2024/11/14 更新

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ミズノ ダイスケ
水野 大介
MIZUNO DAISUKE
所属
理学研究院 物理学部門 教授
理学部 物理学科(併任)
理学府 物理学専攻(併任)
職名
教授
連絡先
メールアドレス
電話番号
0926427026
プロフィール
研究:ソフトマター・生物の非平衡力学 教育:大学院生指導
外部リンク

学位

  • 博士(工学)

研究テーマ・研究キーワード

  • 研究テーマ: 非平衡生命科学

    研究キーワード: 非平衡力学、生命現象の創発、複雑系科学

    研究期間: 2021年6月

  • 研究テーマ: アクティブガラス・dense active matter 細胞質・細胞骨格の揺らぎとレオロジー マイクロレオロジー

    研究キーワード: 非平衡統計力学、 生命科学、マイクロレオロジー、バイオレオロジー、

    研究期間: 2007年1月 - 2012年2月

受賞

  • 第4回 物理学会若手奨励賞(領域12)

    2011年8月   日本物理学会  

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    生命現象は生体構成要素であるソフトマターの非平衡挙動と考えることができ、これを定量的に記述することが物理学の重要研究課題となっている。生命現象の一つの単位である細胞は、硬いタンパク質繊維からなる細胞骨格とモータータンパク質による力発生が複雑に絡み合った非線形・非平衡系だるが、実験的・理論的アプローチが困難でありった。水野氏は、アクチン(細胞骨格)、架橋剤、ミオシン(モータータンパク質)からなる細胞骨格のin vitroモデルシステムを設計し、細胞内部の力学的非平衡状態を再現した。また、Active-Passiveマイクロレオロジーと呼ばれる新しい実験的手法を開発し、システムの非平衡度を定量化することに成功した。モデルシステムにおける力学的特性と非平衡度の比較から、細胞内における非平衡・非線形動力学の詳細を明らかにした。これらの研究により得られたアプローチは、分子モーター等の分子部品の動作機構を周囲の溶媒との相互作用を含めて研究する手段であり、生きている状態の細胞に直接応用することで生命現象を理解する上で極めて有用である。領域12若手賞審査委員会は、これらの業績から判断して、水野氏の研究は、インパクト、独創性、先見性、発展性などにおいて、本賞を受賞するにふさわしいと判断した。

  • 文部科学大臣表彰 若手科学者賞

    2011年4月   文部科学省  

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    生命現象は生体構成要素であるソフトマターの非平衡挙動であり、これを定量的に記述することが物理学の重要研究課題となっている。生命現象の一つの単位である細胞は、硬いたんぱく質繊維からなる細胞骨格とモーターたんぱく質による力発生が複雑に絡み合った非線形・非平衡系だが、実験的・理論的アプローチが困難であった。
    氏は、こうした生き物の非平衡挙動を定量評価するための方法論を初めて考案した。これを用いて、生き物が生きている程度(非平衡度)により、その物理的性質や生理的な応答を大きく変化させる物理的機構を明らかにしつつある。
    本研究成果は、数理物理的観点から生命現象を理解するものとして近年まますます高く評価されるようになっている。

  • S.M. Perren Research Award

    2006年8月   European Society of Biomechanics  

論文

  • Activity-dependent glassy cell mechanics II: Nonthermal fluctuations under metabolic activity 査読

    Umeda, K; Nishizawa, K; Nagao, W; Inokuchi, S; Sugino, Y; Ebata, H; Mizuno, D

    BIOPHYSICAL JOURNAL   122 ( 22 )   4395 - 4413   2023年11月   ISSN:0006-3495 eISSN:1542-0086

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Biophysical Journal  

    The glassy cytoplasm, crowded with bio-macromolecules, is fluidized in living cells by mechanical energy derived from metabolism. Characterizing the living cytoplasm as a nonequilibrium system is crucial in elucidating the intricate mechanism that relates cell mechanics to metabolic activities. In this study, we conducted active and passive microrheology in eukaryotic cells, and quantified nonthermal fluctuations by examining the violation of the fluctuation-dissipation theorem. The power spectral density of active force generation was estimated following the Langevin theory extended to nonequilibrium systems. However, experiments performed while regulating cellular metabolic activity showed that the nonthermal displacement fluctuation, rather than the active nonthermal force, is linked to metabolism. We discuss that mechano-enzymes in living cells do not act as microscopic objects. Instead, they generate meso-scale collective fluctuations with displacements controlled by enzymatic activity. The activity induces structural relaxations in glassy cytoplasm. Even though the autocorrelation of nonthermal fluctuations is lost at long timescales due to the structural relaxations, the nonthermal displacement fluctuation remains regulated by metabolic reactions. Our results therefore demonstrate that nonthermal fluctuations serve as a valuable indicator of a cell's metabolic activities, regardless of the presence or absence of structural relaxations.

    DOI: 10.1016/j.bpj.2023.10.018

    Web of Science

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  • Activity-dependent glassy cell mechanics Ⅰ: Mechanical properties measured with active microrheology 査読 国際誌

    Ebata, H; Umeda, K; Nishizawa, K; Nagao, W; Inokuchi, S; Sugino, Y; Miyamoto, T; Mizuno, D

    BIOPHYSICAL JOURNAL   122 ( 10 )   1781 - 1793   2023年6月   ISSN:0006-3495 eISSN:1542-0086

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Biophysical Journal  

    Active microrheology was conducted in living cells by applying an optical-trapping force to vigorously-fluctuating tracer beads with feedback-tracking technology. The complex shear modulus G(\omega)=G'(\omega)-iG''(\omega) was measured in HeLa cells in an epithelial-like confluent monolayer. We found that G(\omega)\propto(-i\omega)^\frac{1}{2} over a wide range of frequencies (1 Hz < <10 kHz). Actin disruption and cell-cycle progression from G1 to S and G2 phases only had a limited effect on in living cells. On the other hand, was found to be dependent on cell metabolism; ATP-depleted cells showed an increased elastic modulus G'(\omega) at low frequencies, giving rise to a constant plateau such that G(\omega)=G_0+A(-i\omega)^\frac{1}{2}. Both the plateau and the additional frequency dependency \propto(-i\omega)^{1/2} of ATP-depleted cells are consistent with a rheological response typical of colloidal jamming. On the other hand, the plateau disappeared in ordinary metabolically active cells, implying that living cells fluidize their internal states such that they approach the critical jamming point.

    DOI: 10.1016/j.bpj.2023.04.011

    Web of Science

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    その他リンク: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0006349523002412?via%3Dihub

  • Nonlinear master relation in microscopic mechanical response of semiflexible biopolymer networks 査読

    Honda, N; Shiraki, K; Van Esterik, F; Inokuchi, S; Ebata, H; Mizuno, D

    NEW JOURNAL OF PHYSICS   24 ( 5 )   053031 - 053031   2022年5月   ISSN:1367-2630 eISSN:1367-2630

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:New Journal of Physics  

    Abstract

    A network of semiflexible biopolymers, known as the cytoskeleton, and molecular motors play fundamental mechanical roles in cellular activities. The cytoskeletal response to forces generated by molecular motors is profoundly linked to physiological processes. However, owing to the highly nonlinear mechanical properties, the cytoskeletal response on the microscopic level is largely elusive. The aim of this study is to investigate the microscopic mechanical response of semiflexible biopolymer networks by conducting microrheology (MR) experiments. Micrometer-sized colloidal particles, embedded in semiflexible biopolymer networks, were forced beyond the linear regime at a variety of conditions by using feedback-controlled optical trapping. This high-bandwidth MR technology revealed an affine elastic response, which showed stiffening upon local forcing. After scaling the stiffening behaviors, with parameters describing semiflexible networks, a collapse onto a single master curve was observed. The physics underlying the general microscopic response is presented to justify the collapse, and its potentials/implications to elucidate cell mechanics is discussed.

    DOI: 10.1088/1367-2630/ac6902

    Web of Science

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    その他リンク: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1367-2630/ac6902/pdf

  • Nonequilibrium Energetics of Molecular Motor Kinesin 査読 国際誌

    T. Ariga, M. Tomishige, and D. Mizuno

    Physical Review Letters   121   218101   2018年11月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Nonequilibrium energetics of single molecule translational motor kinesin was investigated by measuring heat dissipation from the violation of the fluctuation-response relation of a probe attached to the motor using optical tweezers. The sum of the dissipation and work did not amount to the input free energy change, indicating large hidden dissipation exists. Possible sources of the hidden dissipation were explored by analyzing the Langevin dynamics of the probe, which incorporates the two-state Markov stepper as a kinesin model. We conclude that internal dissipation is dominant.

    DOI: 10.1103/PhysRevLett.121.218101

  • Universal glass-forming behavior of in vitro and living cytoplasm 査読 国際誌

    Kenji Nishizawa, Kei Fujiwara, Masahiro Ikenaga, Nobushige Nakajo, Miho Yanagisawa, Daisuke Mizuno

    SCIENTIFIC REPORTS   7 ( 1 )   15143 - 15143   2017年11月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Physiological processes in cells are performed efficiently without getting jammed although cytoplasm is highly crowded with various macromolecules. Elucidating the physical machinery is challenging because the interior of a cell is so complex and driven far from equilibrium by metabolic activities. Here, we studied the mechanics of in vitro and living cytoplasm using the particle-tracking and manipulation technique. The molecular crowding effect on cytoplasmic mechanics was selectively studied by preparing simple in vitro models of cytoplasm from which both the metabolism and cytoskeletons were removed. We obtained direct evidence of the cytoplasmic glass transition; a dramatic increase in viscosity upon crowding quantitatively conformed to the super-Arrhenius formula, which is typical for fragile colloidal suspensions close to jamming. Furthermore, the glass-forming behaviors were found to be universally conserved in all the cytoplasm samples that originated from different species and developmental stages; they showed the same tendency for diverging at the macromolecule concentrations relevant for living cells. Notably, such fragile behavior disappeared in metabolically active living cells whose viscosity showed a genuine Arrhenius increase as in typical strong glass formers. Being actively driven by metabolism, the living cytoplasm forms glass that is fundamentally different from that of its non-living counterpart.

    DOI: 10.1038/s41598-017-14883-y

  • Feedback-tracking microrheology in living cells 査読 国際誌

    Kenji Nishizawa, Marcel Bremerich, Heev Ayade, Christoph F. Schmidt, Takayuki Ariga, Daisuke Mizuno

    Science Advances   3 ( 9 )   e1700318 - e1700318   2017年9月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Living cells are composed of active materials, in which forces are generated by the energy derived from metabolism. Forces and structures self-organize to shape the cell and drive its dynamic functions. Understanding the out-of-equilibrium mechanics is challenging because constituent materials, the cytoskeleton and the cytosol, are extraordinarily heterogeneous, and their physical properties are strongly affected by the internally generated forces. We have analyzed dynamics inside two types of eukaryotic cells, fibroblasts and epithelial-like HeLa cells, with simultaneous active and passive microrheology using laser interferometry and optical trapping technology. We developed a method to track microscopic probes stably in cells in the presence of vigorous cytoplasmic fluctuations, by using smooth three-dimensional (3D) feedback of a piezo-actuated sample stage. To interpret the data, we present a theory that adapts the fluctuation-dissipation theorem (FDT) to out-of-equilibrium systems that are subjected to positional feedback, which introduces an additional nonequilibrium effect. We discuss the interplay between material properties and nonthermal force fluctuations in the living cells that we quantify through the violations of the FDT. In adherent fibroblasts, we observed a well-known polymer network viscoelastic response where the complex shear modulus scales as G* ∝ (-iω)3/4. In the more 3D confluent epithelial cells, we found glassy mechanics with G* ∝ (-iω)1/2 that we attribute to glassy dynamics in the cytosol. The glassy state in living cells shows characteristics that appear distinct from classical glasses and unique to nonequilibrium materials that are activated by molecular motors.

    DOI: 10.1126/sciadv.1700318

  • Analytical Limit Distributions from Random Power-Law Interactions 査読 国際誌

    Irwin Zaid, Daisuke Mizuno

    PHYSICAL REVIEW LETTERS   117 ( 3 )   030602 - 030602   2016年7月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Nature is full of power-law interactions, e.g., gravity, electrostatics, and hydrodynamics. When sources of such fields are randomly distributed in space, the superposed interaction, which is what we observe, is naively expected to follow a Gauss or Levy distribution. Here, we present an analytic expression for the actual distributions that converge to novel limits that are in between these already-known limit distributions, depending on physical parameters, such as the concentration of field sources and the size of the probe used to measure the interactions. By comparing with numerical simulations, the origin of non-Gauss and non-Levy distributions are theoretically articulated.

    DOI: 10.1103/PhysRevLett.117.030602

  • High-frequency affine mechanics and nonaffine relaxation in a model cytoskeleton 国際誌

    Daisuke Mizuno, Suguru Kinoshita, Lara Gay Villaruz

    PHYSICAL REVIEW E   89 ( 4 )   2014年4月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    The cytoskeleton is a network of crosslinked, semiflexible filaments, and it has been suggested that it has properties of a glassy state. Here we employ optical-trap-based microrheology to apply forces to a model cytoskeleton and measure the high-bandwidth response at an anterior point. Simulating the highly nonlinear and anisotropic stress-strain propagation assuming affinity, we found that theoretical predictions for the quasistatic response of semiflexible polymers are only realized at high frequencies inaccessible to conventional rheometers. We give a theoretical basis for determining the frequency when both affinity and quasistaticity are valid, and we discuss with experimental evidence that the relaxations at lower frequencies can be characterized by the experimentally obtained nonaffinity parameter.

    DOI: 10.1103/PhysRevE.89.042711

  • Non-Gaussian athermal fluctuations in active gels 査読 国際誌

    T. Toyota, D. A. Head, C. F. Schmidt and D. Mizuno

    Soft Matter   7 ( 7 )   2011年4月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1039/c0sm00925c

  • High-resolution probing of cellular force transmission 査読 国際誌

    D. Mizuno, R. G. Bacabac, C. Tardin, D. Head, C. F. Schmidt

    Physical Review letters   102 ( 16 )   2009年8月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1103/PhysRevLett.102.168102

  • High-Resolution Probing of Cellular Force Transmission 査読 国際誌

    Daisuke Mizuno, Rommel Bacabac, Catherine Tardin, David Head, Christoph F. Schmidt

    PHYSICAL REVIEW LETTERS   102 ( 16 )   168102 - 168102   2009年4月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Cells actively probe mechanical properties of their environment by exerting internally generated forces. The response they encounter profoundly affects their behavior. Here we measure in a simple geometry the forces a cell exerts suspended by two optical traps. Our assay quantifies both the overall force and the fraction of that force transmitted to the environment. Mimicking environments of varying stiffness by adjusting the strength of the traps, we found that the force transmission is highly dependent on external compliance. This suggests a calibration mechanism for cellular mechanosensing.

    DOI: 10.1103/PhysRevLett.102.168102

  • Nonequilibrium mechanics of active cytoskeletal networks 査読 国際誌

    D. Mizuno, C. Tardin, C. F. Schmidt, and F. C. MacKintosh

    Science   315 ( 5810 )   2007年1月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1126/science.1134404

  • Nonequilibrium mechanics of active cytoskeletal networks 査読

    Daisuke Mizuno, Catherine Tardin, C. F. Schmidt, F. C. MacKintosh

    SCIENCE   315 ( 5810 )   370 - 373   2007年1月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Cells both actively generate and sensitively react to forces through their mechanical framework, the cytoskeleton, which is a nonequilibrium composite material including polymers and motor proteins. We measured the dynamics and mechanical properties of a simple three-component model system consisting of myosin II, actin filaments, and cross-linkers. In this system, stresses arising from motor activity controlled the cytoskeletal network mechanics, increasing stiffness by a factor of nearly 100 and qualitatively changing the viscoelastic response of the network in an adenosine triphosphate-dependent manner. We present a quantitative theoretical model connecting the large-scale properties of this active gel to molecular force generation.

