細胞の内外を分ける細胞膜内に存在するタンパク質であるアクアポリンは, 水分子のみを透過する特殊な分子である。この分子の特徴を研究し, カーボンナノチューブを用いて淡水化のための新規透過膜について研究を行った。アクアポリン内部のアミノ酸間の距離のゆらぎを解析した結果, 1/fゆらぎであることを示した。またカーボンナノチューブを用いた系においては, 電場を印加することにより水のみの系ではカーボンナノチューブ内に螺旋状の氷構造ができることがわかった。水/アルコール混合系に電場を印加した際には, 水分子のみがカーボンナノチューブ内に存在し, 水とアルコールの分離を行うことに成功した。
Aquaporins (AQPs), which transport water molecules across cell membranes, are involved in many physiological processes.Using all-atom molecular dynamics simulations, we analyze water transportation and fluctuations of amino acids within AQP1. The amino acids exhibit 1/f fluctuations, indicating possession of long-term memory. Moreover, we find that water molecules crossing the ar/R region obey a non-Poisson process. Molecular dynamics simulations are performed to investigate the effect of an electric field on water-methanol separation by carbon nanotubes (CNTs) with diameters of 0.81 to 4.07 nm. Under an electric field, water molecules strongly prefer to occupy the CNTs over methanol molecules, resulting in a separation effect for water. More interestingly, the separation effect for water does not decrease with increasing CNT diameter. Formation of water structures in CNTs induced by an electric field has an important role in the separation of water from methanol.
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