物理的自触媒反応で実現する自己増殖アクティブマター

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本研究では、物理的自触媒反応で増殖するアクティブマターの創製を目指している。本年度は、駆動物質が生成する駆動物質に昇華性をもたせることで、非平衡状態を維持し、自己駆動する新奇自己駆動液滴を開発した。駆動物質のエステル化合物を構成生物とする油を、円形シャーレを満たした塩基性の水相表面に滴下すると、油は化学反応の進行ととともに油膜から油滴に転移した。滴下した油が膜か滴か、どちらの形態をとるかは、油と水、空気がなす３種の界面張力のバランスの指標である拡張係数によって決まることが知られている。反応生成物である駆動物質の水溶液の表面張力は、その濃度に比例して減少したことから、反応進行によって拡張係数が負から正に反転することで、膜から液滴への転移が生じたと考えられる。転移で形成された液滴は、往復運動とは異なる駆動→停止を繰り返す振動運動を示した。この事実は、液滴の駆動メカニズムに正のフィードバックと負のフォードバックが共存していることが明らかになった。この振動運動は、水相に蓋をし、駆動物質の昇華を抑制した場合は観測されなかった。さらに、液滴は突起を形成し、突起伸長方向に駆動した。このことから、液滴の駆動が突起伸長をおこす局所的表面張力変化か対流形成によって誘引されていることが示唆された。続いて、液滴の体積を固定し、液滴の個数を増やした際の液滴が消失するまでの反応時間を計測した。液滴数が多いほど比表面積は大きくなるため、反応時間は短くなると予想される。しかし、液滴数が多くなると反応時間は長くなった。さらに、液滴数が多いと液滴の駆動は抑制された。これらの集団効果は、昇華性駆動物質の生成反応により生じる自己駆動が反応を促進する正のフィードバックと、反応が速いと逆に反応が抑制される負のフィードバックが共存していることを示唆している。