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一般化カットオフ法と合成系密度力学による多様な分子動力学シミュレーションの実現

研究課題

研究課題/領域番号 17K05143
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 計算科学
研究機関兵庫県立大学 (2018-2020)
大阪大学 (2017)

研究代表者

福田 育夫  兵庫県立大学, シミュレーション学研究科, 特任教授 (40643185)

研究分担者 森次 圭  横浜市立大学, 生命医科学研究科, 特任准教授 (80599506)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2019年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2018年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2017年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
キーワード分子動力学 / 相互作用計算 / 力学系 / 運動方程式 / サンプリング / 数値積分 / 数値計算 / 数値シミュレーション
研究成果の概要

分子動力学シミュレーションにおける,総電荷や周辺環境に関する仮定,及び,対象とする物理系と他の任意の環境系との統計力学的厳密なカップルの安定かつ容易な実現の困難,という制約を解消し,多様なシミュレーションを容易に実現できるようにする計算手法を構築した.具体的には一般化カットオフ法の開発および合成系密度力学の安定化を行った.高い計算精度を保ちつつ,ボトルネックである計算コストの問題をも解消している.

研究成果の学術的意義や社会的意義

分子動力学シミュレーションは,生体系における種々のメカニズムの解明やそれに基づいた薬物の設計等を可能にし,我々の生活に大きく影響を与え得る技術の一つになってきている.しかし,技術的問題に起因したシミュレーション条件についての制約が,より多様なシミュレーションの容易な実現を阻んでいる.これらの制約を除く技術を開発することで,現状では不可能な多様な用途のシミュレーションを可能にし,物理・化学の基礎科学分野のみならず,材料工学,環境工学,或いは薬学等を対象にする幅広い分野で容易に用いられための研究基盤の確立を目指すものである.

報告書

(5件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 研究成果

    (22件)

すべて 2021 2020 2019 2018 2017

すべて 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 1件、 査読あり 7件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 3件、 招待講演 2件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Flexibility and cell permeability of cyclic Ras-inhibitor peptides revealed by coupled Nose Hoover equation2021

    • 著者名/発表者名
      Kei Moritsugu, Koh Takeuchi, Narutoshi Kamiya, Junichi Higo, Isao Yasumatsu, Yoshifumi Fukunishi and Ikuo Fukuda
    • 雑誌名

      Journal of Chemical Information and Modeling

      巻: 61 号: 4 ページ: 1921-1930

    • DOI

      10.1021/acs.jcim.0c01427

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] On Ergodicity for Multi-Dimensional Harmonic Oscillator Systems with Nose--Hoover Type Thermostat2021

    • 著者名/発表者名
      Ikuo Fukuda, Kei Moritsugu, and Yoshifumi Fukunishi
    • 雑誌名

      Regular and Chaotic Dynamics

      巻: 26 号: 2 ページ: 183-204

    • DOI

      10.1134/s1560354721020064

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Temperature--Energy-Space Sampling Molecular Dynamics: Deterministic and Single-Replica Method Utilizing Continuous Temperature System2020

    • 著者名/発表者名
      Ikuo Fukuda and Kei Moritsugu
    • 雑誌名

      J. Phys. A: Math. Theor.

      巻: 53 号: 37 ページ: 375004-375004

    • DOI

      10.1088/1751-8121/aba027

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Robust, Symmetric Operator-Composition Integrator for the Berendsen Temperature-Control Molecular Dynamics Equation2020

    • 著者名/発表者名
      I. Fukuda, S. Queyroy S, and H. Nakamura
    • 雑誌名

      J. Phys. Soc. Jpn.

      巻: 89 号: 6 ページ: 064004-064004

    • DOI

      10.7566/jpsj.89.064004

    • NAID

      40022254134

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Symmetric, Explicit Numerical Integrator for Molecular Dynamics Equations of Motion with a Generalized Friction2019

    • 著者名/発表者名
      Ikuo Fukuda
    • 雑誌名

      J. Math. Phys.

      巻: 60 号: 4 ページ: 042903-042903

    • DOI

      10.1063/1.5012871

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Enhanced Sampling of Molecular Dynamics Simulations of a Polyalanine Octapeptide: Effects of the Periodic Boundary Conditions on Peptide Conformation2018

