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2019 年度 実績報告書

核生成

研究課題

研究課題/領域番号 15H05731
研究機関北海道大学

研究代表者

木村 勇気  北海道大学, 低温科学研究所, 准教授 (50449542)

研究分担者 川野 潤  北海道大学, 理学研究院, 准教授 (40378550)
田中 今日子  東北大学, 理学研究科, 客員研究者 (70377993)
研究期間 (年度) 2015-05-29 – 2020-03-31
キーワードナノ / 透過電子顕微鏡 / 結晶成長 / その場観察
研究実績の概要

我々は、核生成には気相(液相)から液滴(dense liquidまたは非晶質)が生成する過程と、その液滴が過冷却(過飽和)となって結晶化する少なくとも二つのステップが存在することを明確にしてきた。R元年度は、成長する高圧氷とその周りを囲む水との界面に、両者と明確に区別できる高密度水がマイクロメートルの厚みで存在することを発見した。これは、水から氷になる際にも二段階のステップを経ることを示唆しており、水と氷の界面にはナノメートルスケールで連続的に変化する構造が存在するとの通説を覆す成果である。また、透過電子顕微鏡でタンパク質の結晶化初期過程をその場観察した結果、定説とは対照的に、欠陥は結晶全体に渡る自由な拡散、消失、生成をダイナミックに繰り返していることが分かった。本成果は、タンパク質結晶の分子構造解析に重要な結晶の品質向上や最終的な特性に直接かかわる欠陥形成やそのダイナミクスの理解につながると期待される。
さらに、我々が明らかにしてきた気相からの核生成過程の知見を元に2017年に構築した国際研究チームを主導し、ドイツ航空宇宙センターとスウェーデン宇宙公社との共同研究と、アメリカ航空宇宙局との共同研究で、R元年度に宇宙ダストの生成過程の解明を目的とした観測ロケットを用いた微小重力実験をそれぞれで実施した。前者については、炭素質宇宙ダストの再現実験に初めて成功した。宇宙における炭素質物質の循環を解明する道を拓く成果として,プレスリリースでも国際的に広く公表した。後者では、酸素が豊富な天体が供給する宇宙ダストの生成過程を模擬する実験に成功した。両者の結果を合わせることで,宇宙における物質進化の理解が飛躍的に進むと期待され、NASAからもプレスリリースが発出されるなど、国際的に広く公表した。両者の実験結果を合わせることで、宇宙における物質進化の理解が飛躍的に進むと期待される。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (43件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 4件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (29件) (うち国際学会 5件、 招待講演 3件) 備考 (3件)

  • [国際共同研究] アメリカ航空宇宙局/アメリカ・カトリック大学/カリフォルニア工科大学(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      アメリカ航空宇宙局/アメリカ・カトリック大学/カリフォルニア工科大学
  • [国際共同研究] フランス国立科学研究センター/グルノーブル・アルプ大学/サヴォワ大学(フランス)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      フランス国立科学研究センター/グルノーブル・アルプ大学/サヴォワ大学
  • [国際共同研究] ヨーゼフステファン研究所(スロベニア)

    • 国名
      スロベニア
    • 外国機関名
      ヨーゼフステファン研究所
  • [雑誌論文] High mobility of lattice molecules and defects during the early stage of protein crystallization2020

    • 著者名/発表者名
      Yamazaki Tomoya、Van Driessche Alexander E. S.、Kimura Yuki
    • 雑誌名

      Soft Matter

      巻: 16 ページ: 1955~1960

    • DOI

      10.1039/C9SM02382H

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Time-Resolved Observation of Evolution of Amyloid-β Oligomer with Temporary Salt Crystals2020

    • 著者名/発表者名
      Nakajima Kichitaro、Yamazaki Tomoya、Kimura Yuki、So Masatomo、Goto Yuji、Ogi Hirotsugu
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry Letters

      巻: 11 ページ: 6176~6184

    • DOI

      10.1021/acs.jpclett.0c01487

    • 査読あり
  • [雑誌論文] High-Density Liquid Water at a Water?Ice Interface2020

    • 著者名/発表者名
      Niinomi Hiromasa、Yamazaki Tomoya、Nada Hiroki、Hama Tetsuya、Kouchi Akira、Okada Junpei T.、Nozawa Jun、Uda Satoshi、Kimura Yuki
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry Letters

      巻: 11 ページ: 6779~6784

    • DOI

      10.1021/acs.jpclett.0c01907

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Incorporation of Incompatible Strontium and Barium Ions into Calcite (CaCO3) through Amorphous Calcium Carbonate2020

    • 著者名/発表者名
      Saito Ayaka、Kagi Hiroyuki、Marugata Shiho、Komatsu Kazuki、Enomoto Daisuke、Maruyama Koji、Kawano Jun
    • 雑誌名

