ソフトマターからバイオマターへ: 生命現象の物理化学

高分子やゲル、液晶、コロイドなどの柔らかい物質は「ソフトマター」と呼ばれており、特に今世紀になってから世界中で研究が進展しました。また、食品や化粧品、パーソナルケア製品、インクなどは全てソフトマターで作られており、我々の日常生活において欠かすことができない重要な物質です。

 ソフトマターの特徴は多数の分子がゆるやかに集まって構成されていることであり、分子の集団としての振る舞いがソフトマターの様々な性質に反映されます。例えば、ソフトマターは小さな刺激で大きな変化や応答を示し、外部からその性質を制御しやすいため、とても応用範囲の広い材料であることが知られています。

 さらに、我々人間も含めた生物は、多様なソフトマターの複合体とみなすことができます。最近では、ソフトマターの研究で得られた知見を用いて、生体物質(バイオマター)や生命現象を理解しようとする研究が新しく始まりつつあります。このように、分子集合系物理化学研究室では物質科学と生命科学をつなぐための基礎研究を行っています。

 そもそも、単なる物質と生物を分け隔てているものは一体何でしょうか?これについては色々な考え方がありますが、我々は「非平衡」という概念をキーワードとして、生命現象を理解しようとしています。例えば、ある化学反応において化学平衡が成り立っていると、順方向の反応速度と逆方向の反応速度が等しくなり、見かけ上反応が停止してしまいます。一方、化学平衡が破れた非平衡状態では、反応物と生成物の組成比が時間とともに変化します。

 生物は外界からエネルギーを取り込んで、それを自分自身の変形や運動のために積極的に使っています。また、新たに誕生した生命は大きな変化を伴いながら成長していきます。このようなダイナミックな現象を理解するためには、ソフトマターの非平衡現象を調べる必要があり、さらにその先に生命現象の本質が潜んでいると考えられます。


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