2018 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidating collective coordinates for simplified descriptions of high-dimensional molecular systems
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16K17852
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
河合 信之輔 静岡大学, 理学部, 准教授 (90624065)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 分子動力学 / データ解析 / 熱ゆらぎ / 非平衡統計力学 / 集団座標 / 溶媒分子ダイナミクス / 生体分子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題は，多数の分子からなる複雑な系において，本質的な少数の自由度を見出して理解することを目的として研究を遂行している。初年度には，射影されたデータを解析するための基礎理論の構築を行うとともに，簡単なモデル系をテストケースとして本理論の有効性を示し，The Journal of Chemical Physics, 145, 094102 (2016)に発表した。
2年目以降は，本理論を種々の具体的な分子系に当てはめることを目的とし，水溶液中のイオンの拡散運動，イオンペアの結合解離運動，生体高分子DNAの構造ゆらぎ，小さな生体分子であるジペプチド分子の構造転移について分子動力学シミュレーションを遂行してデータを収集し，本理論を適用して解析を試みた。
イオンの拡散運動やイオンペアのダイナミクスにおいては，イオンの周辺に存在する多数の水分子の動きがわずか3個の運動モードで代表できることを見出した。
ジペプチド分子に関する計算においては，上記の系に比べて系の複雑さが増したため，取り出すべきモードの数も十数個と多くなることが見出された。取り出すべき実行自由度の数が多い場合，本理論を単純に適用するとデータに含まれる僅かの数値的あるいは統計的誤差が増幅されてしまい，意味のある結果が得られないという技術的問題が新たに明らかになった。その解決法として，信号解析の分野で用いられている様々な手法を検討した結果，Wienerフィルタと呼ばれる手法がうまく働くことが分かった。これをジペプチド分子のシミュレーション結果に適用した結果，分子の一部の自由度のみの解析から，分子全体の構造転移を反映する情報を抜き出すことが可能であることを示すことに成功した。現在，この結果について論文執筆中である。
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