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首都大バイオ・ソフトマターセミナー(TMU-BSMS)

2016年7月29日 藪中俊介氏 (終了)

日時: 2016年7月29日(金)16:00〜17:30
場所: 首都大学東京 8号館301号室 
講師: 藪中俊介氏(京都大学基礎物理学研究所)
題目: Self-propelled motion of a fluid droplet under chemical reaction

要旨: We study self-propelled dynamics of a droplet due to a Marangoni effect and chemical reactions in a binary fluid with a dilute third component of chemical product which affects the interfacial energy of a droplet. The equation for the migration velocity of the center of mass of a droplet is derived in the limit of an infinitesimally thin interface. We found that there is a bifurcation from a motionless state to a propagating state of droplet by changing the strength of the Marangoni effect. We also carry out direct numerical integration of our theoretical model. We investigate the effect of convection of the third dilute component and collision between two self-propelling droplets, which are not easy to investigate theoretically.

[1] S. Yabunaka, T. Ohta and N. Yoshinaga, JCP (2012)
[2] S. Yabunaka and N. Yoshinaga, submitted to JFM (2016)

2016年6月29日 Prof. David Andelman (終了)

日時: 2016年6月29日(水)14:30〜16:00
場所: 首都大学東京 8号館301号室 
講師: Prof. David Andelman (Tel Aviv University)
題目: 100 years of electrified interfaces: the Poisson-Boltzmann theory and some recent developments

要旨: The Poisson-Boltzmann theory is a mean-field description of ionic solutions and charge interfaces, and has been instrumental during the last century to predict charge distributions and interactions between charged macromolecules. While the electrostatic model of charged fluids, on which the Poisson-Boltzmann description rests, and its statistical mechanical consequences have been scrutinized in great detail, much less is understood about its probable shortcomings when dealing with various aspects of real physical, chemical and biological systems. After reviewing the important results of the Poisson-Boltzmann theory, I will discuss several modern extensions and modifications as applied to ions in confined geometries. They include the effect of ion-dipole interaction on dielectric properties, the finite size of ions and other short-range interactions, and correction to the classical Onsager-Samaras theory of surface tension of electrolyte solutions.

2016年6月27日 Prof. Xingkun Man (終了)

日時: 2016年6月27日(月)11:00〜12:30
場所: 首都大学東京 8号館304号室 
講師: Prof. Xingkun Man (Beihang University)
題目: Ring to mountain transition in deposition pattern of drying droplets

要旨: When a droplet containing a nonvolatile component is dried on a substrate, it leaves a ringlike deposit on the substrate. We propose a theory that predicts the deposit distribution based on a model of fluid flow and the contact line motion of the droplet. It is shown that the deposition pattern changes continuously from a coffee ring to volcanolike and to mountainlike depending on the mobility of the contact line and the evaporation rate. An analytical expression is given for the peak position of the distribution of the deposit left on the substrate.

2016年1月26日 公開シンポジウム (終了)

平成27年度 首都大学東京 公開シンポジウム
「ソフトマターを基盤とするバイオ系の構築」

日時:2016年1月26日(火) 12:30から受付開始
会場:首都大学東京 南大沢キャンパス 11号館204号室
参加費:無料

プログラム:
13:00-13:10 ご挨拶
13:10-14:10 近藤滋(大阪大学
「動物の模様が解き明かす生物と数学の深い関係」
シマウマの模様と、サバの背中の模様はそっくりです。しかし、この両者に類縁関係は有りません。その一方で、グッピーやディスカスなどの観賞魚では、斑点、縞、網目、迷路などの様々な模様の品種が有りますが、それらは同種であり、模様の違いもわずか数個の遺伝子の変異でできる事が解っています。どうして、このようなことが起きるのか?それは、模様ができる原理を解明することによって、一挙に解決します。原理の背後には数学の原理が有り、それを使うと、色々なあっと驚く予言もできてしまいます。考えてみてください。白い斑点模様と黒い斑点模様の個体を、交配した時にできる子供の模様はどんなものでしょう?あっと驚く答えは、当日の講演で。

14:10-14:50 春田伸(首都大学東京)
「糸状性細菌Chloroflexus aggregansの滑走運動様式」
固体表面を動く滑走運動は、細菌界に広く見られ、細菌の環境応答機構のひとつである。Chloroflexus aggregansは、3μm程度の桿状細胞が直列に連なった長さ数十〜数百μmの糸状性細菌で、滑走細菌のなかでも速い滑走運動速度を示す。本菌は、直線的に滑走運動し、時折、その方向を転換する。このような運動様式は、多角的な解析の結果、糸状体を構成する個々の細胞表面の独立した運動によって説明されると考えている。

(休憩)

15:20-16:20 佐藤勝彦(北海道大学
「上皮細胞の集団運動」
一つの受精卵から複雑な形の多細胞生物が形成されること(形態形成)は生物学の一大問題であ るが、そのメカニズムはいまだ解明されていない。形態形成の本質は初期胚を覆っている上皮細胞(シート)の集団的挙動にあるといわれている。本研究では初期胚や形態形成で頻繁に観測される上皮細胞の集団運動に注目し、上皮細胞が何故隣との細胞と接着を保持したまま(シート状の構造を保持したまま)一方向にグループとなって動けるのかを力学の立場から説明することを試みる。

