フェムト秒レーザーによるタンパク質結晶成長モードの時空間制御

• 研究課題/領域番号: 15K13380
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 光工学・光量子科学
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 森 勇介 大阪大学, 工学研究科, 教授 (90252618)
• 研究分担者: 高野 和文 京都府立大学, 生命環境科学研究科, 教授 (40346185) ; 吉川 洋史 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (50551173)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2017年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2016年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2015年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: 光プロセシング / タンパク質結晶 / 渦巻き成長 / X線トポグラフィ / X線構造解析

研究成果の概要

“フェムト秒レーザー照射による結晶表面への渦巻き成長誘起”現象について、原理解明を行った。
対象とする物質に応じて、レーザー照射条件の最適値（特に照射パルス数）があり、照射パルス数が少ない場合には渦巻き成長が誘起されず、逆に多すぎる場合には渦巻き成長誘起とともに多結晶化が起こることが分かった。X線トポグラフィ観察により、レーザー集光位置かららせん転位が発生し、これを中心にうずまき成長丘ができることが示された。本手法で育成した結晶は単結晶性を維持し高品質であり、さらに内包する不純物量が少ないことが分かった。結果として本手法は、成長促進に加え、高品質化を促す可能性が示された。

研究成果

• [雑誌論文] Improvement of metastable crystal of acetaminophen via control of crystal growth rate (2018)
  • 著者名/発表者名: Nii Kosuke、Maruyama Mihoko、Okada Shino、Adachi Hiroaki、Takano Kazufumi、Murakami Satoshi、Yoshikawa Hiroshi Y.、Matsumura Hiroyoshi、Inoue Tsuyoshi、Imanishi Masayuki、Tsukamoto Katsuo、Yoshimura Masashi、Mori Yusuke
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 11 号: 3 ページ: 035501-035501
  • DOI: 10.7567/apex.11.035501
  • NAID: 210000136139
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 反射干渉顕微法～ソフト界面の非侵襲ナノイメージング～ (2017)
  • 著者名/発表者名: 吉川 洋史、松崎 賢寿
  • 雑誌名: 生物物理 巻: 57 号: 6 ページ: 318-322
  • DOI: 10.2142/biophys.57.318
  • NAID: 130006230293
  • ISSN: 0582-4052, 1347-4219
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] フェムト秒レーザーアブレーションを利用した結晶成長モードの能動的切り替えによるタンパク質結晶の成長促進 (2017)
  • 著者名/発表者名: 吉川洋史, 丸山美帆子
  • 雑誌名: 光学 巻: Vol.46 No.6 ページ: 248-248
• [雑誌論文] Crystallization of acetaminophen form II by plastic-ball-assisted ultrasonic irradiation (2017)
  • 著者名/発表者名: Yo. Mori, M. Maruyama, Y. Takahashi, H. Y. Yoshikawa, S. Okada, H. Adachi, S. Sugiyama, K. Takano, S. Murakami, H. Matsumura, T. Inoue, M. Yoshimura, and Yu. Mori
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: Vol.10, No.2 号: 2 ページ: 025501-025501
  • DOI: 10.7567/apex.10.025501
  • NAID: 210000135769
  • 査読あり
• [雑誌論文] A crystallization technique for obtaining large protein crystals with increased mechanical stability using agarose gel combined with a stirring technique (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Maruyama, Y. Hayashi, H. Y. Yoshikawa, S. Okada, H. Koizumi, M. Tachibana, S. Sugiyama, H. Adachi, H. Matsumura, T. Inoue, K. Takano, S. Murakami, M. Yoshimura, Y. Mori
  • 雑誌名: J. Crystal Growth 巻: 452 ページ: 172-178
  • DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2015.11.008
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Promotion of protein crystal growth by actively switching crystal growth mode via femtosecond laser ablation (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Tominaga, M. Maruyama, M. Yoshimura, H. Koizumi, M. Tachibana, S. Sugiyama, H. Adachi, K. Tsukamoto, H. Matsumura, K. Takano, S. Murakami, T. Inoue, H. Y. Yoshikawa, and Y. Mori