    DOI: 10.1126/science.1134404

  • A link between anomalous viscous loss and boson peak in soft jammed solids

    Yusuke Hara, Ryosuke Matsuoka, Hiroyuki Ebata, Daisuke Mizuno, Atsushi Ikeda

    2024年2月

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    記述言語:その他   出版者・発行元:arXiv  

    Soft jammed solids exhibit intriguing mechanical properties, while their
    linear response is elusive. In particular, foams and emulsions generally reveal
    anomalous viscous loss with the loss and storage modulus following $G^{prime
    prime} propto sqrt{omega}$ and $G^{prime} propto omega^0$. In this
    study, we offer a comprehensive microscopic understanding of this behavior.
    Using microrheology experiment, we measured $G^* = G^{prime} + i G^{prime
    prime}$ of concentrated emulsions in a wide range of frequencies. In theory,
    we applied a linear response formalism for microrheology to a soft sphere model
    that undergoes the jamming transition. We find that the theory quantitatively
    explains the experiments without the need for parameter adjustments. Our
    analysis reveals that the anomalous viscous loss results from the boson peak,
    which is a universal vibrational property of amorphous solids and reflects the
    marginal stability in soft jammed solids. We discuss that the anomalous viscous
    loss is universal in systems with various interparticle interactions as it
    stems from the universal boson peak, and it even survives below the jamming
    density where thermal fluctuation is pronounced and the dynamics becomes
    inherently nonlinear.

    DOI: 10.48550/ARXIV.2402.00291

    arXiv

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    その他リンク: http://arxiv.org/pdf/2402.00291v1

  • Non-Equilibrium Fluidization of Dense Active Suspension

    Yujiro Sugino, Hiroyuki Ebata, Yoshiyuki Sowa, Atsushi Ikeda, Daisuke Mizuno

    2024年1月

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    記述言語:その他   出版者・発行元:arXiv  

    We investigate dense suspensions of swimming bacteria prepared in a
    nutrient-exchange chamber. Near the pellet concentration, nonthermal
    fluctuations showed notable agreement between self and collective behaviors, a
    phenomenon not previously observed at equilibrium. The viscosity of active
    suspensions dramatically decreased compared to their inactive counterparts,
    where glassy features, such as non-Newtonian viscosity and dynamic
    heterogeneity, disappeared. Instead, the complex shear modulus showed a
    power-law rheology,$G^*(omega)proptoleft(-iomega
    ight)^rac{1}{2}$,
    indicating the role of bacterial activity in driving the system towards a
    critical jamming state.

    DOI: 10.48550/ARXIV.2401.15658

    arXiv

    researchmap

    その他リンク: http://arxiv.org/pdf/2401.15658v2

  • Measuring fluctuating dynamics of sparsely crosslinked actin gels with dual-feedback nonlinear microrheology

    Nishizawa, K; Honda, N; Inokuchi, S; Ebata, H; Ariga, T; Mizuno, D

    PHYSICAL REVIEW E   108 ( 3 )   034601   2023年9月   ISSN:2470-0045 eISSN:2470-0053

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    記述言語:その他   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Physical Review E  

    We investigate the fluctuating dynamics of colloidal particles in weakly crosslinked F-actin networks with optical-trap-based microrheology. Using the dual-feedback technology, embedded colloidal particles were stably forced beyond the linear regime in a manner that does not suppress spontaneous fluctuations of particles. Upon forcing, a particle that was stably confined in a cage made of the network's crosslinks started to intermittently jump to the next caging microenvironments. By investigating the statistics of the jump dynamics, we discuss how heterogeneous relaxations observed in equilibrium systems became homogeneous when similar jumps were activated under constant forcing beyond the linear regime.

    DOI: 10.1103/physreve.108.034601

    Web of Science

    Scopus

    PubMed

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    その他リンク: http://harvest.aps.org/v2/journals/articles/10.1103/PhysRevE.108.034601/fulltext

  • 細胞質と細胞骨格の複合系としての細胞内レオ ロジー 招待

    江端宏之, 水野大介

    バイオマテリアル −生体材料−   41 ( 3 )   234 - 239   2023年7月   ISSN:1347-7080 ISBN:9784924861695 eISSN:2434-0359

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:日本バイオマテリアル学会  

    細胞内部が周囲力学環境から受ける様々な応力と,細胞質内のモーターたんぱく質・酵素から受ける力により,どのように変形し流動するかを知るためには,細胞質のレオロジーを明らかにする必要がある.細胞内部は生体高分子ゲルとして振る舞う細胞骨格と,その間隙を埋めるリポソーム,たんぱく質や核酸からなる高濃度コロイド懸濁液からなる.これまで,細胞の機械的特性を調べる上で,細胞骨格が注目されてきたが,骨格間隙の細胞質レオロジーは未解明であった.本稿では,当研究グループにて得られた細胞質レオロジーについての知見を細胞内レオロジーの測定法と共に紹介する.(著者抄録)

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  • 非熱的なゆらぎが分子モーターキネシンを加速させる 招待 査読

    有賀隆行, 立石圭人, 富重道雄, 水野大介

    生物物理   63 ( 2 )   86 - 90   2023年3月   ISSN:05824052 eISSN:13474219

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    記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:一般社団法人 日本生物物理学会  

    <p>生きた細胞内では,熱ゆらぎだけでなく非熱的なゆらぎもアクティブに生み出されていることが近年明らかになった.本稿では,生体分子モーターのキネシンに細胞内の非熱的なゆらぎを模倣した外力ゆらぎを加えた結果,高負荷下で速く動くようになったという私たちの最近の発見と,その理論的・生理学的解釈について解説する.</p>

    DOI: 10.2142/biophys.63.86

    CiNii Research

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  • 多重feedback制御されたマイクロレオロジーによる生体試料計測

    西澤 賢治, 水野 大介

    オレオサイエンス   23 ( 9 )   491 - 498   2023年   ISSN:13458949 eISSN:21873461

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:公益社団法人 日本油化学会  

    <p>光トラップとレーザー干渉法を用いたマイクロレオロジー(MR)計測について解説する。生体試料は希少なことが多く,レオロジーの時空間スケール依存性も顕著であるためにMRが有効であるが,細胞のように揺らぎ(流動)が大きく,また,光によってダメージを受ける生体試料の計測は困難であった。私達は,プローブ粒子に加わる力とその位置をそれぞれfeedback制御するMR計測によって,生体試料を始めとするソフトマターの低侵襲かつ精密な力学計測を可能にした。本稿ではこの最新の手法について説明した後,計測例として細胞内部の線形粘弾性と外力誘起による細胞骨格の非線形揺らぎについて紹介する。</p>

    DOI: 10.5650/oleoscience.23.491

    CiNii Research

  • Activity-dependent glassy cell mechanics I : Mechanical properties measured with active microrheology 国際誌

    H. Ebata, K. Umeda, K. Nishizawa, W. Nagao, S. Inokuchi, Y. Sugino, T. Miyamoto, Daisuke Mizuno

    bioRxiv   122 ( 10 )   1781 - 1793   2022年9月   ISSN:0006-3495 eISSN:1542-0086

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Cold Spring Harbor Laboratory  

    <jats:title>Abstract</jats:title><jats:p>Active microrheology was conducted in living cells by applying an optical-trapping force to vigorously-fluctuating tracer beads with feedback-tracking technology. The complex shear viscoelastic modulus<jats:italic>G</jats:italic>(<jats:italic>ω</jats:italic>) =<jats:italic>G</jats:italic>′(<jats:italic>ω</jats:italic>) –<jats:italic>iG</jats:italic>″(<jats:italic>ω</jats:italic>) was measured in HeLa cells in an epithelial-like confluent monolayer. We found that<jats:italic>G</jats:italic>(<jats:italic>ω</jats:italic>) ∝ (−<jats:italic>iω</jats:italic>)<jats:sup>1/2</jats:sup>over a wide range of frequencies (1 Hz <<jats:italic>ω</jats:italic>/2<jats:italic>π</jats:italic><10 kHz). Actin disruption and cell-cycle progression from G1 to S and G2 phases only had a limited effect on<jats:italic>G</jats:italic>(<jats:italic>ω</jats:italic>) in living cells. On the other hand,<jats:italic>G</jats:italic>(<jats:italic>ω</jats:italic>) was found to be dependent on cell metabolism; ATP-depleted cells showed an increased elastic modulus<jats:italic>G</jats:italic>′(<jats:italic>ω</jats:italic>) at low frequencies, giving rise to a constant plateau such that<jats:italic>G</jats:italic>(<jats:italic>ω</jats:italic>) =<jats:italic>G</jats:italic><jats:sub>0</jats:sub>+<jats:italic>A</jats:italic>(−<jats:italic>iω</jats:italic>)<jats:sup>1/2</jats:sup>. Both the plateau and the additional frequency dependency ∝ (−<jats:italic>iω</jats:italic>)<jats:sup>1/2</jats:sup>of ATP-depleted cells are consistent with a rheological response typical of colloidal jamming. On the other hand, the plateau<jats:italic>G</jats:italic><jats:sub>0</jats:sub>disappeared in ordinary metabolically active cells, implying that living cells fluidize their internal states such that they approach the critical jamming point.</jats:p><jats:sec><jats:title>Statement of Significance</jats:title><jats:p>Intracellular mechanical properties were measured using optical-trap-based microrheology. Despite expectations to the contrary, shear viscoelasticity was hardly affected by reorganization of cytoskeletal structures during cell-cycle progression (G1 to S and G2 phases), nor by artificial disruption of the actin cytoskeleton induced by chemical inhibitors. Rather, the mechanics of cell interiors is governed by the glassy cytoplasm. Cells depleted of ATP solidified, whereas living cells that maintained metabolic activities were more fluid-like. Instead of a completely fluid response, however, we observed a characteristic power-law viscoelasticity<jats:italic>G</jats:italic>(<jats:italic>ω</jats:italic>) ∝ (−<jats:italic>iω</jats:italic>)<jats:sup>1/2</jats:sup>over the whole range of frequencies measured. Based on our current understanding of jamming rheology, we discuss how cells fluidize their internal state in a way that pushes the system towards the critical jamming transition.</jats:p></jats:sec>

    DOI: 10.1101/2022.09.02.506288

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  • Noise-Induced Acceleration of Single Molecule Kinesin-1. 査読 国際誌

    Takayuki Ariga, Keito Tateishi, Michio Tomishige, Daisuke Mizuno

    Physical review letters   127 ( 17 )   178101 - 178101   2021年10月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    The movement of single kinesin molecules was observed while applying noisy external forces that mimic intracellular active fluctuations. We found kinesin accelerates under noise, especially when a large hindering load is added. The behavior quantitatively conformed to a theoretical model that describes the kinesin movement with simple two-state reactions. The universality of the kinetic theory suggests that intracellular enzymes share a similar noise-induced acceleration mechanism, i.e., active fluctuations in cells are not just noise but are utilized to promote various physiological processes.

    DOI: 10.1103/PhysRevLett.127.178101

  • Feedback Microrheology in Soft Matter

    Kenji Nishizawa, Natsuki Honda, Masahiro Ikenaga, Shono Inokuchi, Yujiro Sugino, Takayuki Arigac, Daisuke Mizuno

    arXiv   2021年6月

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    記述言語:その他   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Soft matter consists of meso-scale (nm~{mu}m) structures that are formed by
    weak interactions and reorganized under thermal fluctuations. The resulting
    complex relaxation phenomena may be probed with microrheology, by observing the
    movement of embedded probe particles. Because of the softness of the material,
    however, perturbations to the probe that are inevitably added during
    microrheology experiments prevent direct translation of those movements to
    rheological properties. In this study, we conducted optical-trap-based
    microrheology with significantly reduced mechanical perturbations; dual
    feedback technology allowed us to apply well-determined optical-trapping forces
    to a fluctuating embedded probe and precisely measure its response and
    fluctuations with high spatiotemporal resolution. We demonstrate the improved
    performance of this technique by studying an reconstituted network of actin
    cytoskeletal filaments, observing their slow dynamics, homogeneous thermal
    fluctuations as well as activated hopping between mesoscale microenvironments.

    DOI: 10.48550/ARXIV.2106.05119

  • 光てこを用いたレーザー干渉法による粒子追跡

    井口 昇之, 水野 大介

    応用物理学会学術講演会講演予稿集   2021.1   786 - 786   2021年2月

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    記述言語:日本語  

    Optical leverage in laser particle tracking

    DOI: 10.11470/jsapmeeting.2021.1.0_786

  • Rapid local compression in active gels is caused by nonlinear network response. 査読 国際誌

    D Mizuno, C Tardin, C F Schmidt

    Soft matter   2020年9月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    The actin cytoskeleton in living cells generates forces in conjunction with myosin motor proteins to directly and indirectly drive essential cellular processes. The semiflexible filaments of the cytoskeleton can respond nonlinearly to the collective action of motors. We here investigate mechanics and force generation in a model actin cytoskeleton, reconstituted in vitro, by observing the response and fluctuations of embedded micron-scale probe particles. Myosin mini-filaments can be modeled as force dipoles and give rise to deformations in the surrounding network of cross-linked actin. Anomalously correlated probe fluctuations indicate the presence of rapid local compression or draining of the network that emerges in addition to the ordinary linear shear elastic (incompressible) response to force dipoles. The anomalous propagation of compression can be attributed to the nonlinear response of actin filaments to the microscopic forces, and is quantitatively consistent with motor-generated large-scale stiffening of the gels.

    DOI: 10.1039/c9sm02362c

  • Optimization of optical trapping and laser interferometry in biological cells 査読

    Yujiro Sugino, Masahiro Ikenaga, Daisuke Mizuno

    Applied Sciences (Switzerland)   10 ( 14 )   2020年7月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Optical trapping and laser interferometry enable the non-invasive manipulation of colloids, which can be used to investigate the microscopic mechanics of surrounding media or bound macromolecules. For efficient trapping and precise tracking, the sample media must ideally be homogeneous and quiescent whereas such conditions are usually not satisfied in vivo in living cells. In order to investigate mechanics of the living-cell interior, we introduced (1) the in-situ calibration of optical trapping and laser interferometry, and (2) 3-D feedback control of a sample stage to stably track a colloidal particle. Investigating systematic errors that appear owing to sample heterogeneity and focal offsets of a trapping laser relative to the colloidal probe, we provide several important caveats for conducting precise optical micromanipulation in living cells. On the basis of this study, we further improved the performance of the techniques to be used in cells, by optimizing the position sensitivity of laser interferometry and the stability of the feedback simultaneously.

    DOI: 10.3390/app10144970

  • Optimization of Optical Trapping and Laser Interferometry in Biological Cells 招待 査読

    Yujiro Sugino, Masahiro Ikenaga, Daisuke Mizuno

    Applied Sciences   10 ( 14 )   4970 - 4970   2020年7月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Optical trapping and laser interferometry enable the non-invasive manipulation of colloids, which can be used to investigate the microscopic mechanics of surrounding media or bound macromolecules. For efficient trapping and precise tracking, the sample media must ideally be homogeneous and quiescent whereas such conditions are usually not satisfied in vivo in living cells. In order to investigate mechanics of the living-cell interior, we introduced (1) the in-situ calibration of optical trapping and laser interferometry, and (2) 3-D feedback control of a sample stage to stably track a colloidal particle. Investigating systematic errors that appear owing to sample heterogeneity and focal offsets of a trapping laser relative to the colloidal probe, we provide several important caveats for conducting precise optical micromanipulation in living cells. On the basis of this study, we further improved the performance of the techniques to be used in cells, by optimizing the position sensitivity of laser interferometry and the stability of the feedback simultaneously.

    DOI: 10.3390/app10144970

  • Biophysics at Kyushu University 査読

    Ryo Akiyama, Masahiko Annaka, Daisuke Kohda, Hiroyuki Kubota, Yusuke Maeda, Nobuaki Matsumori, Daisuke Mizuno, Norio Yoshida

    Biophysical Reviews   12 ( 2 )   245 - 247   2020年4月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1007/s12551-020-00643-2

  • Experimental and theoretical energetics of walking molecular motors under fluctuating environments. 査読 国際誌

    Takayuki Ariga, Michio Tomishige, Daisuke Mizuno

    Biophysical reviews   12 ( 2 )   503 - 510   2020年4月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Molecular motors are nonequilibrium open systems that convert chemical energy to mechanical work. Their energetics are essential for various dynamic processes in cells, but largely remain unknown because fluctuations typically arising in small systems prevent investigation of the nonequilibrium behavior of the motors in terms of thermodynamics. Recently, Harada and Sasa proposed a novel equality to measure the dissipation of nonequilibrium small systems. By utilizing this equality, we have investigated the nonequilibrium energetics of the single-molecule walking motor kinesin-1. The dissipation from kinesin movement was measured through the motion of an attached probe particle and its response to external forces, indicating that large hidden dissipation exists. In this short review, aiming to readers who are not familiar with nonequilibrium physics, we briefly introduce the theoretical basis of the dissipation measurement as well as our recent experimental results and mathematical model analysis and discuss the physiological implications of the hidden dissipation in kinesin. In addition, further perspectives on the efficiency of motors are added by considering their actual working environment: living cells.