16:20-17:00 好村滋行(首都大学東京)
「細胞のレオロジー」
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。この方法を用いると、例えば生きた細胞一個のレオロジーを調べることができる。その結果、細胞のレオロジーにはある種の普遍性が存在することがわかりつつある。このような近年と研究動向と、我々が提唱する「生体膜マイクロレオロジー」について説明する。


主催:平成27年度 傾斜的研究費(全学分)学長裁量枠 ミニ研究環
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2016年1月7日 渡辺千穂氏 (終了)

日時: 2016年1月7日(木)16:30〜18:30
場所: 首都大学東京 8号館301号室 
講師: 渡辺千穂氏(パリ第7大学)
題目: スフィンゴシンとスフィンゴシン一リン酸が脂質膜特性に与える影響

要旨: スフィンゴシン(Sph)とスフィンゴシン一リン酸(S1P)はセラミド(Cer)を前駆体として生成される、酵素反応により互いに変換可能な、酵母から植物、哺乳類まで普遍的に存在する生理活性脂質である。この2つの脂質は、ともに一本鎖の、生理的pHにおいて反対の電荷を持つ。興味深いことに、Cer, Sph, S1Pはそれらの存在比により、細胞の運命(cell fate)を決めることが知られており、その性質から、このシステムはスフィンゴ脂質レオスタット(sphingolipid rheostat)と呼ばれる。例えば、セラミドとスフィンゴシンは細胞死を、S1Pは細胞増殖を促進することが知られているが、これらの効果は、スフィンゴシン、S1Pのセカンドメッセンジャーとしての機能の他に、これらの脂質が生体膜特性に与える影響にもよっている可能性がある。そこで、本研究ではスフィンゴシンとS1Pが別々に、また共に膜に存在する際、膜特性に与える影響を脂質密度、脂質二分子膜双極子ポテンシャル、膜表面電位およびマイクロドメイン形成に着目して調査した。その結果、SphとS1Pを混合した際、脂質密度では相乗効果が、静電的特性では相助作用が確認された。これらの結果から、スフィンゴシン、S1Pが膜脂質として生理活性に与えうる影響を考察した。

[1] C. Watanabe, N. Puff, G. Staneva, M. Seigneuret, and M. I. Angelova, Langmuir 30, 13956 (2014).
[2] C. Watanabe, N. Puff, G. Staneva, M. I. Angelova, and M. Seigneuret, Colloids Surfaces A Physicochem. Eng. Asp. 483, 181 (2015).

2015年12月11日 小原弘道氏 (終了)

日時: 2015年12月11日(金)11:00〜13:00
場所: 首都大学東京 8号館300号室 
講師: 小原弘道氏(首都大学東京)
題目: 細胞移植治療のためのソフトマター研究

要旨: 幹細胞研究の進展のなか細胞移植治療への期待は高い。臨床での治療としてすすめられている膵島移植や、臨床研究の進む細胞自身の修復治癒能力に期待する間葉系幹細胞移植、肝疾患を対象にした肝細胞移植など、精力的な研究がすすめられている。特に、肝臓に関する疾患は生命維持に直結しており、一部の肝臓機能が低下するだけでも発育や発達に大きく影響を与えることから、肝細胞移植は新生児治療の切り札として期待されている。しかしながら、こうした臓器から分離される肝細胞は非常に弱く、また移植においては生着、機能維持、閉塞の予防など様々な課題が存在している。本研究では、この肝細胞移植に対してより安全で効果の高い医療とするために、ソフトマターの一つである細胞流動に着目し、細胞の分離プロセス、移植プロセスの高度化を目指し取り組んでいる研究成果[1][2]をふくめ、工学的な視点からのソフトマター研究の活用事例を幅広く紹介する。


[1] Toshitaka Yasuda, Hiromichi Obara, et. al., Journal of Artificial Organs 18, pp.236-42, 2015
[2] Sandi Sufiandi, Hiromichi Obara, Shin Enosawa, et.al., Cell Medicine 7, pp.59-66, 2015

2015年11月27日 Prof. Alexander S. Mikhailov (終了)

日時: 2015年11月27日(金)11:00〜13:00
場所: 首都大学東京 8号館300号室 
講師: Prof. Alexander S. Mikhailov(Fritz Haber Institute of the Max Planck Society)
題目: Hydrodynamic collective effects of active proteins in biological cells

要旨: Recent in vivo experiments with optical tracking of particles in living
biological cells indicate that active forces strongly dominate thermal Brownian forces in the cellular environment, impacting motion of objects from nanometers to microns in scale. As we show [PNAS 112, E3639 (2015)], such non-thermal fluctuating forces can arise from hydrodynamic stirring of the cytoplasm by various protein machines, enzymes and molecular motors that densely populate the cell. Independent of their specific functions, all such macromolecules are repeatedly changing their conformations and act as oscillating stochastic force dipoles. Numerical estimates reveal that hydrodynamic collective effects of active proteins may account for the experimentally observed dramatic diffusion enhancement in the cytoplasm under ATP supply.

