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界面

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1: 2016/12/04(日) 22:46:25.58 ID:CAP_USER
機械学習で作った簡易的な人工知能で界面の構造を予測
~22年かかる計算を3時間で~

ポイント

・界面は表面と同じく結晶の欠陥であり、電気的、機械的物性と密接に関わっています。しかし、物理学者のヴォルフガング・パウリ(ノーベル物理学賞1945年)が「結晶は神がつくり、表面は悪魔がつくった」と表現するほどに欠陥の構造が複雑で、予測は困難でした。今回、機械学習によりその欠陥構造を予測することに成功しました。

・機械学習により、物質の界面構造を予測する「回帰器」という簡易的な人工知能を作製しました。この「回帰器」を用いることにより、従来の手法では22年かかる計算を3時間程度で終えることができました。

・今回開発した手法を利用することで、優れた物質の開発が加速されることが期待されます。

東京大学 生産技術研究所の溝口 照康 准教授、大学院生の清原 慎らの研究グループは、機械学習注1)の技術を活用して、物質の界面注2)の構造を高速に予測することに成功しました。
界面は結晶に現れる欠陥で、その界面の構造はその物質の電気的、機械的物性と密接に関係しています。
しかし、界面には無数の種類が存在し、さらにその一種類の界面だけでも、数千~数万個という膨大な数の候補構造が存在しています。
従来はそれらの候補構造をすべて計算注3)し、その中から最も安定な界面構造を決定するため膨大な量の計算が必要でした。

本研究グループは、機械学習の分野で用いられている仮想スクリーニング注4)という手法を利用しました。
仮想スクリーニングでは、コンピューターがデータを学習して「回帰器:Predictor」注5)という「器」を作製します。
この回帰器は簡易的な人工知能であり、一度作製すれば結晶構造データから界面構造を予測することができます(図)。
つまり、膨大な計算を行うことなく、この「器」を通すだけで安定な界面構造を予測することができます。
この手法を用いることで、単純計算では22年かかるような計算を、わずか3時間で終えることに成功しました。

界面は表面と同じく結晶の欠陥であり、1945年にノーベル物理学賞を受賞した物理学者のヴォルフガング・パウリ(Wolfgang Pauli)は、「"God made the bulk, surfaces were invented by the devil."~結晶は神がつくり、表面は悪魔がつくった~」と欠陥構造の複雑さを表現しました。
今回の研究では、機械学習の手法を利用することで「回帰器」を作製し、界面構造を短時間で作ることができることを実証しました。

本研究成果は平成28年11月25日午後2時(米国東部時間)に、米国サイエンス誌「Science advances」オンライン版に掲載されます。

続きはソースで

▽引用元:科学技術振興機構(JST) 平成28年11月26日
http://www.jst.go.jp/pr/announce/20161126/

ダウンロード (2)

引用元: 【計算科学】機械学習で作った簡易的な人工知能で界面の構造を予測 22かかる計算を3時間で/東京大生産技術研究所 ©2ch.net

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1: 2016/08/01(月) 21:00:07.53 ID:CAP_USER
細胞を使わない膜タンパク質の合成技術 | 理化学研究所
http://www.riken.jp/pr/press/2016/20160801_1/
http://www.riken.jp/~/media/riken/pr/press/2016/20160801_1/fig1.jpg


要旨

理化学研究所(理研)横山構造生物学研究室の横山茂之上席研究員らと、ライフサイエンス技術基盤研究センタータンパク質機能・構造研究チームの篠田雄大研究員、白水美香子チームリーダー、染谷友美上級研究員らの共同研究グループ※は、無細胞タンパク質合成法[1]を応用して、高品質の膜タンパク質を高収率で生産できる新しい技術を開発しました。

膜タンパク質は、細胞膜に埋め込まれた状態で存在し、細胞内外の情報や物質の交換など重要な機能を果たしており、創薬研究の重要な標的でもあります。一方で、従来の膜タンパク質合成法では、細胞での発現と細胞膜からの可溶化[2]が容易ではなく、それを乗り越える技術開発が求められていました。

今回、共同研究グループは、膜タンパク質が細胞で合成され、細胞膜に埋め込まれながら立体構造を形成する過程を、細胞を使わず、試験管内でほぼ再現する新しい技術を開発しました。この膜タンパク質の無細胞合成法では、膜タンパク質は、リボソーム(タンパク質を合成する場である細胞小器官)によって合成されると、脂質と相互作用しつつ、立体構造を形成して、その周りに細胞膜と同じような脂質で構成される脂質二重膜構造の小さな膜断片を形成します。膜タンパク質は、膜断片に組み込まれた状態のままであるため、さまざまな単離・精製法が適用可能で、高純度の精製標品を得ることができます。

