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外場制御可能な人工原子からなる動的ネットワークの数理構造と機能

公募研究

研究領域次世代物質探索のための離散幾何学
研究課題/領域番号 18H04490
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
研究機関慶應義塾大学

研究代表者

斎木 敏治  慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (70261196)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円)
2019年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2018年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
キーワードネットワーク / コロイド結晶 / 三角格子 / フラストレーション / 相変化材料 / コロイド粒子 / 人工原子 / 三角格子スピン系 / スピングラス
研究実績の概要

前年度からの継続として、コロイド粒子を人工原子に見立てた結晶構造の動的最適化に取り組んだ。フラストレーションを本質的に内在する2次元三角格子結晶において基底状態へ向かって動的に座屈構造を最適化するという実験結果に対し、非線形振動クープマン解析を実施し、結晶の圧縮にともなって反強磁性相互作用を反映した空間モードが出現することを明確に示した。また実験状況を模擬した計算機シミュレーションを行い、シミュレーテッドアニーリングに相当する最適解が得られることを確認した。
DNAでつないだコロイド粒子(人工原子)を分子・ポリマーに見立て、粒子間相互作用や外場との相互作用、流体的相互作用が複雑に関与する構造決定と機能発現のメカニズムの理解に努めた。DNAをテンプレートとした金ナノ粒子鎖作製に向けて、短鎖DNAを介した金ナノ粒子結合体の形成方法を開発した。アデニンがとりわけ金表面への吸着力が強いことに着目し、アデニン短鎖を利用した金ナノ粒子鎖を作製した。また、粒子鎖を容易に可視化し、かつその構造を可変とするために、DNAで接続した磁気ビーズを作製し、磁場の印加によって鎖構造を制御可能であることを実証した。コロイド粒子の半球面をカルコゲナイド相変化材料(GeSbTe)で被覆したヤヌス粒子を作製し、結晶相とアモルファス相における誘電率や親水性の違いによって粒子間相互作用(引力・斥力)、流体相互作用(電気浸透流)の制御を実現した。さらに、コロイド粒子複合体のナノポア通過過程を観察し、複合体構造に依存したイオン電流の封鎖や電気浸透流の影響を確認した。

現在までの達成度 (段落)

令和元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

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (48件)

すべて 2020 2019 2018 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (43件) (うち国際学会 32件、 招待講演 10件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Simple and rapid method for homogeneous dimer formation of gold nanoparticles in a bulk suspension based on van der Waals interactions between alkyl chains2019

    • 著者名/発表者名
      Esashika Keiko、Ishii Ryo、Tokihiro Shunya、Saiki Toshiharu
    • 雑誌名

      Optical Materials Express

      巻: 9 号: 4 ページ: 1667-1667

    • DOI

      10.1364/ome.9.001667

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書 2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Rapid Assembly of Colloidal Crystals under Laser Illumination on a GeSbTe Substrate2019

    • 著者名/発表者名
      K. Yamaguchi, E. Yamamoto, R. Soma, B. Nakayama, M. Kuwahara, and T. Saiki
    • 雑誌名

      Langmuir

      巻: 35 号: 19 ページ: 6403-6408

    • DOI

      10.1021/acs.langmuir.9b00176

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electro-osmotic trapping and compression of single DNA molecules while passing through a nanopore2019

    • 著者名/発表者名
      H. Yamazaki, T. Mizuguchi, K. Esashika, and T. Saiki
    • 雑誌名

      Analyst

      巻: 144 号: 18 ページ: 5381-5388

    • DOI

      10.1039/c9an01253b

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Coding two-dimensional patterns into mode spectrum of silicon microcavity covered with a phase-change film2018

    • 著者名/発表者名
      Sobhi Farrabi、Kihara Yuya、Kataiwa Daichi、Taguchi Yoshihiro、Kuwahara Masashi、Saiki Toshiharu
    • 雑誌名

      Applied Physics A

      巻: 124 号: 11

    • DOI

      10.1007/s00339-018-2186-0

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Optical observation of DNA translocation dynamics in SiN nanopores2020

    • 著者名/発表者名
      K. Enomoto, Y. Ishikawa, K. Esashika, and T. Saiki
    • 学会等名
      64th Annual Meeting of the Biophysical Society
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Wide dynamic range detection of target DNA by single particle microscopy of DNA-gold nanoparticle multimers2020

    • 著者名/発表者名
      K. Esashika, T. Mizuguchi, and T. Saiki
    • 学会等名
      64th Annual Meeting of the Biophysical Society
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Natural Computing with Light-Activate Colloidal Crystals2019

    • 著者名/発表者名
      O. Ikeda, Y. Takamatsu, B. Nakayama, E. Yamamoto, M. Kuwahara, and T. Saiki
    • 学会等名
      International Conference on Nano-photonics and Nano-optoelectronics 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A Simple and Rapid Method for Homogeneous Dimer Formation of Gold Nanoparticles in a Bulk Suspension Based on van der Waals Interactions between Alkyl Chains2019