2015年11月19日 菱田真史氏 (終了)

日時: 2015年11月19日(木)16:30〜18:30
場所: 首都大学東京 8号館302号室 
講師: 菱田真史氏(筑波大学
題目: リン脂質二重膜の物性に対する添加物の効果

要旨: リン脂質二重膜を基本構造としている生体膜中には、ステロール類やステロイド類、イソプレノイド、タンパク質など様々な有機分子が含まれている。これらの膜内有機分子はリン脂質二重膜の物性を制御しており、それによって膜の機能が発現していると考えられている。例えば代表的な膜内有機分子であるコレステロールは無秩序相(液晶相)にあるリン脂質二重膜を秩序化し、秩序相(ゲル相)にある膜を無秩序化することが知られる。無秩序相をとる脂質、秩序相をとる脂質とコレステロールを混ぜると、それぞれの相の秩序度合が近くなり、液-液相分離構造が現れる。それによって生体膜中でのラフト構造が誘起されていると考えられている。しかし一方で、コレステロール以外の分子が膜の物性にどのような影響を持つのかはほとんど明らかになっていなかった。本研究ではまず直鎖状のアルカンを添加し、柔軟な分子が膜に与える影響を調べた[1,2]。すると、コア状で硬い分子であるコレステロールとは全く正反対の効果を持つことが分かり、特に秩序相において膜がより秩序化することが分かった。このことは添加分子の分子形状が膜物性に与える影響を左右していることを示している。そこで分子内にコア状の部位と柔軟な部位を両方持つ分子を添加し、膜への影響を調べることで、分子形状が膜物性にどのように関わるのかを調べた。また、光照射によって分子形状が変化する分子を用いることでも分子形状の影響を調べた[3]。

[1] Mafumi Hishida, et al., Chem. Phys. Lipids, 188, 61-67 (2015).
[2] Mafumi Hishida, et al., submitting
[3] Koyomi Nakazawa, et al., Chem. Lett., 43, 1352-1354 (2014).

2015年11月10日 Shawn McGlynn氏 (終了)

日時: 2015年11月10日(火)16:30〜18:30
場所: 首都大学東京 8号館307号室 
講師: Shawn McGlynn氏(首都大学東京)
題目: Direct electron transfer for efficient coupling of microbial metabolism

要旨: Microbes often grow in contact with other microbes, but it is unknown how the particular arrangement of cells in an ecosystem is related to biological activity. I will present some new analytical tools for understanding some of the consequences of cell-cell contacts, and also present data which suggests a new way of direct electron transfer between two different species. The process seems to be mediated by a surface layer of protein which contains bound heme (an iron co-factor) groups. This mode of interaction seems to be a more efficient path to couple metabolism than the exchange of a diffusible compound, since electrons are faster and only diffuse easily along conductors.

2015年7月27日 Dr. Jean Wolff (終了)

日時: 2015年7月27日(月)11:00〜12:30
場所: 首都大学東京 8号館304号室 
講師: Dr. Jean Wolff(Institut Charles Sadron)
題目: Budding of domains in mixed bilayer membranes

要旨: We propose a model that accounts for budding behavior of domains in lipid bilayers, where each of the bilayer leaflets has a coupling between its local curvature and local lipid composition. The compositional asymmetry between the two monolayers leads to an overall spontaneous curvature. The membrane free energy contains three contributions: bending energy, line tension, and a Landau free-energy for a lateral phase separation. Within a mean-field treatment, we obtain various phase diagrams which contain fully-budded, dimpled and flat states. In particular, for some range of membrane parameters, the phase diagrams exhibit a tricritical behavior as well as three-phase coexistence region. The global phase diagrams can be divided into three types and are analyzed in terms of the curvature-composition coupling parameter and domain size.

2015年7月16日 下川倫子氏 (終了)

日時: 2015年7月16日(木)17:00〜19:00
場所: 首都大学東京 8号館303号室 
講師: 下川倫子氏(福岡工業大学
題目: 重力不安定性によって形成される表面パターンの遷移現象

要旨: 小さな密度の溶液(LDS:Lower Density Solution)の上に密度の大きな流体(HDS:Higher Density Solution)を一滴置くと、二流体界面で重力不安定性による界面の運動が起こり、HDSは沈みはじめる。このHDSの沈みこみ過程で、LDSの表面にHDSはフラクタルパターンもしくはセルパターンを自発的に形成することを我々は実験で観察した[1]。フラクタルパターンからセルパターンへの遷移は容器半径rとLDSの深さhによるアスペクト比r/hによって決定する。この遷移点AcはLDSの粘度に依存していることを実験で示した[2]。表面パターンの遷移が起こるAcを境に、鉛直方向の流れの構造が変化することから、鉛直方向のマクロな流れが表面パターンを決定しているといえる。セミナーでは実験結果を元に、パターンの形成機構について議論する。

[1] M. Shimokawa, J. Phys. Soc. Jap. 81, 094003 (2013).
[2] M. Shimokawa and T. Takami, Mod. Phys. Lett. B, accepted (2015).

