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2011 年度 実績報告書

溶融高分子の内部において分子鎖が形成するからみ合いの構造のダイナミクス解析

研究課題

研究課題/領域番号 10J01270
研究機関京都大学

研究代表者

奥田 覚  京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)

キーワード高分子ダイナミクス / 界面相互作用 / からみ合い構造 / 粗視化モデル / レオロジー / 数値シミュレーション / 分子間相互作用 / プリミティブチェーンネットワーク
研究概要

からみ合い構造を有する高分子溶融体のレオロジー挙動は、内部のモノマー間相互作用に依存して変化する。その機構を理解するためには、このモノマー間相互作用をからみ合い構造スケールから扱う必要がある.そこで本年度はまず、1)高分子内部のモノマー間相互作用をからみ合い構造のスケールから扱うため、セグメント間相互作用の新しい粗視化モデルを構築した。次に、2)この数理モデルを導入したプリミティブチェーンネットワーク(PCN)シミュレーションによって、バルク条件における一成分系高分子のセグメント間距離分布を解析した。その結果は、ガウス型ソフトコアポテンシャルモデルによる粗視化シミュレーションの結果と同じ傾向を示し、本数理モデルの妥当性が示唆された。さらに、3)モノマー間相互作用の強度をパラメータとして、からみ合い構造、および、マクロなレオロジー挙動を解析した。その結果、セグメント間距離分布、および、短時間スケールにおける緩和弾性率が、モノマー間相互作用の強度に依存した。これにより、モノマー間相互作用が、からみ合い構造や、短時間スケールにおけるマクロなレオロジー挙動に影響することが示唆された。本モデルは、ブロックコポリマー、ブレンドポリマー等の混合系への適用や、壁面-モノマー間の相互作用を有する壁面系への拡張が期待される。最後に、3)セグメント間相互作用モデルのフレームワークの応用として生体組織の形態形成過程の力学モデルの構築に着手した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

本年度では、からみ合い高分子におけるセグメント間相互作用を数理モデル化し、バルク条件下における一成分系高分子のレオロジーの解析を行った。その結果、短距離スケールにおけるセグメント間距離分布が改善し、本モデルの妥当性が示唆された。また、モノマー間相互作用がからみ合い構造や短時間スケールにおけるマクロなレオロジー挙動に影響を及ぼすことが明らかになった。この開発した数理モデルは、固液界面を含む系や、ブロックコポリマー、ブレンドポリマー等の混合系のレオロジーを解析するための基礎となる。以上より、本研究は当初の計画以上に進展している。

今後の研究の推進方策

本年度の研究により、溶融高分子の内部におけるモノマー間の相互作用が、からみ合い構造を通して、マクロなレオロジーに及ぼす影響を明らかにすることができた。今後、さらなる展開として、開発した数理モデルのフレームワークを応用し、新たに、生体組織の形態形成過程の力学モデルの構築を検討している。細胞間相互作用に基づく生体組織の形態形成過程は,セグメント間相互作用に基づく高分子レオロジーと同様に、階層的な幅広い時間・空間スケールにおける多体ダイナミクスであり、からみ合い構造の解析手法の応用によって、その機構解明が期待される。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2012 2011

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (9件)

  • [雑誌論文] Soft-core interaction between entanglement segments for primitive chain network simulations2012

    • 著者名/発表者名
      Satoru Okuda, Takashi Uneyama, Yasuhiro Inoue, Yuichi Masubuchi, Masaki Hojo
    • 雑誌名

      Journal of the Society of Rheology, Japan

      巻: 40 ページ: 21-30

    • DOI

      10.1678/rheology.40.21

    • 査読あり
  • [学会発表] Three-dimensional vertex model for morphogenesis of multiple-cell tissue with physical and topological consistency2012

    • 著者名/発表者名
      Satoru Okuda, Yasuhiro Inoue, Mototsugu Eiraku, Yoshiki Sasai, Taiji Adachi
    • 学会等名
      CDB Symposium 2012 : Quantitative Developmental Biology
    • 発表場所
      理化学研究所CDB
    • 年月日
      20120326-20120328
  • [学会発表] 組織発生の形態形成過程における細胞の分裂と成長のモデル化2012

    • 著者名/発表者名
      奥田覚, 井上康博, 永樂元次, 笹井芳樹, 安達泰治
    • 学会等名
      日本機械学会第24回バイオエンジニアリング講演会
    • 発表場所
      大阪大学
    • 年月日
      20120107-20120108
  • [学会発表] 細胞質分裂における収縮環の力発生と細胞膜変形との関連:力学シミュレーションによる検討2012

    • 著者名/発表者名
      中川光司, 井上康博, 奥田覚, 安達泰治
    • 学会等名
      日本機械学会第24回バイオエンジニアリング講演会
    • 発表場所
      大阪大学
    • 年月日
      20120107-20120108
  • [学会発表] Three-dimensional vertex model for simulating large deformation of cell aggregates during tissue morphogenesis2012

    • 著者名/発表者名
      Satoru Okuda, Yasuhiro Inoue, Mototsugu Eiraku, Yoshiki Sasai, Tajii Adachi
    • 学会等名
      International Symposium on Cellular Mechanobiology
    • 発表場所
      京都大学
    • 年月日
      2012-03-16
  • [学会発表] 中川光司,井上康博,奥田覚,安達泰治細胞分裂における収縮環による細胞変形のシミュレーション2011

    • 著者名/発表者名
      中川光司, 井上康博, 奥田覚, 安達泰治
    • 学会等名
      日本機械学会第22回バイオフロンティア講演会
    • 発表場所
      アスト津(三重県)
    • 年月日
      20111007-20111008
  • [学会発表] Physical and geometrical improvements of three-dimensional vertex model for simulating morphogenetic dynamics of multicellular tissue in development2011

    • 著者名/発表者名
      Satoru Okuda, Yasuhiro Inoue, Mototsugu Eiraku, Yoshiki Sasai, Taiji Adachi
    • 学会等名
      Exciting biology series : Biology at the interface
    • 発表場所
      理化学研究所CDB
    • 年月日
      20110929-20111001
  • [学会発表] シート状多細胞組織の形態発生に関する数理モデルの検討2011

    • 著者名/発表者名
      奥田覚, 井上康博, 永樂元次, 笹井芳樹, 安達泰治
    • 学会等名
      日本機械学会2011年度年次大会
    • 発表場所
      東京工業大学
    • 年月日
      20110911-20110914
  • [学会発表] 複雑形状周り混相流数値解析による繊維束内微視的樹脂浸透挙動の検討2011

    • 著者名/発表者名
      井上康博, 石田和希, 高田尚樹, 奥田覚, 北條正樹
    • 学会等名
      日本混相流学会年会講演会2011
    • 発表場所
      京都工芸繊維大学
    • 年月日
      20110806-20110808
  • [学会発表] Computational biomechanics for large deformations of multiple-cell aggregates during tissue morphogenesis2011

    • 著者名/発表者名
      奥田覚, 井上康博, 永樂元次, 笹井芳樹, 安達泰治
    • 学会等名
      京都大学再生医科学研究所「再生医学・再生医療の先端融合的共同研究拠点」平成23年度学術講演会
    • 発表場所
      京都大学
    • 年月日
      2011-12-26

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公開日: 2013-06-26  

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