    • 著者名/発表者名
      K. Esashika and T. Saiki
    • 学会等名
      International Conference on Nano-photonics and Nano-optoelectronics 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Intelligent sensing, memory and computing with phase-change materials2019

    • 著者名/発表者名
      T. Saiki
    • 学会等名
      SPIE Defense + Commercial Sensing 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Natural intelligence and computing with colloidal particles2019

    • 著者名/発表者名
      T. Saiki
    • 学会等名
      15th International Conference on Frontiers of Polymers and Advanced Materials
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Natural Computing with Light-Activated Colloidal Crystals2019

    • 著者名/発表者名
      T. Saiki
    • 学会等名
      The 12th Asia-Pacific Conference on Near-field Optics
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] A Simple and Rapid Method for Homogeneous Dimer Formation of Gold Nanoparticles in a Bulk Suspension Based on van der Waals Interactions between Alkyl Chains2019

    • 著者名/発表者名
      K. Esashika and t. Saiki
    • 学会等名
      The 12th Asia-Pacific Conference on Near-field Optics
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A few molecules and millisecond SERS spectroscopy of DNA nucleotides using gold nanoparticle dimers in aqueous suspension2019

    • 著者名/発表者名
      T. Ikeda, K. Esashika, and T. Saiki
    • 学会等名
      The 12th Asia-Pacific Conference on Near-field Optics
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Global optimization for frustrated colloidal crystals2019

    • 著者名/発表者名
      T. Saiki
    • 学会等名
      Polymers and networks via topology and entanglement
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] SiNナノポアにおけるDNA通過ダイナミクスの光学的観察2019

    • 著者名/発表者名
      榎本勝行、石川祐希、江刺家恵子、斎木敏治
    • 学会等名
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 明視野観察における基板-金ナノ粒子間距離による発色および温度応答性ポリマーゲルによる発色制御2019

    • 著者名/発表者名
      中山牧水、中林誉仁、江刺家恵子、蛭田勇樹、斎木敏治
    • 学会等名
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 熱可塑性樹脂による金ナノ粒子の光学スペクトル制御2019

    • 著者名/発表者名
      中林誉仁、中山牧水、江刺家恵子、斎木敏治
    • 学会等名
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 光学的測定によるコンジュゲート金ナノ粒子の標的DNA高感度検出2019

    • 著者名/発表者名
      江刺家恵子、水口高翔、加藤里奈、斎木敏治
    • 学会等名
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] レーザ加熱によるGeSbTe基板上での油滴推進2019

    • 著者名/発表者名
      高松有花、山本詠士、桑原正史、斎木敏治
    • 学会等名
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] コロイド粒子結晶上のイジングスピン系と組合せ最適化ソルバー2019

    • 著者名/発表者名
      池田憶土、山本詠士、中山牧水、相馬僚、高松有花、桑原正史、斎木敏治
    • 学会等名
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] ble dynamics of Janus Particles by coating phase change material2019

    • 著者名/発表者名
      R. Soma, E. Yamamoto, M. Kuwahara, and T. Saiki
    • 学会等名
      Symposium on Phase Change Oriented Science 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Light-driven manipulation of microdroplet on a GeSbTe substrate2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Takamatsu, E. Yamamoto, K. Esashika, M. Kuwahara, and T. Saiki
    • 学会等名
      Symposium on Phase Change Oriented Science 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Natural Computing with Light-Activated Colloidal Crystals2019

    • 著者名/発表者名
      O. Ikeda, Y. Takamatsu, B. Nakayama, E. Yamamoto, M. Kuwahara, and T. Saiki
    • 学会等名
      Materials Research Meeting 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Physical Implementation of Swarm Intelligence in Colloidal Particle Systems2019

    • 著者名/発表者名
      B. Nakayama, E. Yamamoto, M. Kuwahara, and T. Saiki1
    • 学会等名
      Materials Research Meeting 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Computing and swarm intelligence with light-driven colloidal particles2019

    • 著者名/発表者名
      T. Saiki
    • 学会等名
      OPTIC 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 金ナノ粒子のプラズモン共鳴と薄膜干渉を融合したナノピクセルおよびその動的制御2019

    • 著者名/発表者名
      中山牧水,中林誉仁,江刺家恵子,蛭田勇樹,斎木敏治
    • 学会等名
      日本光学会ナノオプティクス研究グループ第26回研究討論会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] SiNナノポアにおけるDNA 通過ダイナミクスの光学的観察2019

    • 著者名/発表者名
      榎本勝行,石川祐希,江刺家恵子,斎木敏治
    • 学会等名
      日本光学会 ナノオプティクス研究グループ 第26回研究討論会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] DNA シークエンスのための金ナノ粒子二量体を用いた表面増強ラマン散乱2019

    • 著者名/発表者名
      池田拓未,石井稜,萩原望,江刺家恵子,斎木敏治
    • 学会等名
      日本光学会 ナノオプティクス研究グループ 第26回研究討論会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Natural intelligence and computing with colloidal particles2019

