2018 Fiscal Year Research-status Report
Understanding solvent-mediated forces with diverse responses to ions, co-solvents, and temperature
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18KK0151
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
甲賀 研一郎 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 教授 (10315020)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岡本 隆一 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 特任講師 (10636385)
墨 智成 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 准教授 (40345955)
望月 建爾 信州大学, 学術研究院繊維学系, 助教 (40734554)
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| Project Period (FY) |
2018-10-09 – 2023-03-31
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| Keywords | 疎水効果 / 疎水性相互作用 / 溶媒和 / ミセル / イオン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
（１）水溶液中の疎水性溶質の溶媒和自由エネルギーに対するイオン添加効果について予備的な分子動力学シミュレーション計算を進め，今後の研究方針を固めた．第一に，電荷をもったイオンの場合，既存の分子間相互作用ポテンシャルがイオン水溶液の基礎物性をうまく再現することができないという点を確認し，ポテンシャルを改良することを試みた．その結果，イオンの電荷qをそのまま用いるのではなく，分子分極を考慮するために，一定の割合でqを減少させることにより，総合的に基礎物性がうまく再現できることを確認した．今後，このイオンポテンシャルを用いて，疎水性分子の溶媒和エネルギーに対するイオンの添加効果をイオン種毎に明らかにし，その機構を解明する．
（２）溶質溶解度に対するイオン添加効果を定量化するために用いられるセチェノフ係数を溶液構造を反映する相関関数積分によって与える式を導出した．この式を用いて，イオン種および溶質分子種に依存するセチェノフ係数の大小を溶液の微視的構造から理解することができる．
（３）シニョリンとよばれる人工タンパク質の水溶液中における安定性の機構を液体の密度汎関数理論とシミュレーションを組み合わせた方法により，解明した．その結果，従来の定説とは反対に，溶媒誘起力はタンパク質の折り畳み構造を不安定化させる方向に寄与しており，タンパク質分子内直接相互作用が折り畳みにおける駆動力であることが定量的に示された．この結果は，疎水効果が折りたたみ構造を安定化させるという既存仮説を否定するが，一般的なタンパク質に関する熱測定や部位突然変異体導入に基づく結論と一致する．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究課題の開始から６ヶ月経過後の現時点において，研究計画のとおり，着実に研究が実施されている．２０１９年４月にはロシア・サンクトペテルブルク大学からShchekin教授ら２名の共同研究者を招へいし，共同研究について実質的な議論を行うことが決定している．また，同年，米国コーネル大学を研究代表者・甲賀が訪問し，Widom教授と研究打ち合わせを行う計画を立てている．
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| Strategy for Future Research Activity |
（１）水溶液中イオンの新しいポテンシャルモデルを用いて，疎水性分子の溶媒和エネルギーに対するイオンの添加効果を各種イオンについて計算し，その機構を解明する．特にイオンサイズに焦点を当てる．一般にイオンサイズ減少に伴い，溶質溶解度を低下させる効果（塩析効果）が強まるが，リチウムイオンまでサイズが小さくなると，逆にその効果が弱まる．この非単調なイオンサイズ効果を解明することを目指し，分子シミュレーションを進める．
（２）セチェノフ係数を溶液構造を反映する相関関数積分によって与える式を用いて，イオン種および溶質分子種に依存するセチェノフ係数の大小と溶液の微視的構造との関係を明らかにする．特に，カチオンにおける非単調なイオンサイズ効果を解明するために，相関関数積分を通じて理解することを試みる．
（３）多成分系におけるある分子種の密度ρと活動度zの比ρ/z を新たな変数λとし，分子種jの密度ρjによるλの展開式，またはλの活動度zjに関する導関数に関する熱力学関係式を導出する．このような熱力学的考察により，溶質溶解度に対する他の分子種の影響を系統的に調べるための理論的基盤の確立に寄与することを目指す．
（４）（３）に関連し，溶質分子がイオンの場合に，統計力学的考察から，密度展開について考察する．
（５）溶液内の溶質分子間有効相互作用ポテンシャルwは，溶質分子間φ，溶質溶媒分子間u，および溶媒分子間vの直接相互作用ポテンシャルの関係によって定まり，さらには，その関係によって，wの温度応答を始めとする環境応答に違いが現れる．このことについて，まずは単純な溶質分子間のwを，φ, u, vの関数として評価し，その依存性を評価し，wが質的に変化する物理条件を明らかにする．
（６）（５）を発展させ，ポリマーまたはタンパク質の単純なモデルを考案し，コイル-グロビュール転移に対するφ, u, vの依存性を明らかにする．
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| Causes of Carryover |
海外共同研究者の所属研究機関への出張が２０１９年度になり，その分の旅費を繰り越すことなったため，および計算機導入を次年度に行う方が研究進展に効果が高いと判断し，そのようにしたため，次年度使用額が生じた．
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