篠田 渉 (しのだ わたる)

名古屋大学大学院工学研究科
応用物質化学専攻
准教授



略歴:
1998年3月 東京工業大学総合理工学研究科 博士課程修了 (理学博士)
1998年4月 三菱化学(株) 横浜総合研究所
2000年4月 通産省 工業技術院 物質工学工業研究所
2001年4月 独立行政法人 産業技術総合研究所
(2005年4月-2007年3月 ペンシルバニア大学化学科 客員研究員
2014年1月より 名古屋大学 大学院工学研究科

受賞:
平成20年度 分子シミュレーション研究会 学術賞 「両親媒性分子の自己集合構造の分子シミュレーション」
平成23年度 日本油化学会 オレオサイエンス賞 「分子シミュレーションによる界面活性剤・脂質分子自己集合体構造の研究」

Last updated: April 20, 2017


研究内容

”機能する”分子集合系を計算機で観る.

分子集合系の機能・物性は,構成分子組成はもちろん,様々な条件(熱力学,境界)によって大きく影響を受けます.ソフトマテリアルや生体系に代表される比較的弱い相互作用で(半)秩序構造を作る分子集合系は,弱い外部摂動に対しても大きく構造やその他の物性を変化させることがあり,そのような分子プロセスを観測・理解し,さらに制御が可能となれば,ナノテク・材料・医薬など様々な分野においてその波及効果は計りしれません.しかし,柔らかい分子集合系を特徴付ける長さスケールは,実験的なアプローチによる解像度の限界によって,容易に観ることができない領域(10-1000nm)にあり,理論的・計算科学的な測定・解析手法が望まれます.一方,計算化学分野では分子またはそのクラスターを対象とした研究が多く,凝縮系や複雑液体といった分子集合系のメソ構造探索は大きな壁となっていました.我々は,分子モデリングの手法に基づき分子集合系の大規模計算を実施し,構造形成や変性などの機能する分子集合系を観ることのできるシミュレーション技術を開発し,材料設計に役立てることを目指しています.特に,分子論に立脚したメソスケール分子集合系の構造・機能の解析のため,階層的な分子モデリング技術を構築し,実験と相補的なメソ領域の計測手段(~100nm)として技術を確立することを目標としています.

我々の分子シミュレーション(主に分子動力学シミュレーション)の対象は,生体膜・脂質膜系,両親媒性分子による自己組織化系,複雑液体,ポリマー系,コロイド系,イオン液体,溶媒中の包摂化合物系などを扱います.また最近,無機や金属粒子と有機分子とのハイブリッド材料も興味深い対象として,研究を始めています.分子シミュレーションでは分子情報(分子間相互作用など)に基づいて分子集合系の構造・機能を予測し,それを元に分子設計を行います.分子シミュレーションは,コンピュータの高速化やシミュレーションソフトウェアの普及により材料設計の現場においても広く使われるようになってきましたが,その予測性の向上にはまだ改良の余地を残しています.シミュレーション技術の高度化や分子モデルの精密化と高度化が不可欠ですし,同時に上述のように扱う対象(時間空間スケール)を広げ,複雑な現象を理解するための階層的分子モデリング(粗視化)技術の開発は不可欠なものと考えています.

生体膜・脂質膜

膜の形態(モルフォロジー)

脂質膜は構成脂質分子種や溶液条件(pH,塩濃度,温度),または膜と相互作用するタンパクやペプチド,ナノ粒子などの影響を受けて,その形態を変化させます.これらの現象は個々の分子プロセスが様々に絡み合い複合的に生じていることが予想されます.特に多成分の両親媒性分子で構成されている生体膜では,膜の表裏はもちろん膜面内の分子分布も一様ではなく,ヘテロな構造を持つことが指摘されています.これらは膜機能と密接に関係していると考えられ,多くの研究がなされています.これまでに粗視化分子モデルを用いてベシクルの形成過程などの分子シミュレーションを実現しています.混合膜ベシクルでは,その変形の自由エネルギーが単成分ベシクルに比べて小さくなることを見いだしました(Pure Appl. Chem. 2014).これは内部脂質のソーティング(整列)によるものだということがわかってきました.膜と相互作用する分子の混入が膜の形態にどう影響するのかについても,研究を進めています.これらの研究は,薬物や機能性ペプチド,ナノ粒子材料の膜浸透現象の理解を助け,薬物搬送システム(DDS)のキャリア設計や膜に作用する抗菌剤などの開発において重要な知見を与えることを目標に行われています.

DMPC/DOPE混合ベシクル中の脂質分布.

膜融合の分子メカニズム

二つに分かれた脂質二重層膜が一つの連続した膜へ融合する膜融合プロセスは,膜を構成する分子組成,水和,静電力,また介在するタンパク質の存在など,多くの因子によって影響を受ける非常に複雑でかつ興味深い分子プロセスです.生命体のライフサイクルには膜融合が含まれ,また真核生物において膜融合はユビキタスです.細胞の成長,細胞外輸送,その他多くの細胞プロセスは膜融合と関係します.細胞内では,膜の出芽と膜融合のプロセスによって,細胞小器官を壊すことなくその間で分子を運びます.神経系のベシクル膜融合は神経細胞間のシグナル伝達における重要プロセスで,ヒトの病気を引き起こすウイルスはその増殖サイクルで膜融合を使用します.
この生体系における情報・物質伝搬の重要なプロセスである膜融合について,脂質分子の種類・組成変化の影響及び融合タンパク・ペプチドの役割を分子論的に解明することを目指しています.この目的のために,全原子及び粗視化分子モデルを併用した階層的分子モデリング技術を構築・応用し,50 - 100 nmの系の分子シミュレーションを実現しています.これまで不可能であった曲率を持った生体膜の変形,付着,細孔形成,融合などの動的過程を直接観測し,脂質分子の自発曲率やペプチドの膜への結合などの分子レベルの情報をもとに分子集合体構造変化の解析に挑んでいます.さらに膜融合プロセスで見られる融合中間体間の構造遷移の自由エネルギー計算を行い,その分子メカニズムの解明に取り組んでいます(Soft Matter, 2014).

膜と相互作用するベシクル.融合前の状態.

向かい合う膜面間がストーク(Stalk)中間体を経て融合するのに必要な自由エネルギー障壁の見積もりを行う計算手法の開発に成功しました.平面膜間,平面膜-ベシクル間,ベシクル間の融合について解析を行うと,膜の曲率が融合自由エネルギー障壁に大きく影響を及ぼすことがわかりました.また,脂質組成も大きな影響を与え,PE(phosphatidylethanolamine)ヘッドグループを持つ負の曲率を生成する脂質分子がストーク構造(膜をつなぐチャネル構造)周辺に集積し,ストーク状態の自由エネルギーを著しく下げることも見いだされました.

 
膜融合のシミュレーションからのスナップショット (Ref. Kawamoto et al. J. Chem. Phys. 2015)

膜透過・輸送

細胞膜は膜内外の区画境界を提供し,基本的に物質(分子)の自由な透過・輸送を妨げます.細胞膜の機能として選択的に分子を透過させたり汲み出したりもしますが,それ以外の場合でも膜のシールド能力には限界があり,分子の“漏れ”が生じています.膜を横切る低分子透過に関する分子メカニズムの解析や透過係数の計算にはこれまでに多くの研究がなされてきています.我々もこれまでにいくつかの自由エネルギー計算手法を開発し,脂質種の変更による透過係数の変化を定量することに成功しています(ex. J. Phys. Chem. B, 2011).また,低分子だけでなく,より大きな分子の透過にも使える計算手法の開発を目指しています.この場合は,脂質膜側の構造変化も重要となりますので,それらを考慮できるシミュレーション手法が必要となります.膜透過は薬物の浸透など,応用に関しても重要な課題が関係しています.
また,膜タンパク(チャネル)を介しての選択的な物質透過の分子論的なメカニズムの解明も重要なテーマと位置づけています.

