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

基本信息

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

项目摘要

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，有人提出，生物材料产生的局部波动在细胞（软物质）内的生物现象中发挥着重要作用。为了了解此类软物质的特征物理性质，我们构造了一种由聚合物溶液等软物质和可控外场响应粒子（以下简称活性粒子）组成的非平衡软物质，并达到了这项研究旨在阐明粒子运动与其引起的非平衡结构之间的关系。为了构建局部驱动的非平衡软物质，今年我们致力于创建作为局部力源的活性粒子，并阐明活性粒子在粘性或粘弹性溶液中的运动。由于活性粒子运动引起的非平衡结构预计会有所不同，因此我们创建了其旋转可以通过圆偏振光控制的液晶滴和其平移运动可以通过电场控制的Janus粒子。此外，根据所取得的研究成果，我们通过在学术会议上发表演讲和提交论文等方式积极传播信息。在液晶液滴的研究中，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量效率。此外，通过将全息光镊和液晶液滴相结合，他们成功地控制了微尺度的流场。为了研究液晶液滴在软物质中的行为，第一步是研究它们在粘性溶液（甘油水溶液）中的运动，发现滑移发生在颗粒表面。还观察到，由于颗粒表面的滑动，与水下相比，颗粒之间的流体相互作用减少。感谢京都产业大学的 Iwashita 先生教我们如何制造 Janus 粒子，我们现在能够在实验室中制造粒子。对于软物质中的运动，我们研究了粘弹性溶液中Janus粒子的运动，发现粘弹性溶液的恢复力对粒子施加扭矩，从而引起旋转运动。