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A03公募(2016-17) 義永 那津人

論文等 | 原著論文

2018

Kyongwan Kim, Natsuhiko Yoshinaga, Sanjib Bhattacharyya, Hikaru Nakazawa, Mitsuo Umetsu, and *Winfried Teizer,
Large-scale chirality in an active layer of microtubules and kinesin motor proteins,
Soft Matter, in press.

概要: 生物個体の発生において左右の決定は体の軸を決める重要な過程である。卵細胞におけるいかなるキラリティーも大きなスケールでのキラリティーを決める要素となり、例えば、細胞骨格の要素である微小管はキラリティーを持ったものである。しかし、分子レベルのキラリティーがどのようにして細胞レベルのキラリティーへと階層的に結びつくのかは未解明である。我々は、キネシン分子モーターと微小管の擬二次元層において、ミリメートルスケールの大域的なネマティック秩序が生じ、これが反時計回りに回転することを見出した。理論モデルを用いた解析から、このネマティック秩序は、メチルセルロースによる局所的な配向の効果から生じ、回転は微小管の自発曲率から起きることが分かった。

*Hiroyuki Kitahata and Natsuhiko Yoshinaga,
Effective diffusion coefficient including the Marangoni effect,
Journal of Chemical Physics 148, 134906 (2018).

概要: 水面の粒子から表面張力を変化させる化学物質が溶け出すと、水面に化学物質の濃度勾配ができてそれがマランゴニ対流を作り出す。また、移流によって対流が化学物質を輸送することによって、化学物質の拡散は速くなる。このマランゴニ対流の効果を解析的に取り入れ、実効的な拡散係数を計算した。見積もった拡散係数と数値計算、および実験の結果とを比較しよい一致を得ている。 【北畑裕之(理論の構築、数値計算、論文執筆)】

2017

*Natsuhiko Yoshinaga and Tanniemola B. Liverpool,
Hydrodynamic interactions in dense active suspensions: From polar order to dynamical clusters,
Physical Review E Rapid Communications 96, 020603(R) (2017).

概要: アクティブな粒子懸濁液の流体力学的相互作用による集団運動について解析を行った。異なった長さスケールの流体相互作用を計算する新しい手法を用いることで、流体力学的相互作用の長距離部分だけでなく、同様に重要な粒子が非常に近づいた時の潤滑相互作用を取り入れた解析を行うことができた。過去報告されてきた自己駆動による相分離現象は流体力学的相互作用によって抑えられ、その代わりにゲル状のダイナミックなクラスターが形成することが分かった、また、長距離相互作用ではなく、潤滑相互作用によって大域的な配向秩序が現れることが明らかになった。

2016

Shunsuke Yabunaka, Natsuhiko Yoshinaga,
Collision between chemically-driven self-propelled drops,
Journal of Fluid Mechanics 809, 205-233 (2016).

概要: 相分離する二成分混合系として記述される自己駆動液滴の衝突について解析し、数値計算を行った。液滴は等方的な化学反応によって駆動され、表面張力勾配を自発的に生成して運動する。等方的な化学物質濃度の分布が、マランゴニ効果による液滴の運動によって不安定化する。この自己駆動運動についての対称性の破れは、粒子そのものに非対称性が存在するsquirmerや自己泳動粒子などの他の自己駆動のメカニズムと異なるものである。そのため、静止状態と運動状態との間に分岐が存在する。二つの液滴が、同じ軸上で反対方向に運動すると、流体相互作用と濃度場による相互作用が生じる。我々は、液滴の衝突が、自己駆動運動の転移点から距離によって、弾性的に振る舞う場合と、融合する場合が存在することを発見した。転移点からの距離は例えば粘性などによってコントロールできる。弾性的な衝突は、化学反応によるエネルギーの注入と流体運動による散逸がバランスすることによって生じる。我々は、衝突に対する縮約された方程式を導出し、それらを解析した。その結果、正面衝突に関しては濃度場による相互作用が流体相互作用より支配的になることを明らかにした。