    DOI: 10.1007/s12551-020-00684-7

  • Biophysics at Kyushu University. 査読 国際誌

    Ryo Akiyama, Masahiko Annaka, Daisuke Kohda, Hiroyuki Kubota, Yusuke Maeda, Nobuaki Matsumori, Daisuke Mizuno, Norio Yoshida

    Biophysical reviews   12 ( 2 )   245 - 247   2020年4月

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    記述言語:英語  

    DOI: 10.1007/s12551-020-00643-2

  • Experimental and theoretical energetics of walking molecular motors under fluctuating environments 査読

    Takayuki Ariga, Michio Tomishige, Daisuke Mizuno

    Biophysical Reviews   12 ( 2 )   503 - 510   2020年1月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Molecular motors are nonequilibrium open systems that convert chemical energy to mechanical work. Their energetics are essential for various dynamic processes in cells, but largely remain unknown because fluctuations typically arising in small systems prevent investigation of the nonequilibrium behavior of the motors in terms of thermodynamics. Recently, Harada and Sasa proposed a novel equality to measure the dissipation of nonequilibrium small systems. By utilizing this equality, we have investigated the nonequilibrium energetics of the single-molecule walking motor kinesin-1. The dissipation from kinesin movement was measured through the motion of an attached probe particle and its response to external forces, indicating that large hidden dissipation exists. In this short review, aiming to readers who are not familiar with nonequilibrium physics, we briefly introduce the theoretical basis of the dissipation measurement as well as our recent experimental results and mathematical model analysis and discuss the physiological implications of the hidden dissipation in kinesin. In addition, further perspectives on the efficiency of motors are added by considering their actual working environment: living cells.

    DOI: 10.1007/s12551-020-00684-7

  • 生体分子モーター・キネシンの"散逸"を計測する 査読

    有賀 隆行, 富重 道雄, 水野 大介

    生物物理   59 ( 6 )   300 - 304   2019年

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    記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Molecular motors are nonequilibrium open systems that convert chemical energy to mechanical work. The nonequilibrium energetics of single molecule kinesin were investigated by measuring the motion of an attached probe particle and its response to external forces with optical tweezers. The sum of the heat dissipation estimated from the violation of the fluctuation-response relation and the output power was inconsistent with the input free energy rate, indicating that large internal dissipation exists. Here we introduce the theoretical basis of the dissipation measurement and our recent experimental results, discussing the physiological implications of the hidden dissipation in the kinesin motor.

    DOI: 10.2142/biophys.59.300

  • Nonequilibrium Energetics of Molecular Motor Kinesin 査読 国際誌

    Takayuki Ariga, Michio Tomishige, Daisuke Mizuno

    PHYSICAL REVIEW LETTERS   121 ( 21 )   218101 - 218101   2018年11月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Nonequilibrium energetics of single molecule translational motor kinesin was investigated by measuring heat dissipation from the violation of the fluctuation-response relation of a probe attached to the motor using optical tweezers. The sum of the dissipation and work did not amount to the input free energy change, indicating large hidden dissipation exists. Possible sources of the hidden dissipation were explored by analyzing the Langevin dynamics of the probe, which incorporates the two-state Markov stepper as a kinesin model. We conclude that internal dissipation is dominant.

    DOI: 10.1103/PhysRevLett.121.218101

  • Nonequilibrium Energetics of Single Molecule Motor, Kinesin-1

    Takayuki Ariga, Michio Tomishige, Daisuke Mizuno

    BIOPHYSICAL JOURNAL   114 ( 3 )   509A - 509A   2018年2月

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    記述言語:英語  

    DOI: 10.1016/j.bpj.2017.11.2783

  • Determination of sour environment from equal hydrogen concentration approach

    Takuya Hara, Taishi Fujishiro, Daisuke Mizuno, Nobuyuki Ishikawa, Eiji Tada, Mitsuo Kimura

    28th International Ocean and Polar Engineering Conference, ISOPE 2018 Proceedings of the 28th International Ocean and Polar Engineering Conference, ISOPE 2018   2018-June   202 - 205   2018年1月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(その他学術会議資料等)  

    Severity of sour environment determined in accordance with ISO15156-2 or NACE MR0175 for carbon and low-alloy steels has been proposed. The critical line of each region which was indicated as regions 0, 1, 2 and 3 was thought to be determined based on experimental sulfide stress cracking (SSC) results of API grade N80 and P110. SSC or hydrogen induced cracking (HIC) occurs if hydrogen concentration entering into steel from the environment exceeds the critical hydrogen concentration in steel. The severity of sour environment was introduced and proposed based on equal hydrogen concentration entering into steel from the environment from the viewpoint of HIC.

  • Feedback-tracking microrheology in living cells 査読 国際誌

    Kenji Nishizawa, Marcel Bremerich, Heev Ayade, Christoph F. Schmidt, Takayuki Ariga, Daisuke Mizuno

    SCIENCE ADVANCES   3 ( 9 )   e1700318   2017年9月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Living cells are composed of active materials, in which forces are generated by the energy derived from metabolism. Forces and structures self-organize to shape the cell and drive its dynamic functions. Understanding the out-of-equilibrium mechanics is challenging because constituent materials, the cytoskeleton and the cytosol, are extraordinarily heterogeneous, and their physical properties are strongly affected by the internally generated forces. We have analyzed dynamics inside two types of eukaryotic cells, fibroblasts and epithelial-like HeLa cells, with simultaneous active and passive microrheology using laser interferometry and optical trapping technology. We developed a method to track microscopic probes stably in cells in the presence of vigorous cytoplasmic fluctuations, by using smooth three-dimensional (3D) feedback of a piezo-actuated sample stage. To interpret the data, we present a theory that adapts the fluctuation-dissipation theorem (FDT) to out-of-equilibrium systems that are subjected to positional feedback, which introduces an additional nonequilibrium effect. We discuss the interplay between material properties and nonthermal force fluctuations in the living cells that we quantify through the violations of the FDT. In adherent fibroblasts, we observed a well-known polymer network viscoelastic response where the complex shear modulus scales as G* proportional to (-i omega)(3/4). In the more 3D confluent epithelial cells, we found glassy mechanics with G* proportional to (-i omega)(1/2) that we attribute to glassy dynamics in the cytosol. The glassy state in living cells shows characteristics that appear distinct from classical glasses and unique to nonequilibrium materials that are activated by molecular motors.

    DOI: 10.1126/sciadv.1700318

  • Feedback-tracking microrheology in living cells 査読

    Kenji Nishizawa, Marcel Bremerich, Heev Ayade, Christoph F. Schmidt, Takayuki Ariga, Daisuke Mizuno

    Science Advances   3 ( 9 )   2017年9月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Feedback-tracking microrheology, developed to study nonequilibrium mechanics of active materials, revealed glassy cell dynamics.

    DOI: 10.1126/sciadv.1700318

  • Non-Gaussian limit fluctuations in active swimmer suspensions 査読 国際誌

    Takashi Kurihara, Msato Aridome, Heev Ayade, Irwin Zaid, Daisuke Mizuno

    PHYSICAL REVIEW E   95 ( 3 )   030601 - 030601   2017年3月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    We investigate the hydrodynamic fluctuations in suspensions of swimming microorganisms (Chlamydomonas) by observing the probe particles dispersed in the media. Short-term fluctuations of probe particles were superdiffusive and displayed heavily tailed non-Gaussian distributions. The analytical theory that explains the observed distribution was derived by summing the power-law-decaying hydrodynamic interactions from spatially distributed field sources (here, swimming microorganisms). The summing procedure, which we refer to as the physical limit operation, is applicable to a variety of physical fluctuations to which the classical central limiting theory does not apply. Extending the analytical formula to compare to experiments in active swimmer suspensions, we show that the non-Gaussian shape of the observed distribution obeys the analytic theory concomitantly with independently determined parameters such as the strength of force generations and the concentration of Chlamydomonas. Time evolution of the distributions collapsed to a single master curve, except for their extreme tails, for which our theory presents a qualitative explanation. Investigations thereof and the complete agreement with theoretical predictions revealed broad applicability of the formula to dispersions of active sources of fluctuations.

    DOI: 10.1103/PhysRevE.95.030601

  • High-frequency affine mechanics and nonaffine relaxation in a model cytoskeleton 査読 国際誌

    David A. Head, Emi Ikebe, Akiko Nakamasu, Peijuan Zhang, Lara Gay Villaruz, Suguru Kinoshita, Shoji Ando, Daisuke Mizuno

    PHYSICAL REVIEW E   89 ( 4 )   042711 - 042711   2014年4月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    The cytoskeleton is a network of crosslinked, semiflexible filaments, and it has been suggested that it has properties of a glassy state. Here we employ optical-trap-based microrheology to apply forces to a model cytoskeleton and measure the high-bandwidth response at an anterior point. Simulating the highly nonlinear and anisotropic stress-strain propagation assuming affinity, we found that theoretical predictions for the quasistatic response of semiflexible polymers are only realized at high frequencies inaccessible to conventional rheometers. We give a theoretical basis for determining the frequency when both affinity and quasistaticity are valid, and we discuss with experimental evidence that the relaxations at lower frequencies can be characterized by the experimentally obtained nonaffinity parameter.

    DOI: 10.1103/PhysRevE.89.042711

  • Athermal Fluctuations of Probe Particles in Active Cytoskeletal Network 査読

    Irwin Zaid, Heev L. Ayade, Daisuke Mizuno

    BIOPHYSICAL JOURNAL   106 ( 2 )   171A - 171A   2014年1月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1016/j.bpj.2013.11.973

  • Non-Gauss Athermal Fluctuations in Bacterial Bath 査読

    Masato Aridome, Takashi Kurihara, Heev Ayade, Irwin Zaid, Daisuke Mizuno

    BIOPHYSICAL JOURNAL   106 ( 2 )   580A - 580A   2014年1月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1016/j.bpj.2013.11.3218

  • Local mechanical response in semiflexible polymer networks subjected to an axisymmetric prestress 査読 国際誌

    David A. Head, Daisuke Mizuno

    PHYSICAL REVIEW E   88 ( 2 )   022717 - 022717   2013年8月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Analytical and numerical calculations are presented for the mechanical response of fiber networks in a state of axisymmetric prestress, in the limit where geometric nonlinearities such as fiber rotation are negligible. This allows us to focus on the anisotropy deriving purely from the nonlinear force-extension curves of individual fibers. The number of independent elastic coefficients for isotropic, axisymmetric, and fully anisotropic networks are enumerated before deriving expressions for the response to a locally applied force that can be tested against, e.g., microrheology experiments. Localized forces can generate anisotropy away from the point of application, so numerical integration of nonlinear continuum equations is employed to determine the stress field, and induced mechanical anisotropy, at points located directly behind and in front of a force monopole. Results are presented for the wormlike chain model in normalized forms, allowing them to be easily mapped to a range of systems. Finally, the relevance of these findings to naturally occurring systems and directions for future investigation are discussed.

    DOI: 10.1103/PhysRevE.88.022717

  • High-resolution microrheology in the pericellular matrix of prostate cancer cells 査読 国際誌

    Nadja Nijenhuis, Daisuke Mizuno, Jos A. E. Spaan, Christoph F. Schmidt

    JOURNAL OF THE ROYAL SOCIETY INTERFACE   9 ( 73 )   1733 - 1744   2012年8月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Many cells express a membrane-coupled external mechanical layer, the pericellular matrix (PCM), which often contains long-chain polymers. Its role and properties are not entirely known, but its functions are believed to include physical protection, mechanosensing, chemical signalling or lubrication. The viscoelastic response of the PCM, with polysaccharides as the main structural components, is therefore crucial for the understanding of its function. We have here applied microrheology, based on optically trapped micrometre-sized colloids, to the PCM of cultured PC3 prostate cancer cells. This technology allowed us to measure the extremely soft response of the PCM, with approximately 1 mu m height resolution. Exogen-ously added aggrecan, a hyaluronan-binding proteoglycan, caused a remarkable increase in thickness of the viscoelastic layer and also triggered filopodia-like protrusions. The viscoelastic response of the PCM, however, did not change significantly.

    DOI: 10.1098/rsif.2011.0825

  • "High-resolution microrheology in the pericellular matrix of prostate cancer cells" 査読 国際誌

    N. Nijenhuis, D. Mizuno, J. A. E. Spaan, and C. F. Schmidt

    J. Royal Society Interface   2012年6月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Many cells express a membrane-coupled external mechanical layer, the pericellular matrix (PCM), which often contains long-chain polymers. Its role and properties are not entirely known, but its functions are believed to include physical protection, mechanosensing, chemical signalling or lubrication. The viscoelastic response of the PCM, with polysaccharides as the main structural components, is therefore crucial for the understanding of its function. We have here applied microrheology, based on optically trapped micrometre-sized colloids, to the PCM of cultured PC3 prostate cancer cells. This technology allowed us to measure the extremely soft response of the PCM, with approximately 1 µm height resolution. Exogenously added aggrecan, a hyaluronan-binding proteoglycan, caused a remarkable increase in thickness of the viscoelastic layer and also triggered filopodia-like protrusions. The viscoelastic response of the PCM, however, did not change significantly.

  • Non-Gaussian athermal fluctuations in active gels 査読

    Toshihiro Toyota, David A. Head, Christoph F. Schmidt, Daisuke Mizuno

    Soft Matter   7 ( 7 )   3234 - 3239   2011年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Dynamic networks designed to model the cell cytoskeleton can be reconstituted from filamentous actin, the motor protein myosin and a permanent cross-linker. They are driven out of equilibrium when the molecular motors are active. This gives rise to athermal fluctuations that can be recorded by tracking probe particles that are dispersed in the network. We have here probed athermal fluctuations in such "active gels'' using video microrheology. We have measured the full distribution of probe displacements, also known as the van Hove correlation function. The dominant influence of thermal or athermal fluctuations can be detected by varying the lag time over which the displacements are measured. We argue that the exponential tails of the distribution derive from single motors close to the probes, and we extract an estimate of the velocity of motor heads along the actin filaments. The distribution exhibits a central Gaussian region which we assume derives from the action of many independent motor proteins far from the probe particles when athermal fluctuations dominate. Recording the whole distribution rather than just the typically measured second moment of probe fluctuations (mean-squared displacement) thus allowed us to differentiate between the effect of individual motors and the collective action of many motors.

    DOI: 10.1039/c0sm00925c

  • Nonlocal fluctuation correlations in active gels 査読

    D. A. Head, D. Mizuno

    Physical Review E - Statistical, Nonlinear, and Soft Matter Physics   81 ( 4 )   2010年4月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Many active materials and biological systems are driven far from equilibrium by embedded agents that spontaneously generate forces and distort the surrounding material. Probing and characterizing these athermal fluctuations are essential to understand the properties and behaviors of such systems. Here we present a mathematical procedure to estimate the local action of force-generating agents from the observed fluctuating displacement fields. The active agents are modeled as oriented force dipoles or isotropic compression foci, and the matrix on which they act is assumed to be either a compressible elastic continuum or a coupled network-solvent system. Correlations at a single point and between points separated by an arbitrary distance are obtained, giving a total of three independent fluctuation modes that can be tested with microrheology experiments. Since oriented dipoles and isotropic compression foci give different contributions to these fluctuation modes, ratiometric analysis allows us characterize the force generators. We also predict and experimentally find a high-frequency ballistic regime, arising from individual force-generating events in the form of the slow buildup of stress followed by rapid but finite decay. Finally, we provide a quantitative statistical model to estimate the mean filament tension from these athermal fluctuations, which leads to stiffening of active networks.

