フェムト秒レーザーによる有機電気・光学結晶の飛躍的高品質化

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 24656006
• Research Institution: Saitama University
• Principal Investigator: 吉川 洋史 埼玉大学, 理工学研究科, 助教 (50551173)
• Keywords: 結晶工学 / 応用光学・量子光学

Research Abstract

本研究の目的は、有機材料の高品質結晶作製法の開発を目指し、フェムト秒レーザーによる結晶化制御法を進化・発展させることにある。これまでに、①核発生と②結晶成長の２つの結晶化プロセスにおける制御法の開発を行ってきた。
核発生については、気液や固液など”界面”へのレーザー照射法を検討した。その結果、照射位置やレーザーエネルギーを最適化することで、従来までの溶液中照射法と比較してより低過飽和で核発生を誘起できることがわかった。界面での核発生メカニズムを探るため、レーザー照射位置近傍の高速イメージングを行ったところ、界面ではキャビテーションバブルの収縮・崩壊挙動が非対称となることが分かった。これはキャビテーションバブルの挙動を制御することで、核発生の高効率化が可能であることを示唆しており、結晶高品質化に向けた基礎的知見となると考えられる。また、照射条件を最適化することで、有機非線形光学特性を有する尿素結晶やDAST結晶だけでなく、パラセタモールなどの医薬品系の有機分子もフェムト秒レーザーにより核発生が誘起できることを見出した。
またフェムト秒レーザーアブレーションによる種結晶作製法も開発した。ここでは、レーザーアブレーションによって噴出する微細な結晶片を種結晶とすることで、新たな単結晶の成長を誘導する。タンパク質であるリゾチームを用いて、種結晶から成長した単結晶のX線回折を行ったところ、元の結晶と同等の品質を示すことが明らかとなった。本手法は、尿素など有機低分子材料でも応用が可能であり、高品質な単結晶作製法として期待できる。
以上の成果の一部はCrystal Growth Designに論文発表したとともに、これまでの成果をChemical Society Reviewsに総説として発表した。他の成果も現在論文作成中である。

