フェムト秒レーザーが拓く結晶多形制御技術

• 研究課題/領域番号: 17H02774
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 結晶工学
• 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, 教授 (50551173)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円); 2019年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2018年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2017年度: 7,930千円 (直接経費: 6,100千円、間接経費: 1,830千円)
• キーワード: 結晶工学 / 結晶成長

研究成果の概要

安定形と準安定形の結晶形が酷似しているなどの理由からエピタキシ媒介相転移をする物質については、フェムト秒レーザーの照射エネルギーと総パルス数を極力小さくし、溶液中に単一の結晶のみを核形成することで、純粋な準安定形が得られることが分かった。また、準安定形の成長が完了してから安定形が結晶化するような物質については、ガラス球を用いた溶液撹拌法、超音波印加法、ポリマー表面法など大規模に準安定形を結晶化できる技術を開発し、これによって準安定形を選択的かつ多量に得られるようになった。個々の技術は組み合わせて使うことが可能であり、対象とする物質の性質に応じて、所望の多形を得られる結晶化システムが構築できた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究で開発した結晶化システムは、レーザー、超音波、流れなどの外場を用いて結晶化過程を一貫して能動制御するものである。多形制御が極めて困難な、「安定形と準安定形の結晶形が酷似してためにエピタキシ媒介相転移をする物質」についても、レーザーの出力条件の制御によって準安定形を作り分ける方針と手順が明確化された。また、準安定形の大規模結晶化（リットルオーダーでの多形制御）は、超音波印加やポリマー表面状態の利用と種結晶のシーディングを組み合わせることで達成しており、創薬支援技術として利用できる目処がたった。これらの技術は、新薬候補化合物の多形スクリーニングを精密化し、より良く効く薬の開発を加速できる。

