高分子・界面活性剤系の自己組織構造の動力学への密度汎関数理論の応用

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23340120
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生物物理・化学物理
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 川勝 年洋 東北大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (20214596)
• 研究分担者: 村島 隆浩 東北大学, 大学院・理学研究科, 助教 (50565520)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: ハイブリッドモデル / マルチスケールモデル / 自己無撞着場理論

研究概要

高分子と界面活性剤の作るメソスケールの構造の動力学に対して、連続場とミクロな粒子モデルを結合させたハイブリッド理論の開発を行った。
1)自己無撞着場理論と分子動力学シミュレーションのハイブリッド手法を用いて生体膜をモデル化することに成功した。2)生体膜に高分子鎖を閉じ込めた構造を、自己無撞着場理論とPhase Field理論を融合させたハイブリッド法を開発し、内包高分子および流動場による膜の変形をシミュレートした。3)紐状ミセルを多数の粗視化粒子で表現する分子モデルを提案し、このモデルとマクロな不均一流動のシミュレーションを組み合わせたマルチスケールのシミュレーション法を開発した。

研究成果

• [雑誌論文] Multiscale Fluid Dynamics Simulation Applied to Micellar Solution (2013)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Murashima, Masatoshi Toda, Toshihiro Kawakatsu
  • 雑誌名: NIC Series (Proceedings of the HYBRID2013 workshop of the John von Neumann Institute for Computing) 巻: 46 ページ: 187-192
  • 査読あり
• [雑誌論文] A hybrid particle-field molecular dynamics approach : a route toward efficient coarse-grained models for biomembranes (2013)
  • 著者名/発表者名: Giuseppe Milano, Toshihiro Kawakatsu, and Antonio De Nicola
  • 雑誌名: Physical Biology 巻: 10 (No.4) ページ: 045007-1-16
  • DOI: 10.1088/1478-3975/10/4/045007
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structure and rheology of wormlike micellar systems (2013)
  • 著者名/発表者名: Masatoshi Toda and Toshihiro Kawakatsu
  • 雑誌名: AIP Conf. Proc 巻: 1518 (No.1) ページ: 419-423
  • DOI: 10.1063/1.4794606
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multiscale simulation for soft matter : Applicatio to wormlike micellar solution (2013)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Murashima, Masatoshi Toda, and Toshihiro Kawakatsu
  • 雑誌名: AIP Conf. Proc 巻: 1518 (No.1) ページ: 436-439
  • DOI: 10.1063/1.4794610
  • 査読あり
• [雑誌論文] Field theoretical approach for bio-membrane coupled with flow field (2013)
  • 著者名/発表者名: Yutaka Oya and Toshihiro Kawakatsu
  • 雑誌名: AIP Conf. Proc 巻: 1518 (No.1) ページ: 452-454
  • DOI: 10.1063/1.4794614
  • 査読あり
• [雑誌論文] Simple crack propagation model of pressure-sensitive adhesives (2013)
  • 著者名/発表者名: Shinobu Sekine and Toshihiro Kawakatsu
  • 雑誌名: Adv. Nat. Sci. : Nanosci. Nanotechnol. 巻: 4 (No.2) ページ: 025016-1-5
  • DOI: 10.1088/2043-6262/4/2/025016
  • 査読あり
• [雑誌論文] Validation of a Hybrid MD-SCF Coarse-Grained Model for DPPC in Non-Lamellar Phases (2012)
  • 著者名/発表者名: Antonio De Nicola, Ying Zhaoa, Toshihiro Kawakatsu, Danilo Roccatano and Giuseppe Milano
  • 雑誌名: Theoretical Chemistry Accounts 巻: 131(No.3) ページ: 1167-1-16
  • DOI: 10.1007/s00214-012-1167-1
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hybrid Particle-Field Molecular Dynamics Simulations : Parallelization and Benchmarks (2012)
  • 著者名/発表者名: Ying Zhao, Antonio De Nicola, Toshihiro Kawakatsu and Giuseppe Milano
  • 雑誌名: J. Comput. Chem. 巻: 33 (No.8) ページ: 868-880
  • DOI: 10.1002/jcc.22883
