群論に基づく自己集合化・自己組織化パターン形成の分子流動シミュレーション

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 24656126
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 流体工学
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 川野 聡恭 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (00250837)
• 研究分担者: 土井 謙太郎 大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (20378798)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: 分子流体力学 / 自己組織化 / 自己集合化 / 対称性 / 群論 / 分子流動シミュレーション

研究概要

基板表面に形成される分子の自己組織化・自己集合化パターン形成のメカニズム解明に向けて，原子間力顕微鏡による分子像の観察と数理モデルの構築を行った．マイカやグラファイト表面においてDNA断片の自己集合化パターンが成長する過程を観察し，その時系列データの取得に成功した．基板表面と吸着分子の相互作用を考慮し，DNAを粗視化した分子動力学シミュレーションを行うとともに，さらに長時間の現象を再現するために反応拡散モデルを提案した．表面構造の対称性について，群の既約表現に対応する関数を反応項に考慮したシミュレーションを行った結果，パターン形成に対する表面構造の影響を考察するためのパラメータが見出された．

研究成果

• [雑誌論文] Reaction-Diffusion Wave Model for Self-Assembled Network Formation of Poly(dA)・Poly(dT) DNA on Mica and HOPG Surfaces (2014)
  • 著者名/発表者名: Kentaro Doi, Yukihiro Toyokita, Shingo Akamatsu, and Satoyuki Kawano
  • 雑誌名: Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering 巻: 17 ページ: 661-677
• [雑誌論文] Self-Assembly of 50 bp Poly(dA)・Poly(dT) DNA on Highly Oriented Pyrolytic Graphite via Atomic Force Microscopy Observation and Molecular Dynamics Simulation (2013)
  • 著者名/発表者名: Kentaro Doi, Hiroshi Takeuchi, Ryosuke Nii, Shingo Akamatsu, Toshiya Kakizaki, and Satoyuki Kawano
  • 雑誌名: The Journal of Chemical Physics 巻: 139 ページ: 085102(9 pages)
• [学会発表] 対称性を有する表面におけるパターン形成の反応拡散モデル (2014)
  • 著者名/発表者名: 土井謙太郎,新居良介,川野聡恭
  • 学会等名: 日本機械学会関西支部第89期定時総会講演会
  • 発表場所: 大阪府立大学中百舌鳥キャンパス
  • 年月日: 20140318-19
• [学会発表] Fractal Dimension of Self-Assembled 50 bp Poly(dA)・Poly(dT) DNA on HOPG Surface (2013)
  • 著者名/発表者名: Ryosuke Nii, Hiroshi Takeuchi, Kentaro Doi, and Satoyuki Kawano
  • 学会等名: The 15^<th> International Conference on Biomedical Engineering
  • 発表場所: National University Singapore, Singapore
  • 年月日: 20131204-07
• [学会発表] Langevin Dynamics Simulation of Single-Stranded DNA Translocation through Nanopore in External Non-Uniform Electric Field (2013)
  • 著者名/発表者名: Weixin Qian, Kentaro Doi, and Satoyuki Kawano
  • 学会等名: The 15^<th> International Conference on Biomedical Engineering
  • 発表場所: National University Singapore, Singapore
  • 年月日: 20131204-07
• [学会発表] Dynamics and Self-Assembled Pattern Formation of Short DNA Fragments (2013)
  • 著者名/発表者名: Kentaro Doi, Ryosuke Nii, Hiroshi Takeuchi, and Satoyuki Kawano
  • 学会等名: Tenth International Conference on Flow Dynamics
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 年月日: 20131125-27
• [学会発表] Poly(dA)・Poly(dT)DNA断片による自己集合化ネットワーク形成のダイナミクス (2013)
  • 著者名/発表者名: 土井謙太郎,新居良介,竹内博,松岡理人,川野聡恭
  • 学会等名: 日本機械学会第91期流体工学部門講演会
  • 発表場所: 九州大学伊都キャンパス
  • 年月日: 20131109-10
• [学会発表] ナノ流路におけるDNAの電気泳動に関する粗視化分子動力学解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 銭偉欣,森田介斗,土井謙太郎,川野聡恭
  • 学会等名: 日本機械学会2013年度年次大会
  • 発表場所: 岡山大学津島キャンパス
  • 年月日: 20130908-11
• [学会発表] 壁面近傍における単鎖DNA拡散現象の一分子イメージング (2012)
  • 著者名/発表者名: 上原聡司,川野聡恭
  • 学会等名: 日本機械学会第4回マイクロ・ナノ工学シンポジウム
  • 発表場所: 北九州国際会議場
  • 年月日: 20121022-24
• [学会発表] せん断力を受ける鎖状生体高分子の流動モデル (2012)
  • 著者名/発表者名: 上原聡司,土井謙太郎,川野聡恭
  • 学会等名: 日本機械学会2012年度年次大会
  • 発表場所: 金沢大学角間キャンパス
  • 年月日: 20120909-12
• [学会発表] 陽イオンに覆われたHOPG基板上でのDNA自己集合化に関する分子動力学解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 新居良介,竹内博,土井謙太郎,川野聡恭
  • 学会等名: 日本機械学会2012年度年次大会
  • 発表場所: 金沢大学角間キャンパス
  • 年月日: 20120909-12
• [学会発表] Application of Reaction-Diffusion Wave to Self-Assembled Network Structures of DNA (2012)
  • 著者名/発表者名: Kentaro Doi, Yukihiro Toyokita, and Satoyuki Kawano
  • 学会等名: The Proceedings of the 10^<th> International Symposium on Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering
  • 発表場所: Berlin, Germany
  • 年月日: 20120411-14
• [学会発表] Molecular Dynamics Simulations for DNA Deformations Affected by Nanopillars with Applied Electric Voltages (2012)
  • 著者名/発表者名: Kaito Morita, Kentaro Doi, Sakon Rahong, Takeshi Yanagida, Tomoji Kawai, and Satoyuki Kawano
  • 学会等名: The Proceedings of the 10^<th> International Symposium on Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering
  • 発表場所: Berlin, Germany
  • 年月日: 20120411-14
• [学会発表] Coarse-Grained Molecular Dynamics Simulations of Self-Assembled DNA on HOPG surfaces (2012)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Takeuchi, Ryosuke Nii, Kentaro Doi, and Satoyuki Kawano
  • 学会等名: The Proceedings of the 10^<th> International Symposium on Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering
  • 発表場所: Berlin, Germany
  • 年月日: 20120411-14
• [備考]
  • URL: http://bnf.me.es.osaka-u.ac.jp