自己駆動する集団におけるカイラル輸送現象の研究

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本研究の目的はアクティブマターと呼ばれる環境もしくは自己の持つ自由エネルギーを消費して自発的に駆動する集団において、集団を構成する粒子がもつミクロなカイラリティ(キラリティ)により発現するマクロな電荷、運動量、熱などの移動現象(カイラルな輸送現象)を統一的に記述する基礎理論、すなわち、アクティブカイラル輸送理論を構築することである。 この目的を達成するために理論と実験の双方から研究を行った。より具体的にはagentbased modelに基づく細胞間多体相互作用を記述するミクロな理論の数値シミュレーションと神経幹細胞を用いた実験との定量的な比較を行い、実験で発現した位相欠陥に細胞が集積する現象のミクロな機構を解明する研究を行なった。全細胞のダイナミクスのトラッキングから細胞間の相関の測定を行い、測定した相関を再現するようにagentbased modelのパラメータを決定する逆問題を解くことで、ミクロな模型のパラメータを決定する方法を構築した。実験サイドは細胞のトラッキング技術を向上させることで、細胞間の相関関数の長時間かつ精密な測定が可能になった。理論サイドは、実験から逆問題を解いて決定したパラメータに基づいて、円形領域で細胞を培養した状況の数値計算を行い、位相欠陥とその周りの細胞のダイナミクスの解析を行なった。従来のagentbased modelは等方的なネマチック相互作用を仮定しているが、位相欠陥周りの細胞の集積ダイナミクスを正しく記述するためには、非等方かつ非相反な相互作用が必要であることが数値計算から明らかになった。