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機能材料設計を支える電荷平衡法
北尾修((独)産業技術総合研究所)
--------------------------------------------------------------------------------
修正電荷平衡(MQEq)法の生体分子系への応用
Application of Modified Charge Equilibration(MQEq)Method to Biomolecular System
--------------------------------------------------------------------------------
小川哲司(アドバンスソフト(株) 技術第2部主事 研究員)
田中成典(神戸大学大学院 自然科学研究科 地球惑星システム科学専攻 教授)
中野達也(国立医薬品 食品衛生研究所 安全情報部 主任研究官)
修正電荷平衡(MQEq)法は,主に計算時間短縮をめざした電荷平衡法である。原子タイプの
分類を行い,アミノ酸などの基本的な有機分子近傍の静電ポテンシャルを再現するようにMQEq
パラメーターフィッティングを行うことで,部分電荷などの計算精度が向上した。生体分子間
相互作用を短時間に高精度に求める方法として期待される。
【目次】
1. はじめに
2. QEqとMQEq
3. パラメーターフィッティング
4. 電荷や静電ポテンシャルの再現性
5. おわりに
--------------------------------------------------------------------------------
溶媒効果を取り入れた新規電荷平衡法(NQEq)の開発と分子力場への応用
Incorporation of Solvent Effect into NQEq(New Charge Equilibration),
and Applying it for Molecular Force Field Calculation
--------------------------------------------------------------------------------
中山尚史(豊橋技術科学大学 工学研究科 研究員)
長嶋雲兵((独)産業技術総合研究所 グリッド研究センター 統括研究員)
後藤仁志(豊橋技術科学大学 工学研究科 助教授)
筆者らの研究グループでは,既存の電荷平衡法に対して計算値の精度を向上させるべく計算
手法の改良およびパラメーターの再決定を行い,またこれをベースとした溶媒効果の導入およ
び分子力場への適用を行っている。本稿では,これらの概要と現在までに得られている結果に
ついて述べる。
【目次】
1. はじめに
2. 新規電荷平衡法の開発
3. 溶媒効果の新規電荷平衡法への導入
4. 電荷平衡法と分子力場との組み合わせ:MMFF/NQEq力場の開発
5. おわりに
--------------------------------------------------------------------------------
創薬のための電荷平衡法
QEq Applied to Drug Design
--------------------------------------------------------------------------------
小田彰史(富山化学工業(株) 創薬基盤研究所)
広野修一(北里大学 薬学部 創薬物理化学研究室 教授)
QEq 法の創薬への応用について,二中心クーロン積分に経験式を用いた手法に関して概説する。
低分子化合物の部分電荷を求めるにはどの経験式が最適かを比較し,またatom type の概念を
導入することによってQEq/PD法を拡張した。QEq法を使用したドッキングプログラムの評価に
ついても述べる。
【目次】
1. はじめに
2. 二中心クローン積分の計算に使用する経験式の比較
3. atom typeを導入したQEq法
4. QEq法をドッキングに利用した場合のテスト
5. おわりに
--------------------------------------------------------------------------------
電荷平衡型原子間ポテンシャルを用いたナノフェーズ材料のシミュレーション
Computer Simulation of Nanophase Materials using QEq type Inter particle Potentials
--------------------------------------------------------------------------------
尾形修司(名古屋工業大学大学院 工学研究科 教授)
家富洋(新潟大学 理学部 教授)
原子間の電荷移動を半経験的に取り入れた電荷平衡(QEq)型原子間ポテンシャルは,化学反応を
近似的に表現できる。主要なセラミックス材料であるアルミナとチタニアのために開発されたQEq型
原子間ポテンシャルを,アルミニウムナノ粒子の酸化過程とチタニアナノ粒子の焼結過程の大規模
シミュレーションに応用した実例について述べる。また,化学反応を精密に記述しかつ大規模系を
取り扱うことを可能にする手法開発の紹介として,電子密度汎関数法とQEq型原子間ポテンシャルを
空間的に融合させたハイブリッド量子古典シミュレーションの最新結果についても述べる。
【目次】
1. セラミックス材料シミュレーションにおけるQEq型原子間ポテンシャル
2. アルミニウムナノ粒子の酸化
