分子集合体の形態形成とダイナミクスについてのメゾスコピック理論の構築

分子组装形态发生和动力学介观理论的构建

• 批准号: 07J06818
• 负责人: 小田切 健太
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 2008
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07J06818/
• 关键词: パターン形成; セルオートマトン; 反応拡散系; 自己触媒反応; 表面化学反応; 非線形ダイナミクス

本研究では原子・分子レベルでの自己組織化の制御を主眼において、分子集合体の形態形成とダイナミクスについてメゾスコピックなレベルでの理論構築を目的としてきた。その為の具体的な課題として、表面化学反応系と自己増殖反応系における形態形成とダイナミクスを採り上げ、これらをモデル化した数値実験を通して、理論の構築を進めてきた。本年度は特に、自己増殖反応系における形態形成の研究を中心に進めた。この研究では昨年度に引き続き、新たな役割を持つ因子を追加する事で構成的に構築した3つの自己増殖反応系モデルについて、反応拡散方程式(RD)とセルオートマトン法(CA)による結果の比較を行った。これらの手法の主な違いとして、構成要素の濃度の連続性(実数)または離散性(整数)、及び反応・拡散における決定論的または確率的ダイナミクス、の2点が挙げられる。自己増殖する因子と栄養因子による最も簡単なモデルでは、CAにおける離散的・確率的ダイナミクスがバクテリアのコロニー形成で見られる様な多様な形態形成に本質的な役割を果たすことを明らかにした。増殖を抑制する因子を追加したモデルでは、CAとRDによる反応ダイナミクスが定性的に異なることを示し、その結果としてCAでのみ様々な局在パターンが発生することを明らかにした。また、自己増殖における活性化過程と抑制過程を考慮したモデルでは、反応ネットワークの非線形性とCAのもつ確率的な反応・拡散ダイナミクスにより、CAでのみ連続的な反応波の発生が維持されることを明らかにした。一般に、RDはマクロな視点から現象をモデル化したアプローチであるのに対し、CAはミクロな視点から現象をモデル化したアプローチと位置付けられる。その意味で、RDとCAの比較研究は、マクロとミクロの中間であるメゾスコピックなスケールでの現象の理解と理論の構築を進めていく上で、今後非常に重要な研究となるものと考える。

This study で は atoms, molecules レ ベ ル で の yourself organized の suppression を eye に お い て, molecular assembly の morphogenetic と ダ イ ナ ミ ク ス に つ い て メ ゾ ス コ ピ ッ ク な レ ベ ル で の theory to construct を purpose と し て き た. そ の is の specific な subject と し て, surface chemical anti 応 と yourself against 応 rights colonization に お け る morphogenetic と ダ イ ナ ミ ク ス を mining り げ, こ れ ら を モ デ ル change し た the numerical be 験 を tong し て, theoretical の build を into め て き た. This year, the を special に and self-proliferating anti応 line における morphological formation <s:1> research を center に entered めた. こ の research で は yesterday annual に lead き 続 き, new た cut を hold つ な service factor を additional す る things up で に build し た 3 つ の yourself against 応 rights colonization モ デ ル に つ い て, anti 応 company, dispersion equations (RD) と セ ル オ ー ト マ ト ン method (CA) に よ る results の を line っ た. こ れ ら の gimmick の main な violations い と し て, concentration of components の の even 続 sex (be) ま た は discreteness (integer), and scattered に び anti 応 · company お け る deterministic ま た は of probabilistic ダ イ ナ ミ ク ス, 2 points の が 挙 げ ら れ る. Their rights colonization す る factor と tech students.their ownship raise factor に よ る most も Jane 単 な モ デ ル で は, CA に お け る discrete of · of probabilistic ダ イ ナ ミ ク ス が バ ク テ リ ア の コ ロ ニ ー form で see ら れ る others な others more な morphogenetic に nature な "を cut fruit た す こ と を Ming ら か に し た. Good colonization を inhibit す る factor を additional し た モ デ ル で は, CA と RD に よ る anti 応 ダ イ ナ ミ ク ス が qualitative に different な る こ と を し, そ の results と し て CA で の み others 々 な bureau in パ タ ー ン が 発 raw す る こ と を Ming ら か に し た. ま た, their rights colonization に お け る と inhibiting activation process を consider し た モ デ ル で は, anti 応 ネ ッ ト ワ ー ク の nonlinear sex と CA の も つ probabilistic な anti 応 · company are scattered ダ イ ナ ミ ク ス に よ り, CA で の み even 続 な anti 応 wave の 発 having が maintain さ れ る こ と を Ming ら か に し た. General に, RD は マ ク ロ な viewpoints か ら phenomenon を モ デ ル change し た ア プ ロ ー チ で あ る の に し seaborne, CA は ミ ク ロ な viewpoints か ら phenomenon を モ デ ル change し た ア プ ロ ー チ と position pay け ら れ る. そ の mean で, RD と CA の comparative study は, マ ク ロ と ミ ク ロ の middle で あ る メ ゾ ス コ ピ ッ ク な ス ケ ー ル で の phenomenon の の build を と theory into め て い く で, the study is very important な に と な る も の と exam え る.

