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Research Results 研究成果

游泳微生物における新たなキラル集団运动现象を発见

2021.09.27
研究成果Physics & Chemistry

 水中を泳ぐ微生物や鱼のように、自律的に动き、群れや涡といった秩序だった集団运动を示す物质群をアクティブマターといいます。このような集団运动を理解し、复雑な动きや流れを操ることは物质输送の制御という観点からも重要な课题であります。アクティブマターの性质として、运动方向にわずかな偏りがあり、左向きになる频度と右向きになる频度が等しくならない「运动のキラリティー」があることが知られていました。しかし、この性质が巨大な集団运动の形成にどのような影响を与えるのかは十分に理解されていませんでした。
 九州大学大学院理学研究院 前多裕介 准教授、別府航早 同博士課程学生、Ziane Izri 同学術研究員(研究当時)、東京理科大学理学部第一部 応用物理学科 住野豊 准教授らの研究グループは、九州大学大学院工学研究院 山西陽子 教授、佐藤匡 同博士課程学生(研究当時)らと共に、遊泳微生物のバクテリアにおいて運動のキラリティーが誘起する新たな集団運動現象を発見しました。
 研究チームは独自のマイクロ流体デバイスを用いて、游泳微生物のバクテリアを高密度に保ちながら円筒型マイクロウェル内に封入する技术を开発しました。すると集団运动は一方向(上から见て反时计回り)に定まったキラルな涡运动となることを発见しました。これはマイクロウェルの壁近傍で安定した流れ(エッジカレント)が出现することに起因し、复数のキラル涡が入り乱れる状况においても、エッジカレントが涡同士の回転方向を揃えることを明らかにしました。これらの结果は、群れとなり巨大な流れを安定化するために运动のキラリティーが重要であることを示しています。本研究で明らかにした新たなキラル集団运动の理解をもとに、水中を泳ぐマイクロロボットによる复雑な流れの制御や、运动のキラリティーで物质输送を制御するデバイス设计への応用が期待できます。
 本研究成果は、2021年9月24日(米国東部時間)に米国科学雑誌「Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America」で公開されました。

参考図

遊泳バクテリア集団が示すキラル集団運動現象。 バクテリアは壁に沿ってエッジカレントと呼ばれる安定な集団運動を形成する。

研究者からひとこと
上面の材料を変えるという非常にシンプルな発想から、涡の対称性が破れるということを世界で初めて発见しました。本研究が今后のキラリティーによる集団运动制御に関する研究の先駆けとなることを期待しています。また、大学院に入学してから目标にしていた论文誌に掲载できて、とても达成感を感じています。

谢辞

本研究は、日本学術振興会科学研究費補助金JP16H00805, JP18H05427, JP20H01872, JP21K18605(研究代表者:前多裕介)およびJP16H06478, JP19H05403, JP21H00409(研究代表者:住野豊)の支援を受けて行われました。

论文情报

タイトル:

(バクテリアのキラル涡におけるエッジカレントと涡ペア秩序転移)
着者名:
Kazusa Beppu, Ziane Izri, Tasuku Sato, Yoko Yamanishi, Yutaka Sumino, Yusuke T. Maeda 
掲载誌:
Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 
顿翱滨:
10.1073/辫苍补蝉.2107461118 

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