3. チタニアの焼結
4. ハイブリッド量子古典法への適用
5. おわりに
--------------------------------------------------------------------------------
電荷平衡法の電子移動反応系への応用
―溶媒再配置エネルギーへの電子分極効果を中心に―
Applying QEq Method to Electron Transfer Reactions:
Electronic Polarization Effect on the Solvent Reorganization Energy
--------------------------------------------------------------------------------
安藤耕司(The University of Birmingham)
水中の電子移動反応における溶媒電子分極効果を,電荷平衡法を応用した分子動力学シミュレー
ションによって調べた研究を紹介する。溶媒の電子分極の時間スケールが,電子移動のそれよりも
短い場合には,電子分極の効果を他の物理量に繰り込んでしまう描像が成り立つ。これを,簡単な
モデルによる解析と電荷平衡法による分子計算によって,具体的に考察する。
【目次】
1. はじめに
2. 電子移動反応における媒質の電子分極効果について
2.1 エネルギー準位配置と時間スケール
2.2 ガウス型分極モデルによる経路積分解折
3. 電子移動反応分子動力学シミュレーション
3.1 動的電荷平衡法における不安定性と修正モデル
3.2 パラメーター決定の手続き
3.3 分子シミュレーションによる再配置エネルギーの計算
3.4 久保‐豊沢公式によるFranck-Condon因子の計算
4. おわりに
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Material Report
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REVIEW
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超撥水材料研究の最近の進展
Recent Progress in Super Water repellent Materials
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厳虎(北海道大学 電子科学研究所附属 ナノテクノロジー研究センター 学術研究員)
辻井薫(北海道大学 電子科学研究所附属 ナノテクノロジー研究センター 教授)
本稿では,はじめに水に濡れたりはじいたりする原理を説明し,次いでその原理に基づいて水を
完全にはじく表面の作製について,筆者らの研究を中心に最近の研究例を紹介した。最後に,
さらに同じ原理を適用し,油をはじく表面を作ることができることについても触れた。
【目次】
1. はじめに
2. 水をはじく原理
3. 超撥水性材料の作製
3.1 両親媒性高分子のナノファイバー超撥水表面
3.2 ナノ構造化した炭素膜
3.3 PMNCF膜
3.4 TiO2ナノロッド膜
3.5 ACNT膜
3.6 Boehmite/シリカ膜
3.7 フッ素化アルキル官能基を被覆したシリカナノ粒子の膜
4. フラクタル表面の超撥水
4.1 アルキルケテンダイマー(AKD)の超撥水性結晶表面
4.2 AKDフラクタル表面を使った理論の検証
4.3 金属表面の超親水および超撥水性
4.4 耐久性に優れたポリアルキルピロール膜の超撥水性
4.5 既知フラクタル構造を鋳型にする超撥水性表面の作製法
5. 超撥油表面の実現
6. 超撥水/撥油表面応用への期待と課題
6.1 超撥水表面実現のための従来の技術
6.2 期待される応用分野
6.3 超撥水/超撥油表面応用への課題
7. おわりに
--------------------------------------------------------------------------------
米国のナノファイバーの現状―2
US Nanofibers Today
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本宮達也(テクノ戦略研究所 代表)
谷岡明彦(東京工業大学大学院 教授)
【目次】
5. Soldierナノテクノロジー研究所の設立
6. ナノファイバーの優れた特性
6.1 フィルトレーション機構
6.2 フィルター効果の維持と電導度
(1) フィルター効果の維持
(2) ナノファイバー化による電導度
(3) パー之ーション理論
7. 米国のナノファイバーの進むべき方向
7.1 米国の研究機関
7.2 省エネに焦点を絞った視点
8. まとめ
R&D
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シリカガラスの構造多様性とその光デバイスへの応用
Flexibility of Si O Si Bond Angle in Silica Glass
and its Application for Optical Devices
--------------------------------------------------------------------------------
齋藤和也(豊田工業大学 先端フォトンテクノロジー研究センター 助教授(研究教授)
シリカガラスは,光ファイバーや光導波路などで広く使用されるフォトニクスの基幹材料であ
るが,その構造多様性を追求することで,新しい切り口から光デバイスの開発が可能であるこ
