• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 前のページに戻る

ソフトマター中のマイクロマシンの遊泳と拡散

研究課題

研究課題/領域番号 18J21231
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 生物物理・化学物理・ソフトマターの物理
研究機関東京都立大学

研究代表者

安田 健人  東京都立大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2018-04-25 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
2,500千円 (直接経費: 2,500千円)
2020年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2019年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2018年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワードマイクロマシン / 粘弾性流体 / 遊泳 / 状態サイクル / 確率流 / 複雑流体 / 生体膜 / 粘弾性体 / 相互作用
研究実績の概要

これまでモータータンパク質・代謝酵素・大腸菌に代表されるマイクロマシンに関して、普遍的な性質を抽出するための研究が盛んに行われてきた。その中で、自己推進のメカニズムと状態遷移の普遍的な性質を解明することを目的として研究を行った。
(1)粘弾性体中の相反マイクロスイマー
近年、マイクロマシンの粘性流体中の遊泳理論が盛んに調べられている。その中でマイクロマシンの遊泳では帆立貝の定理が成り立つことが知られている。帆立貝定理によると、粘性流体中の微小物体は相反変形では遊泳できない。一方、マイクロマシンの遊泳環境は粘性流体に限らず、粘弾性媒質となる場合がある。そこで、相反変形するマイクロスイマーモデルを3つ提案し、粘弾性流体中の遊泳速度を計算した。また、周りの粘弾性流体は複素粘性率によって記述できるとした。これらのモデルを詳細に解析することで、スイマーの遊泳速度を導出した。その結果、全てのモデルにおいて遊泳速度が複素粘性率の虚部に比例することがわかり、相反スイマーは媒質の弾性成分を利用して遊泳していることがわかった。
(2)マイクロマシンの状態サイクルの解析
Over dampedな系でのマイクロマシンの機能は帆立貝の定理との対応関係から、状態空間中のサイクルが重要な役割をはたすと考えられる。そこで、化学反応によって駆動されるマイクロマシンの状態遷移を説明するためのモデルを提案し、状態サイクルと化学反応のパラメーターの関係性を調べた。化学反応の進行度を表す反応座標およびマイクロマシンの状態を記述する状態変数を導入した。全自由エネルギーは、化学反応を表現する傾いた周期ポテンシャルと反応座標と状態変数のカップリングエネルギーの和で与えられる。状態サイクロンの化学反応パラメーターに対する依存性を議論した結果、状態サイクロンは活性化エネルギーの二乗に反比例することがわかった。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (28件)

すべて 2021 2020 2019 2018 その他

すべて 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 2件、 査読あり 10件) 学会発表 (17件) (うち国際学会 3件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Irreversibility and entropy production of a thermally driven micromachine2021

    • 著者名/発表者名
      Sou Isamu、Hosaka Yuto、Yasuda Kento、Komura Shigeyuki
    • 雑誌名

      Physica A: Statistical Mechanics and its Applications

      巻: 562 ページ: 125277-125277

    • DOI

      10.1016/j.physa.2020.125277

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Autonomous elastic microswimmer2021

    • 著者名/発表者名
      Era Katsutomo、Koyano Yuki、Hosaka Yuto、Yasuda Kento、Kitahata Hiroyuki、Komura Shigeyuki
    • 雑誌名

      EPL (Europhysics Letters)

      巻: 133 号: 3 ページ: 34001-34001

    • DOI

      10.1209/0295-5075/133/34001

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Reciprocal microswimmers in a viscoelastic fluid2020

    • 著者名/発表者名
      Yasuda Kento、Kuroda Mizuki、Komura Shigeyuki
    • 雑誌名

      Physics of Fluids

      巻: 32 号: 9 ページ: 093102-093102

    • DOI

      10.1063/5.0018540

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dynamics of a membrane coupled to an active fluid2020

    • 著者名/発表者名
      Liang Chia-Chun、Yasuda Kento、Komura Shigeyuki、Wu Kuo-An、Chen Hsuan-Yi
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 101 号: 4 ページ: 042601-042601

    • DOI

      10.1103/physreve.101.042601

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Nonequilibrium probability flux of a thermally driven micromachine2019

    • 著者名/発表者名
      Sou Isamu、Hosaka Yuto、Yasuda Kento、Komura Shigeyuki
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 100 号: 2 ページ: 022607-022607

    • DOI

      10.1103/physreve.100.022607

    • NAID

      130008156909

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Hydrodynamic interaction between two elastic microswimmers2019

    • 著者名/発表者名
      Kuroda Mizuki、Yasuda Kento、Komura Shigeyuki
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 88 号: 5 ページ: 054804-054804

    • DOI

      10.7566/jpsj.88.054804

    • NAID

      40021885959

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Hydrodynamic interaction between two elastic microswimmers2019

