| 研究課題/領域番号 |
16H04189
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| 研究機関 | 同志社大学 |
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研究代表者 |
塩井 章久 同志社大学, 理工学部, 教授 (00154162)
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| 研究分担者 |
山本 大吾 同志社大学, 理工学部, 助教 (90631911)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | 自己運動系 / マイクロシステム / 非平衡非線形 |
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| 研究実績の概要 |
【微小空間で作用する自己運動系の研究】
［触媒粒子マイクロモーター］粒子集団が示す新規な運動として，粒子の離合集散や，これらが連続的に続いて粒子濃度の粗密波が伝搬する現象を見出した。とくに，個々の粒子の運動と形成される粗密波の関係，および溶液内の反応物質の化学的性質，さらには，反応物質濃度の変動との関係について重要な知見を得た。［分子集合体系］擬定常的なpH勾配を形成できるセルを試行錯誤して作製し，この中で分子集合体の振動的構造変化を観測することに成功した。これにより，分子集合体の運動速度と，局所的なpHおよびpH勾配との関係を測定することが可能となり，そのデータを蓄積しつつある。［直流電場による運動系］溶液の組成が，粒子運動に与える影響についてデータを蓄積し，今後の系統的な実験をするための予備的知見を得た。
【化学感知性や光応答性などの生物的機能を与える方法】
［触媒粒子マイクロモーター］対流の影響を慎重に排除し，反応物質濃度勾配下での触媒粒子の運動を観察することに成功し，触媒粒子が酸素濃度を検知して運動方向を決めている可能性を示す結果を得た。［分子集合体体系と直流電場による運動系］本年度は，グルコース濃度勾配系や磁性粒子であるNi粒子を用いた研究を開始し，系統的な研究を進めるための準備ができつつある。
これらの他に，イオン種に依存して運動形態を変える油滴，周囲のpHの振動的変化を誘発しながら自己運動する油滴，イオン交換反応による「新陳代謝」を伴って固体板状をはい回る分子集合体を見出し，また，微細な力学的振動を系統的な運動に変換する粉流体システムについて，次年度の系統的研究につながる知見を得た。
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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
交付申請書に記載した各項目について，現在の進捗状況は次のようになっている。
【微小空間で作用する自己運動系】
［触媒粒子マイクロモーター］粒子集団が示す集団運動の再現性よい観測に成功し，このような運動が，粒子集団が存在する系のサイズの影響を大きく受けることを明らかとした。［分子集合体系］ベシクルを微小空間内に閉じ込めて観測することはできなかったが，それに代わるものとして，擬定常的なpH勾配下でのベシクル運動を観察することに成功しており，濃度勾配の定常／非定常性が運動に及ぼす影響について研究を進めることに成功している。［直流電場による運動系］溶液内の溶質を変化させ，この中での粒子の運動を観察することができた。
【化学感知性や光応答性などの生物的機能を与える方法】
［触媒粒子マイクロモーター］反応物質濃度に勾配があるときの運動について，対流の影響を排除して測定することに成功した。この研究に時間がかかったため，レーザーによる粒子の操作技術については準備を検討するにとどまった。［分子集合体系］グルコース分解酵素を導入して，グルコース濃度勾配をpH勾配に変換する反応系についての研究を行ったが，一昨年度の結果からの大きな進展は得られなかった。［直流電場による運動系］運動粒子が磁性や磁気応答性をもつ系として，特徴的な形態のNi被覆粒子を得，これを用いた実験を行った。
これらの他に，交付申請書に計画を記載し，本紙「研究実績の概要」にも結果を記載した新規な自己運動系を見出すことに成功した。以上を総合的に考慮し，研究はおおむね順調に進展していると判断することができる。
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| 今後の研究の推進方策 |
研究計画調書に記載したように，本申請計画は，微小スケールでの自己運動系に，化学物質感知性，光応答性，多体系での動的自己組織化などの生物的特性を付与し，微小システムでの動力源として発展させることを目指している。具体的には，自己運動の発生そのものを光や電場でスイッチングしたり，このスイッチング機能そのものが，特定の化学物質の存在で変わるなどの機能を実現し，さらには，多くの自己運動素子が協同して集団的同期運動を発生する状況の実現を試み，自己運動系が微小空間内でのスマートな動力発生源として発展し得るものであることを明らかとすることを目的としている。
現時点で，「触媒粒子マイクロモーター」，「分子集合体系」について，化学物質感知性の自己運動を行わせ，「触媒粒子マイクロモーター」については，多体系での動的自己組織化についても実現し，研究を進めている。さらに，研究計画調書には十分に記載していなかった「イオン種に依存して運動形態を変える油滴」，「周囲のpHの振動的変化を誘発しながら自己運動する油滴」，「イオン交換反応による「新陳代謝」を伴って固体板状をはい回る分子集合体」，「力学的振動を系統的な運動に変換する粉流体システム」についての研究も進展している。今後，計画調書に沿って個別系の研究を進展させるとともに，これらを「マイクロ空間での動力源」として利用できるようにするための研究を展開する。そのためには，化学感知性などを備えたマイクロ空間内での「規則的運動」を得るための系統的な知見を獲得することが必要である。微細加工技術（MEMS)などを応用して，様々な形態，構造のミクロ流路や空間を作製し，この中で自己運動のモードがどのようになるかを解明することを，あわせて進めていく予定である。
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