2015年6月17日 小串典子氏 (終了)

日時: 2015年6月17日(水)16:30〜18:30 
場所: 首都大学東京 8号館307号室 
講師: 小串典子氏(お茶の水女子大学)
題目: 混合脂質二重膜における脂質分子の垂直拡散運動

要旨: 生体膜は脂質分子が作る脂質二重膜を基本構造に持つが、その特徴の一つは生体膜の柔軟さにある。二重膜を構成するだけであれば1種類の脂質分子で十分であるが、実際には脂質分子の極性頭部や骨格、アシル鎖の違いにより1000種類近くの異なる脂質分子が生体膜中には分布しており、なおかつ細胞の状態や機能に応じて再分布を繰り返していることが知られている。脂質二重膜の安定性は構成する脂質分子の分布により決まる力学的安定性により支配されており、脂質分子の再分布による局所的な構造変化はさらに大規模な膜の構造変化も引き起こす。特にこうした二重膜の構造変化を伴うような脂質分子の再分布では、膜面上における側方拡散に加えて二重膜の上下方向での脂質の垂直拡散運動(flip-flop運動)が重要である。実験的には、flip-flop運動は側方拡散に比べて典型的には非常に遅い運動であることが知られているが、近年コレステロールなどの一部の分子は非常に早いflip-flop運動を行うことがわかってきている。そこで我々は、ceramideとdiacylglycerolの2種類の脂質分子のflip-flop運動について粗視化モデルを用いて研究を行った。その結果、この2つの脂質分子はコレステロールよりは遅いものの、一般的なリン脂質に比べて非常に早いflip-flop運動を行うことがわかった。また、シミュレーション結果から、コレステロールを含めたこれら3種類の脂質分子のflip-flop運動はPoisson過程として記述することができることも明らかになった。本セミナーでは、これらの結果について述べた後、時間があればflip-flopと関係して膜の変形についても触れる予定である。

2015年3月27日 Prof. Matthew Turner & Prof. Pierre Sens (終了)

日時: 2015年3月27日(金)
場所: 首都大学東京 8号館300号室

15:00〜16:30
講師: Prof. Matthew Turner (Warwick University)
題目: From animal to thermodynamic swarms
要旨: We identify an analogy between thermophoretic colloids that are heated by a focussed external light source and swarms of animals, revealing a previously unidentified connection between these two systems. The controlling interactions in animal swarms are still not well understood. Some authors have proposed interactions that are local in space, either in a metric-based or topological sense. We discuss the evidence for non-local interactions and suggest a natural choice for these that is consistent with the cognitive limitations of a bird's vision. We study this model and the various phenotypes that emerge from it before presenting supporting experimental data and making a comparison with thermodynamic systems.

16:30〜18:00
講師: Prof. Pierre Sens (Institut Curie)
題目: Out-of-equilibrium membrane physics and cellular organelles
要旨: Most molecules secreted or internalized by Eukaryotic cells follow well defined routes, the secretory and endocytic pathways, along which they are exposed to a succession of biochemical environments by sequentially visiting different membrane-bound organelles. Molecules internalized by endocytosis move from early to late endosomes before being sorted and carried to their final destination. Molecules synthesized in the endoplasmic reticulum go through the Golgi apparatus, itself divided into cis, medial and trans compartments (called cisternae), where they undergo post-transcriptional maturation and sorting. One fundamental issue underlying the organization and regulation of intracellular transport is whether progression along the transport pathways occurs by exchange between organelles of fixed biochemical identities (via the budding and scission of carrier vesicles), or by the biochemical maturation of the organelles themselves. In this talk, I will present some aspects of the Physics of out-of-equilibrium membrane system, and discuss their relevance to intra-cellular transport. I will particularly focus on the dynamical coupling between biochemical maturation and phase separation of membrane components, and its possible relevance for the generation and maintenance of the Golgi apparatus.

2015年3月9日 公開シンポジウム (終了)

平成26年度 首都大学東京 公開シンポジウム
「ソフトマターを基盤とするバイオ系の構築」

日時:2015年3月9日(月) 9:30から受付開始
会場:首都大学東京 南大沢キャンパス 国際交流会館中会議室
参加費:無料

プログラム:
09:50-10:00 ご挨拶

10:00-10:45 豊田太郎(東京大学
「水中を駆動する細胞サイズの分子凝集体の創成」

10:45-11:30 及川典子(首都大学東京)
「シート状真正粘菌の成長における界面不安定性」

11:45-12:30 柳澤実穂(東京農工大
「細胞サイズ空間へ閉じ込められた高分子混合系の相分離とゲル化の競合」

(昼食)

14:00-14:45 佐野雅己(東京大学)
「Collective Motion in Active Suspension: From Molecule to Colloid」

14:45-15:30 中根大介(学習院大学)
「バクテリアのちょっと変わった運動の仕組み」

15:45-16:30 今井正幸(東北大学
「化学作用に対する膜の応答ダイナミクス」

16:30-17:00 総合討論

主催:平成26年度 傾斜的研究費(全学分)学長裁量枠 ミニ研究環 「ソフトマターを基盤とするバイオ系の構築
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2015年2月6日 Prof. David Andelman (終了)

