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2013 Fiscal Year Research-status Report

生命現象に対する水分子の動的効果

Research Project

Project/Area Number 25400428
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

吉森 明  九州大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (90260588)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 秋山 良  九州大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (60363347)
Project Period (FY) 2013-04-01 – 2016-03-31
Keywords溶媒粒子のエントロピー / シャペロニン / 溶媒粒子の非平衡分布の効果 / マイクロレオロジー / アインシュタインの粘度式
Research Abstract

近年、生命現象における、水分子のエントロピー効果の役割が注目されている。その動的な側面を明らかにするのがこの研究の目的である。具体的な成果は
1.シャペロンについて、水分子の平衡分布が基質のダイナミックスに及ぼす影響を明らかにした。溶媒粒子に取り囲まれた円柱状の容器に基質の平均力ポテンシャル(PMF)を計算し、フォッカープランク方程式を解くことで、基質の確率分布の時間変化を求めた。その結果、時刻t=3ds^2/Dでは、中央部での確率密度が高いが容器にまで達していない。ここで、dsは溶媒粒子の直径、Dは基質の拡散係数を表す。t=10ds^2/Dでは、中央部の底に達している。t=100ds^2/Dでは、中央部だけでなく、容器の壁際でも確率密度の値が高い。
これらの結果から、大きな球が容器の中央から入ることが分かる。PMFの値は中央部だけではなく、壁際も低いがPMFの障壁のために、中央からの方が入りやすい。これは天野らの予想と一致している。加えて、大きい粒子が底に到達するには時間がかかることが分かる。
2. シャペロンに対する水分子の非平衡分布の効果を動的密度汎関数理論により明らかにするために、数値的手法を開発し、1.とほぼ同じ設定で水分子の分布を計算した。
3. 簡単な流れがある非平衡系について動的密度汎関数理論を開発し、マイクロレオロジーに応用した。粒子の密度が低い場合の商法を開発し、粒子間の相互作用がプローブ粒子に働く力を弱めることを明らかにした。さらに、密度の高い場合の手法も開発した。
4. 粘度についてアインシュタインの粘度式を溶質周りの溶媒の密度分布を考量できるよう拡張した。溶質のまわりに溶媒粒子が集まるとslip境界条件の値からstick境界条件に転移することが分かった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

計画が少し簡単で達成が容易であった。

Strategy for Future Research Activity

1. 水分子の平衡分布の効果は成果を論文にまとめる。
2. 水分子の非平衡分布の効果は計算された水分子の空間分布の特徴をつかみ、その起源を明らかにする。非平衡の自由エネルギーを密度汎関数理論により定義し、今の場合に応用して求める。
3. 軸対称の動的密度汎関数理論は前年度に開発した粒子の密度の高い場合の方法をマイクロレオロジーに応用し、粒子間の相互作用の効果を明らかにする。
4. アインシュタインの拡張粘度式を論文にまとめ、粘度における混み合い効果を明らかにするために、多成分系の粘度を計算する手法を開発する。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

物品、謝金、その他で予算より少し多めに使ったため
旅費、人件費、その他は予定通り使い、物品の予定額に「次年度使用額」を加える。

  • Research Products

    (9 results)

All 2014 2013

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results) Presentation (3 results)

  • [Journal Article] Effects of Solvation Structure on Diffusion of Large Particle in Binary Mixture Studied by Perturbation Theory2014

    • Author(s)
      Yuka Nakamura, Akira Yoshimori, and Ryo Akiyama
    • Journal Title

      Journal of Molecular Liquids

      Volume: 印刷中 Pages: 印刷中

    • DOI

      in press

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Control of solid-phase stability by interaction potential with two minima2014

    • Author(s)
      A. Suematsu, A. Yoshimori, M. Saiki, J. Matsui, T. Odagaki
    • Journal Title

      Journal of Molecular Liquids

      Volume: 印刷中 Pages: 印刷中

    • DOI

      in press

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Perturbation Theory of Large-Particle Diffusion in a Binary Solvent Mixture2014

    • Author(s)
      Yuka Nakamura, Akira Yoshimori, and Ryo Akiyama
    • Journal Title

      Journal of the Physical Society of Japan

      Volume: 印刷中 Pages: 印刷中

    • DOI

      in press

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A Unified Proof of the Harada-Sasa equality for Underdamped and Overdamped Systems2014

    • Author(s)
      Kazuo Yamada and Akira Yoshimori
    • Journal Title

      Journal of the Physical Society of Japan

      Volume: 印刷中 Pages: 印刷中

    • DOI

      in press

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A theoretical framework for calculations of the structural relaxation time on the basis of the free energy landscape theory2013

    • Author(s)
      Toru Ekimoto, Akira Yoshimori, Takashi Odagaki and Takashi Yoshidome
    • Journal Title

      Chemical Physics letters

      Volume: 577 Pages: 58-61

    • DOI

      10.1016/j.cplett.2013.05.051

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Coarse-grained forms for equations describing the microscopic motion of particles in a fluid2013

    • Author(s)
      Shankar P. Das1,* and Akira Yoshimori
    • Journal Title

      Phys. Rev. E

      Volume: 88 Pages: 043008

    • DOI

      10.1103/PhysRevE.88.043008

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 溶媒の粒子性を考慮したときの溶液の粘性の理論2014

    • Author(s)
      山北知史、吉森明
    • Organizer
      日本物理学会第69回年次大会
    • Place of Presentation
      東海大学
    • Year and Date
      20140327-20140330
  • [Presentation] Depletion effects on dynamics in microrheology2014

    • Author(s)
      Masao INOUE, Akira YOSHIMORI
    • Organizer
      Nagoya Symposium on Depletion Forces: Celebrating the 60th Anniversary of the Asakura-Oosawa Theory
    • Place of Presentation
      名古屋大学
    • Year and Date
      20140314-20140315
  • [Presentation] Depletion effects on viscosity of solution2014

    • Author(s)
      Tomofumi YAMAKITA, Akira YOSHIMORI
    • Organizer
      Nagoya Symposium on Depletion Forces: Celebrating the 60th Anniversary of the Asakura-Oosawa Theory
    • Place of Presentation
      名古屋大学
    • Year and Date
      20140314-20140315

URL: 

Published: 2015-05-28  

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