ソフトマター中のマイクロマシンの遊泳と拡散

これまでモータータンパク質・代謝酵素・大腸菌に代表されるマイクロマシンに関して、普遍的な性質を抽出するための研究が盛んに行われてきた。その中で、自己推進のメカニズムと状態遷移の普遍的な性質を解明することを目的として研究を行った。(1)粘弾性体中の相反マイクロスイマー近年、マイクロマシンの粘性流体中の遊泳理論が盛んに調べられている。その中でマイクロマシンの遊泳では帆立貝の定理が成り立つことが知られている。帆立貝定理によると、粘性流体中の微小物体は相反変形では遊泳できない。一方、マイクロマシンの遊泳環境は粘性流体に限らず、粘弾性媒質となる場合がある。そこで、相反変形するマイクロスイマーモデルを３つ提案し、粘弾性流体中の遊泳速度を計算した。また、周りの粘弾性流体は複素粘性率によって記述できるとした。これらのモデルを詳細に解析することで、スイマーの遊泳速度を導出した。その結果、全てのモデルにおいて遊泳速度が複素粘性率の虚部に比例することがわかり、相反スイマーは媒質の弾性成分を利用して遊泳していることがわかった。(2)マイクロマシンの状態サイクルの解析Over dampedな系でのマイクロマシンの機能は帆立貝の定理との対応関係から、状態空間中のサイクルが重要な役割をはたすと考えられる。そこで、化学反応によって駆動されるマイクロマシンの状態遷移を説明するためのモデルを提案し、状態サイクルと化学反応のパラメーターの関係性を調べた。化学反応の進行度を表す反応座標およびマイクロマシンの状態を記述する状態変数を導入した。全自由エネルギーは、化学反応を表現する傾いた周期ポテンシャルと反応座標と状態変数のカップリングエネルギーの和で与えられる。状態サイクロンの化学反応パラメーターに対する依存性を議論した結果、状態サイクロンは活性化エネルギーの二乗に反比例することがわかった。

これまでモータータンパク質・代謝酵素・大腸菌に代表されるマイクロマシンに関して、普遍的な性質を抽出するための研究が盛んに行われてきた。その中で、自己推進のメカニズムと状態遷移の普遍的な性質を解明することを目的として研究を行った。(1)粘弾性体中の相反マイクロスイマー近年、マイクロマシンの粘性流体中の遊泳理論が盛んに調べられている。その中でマイクロマシンの遊泳では帆立貝の定理が成り立つことが知られている。帆立貝定理によると、粘性流体中の微小物体は相反変形では遊泳できない。一方、マイクロマシンの遊泳環境は粘性流体に限らず、粘弾性媒質となる場合がある。そこで、相反変形するマイクロスイマーモデルを３つ提案し、粘弾性流体中の遊泳速度を計算した。また、周りの粘弾性流体は複素粘性率によって記述できるとした。これらのモデルを詳細に解析することで、スイマーの遊泳速度を導出した。その結果、全てのモデルにおいて遊泳速度が複素粘性率の虚部に比例することがわかり、相反スイマーは媒質の弾性成分を利用して遊泳していることがわかった。(2)マイクロマシンの状態サイクルの解析Over dampedな系でのマイクロマシンの機能は帆立貝の定理との対応関係から、状態空間中のサイクルが重要な役割をはたすと考えられる。そこで、化学反応によって駆動されるマイクロマシンの状態遷移を説明するためのモデルを提案し、状態サイクルと化学反応のパラメーターの関係性を調べた。化学反応の進行度を表す反応座標およびマイクロマシンの状態を記述する状態変数を導入した。全自由エネルギーは、化学反応を表現する傾いた周期ポテンシャルと反応座標と状態変数のカップリングエネルギーの和で与えられる。状態サイクロンの化学反応パラメーターに対する依存性を議論した結果、状態サイクロンは活性化エネルギーの二乗に反比例することがわかった。