DPPC脂質二重層膜を横切る水分子の感じる自由エネルギー障壁

膜物性評価手法の開発

脂質分子の分子構造と分子集合体である膜の物性の関係を明らかにすることは,分子シミュレーションの目的の一つです.膜物性の解析によって,メソスケールでの振る舞いを記述する連続体モデル(多くの場合Helfrichによる弾性理論モデル)で使用される物理パラメータを正確に求められれば,光学顕微鏡レベルで観測されるベシクルなどの振る舞いを定量的に予測することが可能となると期待されます.また,実験で観測される物理量を比較することにより,分子シミュレーションで用いる分子モデルの妥当性の確認にもなります.このような理由で,膜の表面張力,線張力,曲げ弾性係数,面積圧縮率,自発曲率などを精密に測定する分子シミュレーション手法を開発しています.このような活動の一例として,Irvin-Kirkwoodの定義に基づく局所ストレスの計算をもとにガウス弾性係数を計算しました.この解析を球座標系においても実現しており,ベシクルのような球対称な分子集合体の局所ストレスの解析を可能としました(J. Chem. Phys, 2011,2013).この他,膜の各種変形に対する自由エネルギー変化の評価によって,様々な膜物性定数を調べています.このような研究活動は後述するマルチスケールシミュレーションの確立に向けて,その理論を構築するための基礎データを与えるという重要な意義を持っています.

外部ポテンシャル(黒)により誘起された膜変形.力と曲げの関係から曲げ弾性係数が求められる.

ウイルス

ウイルスカプシドの薬剤との相互作用,特にB型肝炎ウイルス(HBV)への薬剤吸着,薬剤によるカプシドの安定化・不安定化に関するシミュレーション技術を開発しています.HBVではRNAを内包したカプシド系のモデリングが必要となり,また全原子モデルを用いた分子動力学シミュレーションでは約800万原子系を扱うことになり,非常に大規模な系を扱う必要が生じ,京コンピュータなどの大型計算機の利用とその上で高速に動くシミュレータが必須です.さらに,全原子系に基づく階層的粗視化分子モデリングを進め,カプシドのより長時間での振る舞いや安定性の自由エネルギー解析などに取り組んでいます.

RNA内包のHBVモデル ポリオウイルスカプシドの粗視化MDより

ソフトマテリアルにおける自己組織化構造解析

ポリモルフ

両親媒性の界面活性剤,ブロックポリマーやコロイド系では,様々な自己組織化構造がみられます.ミセル,ヘキサゴナル,ラメラ,キュービック,その他逆相など様々な構造が観測されますが,これを分子シミュレーションで予測することはそれほど容易ではありません.粗視化分子モデルを用いることにより,初期配置から自発的な構造形成を観測することができるようになりました.しかし,その構造が熱力学的にどの程度安定なものかを評価する技術が必要で,その評価がなければ真に実験結果を予測することはできません.特にコロイド系は非平衡系であることが多く,生成した自己集合系の安定性解析は工学的にも重要となります.本研究では,熱物性,界面性状,分子配置を定量的に評価できる粗視化分子モデルの構築と,自己組織化構造の熱力学的安定性の評価技術の構築がキーとなります.

C12E6の30℃,水中における自己組織化構造

高分子電解質(モルフォロジー,機械特性)

燃料電池における電解質として利用されるフッ素系の高分子電解質膜(NafionやFlemionなど)は,その伝導特性や機械特性について,様々な要求性能を満たす必要があり,新たな電解質膜の開発に取り組まれています.電気伝導特性,機械特性は膜のモルフォロジーと関係することが考えられ,分子動力学シミュレーションによるモルフォロジー解析を行っています.(JPCC,2016)引っ張り強度試験を計算機上で実現することもできていますが,現在の対象高分子は計算許容限界のため,その分子量が実験系に比べて1/5-1/10程度の短い高分子を用いた検討となっています.そのため,我々は全原子モデルに基づく粗視化分子モデリングを行い,モルフォロジーの再現に良好な粗視化モデルの構築を行いました.この粗視化モデルを用い,実験系に相当する高分子鎖が作る膜のモルフォロジー,電気伝導特性及び機械特性を明らかにすることを目指しています.

 
全原子モデル(10 monomer units)による計算  粗視化モデル(>100 monomer units)による計算例 (L>50nm)

イオン液体

Li-Glyme錯体を用いた溶媒和イオン液体を電解質に用いたリチウムイオンバッテリーの開発支援のため,構造や動的な性質の解析を行っています.リチウム輸送機構の解明やIonicityの分子論的な理解を目指しています.

MDで観測されたグライム錯体の様々な構造(左がより頻度が高い)

上記の錯体構造の安定性はアニオンの種類によって大きく変わり,錯体安定性は電気伝導度,Ionicityと大きく関わります.また,電極表面などの界面におけるイオン液体構造とダイナミックスの特性を調べるために,より定量的な物性予測に耐える分極モデルの構築にも取り組んでいます.

分子モデル・シミュレーション手法開発

マルチスケールモデリング

・全原子(CHARMM)をもとにした粗視化分子モデルの開発

脂質や界面活性剤の粗視化分子モデルの構築に取り組んでいます.現在,コロイド粒子やアミノ酸,コレステロールなどの粗視化モデルも開発中です.開発中の粗視化モデルは原子力場モデルのシミュレーション結果(構造)や表面・界面物性,溶媒和自由エネルギー,膜弾性などを再現するようにパラメタリングされています.簡単な関数型を用いたモデルですが,これまでの現象論的なモデルでは不可能であった(半)定量的な議論が粗視化レベルで可能となり,ベシクルのような分子集合体の構造安定性を議論することも可能となりました.詳しくは粗視化モデルのページをご覧下さい.

粗視化分子モデルとその適用例:ミセルキュービック相(上),ベシクル形成(下左)

・粗視化分子動力学による連続体モデルの評価:理論の拡張

粗視化分子動力学シミュレーションによって,より大きな膜系や曲率を持った閉じた膜であるベシクルの計算が可能となっています.小さな脂質集合体では,水中でベシクルだけが安定構造ではなく,バイセルと呼ばれる円盤状の構造も(準)安定構造として現れます.これらの安定構造間の自由エネルギー計算を実現しています.その結果を現象論による連続体(弾性体)理論と比較することによって,理論モデルの妥当性や小さなスケールでの適用性を評価することができます.また,この観測に基づいて理論を拡張することを試みています.

ベシクル(SUV)の開口の自由エネルギー変化.MDと連続体理論の比較 (J. Chem.Phys. 2013)

レア・イベントの解析

分子系におけるレア・イベントを解析し定量化することは,分子シミュレーションの発展において避けることのできないの一つの重要な課題です.このようなレア・イベントは分子系だけに限っても至るところで見られ,その解析のため,問題毎に様々な工夫が高じられ議論されてきました.現在我々は,膜を介する分子輸送をテーマとしたレア・イベント解析に注力しています.低分子の膜透過に関しては,すでに有望な方法が見つかっており,原理的には解ける問題です.しかし,大きな分子輸送に関するレア・イベント解析についてはほとんど未決の問題で,方法論的な発展が必要です.

