| 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 |
25103011
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
木村 康之 九州大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (00225070)
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| 研究分担者 |
水野 大介 九州大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (30452741)
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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 | マイクロレオロジー / フィードバック制御 / 光ピンセット / 流体相互作用 / リズム運動 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、様々な非熱的場により駆動されたバイオマターおよびそのモデル系のメソスケールのゆらぎと力学応答に関する実験的研究を行っており、本年度は以下の研究成果を得た。
（１）多重フィードバックマイクロレオロジーの開発（水野）
マイクロレオロジー法はメソスケールのゆらぎと力学応答を同時に観測することが可能な有力な方法であるが、揺らぎ応答の精密観測に光学的な手法（光トラップ）を用いるために、試料内部の揺らぎがトラップ用レーザー光の収束径を超える強い非平衡系には適用できない。逆に、トラップ力を強くするとプローブ粒子を計測域に閉じ込めた場合、光トラップ自体がプローブの運動や試料の状態に影響を与えてしまう。本年度は試料を保持するピエゾステージをフィードバック制御することで、細胞内部の揺らぎや原形質流動に追随しつつ、弱いレーザー光でプローブの揺らぎ応答を広帯域観測することに成功した。
（２）流体相互作用する駆動多粒子系が形成するクラスター構造の解明（木村）
流体中を運動する微粒子および微生物系では、流体相互作用に起因した非自明な集団運動や動的な構造形成がしばしば報告されている。本研究では、流体相互作用しつつ運動する微粒子系の単純なモデルとして、同一円周上を一定の駆動力を与えられて運動する多粒子系をリング光渦により実験的に実現し、この系で現れるさまざまな集団運動を研究している。本年度は粒子サイズの不均一がある場合の粒子の集団運動を実験および流体相互作用を考慮した数値シミュレーションの双方を用いて調べた。その結果、サイズ比によりクラスターの形成と分裂を伴うリズミックな集団運動と定常的なクラスター形成の間の動的な相転移が起こることを見出した。
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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
細胞などのような非熱的揺らぎの大きな環境下でも有効なフィードバックマイクロレオロジー法の開発を行い、これまでに実現できていない大きな揺らぎのある非平衡系である生体系での揺らぎと応答の定量的観測が可能となった。また、微生物をはじめとして自己駆動するメソスコピックサイズの物体間には長距離の流体相互作用が働き、それによりさまざまな特徴的な集団運動が観測される。本年度は特にサイズの違いによる駆動力の差異によって動的に形成される集団運動が転移することを実験的および理論的に解明した。
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| 今後の研究の推進方策 |
バイオマターの非平衡状態でのダイナミクスを解明するため、試料中に分散した多数粒子の運動を高速で同時観測可能なシステムを用いて、広い時間スケールで能動的マイクロレオロジー測定を行い、バイオマターの非平衡時空間構造の解明を行う。
また、細胞内およびモデルシステムに対して新たに開発された多重フィードバックマイクロレオロジーを適用し、バイオマターことに細胞の非平衡状態でのダイナミクスの解明を行う。
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