これにより、これまでは立体構造や活性を犠牲にしなくては調製できなかった難しい膜タンパク質を、界面活性剤[3]による可溶化という過程を一度も経ることなく、正常な状態で高純度に大量調製し、さらに、結晶化、薬剤との結合の解析などが可能になり、抗体を作る免疫原としても用いることができます。

この技術により、膜タンパク質機能の本質的な理解や、新しい低分子医薬や抗体医薬の創出などに幅広く貢献でき、膜タンパク質の基礎研究から産業応用までパラダイムシフトを引き起こすと期待できます。

本研究は、文部科学省「ターゲットタンパク研究プログラム」(2007~2011年度)、文部科学省および日本医療研究開発機構(AMED)「創薬等ライフサイエンス研究支援基盤事業(創薬等支援技術基盤プラットフォーム事業)」(2012~2016年度)、日本学術振興会(JSPS)「科学研究費助成事業(科研費)」(2013~2016年度)の支援により行われました。

成果は、英国のオンライン科学雑誌『Scientific Reports 』(7月28日付け)に掲載されました。

続きはソースで

ダウンロード
 

引用元: 【生化学】細胞を使わない膜タンパク質の合成技術 ヒトの膜タンパク質などを標的とした新薬の創出が加速 [無断転載禁止]©2ch.net

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~~引用ここから~~

1: 白夜φ ★@\(^o^)/ 2014/04/22(火) 09:31:52.49 ID:???.net

▼ここから引用----------------

2014年4月17日
独立行政法人理化学研究所

19世紀以来の謎、ホフマイスター効果の新しいメカニズムを提案
-界面の水構造に及ぼす対イオンの効果を実験的に解明-

ポイント
・独自に開発した最先端の分光計測法により界面の水構造を直接観察
・陽イオンのホフマイスター系列は界面の水の水素結合強度の序列と一致
・陽イオンと陰イオンではホフマイスター系列発現メカニズムが異なる

要旨
理化学研究所(理研、野依良治理事長)は、独自に開発した表面・界面に存在する分子を選択的に計測できる最先端の分光計測法を用いて、
広い分野で重要とされているホフマイスター系列[1]の発現メカニズムについてモデル界面を用いて調べました。
その結果、陽イオンのホフマイスター系列と陰イオンのホフマイスター系列の発現メカニズムが異なる可能性を示唆しました。
これは、理研田原分子分光研究室の二本柳聡史研究員と山口祥一専任研究員、田原太平主任研究員らの研究グループによる成果です。

----------------引用ここまで▲

▽記事引用元 理化学研究所 2014年4月17日配信記事
http://www.riken.jp/pr/press/2014/20140417_1/
60秒でわかるプレスリリース
http://www.riken.jp/pr/press/2014/20140417_1/digest/

▽関連リンク
Journal of the American Chemical Society
J. Am. Chem. Soc., Article ASAP
DOI: 10.1021/ja412952y
Publication Date (Web): April 17, 2014
Counterion Effect on Interfacial Water at Charged Interfaces and Its Relevance to the Hofmeister Series
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja412952y
~~引用ここまで~~


引用元: 【物理化学】19世紀以来の謎、ホフマイスター効果の新しいメカニズムを提案 界面の水構造に及ぼす対イオンの効果を実験的に解明/理研


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1: 伊勢うどんφ ★ 2014/02/25(火) 18:41:25.97 ID:???

理化学研究所(理研)と東京大学は2月20日、新物質のトポロジカル絶縁体(Bi1-xSbx)2Te3薄膜とインジウムリン(InP)半導体を接合した素子を用い、トポロジカル絶縁体に特徴的なディラック状態を固体と固体の界面で検出したと発表した。

同成果は、東京大学大学院 工学系研究科 物理工学専攻の吉見龍太郎博士課程大学院生(強相関物性研究グループ 研修生)、菊竹航氏(強相関理論研究グループ 研修生)と、東京大学大学院 工学系研究科の塚﨑敦特任講師(現東北大学 金属材料研究所 教授および理研 客員研究員)、ジョセフチェケルスキー特任講師(現マサチューセッツ工科大学 准教授および理研 客員研究員)、理研 創発物性科学研究センター 強相関界面研究グループの高橋圭上級研究員、川﨑雅司グループディレクター(東京大学大学院 工学系研究科 教授)、強相関物性研究グループの十倉好紀グループディレクター(東京大学大学院 工学系研究科 教授)らによるもの。

