| 研究課題/領域番号 |
22KJ2420
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| 補助金の研究課題番号 |
22J10770 (2022)
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 基金 (2023)
補助金 (2022) |
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| 応募区分 | 国内 |
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| 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
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
齊藤 圭太 九州大学, 理学府, 特別研究員(DC2)
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| 研究期間 (年度) |
2023-03-08 – 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 |
1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
2023年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2022年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
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| キーワード | 液晶液滴 / 光ピンセット / ヤヌス粒子 / 粘弾性流体 / ソフトマター / ホログラフィック光ピンセット / 複雑流体 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
細胞などのソフトマターは構成要素間の結合が弱いため、熱揺らぎ等の微小な力がその物性を決める重要な要因となっている。近年、生体物質が生み出す微小な力により、細胞内部の巨視的物性を変化することが明らかになり、局所的な揺らぎが生命現象に重要な役割を担うことが示唆された。本課題では、局所駆動と誘起される非平衡構造を関係づけるため、運動制御可能なアクティブ粒子が導入された非平衡ソフトマターを用いて研究を推進する。
さらに、その構造が作りだす巨視的物性を明らかにし、高効率な物性制御が可能である非平衡ソフトマターの創生を目指す。
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| 研究実績の概要 |
本研究では、高分子溶液などのソフトマターと制御可能な外場応答性粒子（アクティブ粒子）で構成される系を構築し、アクティブ粒子の運動とその運動により誘起される非平衡構造が生み出す物性の解明を目的とした。運動性（並進・回転）によって誘起される構造が異なると予想し、円偏光光ピンセットにより粒子回転が制御できる液晶液滴と電場により並進運動の制御が可能なヤヌス粒子の作成に取り組んだ。
液晶液滴の研究では、内部構造と回転メカニズムの関係を明らかにし、エネルギー効率の評価を行った。その結果、Bipolar型の液晶液滴が高いエネルギー変換効率を有していることがわかった。さらに、この回転液滴を用いることでマイクロスケールでの流動場の制御に成功した。次に、粘度の高いソフトマターでの駆動を考え、粘性流体中での液晶液滴の振る舞いについて調べた。その結果、粘性流体であるグリセリン水溶液中では、液晶とグリセリンの界面でスリップが起きていることがわかった。さらに、このスリップのため、水中と比べると、粒子間の流体相互作用が低減される様子も観察できた。これら結果は、Sci. Rep. (2022)、SoftMatter (2024)に発表した。
ヤヌス粒子の研究では、ソフトマター中における運動として、粘弾性流体である高分子溶液中での運動について調べた。その結果、粒子の並進速度が速い領域では、円運動を行うことがわかった。この現象は、駆動方法の異なる系でも報告されており、我々のこの結果は、駆動方法に依らない現象であることを示唆した。さらに、高分子ネットワークの緩和時間と粒子の移動時間が、運動を転移に重要であることがわかった。
アクティブ粒子に駆動されたソフトマターの巨視的物性は明らかにできなかったが、今後は、本研究で用いたアクティブ粒子で駆動されたソフトマターの物性測定法を行い、その巨視的な物性解明を目指す。
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