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2016 年度 実施状況報告書

大規模分子シミュレーションによる有機ナノチューブ・ナノベシクル形成機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 15K05244
研究機関京都工芸繊維大学

研究代表者

藤原 進  京都工芸繊維大学, 材料化学系, 教授 (30280598)

研究分担者 水口 朋子  京都工芸繊維大学, グローバルエクセレンス, 助教 (90758963)
研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2019-03-31
キーワード双頭型両親媒性分子 / 自己会合 / ナノベシクル / ナノチューブ / 分子シミュレーション / 散逸粒子動力学法 / 粗視化分子動力学法
研究実績の概要

両親媒性分子は、水中においてミセルやベシクルなどの様々な自己会合構造を自発的に形成する。本年度は、両親媒性分子の剛直性が自己会合構造に及ぼす影響を明らかにするため、半屈曲性双頭型両親媒性分子を用いた散逸粒子動力学(DPD)シミュレーションを実行し、自己会合過程の解析を行った。双頭型両親媒性分子の分子モデルとして粗視化モデルを採用し、両側の親水基は1つの親水性粒子(A及びC)からなり、真ん中の疎水基は3つの疎水性粒子(B)からなる半屈曲性分子であるとした。また、溶媒粒子は1つの親水性粒子(S)でモデル化した。DPDシミュレーションにより得られた平衡構造の解析を行い、C同士の最大反発力の値a_CCを縦軸、A同士の最大反発力の値a_AAを横軸とする相図を作成した。その結果、屈曲性双頭型両親媒性分子の場合には現れなかった「チューブ」の形成を確認することができた。さらに、DPDシミュレーションにより得られた平衡構造の安定性を確かめるため、双頭型両親媒性分子の粗視化モデルに対する分子動力学(MD)シミュレーションを実行した。MDシミュレーションで用いる双頭型両親媒性分子の粗視化モデルでは、親水性粒子(親水基A, C及び溶媒粒子S)と疎水性粒子Bの間、及び、2種類の親水基AとCの間の相互作用は斥力のみのtruncated-shifted レナード-ジョーンズ(LJ)ポテンシャル、それ以外の粒子間相互作用はLJポテンシャルで表す。まず、DPDシミュレーションにより得られたベシクルを初期配置として用い、A同士の相互作用パラメータε_AA、及びC同士の相互作用パラメータε_CCの様々な値に対してMDシミュレーションを実行した。その結果、相互作用パラメータε_AAの値に応じて、穴あきベシクルや球状ミセルへの形状変化を観察することができた。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当初予定していた通り、半屈曲性双頭型両親媒性分子を用いた散逸粒子動力学(DPD)シミュレーションを実行し、得られた平衡構造の解析も進んでいる。また、DPDシミュレーションにより得られた平衡構造を初期配置として分子動力学(MD)シミュレーションを実行し、DPDシミュレーションにより得られた平衡構造の安定性解析も進んでいるため。

今後の研究の推進方策

平成28年度の研究をさらに推し進め、半屈曲性双頭型両親媒性分子を用いた散逸粒子動力学(DPD)シミュレーション、及び分子動力学(MD)シミュレーションを実行する。DPDシミュレーション研究では、得られた相図からナノチューブ・ナノベシクルが形成されるパラメータ領域を特定し、それぞれの形成条件を明らかにする。MDシミュレーション研究では、様々な粒子間相互作用パラメータの値に対して得られる平衡構造の解析を行い、ε_CCを縦軸、ε_AAを横軸とする詳細な相図を作成する。そして、DPDシミュレーションにより得られた相図と比較することにより、両シミュレーションにおける相互作用パラメータ(a_AAとa_CC、及び、ε_AAとε_CC)のマッピング(関連付け)を行う。なお、シミュレーション時間の制約のためMDシミュレーションによる相図の作成が困難な場合は、系のサイズを小さくした小規模シミュレーションを実行する。

  • 研究成果

    (32件)

すべて 2017 2016 その他

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (23件) (うち国際学会 8件、 招待講演 6件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] 高分子構造形成の粗視化分子シミュレーション2017

    • 著者名/発表者名
      藤原進
    • 雑誌名

      プラスチック成形加工学会誌「成形加工」

      巻: 29 ページ: 57-61

  • [雑誌論文] Dissipative Particle Dynamics Simulation of Self-Assembly in a Bolaamphiphilic Solution2016