・高効率サンプリング手法

分子の時間スケール(fs,ps)では通常観測できないレア・イベントを分子論で特徴付けるためには,普通の分子動力学(MD)シミュレーションはほとんど役に立ちません.これはMDで追える時間スケールがせいぜい10μs程度であり,同程度かそれ以上の時定数を持つレア・イベントを精度よく記述できるだけのサンプリングを取ることが不可能だからです.拡張アンサンブルと呼ばれる各種手法の適用が有効なのですが,これらの手法は主にタンパク質系で開発され,膜などの自己集合系には素直に適用できない場合が多く,新しいアイデアが望まれています.

・粗視化技術

レア・イベントを特徴付ける上で,最も重要なステップは適切な反応座標の抽出です.複雑なイベントは高次元空間で記述される反応座標で記述されますが一般に計算負荷が膨大となるため,何らかの粗視化が必要となります.

・自由エネルギー解析

自由エネルギー表面を正確に記述することは,レア・イベントを特徴付ける上で重要な最初のステップといえます.様々な自由エネルギー解析手法がこれまでに開発されています.より高次元の自由エネルギー表面を精度よく計算する手法開発はなお必要です.


脂質二重層膜構造データベース

脂質膜の原子レベルMDから得られた平衡構造をデータベースにしました.同様の系で膜のMDシミュレーションを新しく始めたり,構造を見てイメージを掴みたいなどの場合に利用してもらえると思います.いくつかの脂質はunited atomモデルを使っていますのでご注意ください.イリノイ大で開発しているvmdなどのソフトウェアを用いてファイルを開いてください.
(注)これらのファイルは細心の注意を払って行ったMD計算の座標ですが,何かの間違いでユーザー側に生じる不都合を保証するものではありませんのであしからずご了承ください.

1. DPPC
DPPC 128 + water 4027, CHARMM36, NPT-MD, after 100ns, 0.1MPa, 323K, PDB, PSF
DPPC 128 + water 4027, CHARMM27R, NPnAT-MD, after 100ns, 0.1MPa, 323K, molecular area=64A^2, PDB, PSF
DPPC 128 + water 4017, GROMOS96, NPT, after 100ns, 1atm, 323K, GRO
DPPC 128 + water 4017, GROMOS ff43A1-A3, after 100ns, NPT, 1 atm, 323K, GRO

2. DMPC
DMPC 128 + water 3405, CHARMM27R, NPnAT-MD, after 80ns, 0.1MPa, 310K, molecular area=60.6A^2, PDB, PSF

3. POPC
POPC 128 + water 3963, CHARMM27R, NPnAT-MD, after 100ns, 0.1MPa, 303K, molecular area=64A^2, PDB, PSF
POPC 128 + water 3963, CHARMM27R, NPnAT-MD, after 100ns, 0.1MPa, 303K, molecular area=68A^2, PDB, PSF
Ref: J. Hénin, W. Shinoda, and M. L. Klein, J. Phys. Chem. B 112, 7008 (2008).

4. POPE
POPE 128 + water 3838, CHARMM27R, NPnAT, after 50ns, 0.1MPa, 308K, molecular area=60A^2, PDB, PSF
POPE 128 + water 3838, CHARMM27R-united atom, NPnAT, after 100ns, 0.1MPa, 310K, molecular area=60A^2, PDB, PSF

5. DMPG
CHARMM27-united atom, NPT, 0.1MPa, 310K
<Gel phase>
DMPG 120 + SOD 120, after 20ns, PDB, PSF
DMPG 120 + SOD 120 + water 598, after 30ns, PDB, PSF
<Liquid crystal phase>
DMPG 128 + SOD 128 + water 3842, after 100ns, PDB, PSF
Ref: J. Henin, W. Shinoda, and M. L. Klein, "Models for phospatidylglycerol lipids put to structural test." J. Phys. Chem. B, 113, 6958 (2009).

6. POPG
POPG 128 + water 3527 + SOD 128, CHARMM27R-united atom, NPT, 0.1MPa, 298K, after 100ns, PDB, PSF
Ref: J. Henin, W. Shinoda, and M. L. Klein, "Models for phospatidylglycerol lipids put to structural test." J. Phys. Chem. B, 113, 6958 (2009).

7. DPhPC
DPhPC 72 + water 2088, CHARMM27, NPT-MD, after 20ns, 0.1MPa, 323K, parallel-piped cell, PDB
Ref: W. Shinoda, M. Mikami, T. Baba, and M. Hato, "Molecular dynamics study on the effect of chain branching on the physical properties of lipid bilayers: Structural stability." J. Phys. Chem. B 107, 14030 (2003).
W. Shinoda, M. Mikami, T. Baba, and M. Hato, "Molecular dynamics study on the effects of chain branching on the physical properties of lipid bilayers: 2. Permeability." J. Phys. Chem. B 108 9346 (2004).

8. DPhytPC (ether linkage)
DPhytPC 72 + water 2088, CHARMM27, NPT-MD, after 20ns, 0.1MPa, 298K, parallel-piped cell, PDB
Ref: K. Shinoda, W. Shinoda, T. Baba, and M. Mikami, "Comparative molecular dynamics study of ether- and ester-linked phospholipid bilayers." J. Chem. Phys. 121 9648 (2004).

Effect of 4M-NaCl
DPhytPC 72 + water 2088 + Na 150 + Cl 150, CHARMM27, NPT-MD, after 25ns, 0.1MPa, 298K, parallel-piped cell, PDB
Ref: K. Shinoda, W. Shinoda, M. Mikami, "Molecular dynamics simulation of archaeal lipid bilayer with sodium chloride." Phys. Chem. Chem. Phys. 9 643 (2007).

9. pseudo-cyclic tetraether PC (p-TEPC)
TEPC 36, water 2088, CHARMM27, NPT-MD, after 20ns, 0.1MPa, 298K, parallel-piped cell, PDB
Ref: W. Shinoda, K. Shinoda, T. Baba, and M. Mikami, "Molecular dynamics study of bipolar tetraether membranes." Biophys. J. 89 3195 (2005).

10. cyllic tetraether PC (c-TEPC)
TEPC 36, water 2088, CHARMM27, NPT-MD, after 20ns, 0.1MPa, 298K, parallel-piped cell, PDB
Ref: W. Shinoda, K. Shinoda, T. Baba, and M. Mikami, "Molecular dynamics study of bipolar tetraether membranes." Biophys. J. 89 3195 (2005).

11. Fluorinated PC

FPC 72 + water ????, modified FF (united atom), NPnAT, after 10ns, 0.1MPa, 298K, PDB, PSF

13. DOPS
DOPS 128 + Sodium 128 + water 4352, CHARMM36, NPT, 303K, 150 ns, PDB, PSF
DOPS 128 + Calcium 64 + water 4416, CHARMM36, NPT, 303K, 150 ns, PDB, PSF

14. DPPC-Cholesterol
DPPC 128 + Chol 1 + water 4017, CHARMM36, NPT, 323K, 200 ns, PDB, PSF
DPPC 116 + Chol 12 + water 4017, CHARMM36, NPT, 323K, 200 ns, PDB, PSF
DPPC 102 + Chol 26 + water 4017, CHARMM36, NPT, 323K, 200 ns, PDB, PSF
DPPC 90 + Chol 38 + water 4017, CHARMM36, NPT, 323K, 200 ns, PDB, PSF
DPPC 76 + Chol52 + water 4017, CHARMM36, NPT, 323K, 200 ns, PDB, PSF
DPPC 128 + Chol 12 + water 4017, GROMOS ff43A1-S3, NPT, 323K, 100ns, GRO

