結び目やグラフのトポロジーを応用した新高分子理論に基づく特性・機能創出

基于应用结和图拓扑的新聚合物理论创建属性和函数

• 批准号: 26310206
• 负责人: 下川 航也
• 金额: $ 8.49万
• 依托单位: Saitama University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-07-18 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-26310206/
• 关键词: 高分子化合物; トポロジー; 結び目; 高分子化学; 統計物理学; 高分子; グラフ; ESA-CF法; ランダムウォーク; ランダムウオーク

本共同研究では、数学者、高分子化学者、統計物理学者がそれぞれの分野で高分子の研究を行い、ボトムアップ的に連携を行い、高分子サイエンスに新たな視点を提供する。今年度は、8月に国際会議「Topology and graphs in polymer chemistry」を東京工業大学において開催した。下川が担当する数学的側面では、引き続き高分子の数学的モデルである多環構造を持つグラフの命名法とその書き上げの研究を進めている。さらに結び目理論を用いて、多環状高分子の不斉などの研究を行っている。手塚が担当する高分子化学では、まったく新しい数学的視点からの高分子構造設計原理を確立し、高分子化合物に特徴的な「やわらかいひも状」の「かたち」に基づく新たな特性・機能創出を進めている。手塚らはこれまで、独自の高分子合成手法(ESA-CF法)を創案し、最新の有機合成手法とも組み合わせて、様々な新奇多環状トポロジー高分子の合成を行ってきた。本研究では、トポロジー幾何学の視点から特に重要な「かたち」に焦点を絞り合成を行うとともに、トポロジー幾何学および計算機シミュレーションにより高分子特性の予測と実験的検証を進めている。出口が担当する統計物理学的側面では、新しい理論的方法を用いて複雑なトポロジー的構造をもつ高分子の統計物理量を計算し、実験と比較できる理論的結果を導き、一方、スパコンを用いて計算時間が長くコストは高いが現実的な理論模型のシミュレーションを実行して結果を求め、新しい理論的方法による結果と比較し、その妥当性を確認している。具体的には、与えられた２点間をつなぐランダムウオークを高速に生成する新しいアルゴリズムを用いて、複雑な構造をもつ高分子に対して、慣性半径や拡散係数など様々な物理量を具体的に数値的に計算している。

This joint research provides new perspectives for mathematicians, polymer chemists, and statistical physicists in the field of polymer research. This year, Tokyo Institute of Technology held an international conference on "Topology and graphs in polymer chemistry" in August. Shimokawa is responsible for the bottom line of mathematics and is committed to promoting research on the nomenclature of polycyclic structures and the mathematics of polymers. The application of molecular structure theory and the research of polycyclic polymers were studied. Tezuka is responsible for polymer chemistry, mathematical viewpoint, polymer structure design principle, polymer compound characteristics, basic characteristics and function creation. Tezuka is a unique polymer synthesis method (ESA-CF method). It is the latest organic synthesis method. In this study, the viewpoint of polymer geometry is very important. The focus is on the synthesis of polymer geometry and computer science. The prediction of polymer properties is also important. The basic theory of statistical physics is applied to calculate and compare the statistical physical quantities of polymers. The calculation time is long. The theoretical model is applied to calculate and compare the results. Confirm the appropriateness of the system. The specific calculation of physical quantities such as polymer, inertia radius, dispersion coefficient, etc. is carried out at high speed.

项目成果

Synthesis of Cyclic Polymers and Characterization of Their Diffusive Motion in the Melt State at the Single Molecule Level

单分子水平环状聚合物的合成及其熔融态扩散运动表征

• DOI: 10.3791/54503
• 发表时间: 2016
• 期刊: J. Vis. Exp.
• 作者: Satoshi Habuchi;Takuya Yamamoto;Yasuyuki Tezuka
• 通讯作者: Yasuyuki Tezuka

Topological Polymers Studied through Quaternion Algorithm

通过四元数算法研究拓扑聚合物

• 发表时间: 2015
• 作者: T. Yamamoto;N. Sugai,S. Asai;Y. Tezuka;Koya Shimokawa;Yasuyuki Tezuka;Tetsuo Deguchi and Erica Uehara
• 通讯作者: Tetsuo Deguchi and Erica Uehara

Topological Polymer Chemistry toward Unconventional Macromolecular Architectures and Functions

面向非常规高分子结构和功能的拓扑高分子化学

• 发表时间: 2015
• 作者: T. Yamamoto;N. Sugai,S. Asai;Y. Tezuka;Koya Shimokawa;Yasuyuki Tezuka;Tetsuo Deguchi and Erica Uehara;Yasuyuki Tezuka
• 通讯作者: Yasuyuki Tezuka

Topological Polymer Chemistry for Programmed Folding Macromolecular Architectures

用于程序化折叠高分子结构的拓扑聚合物化学

• 发表时间: 2014
• 作者: T. Yamamoto;N. Sugai,S. Asai;Y. Tezuka;Koya Shimokawa;Yasuyuki Tezuka;Tetsuo Deguchi and Erica Uehara;Yasuyuki Tezuka;Yasuyuki Tezuka;Tetsuo Deguchi and Erica Uehara;Koya Shimokawa;Yasuyuki Tezuka;Yasuyuki Tezuka;手塚育志;Tetsuo Deguchi;Koya Shimokawa;T. Deguchi and E. Uehara;Koya Shimokawa;下川航也;Yasuyuki Tezuka
• 通讯作者: Yasuyuki Tezuka

Deguchi Laboratory

出口实验室