  • 雑誌名: NATURE PHOTONICS 巻: Vol.10 ページ: 723-727
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Matastable crystal growth of acetaminophen using solution-mediated phase transformation (2016)
  • 著者名/発表者名: Yo. Mori, M. Maruyama, Y. Takahashi, H. Y. Yoshikawa, S. Okada, H. Adachi, S. Sugiyama, K. Takano, S. Murakami, H. Matsumura, T. Inoue, M. Yoshimura, and Yu. Mori
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: Vol.10, No.1 号: 1 ページ: 015501-015501
  • DOI: 10.7567/apex.10.015501
  • 査読あり
• [雑誌論文] Growth of high-strength protein crystals with nanofibers (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Matsuoka, K. Kakinouchi, H. Adachi, M. Maruyama, S. Sugiyama, I. Nakabayashi, H. Tsuchikura, A. Kuwahara, S. Sano, H. Y. Yoshikawa, Y. Takahashi, M. Yoshimura, H. Matsumura, S. Murakami, T. Inoue, Y. Mori, K. Takano
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: Vol.9, No.3 号: 3 ページ: 035503-035503
  • DOI: 10.7567/apex.9.035503
  • NAID: 210000137835
  • 査読あり
• [雑誌論文] A crystallization technique for obtaining large protein crystals with increased mechanical stability using agarose gel combined with a stirring technique (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Maruyama, Y. Hayashi, H. Y. Yoshikawa, S. Okada, H. Koizumi, M. Tachibana, S. Sugiyama, H. Adachi, H. Matsumura, T. Inoue, K. Takano, S. Murakami, M. Yoshimura and Y. Mori
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth 巻: -
• [学会発表] レーザーアブレーションによる有機結晶の形状制御 (2018)
  • 著者名/発表者名: 吉川洋史, 鈴木大希, 田村未央, Chi-Shiun Wu, 中林誠一郎
  • 学会等名: レーザー学会学術講演会 第38回年次大会
• [学会発表] フェムト秒レーザー誘起結晶化技術を用いた医薬化合物アスピリンの準安定形晶出 (2018)
  • 著者名/発表者名: 釣優香，仁井滉允，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
  • 学会等名: レーザー学会学術講演会 第38回年次大会
• [学会発表] 外場印加による医薬化合物アスピリンの準安定形晶出 (2018)
  • 著者名/発表者名: 釣優香, 仁井滉允, 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, 今西正幸, 吉村政志, 森勇介
  • 学会等名: 第65回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] フェムト秒レーザーアブレーションで制御するタンパク質結晶の成長機構 (2018)
  • 著者名/発表者名: 丸山美帆子, 吉川洋史, 吉村政志, 森勇介
  • 学会等名: 日本化学会第98回春季年会(2018)
  • 招待講演
• [学会発表] フェムト秒レーザーアブレーションによる有機結晶成長の時空間制御 (2017)
  • 著者名/発表者名: 鈴木大希, 中林誠一郎, 吉川洋史
  • 学会等名: 第64回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: パシフィコ横浜, 神奈川
  • 年月日: 2017-03-14
• [学会発表] 溶液媒介相転移による医薬化合物アセトアミノフェンの準安定形成長（Ⅱ） (2017)
  • 著者名/発表者名: 藤本吏輝, 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, 塚本勝男, 吉村政志, 森勇介
  • 学会等名: 第64回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: パシフィコ横浜, 神奈川
  • 年月日: 2017-03-14
• [学会発表] 溶液媒介転移による医薬化合物アセトアミノフェンの準安定形成長 (2017)
  • 著者名/発表者名: 藤本吏輝, 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, 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
  • 学会等名: 第40回結晶成長討論会
• [学会発表] フェムト秒レーザーアブレーションによる有機結晶の成長制御 (2017)
  • 著者名/発表者名: 吉川 洋史
  • 学会等名: 第78回応用物理学会秋季学術講演会
  • 招待講演
• [学会発表] レーザーアブレーションによる有機結晶成長の時空間制御２～レーザーエネルギー依存性～ (2017)
  • 著者名/発表者名: 鈴木大希, 中林誠一郎, 吉川洋史
  • 学会等名: 第78回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] ポリマー界面を用いた医学化合物イブプロフェンの準安定形結晶成長 (2017)
