液体でできた膜は細胞膜の100倍以上やわらかい ―中性子で膜のゆらぎを測定、やわらかさの起源を解明―

2026-11-09 大阪大学

大阪大学などの研究グループは、液体状の高分子複合体から形成される膜が、細胞膜を構成する脂質膜よりも100倍以上曲がりやすいことを明らかにした。プラスとマイナスの電荷を持つ高分子を水中で混合すると、水を多く含む液体状のコアセルベートが形成される。研究チームは、このコアセルベートから作製した厚さ約21 nmの膜を持つベシクルについて、中性子スピンエコー法を用いてナノメートル・ナノ秒スケールの揺らぎを測定した。その結果、この膜は液体表面ではなく、膜として波打つように揺らぐ一方、曲げ剛性は脂質膜の100分の1以下であることが分かった。さらに、温度や塩濃度を変えた実験から、この膜のわずかな曲げにくさは分子間の引力ではなく、分子やイオンの配置の自由度に由来するエントロピーによって生じることを突き止めた。硬い膜を持たない液体状の構造が、原始的な細胞のように内外を区切る仕組みを理解する手掛かりとなる。

液体でできた膜は細胞膜の100倍以上やわらかい ―中性子で膜のゆらぎを測定、やわらかさの起源を解明―
コアセルベートの膜から成るベシクル

<関連情報>

液体が膜を形成するとき:コアセルベート小胞におけるエントロピー支配の曲げダイナミクス When Liquids Form Membranes: Entropy-Dominated Bending Dynamics in Coacervate Vesicles

Rintaro Takahashi, Tatsuro Oda, Koichi Mayumi, Shin-ichi Yusa, and Ken Terao
Physical Review Letters  Published: 2 November, 2026
DOI:https://doi.org/10.1103/vl6b-y5gz

Abstract

Liquid interfaces and membranes represent two physically opposite regimes of interfacial dynamics: the former are governed by interfacial tension, while the latter are governed by bending elasticity. What happens when these two extremes are combined by confining a coacervate liquid within a membrane geometry is a largely unexplored question. Here, we probe the membrane dynamics of polyelectrolyte complex vesicles with coacervate cores using neutron spin echo spectroscopy. The relaxation rate follows Γ∼3 (where denotes the magnitude of the scattering vector), demonstrating that bending undulations prevail despite the intrinsically liquid nature of the constituents. However, the reduced relaxation rate 0⁢Γ/B⁢ (where 0 and B⁢ denote the solvent viscosity and thermal energy, respectively) is more than an order of magnitude higher than that of lipid bilayers, despite the fourfold larger membrane thickness, indicating an exceptionally weak bending restoring force. This quantity remains invariant across temperatures and salt concentrations, indicating that the bending elasticity is entropic in origin. Thus, the geometric constraint of the vesicular structure imposes bending-undulation dynamics on an otherwise liquid interface while preserving the entropy-driven nature of the coacervate.

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