    DOI: 10.1103/PhysRevE.81.041910

  • 21pEF-3 生き物の非平衡力学物性(21pEF 若手奨励賞受賞記念講演,領域12(ソフトマター物理,化学物理,生物物理))

    水野 大介

    日本物理学会講演概要集   65 ( 1 )   384 - 384   2010年3月

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    記述言語:日本語  

    21pEF-3 Nonequilibrium Mechanics of Life

  • Viscoelastic response of a model endothelial glycocalyx 査読 国際誌

    Nadja Nijenhuis, Daisuke Mizuno, Jos A. E. Spaan, Christoph F. Schmidt

    PHYSICAL BIOLOGY   6 ( 2 )   025014 - 025014   2009年6月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Many cells cover themselves with a multifunctional polymer coat, the pericellular matrix (PCM), to mediate mechanical interactions with the environment. A particular PCM, the endothelial glycocalyx (EG), is formed by vascular endothelial cells at their luminal side, forming a mechanical interface between the flowing blood and the endothelial cell layer. The glycosaminoglycan (GAG) hyaluronan (HA) is involved in the main functions of the EG, mechanotransduction of fluid shear stress and molecular sieving. HA, due to its length, is the only GAG in the EG or any other PCM able to form an entangled network. The mechanical functions of the EG are, however, impaired when any one of its components is removed. We here used microrheology to measure the effect of the EG constituents heparan sulfate, chondroitin sulfate, whole blood plasma and albumin on the high-bandwidth mechanical properties of a HA solution. Furthermore, we probed the effect of the hyaldherin aggrecan, a constituent of the PCM of chondrocytes, and very similar to versican (present in the PCM of various cells, and possibly in the EG). We show that components directly interacting with HA (chondroitin sulfate and aggrecan) can increase the viscoelastic shear modulus of the polymer composite.

    DOI: 10.1088/1478-3975/6/2/025014

  • Microrheology of the pericellular matrix 査読

    Nadja Nijenhuis, Daisuke Mizuno, Jos A. E. Spaan, Christoph F. Schmidt

    BIOPHYSICAL JOURNAL   96 ( 3 )   523A - 523A   2009年2月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

  • High-bandwidth viscoelastic properties of aging colloidal glasses and gels 査読

    S. Jabbari-Farouji, M. Atakhorrami, D. Mizuno, E. Eiser, G. H. Wegdam, F. C. MacKintosh, Daniel Bonn, C. F. Schmidt

    Physical Review E - Statistical, Nonlinear, and Soft Matter Physics   78 ( 6 )   2008年12月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    We report measurements of the frequency-dependent shear moduli of aging colloidal systems that evolve from a purely low-viscosity liquid to a predominantly elastic glass or gel. Using microrheology, we measure the local complex shear modulus G* (ω) over a very wide range of frequencies (from 1 Hz to 100 kHz). The combined use of one- and two-particle microrheology allows us to differentiate between colloidal glasses and gels-the glass is homogenous, whereas the colloidal gel shows a considerable degree of heterogeneity on length scales larger than 0.5 μm. Despite this characteristic difference, both systems exhibit similar rheological behaviors which evolve in time with aging, showing a crossover from a single-power-law frequency dependence of the viscoelastic modulus to a sum of two power laws. The crossover occurs at a time t0, which defines a mechanical transition point. We found that the data acquired during the aging of different samples can be collapsed onto a single master curve by scaling the aging time with t0. This raises questions about the prior interpretation of two power laws in terms of a superposition of an elastic network embedded in a viscoelastic background.

    DOI: 10.1103/PhysRevE.78.061402

  • Active and passive microrheology in equilibrium and nonequilibrium systems 査読

    D. Mizuno, D. A. Head, F. C. MacKintosh, C. F. Schmidt

    Macromolecules   41 ( 19 )   7194 - 7202   2008年10月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Quantitatively measuring the mechanical properties of soft matter over a wide range of length and time scales, especially if a sample is as complex as typical biological materials, remains challenging. Living cells present a further complication because forces are generated within these nonequilibrium materials that can change material properties. We have here developed high-bandwidth techniques for active one- and two-particle microrheology to tackle these issues. By combining active micromanipulation of probe particles with an optical trap with high-resolution tracking of thermal motions of the very same particles by laser interferometry, we can both measure the mechanical properties of and, at the same time, identify nonequilibrium forces in soft materials. In both simple liquids and equilibrium cytoskeletal actin networks, active microrheology (AMR) proves to be less noise sensitive than and offers extended bandwidth (0.1 - 100 kHz) compared to passive microrheology (PMR), which merely tracks thermal motions. We confirm high-frequency power-law dynamics in equilibrium actin networks with two-particle AMR and also discuss low-frequency local mechanical response near probe particles which shows up in one-particle AMR. The combination of AMR and PMR allowed us to quantify nonthermal force fluctuations in actin networks driven by myosin motor proteins. Our approach offers a new direct way to investigate the nonequilibrium dynamics of living materials.

    DOI: 10.1021/ma801218z

  • Effective temperatures from the fluctuation-dissipation measurements in soft glassy materials 査読

    S. Jabbari-Farouji, D. Mizuno, D. Derks, G. H. Wegdam, F. C. MacKintosh, C. F. Schmidt, D. Bonn

    EPL   84 ( 2 )   2008年10月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    We have investigated the validity of the fluctuation-dissipation theorem (FDT) and the applicability of the concept of effective temperature in a number of non-equilibrium soft glassy materials. Using a combination of passive and active microrheology to measure displacement fluctuations and the mechanical response function of probe particles embedded in the materials, we have directly tested the validity of the FDT. Our results show no violation of the FDT over several decades in frequency (1-104 Hz) for hard-sphere colloidal glasses and colloidal glasses and gels of Laponite. We further extended the bandwidth of our measurements to lower frequencies (down to 0.1 Hz) using video microscopy to measure the displacement fluctuations, again without finding any deviations from the FDT.

    DOI: 10.1209/0295-5075/84/20006

  • Microrheology of hyaluronan solutions: Implications for the endothelial glycocalyx 査読 国際誌

    Nadja Nijenhuis, Daisuke Mizuno, Christoph F. Schmidt, Hans Vink, Jos A. E. Spaan

    BIOMACROMOLECULES   9 ( 9 )   2390 - 2398   2008年9月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    The endothelial glycocalyx (EG) is a complex biopolymer network produced by vascular endothelial cells that forms a layer with Multiple functions at the luminal side of blood vessels. The EG acts as an anti-adhesive protection layer, as a molecular sieve, as a chemical sensor site, and as a mechanotransducer of fluid shear stress to the underlying cell layer. A major component involved in these processes is the highly hydrated glycosaminoglycan (GAG) hyaluronan (HA). Here we used laser interferometry to measure the broadband mechanical response of reconstituted HA Solutions at close to physiological conditions. HA showed rheological behavior consistent with that of a flexible polymer. The elastic behavior observed for entangled HA networks showed reptational relaxation with a large distribution of time scales, which disappeared quickly (15 min) with the addition of hyaluronidase (HAase). We conclude that the broadband mechanical probing of model systems (HA solutions) provides quantitative data that are crucial to understand the mechanical response of the EG in vivo and its role in mechanosensing.

    DOI: 10.1021/bm800381z

  • "Round versus flat : bone cell norphology, elasticity, and mechanosensing" Journal of biomechanics 41, (7), pp.1590-pp.1598b (2008) 査読 国際誌

    R. G. Bacabac, D. Mizuno, A. Vatsa, C.F. Schmidt, F.C. MacKintosh, J. Van Loon, J. Klein-Nulend, and T. Smit

    Journal of biomechanics   2008年8月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

  • Round versus flat: Bone cell morphology, elasticity, and mechanosensing (vol 41, pg 1590, 2008) 査読

    Rommel G. Bacabac, Daisuke Mizuno, Christoph F. Schmidt, Fred C. MacKintosh, Jack J. W. A. Van Loon, Jenneke Klein-Nulend, Theo H. Smit

    JOURNAL OF BIOMECHANICS   41 ( 12 )   2786 - 2786   2008年8月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1016/j.jbiomech.2008.01.035

  • Short-time inertial response of viscoelastic fluids measured with Brownian motion and with active probes 査読

    M. Atakhorrami, D. Mizuno, G. H. Koenderink, T. B. Liverpool, F. C. MacKintosh, C. F. Schmidt

    Physical Review E - Statistical, Nonlinear, and Soft Matter Physics   77 ( 6 )   2008年6月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    We have directly observed short-time stress propagation in viscoelastic fluids using two optically trapped particles and a fast interferometric particle-tracking technique. We have done this both by recording correlations in the thermal motion of the particles and by measuring the response of one particle to the actively oscillated second particle. Both methods detect the vortexlike flow patterns associated with stress propagation in fluids. This inertial vortex flow propagates diffusively for simple liquids, while for viscoelastic solutions the pattern spreads superdiffusively, depending on the shear modulus of the medium.

    DOI: 10.1103/PhysRevE.77.061508

  • Laser trapping and laser interferometry for high-bandwidth micromechanical probing of biomaterials

    D. Mizuno, M. Atakhorrami, K. M. Addas, J. X. Tang, G. H. Koenderink, F. C. MacKintosh, C. F. Schmidt

    Asia Optical Fiber Communication and Optoelectronic Exposition and Conference, AOE 2008 Asia Optical Fiber Communication and Optoelectronic Exposition and Conference, AOE 2008   2008年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(その他学術会議資料等)  

    We present techniques based on optical trapping of micron-sized particles as probes and detecting their motion with sub-nanometer accuracy at 100 kHz bandwidth that can measure viscoelastic properties of biomaterials and cells on micrometer scales.

    DOI: 10.1364/aoe.2008.sap1

  • Round versus flat Bone cell morphology, elasticity, and mechanosensing 査読

    Rommel G. Bacabac, Daisuke Mizuno, Christoph F. Schmidt, Fred C. MacKintosh, Jack J.W.A. Van Loon, Jenneke Klein-Nulend, Theo H. Smit

    Journal of Biomechanics   41 ( 7 )   1590 - 1598   2008年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    There is increasing evidence that cell function and mechanical properties are closely related to morphology. However, most in vitro studies investigate flat adherent cells, which might not reflect physiological geometries in vivo. Osteocytes, the mechanosensors in bone, reside within ellipsoid containment, while osteoblasts adhere to flatter bone surfaces. It is unknown whether morphology difference, dictated by the geometry of attachment is important for cell rheology and mechanosensing. We developed a novel methodology for investigating the rheology and mechanosensitivity of bone cells under different morphologies using atomic force microscopy and our two-particle assay for optical tweezers. We found that the elastic constant of MLO-Y4 osteocytes when flat and adherent (>1 kPa) largely differed when round but partially adherent (<1 kPa). The elastic constant of round suspended MLO-Y4 osteocytes, MC3T3-E1 osteoblasts, and primary osteoblasts were similarly <1 kPa. The mechanosensitivity of round suspended MLO-Y4 osteocytes was investigated by monitoring nitric oxide (NO) release, an essential signaling molecule in bone. A preliminary observation of high NO release from round suspended MLO-Y4 osteocytes in response to ∼5 pN force is reported here, in contrast with previous studies where flat cells routinely release lesser NO while being stimulated with higher force. Our results suggest that a round cellular morphology supports a less stiff cytoskeleton configuration compared with flat cellular morphology. This implies that osteocytes take advantage of their ellipsoid morphology in vivo to sense small strains benefiting bone health. Our assay provides novel opportunities for in vitro studies under a controlled suspended morphology versus commonly studied adherent morphologies.

    DOI: 10.1016/j.jbiomech.2008.01.031

  • Linear and nonlinear laser-trapping microrheology 査読

    C. F. Schmidt, D. Mizuno

    OPTICAL TRAPPING AND OPTICAL MICROMANIPULATION IV   6644   2007年9月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(その他学術会議資料等)  

    We have developed a high-bandwidth technique for active 2-particle microrheology (AMR) with which we can probe linear and nonlinear responses of soft materials. Micron-sized colloidal probe particles are driven by an oscillating optical trap, and the resulting correlated motions of neighboring particles are detected by laser interferometry. Lack-in detection at the driving frequency and at its second harmonic makes it possible to measure the linear and the non-linear response of the embedding medium at the same time. We demonstrate the sensitivity of the method by detecting a second-harmonic response in water which is of purely geometric origin and which can be fully understood within linear hydrodynamics.

    DOI: 10.1117/12.739441

  • Fluctuation-dissipation theorem in an aging colloidal glass 査読 国際誌

    Sara Jabbari-Farouji, Daisuke Mizuno, Maryam Atakhorrami, Fred C. MacKintosh, Christoph F. Schmidt, Erika Eiser, Gerard H. Wegdam, Daniel Bonn

    PHYSICAL REVIEW LETTERS   98 ( 10 )   108302 - 108302   2007年3月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    We provide a direct experimental test of the fluctuation-dissipation theorem (FDT) in an aging colloidal glass. The use of combined active and passive microrheology allows us to independently measure both the correlation and response functions in this nonequilibrium situation. Contrary to previous reports, we find no deviations from the FDT over several decades in frequency (1 Hz-10 kHz) and for all aging times. In addition, we find two distinct viscoelastic contributions in the aging glass, including a nearly elastic response at low frequencies that grows during aging.

    DOI: 10.1103/PhysRevLett.98.108302

  • Microrheology of a swollen lyotropic lamellar phase 査読

    Yasuyuki Kimura, Daisuke Mizuno

    Molecular Crystals and Liquid Crystals   478 ( 1 )   3/[759] - 13/[769]   2007年1月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Dynamics of nano-sized colloidal particles in a swollen lyotropic lamellar phase of a nonionic surfactant has been studied by three methods of microrheology. By electrophoretic microrheology (EPM), we find two relaxation processes respectively relating to the fluctuation of membranes and topological defects in lamellar structure. By direct tracking of particles under a microscope and manipulating them with an optical tweezers, we obtained detailed information on diffusion of a particle at low frequencies. We observed the jump-trap motion of a particle and the non-Newtonian rheological behavior at low frequencies.

    DOI: 10.1080/15421400701739170

  • Non-equilibrium mechanics of in-vitro and in-vivo active cytoskeletal networks 査読 国際誌

    Daisuke Mizuno, Catherine Tardin, Beth Percha, Frederick MacKintoshi, Christoph Schmidt

    BIOPHYSICAL JOURNAL   315 ( 5810 )   304A - 304A   2007年1月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Cells both actively generate and sensitively react to forces through their mechanical framework, the cytoskeleton, which is a nonequilibrium composite material including polymers and motor proteins. We measured the dynamics and mechanical properties of a simple three-component model system consisting of myosin II, actin filaments, and cross-linkers. In this system, stresses arising from motor activity controlled the cytoskeletal network mechanics, increasing stiffness by a factor of nearly 100 and qualitatively changing the viscoelastic response of the network in an adenosine triphosphate-dependent manner. We present a quantitative theoretical model connecting the large-scale properties of this active gel to molecular force generation.

  • Bio imaging of intracellular NO production in single bone cells after mechanical stimulation 査読 国際誌

    Aviral Vatsa, Daisuke Mizuno, Theo H. Smit, Christoph F. Schmidt, Fred C. MacKintosh, Jenneke Klein-Nulend

    JOURNAL OF BONE AND MINERAL RESEARCH   21 ( 11 )   1722 - 1728   2006年11月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    We show the intracellular upregulation of NO production after mechanical stimulation, an essential chemical signal in bone remodeling. This is done in real time using the fluorescent chromophore DAR-4M AM. Differences in cellular response to mechanical stimulation of different regions of a single cell were observed.Introduction: Osteocytes are the most abundant bone cells that are believed to be the mechanosensors of bone, responding to mechanical stresses in interstitial fluid flow through the canaliculi. Under mechanical load, chemical signals such as NO play a key role in the activity of osteoblasts/osteoclasts that regulate bone remodeling. Despite the importance of NO in signaling, its real-time detection has proved challenging. This is largely because of the short NO half-life (typically similar to 0.1-5 s). Here, we show the upregulation of intracellular NO production in single osteocytes under localized mechanical stimulation.Materials and Methods: We used the chromophore DAR-4M AM for NO detection. This is loaded into surface-attached MLO-Y4 osteocyte-like and MC3T3-E1 osteoblast-like cells that are subjected to a localized mechanical stimulation using optical tweezers or a microneedle tip. DAR-4M AM is membrane-permeable and chelates NO, forming a stable, fluorescent compound, which is visible with a rhodamine filter.Results: Nonstimulated MLO-Y4 and MC3T3-E1 cells showed basal NO production levels, as indicated by a gradual increase in their fluorescence intensity. Localized mechanical stimulation of single MC3T3-E1 cells and MLO-Y4 cells by optical tweezers (150-550 pN, 0.5-3 Hz, 1 minute) showed a nearly 15-30&#37; increase, whereas MLO-Y4 cells stimulated by a microneedle (10-20 nN, 1 minute) showed nearly 15-16&#37; increase relative to their nonstimulated state. Furthermore, stimulation of a single cell process by a microneedle resulted in a 2-10&#37; increase in the fluorescence intensity.Conclusions: NO is essential for mechanically induced bone remodeling and is a meaningful parameter for measuring bone cell activation after mechanical loading. Here we show NO upregulation in individual bone cells after a localized mechanical stimulation. We also show that both the cell body and the cell processes might be involved in mechanosensing. This technique allows characterization of the mechanosensitivity of different parts of a single osteocyte. This opens up the possibility to uncover the complexities and function of single osteocytes in the dynamic process of bone remodeling.

