ニュートンの運動方程式に従って動く

「原子や分子はどう動くのか？」　そんな疑問を思い浮かべたことはありませんか。

実は、私たちの身の回りにある物質を構成している原子や分子は、ニュートンの運動方程式（力＝質量×加速度）を使ってモデル化することができます。これは、周囲の原子から働く力の方向に原子が動くことを意味しています。

分子の動きをコンピュータシミュレーション

私たちの研究室では、コンピュータを使って分子がどのように動くかをシミュレーションしています。特に、「やわらかいもの（ソフトマター）」と呼ばれる生体膜や蛋白質、コロイド、高分子などの動きや構造に注目しています。ソフトマター物理学では、外部からの影響や内部の変化によって平衡状態から離れた現象（非平衡現象）がよく観測されます。時間と共に変化する動的で複雑なシステムを対象に、「なぜ分子はこのような動きをするのか？」という疑問に答えを見つけ、その知見を将来の医学や薬学、工学に役立てることを目指しています。

「ミクロ層」が「マクロ層」を作る

私たちの体を構成する細胞も、様々な生体分子の集合体です。物質は様々なスケールで異なる形をとり、これを「階層性」と言います。

最も小さな「ミクロ階層」では、原子や分子が基本的な役割を果たします。少し大きな「メゾ階層」では、これらの分子が集まって、細胞膜やタンパク質凝縮体など不均一な構造を形成します。さらに、これらが集合した「マクロ階層」では、私たちが肉眼で見ることができる細胞や組織が形成されます。

つまり、微視的な分子のランダム運動から、マクロスケールの整然とした構造や機能が生み出されます。生体分子が正しく動かない場合、この緻密なシステムが破綻し、さまざまな病気に繋がります。分子の動きが階層を超えて細胞の機能にどのような影響を及ぼすのかを予測することができれば、新しい治療法や予防法の開発につながります。