2018-06-05

２０１８年６月２６日　小谷野由紀氏

日時：２０１８年６月２６日（火）　１４：３０〜１６：００
場所：首都大学東京　８号館３０４号室
講師：小谷野由紀氏 (千葉大学)
題目：系の対称性に依存した自己駆動運動

要旨：自由エネルギーから運動エネルギーを生み出す構造を持ち、摩擦などによってエネルギーを散逸しながら自発的に動き回る系は、自己駆動系またはアクティブマターと呼ばれる。生物は自己駆動系の典型例であるが、複雑な運動メカニズムを持つので、生物のような運動を簡易な物理化学系で模倣した実験系も広く研究されている。水面に浮かべた樟脳粒はその一例であり、樟脳粒は水面に界面活性剤である樟脳分子を拡散し、表面張力勾配に駆動されて動くことが知られている。
樟脳分子の濃度場は領域の境界からも影響を受けるため、樟脳粒の運動は水面の形状に依存する。例えば1次元の水面に樟脳粒を浮かべると、水路長に応じて水路の中心に静止した状態や水路の中心位置まわりの往復運動が観察された。樟脳粒の運動に関する数理モデルを少数自由度の力学系に縮約することで静止状態と振動運動する状態の分岐構造を調べた。その結果、反転対称性のある1次元有限長さの水路において、対称性の高い状態である水路の中心に静止した状態が不安定化し、自発的な対称性の破れによって対称性の低い状態である往復運動が現れることが明らかとなった。以上で述べた自ら対称性の破って現れる樟脳粒の運動は、水路が2次元円形領域の場合、より非自明な問題となる。2次元軸対称な系では、樟脳粒が系の中心位置に静止する状態が存在するが、それが不安定化したときに表れる運動は振動運動や回転運動などの候補があり、どのような運動を示すのか自明でない。そこで1次元有限系と同様の解析方法によって安定な運動を分岐論の観点から調べた。

2018-01-27

集中講義@千葉大学　２０１８年２月２０日〜２２日　好村滋行

千葉大学　集中講義「非平衡系の統計物理学」
講師：好村滋行（首都大学東京）
題目：バイオ・ソフトマター系のマイクロレオロジー
日程：２０１８年２月２０日(火)〜２２日(木)　10:00〜
　　　（談話会は２２日16:00〜）
場所：理学部１号館２階１２１号室

概要：
マイクロレオロジーとは、コロイド粒子などの微粒子のブラウン運動や、
その外力に対する応答を測定することによって、極めて微小量の物質の
粘弾性的性質を調べる新しい実験手法である。この方法は物質としての
ソフトマターのレオロジーを調べるために広く用いられているだけでは
なく、近年では細胞一個の弾性率の周波数依存性を測定するなど、生体
系への適用も広がりつつある。一方、非平衡ソフトマター系やバイオ系
にも適用可能なマイクロレオロジーの基本原理を確立するためには、
本質的に非平衡系のゆらぎと構造の複雑な関連性を理解する必要がある。
集中講義では、熱平衡系のマイクロレオロジーの基礎理論から出発して、
実験における具体的な手法や様々な工夫について解説する。さらに、
熱平衡系の理論が細胞などの非平衡系でどのように破れるかを測定する
ことによって、生物の非平衡性を定量的に特徴づけるいくつかの試みに
ついて紹介する。最後に、現在のマイクロレオロジーの限界や、いくつ
かの新しいマイクロレオロジーの可能性についても言及する。

（１）連続媒質中のブラウン運動
・一般化されたランジュバン方程式（GLE）
・時間相関関数と応答関数
・揺動散逸定理
・連続体の運動方程式と構成方程式
・線形粘弾性の対応原理
・粘弾性による異常拡散

（２）熱平衡系のマイクロレオロジー
・パッシブ・マイクロレオロジー
・一般化されたストークス・アインシュタイン関係式（GSER）
・１点マイクロレオロジーと２点マイクロレオロジー
・アクティブ・マイクロレオロジー
・一般化されたストークス関係式（GSR）
・ゲルの二流体モデルとマイクロレオロジー

（３）非平衡系のマイクロレオロジー
・揺動散逸定理の破れ
・非平衡ゲルのマイクロレオロジー
・バクテリア・サスペンションのマイクロレオロジー
・正常細胞とがん細胞のマイクロレオロジー
・赤血球のマイクロレオロジー

（４）新しいマイクロレオロジー
・構造流体（不均一系）のマイクロレオロジー
・非線形アクティブ・マイクロレオロジー
・生体膜マイクロレオロジー
・スイマーマイクロレオロジー

