液相や固相界面を分子数層レベルでプローブする強力な手法として和周波発生振動分光法が広く用いられるようになった．近年では，位相敏感なヘテロダイン検出和周波発生振動分光法により，界面における分子配向や分子間力の詳細が明らかになってきた．しかし，実験では複数の構造に由来して複数のスペクトルが重なって観測されるため，界面構造の一意的な解釈を与えることが困難である．一方，分子シミュレーションは界面構造を直接議論する強力な手法として発展してきたが，界面のような不均質系での分子構造は，用いる力場に敏感に依存するため，やはり界面構造を一意的に決めることが困難である．我々は，和周波発生振動スペクトルを含め実験観測量を直接分子シミュレーションで評価する手法を取ることにより，界面構造を一意的に特定するというアプローチをとってきた．今回，実験とシミュレーションの共同研究により，氷表面の分子構造の詳細が明らかになってきたので，その最新の成果を報告する．

同位体置換中性子準弾性散乱法は，選択的同位体置換により部位特異的ダイナミクスを測定することができる最先端の実験手法である．本稿では，同手法と分子動力学(MD)シミュレーションを組み合わせることによる，高級アルコール液体に特徴的な中距離構造の協同ダイナミクスの研究を紹介する．

膜タンパク質がリン脂質のフリップフロップ（二層間の移動）を促進するメカニズムは未だ明らかになっていない．我々は，モデル膜貫通ペプチドを用いた実験と全原子MD シミュレーションを組み合わせることで，ペプチドによる脂質スクランブリングメカニズムについて様々な知見を得たので，その成果についてご紹介する．

本稿では，植物ホルモン受容体のサブタイプ選択的リガンド開発を目的に[1]，有機化学と計算化学の研究者が共同研究を行った過程を当時の電子メールでのやり取りをもとにカットバック形式で振り返る．分子ドッキングやMD 計算データを元にしたCOI1/JAZ 共受容体に対する新規リガンドの分子設計，そして設計したリガンド分子のアッセイ評価と結合構造予測の比較から論文投稿に至るまでの過程を記す．実験と分子シミュレーションの共同研究は，お互いのバックグラウンドの違いから結果の解釈に対する齟齬や不一致が生じやすい．しかし時間をかけた丁寧な議論により，互いの理解が補完され，研究を前進・発展させることができると確信する．

細胞膜の形態形成に関わっているBin-Amphiphysin-Rvs167 (BAR)ドメインスーパーファミリーの１つであるInverse-BAR (I-BAR)ドメインを対象として，脂質膜への結合や脂質膜の変形を分子動力学（MD）計算および変異実験による糸状仮足形成への影響を調べることにより解析した．I-BAR ドメインの柔軟性と脂質との塩橋形成が細胞膜結合や膜の変形に重要であることを明らかにした．

ナノ粒子は無機物コア表面を有機分子の保護剤で被覆した保護コロイドである．異方形状を有するナノ粒子は側面，端面などその露出結晶面に依存した吸着特性を示し，異方的な表面保護剤親和性を示す．露出面に依存した保護剤親和性を利用することで，ナノ粒子表面に親水性－疎水性の両親媒性パターンを導入できることを提案した．本稿では，精密に形状制御された半導体ナノ粒子の両親媒性化手法とナノ粒子形状と表面親・疎水性パターンに依存した自己組織構造形成について，実験結果と散逸粒子動力学（DPD）法を用いたシミュレーションによる再現結果について紹介する．

分子動力学法(以下，MD 法) は，モンテカルロ法とともに，統計力学の数値解法である．モンテカルロ法は，統計力学の物理量の期待値の公式を，ボルツマン分布を実現する乱数を用いた数値積分により求める方法であり，分子動力学法に比べてより直接的に統計力学と結びついている．一方，分子動力学法は，エルゴード仮説により，分子動力学法で計算される物理量の時間平均値が統計力学で定義される物理量のアンサンブル平均と等しいという仮定の下に統計力学の数値解法となっている．今回は，マイクロカノニカルアンサンブルとカノニカルアンサンブルの分子動力学の基礎とその計算方法について説明する．

環状の高分子には結び目が生じうる．環状ランダムウォークをモンテカルロ法によって生成し，環状高分子に結び目の生じる確率を調べた．円筒模型と準弾性模型の比較を行い，モデルに依存する素な結び目の特性長N0 と結び目K の出現する相対比CK の値に対応関係があることを数値的に明らかにした．

散逸粒子動力学(Dissipative Particle Dynamics, DPD) 法は高分子系の粗視化分子シミュレーション手法の一つとして広く利用されている．しかしながら，ソフトコアセグメントにもとづく通常のDPD 法では，分子鎖同士のすり抜けが頻繁に生じてしまうため，高分子物性で重要となるからみ合いに由来する遅い分子鎖ダイナミクスや力学特性(粘弾性) などの正確な評価が困難であった．本稿では，分子鎖のすり抜けという欠点を克服し，からみ合い効果を反映した物性をDPD 法で再現する一つの試みとして，ボンド間にセグメント斥力ポテンシャル(Segmental Repulsive Potential, SRP) を導入したモデルを紹介する．特に，我々が開発した多点SRP モデルを用いることで，本来のDPD 法の性質(系の熱力学量や内部構造) をほぼ保持しつつ，からみ合う高分子ダイナミクスや線形粘弾性が再現できることを示す．

カーボンナノチューブなどのナノ細孔に閉じ込められた物質は，バルクとは異なる総挙動を示すことが知られている．本研究では，等温等圧レプリカ交換分子動力学シミュレーションを直径12.5 A のカーボンナノチューブに閉じ込められた準一次元系の水に適用し，解析を行った．広い温度・圧力範囲を探索するために，GPU を用いてシミュレーションを高速化した．六角柱型準一次元氷と水の固液共存線は固液等容点で傾きの符号が逆転する．等容点を頂点とした凸型の共存線に隔てられて存在する2 つの液相の構造が異なることから，高密度液体相と低密度液体相の2 つの液相が存在することを示した．また，自由エネルギー表面の計算及び有限サイズ効果の検証を行い液相固相間の転移が一次相転移であることを示した．同様の解析を行い，さらに高圧の領域では七角柱型の準一次元氷と液相との間の固液臨界現象が起こっていることを示し，臨界点の推定を行った．