    DOI: 10.1359/jbmr.060720

  • Hierarchical transport of nanoparticles in a lyotropic lamellar phase 査読

    Yasuyuki Kimura, Teppei Mori, Akira Yamamoto, Daisuke Mizuno

    Journal of Physics Condensed Matter   17 ( 31 )   S2937 - S2942   2005年8月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    The dynamics of nanosized colloidal particles dispersed in a hyper-swollen lyotropic lamellar phase of a nonionic surfactant has been studied by ac electrophoretic light scattering and direct tracking of particles under a microscope. The frequency spectrum of electrophoretic mobility shows two relaxation processes. These are originated from the hindrance of free diffusion of particles by the interaction between membranes and particles. By direct tracking measurement, we find that particles jump from site to site where they stay for a long time. This trap-jump process greatly decreases the mobility at low frequencies.

    DOI: 10.1088/0953-8984/17/31/021

  • Hierarchical dynamics of nano-particles in lyotropic lamellar phase 査読

    Yasuyuki Kimura, Teppei Mori, Akira Yamamoto, Daisuke Mizuno

    Molecular Crystals and Liquid Crystals   435   51/[711] - 61/[721]   2005年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Dynamics of nano-sized colloidal particles dispersed in a dilute lyotropic lamellar phase of a nonionic surfactant has been studied experimentally by ac electrophoretic light scattering and direct tracking under a microscope. The obtained frequency spectrum of complex electrophoretic mobility shows two relaxation processes at about 1 kHz (HF relaxation) and a few Hz (LF relaxation). These relaxations are due to the hindrance of free diffusion of particles by the hierarchical local static and dynamical structures of lamellar phase. From the direct tracking of fluorescent-labeled particles under a microscope, we find that particles show jump from sites to sites where they stay for a long time. This trap-jump process extremely decreases their mobility at low frequencies.

    DOI: 10.1080/15421400590956324

  • Electrophoretic microrheology of a dilute lamellar phase: relaxation mechanisms in frequency-dependent mobility of nanometer-sized particles between soft membranes. 査読 国際誌

    Daisuke Mizuno, Yasuyuki Kimura, Reinosuke Hayakawa

    Physical review. E, Statistical, nonlinear, and soft matter physics   70 ( 1 Pt 1 )   011509 - 011509   2004年7月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Viscoelastic properties of complex fluids in the microscopic scale can be studied by measuring the transport properties of small, embedded probe particles. We have measured the complex electrophoretic mobility micro*(omega) of nanometer-sized particles dispersed in a lyotropic lamellar phase, which shows two relaxation processes at approximately 1 kHz (high frequency relaxation, HF) and 1 Hz (low frequency relaxation, LF). It is shown quantitatively that these processes are caused by the trapping of particles within two local structures of characteristic size in the lamellar phase: the interbilayer distance and the persistence length. The origin of observed relaxations is further investigated and augmented in this study with data obtained by two other complementary methods, dielectric spectroscopy and the direct observation of fluorescently labelled probe particles under an optical microscope. It is shown that the local distortion field of the lamellar phase is induced by the extra steric interaction involving the collision of a colloidal particle with the membrane. The resulting distortion field hinders the Brownian motion of colloidal particles parallel to the membranes (not vertical), and causes the observed HF relaxation. On the other hand, the origin of LF relaxation is presumably a result of the defects in the lamellar structure. Since the results of this study show that the transport property is strongly influenced by microscopic environments, this method is referred to as electrophoretic microrheology.

  • Electrophoretic microrheology of a dilute lamellar phase Relaxation mechanisms in frequency-dependent mobility of nanometer-sized particles between soft membranes 査読

    Daisuke Mizuno, Yasuyuki Kimura, Reinosuke Hayakawa

    Physical Review E - Statistical Physics, Plasmas, Fluids, and Related Interdisciplinary Topics   70 ( 1 )   2004年1月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Viscoelastic properties of complex fluids in the microscopic scale can be studied by measuring the transport properties of small, embedded probe particles. We have measured the complex electrophoretic mobility [Formula presented] of nanometer-sized particles dispersed in a lyotropic lamellar phase, which shows two relaxation processes at approximately [Formula presented] (high frequency relaxation, HF) and [Formula presented] (low frequency relaxation, LF). It is shown quantitatively that these processes are caused by the trapping of particles within two local structures of characteristic size in the lamellar phase: the interbilayer distance and the persistence length. The origin of observed relaxations is further investigated and augmented in this study with data obtained by two other complementary methods, dielectric spectroscopy and the direct observation of fluorescently labelled probe particles under an optical microscope. It is shown that the local distortion field of the lamellar phase is induced by the extra steric interaction involving the collision of a colloidal particle with the membrane. The resulting distortion field hinders the Brownian motion of colloidal particles parallel to the membranes (not vertical), and causes the observed HF relaxation. On the other hand, the origin of LF relaxation is presumably a result of the defects in the lamellar structure. Since the results of this study show that the transport property is strongly influenced by microscopic environments, this method is referred to as electrophoretic microrheology.

    DOI: 10.1103/PhysRevE.70.011509

  • Dielectric response in dilute lyotropic lamellar and sponge phases of a nonionic surfactant 査読

    D Mizuno, T Nishino, Y Kimura, R Hayakawa

    PHYSICAL REVIEW E   67 ( 6 )   61505   2003年6月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    We study the dielectric response in lyotropic lamellar and sponge phases made up of a binary mixture of a nonionic surfactant and water. A single relaxation is observed in both phases within the measured frequency range of 10-10(7) Hz. This relaxation originates from the obstruction of electric current by insulating membranes. In the sponge phase, it depends on surfactant concentration and conductivity of solvent. The observed dependence is well-described quantitatively by the equivalent electric circuit of the sponge structure, including the effect of accumulation of ions at the interface between water and membrane. In the lamellar phase, there is little dependence of dielectric relaxation on surfactant concentration. This is presumably due to the fact that submicrometer-sized defects play a more important role in the electrical property in this phase than the lamellar structure in smaller length scales does. Our results offer some basic information to study more complicated systems composed of charged membranes in aqueous solution.

    DOI: 10.1103/PhysRevE.67.061505

  • Dielectric response in dilute lyotropic lamellar and sponge phases of a nonionic surfactant. 査読 国際誌

    Daisuke Mizuno, Takuji Nishino, Yasuyuki Kimura, Reinosuke Hayakawa

    Physical review. E, Statistical, nonlinear, and soft matter physics   67 ( 6 Pt 1 )   061505 - 061505   2003年6月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    We study the dielectric response in lyotropic lamellar and sponge phases made up of a binary mixture of a nonionic surfactant and water. A single relaxation is observed in both phases within the measured frequency range of 10-10(7) Hz. This relaxation originates from the obstruction of electric current by insulating membranes. In the sponge phase, it depends on surfactant concentration and conductivity of solvent. The observed dependence is well-described quantitatively by the equivalent electric circuit of the sponge structure, including the effect of accumulation of ions at the interface between water and membrane. In the lamellar phase, there is little dependence of dielectric relaxation on surfactant concentration. This is presumably due to the fact that submicrometer-sized defects play a more important role in the electrical property in this phase than the lamellar structure in smaller length scales does. Our results offer some basic information to study more complicated systems composed of charged membranes in aqueous solution.

  • Dielectric response in dilute lyotropic lamellar and sponge phases of a nonionic surfactant 査読

    Daisuke Mizuno, Takuji Nishino, Yasuyuki Kimura, Reinosuke Hayakawa

    Physical Review E - Statistical, Nonlinear, and Soft Matter Physics   67 ( 6 1 )   2003年6月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    The dielectric response in lyotropic lamellar and sponge phases made up of a nonionic surfactant and water was measured. A Maxwell-Wagner relaxation influenced by the charge accumulation at the interface between membrane and water was observed. Overall, results give some basic information for understanding the dynamic electrical properties of other complex systems composed of lipid membranes.

  • Wide-band spectroscopy of dynamic electrophoretic mobility and its application to microrheology. 招待 査読 国際誌

    Mizuno, D (Mizuno, D); Kimura, Y (Kimura, Y); Hayakawa, R (Hayakawa, R)

    ABSTRACTS OF PAPERS OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY   225   U631 - U631   2003年3月

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    記述言語:英語  

  • Dielectric response in dilute lyotropic lamellar and sponge phases of a nonionic surfactant 査読

    Daisuke Mizuno, Takuji Nishino, Yasuyuki Kimura, Reinosuke Hayakawa

    Physical Review E - Statistical Physics, Plasmas, Fluids, and Related Interdisciplinary Topics   67 ( 6 )   2003年1月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    We study the dielectric response in lyotropic lamellar and sponge phases made up of a binary mixture of a nonionic surfactant and water. A single relaxation is observed in both phases within the measured frequency range of [Formula presented] This relaxation originates from the obstruction of electric current by insulating membranes. In the sponge phase, it depends on surfactant concentration and conductivity of solvent. The observed dependence is well-described quantitatively by the equivalent electric circuit of the sponge structure, including the effect of accumulation of ions at the interface between water and membrane. In the lamellar phase, there is little dependence of dielectric relaxation on surfactant concentration. This is presumably due to the fact that submicrometer-sized defects play a more important role in the electrical property in this phase than the lamellar structure in smaller length scales does. Our results offer some basic information to study more complicated systems composed of charged membranes in aqueous solution.

    DOI: 10.1103/PhysRevE.67.061505

  • Electrophoretic microrheology in a dilute lamellar phase of a nonionic surfactant 査読

    Daisuke Mizuno, Yasuyuki Kimura, Reinosuke Hayakawa

    Physical Review Letters   87 ( 8 )   88104 - 1-88104-4   2001年8月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    We measured the complex electrophoretic mobility μ*(ω) of nanometer-sized particles dispersed in a lyotropic lamellar phase, and observed two relaxation processes corresponding to the two characteristic lengths of lamellar structure. Faster relaxation is caused by the distortion field of lamellar phase induced by the colloidal particles, and slower relaxation is presumably due to the defects in lamellar structure. Since the dynamic transport property is strongly influenced by the microscopic circumstances as shown in this paper, this method is referred to as electrophoretic microrheology.

    DOI: 10.1103/PhysRevLett.87.088104

  • Electrophoretic Microrheology in a Dilute Lamellar Phase of a Nonionic Surfactant

    Daisuke Mizuno, Yasuyuki Kimura, Reinosuke Hayakawa

    Physical Review Letters   87 ( 8 )   2001年8月

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    記述言語:その他   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1103/physrevlett.87.088104

  • Measurement of liquid surface properties by laser-induced surface deformation spectroscopy

    K. Sakai, D. Mizuno, K. Takagi

    Physical Review E   63 ( 4 )   2001年3月

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    記述言語:その他   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1103/physreve.63.046302

  • Dynamic Electrophoretic Mobility of Colloidal Particles Measured by the Newly Developed Method of Quasi-elastic Light Scattering in a Sinusoidal Electric Field

    D. Mizuno, Y. Kimura, R. Hayakawa

    Langmuir   16 ( 24 )   9547 - 9554   2000年11月

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    記述言語:その他   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1021/la000821h

  • New Measurement Method of Complex Electrophoretic Mobility of Charged Colloids by Quasi-Elastic Light Scattering

    Daisuke Mizuno, Yasuyuki Kimura, Reinosuke Hayakawa

    Japanese Journal of Applied Physics   39 ( Part 2, No. 11B )   L1197 - L1199   2000年11月

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    記述言語:その他   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1143/jjap.39.l1197

  • Observation of Slow Dynamics on a Liquid Surface by Time-Resolved Ripplon Light-Scattering Spectroscopy

    D. Mizuno, K. Hattori, N. Sakamoto, K. Sakai, K. Takagi

    Langmuir   16 ( 2 )   643 - 648   2000年1月

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    記述言語:その他   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1021/la9903954

  • Dynamic measurement of surface properties with Ripplon spectroscopy 招待 査読 国際誌

    Mizuno, D (Mizuno, D); Hattori, K (Hattori, K); Sakai, K (Sakai, K); Takagi, K (Takagi, K)

    1998 IEEE ULTRASONICS SYMPOSIUM - PROCEEDINGS, VOLS 1 AND 2   1121 - 1124   1900年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

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書籍等出版物

  • 【「マイクロレオロジー」】多重feedback制御されたマイクロレオロジーによる生体試料計測

    西澤 賢治, 水野 大介

    (公社)日本油化学会  2023年9月 

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    記述言語:日本語  

    光トラップとレーザー干渉法を用いたマイクロレオロジー(MR)計測について解説する。生体試料は希少なことが多く,レオロジーの時空間スケール依存性も顕著であるためにMRが有効であるが,細胞のように揺らぎ(流動)が大きく,また,光によってダメージを受ける生体試料の計測は困難であった。私達は,プローブ粒子に加わる力とその位置をそれぞれfeedback制御するMR計測によって,生体試料を始めとするソフトマターの低侵襲かつ精密な力学計測を可能にした。本稿ではこの最新の手法について説明した後,計測例として細胞内部の線形粘弾性と外力誘起による細胞骨格の非線形揺らぎについて紹介する。(著者抄録)

  • 【「マイクロレオロジー」】多重feedback制御されたマイクロレオロジーによる生体試料計測

    西澤 賢治, 水野 大介

    (公社)日本油化学会  2023年9月 

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    記述言語:日本語  

    光トラップとレーザー干渉法を用いたマイクロレオロジー(MR)計測について解説する。生体試料は希少なことが多く,レオロジーの時空間スケール依存性も顕著であるためにMRが有効であるが,細胞のように揺らぎ(流動)が大きく,また,光によってダメージを受ける生体試料の計測は困難であった。私達は,プローブ粒子に加わる力とその位置をそれぞれfeedback制御するMR計測によって,生体試料を始めとするソフトマターの低侵襲かつ精密な力学計測を可能にした。本稿ではこの最新の手法について説明した後,計測例として細胞内部の線形粘弾性と外力誘起による細胞骨格の非線形揺らぎについて紹介する。(著者抄録)

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  • 【バイオマテリアルとレオロジー】細胞質と細胞骨格の複合系としての細胞内レオロジー

    江端 宏之, 水野 大介

    日本バイオマテリアル学会  2023年7月 

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    記述言語:日本語  

    細胞内部が周囲力学環境から受ける様々な応力と,細胞質内のモーターたんぱく質・酵素から受ける力により,どのように変形し流動するかを知るためには,細胞質のレオロジーを明らかにする必要がある.細胞内部は生体高分子ゲルとして振る舞う細胞骨格と,その間隙を埋めるリポソーム,たんぱく質や核酸からなる高濃度コロイド懸濁液からなる.これまで,細胞の機械的特性を調べる上で,細胞骨格が注目されてきたが,骨格間隙の細胞質レオロジーは未解明であった.本稿では,当研究グループにて得られた細胞質レオロジーについての知見を細胞内レオロジーの測定法と共に紹介する.(著者抄録)

  • 【バイオマテリアルとレオロジー】細胞質と細胞骨格の複合系としての細胞内レオロジー

    江端 宏之, 水野 大介

    日本バイオマテリアル学会  2023年7月    ISBN:9784924861695

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    記述言語:日本語  

    細胞内部が周囲力学環境から受ける様々な応力と,細胞質内のモーターたんぱく質・酵素から受ける力により,どのように変形し流動するかを知るためには,細胞質のレオロジーを明らかにする必要がある.細胞内部は生体高分子ゲルとして振る舞う細胞骨格と,その間隙を埋めるリポソーム,たんぱく質や核酸からなる高濃度コロイド懸濁液からなる.これまで,細胞の機械的特性を調べる上で,細胞骨格が注目されてきたが,骨格間隙の細胞質レオロジーは未解明であった.本稿では,当研究グループにて得られた細胞質レオロジーについての知見を細胞内レオロジーの測定法と共に紹介する.(著者抄録)

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  • 特集 生物物理学の進歩-生命現象の定量的理解へ向けて Ⅰ.分子レベル 生きている細胞の非平衡力学

    水野 大介, 杉野 裕次郎

    株式会社医学書院  2021年6月 

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    記述言語:その他  

    DOI: 10.11477/mf.2425201349

  • 実験医学 増刊 相分離 メカニズムと疾患

    水野大介、藤原誠、井口昇之、杉野裕次郎(担当:共著)

    羊土社  2021年6月 

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    担当ページ:第4章 解析技術 1. 液滴混み合い状態としての細胞内レオロジー   記述言語:日本語   著書種別:学術書

  • 相分離 : メカニズムと疾患 : “膜のないオルガネラ"はいかに機能するか? 神経変性疾患・ウイルス感染とどう関わるか?

