高分子構造形成のシミュレーション技術

分子のもつ特徴の一つとして、凝集構造の階層性を挙げることができる。例えば、結晶性高分子やブロック共重合体などは、複雑で階層的な構造をとることが知られている。このような階層構造の形成機構を解明するため、高分子シミュレーションの分野においても、マルチスケール・マルチフィジックスシミュレーションが活発に行われており、各階層における計算だけでなく、異なる階層における計算手法を連成させる取り組みもなされている。 　本セミナーでは、階層的な構造をもつ高分子の構造形成に焦点を当て、その基礎概論を述べたあと、高分子のモデリング手法やシミュレーション手法の要点を解説する。また、OCTAやLAMMPSなど、高分子シミュレーションにおいてよく用いられるソフトウェアについても、最近の研究事例を交えながら、その概要を紹介する。

1. 高分子構造形成の基礎概論
   1. 高分子の結晶化
   2. ブロック共重合体のミクロ相分離
2. 高分子のモデリング
   1. 階層構造 ～結晶性高分子を例にとって～
   2. 全原子モデル
   3. 粗視化モデル
3. 高分子のシミュレーション手法
   1. モンテカルロ (MC) 法
   2. 分子動力学 (MD) 法
   3. ブラウン動力学 (BD) 法
   4. 散逸粒子動力学 (DPD) 法
4. ソフトウェアの特徴
   1. OCTA (COGNACなど)
   2. LAMMPS
   3. NAMD (+VMD)
5. 研究事例
   1. 高分子の構造形成
      1. 単一高分子鎖の構造形成 (自作、粗視化MD)
      2. 単一屈曲 – 半屈曲ジブロックコポリマーの折り畳み転移 (COGNAC、BD)
      3. 末端帯電デンドリマーと線状高分子電解質の複合体化 (LAMMPS、粗視化MD)
      4. 細孔中のシクロヘキサンで観測される相転移 (NAMD、全原子MD)
   2. 両親媒性分子の自己会合
      1. 両親媒性分子のミセル形成 (自作、粗視化MD)
      2. 双頭型両親媒性分子の高次構造形成 (COGNAC、DPD)
• 質疑応答