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東大、ミクロンサイズの微粒子を作成し2つの運動を切り替えることで目的の場所に移動させる方法を開発

発表日:2017年3月15日

「ミクロ粒子を遠隔操作:最適な制御から見えてきた微生物の遊泳戦略」

■発表のポイント

◆水中で直進と回転運動が可能なミクロンサイズの微粒子(自己駆動粒子)を作成し、2つの運動を切り替えることで目的の場所に移動させる方法を開発。さらに一般化し、微生物の走化性や走光性運動における最適なアルゴリズムを理論的に明らかにした。

◆直進と回転を切り替えながら水中を泳いで目標に向かうミクロンサイズの人工粒子はこれまでに例がない。また、自己駆動粒子や微生物の遊泳行動は、サイズによって最適な行動戦略が異なることを明らかにした。

◆将来的に、細胞への新しい刺激方法やドラッグデリバリー、人工細胞に向けた技術開発にもつながる可能性がある。

■発表概要:

東京大学大学院理学系研究科 佐野研究室のチームは(注1)、マイクロスケールの粒子を遠隔制御することで目的の場所へと移動させる方法を新しく開発しました。これらの粒子は、一度に大量に製作可能で、電場のエネルギーを利用し、水中で自ら動き(自己駆動粒子、注2)、直進と回転の 2 種類の遊泳状態をとることができます。これまでの自己駆動粒子は、各々が独自に向きを持って運動するため、粒子の行き先を制御することは困難でした。また、粒子のサイズが小さくなればなるほど、周りの原子・分子との衝突によって運動が徐々に乱雑になるため、それが小さな物体の運動制御における課題として立ちはだかっていました。

本研究では、大腸菌などの微生物に見られる遊泳行動にヒントを得て、遠隔操作で 2 種類の遊泳状態を切り替えることで、粒子を目的の場所に輸送したり、任意の軌跡に沿って動かしたりすることに成功した。さらに、微生物のような小さな物体が、目標に向かって泳ぐための最適な戦略を理論的に明らかにしました。

最適な戦略は大きさによって異なり、ある程度大きな物体では、運動の向きを常に制御して目標に向かうことが最適であるのに対して、大腸菌程度の小さな物体(1 ミクロン)では直観に反して、向きが目標とずれ過ぎた場合だけ方向転換する run-and-tumble と呼ばれる戦略が最適であることが分かりました。本研究は将来的に、人工細胞に向けた技術開発や細胞への新しい刺激方法、ドラッグデリバリーなどに役立つ可能性があります。

※発表内容などリリース詳細は添付の関連資料を参照

リリース本文中の「関連資料」は、こちらのURLからご覧ください。

発表内容などリリース詳細

http://release.nikkei.co.jp/attach_file/0438855_01.pdf

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