Development of evaluation method for bacterial motility based on the flow dynamics and the large deviation mechanics

基于流动动力学和大偏差力学的细菌运动性评价方法的建立

• 批准号: 23760161
• 负责人: HANASAKI Itsuo
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Osaka University (2012-2013)Kobe University (2011)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2013
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-23760161/
• 关键词: 応用力学; ナノ・マイクロ流体; 統計力学; 力学系; 揺らぎ; ブラウン運動; 大偏差原理; 時系列データ解析; 機械工学; 流体工学; マイクロナノ流動現象; 熱揺らぎ; 統計物理; 微生物; 大腸菌; 大偏差; 応用数理; 流体力学

Brownian motion is a fundamental phenomenon of nano/micro scale fluid dynamics. On the other hand, bacterial motility is known to show some stochasticity while essentially different from Brownian motion. Recently, there have been drastic developments in the techniques of single particle tracking (SPT) or single molecule tracking (SMT) due to the importance in the medical and biological applications as well as material processing. However, the analysis of the obtained trajectory data has not been addressed intensively compared to the measurement technology. In this study, we have developed the evaluation methodology based on the large deviation principle. In particular, we have shown that it is possible to elucidate the diffusion anisotropy of a prolate particle without the information of particle orientation. Furthermore, we have shown that the finite-sample effect can be useful in the characterization of bacterial motility.

布朗运动是纳米/微米尺度流体动力学的基本现象。另一方面，细菌的运动在本质上不同于布朗运动，但表现出一定的随机性。近年来，由于单粒子跟踪(SPT)或单分子跟踪(SMT)技术在医学、生物和材料加工等领域的重要应用，单粒子跟踪(SPT)或单分子跟踪(SMT)技术得到了迅猛发展。然而，与测量技术相比，对获得的弹道数据的分析还没有得到深入的解决。在本研究中，我们发展了基于大偏差原则的评价方法。特别是，我们已经证明了在没有粒子取向信息的情况下，可以解释长椭圆形粒子的扩散各向异性。此外，我们还表明，有限样本效应可用于表征细菌的运动性。

项目成果

水溶液中の高分子の熱揺らぎに関する大偏差数値解析

聚合物在水溶液中热波动的大偏差数值分析

• 发表时间: 2013
• 作者: M. Motozawa;J. Chang;T. Sekine;T. Sawada and Y. Kawaguchi;Itsuo Hanasaki and Yoshitada Isono;加藤学,高橋勉;杉山智哉,後藤俊幸,渡邊威;Y. Takeda (Editor) et al;花崎逸雄,川野聡恭
• 通讯作者: 花崎逸雄,川野聡恭

Detection of diffusion anisotropy due to particle asymmetry from single-particle tracking of Brownian motion by the large-deviation principle

• DOI: 10.1103/physreve.85.051134
• 发表时间: 2012-05-25
• 期刊: PHYSICAL REVIEW E
• 影响因子: 2.4
• 作者: Hanasaki, Itsuo;Isono, Yoshitada
• 通讯作者: Isono, Yoshitada

大偏差原理に基づく微生物の自発的運動の検出

基于大偏差原理的微生物自发运动检测

• 发表时间: 2013
• 作者: Manabu KATO;Yukinobu SUGIHARA;Tsutomu TAKAHASHI;花崎逸雄,川野聡恭
• 通讯作者: 花崎逸雄,川野聡恭

大偏差統計理論に基づく楕円体粒子のブラウン運動異方性の評価

基于大偏差统计理论评价椭球粒子布朗运动各向异性

• 发表时间: 2012
• 作者: Manabu KATO;Yukinobu SUGIHARA;Tsutomu TAKAHASHI;花崎逸雄,川野聡恭;杉山智哉,後藤俊幸,渡邊威;Manabu KATO;花崎逸雄，川野聡恭;Manabu KATO;渡邊威,後藤俊幸;花崎逸雄，川野聡恭;杉本大輝,渡邊威,後藤俊幸;花崎逸雄,磯野吉正
• 通讯作者: 花崎逸雄,磯野吉正

Evaluation of bacterial motility from non-Gaussianity of finite-sample trajectories using the large deviation principle

• DOI: 10.1088/0953-8984/25/46/465103
• 发表时间: 2013-11-20
• 期刊: JOURNAL OF PHYSICS-CONDENSED MATTER
• 影响因子: 2.7
• 作者: Hanasaki, Itsuo;Kawano, Satoyuki
• 通讯作者: Kawano, Satoyuki