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樹枝状結晶の先端はいつも丸いか?-ファセット面とラフ面で囲まれた樹枝の枝分かれ-

研究課題

研究課題/領域番号 16654046
研究種目

萌芽研究

配分区分補助金
研究分野 物性Ⅰ
研究機関北海道大学

研究代表者

古川 義純  北海道大学, 低温科学研究所, 助教授 (20113623)

研究期間 (年度) 2004 – 2005
研究課題ステータス 完了 (2005年度)
配分額 *注記
3,400千円 (直接経費: 3,400千円)
2005年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
2004年度: 2,200千円 (直接経費: 2,200千円)
キーワード結晶成長 / 樹枝状パターン / ファセット面 / ラフ面 / マクロ分子 / 界面カイネティクス / 樹枝状結晶 / 不凍タンパク質 / 三次元構造解析
研究概要

一般的な樹枝状結晶の成長モデルでは、樹枝の先端部の形の決まり方は表面(界面)の曲率によるギブストムソン効果による融点降下と熱拡散場との相互作用によるとされる。これは、界面が完全に荒れた(ラフな)面で界面カイネティクスの効果が完全に無視できる場合にあたる。しかし、実際の樹枝状結晶では、ファセット面で囲まれる場合やファセット面とラフ面が共存する場合など、非常に複雑である。その典型が空気中で水蒸気から成長する雪の結晶や過冷却水中で成長する氷結晶などである。
特に、特殊な寒冷な環境に住む魚や昆虫の体内に含まれる不凍糖タンパク質を不純物として含む過冷却水中のなか氷の樹枝状結晶を成長させると、ファセットで囲まれた樹枝状結晶が生成される。これは、界面に不凍糖タンパク質が吸着することにより、界面での結晶成長カイネティクスの効果が増強され、さらに異方性が強くなる。すなわち、不純物効果により純水中の丸い先端部を持つ樹枝がファセット面で囲まれた樹枝に変換された。一般に、不純物の界面吸着は、界面の荒れを誘起しファセット面をラフ面に変化させると考えられており、この結果はまったく逆の現象を観察したことになる。すなわち、不純物効果により界面のsmoothing効果が生じる場合を明らかにした。
この現象は、タンパク質などの巨大分子が不純物として作用する場合に特有で、無機結晶や生体内結晶に対する新しい結晶成長制御のメカニズムとしてきわめて注目される。今後、新しい結晶成長にともなうパターン形成の研究分野として発展する可能性が高く、さらなる研究の進展を図る必要がある。

報告書

(2件)
  • 2005 実績報告書
  • 2004 実績報告書
  • 研究成果

    (5件)

すべて 2005 2004

すべて 雑誌論文 (5件)

  • [雑誌論文] Anisotropy in growth kinetics at interfaces between proton-disordered hexagonal ice and water : a molecular dynamics study using the six-site model of H2O.2005

    • 著者名/発表者名
      H.Nada, Y.Furukawa
    • 雑誌名

      J.Cryst.Growth, 283

      ページ: 242-256

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Morphology instability on an ice crystal growing in supercooled water.2005

    • 著者名/発表者名
      Y.Furukawa, E.Yokoyama, W.Shimada
    • 雑誌名

      Current Topic in Crystal Growth(ed.Y.Hayakawa and Y.Furukawa)(Resarch Trends, India),

      ページ: 165-186

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Growth patterns and interfacial kinetic supercooling at ice/Water interfaces at which anti-freeze glycoprotein molecules are adsorbed.2005

    • 著者名/発表者名
      T.Furukawa, N.Inohara, E.Yokoyama
    • 雑誌名

      J.Crystal Growth (In press)

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Visualization of a thermal diffusion field around a single ice crystal growing in supercooled water under a short-term microgravity condition.2004

    • 著者名/発表者名
      Y.Furukawa, E.Yokoyama, et al.
    • 雑誌名

      J.Jpn Soc.Microgravity Appl. 21

      ページ: 196-201

    • NAID

      10013610123

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] 永結晶成長に対する不純物の効果2004

    • 著者名/発表者名
      古川 義純
    • 雑誌名

      低温生物工学会誌 50

      ページ: 1-7

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書

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公開日: 2004-04-01   更新日: 2020-05-15  

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