  • 著者名/発表者名: 仁井滉允, 岡田詩乃, 安達宏昭, 丸山美帆子, 高野和文, 吉川洋史, 村上聡, 松村浩由, 井上豪, 塚本勝男, 吉村政志, 森勇介
  • 学会等名: 第78回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] Growth of high-quality metastable acetaminophen using solution-mediated phase transformation at low supersaturation (2017)
  • 著者名/発表者名: R. Fujimoto, Yo. Mori, M. Maruyama, H. Y. Yoshikawa, S. Okada, H. Adachi, K. Takano, S. Murakami, H. Matsumura, T. Inoue, K. Tsukamoto, M. Yoshimura, and Yu. Mori
  • 学会等名: The 7th Asian Conference on Crystal Growth and Crystal Technology(CGCT-7)
  • 国際学会
• [学会発表] Metastable crystal growth of pharmaceutical compound ibuprofen by using polymer induced hetero nucleation (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Nii, M. Maruyama, S. Okada, H. Adachi, K. Takano, S. Murakami, H. Yoshikawa, H. Matsumura, T. Inoue, K. Tsukamoto, M. Yoshimura, Y. Mori
  • 学会等名: The 7th Asian Conference on Crystal Growth and Crystal Technology(CGCT-7)
  • 国際学会
• [学会発表] 溶液バブリングによる医薬化合物アセトアミノフェンの準安定形晶出 (2017)
  • 著者名/発表者名: 藤本吏輝, 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, 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
  • 学会等名: 第46回結晶成長国内会議(JCCG-46)
• [学会発表] 外場印加による医薬化合物アスピリンの結晶化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 釣優香, 高橋義典, 丸山美帆子, 吉川洋史, 岡田詩乃, 安達宏昭, 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
  • 学会等名: 第46回結晶成長国内会議(JCCG-46)
• [学会発表] 医薬化合物の準安定相晶出技術の開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 吉村政志, 仁井滉允, 藤本吏輝, 釣優香, 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, 森勇介
  • 学会等名: 第46回結晶成長国内会議(JCCG-46)
  • 招待講演
• [学会発表] レーザーアブレーションによる有機結晶の成長制御法の開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 鈴木大希, 田村未央, 中林誠一郎, 吉川洋史
  • 学会等名: 第46回結晶成長国内会議(JCCG-46)
• [学会発表] フェムト秒レーザーアブレーションで制御するタンパク質結晶の成長機構 (2017)
  • 著者名/発表者名: 丸山美帆子, 冨永勇佑, 吉村政志, 小泉晴比古, 橘勝, 杉山成, 安達宏昭, 塚本勝男, 松村浩由, 高野和文, 村上聡, 井上豪, 吉川洋史, 森勇介
  • 学会等名: 第46回結晶成長国内会議(JCCG-46)
  • 招待講演
• [学会発表] Metastable crystal growth of acetaminophen using solvent-mediated phase transformation (2016)
  • 著者名/発表者名: R. Fujimoto, Yo. Mori, Y. Takahashi, M. Maruyama, H. Yoshikawa, S. Okada, H. Adachi, S. Sugiyama, K. Takano, S. Murakami, H. Matsumura, T. Inoue, K. Tsukamoto, M. Yoshimura, Yu. Mori
  • 学会等名: The 5th China-Japan Symposium on Crystal Growth and Crystal Technology
  • 発表場所: Fuzhou, China
  • 年月日: 2016-11-21
  • 国際学会
• [学会発表] Metastable crystal growth of acetaminophen in low supersaturated solution (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Nii, M. Maruyama, Y. Takahashi, H. Yoshikawa, S. Okada, H. Adachi, S. Sugiyama, K. Takano, S. Murakami, H. Matsumura, T. Inoue, K. Tsukamoto, M. Yoshimura, and Yu. Mori
  • 学会等名: The 5th China-Japan Symposium on Crystal Growth and Crystal Technology
  • 発表場所: Fuzhou, China
  • 年月日: 2016-11-12
  • 国際学会
• [学会発表] 溶媒媒介相転移による医薬化合物アセトアミノフェンの準安定形成長 (2016)
  • 著者名/発表者名: 藤本吏輝, 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
  • 学会等名: 第77回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 朱鷲メッセ, 新潟
  • 年月日: 2016-09-14