15. DOPC-Cholesterol
DOPC 128 + Chol 1 + water 4200, CHARMM36, NPT, 323K, 200 ns, PDB, PSF
DOPC 116 + Chol 12 + water 4200, CHARMM36, NPT, 323K, 200 ns, PDB, PSF
DOPC 102 + Chol 26 + water 4200, CHARMM36, NPT, 323K, 200 ns, PDB, PSF
DOPC 90 + Chol 38 + water 4200, CHARMM36, NPT, 323K, 200 ns, PDB, PSF
DOPC 76 + Chol52 + water 4200, CHARMM36, NPT, 323K, 200 ns, PDB, PSF


外部資金

H23-26 科研費基盤B (代表) 「階層的分子モデリングによる生体膜融合過程の研究」
      (総額 14,700千円)
H26-30 JST ALCA 「次世代高性能リチウム硫黄電 池の開発」(分担)
      (H26-29:12,000千円,H30 : 1,500千円(予定),総額:13,500千円(予定))
H26-31 文科省 フラッグシ ップ 2020 プロジェク ト
     重点課題(1)「生体分子システムの機能制 御による革新的創薬 基盤の構築」 (分担)
     「粗視化モデリング」「ウイルス標的創薬計算技術」
      (H26-29: 41,434千円,H30-31:35,000千円(予定),総額:76,434千円(予定))
H28-33 NEDO 超先端材料超 高速開発基盤技術プ ロジェクト (分担)
     「全原子分子動力学の大規模化と粗視化モデル機能強化」
      (H28-29:13,700千円,H30-33 : 34,400千円(予定),総額:48,100千円(予定))
H28-32 科研費基盤S (分担) 「生体モデル膜におけ る脂質分子の動的配座とドメイン構造」
      (H28-29:10,500千円,H30-32:18,000千円(予定),総額28,500千円(予定))


ソフトウェア開発

汎用分子シミュレーションソフトウェア

分子シミュレーションに関係するツール

以上,すべてGnu GPLで無償公開.


発表論文等

google scholar

Total Citation:>3800, h-index: 32 (google scholar)

2017

93. A. Kuo, S. Okazaki, and W. Shinoda*, "Transferable Coarse-Grained Model for Perfluorosulfonic Acid Polymer Membranes" J. Chem. Phys. 147, 094904 (2017)
92. A. Kuo, A. Tanaka, J. Irisawa, W. Shinoda*, and S. Okazaki, "Molecular Dynamics Study on the Mechanical Deformation of Hydrated Perfluorosulfonic Acid Polymer Membranes." J. Phys. Chem. C, 121, 21374 (2017).
91. Q. Xiao, S. E. Sharman, S. E. Wilner, X. Zhou, C. Dazen, T. Baumgart, E. H. Reed, D. A. Hammer, W. Shinoda, M. L. Klein*, and V. Percec*, "Janus Dendrimersomes Coassembled from Fluorinated, Hydrogenated, and Hybrid Janus Dendrimers as Models for Cell Fusion and Fission." Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 114, E7045 (2017).
90. S. Tsuzuki, T. Mandai, S. Suzuki, W. Shinoda,T. Nakamura, T. Morishita, K. Ueno, S. Seki, Y. Umebayashi, K. Dokko, and M. Watanabe,"Effect of the cation on the stability of cation-glyme complexes and their interactions with the [TFSA]- anion" Phys. Chem. Chem. Phys. 19, 18262 (2017).

2016

89. A. Kuo, W. Shinoda*, and S. Okazaki, "Molecular Dynamics Study of the Morphology of Hydrated Perfluorosulfonic Acid Polymer Membranes. " J. Phys. Chem. C, 120, 25832–25842(2016).
88. W. Shinoda, "Permeability Across Lipid Membranes", Biochim. Biophys. Acta (BBA) - Biomembranes, 1858, 2254-2265 (2016).
膜透過に関する総説論文.脂質膜の受動輸送に関する現在までの研究の総括と今後の発展について述べた.
J17. 都築 誠二、篠田 渉、「第5章 計算化学を用いたイオン液体の物性予測」,イオン液体研究最前線と社会実装,渡邉正義監修,pp. 49-56, 2016.

2015

87. C. M. MacDermaid, H. K. Kashyap, R. DeVane, W. Shinoda, J. B. Klauda, M. L. Klein, and G. Fiorin, "Molecular Dynamics Simulations of Cholesterol-Rich Membranes Using a Coarse-Grained Force Field for Cyclic Alkanes." J. Chem. Phys. 143, 243144 (2015).new!
コレステロールの粗視化モデルを導入.
86. S. Kawamoto, M. L. Klein, and W. Shinoda, "Coarse-Grained Molecular Dynamics Study of Membrane Fusion: Curvature Effects on Free Energy Barriers along the Stalk Mechanism." J. Chem. Phys. 143, 243112 (2015).new!
膜融合における自由エネルギー障壁を曲率を持つ/持たない膜面間で比較した.曲率の影響は大きく,曲がった膜の融合は平面膜よりも遙かに起こりやすい.また、脂質種依存性も非常に大きく、自由エネルギー障壁はPEの存在によって非常に小さくなることが示された.
85. T. Nakamura, S. Kawamoto, and W. Shinoda, "Precise Calculation of the Local Pressure Tensor in Cartesian and Spherical Coordinates in LAMMPS." Comput. Phys. Comm. 190, 120-128 (2015).
84. S. Tsuzuki, W. Shinoda, M. Matsugami, Y. Umebayashi, K. Ueno, T. Mandai, S Seki, K. Dokko, M. Watanabe, "Structures of [Li(glyme)]+ complexes and their interactions with anions in equimolar mixtures of glymes and Li[TFSA]: Analysis by molecular dynamics simulations", Phys. Chem. Chem. Phys. 17, 126 (2015).

2014

83. A. Ikeda, K. Kiguchi, T. Hida, K. Yasuhara, K. Nobusawa, M. Akiyama, W. Shinoda, "[70]Fullerenes Assists the Formation of Phospholipid Bicelles at Low Lipid Concentrations" Langmuir, 30, 12315-12320 (2014)..
C70の導入によってバイセルが安定化することが実験的に示された.→C70が膜中で凝集し膜の曲げ弾性率を上げるため剛直となって,バイセルが優位になると考えられる.
82. S. Mieda, A. Ikeda, Y. Shigeri, and W. Shinoda, "Thermodynamic Stability of [60]Fullerene and γ-Cyclodextrin Complex in Aqueous Solution: Free Energy Simulation", J Phys. Chem. C, 118, 12555-12561 (2014).
C60を水溶液に可溶化するためにγ-シクロデキストリンによる包摂が使われる.このシクロデキストリンによる包摂の安定性を分子動力学シミュレーションに基づく自由エネルギー計算を行い評価した.また包摂構造の安定性とDMSO溶媒の関係を調べている.ABFを用いた距離と回転を含む2次元での自由エネルギー計算により,シクロデキストリンの乖離過程について議論した.
81. S. Kawamoto and W. Shinoda, "Free energy analysis along the stalk mechanism of membrane fusion" Soft Matter, 10, 3048 (2014).
ストークを経由する膜融合の自由エネルギー変化を定量的に評価する手法の提案.2つの独立した膜の状態からストーク形成,融合ポア形成までの自由エネルギー計算を可能とした.平面膜だけでなくベシクルにも適用可能な手法である.
80. W. Shinoda and M. L. Klein, "Effective Interaction Between Small Unilamellar Vesicles as Probed by Coarse-Grained Molecular Dynamic Simulations" Pure Appl. Chem. 86, 215-222 (2014).
ベシクル間に働く相互作用を自由エネルギー解析を用いて評価.混合膜ではlipid sortingによって膜変形の自由エネルギーが低下することが明確に示された.
J16. 篠田 渉,"脂質膜透過現象の分子シミュレーションによる研究",膜(MEMBRANE),39(6), 372-378 (2014)..