项目成果

Coupled-cellular-automata studies of pattern formation:Clustering and alloying in surface reactions and dynamics of autocatalytic proliferation systems with minimal and hierarchical models

模式形成的耦合细胞自动机研究：表面反应中的聚类和合金化以及具有最小和分层模型的自催化增殖系统的动力学

• 发表时间: 2007
• 作者: Kenta Odagiri;Kazuo Takatsuka;小田切 健太,高塚 和夫;Kenta Odagiri and Kazuo Takatsuka;小田切 健太,高塚 和夫;小田切 健太,高塚 和夫;小田切 健太,高塚 和夫;Kenta Odagiri and Kazuo Takatsuka;小田切 健太,高塚 和夫;Kenta Odagiri and Kazuo Takatsuka
• 通讯作者: Kenta Odagiri and Kazuo Takatsuka

セルオートマトンと反応拡散方程式-シミュレーションのリアリティ-

元胞自动机和反应扩散方程 - 模拟的现实 -

• 发表时间: 2008
• 作者: 高塚和夫;小田切健太
• 通讯作者: 小田切健太

構成的アプローチによる自己増殖反応系のモデル化:粒子の離散性に起因するパターン形成とダイナミクス

使用本构方法对自蔓延反应系统进行建模：由于粒子离散性而导致的模式形成和动力学

• 发表时间: 2008
• 作者: Kenta Odagiri;Kazuo Takatsuka;小田切 健太,高塚 和夫;Kenta Odagiri and Kazuo Takatsuka;小田切 健太,高塚 和夫;小田切 健太,高塚 和夫
• 通讯作者: 小田切 健太,高塚 和夫

自己増殖反応系におけるパターン形成とダイナミクス:離散的・確率的ダイナミクスが引き起こす多様なパターン形成

自蔓延反应系统中的模式形成和动力学：离散和随机动力学引起的多样化模式形成

• 发表时间: 2008
• 作者: Kenta Odagiri;Kazuo Takatsuka;小田切 健太,高塚 和夫;Kenta Odagiri and Kazuo Takatsuka;小田切 健太,高塚 和夫
• 通讯作者: 小田切 健太,高塚 和夫

階層性をもつ自己触媒反応系でのパターン形成における粒子の離散性の影響

分级自催化反应体系中粒子离散性对图案形成的影响

• 发表时间: 2007
• 作者: Kenta Odagiri;Kazuo Takatsuka;小田切 健太,高塚 和夫;Kenta Odagiri and Kazuo Takatsuka;小田切 健太,高塚 和夫;小田切 健太,高塚 和夫;小田切 健太,高塚 和夫;Kenta Odagiri and Kazuo Takatsuka;小田切 健太,高塚 和夫
• 通讯作者: 小田切 健太,高塚 和夫