日時: 2015年2月6日(金)11:00〜13:00
場所: 首都大学東京 8号館300号室 
講師: Prof. David Andelman (Tel Aviv University)
題目: Block Co-polymers at Surfaces: Patterns, Templates and Electric Fields

要旨:Diblock copolymers exhibit a wide variety of spatially modulated phases
due to competing molecular and entropic forces. The resulting self-assembly nano-structures and morphologies have many uses and applications. In recent years an intensive effort has been devoted to control ordering of block copolymers close to surfaces and in thin film setups as is required by nano-lithography applications. In this talk I will review the basic properties of block copolymers and recent progress aimed at understanding the ways to control orientation of anisotropic block copolymer phases. In particular, I will explain how one can manipulate polymer films using patterned surfaces, molds (Nano Imprint Lithography) and electric fields to achieve the desired ordering and orientation of the film.

2015年1月29日 Nabiha Saklayen (終了)

日時: 2015年1月29日(木)14:00〜16:00
場所: 首都大学東京 8号館303号室 
講師: Nabiha Saklayen (Harvard University)
題目: Plasmonic cell transfection using micropyramid arrays

要旨: This research presents a new cell transfection method that uses femtosecond laser-excited localized surface plasmons (LSPs) on a nanostructured micropyramid array. Our gold-layered micropyramids have nano-apertures at the apex to form high local electric field enhancements, or “hot spots.” These hot spots form microbubbles that temporarily perforate mammalian cell (HeLa S3) membranes and allow dye molecules and plasmid vectors to diffuse through the membrane openings. We introduce an emerald green fluorescent protein (EmGFP) reporter plasmid into the cells to determine the LSP-mediated transfection efficiency of the substrate. We optimize our laser parameters for successful transfection and high cell viability. Our nontoxic, efficient, and scalable technique offers an innovative approach to the advancement of regenerative medicine and the study of LSP-cell interaction.

2014年12月2日 濱田勉氏 (終了)

日時: 2014年12月2日(火)15:00 
場所: 首都大学東京 8号館309号室 
講師: 濱田勉氏(北陸先端科学技術大学院大学)
題目: 複合化ベシクルの動態解析 〜人工細胞の創出に向けて〜

要旨: 細胞とは、脂質膜の「器」をベースにして、生体分子群がダイナミックに相互作用する複合分子システムである。細胞システムを理解し制御するためには、最少の構成成分を用いてデザインされた人工細胞モデル(細胞サイズの人工膜小胞)を再構成し、微小空間において分子反応と膜が動的に結合する仕組みを解明することが重要となる。脂質膜(ベシクル)とゲスト分子(コロイド、DNA、ペプチド等)の複合化挙動に関する最新の実験結果を中心に、人工的に細胞システムを設計する研究を紹介する。


(本セミナーは第237回化学コロキウムとの共催です。)

2014年11月6日 秋元琢磨氏 (終了)

日時: 2014年11月6日(木)16:30〜18:00 
場所: 首都大学東京 8号館301号室 
講師: 秋元琢磨氏(慶應義塾大学
題目: 脂質2重膜における脂質分子および膜近傍の水分子の異常ダイナミクス

要旨: 観測量が「時間平均」=「空間平均」となる性質(エルゴード性)は、力学的体系における平衡状態を保証する概念としてボルツマンにより提唱されたが、実は、この性質は、確率過程や実験データを解析する上で重要な役割を果たしている。例えば、確率過程における大数の法則はまさにエルゴード性が成立することを意味している。一方、実験データを解析する上でエルゴード性が成立している保証はない。しかし、実験では、このエルゴード性は成立するとして解析がなされていることが多い。本講演では、エルゴード性の成立を判定する指標として時間平均量の揺らぎの観測時間依存性の解析を提案し、そこから得られる新たな物理的性質を明らかにする。
具体的には、脂質2重膜を構成する脂質分子や膜近傍の水分子の拡散性を分子動力学シミュレーションを用いて解析する[1,2]。1分子の重心の軌跡を用いることにより、時間平均で定義された平均2乗変位の揺らぎを解析し、以下のことがわかった。1) 脂質分子は過渡的に遅い拡散を示す、2) 膜近傍の水は遅い拡散を示す、3)脂質分子の時間平均量はエルゴード的であるが、その緩和は遅い、4)膜近傍の水分子はエイジング(統計量が観測時間に依存すること)を示すことがわかった。3の結果より、脂質分子のダイナミクスは過冷却液体のように周りの分子に閉じ込められ、重心が大きく動くまでの時間分布がベキ分布になっていることが示唆され、実際に、そのようなダイナミクスがあることを確認した。最後に、時間平均量の揺らぎの解析からわかる系の物理的性質について議論する。

[1] T. Akimoto, E. Yamamoto, K. Yasuoka, Y. Hirano and M. Yasui, Phys. Rev. Lett. 107, 178103 (2011).
[2] E. Yamamoto, T. Akimoto, M. Yasui, and K. Yasuoka, Sci. Rep. 4, 4720 (2014).