    • 著者名/発表者名
      Mizuki Kuroda, Kento Yasuda, and Shigeyuki Komura
    • 雑誌名

      J. Phys. Soc. Jpn.

      巻: 印刷中

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dynamics of a bilayer membrane with membrane-solvent partial slip boundary conditions2018

    • 著者名/発表者名
      Yasuda Kento、Okamoto Ryuichi、Komura Shigeyuki、Fournier Jean-Baptiste
    • 雑誌名

      Soft Materials

      巻: 16 号: 3 ページ: 186-191

    • DOI

      10.1080/1539445x.2018.1462830

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Three-disk microswimmer in a supported fluid membrane2018

    • 著者名/発表者名
      Ota Yui、Hosaka Yuto、Yasuda Kento、Komura Shigeyuki
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 97 号: 5 ページ: 052612-052612

    • DOI

      10.1103/physreve.97.052612

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A three-sphere microswimmer in a structured fluid2018

    • 著者名/発表者名
      Yasuda Kento、Okamoto Ryuichi、Komura Shigeyuki
    • 雑誌名

      EPL (Europhysics Letters)

      巻: 123 号: 3 ページ: 34002-34002

    • DOI

      10.1209/0295-5075/123/34002

    • NAID

      130008148111

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] State cyclone of a micromachine driven by catalytic reaction2021

    • 著者名/発表者名
      Kento Yasuda and Shigeyuki Komura
    • 学会等名
      Active Matter Workshop 2021
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 粘弾性流体中の相反マイクロスイマー2021

    • 著者名/発表者名
      安田健人, 黒田瑞季, 好村滋行
    • 学会等名
      日本物理学会第 76 回年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 生体ナノマシンの状態サイクルモデル2020

    • 著者名/発表者名
      安田健人
    • 学会等名
      第 19 回関東ソフトマター研究会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 生体ナノマシンの状態サイクルモデル II2020

    • 著者名/発表者名
      安田健人, 好村滋行
    • 学会等名
      日本物理学会 2020 年秋季大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] State cycle of biological nanomachines2020

    • 著者名/発表者名
      安田健人, 好村滋行
    • 学会等名
      Active Matter Workshop 2020
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 生体ナノマシンの状態サイクルモデル2020

    • 著者名/発表者名
      安田健人, 好村滋行
    • 学会等名
      日本物理学会第 75 回年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Swimmer-Microrheology2019

    • 著者名/発表者名
      K. Yasuda, R. Okamoto, and S. Komura,
    • 学会等名
      Soft Matter Out of Equilibrium: from driven to active systems
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] マイクロマシンの内部状態の非平衡ダイナミクス2019

    • 著者名/発表者名
      安田健人
    • 学会等名
      第18回関東ソフトマター研究会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 生体ナノマシンの状態サイクルモデル2019

    • 著者名/発表者名
      安田健人, 好村滋行
    • 学会等名
      第9回ソフトマター研究会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 構造流体中の三つ玉スイマーの遊泳2019

    • 著者名/発表者名
      安田健人, 岡本隆一, 好村滋行
    • 学会等名
      日本物理学会第74回年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] A three-sphere microswimmer in a structured fluid2018

    • 著者名/発表者名
      安田健人
    • 学会等名
      第17回関東ソフトマター研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Swimmer-Microrheology2018

    • 著者名/発表者名
      K. Yasuda, R. Okamoto, S. Komura
    • 学会等名
      APEF2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Swimmer-microrheology2018

    • 著者名/発表者名
      K. Yasuda, R. Okamoto, S. Komura
    • 学会等名
      第8回ソフトマター研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] A three-sphere microswimmer in a structured fluid2018

    • 著者名/発表者名
      S. Komura, K. Yasuda, R. Okamoto
    • 学会等名
      第8回ソフトマター研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Probability flux of a three-sphere micromachine having different temperatures2018

    • 著者名/発表者名
      I. Sou, Y. Hosaka, K. Yasuda, S. Komura
    • 学会等名
      第8回ソフトマター研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Elastic three-sphere microswimmers in a viscous fluis2018

    • 著者名/発表者名
      M. Kuroda, Y. Hosaka, K. Yasuda, R. Okamoto, S. Komura
    • 学会等名
      第8回ソフトマター研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Swimmer-Microrheology2018

    • 著者名/発表者名
      K. Yasuda, R. Okamoto, S. Komura
    • 学会等名
      Erice Workshop: Self-Organization in Active Matter: from Colloids to Cells
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [備考] 【研究成果発表】構造流体中のマイクロスイマーの遊泳原理を解明:ゼリーの中で泳ぐには

    • URL

      https://www.tmu.ac.jp/news/topics/18668.html

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

URL: 

公開日: 2018-05-01   更新日: 2024-03-26  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi