フェムト秒レーザーが解き明かす結晶多形制御の原理

• Project/Area Number: 18J40134
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Crystal engineering
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 丸山 美帆子 大阪大学, 工学研究科, 特別研究員(RPD)
• Project Period (FY): 2018-04-25 – 2021-03-31
• Project Status: Declined (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2018: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 結晶多形制御 / フェムト秒レーザー / 医薬品化合物 / 結晶欠陥制御 / 結石 / 多形相転移 / アセトアミノフェン / シードディッピング / 結晶欠陥 / インクルージョン / 表面過飽和度 / 結晶安定性

Outline of Annual Research Achievements

多形制御が困難な物質として、新たにシュウ酸カルシウムをモデル物質として導入した。シュウ酸カルシウムは生体内で尿路結石として結晶化し、病気を引き起こす物質で、安定形（COM）と準安定形（COD）が存在する。従来、実験的に得られたCOMやCODのサイズはせいぜい10μm前後にとどまるものばかりであった。そこで、これまでに培った多形制御の知見に基づき、大型（少なくとも100 μm角程度）のCOMやCODを作り分けるための条件探索を行った。その結果、300 μmサイズに届くCOM結晶と100μmサイズのCOD結晶を得ることに成功した。これは従来報告と比べて大型な結晶となっている。次に、より大きいCOMとCODの単結晶を得るために、シュウ酸カルシウムの過飽和溶液にレーザーを照射して核形成誘起を試みた。しかし、レーザーにより結晶化を促すことができなかった。この理由として、シュウ酸カルシウムの溶解度が他の有機低分子材料と比べて極めて低く、準安定条件の範囲が狭いために、核形成を促す条件を探索しきれなかったと考えている。このように、特に難溶性の物質で結晶成長が著しく遅い物質においては、より精密な条件検討が必要になる。
次に、得られたCOMとCODを同じ溶液内に共存させて相転移の観察を試みたが、数ヶ月経過しても結晶の溶解を伴う相転移は観察されなかった。これまでのモデル物質では、安定相と準安定相が混在すると速やかに（数秒～数時間程度）相転移が進んでいたため、シュウ酸カルシウムのこの結果は極めて驚くべき現象であった。この結果を逆手に取り、なぜCODからCOMへの相転移が起こらないのかを詳しく調べることで、別の物質において多形相転移が加速する要因をより明確化できると考えている。