    • 著者名/発表者名
      Kasahara Kota、Sakuraba Shun、Fukuda Ikuo
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry B

      巻: 122 号: 9 ページ: 2495-2503

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.7b10830

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Performance Evaluation of the Zero-Multipole Summation Method in Modern Molecular Dynamics2018

    • 著者名/発表者名
      Shun Sakuraba、Ikuo Fukuda
    • 雑誌名

      Journal of Computational Chemistry

      巻: 印刷中

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Enhanced conformational sampling of cyclic peptide cyclorasin by coupled Nose--Hoover equation2020

    • 著者名/発表者名
      Kei Moritsugu, Koh Takeuchi, Yoshifumi Fukunishi, and Ikuo Fukuda
    • 学会等名
      CBI学会2020大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Coupled Nose-Hoover方程式による温度―エネルギー空間上の高効率サンプリングの実現2020

    • 著者名/発表者名
      福田育夫,森次圭,福西快文
    • 学会等名
      日本物理学会第75回年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] myPresto, computer-aided drug development software2019

    • 著者名/発表者名
      Shinji Iida, Ikuo Fukuda, Junichi Higo , Kota Kasahara, Takashi Kurosawa, Tadaaki Mashimo, Kiyotaka Misoo, Yoshinori Wakabayasi, Ryuta Murakami, Chisato Kanai, Yusuke Sugihara, Mitsuhito Wada, Hironori Nakamura, Yoshifumi Fukunishi
    • 学会等名
      第57回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 一般的な摩擦項をもつ運動方程式に対する拡張されたベルレ型積分法2019

    • 著者名/発表者名
      福田育夫
    • 学会等名
      日本物理学会2019年秋季大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] A nonlinear ordinary differential equation with a fully statistical description for a physical system and an environment system2019

    • 著者名/発表者名
      Ikuo Fukuda, Kei Moritsugu, Yoshifumi Fukunishi
    • 学会等名
      8th International Nonlinear Science Conference 2019
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 温度制御方程式系の合成とその応用可能性2019

    • 著者名/発表者名
      福田育夫,森次圭,福西快文
    • 学会等名
      日本物理学会第74回年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Double density dynamics and coupled Nose-Hoover equations2018

    • 著者名/発表者名
      Ikuo Fukuda and Kei Moritsugu
    • 学会等名
      The 2nd Global Conference on Applied Physics, Mathematics and Computing
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A coupling of physical system and a temperature system: Coupled Nose-Hoover equations2018

    • 著者名/発表者名
      Ikuo Fukuda and Kei Moritsugu
    • 学会等名
      第56回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Multicopy/multiscale simulations and their applications using massive computing2018

    • 著者名/発表者名
      Kei Moritsugu, Tohru Terada, Ryuji Ishida, Akinori Kidera
    • 学会等名
      第56回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] MSES 法によるタンパク質の網羅的構造探索2018

    • 著者名/発表者名
      森次圭
    • 学会等名
      レア・イベントの計算科学 第2回ワークショップ
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 合成系密度力学の開発2018

    • 著者名/発表者名
      福田育夫,森次圭
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Non-Ewald method for accurately and efficiently calculating electrostatic interactions in molecular simulations2017

    • 著者名/発表者名
      Ikuo Fukuda, Narutoshi Kamiya, Kota Kasahara, Han Wang, Shun Sakuraba, Haruki Nakamura
    • 学会等名
      “Conformational Ensembles from Experimental Data and Computer Simulations” meeting sponsored by the Biophysical Society
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Non-Ewald methods for simply and precisely calculating electrostatic interactions in molecular simulations2017

    • 著者名/発表者名
      Ikuo Fukuda
    • 学会等名
      JCUP VIII
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Zero-multipole summation method: non-Ewald method for simply and precisely calculating electrostatic interactions in molecular simulations2017

    • 著者名/発表者名
      Ikuo Fukuda
    • 学会等名
      Seminar at Science for Life Laboratory, Stockholm University
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [図書] 長距離力をいかに精度よく効率的に見積もるか―零多重極子和法による静電相互作用計算―2017

    • 著者名/発表者名
      福田育夫
    • 総ページ数
      7
    • 出版者
      日本物理学会誌
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2022-01-27  

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