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2013 年度 実施状況報告書

非平衡ゆらぎから自律運動へのモード分岐:散逸系の新シナリオ

研究課題

研究課題/領域番号 25610111
研究種目

挑戦的萌芽研究

研究機関同志社大学

研究代表者

吉川 研一  同志社大学, 生命医科学部, 教授 (80110823)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワード非線形解放系 / 非平衡ゆらぎ / エネルギー変換 / 運動期間 / 時空間秩序
研究概要

非平衡定常条件下での自律運動についての、実験的研究を系統的にすすめ、数理物理的なモデルの構築をめざして研究を進めた。1)運動タンパクの集団が示すマクロな自律運動と、化学的不安定性による実空間モデリング:本年度は、化学的マランゴニ効果によるcmサイズの物体の自律運動に関しての実験的研究が進展している。特に液滴が、化学的非平衡条件下、2次元的なパーリング現象を引き起こし、それが、自律的に規則的なhexagonalパターンに配列するようになることを、実験的に見出した。これに関しては、現在論文の執筆中である。2)光照射によるcm物体の並進・回転運動:この課題は、本年度飛躍的に研究が進展した。具体的には、水面上に静置したcmサイズの油滴の、レーザー照射による運動の制御の研究であり、界面活性剤の有無により、正の走光性と負の走光性に運動のモードがスイッチすることをみいだした。これについては、すでにPhys.Rev.E誌に論文を発表済みとなっている。3)直流電場での実空間limit cycle運動:この課題に関しても大きな進展がみられた。具体的には、油層中にミクロ電極を対向させ定常的な直流電圧を印加したときの、ミクロ水滴の自発運動を実験的に追究した。電極間隔が、10mm程度になると、ボルトのオーダーの電位の印加で、自律的な往復運動を引き起こすことが可能となることを見出している。さらに、印加している直流電圧にノイズの成分を加えると、液滴に往復運動の安定性が顕著に増大することも明らかにした。実験の傾向は、本質を捉えた、簡単な非線形微分方程式系で理論的に再現ことが可能であることも示した。この成果は、すでに、Phys.Rev.E誌に発表済みである。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

研究成果に述べたように、研究全体が順調に進展し、かつ、当初の想定を上回る成果が得られてきている。さらに、細胞サイズの空間内でのゆらぎによるミクロ相分離の理論モデル(J.Chem.Phys.に発表済み)、AgのナノパーティクルをDNAに結合させ、プラズモン共鳴により流れ場でのゲノムDNAのゆらぎ運動の可視化と定量化の研究(Nano Lett.に発表済み)、など、当初の予定を上まわる成果を発表することができている。

今後の研究の推進方策

当初の研究計画の主要3課題の研究を更に発展させる。1)運動タンパクの集団が示すマクロな自律運動と、化学的不安定性による実空間モデリング、2)光照射によるcm物体の並進・回転運動、3)直流電場での実空間limit cycle運動、この3課題である。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (5件) (うち招待講演 5件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Rigidity of a spherical capsule switches the localization of encapsulated particles between inner and peripheral regions under crowding condition: Simple model on cellular architecture2014

    • 著者名/発表者名
      Chwen-Yang Shew, Kenta Kondo and Kenichi Yoshikawa
    • 雑誌名

      Journal of Chemical Physics

      巻: 140 ページ: 024907,1-9

    • DOI

      doi.org/10.1063/1.4859835

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Back-and-forth micromotion of aqueous droplets in a dc electric field2013

    • 著者名/発表者名
      Tomo Kurimura, Masatoshi Ichikawa, Masahiro Takinoue and Kenichi Yoshikawa
    • 雑誌名

      Phys. Rev. E

      巻: 88 ページ: 042918/1-5

    • DOI

      10.1103/PhysRevE.88.042918

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Controlling negative and positive photothermal migration of centimeter-sized droplets2013

    • 著者名/発表者名
      Masatoshi Ichikawa, Fumi Takabatake, Keitaro Miura, Takafumi Iwaki, Nobuyuki Magome and Kenichi Yoshikawa
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 88 ページ: 012403/-8

    • DOI

      10.1103/PhysRevE.88.012403

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Plasmonic Imaging of Brownian Motion of Single DNA Molecules Spontaneously Binding to Ag Nanoparticles2013

    • 著者名/発表者名
      Ken Hirano, Tomomi Ishido, Yuko S. Yamamoto, Norio Murase, Masatoshi Ichikawa, Kenichi Yoshikawa, Yoshinobu Baba and Tamitake Itoh
    • 雑誌名

      NANO LETTERS

      巻: 4 ページ: 1877-1882

    • DOI

      10.1021/nl304247n

    • 査読あり
  • [学会発表] How does the higher-order structure of DNA concern with genetic functions?

    • 著者名/発表者名
      Kenichi Yoshikawa
    • 学会等名
      The International Conference on Medical Physics
    • 発表場所
      Brighton, UK
    • 招待講演
  • [学会発表] Specificity of cell-sized confinement

    • 著者名/発表者名
      Kenichi Yoshikawa
    • 学会等名
      International Workshop “From Soft Matter to Protocell
    • 発表場所
      宮城県仙台市
    • 招待講演
  • [学会発表] Phase Transition on Genomic DNA: Its Physics & Biological Significance

    • 著者名/発表者名
      Kenichi Yoshikawa
    • 学会等名
      German Science Days
    • 発表場所
      京都府京都市
    • 招待講演
  • [学会発表] Unveiling Intrinsic Characteristics of Genomic DNA

    • 著者名/発表者名
      Kenichi Yoshikawa
    • 学会等名
      International SPIRITS Symposium
    • 発表場所
      京都府京都市
    • 招待講演
  • [学会発表] Real-World Modeling on Exotic Aspects of Living Cell

    • 著者名/発表者名
      Kenichi Yoshikawa
    • 学会等名
      Symposium: Three Domains of Life
    • 発表場所
      京都府京都市
    • 招待講演
  • [備考] 同志社大学生命医科学部 生命物理科学研究室

    • URL

      http://dmpl.doshisha.ac.jp/

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公開日: 2015-05-28  

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