核生成

2020 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 15H05731
• 研究種目: 基盤研究(S)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: ナノ構造物理
• 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: ナノ粒子 / 透過電子顕微鏡 / 結晶成長 / その場観察 / 宇宙ダスト

研究成果の概要

我々は、独自の実験装置群を構築して結晶化の初期過程に多角的に迫ることで、気相からの核生成を支配する鍵因子はナノ粒子の融点降下と付着確率（ダイマーの形成）にあることを示した。また、溶液からの核生成過程をその場観察できる透過型電子顕微鏡法を確立し、タンパク質の結晶化における水和層の役割を解明した。気相と溶液の両方を扱うことで、初めて核生成と前駆体のかかわりをナノ領域に現れる特異性の観点から直接的に示した。さらに、核生成の理解には、臨界核の形成に留まらず、ナノ領域を超えて安定なバルク結晶に成長するまでを考える必要があることを明確にした。さらに、ナノ領域の物性を考慮した核生成モデルの提案まで行った。

自由記述の分野

自然科学

研究成果の学術的意義や社会的意義

これまで理論的に説明のできなかった核生成過程の一端が明らかとなり、核生成のモデル構築ができるようになったことで、原子や分子から材料を作るボトムアップによるナノ粒子の生成過程をデザインできる可能性が広がった。また、水溶液中のナノ領域現象が透過型電子顕微鏡で観察できることを示したことで、脱水和が関わるタンパク質の結晶化過程の理解や、その構造解析の進展と創薬への展開、バイオミネラリゼーションやセメント、コンクリートの固化過程にナノレベルで迫れる点で、他分野への広がりが期待される。