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Large-scale electronic structure calculation of cerasome surface model for DDS application and its opening method

Research Project

Project/Area Number 20K05116
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 26030:Composite materials and interfaces-related
Research InstitutionWakayama University

Principal Investigator

Oda Masato  和歌山大学, システム工学部, 講師 (70452539)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2021: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Keywordsドラッグデリバリー / セラソーム / 電子状態計算 / 密度汎関数法 / ドラッグデリバリーシステム / 第一原理計算
Outline of Research at the Start

ドラッグデリバリーシステム(DDS)実現の要はその薬剤キャリアの開発であるが、 新規薬剤キャ リアとして有望なセラソームは、表面がシロキサン結合で強固に補強されているため安定である反面、その強固な構造をタイミング良く開封する方法が未開発であるため、現状ではDDSへの応用が難しい。そして、効率的な開封方法の鍵となるセラソーム表面の電子状態に関する知見は、現在までほとんど明らかになっていない。本研究では、モデル化したセラソーム表面に対して大規模第一原理計算を行い、その電子状態の詳細を明らかにする。その知見をもとに、セラソームをタイミング良く開封する方法を提案し、DDSとして応用する道を開く。

Outline of Final Research Achievements

Based on the results of drug release simulations using a phenomenological model, we extended the cerasome surface model and analyzed the electronic states using the first-principles calculation. Previous studies have used a honeycomb structure based on the simplest six-membered ring lattice, but there are various lattice structures on the actual cerasome surface. As a first step, models containing 5- and 7-membered rings and some of them with permutation machines were constructed. By analyzing the electronic density of states, it is revealed that the antibonding orbitals in the gap are degenerate, reflecting the diversity of the structure.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

DDSの薬剤キャリアに対する研究は、先行しているリポソームを中心に幅広く進められている。しかし、セラソームに限らずDDSにおける薬剤キャリアの開封方法は、現在までに、pH調整する・局所的に温度を変化させる等が提案されているが、一長一短で完璧ではなく、さらなる研究が必要である。本研究のように表面のミクロな電子状態に注目してキャリアの開封方法を開発しようという意図のもとで行われた研究は多くない。本研究によって、膜表面の電子状態を量子力学的に扱う表面科学の手法をDDS研究のツールとして使用し、ある程度の結果をだせたことは今後のDDSの発展につながるものである。

Report

(4 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (7 results)

All 2023 2022 2021 2020

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Electronic Structures of Iodine‐Doped Lithium Phthalocyanine Crystals2023

    • Author(s)
      Oda Masato、Koike Noritake
    • Journal Title

      physica status solidi (b)

      Volume: - Issue: 5

    • DOI

      10.1002/pssb.202200544

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Theoretical study on adsorption state of chemisorbed oxygen molecule on partially oxidized Si(001) surface2021

    • Author(s)
      Nao Kadowaki, Masato Oda, and Jun Nara
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 60 Issue: 12 Pages: 125501-125501

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ac24d9

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] セラソーム表面電子状態に対する多角形構造の影響2023

    • Author(s)
      井口 楓梨、小田 将人
    • Organizer
      第70回応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] セラソーム表面電子状態の表面構造依存性2022

    • Author(s)
      井口 楓梨、小田 将人
    • Organizer
      日本バイオマテリアル学会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 初期酸化 Si(001)表面における分子状酸素の吸着構造2022

    • Author(s)
      門脇菜穂, 小田将人, 奈良純
    • Organizer
      日本物理学会第77回年次大会(2022年)
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] Surface Electronic States of a Cerasome model2021

    • Author(s)
      Masato Oda
    • Organizer
      Advanced Materials Web Congress on Computational Materials and Modelling 2021
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Adsorption States of an Oxygen Molecule on Si(001) Surfaces2020

    • Author(s)
      N. Kadowaki, M. Oda, and J. Nara
    • Organizer
      2020 International Conference on Solid State Devices and Materials
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2020-04-28   Modified: 2024-01-30  

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