分子制御による融合マテリアル形成の計算科学シミュレーション

• 研究領域: 融合マテリアル：分子制御による材料創成と機能開拓
• 研究課題/領域番号: 22107004
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 独立行政法人産業技術総合研究所
• 研究代表者: 灘 浩樹 独立行政法人産業技術総合研究所, 環境管理研究部門, 主任研究員 (90357682)
• 連携研究者: 佐﨑 元 北海道大学, 低温科学研究所, 教授 (60261509)
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 57,070千円 (直接経費: 43,900千円、間接経費: 13,170千円); 2014年度: 10,660千円 (直接経費: 8,200千円、間接経費: 2,460千円); 2013年度: 11,180千円 (直接経費: 8,600千円、間接経費: 2,580千円); 2012年度: 11,700千円 (直接経費: 9,000千円、間接経費: 2,700千円); 2011年度: 11,570千円 (直接経費: 8,900千円、間接経費: 2,670千円); 2010年度: 11,960千円 (直接経費: 9,200千円、間接経費: 2,760千円)
• キーワード: ハイブリッド材料 / 機能性高分子 / 融合マテリアル / 結晶成長 / 計算物理

研究成果の概要

本研究では、生物の中で起こる鉱物結晶形成（バイオミネラリゼーション）がタンパク質・ペプチド・高分子などの添加物により巧みに制御されていることに注目し、バイオミネラリゼーションにおいて代表的な炭酸カルシウム結晶に対する幾つかの結晶形成制御のトピックスを取り上げ、添加物による結晶形成制御がどのように起こるかを計算機シミュレーション手法により分子レベルで明らかにした。特に、結晶表面の水が結晶形成制御に重要な役割を果たすことを初めて明らかにした。本研究で得られた知見を融合マテリアル領域内の制御分子デザインや材料合成の実験グループに提供するなどし、融合マテリアルの創成に貢献した。

研究成果

• [雑誌論文] Importance of Water in the Control of Calcite Crystal Growth by Organic Molecules (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Nada
  • 雑誌名: Polymer Journal 巻: 47 号: 2 ページ: 84-88
  • DOI: 10.1038/pj.2014.87
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Difference in the Conformation and Dynamics of Aspartic Acid on the Flat Regions, Step Edges, and Kinks of a Calcite Surface: A Molecular Dynamics Study (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Nada
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry C 巻: 118 号: 26 ページ: 14335-14345
  • DOI: 10.1021/jp502332c
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] バイオミネラリゼーションに学ぶ有機／無機複合体の設計と合成：高分子およびマグネシウムイオンによる炭酸カルシウムのモルホロジー制御 (2014)
  • 著者名/発表者名: 西村達也, 朱 方捷, 伴野秀和, 灘 浩樹, 加藤隆史
  • 雑誌名: オレオサイエンス 巻: 14 ページ: 417-423
  • NAID: 130005308185
  • 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Effects of Magnesium Ions and Water Molecules on the Structure of Amorphous Calcium Carbonate: A Molecular Dynamics Study (2013)
  • 著者名/発表者名: Hidekazu Tomono, Hiroki Nada, Fangjie Zhu, Takeshi Sakamoto, Tatsuya Nishimura, and Takashi Kato
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. B 巻: 117 号: 47 ページ: 14849-14856
  • DOI: 10.1021/jp407721x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tuning the Stability of CaCO3 Crystals with Magnesium Ions for Formation of Aragonite Thin Films on Organic Polymer Templates (2013)
  • 著者名/発表者名: Fangjie Zhu, Tatsuya Nishimura, Takeshi Sakamoto, Hidekazu Tomono, Hiroki Nada, Yasushi Okumura, Hirotsugu Kikuchi, and Takashi Kato