Research Products

• [Journal Article] Laser Ablation for Protein Crystal Nucleation and Seeding (2014)
  • Author(s): H. Y. Yoshikawa, R. Murai, H. Adachi, S. Sugiyama, M. Maruyama, Y. Takahashi, K. Takano, H. Matsumura, T. Inoue, S. Murakami, H. Masuhara, and Y. Mori
  • Journal Title: Chemical Society Reviews Volume: Vol.43 Pages: 2147-58
  • DOI: 10.1039/c3cs60226e
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A New Practical Technique for High Quality Protein Crystallization with the Solution Stirring Technique at the Interface between High-Concentrated Hydrogel and Solution (2014)
  • Author(s): Y. Aoki, M. Maruyama, Y. Takahashi, M. Yoshimura, H. Y. Yoshikawa, S. Sugiyama, H. Adachi, K. Takano, S. Murakami, H. Matsumura, T. Inoue and Y. Mori
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: 未定 Pages: 未定
  • DOI: -
  • Peer Reviewed
• [Presentation] フェムト秒レーザーを用いたタンパク質結晶の成長制御 (2014)
  • Author(s): 冨永勇佑，林佑紀，中山智詞，丸山美帆子，高橋義典，吉川洋史，吉村政志，杉山成，安達宏昭，高野和文，村上聡，松村浩由，井上豪，森勇介
  • Organizer: 第６１回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 青山学院大学相模原キャンパス、神奈川県
  • Year and Date: 20140317-20140320
• [Presentation] フェムト秒レーザーを用いたタンパク質の結晶核発生技術 ～キャビテーションバブル挙動制御による技術の高度化～ (2014)
  • Author(s): 中山智詞，吉川洋史，倉田将輝，丸山美帆子，村井良多，高橋義典，吉村政志，杉山成，松村浩由，安達宏昭，高野和文，村上聡，井上豪，森勇介
  • Organizer: レーザー学会学術講演会第34回年次大会
  • Place of Presentation: 北九州国際会議場、福岡県
  • Year and Date: 20140120-20140122
• [Presentation] Laser-induced Crystallization of Metastable Form of Pharmaceutical Compound Indomethacin (2014)
  • Author(s): Kenji Ikeda, Toshihiko Yamada, Yoichiro Mori, Yoshinori Takahashi, Mihoko Maruyama, Hiroshi Yoshikawa, Shino Okada, Hiroaki Adachi, Shigeru Sukiyama, Kazufumi Takano, Satoshi Murakami, Yoshiyuki Matsumura, Tsuyoshi Inoue, Masashi Yoshimura, Yusuke Mor
  • Organizer: International Symposium on Nanophotonics and Nanomaterials 2014 (ISONP2014)
  • Place of Presentation: 北京，中国
  • Year and Date: 20140115-20140117
• [Presentation] 医薬化合物の準安定相晶出技術の開発 (2013)
  • Author(s): 吉村政志、池田憲治，山田利彦，森陽一朗，高橋義典，丸山美帆子，吉川洋史，岡田詩乃，安達宏昭，杉山成，高野和文，村上聡，松村浩由，井上豪，森勇介
  • Organizer: 第43回結晶成長国内会議
  • Place of Presentation: 長野市生涯学習センター、長野県
  • Year and Date: 20131106-20131108
• [Presentation] レーザー誘起結晶化技術を用いた医薬化合物の準安定相晶出 (2013)
  • Author(s): 池田憲治，山田利彦，森陽一朗，高橋義典，丸山美帆子，吉川洋史，岡田詩乃，安達宏昭，杉山成，高野和文，村上聡，松村浩由，井上豪，吉村政志、森勇介
  • Organizer: 第43回結晶成長国内会議
  • Place of Presentation: 長野市生涯学習センター、長野県
  • Year and Date: 20131106-20131108
• [Presentation] フェムト秒レーザー誘起結晶化による医薬化合物インドメタシンの結晶多形制御 (2013)
  • Author(s): 池田憲治、山田利彦、森陽一朗、高橋義典、丸山美帆子、吉川洋史、岡田詩乃、安達宏昭、杉山成、高野和文、村上聡、松村浩由、井上豪、吉村政志、森勇介
  • Organizer: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 同志社大学 京田辺キャンパス、京都府
  • Year and Date: 20130916-20130920
• [Presentation] 放射圧により形成・時間発展する高濃度領域に伴う蛍光リゾチームの結晶成長挙動 (2013)
  • Author(s): 西村晋平、杜静如、吉川洋史、中林誠一郎、柚山健一、杉山輝樹、増原宏
  • Organizer: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 同志社大学 京田辺キャンパス、京都府
  • Year and Date: 20130916-20130920
• [Presentation] Improvement of femtosecond laser-induced nucleation technique for proteins: Studies of effect of gel-solution interface (2013)
  • Author(s): S. Nakayama, H. Yoshikawa, Y. Aoki, M. Kurata, M. Maruyama, R. Murai, Y. Takahashi, M. Yoshimura, S. Sugiyama, H. Adachi, K. Takano, S. Murakami, H. Matsumura, T. Inoue and Y. Mori
  • Organizer: 17th International Conference on Crystal Growth and Epitaxy - ICCGE-17
  • Place of Presentation: Warsaw, Poland
  • Year and Date: 20130811-20130816
• [Presentation] フェムト秒レーザー誘起結晶化によるインドメタシンの結晶多形制御 (2013)
  • Author(s): 池田憲治, 山田利彦, 森陽一朗, 西村健, 高橋義典, 丸山美帆子, 吉川洋史, 岡田詩乃, 安達宏昭, 杉山成, 高野和文, 村上聡, 松村浩由, 井上豪, 吉村政志, 森勇介
  • Organizer: 日本薬剤学会第28年会
  • Place of Presentation: ウインクあいち、愛知県
  • Year and Date: 20130523-20130525
• [Presentation] Crystal growth of fluorescent dye-labeled lysozyme through its high concentration domain formation by laser trapping
  • Author(s): 西村晋平、杜静如、吉川洋史、中林誠一郎、柚山健一、杉山輝樹、増原宏
  • Organizer: 2014 Spring Symposium of Photochemistry Association in Taiwan
  • Place of Presentation: 清華大学、台湾