両親媒性分子により形成される膜小胞体のマルチスケール解析

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脂質二分子膜は生体膜の基本構造を形成しているため,生体膜機能の解析や赤血球挙動の解析,創薬等において重要な役割を担っている.また,近年では,脂質二分子膜からなる膜小胞体(リポソーム)がドラッグデリバリーシステムや人工酸素運搬体といった応用面において注目されている.本研究では,このような微小循環系における複雑な流動現象の解明を目的として,膜近傍における分子スケールでの現象から,膜小胞体の流れ場中における変形現象までを扱った解析を行っている.今年度行った研究は,以下の3点に要約できる.(1)分子動力学(Molecular Dynamics、MD)および粗視化分子動力学(Coarse-Grained MD, CGMD)による分子シミュレーション粗視化された分子モデルを用いたCGMD解析を行った.その結果を,原子スケールのMD解析の結果と比較し,粗視化モデルの検証を行った.検証した粗視化モデルは,後述するハイブリッドシミュレーションに用いた.(2)散逸粒子動力学法による分子シミュレーションメゾスケールにおける解析手法の一つである散逸粒子動力学法を用いた解析を行った.脂質二分子膜に対して,新たな界面定義を導入し,熱揺らぎのスペクトル解析を行った.その結果,膜の曲げ剛性係数が分子動力学法や実験から得られる値とよく一致することを示した。(3)MD法と連続体数値計算法のハイブリッドシミュレーションMD計算と連続体計算をカップリングさせるハイブリッド手法を用い,脂質膜近傍はCGMDを用い,遠方の溶媒は連続体的に扱う解析を行った.系内に平坦な膜が含まれる系およびベシクルが含まれる系に対して解析を行った.せん断流中における脂質分子の挙動や,速度プロファイル,ベシクルの形状などに関して議論を行い,全領域でCGMD計算を行った場合とハイブリッド計算を行った場合とでよく一致することを示した.