| 研究課題/領域番号 |
26610112
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| 研究機関 | 北陸先端科学技術大学院大学 |
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研究代表者 |
永井 健 北陸先端科学技術大学院大学, マテリアルサイエンス研究科, 助教 (40518932)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | アクティブマター / 非平衡物理 / 非線形物理 |
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| 研究実績の概要 |
平成27年度はゲル微粒子の電場による自発運動について研究した。微粒子はCDSDを用いて作成した。CDSDは微粒子の骨格としてアルギン酸Caゲルを用いる。アルギン酸CaゲルはEDTA水溶液によって溶解する。そのためCDSDに封入する溶液にアガロースを混合して作成したゲル微粒子をEDTA水溶液に投入すると、アガロースゲルの微粒子を作成できる。平成26年度にアルギン酸Ca微粒子に交流電場を加えると、プッシャー状の流れ場を伴って自発的に直進運動することがわかっている。アガロース微粒子に交流電場を加えると、逆向きのプラー状の流れが生じる事を見出した。このときアルギン酸Caゲルと同様にアガロースゲルも自発直進運動をする。CDSDで作成した球形ゲルはそれぞれ真球から微小に歪んでいるため、ゲル周りの流れ場が歪む。アガロースゲルとアルギン酸Caゲルの周りの流れの速度と自発運動の速度に相関があるため、ゲル形状のゆがみに起因する非対称な流れ場によりゲル微粒子は自発運動すると結論づけた。CDSDに封入する一部の溶液にだけアガロースゲルを加えて出来た微粒子をEDTA溶液に入れると、球の一部がかけた形状の微粒子を作成できる。この手法を用いて半球状のアガロースゲル微粒子を作成し、交流電場を加えると回転運動をした。このように微粒子の構成物や形状に対する運動依存性を明らかにできた。
多粒子の自発運動ゲルによる集団運動の粒子形状や構成物に対する依存性を調べるため、運動の対称性で記述された数理モデルを解析した。その結果、粒子が一方向に回転しやすいと乱流状の集団運動が生じないことを明らかにした。
自発運動ゲル以外の粒子形状に対する集団運動の依存性を調べるため、長さを変化させた大腸菌の集団運動を観察した。その結果、抗生物質で大腸菌を伸ばすことによって、一様に運動方向が揃った集団運動が生じ、長距離相関を持つ密度ゆらぎが生じることを明らかにした。
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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
平成27年度は電場を用いたゲルの自発運動について多くの知見を得ることが出来た。得られた知見を用いれば、自発運動の運動様相の制御や多粒子の自発運動に働く相互作用を予想することができる。そのため、集団運動の相転移が起こる実験条件の候補を検討できるようになった。また、集団運動の解析に用いる数理モデルの作成及びそのシミュレーションを行う体制を整えることが出来た。その結果、非球形の粒子に起こりやすい回転運動に対する集団運動の依存性を明らかにすることが出来た。
平成27年度はゲル以外に大腸菌の運動も解析し、集団運動の形状依存性を明らかにすることが出来た。この研究により、当初のゲルの自発運動だけを用いた研究よりも一般的な知見を得ることが出来た。
現在のところ、CDSDを用いて一回に少数個のゲルの微粒子しか作成できない。このためにゲルの集団運動に関する実験体制作りが少し遅れている。そのため、区分を「おおむね順調に進展している」とした。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は電場によって運動するゲルの集団運動に関する実験系づくりに注力する。上述のように現在のところゲルを多量に作るのがむづかしい。そこで、平成28年度の初めにCDSDの作成者である東京工業大学の瀧ノ上准教授と議論し、実験技術の指導を受ける予定である。ゲルの大量作成に成功後、ゲルの形状や構成物に対する集団運動の依存性を観察する。また、異なる形状のゲルを混合した時の集団運動を観察し、非一様性に対する集団運動の依存性を観察する。得られた観察結果を解析し、集団運動中の粒子の配向や密度ゆらぎを元に集団運動の相を分類する。この時、大腸菌の集団運動の研究によって培った、粒子の軌道解析、集団運動の配向性解析、粒子の密度ゆらぎ解析の技術を用いる。平成27年度に数理モデルを用いて得られた結果と比較しながら、形状や対称性で決まる水中遊泳する粒子の集団運動に普遍的な性質を明らかにしていく。
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