両親媒性分子の自己組織化の大規模コンピュータシミュレーション

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両親媒性分子の自己組織化機構を分子レベルで解明するため、我々は溶媒分子(水分子)と溶質分子(両親媒性分子)を共に粒子として顕わに扱う分子動力学シミュレーションを行った。シミュレーションモデルとして、以下の粗視化モデルを用いた。両親媒性分子は1つの親水性粒子と1つの疎水性粒子からなり、直線状に等間隔に並んだ剛体棒であるとした。溶媒分子は1つの親水性粒子でモデル化した。親水性粒子と疎水性粒子の間の相互作用は、ソフトコア・ポテンシャルで表し、親水性粒子同士及び疎水性粒子同士の間の相互作用は、レナード-ジョーンズ・ポテンシャルで表した。シミュレーションのアルゴリズムとして、かえる跳び法を用いた。アンサンブルとしてNVTアンサンブルを用い、系の温度を一定に保つため速度スケーリング法を適用した。シミュレーションの時間刻みはΔt^*=0.0025とし、相互作用ポテンシャルのカットオフ距離はr_c^*=3.0とした。また、周期境界条件を用いた。ここでは、全粒子数を5832とし、数密度を0.75とした。最初に、高温(T^*=10.0)においてランダムな両親媒性溶液を準備した。その後、T^*=1.3において急冷を行い、中間相形成過程の解析を行った。様々な両親媒性分子濃度(c_s=0.1〜0.9)で形成される構造を解析した結果、濃度の増加とともに、ミセル溶液からヘキサゴナル相へと変化し、さらにラメラ相へ変化することが分かった。さらに、両親媒性分子の自己会合を支配する主要な力は、疎水基-溶媒界面における疎水性引力と親水基の親水性斥力であるが、ヘキサゴナル相が形成されるためには親水性斥力が重要な役割を果たすことが明らかになった。それに対して、ラメラ相の形成には、疎水性斥力の効果が重要であることが分かった。