2013

79. G. Fiorin, M. L. Klein, R. DeVane, and W. Shinoda, "Computer Simulation of Self-Assembling Macromolecules" Adv. Polym. Sci. 262, 93 (2013).
粗視化分子モデルを用いたマクロ分子の自己組織化に関する研究の総説論文
78. S. Tsuzuki, W. Shinoda, M. S. Miran, H. Kinoshita, T. Yasuda, and M. Watanabe, "Interactions in ion pairs of protic ionic liquids: Comparison with aprotic ionic liquids", J. Chem. Phys. 139, 174504 (2013).
77. W. Shinoda, D. Discher, M. Klein, S. Loverde, "Probing the Structure of PEGylated-lipid Assemblies by Coarse-grained Molecular Dynamics" Soft Matter, 9, 11549 (2013).
PEG修飾された脂質集合体の振る舞いについての考察.
76. A. Ikeda, A. Hirata, M. Ishikawa, J. Kikuchi, S. Mieda, and W. Shinoda,"Effect of substituents in the water-solubilities and stabilities of [60]fullerene derivative・gamma-cyclodextrin 1:2 complexes.", Org. Biomol. Chem. 11, 7843 (2013).[Cover title]
Front cover from Org. Biomol. Chem. Vol. 45 Number 45, 7 December 2013.
75. S. Kawamoto, T. Nakamura, S. O. Nielsen, and W. Shinoda, "A Guiding Potential Method for Evaluating the Bending Rigidity of Tensionless Lipid Membranes from Molecular Simulation" J. Chem. Phys. 139, 034108 (2013).
膜の曲げ弾性係数をMDで求める手法の提案.2つのシリンダー型外部ポテンシャルを用いて膜を曲げ,必要な力との関係から弾性係数を導出した.
74. S. Tsuzuki, W. Shinoda, S. Seki, Y. Umebayashi, K. Yoshida, K. Dokko, and M. Watanabe, "Intermolecular Interactions in Li+-glyme and Li+-glyme-TFSA- complexes: Relationship with Physicochemical Properties of [Li(glyme)][TFSA] Ionic Liquids" ChemPhysChem, 14, 1993(2013).
73. T. Nakamura and W. Shinoda, "Method of evaluating curvature-dependent elastic parameters for small unilamellar vesicles using molecular dynamics trajectory", J. Chem. Phys. 138, 124903 (2013).
曲率を持った脂質膜の弾性係数を計算し,弾性係数の曲率依存性を議論した.Helfrich/Fromherz理論の枠組みにおいて曲率依存の弾性係数を考慮することで,20nm程度の小さなベシクルの開口自由エネルギーを定量的に予測する可能性を議論した.
72. A. Ikeda, M. Ishikawa, R. Aono, J. Kikuchi, M. Akiyama, and W. Shinoda, "Regioselective Recognition of a [60]Fullerene-Bisadduct by Cyclodextrin" J. Org. Chem. 78, 2534 (2013).
J15. 篠田 渉,"脂質膜の粗視化分子シミュレーション",Colloid & Interface Communication, 38 (2013).

2012

71. C. -C. Chiu, R. H. DeVane, M. L. Klein, W. Shinoda, P. B. Moore, S. O. Nielsen, "Effect of Carboxylation on Carbon Nanotube Aqueous Dispersibility: A Predictive Coarse-Grained Molecular Dynamics Approach", J. Phys. Chem. C, 116, 23102 (2012).
70. C. -C. Chiu, W. Shinoda, R. DeVane, S. O. Nielsen, "Effects of spherical fullerene nanoparticles on a dipalmitoyl phosphatidylcholine lipid monolayer: a coarse grain molecular dynamics approach.", Soft Matter, 8, 9610 (2012).
69. A. Kuo, C.-H. Chang, W. Shinoda, "Molecular Dynamics Study of Cationic Vesicle Bilayers Composed of Ion Pair Amphiphiles with Double-tailed Cationic Surfactants", Langmuir, 28, 8156 (2012).
68. S. Kawamoto, M. Takasu, T. Miyakawa, R. Akiyama, T. Oda, H. Saito, S. Futaki, H. Nagao, W. Shinoda, "Free Energy of Cell-Penetrating Peptide through Lipid Bilayer Membrane: Coarse-Grained Model Simulation." Prog. Theo. Chem. Phys. 26, 503 (2012).
67. W. Shinoda, R. DeVane, M. L. Klein, "Computer Simulation Studies of Self-Assembling Macromolecules" Curr. Opin. Struct. Biol. 22, 175 (2012).
66. D. LeBard, B. Levine, R. DeVane, W. Shinoda, M. L. Klein, "Premicelles In Aqueous Surfactant Solutions Above and Below the Critical Micelle Concentration" Chem. Phys. Lett. 552, 38 (2012).
J14. 篠田 渉,"分子シミュレーションによる界面活性剤・脂質分子自己集合体構造の研究",オレオサイエンス,12(2), 55-61 (2012).
J13. 篠田 渉,"粗視化分子モデリング 4:分子集合体の形態変化の自由エネルギー解析",アンサンブル,14(1), 51-55 (2012).