    • 著者名/発表者名
      Susumu Fujiwara, Yu Takahashi, Hiroki Ikebe, Tomoko Mizuguchi, Masato Hashimoto, Yuichi Tamura, Hiroaki Nakamura and Ritoku Horiuchi
    • 雑誌名

      Plasma and Fusion Research

      巻: 11 ページ: 2401073

    • DOI

      10.1585/pfr.11.2401073

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Molecular Simulation for Soft and Hard Matters2016

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Nakamura, Susumu Fujiwara, Atsushi M. Ito and Seiki Saito
    • 雑誌名

      Proceedings of the 35th JSST Annual Conference (JSST 2016) International Conference on Simulation Technology

      巻: - ページ: 1-8

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Molecular dynamics study of new phase transition in supercooled cyclohexane2016

    • 著者名/発表者名
      Tomoko Mizuguchi, Soichi Tatsumi and Susumu Fujiwara
    • 雑誌名

      Proceedings of the 35th JSST Annual Conference (JSST 2016) International Conference on Simulation Technology

      巻: - ページ: 41-48

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Study on Multi-Hierarchy Phenomena in Plasmas with Theory and Simulations2016

    • 著者名/発表者名
      S. Usami, R. Horiuchi, S. Ishiguro, H. Nakamura, H. Miura, H. Ohtani, A. Takayama, A. Ito, A. M. Ito, H. Hasegawa, M. Den, H. Okumura, S. Fujiwara, T. Ogawa, K. Fujimoto, S. Saito, H. Usui and Y. Miyake
    • 雑誌名

      Annual Report of National Institute for Fusion Science

      巻: April 2015 - March 2016 ページ: 380

  • [雑誌論文] Phase Behavior in a Bolaamphiphilic Solution: A Molecular Dynamics Study2016

    • 著者名/発表者名
      S. Fujiwara, T. Mizuguchi, M. Hashimoto, H. Nakamura, R. Horiuchia, Y. Tamura and R. Shirasaki
    • 雑誌名

      Annual Report of National Institute for Fusion Science

      巻: April 2015 - March 2016 ページ: 384

  • [雑誌論文] Analysis of the Polymer Chain Dynamics in the Poly-ion Complex2016

    • 著者名/発表者名
      R. Shirasaki, S. Fujiwara, N. Hatano, Y. Nagao, T. Saiki, Y. Tamura and H. Nakamura
    • 雑誌名

      Annual Report of National Institute for Fusion Science

      巻: April 2015 - March 2016 ページ: 392

  • [雑誌論文] Molecular Simulation Study of Micellar Shape Transition in Amphiphilic Solution2016

    • 著者名/発表者名
      Susumu Fujiwara
    • 雑誌名

      Activity Report 2015, Supercomputer Center, MDCL ISSP University of Tokyo

      巻: - ページ: 251-252

  • [学会発表] ソフトマター系における構造形成の分子シミュレーション2017

    • 著者名/発表者名
      藤原 進
    • 学会等名
      シンポジウム「ソフトマターを中心とした材料科学の基礎と応用」
    • 発表場所
      京都工芸繊維大学(京都府京都市)
    • 年月日
      2017-03-21 – 2017-03-21
    • 招待講演
  • [学会発表] 双頭型両親媒性溶液中におけるベシクル・チューブ形成の散逸粒子動力学シミュレー ション2017

    • 著者名/発表者名
      筒井 岳英, 藤原 進, 水口 朋子, 橋本 雅人, 中村 浩章
    • 学会等名
      2016年度【非線形問題の解法に関する研究会】第2回非線形・可視化部門研究会
    • 発表場所
      核融合科学研究所(岐阜県土岐市)
    • 年月日
      2017-01-30 – 2017-01-30
  • [学会発表] Self-Assembly of Bolaamphiphilic Molecules in a Solution: Dissipative Particle Dynamics Study2016

    • 著者名/発表者名
      Takehide Tsutsui, Susumu Fujiwara, Tomoko Mizuguchi and Masato Hashimoto
    • 学会等名
      The 1st Japan-Thailand Workshop on Numerical and Experimental Approaches to Nonlinear Problems
    • 発表場所
      Bangkok (Thailand)
    • 年月日
      2016-12-08 – 2016-12-08
    • 国際学会
  • [学会発表] Molecular Dynamics Simulations of Structure Formation in Soft Matter Systems2016