2014年10月30日 下林俊典氏 (終了)

日時: 2014年10月30日(木)16:30〜18:00 
場所: 首都大学東京 8号館301号室 
講師: 下林俊典氏(京都大学
題目: 組成非対称な脂質二重膜面上における相分離転移現象:実験と数値計算

要旨: 生体膜には或る特定の脂質種によって構成されるナノスケールの局在ドメインが存在するという「脂質ラフト仮説」が提案された[1]。複数の脂質種から再構成された人工脂質二重膜における液-液共存相に関する多くの研究は、このドメインの背後にある物理化学的な原理に対して実りある結果を与えてきた。しかしながら、測定されるドメインサイズはin vivoとin vitroで大きく異なり、そのメカニズムについてはよくわかっていない。
我々は、人工相分離膜の内膜・外膜における脂質組成を非対称にすることで、完全相分離相が紐状相を経由し、ミクロ相分離相へと転移することを見出した。また、最終的なミクロドメインサイズはサブマイクロスケールに達する事が確認された。本セミナーでは、これらの実験結果に加えて、数値計算結果との対応についても議論したい。

[1] K. Simons and E. Ikonen, Nature 387, 569 (1997).

2014年7月24日 住野豊氏 (終了)

日時: 2014年7月24日(木)16:00 
場所: 首都大学東京 8号館300号室 
講師: 住野豊氏(東京理科大
題目: 界面活性剤の会合体生成と構造変化がもたらす界面運動

要旨: 細胞はその内部で弾性を持つアクチンとミオシンからなるゲルを自発的に生成・崩壊、あるいは収縮させることで運動・変形を示している。このような機構を化学系で模するため、我々は油相・水相と2種の界面活性剤によりなる実験系を構築した。この系では油水界面でラメラ状の会合体(αゲル)が生成される。またこの会合体の生成に伴い界面が球状の突起を進展・収縮させる運動を1時間ほど繰り返すことが見出された。また簡便な次元解析より生成している会合体が単純な弾性体であると考えると、変形を生み出すのに必要な駆動力が生じないことが見出された。そこで我々は、生成している会合体の構造、特にその時間変化を明らかにするため小角X線散乱・小角中性子散乱のその場観察を行った。本講演ではこれらの散乱から明らかとなった会合体の構造変化および界面運動との関連性を議論する。

2014年7月9日 岡本隆一氏 (終了)

日時: 2014年7月9日(水)13:00 (曜日と時間に注意
場所: 首都大学東京 8号館302号室 
講師: 岡本隆一氏(首都大学東京)
題目: 疎水性不純物に誘起されるナノバブル

要旨:溶液中において、ナノメータースケールの小さなバブル(ナノバブル)が長時間安定に存在することが実験的に知られている。またナノバブルは、溶液、ソフトマター、生体物質などにおいて重要な役割を果たすと考えられている。一方、そのサイズの小ささゆえの大きなラプラス圧に抗して、長時間安定に存在しつづけられる物理的メカニズムは未だに良くわかっていない。
われわれは、強い疎水性の混入物を加えることによって、ナノバブルが熱平衡状態として安定に存在しうることを理論的に見いだしたので、これについて講演する。また疎水性表面のナノバブル、ナノバブルを介した物体間相互作用についてもお話しする。本研究は小貫明先生との共同研究です。

2014年6月12日 車兪徹氏 (終了)

日時: 2014年6月12日(木)16:00
場所: 首都大学東京 8号館302号室 
講師: 車兪徹氏(東京工業大学
題目: 人工細胞の構築に向けた生体膜機能の再構築

要旨:GUV (Giant Unilamellar Vesicle)などの人工脂質膜は人工細胞構築のためのモデル細胞膜として非常に優れている。このモデル膜をよりリアルな細胞へと近づけるためには、脂質膜上でおこる様々なダイナミクスをボトムアップ的に再現しなくてはならない。そのような細胞膜動態の構築は、脂質分子のみでは困難であり疎水的性質を持つ膜タンパク質分子の働きが必要になる。私たちはこれまでに、細胞膜上で行われるさまざまな生化学的反応を人工膜小胞と試験管内遺伝子発現系(無細胞合成系)を用いて再構築してきた。本セミナーでは、特に膜タンパク質の生成をコントロールする膜チャネル(Secトランスロコン)の試験管内合成と、GUV内脂質合成による膜の自立的成長と自己分裂機能を持った人工細胞構築の可能性について議論したい。

2014年6月9日 Stefan C. Müller氏 (中止)

以下のセミナーは講師のご都合により中止になりました(6月9日)。

日時: 2014年6月9日(月)16:00
場所: 首都大学東京 8号館304号室 
講師: Prof. Stefan C. Müller(Otto-von-Guericke University Magdeburg)
題目: External control of excitation waves by electric field

要旨:Excitation waves are a prototype of self-organized dynamic patterns in non-equilibrium systems. They develop their own intrinsic dynamics resulting in travelling waves of various forms and shapes. Prominent examples are rotating spirals and scroll waves. It is an interesting and challenging task to find ways to control their behavior by applying external signals, upon which these propagating waves react. We apply external electric fields to such waves in the Belousov-Zhabotinsky (BZ) reaction. Remarkable effects include the change of wave speed, reversal of propagation direction, annihilation of counter-rotating spiral waves and reorientation of scroll wave filaments. These effects can be explained in numerical simulations, where the negatively charged inhibitor bromide plays an essential role.
Electric field effects have also been investigated in biological excitable media such as the social amoebae Dictyostelium discoideum. Quite recently we have started to investigate electric field effect in the BZ reaction dissolved in an Aerosol OT water-in-oil microemulsion. A drift of complex patterns can be observed, and also the viscosity and electric conductivity change. We discuss the assumption that this system can act as a model for long range communication between neurons.