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hybrid Particle-Field Coarse-Grained Models for Biological Phospholipids (2011)
  • 著者名/発表者名: Antonio De Nicola, Ying Zhao, Toshihiro Kawakatsu, Danilo Roccatano, Giuseppe Milano
  • 雑誌名: J. Chemical Theory and Computation 巻: 7 (No.9) ページ: 2947-2962
  • DOI: 10.1021/ct200132n
  • 査読あり
• [雑誌論文] 粒子・連続場ハイブリッド法を用いた紐状ミセル溶液のダイナミクス (2011)
  • 著者名/発表者名: 戸田昌利, 川勝年洋
  • 雑誌名: 物性研究 巻: 96 (No.1) ページ: 77-78
• [学会発表] 場の理論および粒子シミュレーションの融合による生体膜と高分子複合系の構造変化のシミュレーション (2014)
  • 著者名/発表者名: 川勝年洋
  • 学会等名: 日本物理学会 第69回年次大会, 東海大学湘南キャンパス
  • 発表場所: 神奈川県平塚市
  • 年月日: 20140327-30
  • 招待講演
• [学会発表] 2次元ポアズイユ流中のベシクルの動力学に関する場の理論 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大矢豊大,川勝年洋
  • 学会等名: 日本物理学会 第69回年次大会, 東海大学湘南キャンパス
  • 発表場所: 神奈川県平塚市
  • 年月日: 20140327-30
• [学会発表] 集中講義" Theories and Computer Simulations on Structure and Dynamics of Complex Fluids"セ ミ ナ ー " Hybrid Particle-Field Approaches to Polymer/Membrane Systems" (2014)
  • 著者名/発表者名: Toshihiro Kawakatsu
  • 学会等名: An International Winter School and Symposium on Statistical Mechanics and Simulation of Nonlinear Dynamics
  • 発表場所: Saint-tropez Hotel, Changsha, China
  • 年月日: 20140103-07
  • 招待講演
• [学会発表] 高分子と膜構造の粗視化モデルによるマルチスケールシミュレーション (2014)
  • 著者名/発表者名: 川勝年洋
  • 学会等名: 13-6 ポリマーフロンティア21, 高分子材料の最新シミュレーション技術 -マルチスケールシミュレーションの最前線-
  • 発表場所: 東京工業大学 蔵前会館ロイアルブルーホール, 東京
  • 年月日: 2014-03-14
  • 招待講演
• [学会発表] 高分子流体の階層連携シミュレーション (2013)
  • 著者名/発表者名: 村島隆浩
  • 学会等名: 物性研スパコン共同利用・CMSI 合同研究会, 物性研究所
  • 発表場所: 柏
  • 年月日: 20131210-13
  • 招待講演
• [学会発表] Multiscale Simulation of Entangled Polymer Melt with Elastic Deformation (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Murashima
  • 学会等名: 3rd International Conference on Molecular Simulation,神戸国際会議場
  • 年月日: 20131118-20
• [学会発表] Multiscale Simulation of Entangled Polymer Melt Flow (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Murashima
  • 学会等名: 第61回レオロジー討論会, 山形大学
  • 発表場所: 米沢
  • 年月日: 20130925-27
• [学会発表] Hybrid field theories for complex domains in polymer-surfactant systems (2013)
  • 著者名/発表者名: Toshihiro Kawakatsu
  • 学会等名: 2013 Northeastern Asian Symposium on High Performance Computing Methods and Modeling
  • 発表場所: Wangjiang Hotel, Chengdu, China
  • 年月日: 20130922-25
  • 招待講演
• [学会発表] 場の理論の方法を用いた高分子メソ構造の動力学シミュレーション (2013)
  • 著者名/発表者名: 川勝年洋
  • 学会等名: 第62回高分子討論会 : 特定テーマ「高分子材料のナノメカニクス」セッション
  • 発表場所: 金沢大学角間キャンパス, 金沢市
  • 年月日: 20130911-13
• [学会発表] Field theoretic approaches to polymer/membrane systems (2013)
  • 著者名/発表者名: Toshihiro Kawakatsu
  • 学会等名: International workshop on mesoscale dynamics on interface 2013 (MDOI2013)
  • 発表場所: Beihang University (Beijing, China)
  • 年月日: 20130902-04
  • 招待講演
• [学会発表] Multiscale Simulation for Soft Matter Systems (2013)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Murashima
  • 学会等名: Coarse-graining multicomponent soft matter systems : equilibrium and dynamics, Max-Planck-Institute fur Polymerforshung
  • 発表場所: Mainz, Germany
  • 年月日: 20130821-23
• [学会発表] Dynamics of complex domains in polymer-surfactant systems (2013)
  • 著者名/発表者名: Toshihiro Kawakatsu