とを紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. シリカガラスの構造多様性
3. ガラス形成過程の制御と特異な密度変化
3.1 過冷却液体の凍結過程の制御
3.2 気相からのガラス形成過程の制御
4. 光デバイスへの応用
4.1 CO2レーザー照射による局所仮想温度の制御
4.1.1 バルク
4.1.2 薄膜
5. おわりに
北尾修((独)産業技術総合研究所)
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修正電荷平衡(MQEq)法の生体分子系への応用
Application of Modified Charge Equilibration(MQEq)Method to Biomolecular System
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小川哲司(アドバンスソフト(株) 技術第2部主事 研究員)
田中成典(神戸大学大学院 自然科学研究科 地球惑星システム科学専攻 教授)
中野達也(国立医薬品 食品衛生研究所 安全情報部 主任研究官)
修正電荷平衡(MQEq)法は,主に計算時間短縮をめざした電荷平衡法である。原子タイプの
分類を行い,アミノ酸などの基本的な有機分子近傍の静電ポテンシャルを再現するようにMQEq
パラメーターフィッティングを行うことで,部分電荷などの計算精度が向上した。生体分子間
相互作用を短時間に高精度に求める方法として期待される。
【目次】
1. はじめに
2. QEqとMQEq
3. パラメーターフィッティング
4. 電荷や静電ポテンシャルの再現性
5. おわりに
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溶媒効果を取り入れた新規電荷平衡法(NQEq)の開発と分子力場への応用
Incorporation of Solvent Effect into NQEq(New Charge Equilibration),
and Applying it for Molecular Force Field Calculation
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中山尚史(豊橋技術科学大学 工学研究科 研究員)
長嶋雲兵((独)産業技術総合研究所 グリッド研究センター 統括研究員)
後藤仁志(豊橋技術科学大学 工学研究科 助教授)
筆者らの研究グループでは,既存の電荷平衡法に対して計算値の精度を向上させるべく計算
手法の改良およびパラメーターの再決定を行い,またこれをベースとした溶媒効果の導入およ
び分子力場への適用を行っている。本稿では,これらの概要と現在までに得られている結果に
ついて述べる。
【目次】
1. はじめに
2. 新規電荷平衡法の開発
3. 溶媒効果の新規電荷平衡法への導入
4. 電荷平衡法と分子力場との組み合わせ:MMFF/NQEq力場の開発
5. おわりに
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創薬のための電荷平衡法
QEq Applied to Drug Design
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小田彰史(富山化学工業(株) 創薬基盤研究所)
広野修一(北里大学 薬学部 創薬物理化学研究室 教授)
QEq 法の創薬への応用について,二中心クーロン積分に経験式を用いた手法に関して概説する。
低分子化合物の部分電荷を求めるにはどの経験式が最適かを比較し,またatom type の概念を
導入することによってQEq/PD法を拡張した。QEq法を使用したドッキングプログラムの評価に
ついても述べる。
【目次】
1. はじめに
2. 二中心クローン積分の計算に使用する経験式の比較
3. atom typeを導入したQEq法
4. QEq法をドッキングに利用した場合のテスト
5. おわりに
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電荷平衡型原子間ポテンシャルを用いたナノフェーズ材料のシミュレーション
Computer Simulation of Nanophase Materials using QEq type Inter particle Potentials
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尾形修司(名古屋工業大学大学院 工学研究科 教授)
家富洋(新潟大学 理学部 教授)
原子間の電荷移動を半経験的に取り入れた電荷平衡(QEq)型原子間ポテンシャルは,化学反応を
近似的に表現できる。主要なセラミックス材料であるアルミナとチタニアのために開発されたQEq型
原子間ポテンシャルを,アルミニウムナノ粒子の酸化過程とチタニアナノ粒子の焼結過程の大規模
シミュレーションに応用した実例について述べる。また,化学反応を精密に記述しかつ大規模系を
取り扱うことを可能にする手法開発の紹介として,電子密度汎関数法とQEq型原子間ポテンシャルを
空間的に融合させたハイブリッド量子古典シミュレーションの最新結果についても述べる。
【目次】
1. セラミックス材料シミュレーションにおけるQEq型原子間ポテンシャル
2. アルミニウムナノ粒子の酸化
3. チタニアの焼結
4. ハイブリッド量子古典法への適用
5. おわりに
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電荷平衡法の電子移動反応系への応用
