Elucidation of macroscopic physical properties of non-equilibrium soft matter driven by local force

阐明局部力驱动的非平衡软物质的宏观物理性质

• 批准号: 22KJ2420
• 负责人: 齊藤 圭太
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ2420/
• 关键词: ソフトマター; 液晶液滴; ホログラフィック光ピンセット; ヤヌス粒子; 複雑流体; ソフトマター; 液晶液滴; ホログラフィック光ピンセット; ヤヌス粒子; 複雑流体

近年、ソフトマターである細胞内部では、生体物質が生み出す局所揺らぎが生命現象に重要な役割を担うことが示唆された。このようなソフトマターの特徴的な物性を理解するため、高分子溶液などのソフトマターと制御可能な外場応答性粒子（以下、アクティブ粒子）で構成される非平衡ソフトマターを構築し、アクティブ粒子の運動とこれにより誘起される非平衡構造との関係を解明することを本研究の目的とし研究を推進する。局所駆動された非平衡ソフトマター構築のため、本年度は、局所力源であるアクティブ粒子の作成と、粘性溶液または、粘弾性溶液中でのアクティブ粒子の運動解明に取り組んだ。アクティブ粒子の運動によって誘起される非平衡構造が異なると予想されるため、円偏光により粒子回転が制御できる液晶液滴と電場により並進運動の制御が可能なヤヌス粒子を作成した。また、得られた研究結果を元に、学会発表や論文投稿を行い、積極的に情報発信を行った。液晶液滴の研究では、液滴の内部構造と回転メカニズムについて調べ、そのエネルギー効率について定量的に評価した。さらに、ホログラフィック光ピンセットと液晶液滴を組み合わせることで、マイクロスケールでの流動場の制御に成功した。ソフトマター中での液晶液滴の振る舞いを調べるために、最初のステップとして粘性溶液中（グリセリン水溶液）での運動について調べたところ、粒子表面でスリップが起きていることがわかった。粒子表面でのスリップのため、水中と比べると、粒子間の流体相互作用が低減される様子も観察できた。ヤヌス粒子の作成については、京都産業大学の岩下氏から教えて頂くことで、我々の実験室でも粒子作成ができるようになった。ソフトマター中における運動として、粘弾性溶液中でのヤヌス粒子の運動について調べたところ、粘弾性体溶液からの復元力により粒子にトルクが働き、回転運動が誘起されることが明らかになった。

近年来，已经提出，生物物质产生的局部波动在细胞内的生命现象中起重要作用，这是软物质。为了了解这种软物质的特征性物理特性，我们将以这项研究的目的促进研究，以构建由软物质组成的非平衡软物质，例如聚合物溶液和可控的外部田间响应粒子（以下称为活动粒子），并阐明活性粒子和非平衡结构的运动之间的关系。为了构建本地驱动的，非平衡的软物质，今年我们致力于创建活性颗粒，局部力量，并阐明粘弹性或粘弹性溶液中主动颗粒的运动。由于预计由活性颗粒的运动引起的非平衡结构有所不同，因此我们创建了一个液晶液滴，该液晶液滴允许粒子旋转由圆形极化光控制，以及一个允许通过电场控制翻译运动的Janus粒子。根据获得的研究结果，我们还在会议和提交的论文中进行了演讲，并积极传播信息。在研究液晶液滴的研究中，我们研究了液滴的内部结构和旋转机制，并定量评估了它们的能效。此外，通过将全息光学镊子与液晶液滴相结合，我们成功地控制了微观上的流场。为了研究液晶液滴在软物质中的行为，我们研究了粘性溶液（水甘油溶液）的运动作为第一步，发现滑动发生在颗粒表面上。由于颗粒表面上的滑动，还可以观察到与水中的流体相互作用减少了。在京都桑戈大学（Kyoto Sangyo University）的伊瓦西塔（Iwashita）先生关于贾努斯（Janus）粒子的创建的教义中，我们现在能够在我们的实验室中创建粒子。作为软物质的运动，研究了粘弹性溶液中Janus颗粒的运动，并发现粘弹性体溶液的恢复力作用于颗粒上，从而导致旋转运动。