野口研究室
ソフトマター・生物物理 理論

理学研究科物理学専攻
サブコースA7(生物物理)
構成メンバー
准教授
助教
D2
M1
秘書

野口 博司
中野 裕義
冨山 翔平
藤田 佳汰
鈴木 志保

研究内容
○ 非平衡下での構造形成○ 生体膜の形態変化○ 複雑流体のダイナミクス○ 計算手法の開発、改良○ スパコンによる大規模並列計算

https://noguchi.issp.u-tokyo.ac.jp/

!"#$#%&'*+*+25,-./01")
v?H5wJv?H54

open d sto*+23,-./01

0.8

z

2

zfil

0.4
55xy

10 0

abcPdef'"closed d sto

θ1(c)closed s sto(d)doubletdoubletopen s sto

θ2

1.5

1000

3!a

F7GHIJKL%&'
MNOPQR'(zmbF/8"#stu

simulation
simulation!"#$%&'()*!+,-.,/0123(down)(up)

1

open d sto#$

closed d sto
open s sto
closed s sto*+**,-./01 0.5
0.5

gMhijklVJmno
pH=qr6F>!" !" $%&'()

1 !a0

1.5

FIG. 1: Shape changes of liposome con ned in spherical4liposome. (a) Time-sequential microscopy images of liposomes.
From left toSTPUVJ!"#$W
right: t = 0, 223, 225, 227, and 230 s. Scale bar:
10 m. (b) Sequential snapshots of triangulated-membrane
simulation!" at vr = 0: 6 and vcon = 0: 727. Intrinsic area difference ∆a0 gradually increased. From left to right: ∆a0 = 0: 93,1: 30, 1: 44, 1: 55, and 1: 80. Inner and outer vesicles are shownin green and light gray, respectively. (c) Free energy F of
simple axisymmetric shapes. Solid and dashed lines represent
energy-minimum and metastable states, respectively. TypicalXYZ[5\>](12^3J_`
shapes areshown in the inset. (d) Area difference ∆a of twolea ets depending on ∆a0 . Black and gray lines representsimulation
with increasing or decreasing ∆a0 , respec#$resultspH=qr6F>%&456789:;<=>?@7ABC(DE ,-&'()*+=>?@ABCijRklmn`abcdefgh

opqrscHIJfgh

ソフト → エントロピー効果大

高分子を生やす

膜を紐でくっつける
結合サイトの凝集
横 vs. 縦のエントロピー

小さいドメインに分裂
横 vs. 高分子のエントロピー

・生体膜細胞細胞膜

10nm

~10µm
スケールに大きな違い

膜のモデル〜μm● 厚みのない曲面( ２分子膜構造は除去）→ 赤血球全体の変形

より長い時間、大きな系を扱える●粗視化分子模型

length andtime scale→ 生体膜の融合、分裂○ 原子模型

より詳細な情報〜 nm
Tieleman, et al. BBA 1331, 225 (1997)

シミュレーションに使っている生体膜模型

粗視化分子模型

メッシュレス膜模型

メッシュ模型一粒子で2分子膜片を表す

現象： 膜融合、分裂など

自己集合、融解など

流れによる赤血球、ベシクル変形ûüE†°¢&£c§•¶ß®JLGh©™´ 94:44-;,¨≠Æ<!"#$%&'()*+,-+%&'()*+,-'+-)+(&.(*'+%&'()*+,-'+-)+(&.(*'+

óò&ô$öõú&$ùGîLM

íìUeGîEïñ!
!

!"#$%&'()*#+)#,-"#!./)#0,))+&#12*#314#567618"./01!"#S'TOUVWX(JN!OPRYVZ[&+,-./0123456

N. Tamemoto and HN Sci. Rep. 10, 19582 (2020); Soft Matter 17, 6589 (2021); Phys. Rev. E 106, 024403 (2022).

個々の研究テーマ（メッシュ）:坂下あい (2014.3博士取得)
顕微鏡像

ベシクル内のベシクル

シミュレーション

ミトコンドリアの３次元像
Frey and Mannella,Trends Biochem. Sci. 25, 319 (2000).

ミトコンドリア
外膜と内膜からなる球内に拘束されることによって２重の陥没やヒダ状の構造などこれまでみられなかった形状が形成される。

A. Sakashita, M. Imai, and HN, Phys. Rev. E 89, 040701(R) (2014).

ûüE†°¢&£c≥¥M63h%/µ∂ 94:7>-;,¨≠Æ<!"#M∑§•Ä∏|GKLM

dNEO/dt*3(a) γ*sol = 24.5 budding
BP21fghi

dNEO/dt*3(b) γ*sol = 2budding

2bjhi
112d∆Namp /dt*

G0,#0,:.2.H.I.,.+8,90,:'HJ-4*5,1'K(,#.(()&,!!5,$CBL,E"B$MFN,1'K(,#.(()&,!"5,$LAD,E"B$@F02. 多体ポテンシャルを含んだ系の局所応力テンソル: 中川恒FCD3 f3

f1

1

2

CFD

f32
3f12 1
f13

fc2 3
1

f2

f1c
HD

f31
2 f21

f23

Admal & Tadmor 2010

1

fc2

3
Cf3c

θ1

C fc1
2
fc3
f2c

θ240

30

f3c
fc1

f1c f12 fc3 f21

PL CFD
PL HD(GM)
PL HD(LM)PL FCDP r3cut / kBT

Original

20

2 fThis work

三体力の分解法
並進、角運動量保存でも異なった分解が可能

2c10048z/rcut12

脂質膜内の圧力分布
分解法に依存K. M. Nakagawa and H. Noguchi, Phys. Rev. E 94, 053304 (2016).

;- abñ¬∑i&kE`◊M% /µ∂?@?@Aóò&ÿ$ö
BC63óò&ÿ$ö
DEF4G DEFH74

ÅÇÉ$%9:!"#$%!&'ÑÖÜÜá à`'â'äPã!"#$%$%&'()&(*%+&,-(./ &'#!%$%0,)01%+&,-2.3
43%5676#689%6#:%;3%!3%<6=6>6?6$%@ABCD73%EFGH3%@ABB3 &()$%-%+&,-I.3

カルマン渦：障害物の後に生じる周期的な渦密度

流れによる気泡形成（浅野優太）

隣同士の渦が交互に整列

温度低下

速い流れ→圧力低下→気泡発生

障害物

気泡発生

九州の西のカルマン渦(気象庁HP)
https://www.data.jma.go.jp/sat_
info/himawari/obsimg/image_cloud.html

渦の整列に乱れAsano, H. Watanabe, and H. Noguchi, J. Chem. Phys. 152, 034501 (2020).

efghijklmnSﬂ‡Ä∏|⁄€G"c‹*›ﬁhklmno6pqlF!"#$%&'()*&*+, (-"#./01"#2-3&'1#456#748879#:47;9<"

opq?@ABb?@op brpXstu

WvwxyzSK{Z|}~Ä!"#$%&'()#*"#+&,&'&-.)#&'/#*"#0(12345)#647%"#8.9"#:;25/% <)#=>?@=A#BA=AAC"

/* .(

rfst6uvwPxyz{|}~