―溶媒再配置エネルギーへの電子分極効果を中心に―
Applying QEq Method to Electron Transfer Reactions:
Electronic Polarization Effect on the Solvent Reorganization Energy
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安藤耕司(The University of Birmingham)
水中の電子移動反応における溶媒電子分極効果を,電荷平衡法を応用した分子動力学シミュレー
ションによって調べた研究を紹介する。溶媒の電子分極の時間スケールが,電子移動のそれよりも
短い場合には,電子分極の効果を他の物理量に繰り込んでしまう描像が成り立つ。これを,簡単な
モデルによる解析と電荷平衡法による分子計算によって,具体的に考察する。
【目次】
1. はじめに
2. 電子移動反応における媒質の電子分極効果について
2.1 エネルギー準位配置と時間スケール
2.2 ガウス型分極モデルによる経路積分解折
3. 電子移動反応分子動力学シミュレーション
3.1 動的電荷平衡法における不安定性と修正モデル
3.2 パラメーター決定の手続き
3.3 分子シミュレーションによる再配置エネルギーの計算
3.4 久保‐豊沢公式によるFranck-Condon因子の計算
4. おわりに
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Material Report
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REVIEW
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超撥水材料研究の最近の進展
Recent Progress in Super Water repellent Materials
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厳虎(北海道大学 電子科学研究所附属 ナノテクノロジー研究センター 学術研究員)
辻井薫(北海道大学 電子科学研究所附属 ナノテクノロジー研究センター 教授)
本稿では,はじめに水に濡れたりはじいたりする原理を説明し,次いでその原理に基づいて水を
完全にはじく表面の作製について,筆者らの研究を中心に最近の研究例を紹介した。最後に,
さらに同じ原理を適用し,油をはじく表面を作ることができることについても触れた。
【目次】
1. はじめに
2. 水をはじく原理
3. 超撥水性材料の作製
3.1 両親媒性高分子のナノファイバー超撥水表面
3.2 ナノ構造化した炭素膜
3.3 PMNCF膜
3.4 TiO2ナノロッド膜
3.5 ACNT膜
3.6 Boehmite/シリカ膜
3.7 フッ素化アルキル官能基を被覆したシリカナノ粒子の膜
4. フラクタル表面の超撥水
4.1 アルキルケテンダイマー(AKD)の超撥水性結晶表面
4.2 AKDフラクタル表面を使った理論の検証
4.3 金属表面の超親水および超撥水性
4.4 耐久性に優れたポリアルキルピロール膜の超撥水性
4.5 既知フラクタル構造を鋳型にする超撥水性表面の作製法
5. 超撥油表面の実現
6. 超撥水/撥油表面応用への期待と課題
6.1 超撥水表面実現のための従来の技術
6.2 期待される応用分野
6.3 超撥水/超撥油表面応用への課題
7. おわりに
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米国のナノファイバーの現状―2
US Nanofibers Today
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本宮達也(テクノ戦略研究所 代表)
谷岡明彦(東京工業大学大学院 教授)
【目次】
5. Soldierナノテクノロジー研究所の設立
6. ナノファイバーの優れた特性
6.1 フィルトレーション機構
6.2 フィルター効果の維持と電導度
(1) フィルター効果の維持
(2) ナノファイバー化による電導度
(3) パー之ーション理論
7. 米国のナノファイバーの進むべき方向
7.1 米国の研究機関
7.2 省エネに焦点を絞った視点
8. まとめ
R&D
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シリカガラスの構造多様性とその光デバイスへの応用
Flexibility of Si O Si Bond Angle in Silica Glass
and its Application for Optical Devices
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齋藤和也(豊田工業大学 先端フォトンテクノロジー研究センター 助教授(研究教授)
シリカガラスは,光ファイバーや光導波路などで広く使用されるフォトニクスの基幹材料であ
るが,その構造多様性を追求することで,新しい切り口から光デバイスの開発が可能であるこ
とを紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. シリカガラスの構造多様性
3. ガラス形成過程の制御と特異な密度変化
3.1 過冷却液体の凍結過程の制御
3.2 気相からのガラス形成過程の制御
4. 光デバイスへの応用
4.1 CO2レーザー照射による局所仮想温度の制御
4.1.1 バルク
4.1.2 薄膜
5. おわりに