  • 雑誌名: Chem. Asian J. 巻: 8 号: 12 ページ: 3002-3009
  • DOI: 10.1002/asia.201300745
  • 査読あり
• [雑誌論文] 不凍タンパク質の氷界面吸着に関する分子動力学シミュレーション研究 (2013)
  • 著者名/発表者名: 灘 浩樹
  • 雑誌名: 低温科学 巻: 71 ページ: 23-28
  • 査読あり
• [雑誌論文] 高圧力下における氷の結晶成長シミュレーション (2013)
  • 著者名/発表者名: 灘 浩樹
  • 雑誌名: アンサンブル 巻: 15 ページ: 157-161
  • NAID: 130004964853
  • 査読あり
• [雑誌論文] Antifreeze proteins : Computer simulation studies on the mechanism of ice growth inhibition (2012)
  • 著者名/発表者名: 灘浩樹,古川義純
  • 雑誌名: Polymer Journal 巻: (印刷中) 号: 7 ページ: 690-698
  • DOI: 10.1038/pj.2012.13
  • NAID: 10030772399
  • 査読あり
• [雑誌論文] Analysis of ice crystal growth shape under high pressure using molecular dynamics simulation (2011)
  • 著者名/発表者名: 灘浩樹
  • 雑誌名: Crystal Growth & Design 巻: Vol.11 号: 7 ページ: 3130-3136
  • DOI: 10.1021/cg2003904
  • 査読あり
• [雑誌論文] 不凍タンパク質による氷の成長抑制:理論と計算科学研究 (2011)
  • 著者名/発表者名: 灘浩樹
  • 雑誌名: 冷凍 巻: 86 ページ: 545-550
  • NAID: 10029433250
• [雑誌論文] Growth inhibition at the ice prismatic plane induced by a spruce budworm antifreeze protein : a molecular dynamics simulation study (2011)
  • 著者名/発表者名: 灘浩樹,古川義純
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics 巻: Vol.13 号: 44 ページ: 19936-19942
  • DOI: 10.1039/c1cp21929d
  • 査読あり
• [雑誌論文] Growth mechanism of a hexagonal bipyramidal ice crystal in the presence of winter flounder antifreeze proteins (2011)
  • 著者名/発表者名: 灘浩樹、古川義純
  • 雑誌名: Physics and Chemistry of Ice 2010 ページ: 429-436
  • 査読あり
• [雑誌論文] A challenge to observe ice growth shape in molecular dynamics simulation (2011)
  • 著者名/発表者名: 灘浩樹
  • 雑誌名: Physics and Chemistry of Ice 2010 ページ: 293-298
  • 査読あり
• [学会発表] Computer Simulation Study of Ice Crystal Growth Inhibition by Antifreeze Protein (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Nada
  • 学会等名: The 1st Annual World Congress of Smart Materials 2015 (WCSM-2015)
  • 発表場所: 釜山国際展示場BEXCO（釜山、韓国）
  • 年月日: 2015-03-23 – 2015-03-25
  • 招待講演
• [学会発表] シュウ酸カルシウム一水和物結晶表面が誘発する水の秩序構造化 (2015)
  • 著者名/発表者名: 灘 浩樹、石川雅也、越後拓也
  • 学会等名: 北海道大学低温科学研究所・氷科学研究会共同研究集会「H2Oを科学する」
  • 発表場所: 北海道大学（札幌市）
  • 年月日: 2015-01-13 – 2015-01-14
• [学会発表] 不凍タンパク質の氷界面吸着と氷成長抑制：シミュレーションでどこまでわかったか？ (2014)
  • 著者名/発表者名: 灘 浩樹
  • 学会等名: 大阪電気通信大学エレクトロニクス基礎研究所ワークショップ「氷の準液体相と不凍現象」
  • 発表場所: 大阪電気通信大学（寝屋川市）
  • 年月日: 2014-11-14 – 2014-11-15
• [学会発表] 炭酸カルシウムアモルファスからの結晶成長シミュレーション：Mg添加依存性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 灘 浩樹、西村達也、坂本 健、加藤隆史
  • 学会等名: 第44回結晶成長国内会議
