結晶化の自在制御を実現する新規レーザーシステムの開発
| Project/Area Number |
22J00529
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 30010:Crystal engineering-related
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| Research Institution | Nara Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
釣 優香 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2022-04-22 – 2025-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
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| Keywords | 結晶成長 / レーザー誘起核発生 |
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| Outline of Research at the Start |
医薬品の大多数は結晶であり、候補化合物の多くが結晶多形（構成分子は同じでありながら結晶中の配列が異なる状態）を有する。多形によって異なる物理化学特性を示すため、新薬開発において多形探索や結晶化制御が必須である。短パルスレーザーを用いた結晶化技術では、溶液中で発生したキャビテーションバブルが局所的な高濃度領域を形成し、結晶化が生じると考えられており、様々な化合物への適用が期待されている。本研究では、光学的な濃度場可視化手法を用いて高濃度領域形成過程を明らかにし、核形成後の成長過程をリアルタイムで観察することで、一連の結晶化（核形成・成長）過程を制御できるレーザーシステムの開発を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
医薬品産業において、有機化合物やタンパク質の結晶化制御は、構造や機能の解明に必要なプロセスである。これに対してこれまで、短パルスレーザーを用いた結晶化技術によって結晶多形制御などに取り組んできた。この結晶化技術では、溶液中へのレーザー照射によって誘導されるキャビテーションバブルや衝撃波が局所的な濃度上昇を引き起こし、結晶化を誘起すると考えられており、さまざまな化合物への適用が期待されている。一方で、高効率な結晶化のためには、化合物ごと照射条件などの網羅的な探索が必要となっている。そこで本研究では、結晶化（核形成と成長）をリアルタイムで観察し、さまざまな化合物に対して結晶化を自在に制御できるレーザーシステムの構築を目的とした。1パルス照射で結晶化できるアントラセンをモデル材料として用いて、高濃度領域形成過程の高速度観測を実施した。屈折率勾配を光学的に可視化できるシャドウグラフ法を用いて観察と解析を試みた結果、キャビテーションバブルが形成された後、収縮と圧壊に伴って大きな濃度勾配が生じていることを明らかにし、核形成を促進していることが示された。さらに核形成直後の成長速度を測定し、キャビテーションバブルが形成された領域で結晶が成長する様子を見出した。また、一連の結晶化現象を制御するために核形成だけでなく成長過程の観察にも取り組み、成長過程における相転移現象の解明につながる成果も得られている。
以上のように、本年度はレーザー誘起結晶化過程において誘導される濃度変化の観測に取り組み、時空間的な濃度勾配の観察に成功した。本成果は、さまざまな化合物の結晶化過程観察への応用できると考えられ、さまざまなレーザー照射条件下で誘導される濃度環境を見出して核形成誘起を実現し、成長のその場観察を実施することで、結晶化の促進及び結晶化制御の高効率化につながることを示した。
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| Research Progress Status |
翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
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Report
(1 results)
Research Products
(14 results)
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[Presentation] High-speed optical observation of anthracene crystallization triggered by laser-induced cavitation bubble formation2023
Author(s)
Yuka Tsuri, Mihoko Maruyama, Katsuo Tsukamoto, Takashi Onuma, Ryutaro Shimada, Tomohiko Tateshima, Kazufumi Takano, Hiroaki Adachi, Yoichiroh Hosokawa, Masashi Yoshimura, Hiroshi Y. Yoshikawa, Yusuke Mori
Organizer
2023 Annual Meeting of the Physical Society of Taiwan
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[Presentation] High-Speed Visualization of Concentration Field Associated with Laser-Induced Crystallization Process of an Anthracene2022
Author(s)
Mihoko Maruyama , Yuka Tsuri , Hiroshi Y. Yoshikawa , Katsuo Tsukamoto , Takashi Onuma , Ryutaro Shimada , Tomohiko Tateshima , Kazufumi Takano , Hiroaki Adachi , Shigeyoshi Usami , Masayuki Imanishi , Masashi Yoshimura , Yusuke Mori
Organizer
16th International Conference on Laser Ablation (COLA2021/2022)
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[Presentation] 短パルスレーザー照射によるアントラセンの結晶化における濃度場の高速度観測2022
Author(s)
釣優香, 丸山美帆, 吉川洋史, 塚本勝男, 高野和文, 安達宏昭, 宇佐美茂佳, 今西正幸, 細川陽一郎, 吉村政志, 森勇介
Organizer
応用物理学会関西支部2022年度第1回講演会
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[Presentation] アントラセンのレーザー誘起結晶化における濃度勾配の高速度観測2022
Author(s)
釣 優香, 丸山 美帆子, 塚本 勝男, 大沼 隼志, 島田 竜太郎, 立嶋 知彦, 高野 和文, 細川 陽一郎, 吉村 政志, 吉川 洋史, 森 勇介
Organizer
第83回応用物理学会秋季学術講演会
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[Presentation] Flare like silhouette of concentration gradients observed by high speed shadowgraphy in the laser-induced anthracene crystallization2022
Author(s)
Y. Tsuri, M. Maruyama, K. Tsukamoto, T. Onuma, R. Shimada, T. Tateshima, K. Takano, H. Adachi, Y. Hosokawa, M. Yoshimura, H.Y. Yoshikawa, Y. Mori
Organizer
7th IRP NanoSynergetics2 Workshop
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