ナノスケール・マシンの動力源としてのイオン駆動による分子回転機構の特性評価

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13875023
• Research Category: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 北川 浩 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (30029095)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 比嘉 吉一 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (20335368) ; 尾方 成信 大阪大学, 大学院・工学研究科, 講師 (20273584) ; 中谷 彰宏 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (50252606)
• Keywords: ナノスケール・マシーン / 分子動力学シミュレーション / DPPC分子2重膜 / デンドリマー / カーボンナノチューブ / CNT接合系 / 回転機構

Research Abstract

ナノスケール人工機械は、素材の加工/組立てにより機能を発揮させる従来方式の機械技術は適用できず、生体組織に見られるように、自己組織化プロセスの利用を前提として、材料と構造・機構が一体に融合した機能/構造体を設計し創成する技術を開発することが求められる。そのための基礎的知見を獲得することを目的として行った、大規模分子動力学シミュレーションにより、つぎのような成果を得た。
(1)DPPC分子等の脂質分子を単位とする二重膜構造は、剛性・強度が共に極めて低い。従って、隔離膜あるいは生化学反応の場として機能させることは出来ても、そこに回転等の機構を組み込むことは出来ない。
(2)より剛性の高い膜を形成できる構造として、枝が規則正しい構造の繰り返しから構成される樹木状高分子であるデンドリマーが有望である。PBPE分子を5世代重ねた球状のデンドリマーで20GPa程度の体積弾性係数がえられ、2次元的に広がった構造を形成させることで、曲げ/せん断剛性の良好な膜を作れる可能性がある。
(3)機構を組み上げる、あるいは膜体を補強する素材料として、優れた力学的特性を持つことがよく調べられているカーボンナノチューブ(CNT)がもっとも有望である。さらにCNTおよび径の異なるCNT接合系中をプロトン、He、Ar等を流す解析を行った結果によれば、軽い原子では壁面との衝突により速度の減衰があるものの、物質・エネルギー輸送系として使用できる。さらに非軸対称(スパイラル状の)構造を持つCNTを用いることで、流れから回転トルクを発生させることが出来るのさ、適切な軸受け機構を組み込むことが出来れば回転動力発生機構を形成することが可能である。

Research Products

• [Publications] 佐藤公亮, 北川浩, 中谷彰宏: "分子動力学シミュレーションによるデンドリマーの構造と力学特性の評価"日本機械学会第77期定時総会講演会論文集. (2002)
• [Publications] 花崎逸雄, 北川浩, 中谷彰宏, 比嘉吉一: "分子動力学法によるナノチューブノズルの基本特性評価"日本機械学会関西学生会卒業研究発表講演会講演論文集. (2002)