    廣瀬, 哲郎, 加藤, 昌人, 中川, 真一

    羊土社  2021年6月 

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    担当ページ:総ページ数:221p   記述言語:日本語  

  • 生体の科学 Vol.72 No.3 2021年 06月号 特集 生物物理学の進歩——生命現象の定量的理解へ向けて

    水野大介、杉野裕次郎(担当:共著)

    医学書院  2021年6月 

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    担当ページ:生体の科学 Vol.72 No.3 2021年 06月号 特集 生物物理学の進歩——生命現象の定量的理解へ向けて ■Ⅰ.分子レベル 「生きている細胞の非平衡力学」   記述言語:日本語   著書種別:学術書

  • Cell Mechanochemistry. Biological Systems and Factors Inducing Mechanical Stress, Such as Light, Pressure and Gravity, Chapter 2

    Rommel G. Bacabac, Daisuke Mizuno, Gijsje H. Koenderink(担当:共著)

    Transworld Research Network  2010年10月 

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    記述言語:英語   著書種別:学術書

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講演・口頭発表等

  • Levy statistics and dynamics in active cytoskeletons 招待 国際会議

    Daisuke Mizuno

    2013 SPP Physics Congress  2013年10月 

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    開催年月日: 2013年10月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:University of San Carlos, Cebu city, Philippines   国名:フィリピン共和国  

  • Levy statistics and dynamics in active cytoskeletons 招待 国際会議

    Daisuke Mizuno

    Taiwan International Workshop on Biological Physics and Complex Systems (BioComplex-Taiwan-2013)  2013年7月 

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    開催年月日: 2013年7月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:台湾   国名:台湾  

  • Mechano-sensing and Active Cytoskeleton 招待 国際会議

    Daisuke Mizuno, R. G. Bacabac, D.A. Head and Christoph Schmidt

    inernational symposium on emchanobiology  2011年11月 

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    開催年月日: 2011年11月

    記述言語:その他   会議種別:口頭発表(一般)  

    国名:中華人民共和国  

  • Non-Gauss a-thermal fluctuations in active cytoskeletons 招待 国際会議

    Daisuke Mizuno, Heev Ayade

    Biological & Pharmaceutical Complex Fluids: New Trends in Characterizing Microstructure, Interactions & Properties An ECI Conference  2012年8月 

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    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:Tomar, Portugal   国名:ポルトガル共和国  

  • 揺動散逸定理を破る非平衡揺らぎの時空間構造 招待

    水野 大介

    第 17 回久保記念シンポジウム「ゆらぎのなかの構造」  2012年10月 

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    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:東京, 学士会館   国名:日本国  

  • 揺動散逸定理を破る生き物の非平衡揺らぎの統計分布 招待

    水野 大介

    第69回日本物理学会年次大会シンポジウム「動的ゆらぎの普遍法則」  2014年3月 

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    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    国名:日本国  

  • 濃厚コロイド懸濁液における混み合い由来のべき乗則緩和現象

    松岡亮佑, 井口昇之, 江端宏之, 池田昌司, 原雄介, 水野大介

    日本物理学会 第76回年次大会  2023年3月 

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    開催年月日: 2023年3月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    国名:日本国  

  • 遊走大腸菌濃厚懸濁液の非平衡レオロジー

    杉野裕次郎, 江端宏之, 曽和義幸, 水野大介

    日本物理学会 第76回年次大会  2023年3月 

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    開催年月日: 2023年3月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    国名:日本国  

  • 代謝依存的な細胞質の非平衡力学

    江端宏之, 水野大介

    日本物理学会 第76回年次大会  2023年3月 

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    開催年月日: 2023年3月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    国名:日本国  

  • 細胞内力学の理解に向けた遊走微生物系の物理計測

    濱田啓聖, 安部共法, 杉野裕次郎, 江端宏之, 曽和義幸, 水野大介

    日本物理学会 第76回年次大会  2023年3月 

     詳細を見る

    開催年月日: 2023年3月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    国名:日本国  

  • 局所的な外力印加下の濃厚コロイド懸濁液のマイクロレオロジー

    吉良和真, 荊原佳祐, 柳島大輝, 水野大介

    日本物理学会 第76回年次大会  2023年3月 

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    開催年月日: 2023年3月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    国名:日本国  

  • 限界安定性が混み合い系のレオロジーに与える影響

    原雄介, 松岡亮佑, 江端宏之, 水野大介, 池田昌司

    日本物理学会 第76回年次大会  2023年3月 

     詳細を見る

    開催年月日: 2023年3月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    国名:日本国  

  • 微生物が遊走する高分子・コロイド懸濁系の非平衡ダイナミクス

    安部共法, 濱田啓聖, 杉野裕次郎, 江端宏之, 水野大介

    第127回日本物理学会九州支部例会  2022年12月 

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    開催年月日: 2022年12月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    国名:日本国  

  • 代謝抑制が誘導する細胞質粘弾性のエイジング現象

    田尾優樹, 江端宏之, 水野大介

    第127回日本物理学会九州支部例会  2022年12月 

     詳細を見る

    開催年月日: 2022年12月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    国名:日本国  

  • 濃厚バクテリア懸濁液の非平衡レオロジー

    杉野裕次郎, 江端宏之, 曽和義幸, 水野大介

    2022 ソフトマター研究会  2022年11月 

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    開催年月日: 2022年11月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    国名:日本国  

  • 代謝依存点細胞骨格非依存の細胞質レオロジー特性

    江端宏之, 水野大介

    2022 ソフトマター研究会  2022年11月 

     詳細を見る

    開催年月日: 2022年11月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    国名:日本国  

  • Critical Jamming and gel rheology of droplet suspensions in living cells 招待

    水野大介

    第60回 生物物理学会年会  2022年10月 

     詳細を見る

    開催年月日: 2022年10月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

    国名:日本国  

  • 濃厚バクテリア懸濁液のアクティブレオロジー

    杉野裕次郎, 江端宏之, 水野大介

    第70回レオロジー討論会  2022年10月 

     詳細を見る

    開催年月日: 2022年10月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    国名:日本国  

  • Critical Jamming and gel rheology of droplet suspensions in living cells 招待 国際会議

    水野大介

    25 th Anniversary Symposium for German-Japanese Non-Equilibrium Statistical Physics  2022年9月 

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    開催年月日: 2022年9月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

    国名:日本国  

  • アクティブな濃厚懸濁系としての細胞質レオロジー

    水野大介, 松岡亮佑, 井口昇之, 杉野裕次郎

    日本物理学会 2022年秋季大会  2022年9月 

     詳細を見る

    開催年月日: 2022年9月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    国名:日本国  

  • 濃厚エマルジョンにおけるこみあい由来の粘弾性緩和挙動

    松岡亮佑, 井口昇之, 江端宏之, 池田昌司, 水野大介

    日本物理学会 2022年秋季大会  2022年9月 

     詳細を見る

    開催年月日: 2022年9月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    国名:日本国  

  • 基材弾性率により形態制御された細胞の細胞質流動特性

    江端宏之, 水野大介

    日本物理学会 2022年秋季大会  2022年9月 

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    開催年月日: 2022年9月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    国名:日本国  

  • Glassy cytoplasm driven by non-thermal forces 国際会議

    西澤賢治, 水野大介

    Soft Matter Physics: from the perspective of the essential heterogeneity  2018年12月 

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    開催年月日: 2020年4月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:九州大学西新プラザ   国名:日本国  

  • Optical trap and laser interferometry in living cells

    Daisuke Mizuno, Umeda Katsuhiro, Sugino Yujiro, Kenji Nishizawa

    Biomedical Imaging and Sensing Conference 2019, BISC 2019  2019年1月 

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    開催年月日: 2019年4月

    記述言語:英語  

    開催地:Yokohama   国名:日本国  

    Mechanics of living cell interior are governed by cytoskeletons and cytosol. They are extraordinarily heterogeneous and their physical properties are strongly affected by the internally generated forces. In order to understand the out-ofequilibrium mechanics, we have developed a method of microrheology using laser interferometry and optical trapping technology. This method allowed us to probe mechanics and dynamics in living cells with a high spatio-temporal resolution. Microscopic probes in cells are stably trapped in the presence of vigorous cytoplasmic fluctuations, by employing smooth 3D feedback of a piezo-actuated sample stage. To interpret the data, we present a theory that adapts the fluctuation-dissipation theorem (FDT) to out-of-equilibrium systems. We discuss the interplay between material properties and non-thermal force fluctuations in the living cells that we quantify through the violations of the FDT.

  • Non-Gaussian limit fluctuations in active swimmer suspensions 招待 国際会議

    T. Kurihara, Y. Ando, I. Zaid and D. Mizuno

    American Physical Society  2019年3月 

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    開催年月日: 2019年3月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:ボストン アメリカ   国名:日本国  

  • Non-Gaussian limit fluctuations in active swimmer suspensions 国際会議

    D. Mizuno

    Soft Matter Physics: from the perspective of the essential heterogeneity  2018年12月 

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    開催年月日: 2018年12月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:九州大学西新プラザ   国名:日本国  

  • Mechanical activity induces fragile to strong transition of glassy cytoplasm in living cells 国際会議

    K. Nishizawa, D. Mizuno

    8th World Congress of Biomechanics  2020年4月 

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    開催年月日: 2018年7月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:ダブリン アイルランド   国名:アイルランド  

  • Universal glass-forming behavior of in vitro and living cytoplasm ~its similarity to droplet suspensions?~ 国際会議

    D. Mizuno

    EMBO | EMBL Symposium: Cellular Mechanisms Driven by Liquid Phase Separation  2018年5月 

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    開催年月日: 2018年5月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:ハイデルベルグ ドイツ   国名:ドイツ連邦共和国  

  • Enhanced Viscosity of the Cytoplasm at the Later Stage 国際会議

    F. Esterik, M. Ikenaga, H. Niwa, D. Mizuno

    8th World Congress of Biomechanics  2020年4月 

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    開催年月日: 2018年4月 - 2020年7月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:ダブリン アイルランド   国名:日本国  

  • Non-Gauss athermal fluctuations in Bacterial bath 国際会議

    水野 大介, 有留真人, 栗原喬, Heev Ayade, Irwin zaid

    58th annual meeting of Biophysical Society  2014年2月 

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    開催年月日: 2014年2月

    記述言語:英語  

    開催地:Moscone Convention Center, San Francisco, USA   国名:アメリカ合衆国  

  • Athermal Fluctuations of Probe Particles in Active Cytoskeletal Network 国際会議

    Daisuke Mizuno, Heev Ayade, Irwin Zaid

    58th annual meeting of Biophysical Society  2014年2月 

     詳細を見る

    開催年月日: 2014年2月

    記述言語:英語  

    開催地:oscone Convention Center, San Francisco, USA   国名:アメリカ合衆国  

  • Non-Gauss athermal fluctuations in Bacterial bath 国際会議

    Daisuke Mizuno, Masato Aridome, takasi kurihara, Heev Ayade, Irwin Zaid

    KITP conference "Active Processes in Living and Nonliving Matter"  2014年2月 

     詳細を見る

    開催年月日: 2014年2月

    記述言語:英語  

    開催地:Kavli Institute for Theoretical Physics, University of California, Santa Barbara, USA   国名:アメリカ合衆国  

  • Athermal Fluctuations of Probe Particles in Active Cytoskeletal Network 国際会議

    Daisuke Mizuno, Irwin Zaid

    KITP conference "Active Processes in Living and Nonliving Matter"  2014年2月 

     詳細を見る

    開催年月日: 2014年2月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:Kavli Institute for Theoretical Physics, University of California, Santa Barbara, USA   国名:アメリカ合衆国  

  • Levy statistics and dynamics in active cytoskeletons 招待 国際会議

    Daisuke Mizuno

    15th SPVM National Physics Conference in Davao  2013年10月 

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    開催年月日: 2013年10月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:Davao City, Philippines   国名:日本国  

  • Microrheology study of crowding effects on cell mechanics 国際会議

    Daisuke Mizuno, Kenji Nishizawa, Miho Yanagisawa, Kei Fujiwara

    International Soft Matter Conference  2013年9月 

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    開催年月日: 2013年9月

    記述言語:英語  

    開催地:Rome, Italy   国名:イタリア共和国  

  • Levy statistics and dynamics in active cytoskeletons 国際会議

    Daisuke Mizuno, Heev Ayade, Irwin Zaid

    International Soft Matter Conference  2013年9月 

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    開催年月日: 2013年9月

    記述言語:英語  

    国名:イタリア共和国  

  • Laser trapping and laser interferometry for high-bandwidth micromechanical probing of biomaterials

    Daisuke Mizuno, M. Atakhorrami, K. M. Addas, J. X. Tang, G. H. Koenderink, F. C. MacKintosh, C. F. Schmidt

    Asia Optical Fiber Communication and Optoelectronic Exposition and Conference, AOE 2008  2008年1月 

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    開催年月日: 2008年10月 - 2008年11月

    記述言語:英語  

    開催地:Shanghai   国名:中華人民共和国  

    We present techniques based on optical trapping of micron-sized particles as probes and detecting their motion with sub-nanometer accuracy at 100 kHz bandwidth that can measure viscoelastic properties of biomaterials and cells on micrometer scales.

  • Linear and nonlinear laser-trapping microrheology

    C. F. Schmidt, D. Mizuno

    Optical Trapping and Optical Micromanipulation IV  2007年12月 

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    開催年月日: 2007年8月

    記述言語:英語  

    開催地:San Diego, CA   国名:アメリカ合衆国  

    We have developed a high-bandwidth technique for active 2-particle microrheology (AMR) with which we can probe linear and nonlinear responses of soft materials. Micron-sized colloidal probe particles are driven by an oscillating optical trap, and the resulting correlated motions of neighboring particles are detected by laser interferometry. Lock-in detection at the driving frequency and at its second harmonic makes it possible to measure the linear and the non-linear response of the embedding medium at the same time. We demonstrate the sensitivity of the method by detecting a second-harmonic response in water which is of purely geometric origin and which can be fully understood within linear hydrodynamics.

  • Dynamics of nano-sized colloidal particles in a lyotropic lamellar phase

    Yasuyuki Kimura, Daisuke Mizuno

    3rd International Symposium on Slow Dynamics in Complex Systems  2004年4月 

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    開催年月日: 2003年11月

    記述言語:英語  

    開催地:Sendai   国名:日本国  

    Transport of nano-sized colloidal particles in a dilute lyotropic lamellar phase of a nonionic surfactant has been studied by AC electrophoretic light scattering. The frequency dispersion of complex electrophoretic mobility shows two relaxation processes at about 1kHz (HF relaxation) and a few Hz (LF relaxation). These relaxations are originated from the hindrance of diffusion of particles in characteristic local structures of lamellar phase. The HF relaxation is found to relate the local deformation of membranes induced by particles. The LF one relates the confinement of a particle within persistence length of lamellar orientation.