(本セミナーは首都大物理教室セミナーとの共催です。)

2014年5月22日 豊田太郎氏 (終了)

日時: 2014年5月22日(木)11:00
場所: 首都大学東京 8号館300号室 
講師: 豊田太郎氏(東京大学、JSTさきがけ)
題目: はためくソフト界面

要旨:気液界面や液液界面における界面張力の不均一な分布は、対流をともなう非平衡現象をしばしば誘起する。これまで、界面張力分布やその変化がそれぞれの非平衡現象(界面活性剤による液面揺れ、液膜の興奮現象、BZ反応液面の流れ、水面上を動く物体)にどのように寄与しているかはよくわかっていない。私たちのグループでは、準弾性レーザー
散乱を利用して、局所的に非接触で界面張力を測定する装置を開発し、これらの現象の機構解明に取り組んできた。また、細胞スケールの分子集合体(油滴やジャイアントベシクル)が、界面活性剤の溶けた水中で化学反応を伴って駆動する現象を見出している。粘性抵抗の高い水溶液中で、細胞スケールの分子集合体が駆動できる機構についても本セミナーで議論したい。

2014年4月24日 Ziya Kalay氏 (終了)

日時: 2014年4月24日(木)16:00
場所: 首都大学東京 8号館302号室
講師: Ziya Kalay氏(京都大学 WPI-iCeMS)
題目: Lateral diffusion in a 2-D fluid with immobile heterogeneities

要旨: In this talk I will present the results of our recent study [1] motivated by the observation that the outermost membrane of many cells contains immobile proteins, hindering the lateral diffusion of membrane molecules. As shown previously, the presence immobile obstacles reduces diffusivity especially when fluid dynamic interactions are accounted for [2,3]. We investigated the effects of a distribution of immobile particles on diffusion, accounting for the discrete nature of the fluid, long-ranged fluid dynamical interactions and correlations in the distribution of immobile particles. By performing event driven molecular dynamics simulations on a hard disk system, we found that the diffusion coefficient sharply decreases with the fraction of immobile particles, dropping by a factor of ∼3 as the fraction of immobile particles increases from 0 to 0.1. By combining our results with earlier analytical calculations [3], we estimated that a factor-of-∼20 reduction in diffusion coefficients in live cell membranes, a puzzling finding in cell biology, can be accounted for when less than ∼22% of the particles in our model system is immobilized. Furthermore, we investigated the effects of confinement induced by a correlated distribution of immobile particles. Calculating the distribution of the time it takes for particles to escape from a corral, we showed that the mean escape time grows exponentially with the density of obstacles at the corral boundary, and is approximately proportional to the area of the corral. We believe that our findings will be useful in interpreting both the observations of diffusion in a heterogeneous fluid and results of particle based simulations that explore the effect of fluid dynamics on molecular transport in a 2-D fluid.

[1] Z. Kalay, T. K. Fujiwara, A. Otaka, and A. Kusumi, Phys. Rev. E 89:022724 (2014)
[2] S. J. Bussell, D. L. Koch, and D. A. Hammer, Biophys. J. 68:1836 (1995)
[3] N. Oppenheimer and H. Diamant, Phys. Rev. Lett. 107:258102 (2011)

2014年3月25日 Helmut R. Brand氏 (終了)

日時: 2014年3月25日(火)16:00
場所: 首都大学東京 8号館302号室
講師: Prof. Helmut R. Brand(University of Bayreuth)
題目: Macroscopic behavior of systems with a dynamic preferred direction

要旨: We present the derivation of the macroscopic equations for systems with a dynamic preferred direction, which can be axial or polar in nature.

In addition to the usual hydrodynamic variables we introduce the mean angular velocity [1] or the macroscopic velocity [2] associated with the motion of
the active units as a new variable and discuss their macroscopic consequences [1,2]. Such an approach is expected to be useful for a number of biological systems including, for example, the formation of dynamic macroscopic patterns
shown by certain bacteria such as Proteus mirabilis, shoals of fish, flocks of birds and migrating insects.
As a concrete application we set up a macroscopic model of bacterial growth and transport based on a polar dynamic preferred direction -- the collective velocity of the bacteria [3]. This collective velocity is subject to the isotropic-nematic transition modeling the density-controlled transformation between immotile and motile bacterial states. The approach can be applied also to other systems spontaneously switching between individual (disordered) and collective (ordered) behavior, and/or collectively responding to density variations, e.g., bird flocks, fish schools etc. We observe a characteristic and robust stop-and-go behavior of the type also observed for the growth of bacteria experimentally [4].