  • 発表場所: 学習院大学（東京都）
  • 年月日: 2014-11-06 – 2014-11-08
• [学会発表] Computer simulation study on the mechanism of calcium carbonate crystal growth in the presence of impurities (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Nada
  • 学会等名: 2nd Int. Symp. on Fusion Materials
  • 発表場所: 東京大学武田ホール（東京都）
  • 年月日: 2014-11-02 – 2014-11-04
• [学会発表] Effect of magnesium ions on the local structure of amorphous calcium carbonate (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Nada, Hidekazu Tomono, Fangzie Zhu, Takeshi Sakamoto, Tatsuya Nishimura and Takashi Kato
  • 学会等名: 2nd Int. Symp. on Fusion Materials
  • 発表場所: 東京大学武田ホール（東京都）
  • 年月日: 2014-11-02 – 2014-11-04
• [学会発表] 結晶界面での分子の動きをコンピューターで探る (2014)
  • 著者名/発表者名: 灘 浩樹
  • 学会等名: 第38回結晶成長討論会
  • 発表場所: 八王子セミナーハウス（東京都）
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [学会発表] シュウ酸カルシウム一水和物結晶表面における氷核生成促進メカニズム (2014)
  • 著者名/発表者名: 灘 浩樹、石川雅也、越後拓也
  • 学会等名: 日本物理学会2014年秋季大会
  • 発表場所: 中部大学（春日井市）
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] シュウ酸カルシウム一水和物結晶表面上での氷核生成機構 (2014)
  • 著者名/発表者名: 灘 浩樹、石川雅也、越後拓也
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2014年大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（横浜市）
  • 年月日: 2014-04-28 – 2014-05-02
• [学会発表] 氷の結晶成長シミュレーション (2014)
  • 著者名/発表者名: 灘 浩樹
  • 学会等名: 日本物理学会第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学湘南キャンパス（平塚市）
• [学会発表] Structure of amorphous CaCO3 precursor and its relationship to polymorphs: atomistic simulation study (2013)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Nada
  • 学会等名: The Collaborative Conference on Crystal Growth 2013
  • 発表場所: ウエスティンホテル会議室（カンクン、メキシコ）
  • 招待講演
• [学会発表] Effect of magnesium ions on the local structure of amorphous calcium carbonate (2013)
  • 著者名/発表者名: Hidekazu Tomono、 Hiroki Nada
  • 学会等名: 17th International Conference on Crystal Growth and Epitaxy (ICCGE-17)
  • 発表場所: ワルシャワ大学（ワルシャワ、ポーランド）
• [学会発表] 炭酸カルシウム結晶表面における有機分子挙動シミュレーション (2013)
  • 著者名/発表者名: 灘 浩樹
  • 学会等名: 日本セラミックス協会 第26回秋季シンポジウム
  • 発表場所: 信州大学長野キャンパス（長野市）
• [学会発表] シュウ酸カルシウム一水和物による氷核生成促進機構 (2013)
  • 著者名/発表者名: 灘 浩樹、石川 雅也、越後 拓也
  • 学会等名: 第43回結晶成長国内会議
  • 発表場所: 長野市生涯学習センター（長野市）
• [学会発表] イオン添加物とポリマーマトリクスを用いる炭酸カルシウム薄膜結晶の作製 (2012)
  • 著者名/発表者名: 朱方捷、西村達也、坂本健、伴野秀和、灘浩樹、加藤隆史
  • 学会等名: 日本化学会第92春季年会
  • 発表場所: 慶応義塾大学(神奈川)
  • 年月日: 2012-03-27
• [学会発表] Effect of Mg2+ on the structure of amorphous CaCO3-a molecular dynamics simulation (2012)
  • 著者名/発表者名: 伴野秀和、灘浩樹
  • 学会等名: APS March Meeting 2012
  • 発表場所: ボストンコンベンションセンター(アメリカ)