2011

65. H. Saito and W. Shinoda, "Cholesterol Effect on Water Permeability Through DPPC and PSM Lipid Bilayers: A Molecular Dynamics Study" J. Phys. Chem. B 115, 15241 (2011).
脂質二重層膜を横切る水分子の透過係数に対するコレステロール濃度の影響を調べた.飽和グリセロ脂質のジパルミトイルホスファチジルコリンDPPCと飽和スフィンゴ脂質のパルミトイルスフィンゴミエリンPSMの作る脂質二重層膜について分子動力学シミュレーションを行った.コレステロール濃度の上昇とともにいずれの膜でも水の透過係数は低くなっていく.コレステロール濃度の低いところではPSM膜の透過係数がより低いが,高濃度ではPSMとDPPC膜の差が小さくなることが判明した.
64. B. Levine, D. LeBard, R. DeVane, W. Shinoda, A. Kohlmeyer, M. L. Klein, "Micellization studied by GPU-accelerated coarse-grained molecular dynamics", J. Chem. Theory Comput. 7, 4135 (2011).
GPU上で動作するMDソフトウェアHOOMD-Blueに粗視化モデルを組み込み,ミセル形成のMD計算をシステマティックに行った.高効率のシミュレーションにより,長時間MDを多数繰り返すことが可能となった.
63. R. J. K. U. Ranatunga, C. T. Nguen, C. C. Chiu, W. Shinoda, S. O. Nielsen, "Molecular Dynamics Simulations of Nanoparticles and Surfactants at Oil/Water Interfaces- A Qualitative Overview", Chapter 18, pp 295-314, in Amphiphiles: Molecular Assembly and Applications, ACS Synposium Series, Vol 1070, Ed. R. Nagarajan, 2011.
62. T. Nakamura, W. Shinoda, T. Ikeshoji, "Novel Numerical Method for Calculating the Pressure Tensor in Spherical Coordinates for Molecular Systems" J. Chem. Phys. 135, 094106 (2011).
球座標における局所ストレスの精密な測定方法を提案した論文.ミセルやリポソーム系への適用を念頭に開発した.
61. W. Shinoda, T. Nakamura, S. O. Nielsen, "Free Energy Analysis of Vesicle-to-Bicelle Transformation" Soft Matter, 7, 9012 (2011).
球状ベシクルからバイセル(ディスク)への構造転移に関する自由エネルギー障壁を測定し,連続体現象理論との比較を行った.同自由エネルギー手法は膜の線張力の精密な測定にも使用できる.膜面の高さのスペクトル解析からの曲げ弾性係数,ストレスプロファイルからのガウス弾性係数などすべてをMDシミュレーションから見積もり,現象論との比較を行った最初の論文である.100nm程度の小さなベシクルを記述する理論の形成に役立てられればと考えている.
60. R. J. K. U. Ranatunga, C. T. Nguyen, B. A. Wilson, W. Shinoda, S. O. Nielsen, "Molecular Dynamics Study of Nanoparticles and Nonionic Surfactant at an Oil/Water Interface", Soft Matter, 7, 6942 (2011).
59. W. Shinoda, R. DeVane, M. L. Klein, "Coarse-Grianed Force Field for Ionic Surfactants" Soft Matter, 7, 6178 (2011).
イオン性界面活性剤の粗視化モデル.SDSなどの分子モデルを作成し,希薄系から高濃度系にわたってイオン性界面活性剤の挙動がリーズナブルに再現できることを示した.また,塩の添加により気液界面への吸着挙動や凝集構造が変化する様子を調べ,実験事実と符合する結果を得た.クーロン相互作用の取り扱いについても議論.
58. S. Tsuzuki, H. Matsumoto, W. Shinoda, M. Mikami, "Effects of conformational flexibility of alkyl chain of cations on diffusion of ions in ionic liquids" Phys. Chem. Chem. Phys. 13, 5987 (2011).
57. A. Jusufi, R. DeVane, W. Shinoda, M. L. Klein, "Nanoscale Carbon Particles and the Stability of Lipid Bilayers", Soft Matter, 7, 1139 (2011).
フラーレン(C60,C180,C540)の脂質二重層膜との相互作用解析として自由エネルギー計算を行い,膜へのフラーレンの吸着性を全原子モデルで調べた.さらに,自由エネルギーを再現する粗視化モデルの構築を行い,膜内部でのフラーレンの凝集挙動を調べた.フラーレンのサイズによって,凝集によってもたらされる膜物性の変化は全く異なることがわかった.
J12. 篠田 渉,"粗視化分子モデリングによる脂質膜の分子シミュレーション",シミュレーション,30(4),217-223(2011).
J11. 篠田 渉,"粗視化分子モデリング 3:固液界面",アンサンブル,13(3),125 (2011).
J10. 篠田 渉,"オープンソースコードを用いた粗視化分子動力学シミュレーションの取り組み",CMD Newsletter,46,25 (2011).
J9. 篠田 渉,"脂質膜・リポソームの分子シミュレーション-粗視化分子モデリングによる研究-",膜(MEMBRANE),36(1),31-37 (2011).

2010

56. R. DeVane, A. Jusufi, W. Shinoda, C. C. Chiu, S. O. Nielsen, P. B. Moore, M. L. Klein, "Parameterization and application of a coarse grained forcefield for benzene/fullerene interactions with lipids" J. Phys. Chem. B, 114, 16364 (2010).
55. W. Shinoda, M. Hato, "Molecular Dynamics Study of Isoprenoid-Chained Lipids: Salient Features of Isoprenoid Chains As Compared with Ordinal Alkyl Chains", in "Self-Organized Surfactant Structures", T. F. Tedros Ed., Wiley-Vch, 2010.
54. S. Tsuzuki, T. Umecky, H. Matsumoto, W. Shinoda, M. Mikami, "Interactions of perfluoroalkyltrifluoroborate anions with Li ion and imidazolium cation: Effects of perfluoroalkyl chain on motion of ions in ionic liquids" J. Phys. Chem. B 114, 11390 (2010).
53. X. He, W. Shinoda, R. DeVane, M. L. Klein, "Exploring the utility of coarse-grained water models for computational studies of interfacial systems" Mol. Phys. 108, 2007 (2010).
水分子の粗視化モデルを密度,表面張力,弾性率を再現するように組み立てるときに生ずる粗視化解像度への制限や限界について,さまざまな相互作用関数や粗視化レベルを用いて系統的に調べた
52. W. Shinoda, R. DeVane, M. L. Klein, "Zwitterionic lipid assemblies: Molecular dynamics studies of monolayers, bilayers, and vesicles using a new coarse grain force field." J. Phys. Chem. B, 114, 6836 (2010).
脂質分子の新しい粗視化モデルの提案.双極性ヘッドグループを持つ脂質について粗視化モデルの構築・評価を行い,気液界面における単分子層膜,二重層膜,ベシクル(形成)の分子動力学シミュレーションを適用研究として紹介した.
(引用数>140)
51. C. C. Chiu, R. DeVane, M. L. Klein, W. Shinoda, P. B. Moore, and S. O. Nielsen, "Coarse Grained Molecular Dynamics of Phenyl Based Molecules: II. Application to Fullerenes" J. Phys. Chem. B, 114, 6394 (2010).
50. R. DeVane, C. C. Chiu, S. O. Nielsen, W. Shinoda, P. B. Moore, and M. L. Klein, "Coarse Grained Molecular Dynamics of Phenyl Based Molecules: I. Parametrization" J. Phys. Chem. B, 114, 6386 (2010).
49. X. He, W. Shinoda, R. DeVane, K. Andersen, M. L. Klein, "Paramaterization of a Coarse-Grained Model for Linear Alkylbenzene Sulfonate Surfactants and Molecular Dynamics Studies of Their Selfassembly in Aqueous Solution" Chem. Phys. Lett. 487, 71(2010).
イオン性界面活性剤,Linera Alkylbenzene Sulfonate(LAS)の粗視化モデルにより相挙動をシミュレートした.疎水鎖とベンゼン環のリンク位置の変更に伴って生じるisomer間の分子構造変化が相挙動に変化をもたらすことが再現された.
48. C. C. Chiu, R. J. K. U. Ranatunga, D. T. Flores, D. V. Perez, P. B. Moore, W. Shinoda, and S. O. Nielsen, "A mean field approach for computing solid-liquid surface tension for nanoscale interfaces", J. Chem. Phys. 132,054706 (2010).
表面張力は巨視的には界面自由エネルギーの面積の微分で定義されるが,ナノスケールではこの限りでない.ナノスケールでの固液表面張力の計算手法について述べた論文.
47. T. Nakamura, W. Shinoda, M. Mikami, "The shear hysteresis in lamellar structure of surfactant-water binary system", Chem. Phys. 367, 20 (2010).
シア流動場における両親媒性分子のラメラ相の構造変化についてのDPDによる観察
J8. 篠田 渉,"粗視化分子モデリング2:脂質膜・ベシクル",アンサンブル,12(4),12 (2010).
J7. 篠田 渉,"粗視化モデルによる両親媒性分子の自己組織化構造解析",生物物理,50,232 (2010).
J6. 篠田 渉,"粗視化分子モデリング1:リン脂質モデル",アンサンブル,12(3),26 (2010).