  • Dynamic measurement of surface properties with Ripplon spectroscopy

    D. Mizuno, K. Hattori, K. Sakai, K. Takagi

    Proceedings of the 1998 International Ultrasonics Symposium  1998年12月 

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    開催年月日: 1998年10月

    記述言語:英語  

    開催地:Sendai, Miyagi, Jpn   国名:その他  

    Ripplon light scattering technique was applied for the investigation of the mechanical properties of the surface of surfactant solution. The velocity and damping constant of the ripplon were measured for decyl-alcohol solution under periodical modulation of the surface area and the dynamic surface tension was obtained in the frequency range of 10-3-10-1 Hz. The relaxation of surface elasticity due to the adsorption and desorption of the surfactant molecules was successfully observed.

  • 25aXA-11 複素電気泳動易動度スペクトロスコピーを用いたコロイド分散系のキャラクタリゼーション

    水野 大介, 木村 康之, 早川 禮之助

    日本物理学会講演概要集  2000年9月 

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    記述言語:日本語  

    国名:日本国  

    Wide Band Spectroscopy of Complex Electrophoretic Mobility in Colloidal Suspension

  • 21pVA-4 生きた細胞(骨格)の非平衡動力学(21pVA 領域11シンポジウム:非平衡ゆらぎ,領域11(統計力学,物性基礎論,応用数学,力学,流体物理))

    水野 大介

    日本物理学会講演概要集  2008年8月 

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    記述言語:日本語  

    国名:日本国  

    21pVA-4 Nonequilibrium mechanics and dynamics of active cytoskeletons

  • 30pVC-1 細胞牽引力の力学変換過程(30pVC 生物物理,領域12(ソフトマター物理,化学物理,生物物理))

    水野 大介, Bacabac R. G., Tardin C., Head D. A., Schmidt C. F.

    日本物理学会講演概要集  2009年3月 

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    記述言語:日本語  

    国名:日本国  

    30pVC-1 High resolution probing of active cellular traction

  • 28pVC-16 生きた細胞骨格の非平衡揺らぎ(28pVC 生物物理,領域12(ソフトマター物理,化学物理,生物物理))

    豊田 聖啓, 木下 英, 坂本 隼人, 木村 康之, Scmidt C. F., 水野 大介

    日本物理学会講演概要集  2009年3月 

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    記述言語:日本語  

    国名:日本国  

    28pVC-16 Non-equilibrium fluctuation in active cytoskeltons

  • 26pPSA-42 生きた細胞骨格の非平衡揺らぎ(領域12ポスターセッション,領域12,ソフトマター物理,化学物理,生物物理)

    豊田 聖啓, 木下 英, 山本 直樹, 坂本 隼人, 木村 康之, Schmidt C. F., 水野 大介

    日本物理学会講演概要集  2009年8月 

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    記述言語:日本語  

    国名:日本国  

    26pPSA-42 Non-equilibrium fluctuation in active cytoskeltons

  • Non-Gauss athermal fluctuations in active cytoskeletons 招待

    Daisuke Mizuno

    The 50th Annual Meeting of the BSJ,Symposium “Living matter far from equilibrium: from DNA to cytoskeletons and cells”  2012年9月 

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    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:Nagoya   国名:日本国  

  • 力生成する細胞(骨格)が示す非平衡揺らぎの統計分布 招待

    水野 大介

    第2回ソフトマター研究会  2012年9月 

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    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:福岡   国名:日本国  

  • 24aZD-1 コロイド結晶の揺らぎのダイナミックス

    磯野 洋, 小俣 一由, 水野 大介, 木村 康之, 早川 禮之助

    日本物理学会講演概要集  2000年3月 

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    記述言語:日本語  

    国名:日本国  

    Dynamics of the fluctuation in colloidal crystals

  • 1AD09 非イオン性界面活性剤スポンジ相における2分子膜のダイナミックス

    木村 康之, 水野 大介, 大泉 淳一, 早川 禮之助

    液晶討論会講演予稿集  1997年9月 

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    記述言語:日本語  

    国名:日本国  

    We have studied the sponge phase (L_3) of binary mixture of C_<12>E_5 and water by the dynamic light scattering technique. At the concentration above 2w&#37;, an almost single relaxation related with the cooparative diffusion of membranes is detected. The dynamic correlation lengh is evaluated from the diffusion constant to be a little larger than that obtained for the L_α phase. At the concentration below 2w&#37;, we can find the crossover behavior Γ∝q^2 to Γ∝q^3 in the dispersion relation between the inverse correlation time Γ and the scattering wavenumber q.

  • 24aZD-2 交流電場下での荷電コロイド粒子のダイナミックス

    水野 大介, 木村 康之, 早川 禮之助

    日本物理学会講演概要集  2000年3月 

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    記述言語:日本語  

    国名:日本国  

    A.C. Electrophoresis of charged colloidal particles

  • 物理化学的解析から探るアミロイド・ゲルの構造ダイナミクス 生細胞内における液滴の重大なジャミングとゲルのレオロジー(Critical Jamming and gel rheology of droplet suspensions in living cells)

    Mizuno Daisuke

    生物物理  2022年8月  (一社)日本生物物理学会

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    記述言語:英語  

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MISC

  • 細胞の力学知覚の物理メカニズム

    水野大介, 中益朗子

    2011年4月

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    記述言語:その他  

  • 細胞骨格の非平衡揺らぎと力学特性

    水野大介

    2011年4月

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    記述言語:日本語  

  • 【「マイクロレオロジー」】多重feedback制御されたマイクロレオロジーによる生体試料計測

    西澤 賢治, 水野 大介

    オレオサイエンス   23 ( 9 )   491 - 498   2023年9月   ISSN:1345-8949

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:(公社)日本油化学会  

    光トラップとレーザー干渉法を用いたマイクロレオロジー(MR)計測について解説する。生体試料は希少なことが多く,レオロジーの時空間スケール依存性も顕著であるためにMRが有効であるが,細胞のように揺らぎ(流動)が大きく,また,光によってダメージを受ける生体試料の計測は困難であった。私達は,プローブ粒子に加わる力とその位置をそれぞれfeedback制御するMR計測によって,生体試料を始めとするソフトマターの低侵襲かつ精密な力学計測を可能にした。本稿ではこの最新の手法について説明した後,計測例として細胞内部の線形粘弾性と外力誘起による細胞骨格の非線形揺らぎについて紹介する。(著者抄録)

  • 【バイオマテリアルとレオロジー】細胞質と細胞骨格の複合系としての細胞内レオロジー

    江端 宏之, 水野 大介

    バイオマテリアル-生体材料-   41 ( 3 )   234 - 239   2023年7月   ISSN:1347-7080

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:日本バイオマテリアル学会  

    細胞内部が周囲力学環境から受ける様々な応力と,細胞質内のモーターたんぱく質・酵素から受ける力により,どのように変形し流動するかを知るためには,細胞質のレオロジーを明らかにする必要がある.細胞内部は生体高分子ゲルとして振る舞う細胞骨格と,その間隙を埋めるリポソーム,たんぱく質や核酸からなる高濃度コロイド懸濁液からなる.これまで,細胞の機械的特性を調べる上で,細胞骨格が注目されてきたが,骨格間隙の細胞質レオロジーは未解明であった.本稿では,当研究グループにて得られた細胞質レオロジーについての知見を細胞内レオロジーの測定法と共に紹介する.(著者抄録)

  • 非熱的なゆらぎが分子モニターキネシンを加速させる

    有賀 隆行, 立石 圭人, 富重 道雄, 水野 大介

    生物物理   63 ( 2 )   86 - 90   2023年3月   ISSN:0582-4052

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:(一社)日本生物物理学会  

    細胞内小胞を輸送するキネシン(KS)は、熱ゆらぎ(TF)を利用して効率的な一方向性輸送を行っているとされてきた。しかし、それらの動きにおけるKSの仕事/散逸率をin vitroで測定した結果、予期していたより遥かに低率であった。そこで著者らは、KSの働きはin vitroよりも、生きた細胞内環境下で最適化されるという仮説を立て、真核細胞内で自発的に生み出される非熱的ゆらぎ(NTF)に着目し、KSに細胞内環境を模倣しNTFを与えた結果、KSが加速し、KSの加速現象はゆらぎの周波数に強く依存するという新たな知見を得た。

所属学協会

  • 日本物理学会

  • 細胞生物学会

  • 生物物理学会

  • 生物物理学会

  • 高分子学会

  • 高分子学会

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  • 細胞生物学会

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  • 生物物理学会

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  • 生物物理学会

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  • 日本物理学会

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委員歴

  • 九州大学   中央分析センター委員会  

    2020年4月 - 2023年4月   

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    団体区分:その他

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  • 九州大学   奨学金資格検討委員  

    2020年4月 - 2023年4月   

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    団体区分:その他

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  • 九州大学   労働衛生・安全専門委員会  

    2020年4月 - 2023年4月   

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    団体区分:その他

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  • 九州大学   広報委員長  

    2019年4月 - 2023年4月   

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    団体区分:その他

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  • 九州支部会委員   九州支部会委員   国内

    2011年9月 - 2012年9月   

学術貢献活動

  • その他

    第119回日本物理学会九州支部例会  ( Japan Japan ) 2013年11月

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    種別:大会・シンポジウム等 

  • Other 国際学術貢献

    Self-organization and Emergent Dynamics in Active Soft Matter  ( Yukawa Insititute for Theoretical Physics, Kyoto University Japan Japan ) 2013年2月

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    種別:大会・シンポジウム等 

  • Other 国際学術貢献

    Self-organization and Emergent Dynamics in Active Soft Matterhtml  ( Panasonic Auditorium, Yukawa Hall, Yukawa Insititute for Theoretical Physics, Kyoto University Japan Japan ) 2013年2月

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    種別:大会・シンポジウム等 

  • その他

    第118回日本物理学会九州支部例会  ( Japan Japan ) 2012年12月

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    種別:大会・シンポジウム等 

  • 日本生物物理学会誌

    2012年4月 - 2014年3月

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    種別:学会・研究会等 

  • その他

    日本物理学会 第67回会 年次大会  ( 関西学院大学 西宮上ケ原キャンパス Japan ) 2012年3月

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    種別:大会・シンポジウム等 

  • その他

    •第117回日本物理学会九州支部例会  ( Japan Japan ) 2011年12月

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    種別:大会・シンポジウム等 

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共同研究・競争的資金等の研究課題

  • 人工細胞質を活性化させるメソ非平衡動力学の研究

    研究課題/領域番号:24K21535  2024年6月 - 2026年3月

    科学研究費助成事業  挑戦的研究(萌芽)

    水野 大介

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    資金種別:科研費

    細胞内は様々な生体分子で溢れており、代謝が停止するとガラス化する。本研究では、細胞内の非平衡プロセスを模倣する人工細胞質の作製と、その中でのメソスケールの非平衡動力学の観察を行う。具体的には、半透膜を使用して外部環境とエネルギー物質や代謝産物の交換を行いながら、混雑状態と代謝環境を保つ人工細胞質を作製する。この細胞質内での非熱的な揺動やレオロジーの計測とモータータンパク質の1分子計測を通じて、メソスケールの非平衡動力学が、細胞内の生体分子機械が効果的に動作する理由を調べる。本研究は、ミクロな分子レベルではなく、メソスケールの非平衡動力学の観点で、生命の理解を深める。

    CiNii Research

  • 臨界までアクティブ流動化する混み合い非平衡系の物理計測

    研究課題/領域番号:24K00601  2024年4月 - 2027年3月

    科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    水野 大介

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    資金種別:科研費

    混み合っているにもかかわらず代謝が活発に行われる細胞質は流動化し、代謝を担う生体高分子機械はそうした非平衡環境に適応している。最近になって、流動化と代謝活動が非熱的な揺らぎを介して互いに促進しあう結果、細胞質は非平衡系に特有の臨界的な揺らぎとレオロジーを示すことが分かって来た。本研究では、培養細胞や独自に開発した細胞質モデルにおいて、熱揺らぎとは異なる統計的な偏りや時空間相関を示す非熱的揺らぎとレオロジーの関係性を詳細に調べる。これにより、何故僅かなエネルギーしか持たない非熱的な揺らぎが系の物性を大幅に変えるのか?近年発展しつつあるアクティブな混み合い系の物理学の観点から明らかにする。

    CiNii Research

  • 細胞質中の非熱揺らぎの実態とその有用性の情報熱力学解析

    研究課題/領域番号:22H04848  2022年 - 2023年

    日本学術振興会・文部科学省  科学研究費助成事業  新学術領域研究

    水野 大介

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    担当区分:研究代表者  資金種別:科研費

    混み合い環境のもとで生体分子機械が稼働すると、非熱的な揺らぎが生じて細胞質は非平衡状態となる。また、モーター蛋白質の方向性運動が非熱揺らぎの印加により加速する。したがって、生体分子機械が主導する細胞内部の代謝活動が、非熱的な揺らぎによって物理的に活性化される可能性がある。この仮説を実証するために、本研究では半透膜を介して外部環境とエネルギー物質や代謝生成物の交換を行うことで、生体試料の代謝回転を長期間維持できる装置(代謝維持装置)を開発する。代謝活動を制御しつつマイクロレオロジー計測を行い、非熱揺らぎが媒質の構造緩和や生体分子機能の活性化を促すメカニズムを解明する。

    CiNii Research

  • 細胞質中の非熱揺らぎの実態とその有用性の情報熱力学解析

    2022年 - 2023年

    科学研究費補助金 (文部科学省)

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    担当区分:研究代表者  資金種別:受託研究

  • 非熱揺らぎの時空間スペクトル解析に基づく細胞質の非平衡挙動の解明

    研究課題/領域番号:21H01048  2021年 - 2023年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    水野 大介

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    担当区分:研究代表者  資金種別:科研費

    細胞内の体高分子機械は、希薄なin vitro系よりも細胞内の混み合い環境の下で最適に稼働する。本研究では、生体高分子機械の稼働速度やエネルギー効率に対して、周囲媒質の“非平衡性”が及ぼす影響に着目して、この謎の解明に貢献する。
    混み合い環境のもとで稼働する生体高分子機械は、周囲媒質との相互作用の下で非熱的な揺らぎを生み出す。非熱揺らぎの増大に伴って細胞質の流動が促進され、生体高分子機械の働きが亢進する。他方で、細胞内における非熱的な揺らぎは、系の熱力学温度を全く変えない程度の僅かなエネルギーしか持たない。本研究では、非熱的な揺らぎが細胞の挙動に影響する機序を非平衡統計学の観点から明らかにする。

    CiNii Research

  • 非熱揺らぎの時空間スペクトル解析に基づく細胞質の非平衡挙動の解明

    2021年 - 2023年

    科学研究費補助金 (文部科学省)

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    資金種別:受託研究

  • 非平衡系のガラス・ジャミング転移

    研究課題/領域番号:20H00128  2020年4月 - 2024年3月

    科学研究費助成事業  基盤研究(A)

    宮崎 州正, 池田 昌司, 川崎 猛史, 水野 大介, 吉野 元, 竹内 一将

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    資金種別:科研費

    液体が低温で結晶状に固まる現象は相転移としてよく理解されているが、液体が低温でアモルファス状に固まるガラス転移は、未だによく理解されていない。相転移であれば秩序の変化を伴うはずだが、アモルファス固体の中にそれがはっきりと見えないのである。このガラスに隠れているに違いない秩序を探すために、我々は、ガラスを変形させるなど、あえて非平衡状態に置くことを考える。系が熱平衡状態から大きくずれると、より低温・高圧力の領域の探索が容易になったり、ランダムな秩序を検出しやすくなるからである。我々の研究は、ガラス転移の本質的理解に資するだけでなく、ガラスの応用の裾野を広げる可能性を秘めている。

    CiNii Research

  • 非平衡系のガラス・ジャミング転移

    2020年 - 2023年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(A)

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    担当区分:研究分担者  資金種別:科研費

  • 揺動散逸定理の破れと非ガウス性解析に基づく非熱的揺らぎの有用性評価

    研究課題/領域番号:20H05536  2020年 - 2021年

    日本学術振興会・文部科学省  科学研究費助成事業  新学術領域研究

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    担当区分:研究代表者  資金種別:科研費

  • 揺動散逸定理の破れと非ガウス性解析に基づく非熱的揺らぎの有用性評価

    研究課題/領域番号:20H05536  2020年 - 2021年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(B)

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    担当区分:研究代表者  資金種別:科研費

  • フィードバックと補償光学を用いた細胞内粒子の光捕捉操作とレーザー干渉計測

    2019年

    新分野創成センター先端光科学研究分野 プロジェクト

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    担当区分:研究代表者  資金種別:受託研究

  • 代謝依存的にガラス形成する細胞質のマイクロレオロジー

    研究課題/領域番号:18H01189  2018年 - 2020年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(B)

