膜と粒子のソフトマター複合系における創発ダイナミクス

膜和颗粒软物质复杂系统中的涌现动力学

• 批准号: 20K05447
• 负责人: 濱田 勉
• 金额: $ 2.83万
• 依托单位: Japan Advanced Institute of Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 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-20K05447/
• 关键词: ソフトマター; リポソーム; 相分離; 非平衡ダイナミクス; 脂質膜

コロイド粒子が結合したベシクルのダイナミクスについて研究を進めた。ベシクル膜へのコロイド粒子の吸着度合いは、デバイ長（静電相互作用）により制御できることを示した。また、ベシクルの変形は、主に浸透圧の印加により誘導した。ベシクルは、出芽等の特徴的な変形ダイナミクスを示し、コロイド粒子の分布との相関データを取得した。ベシクル変形およびコロイド吸着の実験条件を変化させ、ダイナミクス観察に最適なシステムを構築できた。今後、温度コントローラーを使った変形実験との対比などを進め、成果をまとめる予定である。せん断流れ場における、ベシクルの非平衡ダイナミクスについて研究を進めた。飽和脂質（高相転移温度）、不飽和脂質（低相転移温度）、コレステロールから成る３成分ベシクルを使って、膜上に相分離構造を形成させた。膜成分であるコレステロール量に依存して、せん断流が誘起する相分離パターンが変化することを、相図を構築することによって示した。具体的には、ベシクル面上に発生する流れ渦中心への相分離ドメインの局在現象を見出し、局在の様子がスポット型からストライプ型に変化することを報告した。また、温度変化によるドメイン成長に注目して、せん断流の有無による影響を明らかにし、Cahn-Hilliard型の自由エネルギーを基にした数値シミュレーションによる再現に成功した。これらの結果をまとめた論文が、Soft Matter誌に掲載された。

我们对与胶体颗粒结合的囊泡的动力学进行了研究。我们表明，胶体颗粒对囊泡膜的吸附程度可以通过德拜长度（静电相互作用）来控制。此外，囊泡变形主要是由施加渗透压引起的。囊泡表现出出芽等特征变形动力学，我们获得了与胶体颗粒分布的相关数据。通过改变囊泡变形和胶体吸附的实验条件，我们能够构建观察动力学的最佳系统。将来，我们计划将其与使用温度控制器的变形实验进行比较并总结结果。我们对剪切流场中囊泡的非平衡动力学进行了研究。使用由饱和脂质（高相变温度）、不饱和脂质（低相变温度）和胆固醇组成的三元囊泡在膜上形成相分离结构。通过构建相图，我们发现剪切流引起的相分离模式根据作为膜成分的胆固醇的量而变化。具体来说，我们发现了相分离域向囊泡表面产生的流动涡流中心定位的现象，并报道了该定位从点型变为条纹型。我们还关注了温度变化引起的域生长，阐明了剪切流存在或不存在的影响，并使用基于 Cahn-Hilliard 型自由能的数值模拟成功地再现了这一点。总结这些结果的论文发表在《Soft Matter》杂志上。

项目成果

せん断流れ場が誘起する脂質ベシクルの相分離パターン

剪切流场诱导的脂质囊泡的相分离模式

• 发表时间: 2023
• 作者: 濱田勉;水野志野;北畑裕之
• 通讯作者: 北畑裕之

細胞サイズ膜小胞の動態解析

细胞大小膜囊泡的动态分析

• 发表时间: 2020
• 作者: Maekawa M.;Wada K.;Miyashita A.;Kawasuso A.;濱田勉
• 通讯作者: 濱田勉

Domain dynamics of phase-separated lipid membranes under shear flow

• DOI: 10.1039/d2sm00825d
• 发表时间: 2022-11-24
• 期刊: SOFT MATTER
• 影响因子: 3.4
• 作者: Hamada, Tsutomu;Mizuno, Shino;Kitahata, Hiroyuki
• 通讯作者: Kitahata, Hiroyuki