤研究室ホームページ
  • URL: http://web.tuat.ac.jp/~m_yanagi/
• [備考] 柳澤研究室ＨＰ
  • URL: http://web.tuat.ac.jp/~m_yanagi/
• [備考] 研究室ホームページ
  • URL: https://sites.google.com/site/34yanagi/