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    担当区分:研究代表者  資金種別:科研費

  • 補償光学を用いた生体組織の力学計測

    2018年

    新分野創成センター先端光科学研究分野 プロジェクト

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    担当区分:研究代表者  資金種別:受託研究

  • ”活きの良さ”に基づく幹細胞分化と癌悪性化の非平衡力学研究

    2017年

    QRプログラム ワカバチャレンジ

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    担当区分:研究代表者  資金種別:学内資金・基金等

  • アクティブなゆらぎ環境下での生体分子モーターキネシンの1分子運動解析

    研究課題/領域番号:15K05248  2015年 - 2018年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(C)

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    資金種別:科研費

  • 「ゆらぎと構造の協奏:非平衡系における普遍法則の確立」のための国際活動支援

    研究課題/領域番号:15K21724  2015年 - 2017年

    日本学術振興会・文部科学省  科学研究費助成事業  新学術領域研究

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    資金種別:科研費

  • フィードバックマイクロレオロジーによる細胞力学の観測

    研究課題/領域番号:15H03710  2015年 - 2017年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(C)

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    資金種別:科研費

  • フィードバックマイクロレオロジーによる細胞力学の観測

    研究課題/領域番号:15H03710  2015年 - 2017年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(B)

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    担当区分:研究代表者  資金種別:科研費

  • 力と力学特性による細胞競合メカニズム

    研究課題/領域番号:15H01494  2015年 - 2016年

    日本学術振興会・文部科学省  科学研究費助成事業  新学術領域研究

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    担当区分:研究代表者  資金種別:科研費

  • 力と力学特性による細胞競合メカニズム

    研究課題/領域番号:15H01494  2015年 - 2016年

    日本学術振興会・文部科学省  科学研究費助成事業  新学術領域研究

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    担当区分:研究代表者  資金種別:科研費

  • 非熱的に駆動されたバイオマターの非平衡動力学

    研究課題/領域番号:25103011  2013年 - 2017年

    日本学術振興会・文部科学省  科学研究費助成事業  新学術領域研究

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    資金種別:科研費

  • 細胞集団が形成する組織の非線形・非平衡メカニクスと自発生成力の観測

    研究課題/領域番号:25127712  2013年 - 2014年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(C)

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    資金種別:科研費

  • 細胞集団が形成する組織の非線形・非平衡メカニクスと自発生成力の観測

    研究課題/領域番号:25127712  2013年 - 2014年

    日本学術振興会・文部科学省  科学研究費助成事業  新学術領域研究

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    担当区分:研究代表者  資金種別:科研費

  • 多粒子光トラップによる神経細胞の軸索伸長の制御とその特異性の起源の解明

    研究課題/領域番号:24657105  2012年 - 2014年

    科学研究費助成事業  挑戦的萌芽研究

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    担当区分:研究代表者  資金種別:科研費

  • 多粒子光トラップによる神経細胞の軸索伸長の制御とその特異性の起源の解明

    研究課題/領域番号:24657105  2012年 - 2013年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(C)

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    資金種別:科研費

  • 細胞内部の非平衡力学に基づく非熱的揺動力の計測

    研究課題/領域番号:23684036  2011年 - 2012年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(C)

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    資金種別:科研費

  • 生体ソフトマターの非平衡力学計測

    研究課題/領域番号:21015024  2009年 - 2010年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(C)

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    資金種別:科研費

  • 生きものの力学物性を支配する非平衡統計力学

    研究課題/領域番号:20684018  2008年 - 2010年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(C)

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    資金種別:科研費

  • 細胞内応力分布の高分解能計測による細胞の非平衡動力学の解明

    研究課題/領域番号:19840040  2007年 - 2008年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(C)

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    資金種別:科研費

  • 複雑流体中における生体1分子の動的機能計測と、そのマイクロフローシステムへの応用

    研究課題/領域番号:03J10486  2003年 - 2004年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(C)

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    資金種別:科研費

  • 単一粒子計測による3次元プローブ顕微鏡の開発

    研究課題/領域番号:01J05349  2001年 - 2002年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(C)

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    資金種別:科研費

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教育活動概要

  • 基幹教育・専門教育の講義・実験科目
    および、研究生・大学院生指導

担当授業科目

  • 生物物理学B

    2024年12月 - 2025年2月   冬学期

  • 生物物理学(R2以前入学者用)

    2024年10月 - 2025年3月   後期

  • 生物物理学A

    2024年10月 - 2024年12月   秋学期

  • 電磁気学Ⅰ・同演習

    2024年4月 - 2024年9月   前期

  • 力学基礎

    2024年4月 - 2024年9月   前期

  • 生物物理学B

    2023年12月 - 2024年2月   冬学期

  • 物理学入門ⅡB

    2023年12月 - 2024年2月   冬学期

  • 物理学入門Ⅱ(R2以前入学者用)

    2023年10月 - 2024年3月   後期

  • 物理学特別講義13

    2023年10月 - 2024年3月   後期

  • 生物物理学

    2023年10月 - 2024年3月   後期

  • 生物物理学A

    2023年10月 - 2023年12月   秋学期

  • 物理学入門ⅡA

    2023年10月 - 2023年12月   秋学期

  • 電磁気学Ⅰ・同演習

    2023年4月 - 2023年9月   前期

  • 力学基礎

    2023年4月 - 2023年9月   前期

  • 生物物理学

    2022年10月 - 2023年3月   後期

  • 電磁気学Ⅰ・同演習

    2022年4月 - 2022年9月   前期

  • 力学基礎

    2022年4月 - 2022年9月   前期

  • 物理学実験

    2021年10月 - 2022年3月   後期

  • 生物物理学

    2021年10月 - 2022年3月   後期

  • 物理学実験

    2021年4月 - 2021年9月   前期

  • 電磁気学Ⅰ・同演習

    2021年4月 - 2021年9月   前期

  • 生物物理学

    2020年10月 - 2021年3月   後期

  • 物理学特別講義16

    2020年10月 - 2021年3月   後期

  • 生物物理学

    2020年10月 - 2021年3月   後期

  • 物理学特別講義16

    2020年10月 - 2021年3月   後期

  • 基幹物理学Ⅱ

    2020年4月 - 2020年9月   前期

  • 基幹物理学Ⅱ

    2020年4月 - 2020年9月   前期

  • 生物物理学

    2019年10月 - 2020年3月   後期

  • 物理学実験

    2019年10月 - 2020年3月   後期

  • 生物物理学

    2019年10月 - 2020年3月   後期

  • 基幹物理学Ⅱ

    2019年4月 - 2019年9月   前期

  • 基幹物理学Ⅱ

    2019年4月 - 2019年9月   前期

  • 物理学実験

    2019年4月 - 2019年9月   前期

  • 生物物理学(物理学特別講義C)

    2018年10月 - 2019年3月   後期

  • 物理学実験

    2018年10月 - 2019年3月   後期

  • 基幹物理学Ⅱ

    2018年4月 - 2018年9月   前期

  • 物理学実験

    2018年4月 - 2018年9月   前期

  • 生物物理学(物理学特別講義C)

    2017年10月 - 2018年3月   後期

  • 物理学実験

    2017年10月 - 2018年3月   後期

  • 身の回りの物理学B

    2017年6月 - 2017年8月   夏学期

  • 基幹物理学Ⅱ

    2017年4月 - 2017年9月   前期

  • 物理学実験

    2017年4月 - 2017年9月   前期

  • 生物物理学(物理学特別講義C)

    2016年10月 - 2017年3月   後期

  • 基礎物理学実験

    2016年10月 - 2017年3月   後期

  • 身の回りの物理学

    2016年10月 - 2017年3月   後期

  • 身の回りの物理学

    2016年4月 - 2016年9月   前期

  • 身の回りの物理学

    2016年4月 - 2016年9月   前期

  • 物理学ゼミナール

    2015年10月 - 2016年3月   後期

  • 身の回りの物理学

    2015年10月 - 2016年3月   後期

  • 身の回りの物理学

    2015年4月 - 2015年9月   前期

  • 身の回りの物理学

    2014年10月 - 2015年3月   後期

  • 物理学概論B

    2014年10月 - 2015年3月   後期

  • 熱と波動論基礎

    2014年4月 - 2014年9月   前期

  • 身の回りの物理学

    2014年4月 - 2014年9月   前期

  • 物理コアⅠ

    2013年4月 - 2013年9月   前期

  • 熱と波動論基礎

    2013年4月 - 2013年9月   前期

  • 物理学ゼミナール

    2012年10月 - 2013年3月   後期

  • 熱と波動論基礎

    2012年4月 - 2012年9月   前期

  • 物理コアⅠ

    2012年4月 - 2012年9月   前期

  • 物理学ゼミナール

    2011年10月 - 2012年3月   後期

  • 熱と波動論基礎

    2011年10月 - 2012年3月   後期

  • 物理コアⅠ

    2011年4月 - 2011年9月   前期

  • 熱と波動論基礎

    2010年10月 - 2011年3月   後期

  • 生物物理学B

    2024年12月 - 2025年2月   冬学期

  • 生物物理学(R2以前入学者用)

    2024年10月 - 2025年3月   後期

  • 生物物理学A

    2024年10月 - 2024年12月   秋学期

  • 物理学特別研究Ⅰ(1年)

    2024年4月 - 2025年3月   通年

  • 物理学特別研究Ⅱ(2年)

    2024年4月 - 2025年3月   通年

  • 力学基礎

    2024年4月 - 2024年9月   前期

  • 電磁気学Ⅰ・同演習

    2024年4月 - 2024年9月   前期

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FD参加状況

  • 2023年3月   役割:参加   名称:【物理学科FD】物理数学の教育と効果的な演習に向けて

    主催組織:学科

  • 2023年3月   役割:参加   名称:【物理学科FD】物理数学の教育と効果的な演習に向けて

    主催組織:学科

  • 2022年3月   役割:参加   名称:【物理学科FD】ティーチング・フェロー制度の概要と講義での活用に向けて

    主催組織:学科

  • 2022年3月   役割:参加   名称:【物理学科FD】ティーチング・フェロー制度の概要と講義での活用に向けて

    主催組織:学科

  • 2019年7月   役割:参加   名称:3ポリシーに関する全学FD ~日本学術会議分野別参照基準に基づく理学部物理学科の3ポリシー~

    主催組織:全学

  • 2019年7月   役割:参加   名称:3ポリシーに関する全学FD ~日本学術会議分野別参照基準に基づく理学部物理学科の3ポリシー~

    主催組織:全学

  • 2015年1月   役割:企画   名称:改定GPA制度にともなう成績評価のあり方、および、標準化について

    主催組織:学科

  • 2014年1月   役割:企画   名称:「大学院教育のあり方について」

    主催組織:学科

  • 2012年12月   役割:参加   名称:Physics Education at POSTECH

    主催組織:部局

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社会貢献・国際連携活動概要

  • 九州大学理学研究院、および、 サンカルロス大学理学部等との国際連携活動を主導 (研修生受け入れ、留学生受け入れ、部局間交流)

社会貢献活動

  • 生体の科学 2021年 06月号 特集 生物物理学の進歩——生命現象の定量的理解へ向けて ■Ⅰ.分子レベル 「生きている細胞の非平衡力学」」

    役割:寄稿

    医学書院  2021年6月

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    種別:新聞・雑誌

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  • 相分離 メカニズムと疾患 第4章 解析技術 1. 「液滴混み合い状態としての細胞内レオロジー」

    役割:寄稿

    羊土社  2021年6月

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    種別:その他

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  • 相分離 メカニズムと疾患 第4章 解析技術 1. 「液滴混み合い状態としての細胞内レオロジー」

    羊土社  2021年6月

     詳細を見る

    対象:社会人・一般, 学術団体, 企業, 市民団体, 行政機関

  • 生体の科学 2021年 06月号 特集 生物物理学の進歩——生命現象の定量的理解へ向けて ■Ⅰ.分子レベル 「生きている細胞の非平衡力学」」

    医学書院  2021年6月

     詳細を見る

    対象:社会人・一般, 学術団体, 企業, 市民団体, 行政機関

  • 九州大学物理学科 体験入学・公開講座

    九州大学物理学科  2018年3月

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    対象:社会人・一般, 学術団体, 企業, 市民団体, 行政機関

    種別:講演会

  • 九州大学物理学科 体験入学・公開講座

    九州大学物理学科  2018年3月

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    種別:出前授業

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メディア報道

  • 若手研究者紹介 新聞・雑誌

    2011年9月

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    若手研究者紹介

諸外国を対象とした高度専門職業人教育活動

  • 2013年4月 - 2013年8月   ENS de Cachanに在学する修士課程学生Benjamin Brunelを約半年間受け入れて、研修・指導を行った。

    学生/研修生の主な所属国:フランス共和国

外国人研究者等の受け入れ状況

  • Goettingen University

    受入れ期間: 2015年4月   (期間):2週間未満

    国籍:ドイツ連邦共和国

  • Vrije University Amsterdam

    受入れ期間: 2015年3月 - 2015年7月  

    国籍:日本国

  • 受入れ期間: 2014年12月 - 2015年5月   (期間):1ヶ月以上

    国籍:フィリピン共和国

    専業主体:その他

  • University of San Carlos

    受入れ期間: 2014年12月 - 2015年2月  

    国籍:フィリピン共和国

  • 受入れ期間: 2014年12月 - 2015年2月   (期間):1ヶ月以上

    国籍:フィリピン共和国

    専業主体:その他

  • 受入れ期間: 2014年4月   (期間):2週間以上1ヶ月未満

    国籍:フィリピン共和国

    専業主体:学内資金

  • IPBS/CNRS

    受入れ期間: 2014年3月 - 2014年4月   (期間):2週間以上1ヶ月未満

    国籍:フランス共和国

    専業主体:学内資金

  • Vrije University

    受入れ期間: 2014年2月 - 2015年3月   (期間):1ヶ月以上

    国籍:オランダ王国

    専業主体:その他

  • 九州大学

    受入れ期間: 2013年5月   (期間):1ヶ月以上

    国籍:中華人民共和国

  • IPBS/CNRS

    受入れ期間: 2012年4月 - 2012年5月   (期間):2週間以上1ヶ月未満

    国籍:フランス共和国

    専業主体:日本学術振興会

  • 受入れ期間: 2012年3月 - 2012年8月   (期間):1ヶ月以上

    国籍:日本国

    専業主体:日本学術振興会

  • IPBS/CNRS

    受入れ期間: 2011年8月   (期間):2週間以上1ヶ月未満

    国籍:フランス共和国

    専業主体:日本学術振興会

  • 受入れ期間: 2010年4月 - 2012年12月   (期間):1ヶ月以上

    国籍:日本国

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海外渡航歴

  • 2007年6月 - 2007年7月

    滞在国名1:ドイツ連邦共和国   滞在機関名1:Goettingen University

  • 2003年4月 - 2006年12月

    滞在国名1:オランダ王国   滞在機関名1:Vrije Universiteit Amsterdam

学内運営に関わる各種委員・役職等

  • 2021年4月 - 2022年3月   部門 部門長

  • 2020年4月 - 2023年4月   全学 中央分析センター委員会

  • 2020年4月 - 2023年4月   部門 労働衛生・安全専門委員会

  • 2020年4月 - 2023年4月   部門 奨学金資格検討委員

  • 2020年4月   研究院 労働衛生・安全専門委員会

  • 2019年4月 - 2023年4月   部門 広報委員長

  • 2015年10月 - 2016年10月   部門 奨学金資格専門委員

  • 2015年4月 - 2016年4月   部門 業績評価部会

  • 2015年4月 - 2016年4月   研究院 地域連携協議会

  • 2014年4月 - 2021年4月   部門 体験入学・オリエンテーション委員

  • 2013年4月 - 2021年3月   研究院 施設管理委員

  • 2013年4月 - 2016年3月   部門 体験入学入学オリエンテーション実施委員吉

  • 2013年4月 - 2016年3月   部門 教育課程委員

  • 2011年4月 - 2016年3月   研究院 新キャンパス委員

  • 2011年4月 - 2012年12月   部門 ESSP委員

  • 2011年4月 - 2012年12月   部門 図書委員

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