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2017 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。昨年度は、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自己会合構造を解析した結果、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。本年度は、DPDシミュレーションにより得られたチューブの安定性を解析した。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チューブを初期配置として用い、AS間の相互作用パラメータε_AS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_ASの値が小さい場合は板状ミセルへ、大きい場合は球状ミセルへ形状変化することが分かった。また、中間の値に対してはチューブ形状を保つことが明らかになった。

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29年度まで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分子動力学(MD)シミュレーションを実行する。様々な粒子間相互作用パラメータの値に対して得られたベシクルやチューブなどの平衡構造に対して、粒子間相互作用パラメータの値を変化させることにより、構造変化のダイナミクスを詳細に解析する。

  • 研究成果

    (25件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件) 学会発表 (20件) (うち国際学会 3件、 招待講演 4件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Crystallization tendencies of modelled Lennard-Jones liquids with different attractions2018

    • 著者名/発表者名
      L.-C. Valdes, J. Gerges, T. Mizuguchi, and F. Affouard
    • 雑誌名

      The Journal of Chemical Physics

      巻: 148 ページ: 014501~014501

    • DOI

      https://doi.org/10.1063/1.5004659

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Local structure and phase transition in supercooled cyclohexane2017

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

      Activity Report 2016, Supercomputer Center, MDCL ISSP University of Tokyo

      巻: - ページ: 262-263

  • [雑誌論文] Critical nucleus size for crystallization of supercooled liquids in two dimensions2017

    • 著者名/発表者名
      Mizuguchi Tomoko、Higeta Yuki、Odagaki Takashi
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 95 ページ: 042804

    • DOI

      https://doi.org/10.1103/PhysRevE.95.042804

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Protein-ligand binding affinity calculation by replica exchange thermodynamic integration2017

    • 著者名/発表者名
      O. Takarada, O. Ichikawa, K. Yamazaki, K. Fujimoto, T. Mizuguchi, A. Yamada, and S. Okazaki
    • 雑誌名

      HPCI Research Report

      巻: 2 ページ: 53

  • [学会発表] 拘束系のシクロヘキサンの液液転移に伴うダイナミクスの変化II2018

    • 著者名/発表者名
      水口朋子,辰巳創一,須藤亜紀乃,野田泰斗,Zach Evenson,藤原進
    • 学会等名
      日本物理学会第73回年次大会
  • [学会発表] 高分子構造形成の分子動力学シミュレーション2018

    • 著者名/発表者名
      藤原 進
    • 学会等名
      シンポジウム「高分子の物性測定とその応用」
    • 招待講演
  • [学会発表] 分子シミュレーションで解き明かすソフトマターの階層構造とダイナミクス2018

    • 著者名/発表者名
      藤原 進
    • 学会等名
      「自然科学における階層と全体」シンポジウム
    • 招待講演
  • [学会発表] 分子性液体の液体・液体相転移とそれに伴う構造変化2017

    • 著者名/発表者名
      水口朋子
    • 学会等名
      第7回計算力学シンポジウム
    • 招待講演
  • [学会発表] メソポーラスシリカ中の水の構造に関するシミュレーション研究2017

    • 著者名/発表者名
      水口朋子、萩田克美、藤原進
    • 学会等名
      平成29年度繊維学会秋季研究発表会
  • [学会発表] 高分子構造形成の基礎とシミュレーション ~フリーソフトOCTAを使ったPC実習付き~2017

    • 著者名/発表者名
      藤原 進
    • 学会等名
      S&T出版セミナー
    • 招待講演
  • [学会発表] Dissipative particle dynamics simulation for self-assembly of symmetric bolaamphiphilic molecules in a solution2017

    • 著者名/発表者名
      Susumu Fujiwara, Yoshiki Iida, Takehide Tsutsui, Tomoko Mizuguchi, Masato Hashimoto, Yuichi Tamura and Hiroaki Nakamura
    • 学会等名
      26th International Toki Conference (ITC-26)
    • 国際学会
  • [学会発表] メソポーラスシリカ内の水の構造に関するシミュレーション研究2017

    • 著者名/発表者名
      水口 朋子, 萩田 克美, 藤原 進
    • 学会等名
      平成29年度繊維学会秋季研究発表会
  • [学会発表] Molecular dynamics study of micelle formation in an amphiphilic solution: Classification of micellar shapes2017

    • 著者名/発表者名
      Susumu Fujiwara, Tomoko Mizuguchi and Masato Hashimoto
    • 学会等名
      The 36th JSST Annual Conference International Conference on Simulation Technology (JSST2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] ポリエチレンの分岐鎖や環状鎖の結晶化挙動の粗視化MD解析2017

    • 著者名/発表者名
      萩田 克美, 岩岡 伸之, 藤原 進
    • 学会等名
      日本物理学会2017年秋季大会
  • [学会発表] 高分子静止融液中でのキャビテーション2017

    • 著者名/発表者名
      橋本 雅人, 水口 朋子, 藤原 進
    • 学会等名
      第66回高分子討論会
  • [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:デンドリマー世代数の効果2017

    • 著者名/発表者名
      小原 光徳, 藤原 進, 水口 朋子, 橋本 雅人
    • 学会等名
      第66回高分子討論会
  • [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機構: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
    • 学会等名
      第66回高分子討論会
  • [学会発表] 結晶性高分子の融解記憶効果2017

    • 著者名/発表者名
      名部 哲史, 橋本 雅人, 藤原 進, 水口 朋子
    • 学会等名
      第66回高分子討論会
  • [学会発表] 熱処理によって引き起こされる非晶高分子薄膜中の静止融液からのキャビテーション2017

    • 著者名/発表者名
      永松 詳平, 土井 淳嗣, 橋本 雅人, 水口 朋子, 藤原 進
    • 学会等名
      第7回高分子物理学研究会
  • [学会発表] 双頭型両親媒性分子の自己会合に及ぼす分子の屈曲性の効果: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
    • 学会等名
      第7回高分子物理学研究会
  • [学会発表] 高分子構造形成の分子動力学シミュレーション2017

    • 著者名/発表者名
      藤原 進, 水口 朋子, 橋本 雅人
    • 学会等名
      2017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
  • [学会発表] Critical nucleus size for crystallization of a supercooled liquid in two dimensions2017

    • 著者名/発表者名
      Tomoko Mizuguchi, Yuki Higeta, Takashi Odagaki
    • 学会等名
      8th International Discussion Meeting on Relaxations in Complex Systems
    • 国際学会
  • [学会発表] 双頭型両親媒性溶液中における自己会合の散逸粒子動力学シミュレーション2017

    • 著者名/発表者名
      藤原 進, 高橋 雄, 筒井岳英, 水口 朋子, 橋本 雅人
    • 学会等名
      第66回高分子学会年次大会
  • [学会発表] 高分子静止融液中でのキャビテーション2017

    • 著者名/発表者名
      大谷 純己, 橋本 雅人, 水口 朋子, 藤原 進
    • 学会等名
      第66回高分子学会年次大会
  • [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: 2018-12-17  

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