マクロイオンの大きな電荷反転の現象 + 並列計算の方法
Giant charge inversion of a macroion due to multivalent counterions
and monovalent coions: Molecular dynamics study
M. Tanaka and A. Grosberg, J.Chem.Phys., 115, 567 (2001) Charge inversion.
シミュレーションコードの公開
https://github.com/Mtanaka77/
高分子の生体現象では,大きな電荷反転の現象 (電荷の中性条件
を大きく越えた正電荷) が起きる。これを応用すると,微小DNA
の送達などが可能である。
これが起きるためには,2つの条件が必要である。すなわち,
1) マクロイオンから見て,2価以上の対イオンがあること,
2) クーロン相互作用が熱的レベルを越えて起きること。
Langevinの熱浴効果がクーロン力,LJ力に加わるため,マクロ
イオン(負電荷) の表面近くに正電荷のイオンが集まっている。
反発力で振動する正と負の電荷とは違って,生体では熱浴による
温度調節(thermostat) が効き,普通に振動は減衰していく。
ここでは,マクロイオン,正負のイオン、中性の水分子を扱って
いて,正方形の周期的境界条件を与えている。マクロイオンは,
Q_mac=-30e, R_mac=5a, M=300mで,正電荷イオンは110個,
負電荷イオンは300個,正方格子の約67 オングストローム,
水分子は 3.2 オングストロームごとに配置する8000個である。
(CGS系:e=4.8x10^-10 esu, a=1x10^-8 cm, m=1.66x10^-24 g,
..\epsilon=78, Zcn=3, Zcn=-1, Zwat=0)。
価数が2価原子ではCa, Fe, Zn,3価原子ではAl, Feなど,分子
イオンではPO4^4- などがある。錯イオンでは, 1価の[Al(OH)_4]^1-,
2価の[Zn(NH3)^4]^2+, 3価の[Fe(CN)_6]^3-, 4価の[Zn(OH)_4]^4-,
[Fe(CH)_6]^4-, などが応用に使える。
* FortranとMPIで並列計算の方法
高性能の6-12 Core以上をもつパソコンでは,Fortranを使って並列
計算MPI で効率的に計算できる。Linux 64bit PCが勧められるが,
Windowsパソコンに VirtualBoxを窓の中に入れ,Linuxを同居させる
ことができる。Linuxのコマンドを使うための修得が大切である。
高速な計算のため,Fortranとあわせて,MPICH,FFTW3の
パッケージが必要であるが,パソコン以外はお金が不要である。
複数コアで並列計算するためMPIなどのコーディング法では,並列
処理が可能な部分をコアに割り振って計算される。多くの場合は,
並列計算がベクトル計算より数倍以上速くなる計算方法である。
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