    • 著者名/発表者名
      Susumu Fujiwara
    • 学会等名
      The 1st Japan-Thailand Workshop on Numerical and Experimental Approaches to Nonlinear Problems
    • 発表場所
      Bangkok (Thailand)
    • 年月日
      2016-12-06 – 2016-12-06
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Molecular dynamics study of new phase transition in supercooled cyclohexane2016

    • 著者名/発表者名
      Tomoko Mizuguchi, Soichi Tatsumi and Susumu Fujiwara
    • 学会等名
      The 35th JSST Annual Conference International Conference on Simulation Technology (JSST2016)
    • 発表場所
      京都大学国際科学イノベーション棟(京都府京都市)
    • 年月日
      2016-10-27 – 2016-10-27
    • 国際学会
  • [学会発表] Molecular Simulation for Soft and Hard Matters2016

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Nakamura, Susumu Fujiwara, Atsushi M. Ito and Seiki Saito
    • 学会等名
      The 35th JSST Annual Conference International Conference on Simulation Technology (JSST2016)
    • 発表場所
      京都大学国際科学イノベーション棟(京都府京都市)
    • 年月日
      2016-10-27 – 2016-10-27
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 過冷却したシクロヘキサンにおける局所構造変化2016

    • 著者名/発表者名
      水口 朋子, 辰巳 創一, 藤原 進
    • 学会等名
      日本物理学会2016年秋季大会
    • 発表場所
      金沢大学(石川県金沢市)
    • 年月日
      2016-09-15 – 2016-09-15
  • [学会発表] 熱応答性高分子の水和構造に及ぼす立体規則性の効果2016

    • 著者名/発表者名
      鎌田 康平, 藤原 進, 橋本 雅人, 水口 朋子, 青木 隆史, 玉井 良則
    • 学会等名
      第65回高分子討論会
    • 発表場所
      神奈川大学横浜キャンパス(神奈川県横浜市)
    • 年月日
      2016-09-14 – 2016-09-14
  • [学会発表] 半屈曲性双頭型両親媒性分子自己会合の散逸粒子動力学シミュレーション2016

    • 著者名/発表者名
      筒井 岳英, 園木 将司, 藤原 進, 水口 朋子, 橋本 雅人
    • 学会等名
      第65回高分子討論会
    • 発表場所
      神奈川大学横浜キャンパス(神奈川県横浜市)
    • 年月日
      2016-09-14 – 2016-09-14
  • [学会発表] 高分子静止融液中でのキャビテーション2016

    • 著者名/発表者名
      橋本 雅人, 水口 朋子, 藤原 進
    • 学会等名
      第65回高分子討論会
    • 発表場所
      神奈川大学横浜キャンパス(神奈川県横浜市)
    • 年月日
      2016-09-14 – 2016-09-14
  • [学会発表] 帯電デンドリマーと線状高分子電解質の複合体化:粗視化分子動力学シミュレーション2016

    • 著者名/発表者名
      藤原 進, 木下 紗由美, 水口 朋子, 橋本 雅人
    • 学会等名
      日本物理学会2016年秋季大会
    • 発表場所
      金沢大学(石川県金沢市)
    • 年月日
      2016-09-13 – 2016-09-13
  • [学会発表] 両親媒性溶液中におけるミセル形状転移と動的共存2016

    • 著者名/発表者名
      藤原 進
    • 学会等名
      プラズマシミュレータシンポジウム2016
    • 発表場所
      核融合科学研究所(岐阜県土岐市)
    • 年月日
      2016-09-07 – 2016-09-07
  • [学会発表] 溶液中における双頭型両親媒性分子の自己会合構造:散逸粒子動力学シミュレーション2016

    • 著者名/発表者名
      筒井 岳英, 藤原 進, 水口 朋子, 橋本 雅人
    • 学会等名
      第6回高分子物理学研究会
    • 発表場所
      山口大学吉田キャンパス(山口県山口市)
    • 年月日
      2016-09-03 – 2016-09-03
  • [学会発表] 高分子構造形成の基礎とシミュレーション手法2016

