| 研究課題/領域番号 |
25400428
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
吉森 明 九州大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (90260588)
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| 研究分担者 |
秋山 良 九州大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (60363347)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 溶媒粒子のエントロピー / シャペロニン / 溶媒粒子の非平衡分布の効果 / マイクロレオロジー / アインシュタインの粘度式 |
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| 研究概要 |
近年、生命現象における、水分子のエントロピー効果の役割が注目されている。その動的な側面を明らかにするのがこの研究の目的である。具体的な成果は
1.シャペロンについて、水分子の平衡分布が基質のダイナミックスに及ぼす影響を明らかにした。溶媒粒子に取り囲まれた円柱状の容器に基質の平均力ポテンシャル(PMF)を計算し、フォッカープランク方程式を解くことで、基質の確率分布の時間変化を求めた。その結果、時刻t=3ds^2/Dでは、中央部での確率密度が高いが容器にまで達していない。ここで、dsは溶媒粒子の直径、Dは基質の拡散係数を表す。t=10ds^2/Dでは、中央部の底に達している。t=100ds^2/Dでは、中央部だけでなく、容器の壁際でも確率密度の値が高い。
これらの結果から、大きな球が容器の中央から入ることが分かる。PMFの値は中央部だけではなく、壁際も低いがPMFの障壁のために、中央からの方が入りやすい。これは天野らの予想と一致している。加えて、大きい粒子が底に到達するには時間がかかることが分かる。
2. シャペロンに対する水分子の非平衡分布の効果を動的密度汎関数理論により明らかにするために、数値的手法を開発し、1.とほぼ同じ設定で水分子の分布を計算した。
3. 簡単な流れがある非平衡系について動的密度汎関数理論を開発し、マイクロレオロジーに応用した。粒子の密度が低い場合の商法を開発し、粒子間の相互作用がプローブ粒子に働く力を弱めることを明らかにした。さらに、密度の高い場合の手法も開発した。
4. 粘度についてアインシュタインの粘度式を溶質周りの溶媒の密度分布を考量できるよう拡張した。溶質のまわりに溶媒粒子が集まるとslip境界条件の値からstick境界条件に転移することが分かった。
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| 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
計画が少し簡単で達成が容易であった。
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| 今後の研究の推進方策 |
1. 水分子の平衡分布の効果は成果を論文にまとめる。
2. 水分子の非平衡分布の効果は計算された水分子の空間分布の特徴をつかみ、その起源を明らかにする。非平衡の自由エネルギーを密度汎関数理論により定義し、今の場合に応用して求める。
3. 軸対称の動的密度汎関数理論は前年度に開発した粒子の密度の高い場合の方法をマイクロレオロジーに応用し、粒子間の相互作用の効果を明らかにする。
4. アインシュタインの拡張粘度式を論文にまとめ、粘度における混み合い効果を明らかにするために、多成分系の粘度を計算する手法を開発する。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
物品、謝金、その他で予算より少し多めに使ったため
旅費、人件費、その他は予定通り使い、物品の予定額に「次年度使用額」を加える。
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