| 研究課題/領域番号 |
21K03855
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分19010:流体工学関連
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
市川 正敏 京都大学, 理学研究科, 講師 (40403919)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 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 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2021年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
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| キーワード | 自己駆動液滴 / アクティブマター / エマルジョン / マイクロスイマー / 細胞運動 / マイクロ流体デバイス / 相分離 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
自己遊泳する液滴やその集団が、自発的対称性の破れや集団運動として顕現させる時空間構造の解明を目指す。動きに関する対称性の破れ（運動の多様化）がどこから創発するのか、この現象に潜む数理的な構造と流体力学的なメカニズムはどの様なものか、実験と理論の両面から解明する。実験によって対流モードの解析を行い、理論モデルとの定量比較を通じて転移現象を解析する。さらに、単独液滴で得られた知見を多数液滴の集団運動や協調的な運動に応用して集団運動での特徴を明らかにする。
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| 研究成果の概要 |
システムが持つエネルギーを利用しつつ、外力由来ではない内力由来の運動を自ずから示す物体を自己駆動物体と呼びます。本研究ではとくに自己駆動して並進運動を示す微小液滴に着目し、その運動転移メカニズムを実験と理論の両面から明らかにしました。水や油に近い物性のとき、マイクロメートルサイズから大きくなっていくと停止状態から並進運動状態への転移が起きます。我々は、この並進運動が直進安定解を持つことを明らかにすると共に、更に大きくなったときに内外対流の四極子モードの向きが不安定になる転移が起き、外乱や擾乱に対しての運動方向安定性が極めて弱くなることでカーブ運動が引き起こされることを明らかにしました。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究は、細胞サイズのスケールでの液滴が示す遊泳運動の流体力学的特性と駆動対流の安定構造を解明しました。これによって、液滴の運動モードやその安定性が、サイズや物性が変化した際にどのように変わるかのメカニズムが明らかになりました。この知見は、化学反応を利用して自らを動かすアクティブ液滴の運動制御技術への応用面として重要です。さらに、初期の生物がどのような生体分子やメカニズムを利用して細胞運動を獲得したのかは未解明な謎ですが、本研究はそれら初期生物が利用したと考えられる物理学的な要件と、運動の多様性を生み出す最も単純な要素を明らかにしたという観点で、発展的な意義があります。
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