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談話会

題目：スイマー・マイクロレオロジー

要旨：遊泳するマイクロマシン（スイマー）の研究は、バクテリアや
精子などの微生物の流体内運動との関連で注目を集めている。我々は、
ソフトマターのようなねばねばとした粘弾性体中を遊泳するマイクロ
マシンの動作機構について理論的に考察した。具体的には、アクティブ・
マイクロレオロジーで使われている基本式を三つ玉スイマーに適用する
ことで、スイマーの遊泳速度とソフトマターの複素粘性率を結びつける
関係式を導出した。この関係式によると、スイマーが粘弾性体中を遊泳
する場合、必ずしも「ホタテ貝の定理」が成り立たないことが示された。
すなわち、三つ玉スイマーがソフトマター中を遊泳するには二通りの
可能性があり、一方は形状変形の時間反転対称性を破ることであり、
他方はスイマーの構造対称性を破ることである。前者の機構はソフトマター
の複素粘性率の実部（粘性率）を、後者の機構はその虚部（弾性率）
をそれぞれ反映するため、両方の機構を独立に測定することにより、
媒質としてのソフトマターの粘弾性的性質が明らかになる。

2017-12-25

大学院集中講義@九州大学　２０１８年１月２３日〜２５日　好村滋行

九州大学　理学府物理学専攻　大学院集中講義
講師：好村滋行（首都大学東京）
題目：バイオ・ソフトマター系のマイクロレオロジー
日程：
２０１８年１月２３日（火） 13：00〜14：30　14：50〜16：20
　　　　　１月２４日（水） 10：30〜12：00　13：00〜14：30　14：50〜16：20
　　　　　１月２５日（木） 10：30〜12：00　13：00〜14：30　14：50〜15：50
場所：物理学科会議室（A-711室）

講義概要：マイクロレオロジーとは、コロイド粒子などの微粒子のブラウン運動や、その外力に対する応答を測定することによって、極めて微小量の物質の粘弾性的性質を調べる新しい実験手法である。この方法は物質としてのソフトマターのレオロジーを調べるために広く用いられているだけではなく、近年では細胞一個の弾性率の周波数依存性を測定するなど、生体系への適用も広がりつつある。一方、非平衡ソフトマター系やバイオ系にも適用可能なマイクロレオロジーの基本原理を確立するためには、本質的に非平衡系のゆらぎと構造の複雑な関連性を理解する必要がある。集中講義では、熱平衡系のマイクロレオロジーの基礎理論から出発して、実験における具体的な手法や様々な工夫について解説する。さらに、熱平衡系の理論が細胞などの非平衡系でどのように破れるかを測定することによって、生物の非平衡性を定量的に特徴づけるいくつかの試みについて紹介する。最後に、現在のマイクロレオロジーの限界や、いくつかの新しいマイクロレオロジーの可能性についても言及する。

2017-12-24

２０１８年１月１6日　Ruben Zakine氏

日時：２０１８年１月１６日（火）　１６：００〜１８：００
場所：首都大学東京　８号館３００号室
講師：Mr. Ruben Zakine (Universite Paris Diderot, France)
題目：Field-embedded particles driven by active flips

要旨：Systems of independent active particles embedded into a fluctuating environment are relevant to many areas of soft-matter science. We use a minimal model of noninteracting spin-carrying Brownian particles in a Gaussian field and show that activity-driven spin dynamics leads to patterned order. We find that the competition between mediated interactions and active noise alone can yield such diverse behaviors as phase transitions and microphase separation, from lamellar up to hexagonal ordering of clusters. These rest on complex multibody interactions. Our approach combines Monte-Carlo simulations with analytical methods based on dynamical density functional approaches.

2017-11-06

２０１７年１１月２４日　Dr. Azam Gholami & Dr. Isabella Guido

日時：２０１７年１１月２４日（金）　１４：４０〜１６：１０
場所：首都大学東京　１１号館３０２号室

講師：Dr. Azam Gholami (MPI for Dynamics and Self-Organization, Germany)
題目：Control of pattern formation in Dictyostelium discoideum
要旨：A classic example of self-generated patterns in nature is found in the social amobae Dictyostelium discoideum. When starved, millions of individual cells signal each other with the signaling molecule cyclic adenosine monophosphate (cAMP). cAMP waves in the form of spiral or target patterns propagate in cell populations and direct aggregation of individual cells to form centimeter-scale Voronoi domains and eventually multicellular fruiting bodies. In this study, we control the shape of Voronoi domains by introducing periodic geometrical obstacles with different size and periodicity in the system. We observe that the obstacles act as aggregation centers and the periodic arrangement of the obstacles is reflected directly in the corresponding Voronoi domains.