電極呼吸するGeobacter sulfurreducensバイオフィルムによるパラジウムナノ粒子の合成 研究背景 現代の産業および環境科学において、パラジウム（Pd）は重要な触媒として、製薬、農業、化学工業などで広く利用されています。しかし、従来のパラジウムナノ粒子（Pd NPs）の合成方法は、高エネルギーを消費する化学的および固相合成技術に依存しており、これらの方法はコストが高く、有害な化学廃棄物を生成するという問題があります。そのため、より持続可能で環境に優しいパラジウムナノ粒子の合成方法の開発が重要な研究課題となっています。 近年、電活性微生物（例えばGeobacter sulfurreducens）は、有機電子供体を酸化し、外部の固体鉱物や電極表面に電子を伝達する能力があるため、注...

熱力学マップを用いた限られた観測からの相転移と臨界指数の推論 学術的背景 相転移（phase transitions）は自然界に普遍的に存在する現象であり、水の沸騰から磁性材料の強磁性-常磁性転移、さらにはタンパク質や核酸などの生体高分子の構造変化に至るまで、さまざまな科学分野で重要な役割を果たしています。しかし、特にデータが少ない場合や複雑な場合、相転移とその温度依存性を正確に定量化することは依然として大きな課題です。従来の統計力学的手法は相転移を研究するための理論的枠組みを提供していますが、実際の応用では、相転移領域のサンプリングが困難であるため、臨界温度、熱容量、臨界指数などの相転移特性を計算するには膨大な計算リソースが必要となります。 この問題を解決するため、Lukas Herron...

双半整数表面ディスクリネーションからなるキラルπドメインウォールの研究 学術的背景 強誘電体材料におけるπドメインウォール（π domain walls）は、異なる分極領域を分離する界面であり、その構造は基礎研究において重要な意義を持つだけでなく、多くの実用的な応用においても重要な価値を持っています。強誘電性ネマティック液晶（ferroelectric nematic liquid crystals）は、微視的な配向秩序と巨視的な自発分極を特徴とする極性流体です。従来の強誘電性結晶とは異なり、強誘電性ネマティック液晶は連続的な並進対称性を持ち、低駆動電場、高い光学非線形応答、極性トポロジー構造などの独特な特性を示します。これらの特性は科学的な意義を持つだけでなく、非線形光学や光電子応用におい...

光化学系IIにおける水酸化過程でのプロトン放出メカニズムの研究 学術的背景 光化学系II（Photosystem II, PSII）は自然界で唯一水分解を触媒する酵素であり、その反応は酸素を放出するだけでなく、生物質の合成に必要な電子を提供します。水分解反応で放出されたプロトンはチラコイド腔に入り、プロトン動力（proton-motive force, PMF）を形成し、ATPの合成を駆動します。近年、PSIIの構造と機能に関する研究が大きく進展していますが、水酸化反応の重要なステップ、特に脱プロトン化プロセスのメカニズムについてはまだ議論が続いています。本研究では、量子/古典（QM/MM）自由エネルギー計算と原子分子動力学（MD）シミュレーションを組み合わせ、PSIIにおける酸素発生マンガ...

軟らかい楕円体マイクロゲルの気-水界面における毛細管駆動自己組織化 研究背景 流体界面（例えば気-水界面）において、コロイド粒子の吸着は界面変形を引き起こし、異方性の界面媒介相互作用を生み出し、超構造を形成します。特に、軟らかい楕円体マイクロゲルは、その調整可能なアスペクト比、制御可能な機能性、および柔軟性のため、自発的な毛細管駆動自己組織化を研究するための理想的なモデルです。マイクロゲルは通常、ポリスチレン（PS）コアと架橋された蛍光標識ポリ（N-イソプロピルメタクリルアミド）（PNIPMAM）シェルで構成されています。ポリビニルアルコール（PVA）フィルムに埋め込まれた粒子を一軸延伸することで、アスペクト比（aspect ratio, ）を微調整できます。研究によると、アスペクト比は1...