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] "Growth of large and high quality CsLiB6O10 crystals from self-flux solutions for high resistance against UV laser-induced degradation" (2019)
  • Author(s): R. Murai, T. Fukuhara, G. Ando, Y. Tanaka, Y. Takahashi, K. Matsumoto, H. Adachi, M. Maruyama, M.Imanishi, K. Kato, M. Nakajima, Y. Mori and M. Yoshimura
  • Journal Title: Applied Physics Express Volume: 12(7) Issue: 7 Pages: 075501-075501
  • DOI: 10.7567/1882-0786/ab25aa
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Intergrowth of two aspirin polymorphism observed with Raman spectroscopy (2019)
  • Author(s): Y.Tsuri, M.Maruyama, H.Y.Yoshikawa, S.Okada, H.Adachi, K.Takano, K.Tsukamoto, M.Imanishi, M.Yoshimura and Y. Mori
  • Journal Title: Journal of Crystal Growth Volume: Vol.532 Pages: 125430-125430
  • DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2019.125430
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Large-scale crystallization of acetaminophen trihydrate by a novel stirring technique (2019)
  • Author(s): R. Fujimoto, M. Maruyama, S. Okada, H. Adachi, H. Y. Yoshikawa, K. Takano, M. Imanishi, K. Tsukamoto, M. Yoshimura and Y. Mori
  • Journal Title: Applied Physics Express Volume: Vol.12, No.4 Issue: 4 Pages: 045503-045503
  • DOI: 10.7567/1882-0786/ab0666
  • NAID: 210000135648
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Growth of high-quality metastable crystal of acetaminophen using solution-mediated phase transformation at low supersaturation (2018)
  • Author(s): Fujimoto Riki、Maruyama Mihoko、Mori Yoichiro、Okada Shino、Adachi Hiroaki、Yoshikawa Hiroshi Y.、Takano Kazufumi、Murakami Satoshi、Matsumura Hiroyoshi、Inoue Tsuyoshi、Imanishi Masayuki、Tsukamoto Katsuo、Yoshimura Masashi、Mori Yusuke
  • Journal Title: Journal of Crystal Growth Volume: 502 Pages: 76-82
  • DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2018.09.012
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Crystallization of aspirin form II by femtosecond laser irradiation (2018)
  • Author(s): Tsuri Yuka、Maruyama Mihoko、Fujimoto Riki、Okada Shino、Adachi Hiroaki、Yoshikawa Hiroshi Y.、Takano Kazufumi、Murakami Satoshi、Matsumura Hiroyoshi、Inoue Tsuyoshi、Tsukamoto Katsuo、Imanishi Masayuki、Yoshimura Masashi、Mori Yusuke
  • Journal Title: Applied Physics Express Volume: 12 Issue: 1 Pages: 015507-015507
  • DOI: 10.7567/1882-0786/aaf419
  • NAID: 210000135542
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 原薬開発における結晶多形の制御と評価 (2018)
  • Author(s): 丸山 美帆子＊，吉村 政志，森 勇介
  • Journal Title: 月間ファインケミカル Volume: 47(6) Pages: 5-16
• [Journal Article] フェムト秒レーザーで制御する結晶の核発生と成長モード (2018)
  • Author(s): 丸山美帆子*， 吉川洋史
  • Journal Title: 光化学 Volume: 49(2) Pages: 71-77
  • NAID: 40021661088
  • Peer Reviewed
• [Presentation] IDENTIFICATION OF MICRO CRYSTALS AND VISUALIZATION OF ORGANIC COMPONENTS IN KIDNEY STONES -FOR THE ELUCIDATION OF THE FORMATION MECHANISM OF KIDNEY STONES- (2019)
  • Author(s): M. Maruyama, Y. Tanaka, K.P. Sawada, K. Momma, R. Tajiri, Y. Furukawa, et al.
  • Organizer: 19th International Conference on Crystal Growth and Epitaxy
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] A NEW METHODOLOGY FOR CRYSTAL PHASE IDENTIFICATION OF KIDNEY STONE THIN SECTION BY MICROSCOPIC FT-IR (2019)
  • Author(s): K.P. Sawada, M. Maruyama, Y. Tanaka, R. Tajiri, K. Momma, Y. Furukawa, et al.
  • Organizer: 19th International Conference on Crystal Growth and Epitaxy
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 尿路結石の結晶相 マッピングに向けた顕微赤外分光法によるシュウ酸カルシウム一水和物及び二水和物の定量分析 (2019)
  • Author(s): 澤田紘一, 丸山美帆子, 田中勇太朗, 岡田淳志, 安井孝周, 門馬鋼一, 吉村政志, 森勇介
  • Organizer: 第48回結晶 成長国内会議
• [Presentation] 溶液媒介相転移が尿路結石形成に及ぼす影響 (2019)
  • Author(s): 丸山美帆子, 澤田紘一, 田中勇太朗, 岡田敦志, 安井孝周, 門馬綱一, 吉村政志, 森勇介
  • Organizer: 第48回結晶 成長国内会議
• [Presentation] PD38-05 A NEW METHOD OF MULTIFACETED STRUCTURE ANALYSIS: TWO-DIMENSIONAL MAPS OF “CHEMICAL ELEMENTS” AND “MATRIX PROTEIN” IN CALCIUM-CONTAINING STONES. (2019)
  • Author(s): Tanaka, Y., A. Okada, M. Maruyama, T. Sugino, R. Unno, K. Taguchi, S. Hamamoto, R. Ando, M. Yoshimura, Y. Mori, K. Kohri and T. Yasui
  • Organizer: 114th American Urological Association Annual Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 隕石学・鉱物学的手法を用いた尿路結石の無機成分・有機成分の二次元マッピング法の開発 (2019)
  • Author(s): 田中勇太朗、岡田淳志、丸山美帆子、澤田紘一、田尻理恵、門馬鋼一、古川善博 他
  • Organizer: 第29回 日本尿路結石症学会
• [Presentation] 隕石学および結晶成長のアプローチによる尿路結石研究の可能性 (2018)
  • Author(s): 丸山美帆子
  • Organizer: 第47回結晶成長国内会議（JCCG-47）
  • Invited
• [Presentation] 溶液撹拌による医薬化合物アセトアミノフェンの準安定形 (2018)
  • Author(s): 藤本吏輝, 丸山美帆子, 岡田詩乃, 安達宏昭, 吉川洋史, 高野和文, 村上聡, 松村浩由, 井上豪, 塚本勝男, 吉村政志, 森勇介
  • Organizer: 第47回結晶成長国内会議（JCCG-47）
• [Presentation] 釣優香, 丸山美帆子, 藤本吏輝, 岡田詩乃, 安達宏昭, 吉川洋史, 高野和文, 村上聡, 松村浩由, 井上豪, 今西正幸, 塚本勝男, 吉村政志, 森勇介 (2018)
  • Author(s): レーザー誘起結晶化技術によるアスピリンの多形晶出と相移転のその場観察
  • Organizer: 第47回結晶成長国内会議（JCCG-47）
• [Presentation] Crystal growth: a door to the world (2018)
  • Author(s): M. Maruyama
  • Organizer: International Symposium & School on Crystal Growth Fundamentals
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] In-situ observation of skeletal growth and Solution inclusion formation: A model study using acetaminophen” (2018)
  • Author(s): M. Maruyama, K. Nii, R. Fujimoto, Y. Tsuri, M. Yoshimura, Y. Mori
  • Organizer: XXⅡ MEETING OF THE INTERNATIONAL MINERALOGICAL ASSOCIATION（国際学会）
  • Int'l Joint Research
• [Book] KINETIC CONTROL IN SYNTHESIS AND SELF0ASSAMBLY (2018)
  • Author(s): Maruyama. M*, Y. Yoshimura, K. Takano, Y. Mori
  • Total Pages: 324
  • Publisher: ACADEMIC PRESS
  • ISBN: 9780128121269
• [Book] 医薬品原薬の結晶化と物性評価：その最先端技術と評価の実際 (2018)
  • Author(s): 丸山 美帆子*，吉村 政志，高野 和文，森 勇介
  • Total Pages: 261
  • Publisher: シーエムシー出版
  • ISBN: 9784781314020
• [Book] 丸山 美帆子*，長濱 祐美（編），大隅典子 (2018)
  • Author(s): 理系女性のライフプランあんな生き方・こんな生き方 研究・結婚・子育てみんなどうしてる？
  • Total Pages: 232
  • Publisher: メディカル・サイエンス・インターナショナル
  • ISBN: 9784895929059
• [Remarks] 大阪大学大学院工学研究科森研究室
  • URL: http://crystal.pwr.eng.osaka-u.ac.jp
• [Funded Workshop] XXⅡ MEETING OF THE INTERNATIONAL MINERALOGICAL ASSOCIATION (2018)