詳細は、英国の科学雑誌「Nature Materials」に掲載される予定。

近年見いだされたトポロジカル絶縁体は、内部が絶縁状態で、表面が特殊な金属状態を示す新しい物質である。
特に、表面の金属状態はディラック電子が存在するディラック状態で、光学特性や熱特性、力学特性などに優れたナノ炭素材料のグラフェンにも見られるものである。
ディラック電子は、固体中で質量がなく、不純物の影響も小さいため、従来の半導体よりも高速で固体内を動くことができる。

この特性から、トポロジカル絶縁体は低消費電力素子としての応用が期待され、活発に研究が行われている。
しかし、これまでトポロジカル絶縁体のディラック状態は、真空と固体との境界である表面で実験的に検出されたことはあったが、実際に固体素子へ適用する上で、
必要となる固体と固体との界面では、ディラック状態の検出やその性質についての報告はなかった。

研究グループは、トポロジカル絶縁体の1つである(Bi1-xSbx)2Te3薄膜を既存の半導体材料のインジウムリン(InP)基板上に単結晶成長させ、両者を接合した素子を作製した。
そして、同素子に対して、物質界面の電気的特性を評価し、界面電子の状態を調べることが可能なトンネル伝導測定を行った。


まず、トンネル電流の大きさを磁場と電圧に対して調べた。
その結果、磁場を加えるに伴い、トンネル伝導度の変化量が電圧に対して振動する様子が観測された。
この振動はランダウ量子化と呼ばれる現象によるもので、電子の性質を調べる重要な手掛かりとなる。
さらに、この振動のピーク電圧の磁場変化を調べたところ、磁場の平方根に比例してピーク電圧が変化することが分かった。
この振る舞いはディラック電子に特徴的な振る舞いであり、検出された界面の電子状態がディラック状態であることを示している。

>>2に続く

マイナビニュース 2014/02/21 18:39
http://news.mynavi.jp/news/2014/02/21/477/

プレスリリース
http://www.riken.jp/pr/press/2014/20140220_2/digest/
http://www.riken.jp/pr/press/2014/20140220_2/

Nature Materials
Dirac electron states formed at the heterointerface between a topological insulator and a conventional semiconductor
http://www.nature.com/nmat/journal/v13/n3/abs/nmat3885.html
8



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1: 白夜φ ★ 2014/01/12(日) 22:53:31.13 ID:???

水の界面で起こるフェントン反応のメカニズムを解明 -Fe(IV)=O中間体の直接検出に成功-2014年1月6日

江波進一 白眉センター特定准教授、坂本陽介 北海道大学環境科学院博士研究員(日本学術振興会PD)、Agustin J. Colussi 米国カリフォルニア工科大学客員研究員らの研究グループは、気液界面に存在する化学種を選択的に検出することのできるこれまでにない実験手法を用いて、水の界面で起こるフェントン反応のメカニズムの解明に世界で初めて成功しました。

この成果が、米国東部時間2013年12月30日に米国科学アカデミー紀要
「Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA、略称:PNAS」(オンライン版)に掲載されました。

概要

二価の鉄イオンと過酸化水素の反応[Fe(II)+H2O2]はフェントン反応と呼ばれ、大気化学、生化学、グリーンケミストリーなど様々な分野で重要な役割を果たしています。
しかし、その反応機構はいまだによくわかっていません。
近年、空気-水などの水の界面(境界相)は水中などの均一な場に比べて特殊であり、界面特有の多くの興味深い現象が起こることがわかってきました。
水の界面は大気中の空気-雲の水滴界面や生体内での細胞膜-水界面など、我々の身の回りに多く存在しており、そこで起こっている界面フェントン反応は特に重要な役割を担っていると考えられます。
しかし、ナノ(十億分の一)メートルほどしかない極めて薄い水の界面に存在する化学種の反応を直接測定することは、これまで非常に困難でした。

同研究グループは気液界面に存在する化学種を選択的に検出することのできるこれまでにない実験手法を用いて、水の界面で起こるフェントン反応のメカニズムの解明に世界で初めて成功しました。
その結果、気液界面のフェントン反応は液中に比べて千倍以上速く進み、四価鉄Fe(IV)=O中間体と三価鉄Fe(III)を生成することが明らかになりました。
本結果はさまざまな分野に大きなインパクトを与えることが予想されます。


ダウンロード

--------------- 引用ここまで 全文は記事引用元をご覧ください ----------

▽記事引用元 京都大学 2014年1月6日配信記事
http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/news_data/h/h1/news6/2013_1/140106_1.htm

▽関連リンク
PNAS
Shinichi Enami, doi: 10.1073/pnas.1314885111
Fenton chemistry at aqueous interfaces
http://www.pnas.org/content/early/2013/12/27/1314885111



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