| 研究課題/領域番号 |
20K14426
|
|---|
| 研究種目 |
若手研究
|
| 配分区分 | 基金 |
|---|
| 審査区分 |
小区分13040:生物物理、化学物理およびソフトマターの物理関連
|
|---|
| 研究機関 | 東京大学 |
|---|
研究代表者 |
西口 大貴 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (20850556)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
|
| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
|
| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2020年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
|
|---|
| キーワード | アクティブマター / 集団運動 / アクティブ乱流 / 時空カオス / バクテリア / 非平衡物理学 / 生物物理学 / トポロジカル物性 / カオス / 高次元力学系 / バクテリア乱流 / 非平衡統計力学 |
|---|
| 研究開始時の研究の概要 |
多細胞生物の発生などにおける秩序立った細胞集団運動では、組織形状などの境界条件と運動が強く結合している。一方で、境界から遠く離れたバルク中における実験系では、速度場が時空カオス的に乱雑に変動を示すアクティブ乱流状態が広く観察される。そこで本研究では、バクテリア濃厚懸濁液の示すアクティブ乱流を題材に、境界条件による集団運動の秩序化原理を実空間トポロジーに基づいて調べるとともに、その数理的性質を波数空間トポロジーの観点から解明することを目的とする。アクティブマターのトポロジカル物性を実験的に直接観測することで、トポロジカル・アクティブマターという新領域を開拓する。
|
| 研究成果の概要 |
アクティブマターの集団運動のトポロジカル制御の方法論確立と秩序構造のトポロジカル物性の探求を目的として研究を遂行した。まず、遊泳バクテリアの示すアクティブ乱流を題材に、実験・数値計算・解析計算を統合することで、境界の存在下でのバクテリアの渦秩序の安定性やトポロジーを評価し、渦の振動状態への転移などあらたな不安定化現象を発見した。さらに、バクテリア乱流を高速で蛍光観察する手法の開発に成功し、トポロジカル物性を検出する基盤を固めた。これらの知見に基づき、バクテリア乱流がトポロジカル物性を発現しうる閉じ込め形状を着想・設計し、一方向の流れが駆動される条件を見出すなどの成果を得た。
|
| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
学術的意義：細胞集団などのアクティブマター実験では、速度場が時空カオス的変動を示すアクティブ乱流状態が頻繁に観察される一方、生物の発生過程における細胞集団移動など生命科学上も重要な現実の集団運動は秩序立った振る舞いを示す。本研究は、境界による秩序発現の原理がこれらに貢献している可能性を提示した。
社会的意義：本研究で確立した微生物集団の運動の制御と予測手法は、微生物集団を用いた物質生産の指針やミクロスケールでの新たな撹拌原理を与えるものである。
|
