| 研究領域 | ゆらぎと構造の協奏：非平衡系における普遍法則の確立 |
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| 研究課題/領域番号 |
25103010
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| 研究種目 |
新学術領域研究(研究領域提案型)
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| 研究機関 | 首都大学東京 |
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研究代表者 |
好村 滋行 首都大学東京, 理工学研究科, 准教授 (90234715)
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| 研究分担者 |
野口 博司 東京大学, 物性研究所, 准教授 (00514564)
芝 隼人 東京大学, 物性研究所, 助教 (20549563)
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| 研究期間 (年度) |
2013-06-28 – 2018-03-31
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| キーワード | 生体膜 / 非平衡 / 相分離 / 化学反応 / ずり流動 / ラフト |
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| 研究概要 |
本計画研究では、理論とシミュレーションを駆使して、多成分生体膜の相分離現象やゆらぎを媒介とした非平衡ダイナミクスを探求し、最終的にはそのメソ構造形成を制御することを目的としている。
平成２５年度には、ベシクル上のドメインの成長則や、脂質二重膜におけるリーフレット拡散、積層脂質膜における相分離のシミュレーション、二成分溶液中のストークスの抵抗法則についての研究を行った。積層脂質膜に関する研究では、相分離ドメインの積み重なりが膜間の相互作用に起因すると考え、膜間の相互作用の大きさを変化させてシミュレーションを行った。平衡状態で比熱を計算し、有限サイズスケーリングを行うことで、異なる相互作用パラメータに対応する転移温度を求めた。ドメインの積み重なりに関する平衡状態の相図を作成することにより、膜間相互作用が強くなっていくに従って、相転移温度が二次元イジングモデルの値から三次元イジングモデルの値へクロスオーバーすることを見出した。
生体膜上では、脂質分子やタンパク質を介した化学反応が行われている。化学反応をともなう系の物理的理解は重要課題であるが、未解決のまま取り残されてきた課題であると言える。近年、化学反応による様々な界面活性剤集合体の形態変化が実験で観察されている。我々はこれらの現象の理解を目指して、親水成分と油成分が反応重合して脂質膜を形成するモデル系のシミュレーションを行った。その結果、化学反応が油滴内部で進行し、平面膜片を経由するベシクル形成、内部でタマネギ状にラメラが積層した構造などが得られた。平板ラメラからベシクルに転移する過程で油成分がエッジに集中して現れることで、この転移が促進されていることが判明している。
これ以外にも、脂質膜の複雑構造形成の大規模シミュレーションや、構造ガラスにおける密度ゆらぎの研究を行った。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本年度は計画研究の初年度であったが、ベシクル上のドメインの成長則、脂質二重膜におけるリーフレット拡散、二成分溶液中のストークスの抵抗法則、構造ガラスにおける密度ゆらぎなどの研究成果は、すでに論文と公表している。化学反応による油滴の形態変化についても興味深い結果が得られつつあり、おおむね順調に進展していると言える。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成２６年度には、積層脂質二重膜における相分離ダイナミクス、二成分脂質二重膜における粘性モードの計算、ドメイン誘起のバディングについて検討を進めていく予定である。化学反応をともなうシミュレーションに関しては、二重膜内に油が溶けている状態での形態への影響に注目して研究する。また、非イオン性界面活性剤において、剪断流の印加で誘起される複雑な構造についても研究を進める。
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