MSC Software Corporation主催　MSC Nastran Excellence Award 2位

MSC Software Corporation主催
MSC Nastran Excellence Award 2位受賞

Title

Vibration analysis of single-stranded DNA-wrapped single-walled carbon nanotubes using finite element method

Author

Daisuke Miyashiro (Estech Corp.)

Abstract

We analyzed the vibration characteristics of single-walled carbon nanotubes (SWCNTs)1 wrapped with single-stranded DNA (ssDNA) using the finite element method. The SWCNT model was calculated from the 1st-bending mode of 0.98 GHz to the radial breathing mode of 10.2 THz under free boundary conditions. The natural frequency of the SWCNTs was consistent with the well-known Bernoulli-Euler beam theory, and with the experimental relationship between the wave number and diameter of the SWCNTs. Additionally, the vibration modes and conditions for coupling with the 1st-bending mode of the ssDNA-SWCNTs were obtained under vacuum and water conditions.

Abstract（解説）

優れた機械特性をもつ単層カーボンナノチューブ（SWCNTs）の表面を一本鎖DNAで被覆した複合体は、安定した水溶性を示し近赤外光領域での吸収・発光という優れた光学的特性を有するため、バイオセンサやドラッグデリバリなどの生物医学応用が期待されます。
我々は、有限要素法を用いて、ssDNAで被覆したSWCNTsモデルを開発し振動特性を解析しました。 その結果、自由振動状態におけるSWCNTsモデルの固有振動数は、1次曲げモード(0.98GHz)から径方向振動モード(10.2THz)までの広範囲において、ベルヌーイーオイラービーム理論及び実験に基づく関係式（波数と直径の関係）と一致しました。 さらに、真空と水中の条件下で、SWCNTsの曲げ振動と被覆されたssDNAが連成振動する条件を明らかにしました。
本研究では、これまで実験的、数値計算的に調べることが困難だった数百ナノメートル長のカーボンナノチューブとそれに吸着するDNA分子間との機械的な振動特性を設計するための実用的な解析手法を提案しました。

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