研究成果

• [雑誌論文] Bidirectional polymorphic conversion by focused femtosecond laser irradiation (2020)
  • 著者名/発表者名: Wu Chi-Shiun、Yoshikawa Hiroshi Y.、Sugiyama Teruki
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 59 号: SI ページ: SIIH02-SIIH02
  • DOI: 10.35848/1347-4065/ab7ae2
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Intergrowth of two aspirin polymorphism observed with Raman spectroscopy (2019)
  • 著者名/発表者名: Y.Tsuri, M.Maruyama, H.Y.Yoshikawa, S.Okada, H.Adachi, K.Takano, K.Tsukamoto, M.Imanishi, M.Yoshimura and Y. Mori
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth 巻: Vol.532 ページ: 125430-125430
  • DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2019.125430
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Growth Promotion of Targeted Crystal Face by Nanoprocessing via Laser Ablation (2019)
  • 著者名/発表者名: Wu Chi-Shiun、Ikeyama Jun、Nakabayashi Seiichiro、Sugiyama Teruki、Yoshikawa Hiroshi Y.
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry C 巻: 123 号: 40 ページ: 24919-24926
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.9b06878
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Large-scale crystallization of acetaminophen trihydrate by a novel stirring technique (2019)
  • 著者名/発表者名: R. Fujimoto, M. Maruyama, S. Okada, H. Adachi, H. Y. Yoshikawa, K. Takano, M. Imanishi, K. Tsukamoto, M. Yoshimura and Y. Mori
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: Vol.12, No.4 号: 4 ページ: 045503-045503
  • DOI: 10.7567/1882-0786/ab0666
  • NAID: 210000135648
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Control of Organic Crystal Shape by Femtosecond Laser Ablation (2018)
  • 著者名/発表者名: D. Suzuki, S. Nakabayashi, H. Y. Yoshikawa
  • 雑誌名: Crystal Growth & Design 巻: 18(9) 号: 9 ページ: 4829-4833
  • DOI: 10.1021/acs.cgd.8b00697
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Growth of high-quality metastable crystal of acetaminophen using solution-mediated phase transformation at low supersaturation (2018)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth 巻: 502 ページ: 76-82
  • DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2018.09.012
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Crystallization of aspirin form II by femtosecond laser irradiation (2018)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 12 号: 1 ページ: 015507-015507
  • DOI: 10.7567/1882-0786/aaf419
  • NAID: 210000135542
  • 査読あり / オープンアクセス
• [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
• [学会発表] レーザー誘起結晶化技術におけるパルス時間幅の影響 (2020)
  • 著者名/発表者名: 釣優香, 丸山美帆子, 吉川洋史, 安達宏昭, 高野和文, 塚本勝男, 今西正幸, 吉村政志, 森勇介
  • 学会等名: 第67回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] IDENTIFICATION OF MICRO CRYSTALS AND VISUALIZATION OF ORGANIC COMPONENTS IN KIDNEY STONES -FOR THE ELUCIDATION OF THE FORMATION MECHANISM OF KIDNEY STONES- (2019)
  • 著者名/発表者名: M.Maruyama, Y.Tanaka, K.P.Sawada, K.Momma, R.Tajiri, Y.Furukawa, R.Fujimoto, Y.Tsuri, R.Mori, Y.Kamihira, Y.Sugiura, R.Ando, S.Hamamoto, K.Taguchi, T.Kato, K.Hasebe, R.Unno, T.Sugino, M.Isogai, J.Yamanaka, T.Okuzono, A.Toyotama,H.Miura,Y.Ohtomo,H.Y.Yoshikawa,M.Nakamura,K.Tsukamoto,A.Okada, M.Yoshimura, T.Yasui, Y.Mori
  • 学会等名: 19th International Conference on Crystal Growth and Epitaxy (ICCGE-19)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] A NEW METHODOLOGY FOR CRYSTAL PHASE IDENTIFICATION OF KIDNEY STONE THIN SECTION BY MICROSCOPIC FT-IR (2019)
  • 著者名/発表者名: K.P.Sawada, M.Maruyama, Y.Tanaka, R.Tajiri, K.Momma, Y.Furukawa, R.Fujimoto, Y.Tsuri, R.Mori, Y.Kamihira, Y.Sugiura,K.Taguchi, S.Hamamoto,R.Ando, T.Kato,R.Unno,T.Sugino,M.Isogai,K.Hasebe,J.Yamanaka,T.Okuzono,A.Toyotama,H.Miura, Y.Ohtomo, M.Nakamura, H.Y.Yoshikawa, K.Tsukamoto,A.Okada, M.Yoshimura, T.Yasui, Y. Mori
  • 学会等名: 19th International Conference on Crystal Growth and Epitaxy (ICCGE-19)
  • 国際学会
• [学会発表] IN-SITU OBSERVATION OF PHASE TRANSITION OF ASPIRIN FORM II (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Tsuri, M. Maruyama, H.Y. Yoshikawa, S. Okada, H. Adachi, K. Takano, K. Tsukamoto, M. Imanishi, M. Yoshimura, Y. Mori
  • 学会等名: 19th International Conference on Crystal Growth and Epitaxy (ICCGE-19)
  • 国際学会
• [学会発表] OPTICAL ANOMALY OF GAN ANDSIC CRSYTALS AS OBSERVED BY NEW OPTICAL MAIN AXIS MAPPING (2019)