      Minerals

      巻: 10 ページ: 270~270

    • DOI

      10.3390/min10030270

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 微惑星衝撃波による固体微粒子と微惑星の 加熱・蒸発・再凝縮過程2020

    • 著者名/発表者名
      田中 今日子、長澤 真樹子、三浦 均、田中 秀和、野村 英子、中本 泰史、山本 哲生
    • 雑誌名

      低温科学

      巻: 78 ページ: 191~197

    • DOI

      10.14943/lowtemsci.78.191

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Exposure Experiments of Amorphous Silicates and Organics to Cometary Ice and Vapor Analogs2019

    • 著者名/発表者名
      Takigawa Aki、Furukawa Yoshihiro、Kimura Yuki、Davidsson Bjorn、Nakamura Tomoki
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 881 ページ: 27~27

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ab27c6

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Direct Two-Dimensional Time Series Observation of pH Distribution around Dissolving Calcium Carbonate Crystals in Aqueous Solution2019

    • 著者名/発表者名
      Kawano Jun、Toyofuku Takashi、Nishimura Kaede、Ueda Akiyuki、Nagai Yukiko、Kawada Sachiko、Teng Henry、Nagai Takaya
    • 雑誌名

      Crystal Growth & Design

      巻: 19 ページ: 4212~4217

    • DOI

      10.1021/acs.cgd.9b00045

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Transformation process of amorphous magnesium carbonate in aqueous solution2019

    • 著者名/発表者名
      TANAKA Junya、KAWANO Jun、NAGAI Takaya、TENG Henry
    • 雑誌名

      Journal of Mineralogical and Petrological Sciences

      巻: 114 ページ: 105~109

    • DOI

      10.2465/jmps.181119b

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] 微小重力環境下での低温ガス中蒸発法による氷ナノ粒子の核生成実験に向けて2020

    • 著者名/発表者名
      木村勇気、稲富裕光
    • 学会等名
      第34回 宇宙環境利用シンポジウム
  • [学会発表] NASAの観測ロケットを用いた微小重力環境下におけるシリケイトダストの生成実験の速報2020

    • 著者名/発表者名
      木村勇気
    • 学会等名
      第36回 Grain Formation Workshop
  • [学会発表] 国際協力による微小重力環境下でのケイ酸塩微粒子の均質核生成実験2020

    • 著者名/発表者名
      木村勇気、斎藤史明、中坪俊一、千貝健、森章一、稲富裕光
    • 学会等名
      日本物理学会第75回年次大会(2020年)
  • [学会発表] 観測ロケットを用いた微小重力環境下におけるケイ酸塩微粒子の均質核生成2020

    • 著者名/発表者名
      木村勇気、Joseph A. Nuth, Frank Ferguson, 稲富裕光
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2020年大会
  • [学会発表] Nucleation processes of cosmic dust by experiments in space2020

    • 著者名/発表者名
      Yuki Kimura
    • 学会等名
      JpGU-AGU Joint Meeting
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 低温ガス中蒸発法による氷ナノ粒子の核生成実験に向けて2020

    • 著者名/発表者名
      木村勇気、香内晃
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2020年大会
  • [学会発表] Radiolysis-induced crystallization process of salt in liquid cell transmission electron microscopy2020

    • 著者名/発表者名
      山崎 智也、木村 勇気
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2020年大会
  • [学会発表] Visualization of Two-Dimensional Distributions of pH and Ca2+ Concentration Around Dissolving/Forming CaCO3 Minerals2020

    • 著者名/発表者名
      J. Kawano, M. Yazaki, Y. Konno, T. Toyofuku, Y. Nagai, T. Nagai
    • 学会等名
      Goldschmidt Conference 2020
    • 国際学会
  • [学会発表] 蛍光プローブによる結晶形成/溶解場の可視化2020

    • 著者名/発表者名
      川野潤
    • 学会等名
      令和2年度 日本材料学会半導体エレクトロニクス部門委員会 第1回特別研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] 鉄の気相からの核生成の分子動力学シミュレーション2020

    • 著者名/発表者名
      田中今日子
    • 学会等名
      第36回Grain Formation Workshop
  • [学会発表] Homogeneous nucleation of iron from saturated vapor by molecu lar dynamics simulation2020

    • 著者名/発表者名
      田中今日子
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2020年大会
  • [学会発表] Investigation of liquid cell transmission electron microscopy combined with antisolvent crystallization2019

    • 著者名/発表者名
      山﨑智也、木村勇気
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2019年大会
  • [学会発表] Homogeneous Nucleation from Vapor in Al-O Binary System2019

    • 著者名/発表者名
      石塚紳之介、川野潤、山﨑智也、羽馬哲也、木村勇気
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2019年大会
  • [学会発表] Theoretical Model of Crystallization through Homogeneous Nucleation in Water Droplets2019