  • 年月日: 2012-03-01
• [学会発表] 炭酸カルシウムカルサイト表面における有機分子吸着ダイナミクス：分子動力学研究 (2012)
  • 著者名/発表者名: 灘浩樹
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2012年大会（招待講演）
  • 発表場所: 幕張メッセ（千葉）
  • 招待講演
• [学会発表] Computer simulation of crystal growth control by impurity molecules (2012)
  • 著者名/発表者名: 灘浩樹
  • 学会等名: The 5th Japan-Netherlands Symposium on Crystal Growth（招待講演）
  • 発表場所: ホテル佐勘（宮城）
  • 招待講演
• [学会発表] MD simulation of crystal growth, surface and interface (2012)
  • 著者名/発表者名: 灘浩樹
  • 学会等名: The 2nd International Crystal Growth School（招待講演）
  • 発表場所: ホテル佐勘（宮城）
  • 招待講演
• [学会発表] 炭酸カルシウム結晶核生成前駆体アモルファスの分子動力学シミュレーション研究 (2012)
  • 著者名/発表者名: 灘浩樹
  • 学会等名: 日本物理学会2012年秋季大会
  • 発表場所: 横浜国立大学（神奈川）
• [学会発表] 炭酸カルシウム結晶核生成前駆体アモルファス構造の結晶類似性変化―分子動力学研究 (2012)
  • 著者名/発表者名: 灘浩樹
  • 学会等名: 第36回結晶成長討論会
  • 発表場所: 国民宿舎 虹の松原ホテル（佐賀）
• [学会発表] 炭酸カルシウム核生成前駆体アモルファスの構造と結晶多形との関係：分子動力学シミュレーション研究 (2012)
  • 著者名/発表者名: 灘浩樹
  • 学会等名: 第42回結晶成長国内会議
  • 発表場所: 九州大学（福岡）
• [学会発表] カルサイト表面へのアスパラギン酸吸着に及ぼす水の影響 (2012)
  • 著者名/発表者名: 灘浩樹
  • 学会等名: 第42回結晶成長国内会議
  • 発表場所: 九州大学（福岡）
• [学会発表] 炭酸カルシウム結晶化の分子制御：分子間相互作用から予測するメカニズム (2012)
  • 著者名/発表者名: 灘浩樹
  • 学会等名: 第30回Grain Formation Workshop／平成24年度銀河のダスト研究会（招待講演）
  • 発表場所: 神戸大学（兵庫）
  • 招待講演
• [学会発表] Growth control of CaCO3 crystal by impurities: a molecular dynamics study (2012)
  • 著者名/発表者名: 灘浩樹
  • 学会等名: 2012 Collaborative Conference on Crystal Growth（招待講演）
  • 発表場所: ヒルトンオーランド（アメリカ）
  • 招待講演
• [学会発表] Preparation of CaCO3 Thin Films in the Presence of Metal Ions (2011)
  • 著者名/発表者名: 朱方捷、西村達也、坂本健、伴野秀和、灘浩樹、加藤隆史
  • 学会等名: 第21回日本MRS学術シンポジウム
  • 発表場所: 横浜情報文化センター(神奈川)
  • 年月日: 2011-12-19
• [学会発表] Unique Local Ion Arrangement in CaCO3 Amorphous and Its Relationship to Polymorph Selection-A Molecular Dynamics Study (2011)
  • 著者名/発表者名: 伴野秀和、灘浩樹
  • 学会等名: 第6回バイオミネラリゼーションワークショップ
  • 発表場所: 東京大学(東京)
  • 年月日: 2011-12-03
• [学会発表] イオン添加物とポリマー基板を用いる炭酸カルシウム薄膜の構築 (2011)
  • 著者名/発表者名: 朱方捷、西村達也、坂本健、伴野秀和、灘浩樹、加藤隆史
  • 学会等名: 第6回バイオミネラリゼーションワークショップ
  • 発表場所: 東京大学(東京)
  • 年月日: 2011-12-03
• [学会発表] Ice Crystal Growth Controlled by Antifreeze Proteins (2011)
  • 著者名/発表者名: 灘浩樹
  • 学会等名: NEPTIS-20
  • 発表場所: 大津プリンスホテル(滋賀)(招待講演)
  • 年月日: 2011-11-29
• [学会発表] CaCO3アモルファス中の秩序構造制御による結晶多形選択の分子動力学研究 (2011)
  • 著者名/発表者名: 伴野秀和、灘浩樹
  • 学会等名: 第41回結晶成長国内会議
  • 発表場所: つくば国際会議場(茨城)
  • 年月日: 2011-11-05
• [学会発表] CaCO3カルサイト結晶表面の分子動力学シミュレーション (2011)
  • 著者名/発表者名: 灘浩樹、佐崎元
  • 学会等名: 第41回結晶成長国内会議
  • 発表場所: つくば国際会議場(茨城)
  • 年月日: 2011-11-05
• [学会発表] 不凍タンパク質と氷核タンパク質共存下での氷の結晶成長 (2011)