2009

46. S. Tsuzuki, W. Shinoda, H. Saito, M. Mikami, H. Tokuda, and M. Watanabe, J. Phys. Chem. B 113, 10641 (2009).
45. J. Henin, W. Shinoda, and M. L. Klein, "Models for phospatidylglycerol lipids put to structural test." J. Phys. Chem. B, 113, 6958 (2009).
ホスファチジルグリセロール(PG)をヘッドグループに持つ脂質モデルについて,力場を比較.脂質膜構造の評価によって,CHARMM27Rのunited atom版を用いた場合に最も良好な結果を得た.
44. H. Saito, W. Shinoda, M. Mikami, "Fluorination Effects on Structure and Dynamics of Phospholipid Bilayer: A Molecular Dynamics Study" Chem. Phys. Lett. 468, 260 (2009).
フッ素化された炭素鎖を持つ合成脂質の分子構造特性とダイナミクスの解析
43. C. C. Chiu, P. B. Moore, W. Shinoda, S. O. Nielsen, "Size-dependent hydrophobic to hydrophilic transition for nanoparticles: a molecular dynamics study", J. Chem. Phys. 131, 244706 (2009).
ナノ粒子のサイズの変更によって溶媒和自由エネルギーが正から負に変わる現象の報告
42. R. DeVane, W. Shinoda, P. B. Moore, M. L. Klein, "Transferable Coarse Grain Nonbonded Interaction Model for Amino Acids" J. Chem. Theory Comput. 5, 2115 (2009).
アミノ酸の粗視化モデルの提案
41. R. J. B. Kalescky, W. Shinoda, P. B. Moore, S. O. Nielsen, "Area per ligand as a function of nanoparticle radius: a theoretical and computer simulation approach", Langmuir, 25, 1352 (2009).
ナノコロイド上に化学的に吸着した界面活性剤分子数とコロイド分散安定性の相関について評価した論文.コロイドの粗視化モデリングの研究としても意味がある.溶媒和自由エネルギー,有限サイズのコロイド上の界面における表面張力の評価法として新規アプローチを提案.
40. U. O. M. Vazquez, W. Shinoda, P. B. Moore, C. C. Chiu, S. O. Nielsen, "Calculating the surface tension between a flat solid and a liquid: a theoretical and computer simulation study of three topologically different methods." J. Math. Chem. 45 161(2009)..
固液界面の表面張力評価法について新しいアプローチを提案
J5. 齋藤大明,篠田 渉,"合成脂質膜の分子シミュレーション-フッ素化脂質",アンサンブル,11(4),22 (2009).
J4. 篠田 渉,"学術賞受賞寄稿:両親媒性分子自己集合構造の分子シミュレーション",アンサンブル,11(2),2 (2009).

2008

39. M. L. Klein and W. Shinoda, "Large-Scale Molecular Dynamics Simulations of Self-Assembling Systems" Science, 321, 798 (2008)[Cover title](引用数>300)
Full cover from Science Vol. 321, no. 5890, 8 August 2008. Reprinted with permission from AAAS
大規模系のMD,特に分子自己集合構造の計算についてのPerspective.表紙を飾る
38. W. Shinoda, R. DeVane, M. L. Klein, "Coarse-grained molecular modeling of nonionic surfactant self-assembly" Soft Matter, 4, 2454 (2008).(引用数>130)
ポリエチレングリコール界面活性剤の粗視化モデルの汎用性を示した論文.自己集合構造の形成,ヘキサゴナルからラメラへの転移,気液・液液界面での単分子層膜のシミュレーションなど.
37. W. Shinoda, R. DeVane, M. L. Klein, "Self-assembly of Surfactants in Bulk Phases and at Interfaces using Coarse-grain Models", Chapter 22 of the book "Coarse-Graining of Condensed Phase and Biomolecular Systems", G. A. Voth Ed., CRC Press, 2008.
ノニオン性界面活性剤の粗視化モデルの概要と応用計算例について紹介
36. K. Shinoda, W. Shinoda, M. Mikami, "Efficient free energy calculation of water across lipid membranes." J. Comput. Chem. 29, 1912 (2008).
水分子の脂質二重層膜を横切る際の自由エネルギープロフィールを高速に高精度に見積もるための方法について提案.Cavity Insertion法とOverlapping distribution法を組み合わせることにより,低分子であれば,熱力学的積分法を用いた場合に比べ2桁程度の高速化が望める.さらに積分誤差がないため精度がより高い.
35. J. Hénin, W. Shinoda, and M. L. Klein, "United-atom acyl chains for CHARMM phospholipids." J. Phys. Chem. B 112, 7008 (2008)
CHARMM力場のunited atomバージョンを開発.CHARMM27Rに基づいたunited atom版.
34. N. Matubayasi, W. Shinoda, M. Nakahara, "Free-energy analysis of the binding into membrane with the method of energy representation." J. Chem. Phys. 128, 195107 (2008).
エネルギー表示法を用いた脂質膜への分子の透過に対する自由エネルギー解析.エチルベンゼンなどのやや大きな分子についても非常に収束性のよい結果を得ている
33. H. Saito, W. Shinoda, M. Mikami, "Enhanced Hydrophobicity of Fluorinated Lipid Bilayer: A Molecular Dynamics Study" J. Phys. Chem. B 112, 11305 (2008).
フッ素化合成脂質の疎水性について分子論的な解析.自由エネルギープロフィールの計算とフッ素化膜の水分子の低透過性についての分子シミュレーション.
32. K. Nishio, T. Ozaki, T. Morishita, W. Shinoda, M. Mikami, "Effects of encapsulating sodium and iodine atoms on the electronic and optical properties of polyicosahedral Si nanostructures: a first-principles study" Phys. Rev. B 77 075431(2008).

2007

31. K. Shinoda, W. Shinoda, M. Mikami, "Molecular dynamics simulation of archaeal lipid bilayer with sodium chloride." Phys. Chem. Chem. Phys. 9 643 (2007). [Cover title]
Front cover from PCCP Vol. 9 No. 5, 7 Feb. 2007.
古細菌型脂質膜への塩化ナトリウム添加による影響を解析.通常の脂質膜に比べ,塩濃度上昇による構造変化は非常に小さい.表紙を飾る.
30. W. Shinoda, R. DeVane, M. L. Klein, "Multi-property Fitting and Parameterization of a Coarse Grained Model for Aqueous Surfactants", Mol. Simul. 33 27(2007).(引用数>220)
新しい粗視化モデルの構築方法とポリエチレングリコール界面活性剤への適用について詳説

2006

29. K. Nishio, T. Morishita, W. Shinoda and M. Mikami, "Molecular dynamics simulations of self-organized polyicosahedral Si nanowire." J. Chem. Phys. 125 074712 (2006).

2005

28 S. Urata, J. Irisawa, A. Takada, S. Tsuzuki, W. Shinoda, and M. Mikami, "Intermolecular interaction between the pendant chain of perfluorinated ionomer and methanol." J. Fluorine Chem. 126 1312 (2005).
27. S. Urata, J. Irisawa, A. Takada, W. Shinoda, S. Tsuzuki, and M. Mikami, "Molecular Dynamics Study of the Methanol Effect on the Membrane Morphology of Perfluorosulfonic Ionomer" J. Phys. Chem. B 109 17274 (2005).
26. S. Urata, J. Irisawa, A. Takada, W. Shinoda, S. Tsuzuki, and M. Mikami, "Molecular Dynamics Simulation of Swollen Membrane of Perfluorinated Ionomer." J. Phys. Chem. B 109, 4269 (2005).(引用数>180)
25. K. Nishio, W. Shinoda, T. Morishita, and M. Mikami, "Spatial Confinement Effect on the Atomic Structure of Solid Argon." J. Chem. Phys. 112 124715 (2005).
空間的に小さなポアに閉じこめられたアルゴンの低温における構造.空間閉じこめにより結晶化が妨げられていることを示した
24. K. Nishio, T. Morishita, W. Shinoda , and M. Mikami, "Formation of Icosahedral Si Quantum Dots from Liquid Droplets." Phys. Rev. B 72 245321 (2005).
Siの液滴の急冷による構造化のシミュレーション.特徴的なicosahedralな構造が観測された
23. M. Shiga and W. Shinoda, "Calculation of heat capacities of light and heavy water by path integral molecular dynamics." J. Chem. Phys. 123 134502 (2005).
比熱への同位体効果について解析.
22. W. Shinoda and M. Shiga, "Quantum simulation of the heat capacity of water." Phys. Rev. E 71 041204 (2005).
経路積分分子動力学シミュレーションを用いた水の比熱の計算.ガス,液体,固体の三態においてそれぞれ比熱を計算.核の量子効果が比熱に与える影響は常温においても気相以外では無視できない.
21. W. Shinoda, K. Shinoda, T. Baba, and M. Mikami, "Molecular dynamics study of bipolar tetraether membranes." Biophys. J. 89 3195 (2005).
テトラエーテル型脂質膜の構造やダイナミックスについて分子動力学シミュレーションで解析を行った最初の論文.