    • 著者名/発表者名
      田中今日子、木村勇気
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2019年大会
  • [学会発表] In-situ observation of natural snow crystals by optical techniques2019

    • 著者名/発表者名
      木村勇気、山﨑智也、真木孝雄、古川義純
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2019年大会
  • [学会発表] 透過型電子顕微鏡を用いた貧溶媒からの結晶化その場観察法の検討2019

    • 著者名/発表者名
      山﨑智也、木村勇気
    • 学会等名
      日本顕微鏡学会第75回学術講演会
  • [学会発表] In situ observation of crystallization of a salt using an antisolvent by transmission electron microscopy2019

    • 著者名/発表者名
      Tomoya Yamazaki, Yuki Kimura
    • 学会等名
      The 19th International Conference on Crystal Growth and Epitaxy
    • 国際学会
  • [学会発表] Electron-beam-induced nucleation in an antisolvent2019

    • 著者名/発表者名
      Tomoya Yamazaki, Yuki Kimura
    • 学会等名
      Microscopy & Microanalysis 2019 Meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] Rapid Communication: DUST Experiment by using MASER-14 Rocket2019

    • 著者名/発表者名
      Yuki Kimura, Yuko Inatomi, Jurgen Blum, Coskun Aktas, Fumiaki Saito, Shunichi Nakatsubo, Ken Chigai, Syoichi Mori
    • 学会等名
      第2回 観測ロケットシンポジウム
  • [学会発表] 国際協力による微小重力環境下での炭化チタン粒子の均質核生成実験2019

    • 著者名/発表者名
      木村勇気、斎藤史明、中坪俊一、千貝健、森章一、稲富裕光
    • 学会等名
      日本物理学会2019年秋季大会
  • [学会発表] 気相からの核生成実験による先太陽系炭化チタン粒子の生成過程の解明2019

    • 著者名/発表者名
      木村勇気、稲富裕光、斎藤史明、中坪俊一、千貝健、森章一
    • 学会等名
      第48回結晶成長国内会議
  • [学会発表] 均質核生成実験による宇宙塵の生成過程の解明2019

    • 著者名/発表者名
      木村勇気
    • 学会等名
      第48回結晶成長国内会議
    • 招待講演
  • [学会発表] 高圧氷成長過程において氷/水界面に生成する液体層の顕微鏡その場観察2019

    • 著者名/発表者名
      新家寛正、山﨑智也、羽馬哲也、香内晃、岡田純平、野澤純、宇田聡、木村勇気
    • 学会等名
      第48回結晶成長国内会議
  • [学会発表] Incorporation of Ba2+ into Calcite and Impurity-Induced Rotational Disorder at Room Temperature2019

    • 著者名/発表者名
      H. Kagi, A. Saito, K. Komatsu, J. Kawano
    • 学会等名
      Goldschmidt Conference 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] pH/イオン濃度変化の2次元可視化による結晶の溶解/成長メカニズムの検討2019

    • 著者名/発表者名
      川野潤、矢崎誠、豊福高志、長井裕季子、Henry Teng、永井隆哉
    • 学会等名
      第48回結晶成長国内会議
  • [学会発表] 蛍光プローブを用いた2次元可視化手法による結晶の溶解/成長メカニズムの検討2019

    • 著者名/発表者名
      川野潤、矢崎誠、豊福高志、長井裕季子、Henry Teng、永井隆哉
    • 学会等名
      日本鉱物科学会2019年年会
  • [学会発表] カルサイト構造をもつ(Ba,Ca)CO3の合成と炭酸イオンの特異な挙動2019

    • 著者名/発表者名
      鍵裕之、斉藤綾花、小松一生、丸形詩歩、川野潤
    • 学会等名
      2019年日本地球化学会第66回年会
  • [学会発表] カルサイト構造をもつ炭酸バリウムの合成と炭酸イオンの無秩序化2019

    • 著者名/発表者名
      鍵裕之、斉藤綾花、小松一生、川野潤
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合 2019年度連合大会
  • [学会発表] 蛍光プローブによる炭酸塩鉱物の形成/溶解場の2次元可視化2019

    • 著者名/発表者名
      川野潤、大澤康太郎、豊福高志、長井裕季子、田中淳也、永井隆哉
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合 2019年度連合大会
  • [備考] 本基盤研究(S)の研究内容の紹介

    • URL

      http://www.lowtem.hokudai.ac.jp/astro/ykimura/projects.html

  • [備考] 北海道大学プレスリリース NASA の観測ロケットを用いた微小重力実験に成功

    • URL

      https://www.hokudai.ac.jp/news/191008_pr2.pdf

  • [備考] 北海道大学プレスリリース 観測ロケットMASER 14打ち上げ成功

    • URL

      https://www.hokudai.ac.jp/news/190628_pr.pdf

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公開日: 2021-12-27  

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