    • 著者名/発表者名
      Toshiharu Saiki
    • 学会等名
      15th International Conference on Frontiers of Polymers and Advanced Materials
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] A Simple and Rapid Method for Homogeneous Dimer Formation of Gold Nanoparticles in a Bulk Suspension Based on van der Waals Interactions between Alkyl Chains2019

    • 著者名/発表者名
      Keiko Esashika, Toshiharu Saiki
    • 学会等名
      International Conference on Nano-photonics and Nano-optoelectronics 2019
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A Simple and Rapid Method for Homogeneous Dimer Formation of Gold Nanoparticles in a Bulk Suspension Based on van der Waals Interactions between Alkyl Chains2019

    • 著者名/発表者名
      Okuto Ikeda, Yuka Takamatsu, Bokusui Nakayama, Eiji Yamamoto, Masashi Kuwahara, Toshiharu Saiki
    • 学会等名
      International Conference on Nano-photonics and Nano-optoelectronics 2019
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Intelligent sensing, memory and computing with phase-change materials2019

    • 著者名/発表者名
      Toshiharu Saiki
    • 学会等名
      SPIE Defense+Commercial Sensing
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] コロイド粒子が実現する三角格子反強磁性イジング模型の動的モード解析2019

    • 著者名/発表者名
      池田憶土, 中山牧水, 山本詠士, 桑原正史, 斎木敏治
    • 学会等名
      電子情報通信学会 磁気記録・情報ストレージ研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Natural Intelligence with Light-Driven Active Soft Matter2019

    • 著者名/発表者名
      Toshiharu Saiki
    • 学会等名
      International Symposium of SSS Laser Processing
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Dynamics of colloidal particles in a temperature-responsive polymer solution2018

    • 著者名/発表者名
      Bokusui Nakayama, Eiji Yamamoto, Yuki Hiruta, Masashi Kuwahara, Toshiharu Saiki
    • 学会等名
      The 30th Symposium on Phase Change Oriented Science
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Dynamical control of phase-change material coated Janus particles2018

    • 著者名/発表者名
      Ryo Soma, Eiji Yamamoto, Masashi Kuwahara, Toshiharu Saiki
    • 学会等名
      The 30th Symposium on Phase Change Oriented Science
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Physical Implementation of Natural Intelligence in Colloidal Particle Systems2018

    • 著者名/発表者名
      Toshiharu Saiki
    • 学会等名
      Optics & Photonics Japan 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Physical Implementation of Swarm Intelligence in Colloidal Particle Systems Interacting with a Phase-Change Thin Layer2018

    • 著者名/発表者名
      Toshiharu Saiki
    • 学会等名
      14th International Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] コロイド粒子系への自然知能の物理的実装2018

    • 著者名/発表者名
      斎木敏治
    • 学会等名
      第79回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] マイクロ磁性粒子をエージェントとした群知能の物理実装2018

    • 著者名/発表者名
      中山牧水, 山本詠士, 山口慧, 相馬僚, 蛭田勇樹, 桑原正史, 斎木敏治
    • 学会等名
      第79回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 相変化材料被膜ヤヌス粒子のダイナミクス制御2018

    • 著者名/発表者名
      相馬僚, 山本詠士, 山口慧, 中山牧水, 桑原正史, 斎木敏治
    • 学会等名
      第79回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Nano-optical implementation of swarm intelligence2018

    • 著者名/発表者名
      Toshiharu Saiki
    • 学会等名
      15th international conference of Near-field Optics and Nanophotonics
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Self-Assembled Colloidal Particles on GeSbTe Substrate Induced by Laser Heating2018

    • 著者名/発表者名
      Eiji Yamamoto, Kei Yamaguchi, Ryo Soma, Bokusui Nakayama, Masashi Kuwahara, Toshiharu Saiki
    • 学会等名
      Designer soft matter
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Dynamics of Colloidal Particles in a Temperature-Responsive Polymer Solution2018

    • 著者名/発表者名
      Bokusui Nakayama, Eiji Yamamoto, Kei Yamaguchi, Ryo Soma, Yuki Hiruta, Masashi Kuwahara, Toshiharu Saiki
    • 学会等名
      Designer soft matter
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Dynamical control of phase-change material coated Janus particles2018

    • 著者名/発表者名
      Ryo Soma, Eiji Yamamoto, Kei Yamaguchi, Bokusui Nakayama, Masashi Kuwahara, Toshiharu Saiki
    • 学会等名
      Designer soft matter
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Implementation of swarm intelligence using active nano-optics and fluidics2018

    • 著者名/発表者名
      Bokusui Nakayama, Ryo Soma, Eiji Yamamoto, Masashi Kuwahara, Toshiharu Saiki
    • 学会等名
      Asia-Pacific Laser Symposium 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Spin-glass problem solved with coupled plasmon particle system2018

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Hirukawa, Toshiharu Saiki
    • 学会等名
      International Conference on Nano-photonics and Nano-optoelectronics 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [備考] 斎木研究室ホームページ

    • URL

      http://keio-saiki-lab.com/

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書

URL: 

公開日: 2018-04-23   更新日: 2021-01-27  

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