材料：階層的に集合化したアクティブマターにおける自発的運動

細胞は、非常に高い正確さと再現性で、多数のナノメートルサイズの分子モーターの協調的動作を組織化し、細胞の運動、分裂、複製など、はるかに大きな長さスケールで力学的作業を行う。その生物学的重要性に加えて、こうした本質的に非平衡な過程は、エネルギーを消費して連続運動を発生させる微小構成要素から生体模倣アクティブマターを開発する方法を示唆するものでもある。そうした材料は、能動的に駆動され、平衡統計力学の法則に縛られない。したがって、自律運動性、内部発生流、自立性拍動といった、望ましい特性を示す。今回我々は伸長性微小管束から始め、それらの集合化によって従来型のポリマーゲル、液晶、エマルションの、平衡から遠く離れた類似材料を階層的に形成した。微小管濃度が十分高い場合、微小管は、内部駆動カオス流、流体力学的不安定性、輸送促進および流体混合を特徴とする浸透性能動ネットワークを形成する。三次元ネットワークは、エマルション滴に閉じ込められると、エマルション滴表面に自発的に吸着し、非常に能動的な二次元ネマティック液晶を生成する。この液晶の常流は、内部破壊、自己修復、逆電荷の回位欠陥の解離と消滅によって制御される。得られた能動エマルションは、自律運動性などの受動型の類似材料には見られない意外な特性を示す。総合すると、これらの観察結果は、微小生体物質の集合体が、非生体物質構成要素を集合化した材料に見られる特性とは大きく異なる集団的生体模倣特性を示すことの例証であり、平衡から遠く離れた材料特性の体系的設計を可能にする理論的枠組の開発を刺激するものとなる。

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