アクアポリンを模した淡水化膜の設計

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近年の人口増加，工業化，環境問題から純水の需要が増加しており，効率的かつ選択的な淡水化技術の開発が望まれている．本研究目的は，分子動力学シミュレーションによって，水分子のみを透過させる膜タンパク質であるアクアポリンの水分子透過メカニズムを分子レベルで解明し，得られた知見をもとに淡水化技術に応用できる新規の淡水化膜を設計することである．まず，アクアポリンの水分子透過メカニズムを分子レベルで解明するために，アクアポリン／細胞膜／水分子／イオンの系について10万原子以上，1マイクロ秒の分子動力学シミュレーションを行った．アクアポリンの水分子の取り込み口の機構に着目した．アクアポリンの細孔口付近の親水基や疎水基のマッピングを行い，水分子がどの部分と相互作用して影響を受けているのかを，水分子の回転緩和時間や拡散係数，滞在時間等を解析して調べた．イオン原子の周りを覆っている水和殻が，入口付近に近づいた際に，周りのアミノ酸残基との相互作用でどのように変化するのか検証した．また、平成28年度の課題であったAQPを模した淡水化膜設計の研究の一環として，カーボンナノチューブによって細孔が空いたグラフェンシート（二重膜）と水／メタノール混合溶液系の分子動力学シミュレーションを行った．電場の効果によってカーボンナノチューブ内で水分子が螺旋構造を形成することを発見した．また，電場の効果による混合溶液からのメタノールの単離について検証した．