Investigation of Driving and Lubrication of Nanomachine by the Appliction of Mechanism in Bacterial Flagellar Motor

应用细菌鞭毛电机机理研究纳米机器的驱动和润滑

• 批准号: 13650147
• 负责人: NAKANO Takashi
• 金额: $ 2.11万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13650147/
• 关键词: Flagellar Motor; Diffusive Double Layer; Lubrication; Nanomachine; PL ring; Tribology; Thermodynamics; Molecular force; べん毛モータ; 軸受; マイクロマシン; 自由エネルギー

In this research, we investigated the driving and lubrication mechanism of bacterial flagellar motor in order to develop new guiding principle of nanomachine construction.In nanoscale, different kind of physical effects has essential role on driving and lubrication mechanism of machines. Until now we do not know the guiding principle to construct nanomachine. Bacterial having flagellar motor sometimes called living nanomachine as it has motor, journal bearing universal joint and screw. Our main idea is knowing the mechanism of bacterial flagellar motor and utilizing these mechanism to the driving and lubrication system of nanomachines.In a recent study, we estimated parameters in the tribology of the PL ring. By using theory of the classical hydrodynamic lubrication, we calculated load capacitance. Resulting load capacitance is order of 0.1pN( ×10^<-12>N ) and this values is not adequate to compensate driving force (0.5pN). Furthermore, intermolecular force between rod and journal becomes order of 10^2pN that is far bigger than load generated by driving force.Thus, we concluded that new lubrication mechanism must be introduced to explain the behavior of PL ring. We proposed use of diffusive double layer as possible candidate of lubrication mechanism. We estimated the load capacitance generated by this effect and showed the adequate amount of repulsive force can be obtained by this mechanism.We formulated new lubrication mechanism using the effects of diffusive double layer that is known as the origin of stability in hydrophobic colloidal solution. It is shown that this mechanism gives enough load capacitance to compensate the various forces between journal and rod.

在这项研究中，我们研究了细菌鞭毛马达的驱动和润滑机制，以开发纳米机器构造的新指导原则。在纳米尺度上，不同类型的物理效应对机器的驱动和润滑机制具有重要作用。了解构建具有鞭毛电机的细菌，有时称为活纳米机器，因为它具有电机、轴颈轴承万向节和螺杆。我们的主要想法是了解细菌鞭毛电机的机制，并利用这些机制来驱动和驱动。在最近的一项研究中，我们利用经典流体动力润滑理论估算了 PL 环的摩擦学参数，计算出负载电容为 0.1pN(×10^<-12) 量级。 >N ) 并且该值不足以补偿驱动力 (0.5pN) 此外，杆和轴颈之间的分子间力变为量级。 10^2pN，远大于驱动力产生的载荷。因此，我们得出结论，必须引入新的润滑机制来解释 PL 环的行为。我们建议使用扩散双层作为润滑机制的可能候选者。我们研究了这种效应产生的负载电容，并表明可以通过这种机制获得足够的排斥力。我们利用被称为疏水稳定性起源的扩散双层效应，制定了新的润滑机制结果表明，该机制提供了足够的负载电容来补偿轴颈和杆之间的各种力。

项目成果

中野 隆, 桃園 聡, 相沢慎一: "バクテリアべん毛モータ軸受の拡散二重層モデルに関する考察-負荷容量の計算-"トライボロジー会議予稿集. 2002-5. 193-194 (2002)

Takashi Nakano、Satoshi Momozono、Shinichi Aizawa：“细菌鞭毛电机轴承扩散双层模型的考虑 - 负载能力的计算 -”摩擦学会议论文集 2002-5（2002）。

Takashi NAKANO, Satoshi MOMOZONO, Shin-ichi AIZAWA: "Research on Applicability of Lubrication Mechanism in Bacterial Flagellar Motor to Nanomachine"Proceedings of JAST Tribology Conference Tokyo. (2001)

Takashi NAKANO、Satoshi MOMOZONO、Shin-ichi AIZAWA：“细菌鞭毛马达润滑机制对纳米机器的适用性研究”东京 JAST 摩擦学会议论文集。

中野 隆: "トライボロジに現れる微分方程式の特異性について"トライボロジー会議予稿集 東京 2001-5. 115-116 (2001)

Takashi Nakano：“关于摩擦学中出现的微分方程的奇异性”摩擦学会议论文集东京 2001-5（2001）。

中野 隆, 桃園 聡, 相沢慎一: "バクテリアべん毛モータ潤滑機構のマイクロマシンへの応用可能性"トライボロジー会議予稿集. 2001-11. 51-52 (2001)

Takashi Nakano、Satoshi Momozono、Shinichi Aizawa：“细菌鞭毛运动润滑机制在微型机器中的应用的可能性”摩擦学会议论文集 2001-11（2001）。

T.Nakano, S.Momozono, S.Aizawa: "Diffusive Double Layer Model of PL Ring in Bacterial Flagellar Motor and Application to Nano-machines"Proceedings of The Second Asia International Conference on Tribology. 2002・10. 53-54 (2002)

T.Nakano、S.Momozono、S.Aizawa：“细菌鞭毛运动中 PL 环的扩散双层模型及其在纳米机器中的应用”第二届亚洲国际摩擦学会议论文集 2002・10。 ）