2004

20. S. Urata, J. Irisawa, A. Takada, S. Tsuzuki, W. Shinoda, and M. Mikami, "Intermolecular interaction between the pendant chain of perfluorinated ionomer and water." Phys. Chem. Chem. Phys. 6, 3325 (2004).
19. K. Shinoda, W. Shinoda, C. C. Liew, S. Tsuzuki, Y. Morikawa, and M. Mikami, "Mechanism of two-dimensional superstructure formation of self-assembled adenine molecules." Transactions of the Materials Research Society of Japan, 29, 3755 (2004).
18. K. Shinoda, W. Shinoda, C. C. Liew, S. Tsuzuki, Y. Morikawa, and M. Mikami, "Two-dimensional self-assembled structures of adenine molecules: Modeling and simulation." Surf. Sci. 556, 109 (2004).
アデニン分子の基盤上における自己集合構造に関するエネルギー解析.2次元の分子動力学シミュレーションも行った.
17. W. Shinoda, M. Mikami, T. Baba, and M. Hato, "Molecular dynamics study of the lipid bilayers: Effects of the chain branching on the structure and dynamics" AIP Conference series, 708, 352 (2004).
16. K. Shinoda, W. Shinoda, T. Baba, and M. Mikami, "Comparative molecular dynamics study of ether- and ester-linked phospholipid bilayers." J. Chem. Phys. 121 9648 (2004).
古細菌にみられるエーテル型脂質の特徴を解析.
15. W. Shinoda, M. Mikami, T. Baba, and M. Hato, "Dynamics of a highly branched lipid bilayer: A molecular dynamics study." Chem. Phys. Lett. 390, 35 (2004).
分岐型の脂質膜のダイナミクスに関する研究.隣接分子の疎水鎖間の絡み合いとそのダイナミクス(並進・回転)への影響を解析.
14. W. Shinoda, M. Mikami, T. Baba, and M. Hato, "Molecular dynamics study on the effects of chain branching on the physical properties of lipid bilayers: 2. Permeability." J. Phys. Chem. B 108 9346 (2004).
脂質二重層膜の分岐鎖による物性変化.特に低分子の透過性への影響について解析.膜を横切る自由エネルギー解析と易動度の評価により透過係数を見積もった.空隙分布などから実際の低分子透過のダイナミクスに関する考察を試みた.(引用数>110)
13. M. Shiga and W. Shinoda, "Stress-assisted grain boundary sliding and migration at finite temperature: A molecular dynamics study", Phys. Rev. B 70, 054102 (2004).
固体中の粒界移動についての分子動力学シミュレーション
12. W. Shinoda, M. Shiga, and M. Mikami, "Rapid estimation of elastic constants by molecular dynamics simulation under constant stress." Phys. Rev. B 69, 134103 (2004).
分子動力学シミュレーションを用いた固体弾性率の計算について熱浴との強力なカップリングにより収束性を改善した.ストレス一定のMDのrRESPAによるアルゴリズムの提示,Hybrid MCなどを試みている.後にLAMMPSに本アルゴリズムが採用された.(引用数>310)
11. B. Hafskjold, C. C. Liew, and W. Shinoda, "Can such long time steps really be used in dissipative particle dynamics simulations?" Mol. Simul. 30, 879 (2004).
散逸粒子動力学法の数値的な安定性について,ポテンシャル関数や数値積分法による影響を解析した論文.
J3. 篠田 渉,"脂質膜の構造安定性と透過性の分子動力学シミュレーションによる予測",膜(MEMBRANE), 29, 353 (2004).

2003

10. W. Shinoda and M. Mikami, "Rigid-body dynamics in the isothermal-isobaric ensemble: A test on the accuracy and computational efficiency." J. Comput. Chem. 24, 920 (2003).
部分剛体近似を用いた分子モデルの定温定圧での分子シミュレーション法についての論文
9. W. Shinoda, M. Mikami, T. Baba, and M. Hato, "Molecular dynamics study on the effect of chain branching on the physical properties of lipid bilayers: Structural stability." J. Phys. Chem. B 107, 14030 (2003).
脂質疎水鎖の分岐による膜構造の変化について調べた最初の論文
8. W. Shinoda, M. Mikami, T. Baba, and M. Hato, "A comparison of straight- and branch-chained lipid bilayers for static and dynamic properties: A molecular dynamics study" Technical Proceedings of the 2003 Nanotechnology Conference and Trade Show,3,512 (2003).

2002

J2. 篠田 渉,三上益弘,"イオンチャンネル/受動輸送",化学フロンティア 「生体系のコンピュータ・シミュレーション」,pp. 196-208 (2002).

2001

7. W. Shinoda and M. Mikami, "Self-guided molecular dynamics in the isothermal-isobaric ensemble", Chem. Phys. Lett. 335 265 (2001).
自己誘導力分子動力学シミュレーション法のNPTアンサンブルを開発.LJ流体の結晶化を例題としてサンプリング効率への効果を検証した.
6. W. Shinoda and S. Okazaki, "Molcular dynamics study of the dipalmitoyl phosphatidylcholine bilayer in the liquid crystal phase: An effect of potential force field on the membrane structure." J. Mol. Liq. 90 95 (2001).
脂質疎水鎖の力場モデルの変更により,膜面積の実験からのずれが改善.

-2000

J1. 篠田 渉,岡崎 進,"分子動力学シミュレーションによる脂質二重層膜の構造と動力学",電気化学 68, 129-133(2000).
5. Z. Fang, A. D. J. Haymet, W. Sihnoda, and S. Okazaki, "Parallel molecular dynamics simulation: implementation of PVM for a lipid membrane", Comput. Phys. Comm. 116, 295 (1999).
4. W. Shinoda, M. Shimizu, and S. Okazaki, "Molecular dynamics study on electrostatic properties of the lipid bilayer : Polarization, electrostatic potential, and the effects on structure and dynamics of water near the interface." J. Phys. Chem. B 102 6647 (1998).
脂質膜系の静電気学と水和構造・ダイナミクスの解析
3. W. Shinoda and S. Okazaki, "A Voronoi analysis of lipid area fluctuation in a bilayer." J. Chem. Phys. 109 1517 (1998).
2次元のボロノイ解析により膜面積を定義.膜面積揺らぎと脂質分子の構造・ダイナミクスの相関を調べた.
2. W. Shinoda, N. Namiki, and S. Okazaki, "Molecular dynamics study of a lipid bilayer. Convergence, structure, and long-time dynamics." J. Chem. Phys. 106 5731(1997).
脂質二重層膜のMD計算における問題の解決と構造・ダイナミックス・膜面弾性の計算
1. W. Shinoda, T. Fukada, S. Okazaki, and I. Okada, "Molecular dynamics simulation of the dipalmitoylphosphatidylcholine(DPPC) lipid bilayer in the fluid phase using the Nose-Parrinello-Rahman NPT ensemble." Chem. Phys. Lett. 232 308 (1995).
Full flexible cellを用いたNPTアンサンブルを用いた初の脂質二重層膜のMD計算

MD覚え書き:研究室内のみ