Elucidation of macroscopic physical properties of non-equilibrium soft matter driven by local force

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近年、ソフトマターである細胞内部では、生体物質が生み出す局所揺らぎが生命現象に重要な役割を担うことが示唆された。このようなソフトマターの特徴的な物性を理解するため、高分子溶液などのソフトマターと制御可能な外場応答性粒子（以下、アクティブ粒子）で構成される非平衡ソフトマターを構築し、アクティブ粒子の運動とこれにより誘起される非平衡構造との関係を解明することを本研究の目的とし研究を推進する。局所駆動された非平衡ソフトマター構築のため、本年度は、局所力源であるアクティブ粒子の作成と、粘性溶液または、粘弾性溶液中でのアクティブ粒子の運動解明に取り組んだ。アクティブ粒子の運動によって誘起される非平衡構造が異なると予想されるため、円偏光により粒子回転が制御できる液晶液滴と電場により並進運動の制御が可能なヤヌス粒子を作成した。また、得られた研究結果を元に、学会発表や論文投稿を行い、積極的に情報発信を行った。液晶液滴の研究では、液滴の内部構造と回転メカニズムについて調べ、そのエネルギー効率について定量的に評価した。さらに、ホログラフィック光ピンセットと液晶液滴を組み合わせることで、マイクロスケールでの流動場の制御に成功した。ソフトマター中での液晶液滴の振る舞いを調べるために、最初のステップとして粘性溶液中（グリセリン水溶液）での運動について調べたところ、粒子表面でスリップが起きていることがわかった。粒子表面でのスリップのため、水中と比べると、粒子間の流体相互作用が低減される様子も観察できた。ヤヌス粒子の作成については、京都産業大学の岩下氏から教えて頂くことで、我々の実験室でも粒子作成ができるようになった。ソフトマター中における運動として、粘弾性溶液中でのヤヌス粒子の運動について調べたところ、粘弾性体溶液からの復元力により粒子にトルクが働き、回転運動が誘起されることが明らかになった。