物理環境化学研究室
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 自己組織化学研究室

自己組織化学とは何か?

生命体は、心臓の拍動や概日性で見られるように「リズム」を刻んだり、特徴的な「パターン(形や模様)」を形成しながら生命活動を営んでいます。このようなリズムやパターンを自発的に形成する現象を「自己組織化」といい、生命現象にとって重要な役割を担っています。本研究室では、「自己組織化」に関する現象を化学的に解明する研究や、生物に学ぶモデル実験系を構築する研究を行っています。

時空間発展する現象の解明

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「生命とは何か?」を研究テーマにするとき様々な生命現象や研究方法があります。その中で、本研究室では、生命現象で見られる「自己組織化現象」「非平衡開放系の観点」から研究しています。

一般に可逆な系(A⇔B)では、化学反応は平衡に向かって進みます。また系に関わらず、攪拌(かき混ぜること)によって、反応容器内の物質の濃度は空間一様に反応が進みます。つまり反応容器(境界)の形や空間的な情報は考えなくても良いのです。

ところが生体系はどうでしょうか?生命の基本構造である細胞から、特徴的な形の「体」を秩序形成していきます。また概日性や脳波など「リズム」を使っています。また私達は感覚を持っており、刺激が来ると神経細胞が興奮して中枢系に電気信号を伝播させます。この興奮は、細胞膜(境界)内外のナトリウムとカリウムイオンの濃度差、つまり非平衡を駆動力としています。そして、様々なパターンの電気信号を発生して刺激の内容を識別します。また皮膚は反応器とは異なり、外部から刺激も受容するとともに、物質の出入りも可能にする柔軟な「開放系」なのです。

これらの時間的リズムやパターン形成(模様や様相)は生物だけのものでしょうか?なんと、無生物系でも同様の現象を発現させることができるのです。私達は無生物系を題材として、これらの現象の普遍的な原理を解明し、非平衡系における新しい概念を作ることと、それらを使った人工システム(マイクロマシンや化学センサ)を構築することを研究目的としています。

    

     光BZ反応           金属樹の電解パターン      錯体形成と結合した間欠運動(停止⇔運動)

 

「磁気科学」では、現代の社会生活において切り離すことのできない磁気が、物理、化学、生物の各領域に与える影響の観察と、その原理の解明が目的です。

特に、強磁場を利用して地上の実験室内で作る微小重力空間の研究は、宇宙船での無重力空間の研究と比べて、はるかに容易、安全、そして安価に行えるため、今後の宇宙研究、産業を担う優れた環境場を提供しています。

更に、強磁場による微小重力空間は、宇宙の無重力空間と異なり、強磁気力と微小重力の両方の特徴を持つ複合環境場であるため、その両者によって初めて実現可能な新規な現象が観測できます。

装置

強磁場・微小重力環境を作る装置

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