• [学会発表] Promotion of Protein Crystal Growth by Spatiotemporally Switching Crystal Growth Mode via Femtosecond Laser Ablation (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Y. Yoshikawa, Y. Tominaga, M. Maruyama, M. Yoshimura, S. Sugiyama, H. Adachi, K. Tsukamoto, H. Matsumura, K. Takano, S. Murakami, T. Inoue, Y. Mori
  • 学会等名: The 18th International Conference on Crystal Growth and Epitaxy (ICCGE-18)
  • 発表場所: 名古屋国際会議場, 愛知
  • 年月日: 2016-08-09
  • 国際学会
• [学会発表] Development of a New Microscopy System Toward In-Situ Observation of Laser-Induced Crystal Growth Dynamics (2016)
  • 著者名/発表者名: D. Suzuki, S. Nakabayashi, H. Y. Yoshikawa
  • 学会等名: The 18th International Conference on Crystal Growth and Epitaxy (ICCGE-18)
  • 発表場所: 名古屋国際会議場, 愛知
  • 年月日: 2016-08-09
  • 国際学会
• [学会発表] フェムト秒レーザーアブレーションを用いた成長機構転換によるタンパク質結晶の高品質化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東工大 大岡山キャンパス, 東京
  • 年月日: 2016-03-21
• [学会発表] フェムト秒レーザーアブレーションによる有機・タンパク質結晶成長の空間制御 (2016)
  • 著者名/発表者名: 吉川洋史
  • 学会等名: 第5回次世代の物質科学・ナノサイエンスを探る
  • 発表場所: ニセコ国際会議施設, 北海道
  • 年月日: 2016-01-08
• [学会発表] ゲル化タンパク質溶液への攪拌操作による結晶核発生数の制御 (2015)
  • 著者名/発表者名: 丸山美帆子, 林佑紀, 吉川洋史, 岡田詩乃, 杉山成, 小泉晴比古, 橘勝, 安達宏昭, 松村浩由, 井上豪, 高野和文, 村上聡, 吉村政志, 森勇介
  • 学会等名: 第45回結晶成長国内会議(NCCG-45)
  • 発表場所: 北海道大学学術交流会館, 北海道
  • 年月日: 2015-10-20
• [学会発表] フェムト秒レーザーを用いた成長機構転換によるタンパク質結晶の不純物取り込み低減 (2015)
  • 著者名/発表者名: 冨永勇佑, 丸山美帆子, 吉川洋史, 杉山成, 高橋義典, 安達宏昭, 松村浩由, 高野和文, 村上聡, 井上豪, 吉村政志, 森勇介
  • 学会等名: 第45回結晶成長国内会議(NCCG-45)
  • 発表場所: 北海道大学学術交流会館, 北海道
  • 年月日: 2015-10-20
• [学会発表] ゲル化タンパク質溶液へのフェムト秒レーザー集光による核発生の空間制御 (2015)
  • 著者名/発表者名: 山形眞, 丸山美帆子, 冨永勇佑, 吉川洋史, 杉山成, 岡田詩乃, 高橋義典, 安達宏昭, 高野和文, 村上聡, 井上豪, 松村浩由, 吉村政志, 森勇介
  • 学会等名: 第45回結晶成長国内会議(NCCG-45)
  • 発表場所: 北海道大学学術交流会館, 北海道
  • 年月日: 2015-10-20
• [学会発表] Effects of a Forced Solution Flow on The Step Advancement on {110} Faces of Tetragonal Lysozyme Crystals (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Maruyama, G. Sazaki, H. Adachi, M. Yoshimura, and Y. Mori
  • 学会等名: The Joint Conference of 6th International Symposium on Physical Sciences in Space (ISPS-6)
  • 発表場所: 同志社大学, 京都
  • 年月日: 2015-09-18
  • 国際学会
• [学会発表] ゲル化タンパク溶液におけるフェムト秒レーザー誘起核発生の空間制御 (2015)
  • 著者名/発表者名: 山形眞, 丸山美帆子, 冨永勇佑, 吉川洋史, 杉山成, 岡田詩乃, 高橋義典, 安達宏昭, 高野和文, 村上聡, 井上豪, 松村浩由, 吉村政志, 森勇介
  • 学会等名: 第76回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場, 愛知
  • 年月日: 2015-09-14
• [学会発表] フェムト秒レーザーアブレーションを用いたタンパク質結晶成長初期における成長機構転換 (2015)
  • 著者名/発表者名: 冨永勇佑, 丸山美帆子, 吉川洋史, 杉山成, 高橋義典, 安達宏昭, 松村浩由, 高野和文, 村上聡, 井上豪, 吉村政志, 森勇介
  • 学会等名: 第76回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場, 愛知
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] SPIRAL GROWTH OF PROTEIN CRYSTALS INDUCED BY FEMTOSECOND LASER ABLATION (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Tominaga, M. Maruyama, H. Y. Yoshikawa, Y. Hayashi, S. Nakayama, Y. Takahashi, S. Sugiyama, H. Adachi, H. Matsumura, K. Takano, S. Murakami, T. Inoue, M. Yoshimura, and Y. Mori
  • 学会等名: 20th American Conference on Crystal Growth and Epitaxy (ACCGE-20)
  • 発表場所: Big Sky, Montana, USA
  • 年月日: 2015-08-03
  • 国際学会
• [図書] 「化学」, Vol.72, No.5, pp.21-25, "結晶を壊して大きくする！？－セレンディピティと異分野連携が生んだタンパク質結晶育成法" (2017)
  • 著者名/発表者名: 吉川洋史, 丸山美帆子
  • 総ページ数: 5
  • 出版者: 化学同人