  • 著者名/発表者名: 灘浩樹、Salvador Zepeda、三浦均、古川義純
  • 学会等名: 第41回結晶成長国内会議
  • 発表場所: つくば国際会議場(茨城)
  • 年月日: 2011-11-03
• [学会発表] Computer simulation study of crystal growth control by impurity molecules (2011)
  • 著者名/発表者名: 灘浩樹
  • 学会等名: 1st International Symposium on Fusion Materials
  • 発表場所: 鳥羽国際ホテル(三重)(招待講演)
  • 年月日: 2011-10-18
• [学会発表] 不凍タンパク質の氷結晶界面吸着構造と分子レベル成長制御機構 (2011)
  • 著者名/発表者名: 灘浩樹、古川義純
  • 学会等名: 第60回高分子討論会
  • 発表場所: 岡山大学(岡山)
  • 年月日: 2011-09-29
• [学会発表] CaCO3アモルファスの秩序構造に関する分子動力学研究 (2011)
  • 著者名/発表者名: 伴野秀和、灘浩樹
  • 学会等名: 日本物理学会2011年秋季大会
  • 発表場所: 富山大学(富山)
  • 年月日: 2011-09-22
• [学会発表] CaCO3アモルファス中の秩序構造制御による結晶多形の選択-分子動力学研究 (2011)
  • 著者名/発表者名: 伴野秀和、灘浩樹
  • 学会等名: 第35回結晶成長討論会
  • 発表場所: ビアスパーク下妻(茨城)
  • 年月日: 2011-09-07
• [学会発表] Significant alternations in anisotropic ice growth rate induced by bacterial ice-nucleating proteins (2011)
  • 著者名/発表者名: 灘浩樹
  • 学会等名: 1st International Ice-Binding Protein Conference
  • 発表場所: キングストン大学(カナダ)(招待講演)
  • 年月日: 2011-08-04
• [学会発表] Studies on mechnanism of ice growth inhibition by antifreeze proteins (2011)
  • 著者名/発表者名: 灘浩樹
  • 学会等名: The 5th Asian Conference on Crystal Growth and Crystal Technology
  • 発表場所: パンパシフィックシンガポールホテル(シンガポール)(招待講演)
  • 年月日: 2011-07-01
• [学会発表] 有機分子が吸着した炭酸カルシウム結晶表面のシミュレーション (2011)
  • 著者名/発表者名: 灘浩樹
  • 学会等名: 日本物理学会第66回年次大会
  • 発表場所: 新潟大学(新潟)
  • 年月日: 2011-03-25
• [学会発表] 高圧下における氷結晶成長の分子動力学シミュレーション (2010)
  • 著者名/発表者名: 灘浩樹
  • 学会等名: 日本物理学会2010年秋季大会
  • 発表場所: 大阪府立大学(大阪)
  • 年月日: 2010-09-24
• [学会発表] Growth shape of nanoscale hexagonal ice crystal : a molecular dynamics study (2010)
  • 著者名/発表者名: 灘浩樹
  • 学会等名: 12^<th> International Conference on the Physics and Chemistry of Ice
  • 発表場所: 北海道大学(札幌)
  • 年月日: 2010-09-10
• [学会発表] Growth inhibition mechanism of ice by antifreeze protein : a molecular dynamics study (2010)
  • 著者名/発表者名: 灘浩樹、古川義純
  • 学会等名: 12^<th> International Conference on the Physics and Chemistry of Ice
  • 発表場所: 北海道大学(札幌)
  • 年月日: 2010-09-07
• [学会発表] Ice growth shape analyzed by molecular dynamics simulation (2010)
  • 著者名/発表者名: 灘浩樹
  • 学会等名: 16^<th> International Conference on Crystal Growth
  • 発表場所: 北京国際コンベンションセンター(北京)
  • 年月日: 2010-08-10
• [図書] Surface and Interface Science, Volume 3: Surfaces of Multi-component Solids (Alloy, Compound Semiconductors) (2013)
  • 著者名/発表者名: Yoshinori Furukawa, Gen Sazaki, Hiroki Nada
  • 総ページ数: 420
  • 出版者: Wiley-VCH
• [備考] 産業技術総合研究所公式ホームページ（灘 浩樹のページ）
  • URL: https://unit.aist.go.jp/emtech-ri/26env-fluid/member/nada.html