  • 著者名/発表者名: K. Tsukamoto, M. Imanishi, H. Koizumi, T. Onuma, T. Ujihara, Y. Mori
  • 学会等名: 19th International Conference on Crystal Growth and Epitaxy (ICCGE-19)
  • 国際学会
• [学会発表] アスピリン相転移のその場観察 (2019)
  • 著者名/発表者名: 釣優香, 丸山美帆子, 吉川洋史, 岡田詩乃, 安達宏昭, 高野和文, 塚本勝男, 今西正幸, 吉村政志, 森勇介
  • 学会等名: 第42回結晶成長討論会
• [学会発表] 医薬化合物アスピリンの成長過程における相転移のその場観察 (2019)
  • 著者名/発表者名: 釣優香, 丸山美帆子, 吉川洋史, 岡田詩乃, 安達宏昭, 高野和文, 塚本勝男, 今西正幸, 吉村政志, 森勇介
  • 学会等名: 第80回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] マイクロ流路によるアセトアミノフェンの核発生促進 (2019)
  • 著者名/発表者名: 西垣朱莉, 丸山美帆子, 沼田宗典, 田中俊一, 吉川洋史, 今西正幸, 吉村政志, 森勇介, 高野和文
  • 学会等名: 第48回結晶成長国内会議(JCCG-48)
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 第48回結晶成長国内会議(JCCG-48)
• [学会発表] 溶液媒介相転移が尿路結石形成に及ぼす影響 (2019)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 第48回結晶成長国内会議(JCCG-48)
• [学会発表] 難水溶性化合物の多形制御に向けたポリマーアシスト超音波印加法の開発 (2019)
  • 著者名/発表者名: 稲岡奈々, 丸山美帆子, 釣優香, 澤田紘一, 久住翔太, 岡田詩乃, 安達宏昭, 吉川洋史, 高野和文, 塚本勝男, 今西正幸, 吉村政志, 森勇介
  • 学会等名: 第48回結晶成長国内会議(JCCG-48)
• [学会発表] レーザー照射による尿素結晶化のパルス時間幅依存性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 釣優香, 丸山美帆子, 吉川洋史,池山潤, 岡田詩乃, 安達宏昭, 高野和文, 塚本勝男, 今西正幸, 吉村政志, 森勇介
  • 学会等名: 第48回結晶成長国内会議(JCCG-48)
• [学会発表] In-situ observation of skeletal growth and Solution inclusion formation: A model study using acetaminophen (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Maruyama, K. Nii, R. Fujimoto, Y. Tsuri, M. Yoshimura, Y. Mori
  • 学会等名: XXⅡ MEETING OF THE INTERNATIONAL MINERALOGICAL ASSOCIATION(IMA 2018)
  • 国際学会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 丸山美帆子
  • 学会等名: 第47回結晶成長国内会議
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 第47回結晶成長国内会議
• [学会発表] 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 (2018)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 第47回結晶成長国内会議
• [学会発表] Crystal growth: a door to the world (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Maruyama
  • 学会等名: International Symposium & School on Crystal Growth Fundamentals (ISSCGF2018)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Metastable crystallization of acetaminophen by stirring of the solution (2018)
  • 著者名/発表者名: R. Fujimoto, Yo. Mori, M. Maruyama, S. Okada, H. Adachi, H. Yoshikawa, K. Takano, S. Murakami, H. Matsumura, T. Inoue, K. Tsukamoto, M. Yoshimura, Yu. Mori
  • 学会等名: International Symposium & School on Crystal Growth Fundamentals (ISSCGF2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Observation of urinary stone slice by Raman spectroscopy to elucidate a mechanism of forming urinary stones (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Sawada, M. Maruyama, Y. Tanaka, A. Okada, T. Yasui, K. Monma, M. Yoshimura, Y. Mori
  • 学会等名: International Symposium & School on Crystal Growth Fundamentals (ISSCGF2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Laser-induced crystallization of metastable phase of pharmaceutical compound aspirin (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Tsuri, M. Maruyama, R. Fujimoto, S. Okada, H. Adachi, H. Yoshikawa, K. Takano, S. Murakami, H. Matsumura, T. Inoue, M. Imanishi, K. Tsukamoto, M. Yoshimura, and Y. Mori
  • 学会等名: International Symposium & School on Crystal Growth Fundamentals (ISSCGF2018)
  • 国際学会
• [学会発表] LASER-INDUCED CRYSTALLIZATION OF METASTABLE PHASE OF PHARMACEUTICAL COMPOUND ASPIRIN (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Tsuri，M. Maruyama，S. Okada, H. Adachi, H. Yoshikawa, K. Takano, S. Murakami, H. Matsumura, T. Inoue, M. Imanishi, K. Tsukamoto, M. Yoshimura, and Y. Mori
  • 学会等名: THE 10th INTERNATIONAL CONFERENCE ON PHOTONICS AND APPLICATIONS (ICPA-10)
  • 国際学会
• [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] 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
• [図書] 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 (2019)
  • 著者名/発表者名: 丸山美帆子，吉村政志，高野和文，森勇介
  • 総ページ数: 261
  • 出版者: シーエムシー出版
  • ISBN: 9784781314020
• [図書] 月間ファインケミカル, Vol.47, No.6 (2018)
  • 著者名/発表者名: 丸山美帆子，吉村政志，森勇介
  • 総ページ数: 91
  • 出版者: シーエムシー出版
• [図書] KINETIC CONTROL IN SYNTHES IS AND SELF-ASSEMBLY (2018)
  • 著者名/発表者名: Mihoko Maruyama, Masashi Yoshimura, Kazufumi Takano, and Yusuke Mori
  • 総ページ数: 324
  • 出版者: ACADEMIC PRESS
  • ISBN: 9780128121276
• [図書] 光化学 49巻2号 (2018)
  • 著者名/発表者名: 丸山美帆子，吉川洋史
  • 総ページ数: 72
  • 出版者: 光化学協会