Diamond-like carbon (DLC) is a class of amorphous carbon materials with excellent friction properties. Graphitization of DLC caused by friction induces wear of DLC. Further, the existence of water molecules decrease the graphitization rate of DLC. In order to reduce the wear caused by graphitization, it is essential to reveal the mechanism by which water molecules decrease graphitization of DLC. Therefore, the friction simulations of DLC in both water and vacuum environment were carried out by reactive molecular dynamics method. We find that terminal-H atoms are removed by friction and dangling bonds are generated in both environments. In water environment, the generated dangling bonds connect with H and OH generated by the dissociation of water molecule, inhibiting the transformation from sp³ to sp² carbon atoms and the formation of double bonds.We find that these are reasons for the suppression of DLC graphitization and the decrement of DLC wear.

Bottlebrush polymer (BBP) absorbed on a negatively charged ceramics surface creates a low friction surface. However, the effect of the contact pressure on friction force of the surface covered by BBP is still unknown due to the difficulty in in-situ observation of the friction interface. Moreover, conventional coarse-grained molecular dynamics simulation is difficult to be directly compared to experimental data because the conventional coarse-grained model cannot consider chemical specificity of monomers. Herein, we developed a coarse-grained molecular dynamics friction simulator which can consider chemical specificity. Then, we performed friction simulation between substrates covered by BBP in water. We showed that the friction coefficient rapidly increased at contact pressure of 16 MPa, when we increased the contact pressure. We found that a sufficient coordination of water to the side chain of BBP facilitated slip between substrates under low pressure (< 16 MPa), leading to a low friction coefficient. On the other hand, under high pressure (> 16 MPa), the number of side chain of BBP contacts with the BBP on the counter surface increased because water beads were squeezed out from the side chain of BBP. Therefore, the main chain of BBP was strongly stretched to the sliding direction, which induced shear between substrate and BBP. We found that the shear under high pressure caused a high friction coefficient.

植物は自らがおかれた環境に適応するため，様々な防御物質を生産する．このような環境ストレスに関する防御物質の中で，二次代謝物は植物種により多種多様な化合物構造を有することが知られている．しかし，その重要性を解明するために必要な化合物に関する物性情報は，文献から得られる実測値が大部分である．さらに，これらはアナログデータが多くを占めることから，人手による文献検索により収集せざるを得ないのが現状である．本作業には膨大な時間がかかるため，これにとって代わる化合物物性予測法の開発が急務である．一方，量子化学計算を用いることにより化合物の構造情報から物性値を予測することが可能である．しかしながら，代謝物の実測値を予測するために，どの程度の計算精度が必要かという点に関しては十分な情報が得られていない．よって本研究では，植物二次代謝物が示す物性の実測値予測の精度向上のための計算手法を開発することを目的とした．植物二次代謝物は共役系を有する分子が多いため，紫外可視吸収スペクトル (UVスペクトル) はそれぞれの二次代謝物有する化学構造と相関性を示すことが知られている．このことから，二次代謝物が有する特徴量としてUVスペクトルデータに着目した．植物科学研究で用いられるモデル植物のひとつであるシロイヌナズナが生産する二次代謝物群のうち，紫外線ストレス条件下で蓄積する代表的な防御物質6種類に対し，半経験的分子軌道計算で物性予測値を得た．さらに，筆者らが補正を加えることによって求めたUVスペクトルの吸収極大値を文献の実測値と比較した．その結果，本研究で開発した手法は多大な計算能力を必要とせず，各化合物における紫外可視吸収極大波長の実測値を十分予測可能であることが判明した．以上のことから，本手法は，植物二次代謝物の化合物情報が入手できれば簡便に物性予測が可能であると考えられる．

本研究ではポリマー物性として屈折率 (refractive index, RI) およびガラス転移温度 (glass transition temperature, Tg) を対象にして，モノマーの化学構造から計算される構造記述子 X とそのモノマーを重合して得られるポリマーの物性 y との間で，高分子データベースを用いて物性推定モデルを構築し，構築されたモデルを用いて高い RI かつ高い Tg をもつポリマーを重合できると考えられる新規モノマー構造の設計を行った．モノマー構造の前処理方法・構造記述子・回帰分析手法を検討したところ，RDKit で構造記述子を計算し，support vector regression で回帰モデルを構築したときに，推定性能の良好な RI および Tg 推定モデルが得られた．RI と Tg がともに高いポリマーを達成するモノマーを設計するため，breaking of retrosynthetically interesting chemical substructure (BRICS) により仮想的な化学構造を生成し，モデルの適用範囲により推定値の信頼性を評価した後に，モデルを用いて RI および Tg を推定した．その結果，多様な化学構造が得られ，中には良好な RI および Tg の推定値をもつ化学構造が存在することを確認した．提案手法により複数の目標物性のある高分子材料の開発が促進することを期待する．