水中遊泳する自走粒子の群れ運動中の普遍則

• 研究課題/領域番号: 26610112
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 数理物理・物性基礎
• 研究機関: 北陸先端科学技術大学院大学
• 研究代表者: 永井 健 北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 講師 (40518932)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2016年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2015年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2014年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: アクティブマター / ソフトマター / 生物物理 / 非線形物理 / 非平衡物理 / リポソーム

研究成果の概要

本研究では形状と遊泳の様相に密接な関係性があるソフトマターの自走微粒子を作ることが出来た。ソフトマターはその名のごとく柔らかい物質なので、更に研究を発展させることで、外場による形状制御を通じて遊泳を制御できるであろう。また、大腸菌を使い、アスペクトレシオに対する遊泳微生物の集団運動の依存性を実験的に解明した。実験セル全体で運動方向が揃い、長距離相関を持つ密度ゆらぎを伴う相は20年以上前に理論的に存在が予測されていなかったものの実験的には見出されていなかった。そのため、この結果は自走粒子の集団運動の統計物理において大きな意義がある。

研究成果

• [国際共同研究] CEA Saclay(フランス)
• [雑誌論文] Lateral Tension-Induced Penetration of Particles into a Liposome (2017)
  • 著者名/発表者名: Shigyou Kazuki、Nagai Ken、Hamada Tsutomu
  • 雑誌名: Materials 巻: 10 号: 7 ページ: 765-765
  • DOI: 10.3390/ma10070765
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Long-range nematic order and anomalous fluctuations in suspensions of swimming filamentous bacteria, (2017)
  • 著者名/発表者名: *Daiki Nishiguchi, Ken H. Nagai, Hugues Chate, and Masaki Sano,
  • 雑誌名: Physical Review 巻: E 95 号: 2 ページ: 20601-20601
  • DOI: 10.1103/physreve.95.020601
  • NAID: 130006245534
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Influence of asymmetry and driving forces on the propulsion of bubble-propelled catalytic micromotors (2016)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Hayakawa, Hiroaki Onoe, Ken H. Nagai, *Masahiro Takinoue
  • 雑誌名: Micromachines 巻: 7(12) 号: 12 ページ: 229-229
  • DOI: 10.3390/mi7120229
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Lateral diffusion of a submicron particle on a lipid bilayer membrane (2016)
  • 著者名/発表者名: Kazuki Shigyou, Ken H Nagai, and Tsutomu Hamada
  • 雑誌名: Langmuir 巻: 32 号: 51 ページ: 13771-13777
  • DOI: 10.1021/acs.langmuir.6b02448
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Mathematical model for self-propelled droplets driven by interfacial tension (2016)
  • 著者名/発表者名: Ken H. Nagai, Kunihito Tachibana, Yuta Tobe, Masaki Kazama, Hiroyuki Kitahata, Seiro Omata, Masaharu
  • 雑誌名: Journal of Chemical Physics 巻: 144 号: 11 ページ: 114707-114707
  • DOI: 10.1063/1.4943582
  • NAID: 120005981396
  • 査読あり
• [雑誌論文] Complex-shaped three-dimensional multi-compartmental microparticles generated by diffusional and Marangoni microflows in centrifugally discharged droplets (2016)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Hayakawa, Hiroaki Onoe, Ken H. Nagai, Masahiro Takinoue
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 6 号: 1 ページ: 20793-20793
  • DOI: 10.1038/srep20793
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Self-Propelled Particles with Rotationally Asymmetric Shape (2015)
  • 著者名/発表者名: Ken H. Nagai, Masayuki Hayakawa, Masahiro Takinoue
  • 雑誌名: Current Physical Chemistry 巻: 5 号: 1 ページ: 73-81
  • DOI: 10.2174/1877946805999150430123824
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Synthesis of gel particles with various shapes using tabletop centrifuge (2017)
  • 著者名/発表者名: Ken H. Nagai, Masayuki Hayakawa, Masahiro Takinoue
  • 学会等名: Workshop on Soft and Nano Materials Orchestrated with Wisdom from Japan
  • 発表場所: 舎炉夢(北海道虻田郡)
  • 国際学会
• [学会発表] C. elegans集団の動的ネットワーク形成 (2017)
  • 著者名/発表者名: 永井健, 伊藤浩史, 杉拓磨
  • 学会等名: 日本物理学会第72回年次大会
  • 発表場所: 大阪大学(大阪府豊中市)
• [学会発表] AC場により運動するナノ粒子が吸着したリポソームの自発運動 (2017)
  • 著者名/発表者名: 東 彰大、永井 健、濱田 勉
  • 学会等名: 日本物理学会第72回年次大会
  • 発表場所: 大阪大学(大阪府豊中市)
• [学会発表] 自発的に運動する粒子の集団運動 (2016)
  • 著者名/発表者名: 永井健
  • 学会等名: 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(東京都港区)
  • 年月日: 2016-03-11
• [学会発表] Self-propelled gel particles of various shapes (2016)
  • 著者名/発表者名: Ken H. Nagai, Masayuki Hayakawa, Masahiro Takinoue
  • 学会等名: Symposium on Nonlinear Sciences
  • 発表場所: 産業技術総合研究所臨海副都心センター(東京都江東区)
  • 国際学会
• [学会発表] Collective motion of running microtubules in in vitro motility assay (2016)
  • 著者名/発表者名: Ken Nagai
  • 学会等名: 第54回生物物理学会年会
  • 発表場所: つくば国際会議場(茨城県つくば市)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 細長い自走粒子の集団運動 (2015)
  • 著者名/発表者名: 永井健、住野豊、Hugues Chaté、大岩和弘、薮内紀仁、濵田勉、伊藤正樹、角五彰、西口大貴、佐野雅己
  • 学会等名: 細胞を創る研究会8.0
  • 発表場所: 大阪大学(大阪府吹田市)
  • 年月日: 2015-11-12
• [学会発表] 電場に駆動される自発遊泳ゲル (2015)
  • 著者名/発表者名: 永井 健, 早川 雅之, 瀧ノ上 正浩
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学(大阪府吹田市)
  • 年月日: 2015-09-19
• [学会発表] 電場に駆動される自発運動ゲル (2015)
  • 著者名/発表者名: 永井健, 早川雅之, 瀧ノ上正浩
  • 学会等名: 第53回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 金沢大学(石川県金沢市)
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] 様々な形状の自発運動ゲル (2015)
  • 著者名/発表者名: 永井健、早川雅之、瀧ノ上正浩
  • 学会等名: 日本物理学会第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学(東京都, 新宿区)
  • 年月日: 2015-03-22
• [備考]
  • URL: https://sites.google.com/site/inonakanokaeru/
• [産業財産権] 細胞構造体の内部へゲスト物質を導入する方法 (2016)
  • 発明者名: 執行 航希, 永井 健, 濵田 勉
  • 権利者名: 国立大学法人北陸先端科学技術大学院大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2016-07-08