Spatiotemporally developed self-propelled objects

时空发展的自驱动物体

• 批准号: 20H02712
• 负责人: 中田 聡
• 金额: $ 11.32万
• 依托单位: Hiroshima University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H02712/
• 关键词: 非線形科学; 非平衡系; 自己駆動体; 自己組織化; パターン形成; 非線形; 自己駆動; 非平衡; リズム; パターン; 分岐; 振動; 膜・界面; 時空間発展; 振動現象

研究実績の概要を以下の１－３に示す。１．多様な運動様相を発現するための自己駆動体の構築：界面張力差を駆動力とした自己駆動体について、サリチル酸エチル（SE）20個とサリチル酸ブチル（SB)20個の液滴を界面活性剤水曜的に浮かべて実験した。その結果、自己駆動しながら、逐次的かつ選択的に異種の液滴が融合することを見い出した。その原因として、界面張力差、接触角、ラプラス圧を測定した結果、異種液滴間の界面ポテンシャル差であることを明らかにした。逆に同種液滴間では界面ポテンシャル差が生じないことから融合しないと考察した。その他、Briggs-Rauscher反応系を用いた液滴の運動モードスイッチングの条件を見い出した。２．表面張力差の反転を用いた走化性と脱出機能発現：クマリンとクマリン誘導体（4-methylcoumarin, 6-methylcoumarin）の円板を自己駆動体として水面に浮かべ、リン酸ナトリウム円板を化学刺激として水槽の中心底面に置いて実験した。その結果、リン酸ナトリウム密度に依存して、連続運動、正と負の化学走性の繰り返し、リン酸ナトリウム円板上での振動運動の運動モード分岐が観察された。またこの運動モード分岐が自己駆動体と塩基との加水分解反応速度（UVとNMRにより測定）、自己駆動体の水への溶解速度、及び表面張力の駆動体濃度依存性によって決定した。３．非平衡の維持による持続的な自己駆動体の構築：樟脳自己駆動体で非平衡開放系が維持される仕組みを理解するための実験を行った。まず球体水面を微小重力下で発現し、境界のない場での実験を行ったところ、1個の自己駆動体では等速回転運動、2個の場合は同調運動が生じることを見い出した。またマランゴニ流効果について水相の深さと樟脳自己駆動体の並進運動速度の関係を表面張力の時間変化と樟脳分子膜の展開の可視化に基づいて解明した。

研究结果总结如下表1-3所示。 1.构建表达各种运动模式的自动驾驶体：对于使用界面张力差作为驱动力的自动驾驶体，将20滴水杨酸乙酯（SE）和20滴水杨酸丁酯（SB）与表面活性剂I混合。周三将其浮动并进行了实验。结果，我们发现不同类型的液滴在自驱动的同时顺序且选择性地合并。测量界面张力差、接触角和拉普拉斯压力的结果表明，原因是不同类型液滴之间的界面电位差。相反，认为相同类型的液滴不会融合，因为它们之间没有界面电位差异。此外，我们还利用 Briggs-Rauscher 反应系统找到了液滴运动模式切换的条件。 2.利用表面张力差的逆转表达趋化性和逃逸功能：将香豆素和香豆素衍生物（4-甲基香豆素、6-甲基香豆素）的圆盘作为自驱动体漂浮在水面上，并使用磷酸钠圆盘作为化学刺激。我尝试将它放在水族箱中央的底部。结果，我们观察到磷酸钠盘上的连续运动、重复的正向和负向趋化性以及振荡运动的动力学模式分岔，具体取决于磷酸钠的密度。此外，这种动力学模式分岔是由自驱动器和碱基之间的水解反应速率（通过紫外和核磁共振测量）、自驱动器在水中的溶解速率以及表面张力对碱基的依赖性来确定的。驾驶员注意力集中。 3.通过维持非平衡构建可持续的自驱动系统：我们进行了实验来了解樟脑自驱动系统中维持非平衡开放系统的机制。首先，我们在微重力下创建了一个球形水面，并在无边界场中进行了实验，发现单个自驱动体产生匀速旋转运动，而两个自驱动体产生同步运动。此外，关于马兰戈尼流动效应，基于表面张力的时间变化和樟脑分子膜膨胀的可视化，阐明了水相深度与樟脑自驱动器的平移速度之间的关系。

项目成果

Recursively positive and negative chemotaxis coupling with reaction kinetics in self-organized inanimate motion

自组织无生命运动中递归正负趋化性与反应动力学的耦合

• DOI: 10.1016/j.jcis.2023.02.039
• 发表时间: 2023
• 期刊: Journal of Colloid and Interface Science
• 影响因子: 9.9
• 作者: Matsuo Muneyuki;Ejima Kaho;Nakata Satoshi
• 通讯作者: Nakata Satoshi

Catch and Release Chemotaxis

• DOI: 10.1002/syst.202100031
• 发表时间: 2021-11
• 期刊: ChemSystemsChem
• 作者: Yusuke Yasugahira;Yuki Tatsumi;Osamu Yamanaka;H. Nishimori;M. Nagayama;S. Nakata

Self-organized motion

自组织运动

• 发表时间: 2021
• 作者: Yamamoto Norihiko;Eguchi Akiko;Hirokawa Yoshifumi;Ogura Suguru;Sugimoto Kazushi;Iwasa Motoh;Watanabe Masatoshi;Takei Yoshiyuki;雨宮隆;雨宮隆;Takashi Amemiya;Takashi Amemiya;藤田郁真，柴田賢一，雨宮隆;大平泰央，柴田賢一，雨宮隆;西田雅貴，柴田賢一，雨宮隆;大沼萌香，柴田賢一，雨宮隆;森田優月，柴田賢一，雨宮隆;藤白直人，柴田賢一，雨宮隆;雨宮隆;雨宮隆;Satoshi Nakata;Satoshi Nakata
• 通讯作者: Satoshi Nakata

半導体ガスセンサの周期的パルス刺激に対する非線形応答

半导体气体传感器对周期性脉冲刺激的非线性响应

• 发表时间: 2020
• 作者: 髙原奈穂;中田 聡
• 通讯作者: 中田 聡

Self-propelled object that feels the amphiphilic molecular layer and changes that interaction

感知两亲分子层并改变相互作用的自驱动物体

• 发表时间: 2022
• 作者: Risa Fujita;Muneyuki Matsuo;Satoshi Nakata
• 通讯作者: Satoshi Nakata