    • 著者名/発表者名
      藤原 進
    • 学会等名
      S&T出版セミナー
    • 発表場所
      東宝土地株式会 高橋ビルヂング(東京都千代田区)
    • 年月日
      2016-08-24 – 2016-08-24
    • 招待講演
  • [学会発表] A simulation study of locally favored structures in supercooled cyclohexane2016

    • 著者名/発表者名
      Tomoko Mizuguchi, Soichi Tatsumi and Susumu Fujiwara
    • 学会等名
      International Symposium on Advances in Sustainable Polymers (ASP-16)
    • 発表場所
      京都工芸繊維大学(京都府京都市)
    • 年月日
      2016-08-04 – 2016-08-04
    • 国際学会
  • [学会発表] Molecular dynamics simulation of micelle formation and micellar shape transition in an amphiphilic solution2016

    • 著者名/発表者名
      Susumu Fujiwara, Tomoko Mizuguchi and Masato Hashimoto
    • 学会等名
      International Symposium on Advances in Sustainable Polymers (ASP-16)
    • 発表場所
      京都工芸繊維大学(京都府京都市)
    • 年月日
      2016-08-04 – 2016-08-04
    • 国際学会
  • [学会発表] Cavitation in the Static Melt of Polymers2016

    • 著者名/発表者名
      Masato Hashimoto, Tomoko Mizuguchi and Susumu Fujiwara
    • 学会等名
      International Symposium on Advances in Sustainable Polymers (ASP-16)
    • 発表場所
      京都工芸繊維大学(京都府京都市)
    • 年月日
      2016-08-04 – 2016-08-04
    • 国際学会
  • [学会発表] Dissipative particle dynamics simulation of self-assembly in a bolaamphiphilic solution2016

    • 著者名/発表者名
      Yu Takahashi, Susumu Fujiwara, Tomoko Mizuguchi and Masato Hashimoto
    • 学会等名
      International Symposium on Advances in Sustainable Polymers (ASP-16)
    • 発表場所
      京都工芸繊維大学(京都府京都市)
    • 年月日
      2016-08-04 – 2016-08-04
    • 国際学会
  • [学会発表] 溶液中における双頭型両親媒性分子自己会合に及ぼす分子の剛直性の効果:散逸粒子動力学研究2016

    • 著者名/発表者名
      筒井 岳英, 藤原 進, 水口 朋子, 橋本 雅人
    • 学会等名
      2016年度【非線形問題の解法に関する研究会】第1回非線形・可視化部門研究会
    • 発表場所
      核融合科学研究所(岐阜県土岐市)
    • 年月日
      2016-08-01 – 2016-08-01
  • [学会発表] 高分子構造形成のシミュレーション技術2016

    • 著者名/発表者名
      藤原 進
    • 学会等名
      技術情報協会セミナー
    • 発表場所
      技術情報協会セミナールーム(東京都品川区)
    • 年月日
      2016-06-16 – 2016-06-16
    • 招待講演
  • [学会発表] 高分子構造形成の基礎とシミュレーション手法2016

    • 著者名/発表者名
      藤原 進
    • 学会等名
      R&D支援センターセミナー
    • 発表場所
      ドーンセンター(大阪府大阪市)
    • 年月日
      2016-06-09 – 2016-06-09
    • 招待講演
  • [学会発表] 両親媒性溶液中におけるミセル形状転移と動的共存2016

    • 著者名/発表者名
      藤原 進, 水口 朋子, 橋本 雅人
    • 学会等名
      第65回高分子学会年次大会
    • 発表場所
      神戸国際会議場(兵庫県神戸市)
    • 年月日
      2016-05-27 – 2016-05-27
  • [学会発表] 高分子静止融液中でのキャビテーション2016

    • 著者名/発表者名
      橋本 雅人, 水口 朋子, 藤原 進
    • 学会等名
      第65回高分子学会年次大会
    • 発表場所
      神戸国際会議場(兵庫県神戸市)
    • 年月日
      2016-05-27 – 2016-05-27
  • [備考] ようこそ 藤原 進 のホームページヘ

    • URL

      http://www.cis.kit.ac.jp/~fujiwara/index-j.shtml

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公開日: 2018-01-16  

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