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外部環境に応じて物質輸送と物質破壊を切り替える自律型分子マシン集団の設計と構築

设计和构建自主分子机器群，根据外部环境在材料运输和材料破坏之间切换

基本信息

批准号：
15J11385
负责人：
早川雅之
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2015
资助国家：
日本
起止时间：
2015-04-24 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は，昨年度に開発した遠心デバイスを利用した複雑形状マイクロゲル粒子作製法を発展させ，白金の過酸化水素水に対する触媒反応を利用して自律運動する複雑形状マイクロゲル粒子の構築とその解析に取り組んだ．この方法で作製された白金を含む複雑形状マイクロゲル粒子は，過酸化水素水溶液中で酸素の気泡を発生させながら推進する様子が観察された．さらに本研究では，複雑形状マイクロゲル粒子の運動に関する数理モデルを構築し，それに基づいてシミュレーションした結果と実験結果との比較を行った．ここで構築した数理モデルは駆動力の揺らぎに着目したモデルである．このシミュレーションの結果，特に白金部位を二つ有するプロペラ型マイクロゲル粒子に非対称な駆動力の揺らぎを加えた場合，非自明な自律的円運動を示すことがわかった．この非自明な円運動は，前述の実験でも同様に観察された．この成果は，査読ありの学術雑誌に掲載された．H28年度では，前述のような自律運動システムを集団系に拡張するための基礎科学的な研究として，自律運動するマイクロ粒子集団が示す集団運動の解析とその数理モデルの構築にも取り組んだ．本研究では，マイクロパターン電極上にマイクロ粒子分散液を満たした後，電極間に直流電圧を印加し，粒子の運動を観察した．粒子密度が低い領域では，粒子それぞれが自律的に運動する様子が確認されたものの，その運動に方向性はみられなかった．一方，粒子密度が高い領域では，マイクロ粒子が集団を形成することで方向性のある集団運動が生じることがわかった．現在，この集団運動の数理モデルの構築に取り組んでいる．本成果は，集団自律運動の基礎科学的な知見として，集団として機能する群マイクロマシンの構築だけでなく，物質を自律的に輸送するシステムの構築，非線形・非平衡科学関連する現象の解明など，多くの分野で役立つと期待できる．

は this year, yesterday's annual に open 発した telecentric デバイスを using した complex shape 雑マイクロゲル particle method for を発 exhibition させ, water, water acidification passes platinum のにす seaborne る catalyst against 応を using して exercise self-discipline する complex shape 雑マイクロゲル particle の build とその parsing に group take りんだ. この way で cropping されを contain むた platinum complex shape 雑マイクロゲルは particles, acidification passes ので acid in aqueous solution, water element 気 bubble を発 raw させながら propulsion する others child が観 examine された. さらに this study では, complex shape 雑マイクロゲル particles moving のに masato する mathematical モデルを build しそれに base づいてシミュレーションしとた results be 験 results との is line をった. Youdaoplaceholder0 で construct た mathematics and physics モデた駆駆駆 dynamic <s:1> らぎに focus on らぎにたモデであるであるである. このシミュレーションの results, especially に platinum parts を two つ have するプロペラ type マイクロゲル particle に non said seaborne な駆 power の揺らぎを plus えた occasions, not self-evident なを has drifted back towards ¥ movement of self-discipline and shown すことがわかった. <s:1> non-self-evident な yen motion な, the aforementioned で empirical で is similar to に観 observation された. The <s:1> results can be found in the 読あ雑 academic 雑 journal に and published in された. H28 annual では, のような exercise self-discipline システムを set 団 department に company, zhang するためのな of basic science research として, self-discipline movement するマイクロ particle sets 団が団す set in motion の parsing とその mathematical モデルの build にも group take りんだ. This study では, マイクロパターン electrode にマイクロ particle dispersion を against たした, electrodes に dc 圧を Inca し, particle の movement を観 examine した. Low particle density がい field では, particle それぞれが self-discipline に movement する others child が confirm されたものの, その movement に directional はみられなかった. High side, the particle density がい field では, マイクロ particle が set 団を form することで directional のある set 団 sports がじることがわかった. Now, the motion of the <s:1> group motion <s:1> mathematics モデモデ <s:1> construct に taking the group んでるる. This achievement は, sets 団 exercise self-discipline のな knowledge of basic science として, set 団として function する group マイクロマシンの build だけでなく, material を self-discipline に conveying するシステムの constructs, nonlinear, non equilibrium science masato even する phenomenon の interpret など, more くの eset で servants made つと expect できる.