  • 学会等名: Collaborative Conference on 3D & Materials Research (CC3DMR) 2013
  • 発表場所: Ramada Plaza Hotel Jeju, Jeju Island, South Korea
  • 年月日: 20130624-28
  • 招待講演
• [学会発表] 高分子・界面活性剤系のハイブリッド・シミュレーション手法に基づく構造と物性予測 (2012)
  • 著者名/発表者名: 川勝年洋
  • 学会等名: 2012年度高分子基礎物性研究会・高分子計算機科学研究会・高分子ナノテクノロジー研究会 合同討論会,東京工業大学 蔵前会館 ロイアルブルーホール
  • 発表場所: 東京都
  • 年月日: 20121121-22
  • 招待講演
• [学会発表] Dynamics of complex domains in polymer-surfactant systems (2012)
  • 著者名/発表者名: Toshihiro Kawakatsu
  • 学会等名: The 6th International Workshop on Advanced Materials Science and Nanotechnology
  • 発表場所: Halong City, Vietnam
  • 年月日: 20121030-1102
  • 招待講演
• [学会発表] Field Theoretical Approach for Polymer Containing Vesicle (2012)
  • 著者名/発表者名: Yutaka Oya and Toshihiro Kawakatsu
  • 学会等名: The 6th International Workshop on Advanced Materials Science and Nanotechnology, (IWAMSN) 2012
  • 発表場所: Halong City, Vietnam
  • 年月日: 20121030-1102
• [学会発表] Dynamics of complex domains in polymer-surfactant systems (2012)
  • 著者名/発表者名: Toshihiro Kawakatsu
  • 学会等名: Random Media II(CREST Kotani Team Workshop)
  • 発表場所: Main Building, Tohoku University, Sendai, Japan
  • 年月日: 20120903-06
  • 招待講演
• [学会発表] Dynamic Density Functional Theories for Inhomogeneous Polymer Systems and Membranes (2012)
  • 著者名/発表者名: Toshihiro Kawakatsu
  • 学会等名: The 5th International Discussion Meeting on Glass Transition, Institute of Fluid Science
  • 発表場所: Tohoku University, Sendai, Japan
  • 年月日: 20120227-0301
  • 招待講演
• [学会発表] Coarse-grained Models for Polymers and Surfactant Systems (2011)
  • 著者名/発表者名: Toshihiro Kawakatsu
  • 学会等名: The 2nd international symposium on "Multi-scale Simulations of Biological and Soft Materials" (MSBSM 2011
  • 発表場所: Shiran Kaikan, Kyoto, Japan
  • 年月日: 20110910-12
  • 招待講演
• [学会発表] Dynamic Self-Consistent Field Theory and Its Applications to Mesoscopic Structures in Polymer and Surfactant Systems (2011)
  • 著者名/発表者名: Toshihiro Kawakatsu
  • 学会等名: DICP Symposium on Theoretical and Computational Chemistry", Center for Theoretical and Computational Chemistry (CTCC), Dalian Institute of Chemical Physics(DICP)
  • 発表場所: Dalian, China. (Organized by Dong Hui Zhang, Keli Han)
  • 年月日: 20110816-19
  • 招待講演
• [学会発表] Hybrid approaches in density functional theories on polymer/membrane systems (2011)
  • 著者名/発表者名: Toshihiro Kawakatsu
  • 学会等名: International Conference on the Hierarchical Structures in Complex Fluids", Kavli Institute for Theoretical Physics China (KITPC)
  • 発表場所: Beijing, China
  • 年月日: 20110704-08
  • 招待講演
• [学会発表] Dynamic Density Functional Theory for Structural Formation in Block Copolymer and Membrane Systems (2011)
  • 著者名/発表者名: Toshihiro Kawakatsu
  • 学会等名: BIT's 1st Annual World Congress of Nano S&T
  • 発表場所: World EXPO Center, Dalian, China
  • 年月日: 20110123-26
  • 招待講演
• [学会発表] Hybrid Simulations for Polymer/Membrane Systems (2011)
  • 著者名/発表者名: Toshihiro Kawakatsu
  • 学会等名: International Workshop for Molecular Simulations for Polymers, Obaku Plaza, Institute for Chemical Research
  • 発表場所: Kyoto University, Uji, Kyoto, Japan
  • 年月日: 2011-09-09
  • 招待講演