[1] H.R. Brand, H. Pleiner and D. Svensek, Eur. Phys. J. E34, 128 (2011).
[2] H. Pleiner, D. Svensek and H.R. Brand, Eur. Phys. J. E36, 135 (2013).
[3] D. Svensek, H. Pleiner and H.R. Brand, Phys. Rev. Lett. 111, 228101 (2013).
[4] Y. Yamazaki et al., Physica D - Nonlinear Phenomena, 205 D, 236 (2005).

(本セミナーは首都大物理教室セミナーとの共催です。)

2014年2月20日 瀬戸亮平氏 (終了)

日時: 2014年2月20日(木)11:00〜13:00
場所: 首都大学東京 8号館302号室
講師: 瀬戸亮平氏(ニューヨーク市立大学)
題目: シアーシックニング:サスペンションレオロジーと摩擦

要旨: サスペンション(固体微粒子の分散系)は、一般に粘性率がずり速度に依存するという非ニュートン流体としてふるまう。特に体積分率が高くなるとずり速度とともに粘性率が大きくなる事がある。我々は数値計算によってこのシアーシックニングと呼ばれる現象を再現することに成功し、そのメカニズムを巡って長年の続けられて来た議論を終わらせる決定的な結果を得る事ができた[1]。このセミナーでは、サスペンションの理想系について議論し、従来の流体力学的観点によるモデルに粒子の接触相互作用を取り込んだモデルを解説する。そして、粒子間の摩擦力がどのようにシアーシックニングを引き起こすか、また粘性率がずり速度についての不連続な関数にもなりうるメカニズムについてなどを議論する。

[1] R. Seto, R. Mari, J. F. Morris, and M. M. Denn, PRL 111 (2013) 218301.

2014年1月23日 森河良太氏 (終了)

日時: 2014年1月23日(木)11:00〜12:30
場所: 首都大学東京 8号館302号室
講師: 森河良太氏(東京薬科大学
題目: Twitching運動を行うバクテリアの個体動力学モデルとシミュレーション

要旨: 緑膿菌や淋菌、高度好熱菌等のバクテリアの表面には、IV型線毛(Type IV pili)と呼ばれるタンパク質が重合して構成された繊維が多数伸びている。これらの
バクテリアは固い表面を移動する際、線毛を固体表面まで伸長させて先端を吸着させた後、それを縮退させることによって移動することが知られている。この移動はtwitching(攣縮)運動と呼ばれ、前進(クローリング)と急速な旋回(スリングショット)の2つのモードを頻繁に切り替えることが実験観察によって知られている。
本研究では線毛を用いたtwitching運動を行うバクテリア一個体の運動を調べるため、平面基盤上に強く拘束された長楕円体形のバクテリアが粘性流体内で運動する動力学モデルを構築し、シミュレーションを行った。その結果、バクテリア運動における切り替えの特性は、線毛のバネ係数とその縮退速度、そして周囲環境が与える粘性係数から成る一つのパラメータに支配されているであろうことを確認した。

2014年1月9日 山登正文氏 (終了)

日時: 2014年1月9日(木)11:00〜
場所: 首都大学東京 8号館302号室
講師: 山登正文氏(首都大学東京)
題目: 磁気プロセスを利用した高分子の高次構造制御

要旨: 我々の身の回りにある物質の多くは"非磁性物質"と呼ばれ、磁石との相互作用が無視されてきた。しかしながら、近年の超伝導技術の進歩により容易に強力な磁場を利用できる環境が整うことで、"非磁性物質"と磁場との相互作用が様々な場面で利用できることが示されてきている。我々は各種高分子材料の高次構造制御の手段として磁場利用を検討し、配向制御や位置制御に磁気プロセスが有用であることを示してきた。ここでは、磁気プロセスの基本原理を簡単に紹介し、現在検討している層状化合物の磁場配向を利用した異方性ハイブリッドゲルの創製および気相成長炭素繊維(VGCF)上でのアイソタクチックポリプロピレン結晶の異方的成長について紹介する。

2013年11月21日 千葉文野氏 (終了)

日時: 2013年11月21日(木)11:00〜12:30
場所: 首都大学東京 8号館302号室
講師: 千葉文野氏(慶應義塾大学
題目: 液体・液体転移:単体から溶融高分子まで

要旨:我々は、単体液体が圧力誘起で構造変化する様子を、高温・高圧下のX線回折測定によって研究してきた。液体リンの圧力誘起液体・液体転移は良く知られているが、リンと同族のヒ素について同様の実験を行うと、構造は連続的に変化する。導入として、これらの実験結果をごく簡単に紹介し、本セミナーでは主として、同様な現象の、高分子系における探索についてお話ししたい。圧力‐温度相図において、高分子 isotactic P4MP1の融解曲線が、圧力に対し極大を持つこと、低圧域で圧力誘起アモルファス化を示すことを手掛かりとし、この高分子の溶融体の構造が圧力で変化するのではないかと考えて実験を行った経緯と、構造が大きく変化することを示す実験結果についてお話しする。他の高分子についての実験結果や、2種類のガラスの探索についても、簡単に実験結果を示す。またごく最近、液体GeTe系におけるGeの拡散の温度依存性を中性子準弾性散乱によって測定し、興味深い結果を得たので、この系の水との類似性、実験結果の意味について簡単にご紹介したい。