レーザー技術による機能性分子の秩序構造形成制御

2023 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 19KK0128
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 吉川 洋史 大阪大学, 大学院工学研究科, 教授 (50551173)
• 研究分担者: 新家 寛正 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (40768983) ; 川村 隆三 埼玉大学, 理工学研究科, 助教 (50534591)
• 研究期間 (年度): 2019-10-07 – 2025-03-31
• キーワード: レーザーアブレーション / レーザートラッピング / 結晶化 / 自己組織化 / 秩序構造形成 / 生体分子 / 誘電体メタ表面 / 細胞骨格

研究実績の概要

本共同研究では、台湾および日本で独自開発された2種類のレーザー結晶化技術を基盤とした秩序構造形成法を開発し、従来の機能や性能を超える革新的材料を創製することを目指している。
2023年度は、新型コロナウイルスの影響をほぼ受けることなく日台間の人的交流を進めることが可能であった。結果としては研究代表者や研究協力者が台湾に渡航し、日本だけでなく現地でも研究を実施した。また台湾側の受け入れ代表者や関連研究者も日本に滞在して相互にフィードバックしつつ共同研究を進めることができた。
具体的な研究課題としては、レーザーを用いて結晶核発生をより高度に制御する手法論の開発に重点的に取り組んだ。その結果、誘電体メタ表面のナノ領域で発生する光が結晶のキラリティ制御に有効であることを実証することに成功した。本成果はJ Phys Chem Lett誌に論文発表した。またこのような電磁作用を効率的に活用することで、2成分の溶質を含む溶液から、構造や組成の異なる結晶を作り分けることができることがわかった。本課題についても学会などで発表し、講演賞を獲得するなど高い評価を受けており、2024年度の論文化を目指し研究を続けている。さらに2023年度は、レーザー結晶化技術を駆使した様々な生体分子系の濃縮にも成功し、様々な機能性材料を創出するための重要な知見を得ることができた。さらに秩序構造が示す動的な挙動（例：微小管）の新規イメージング法も開発し、J Phys Chem Lett誌に発表した。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

日台間の人的交流を通した共同研究を推進し、学会発表や賞の獲得などに至っている。今後さらなる論文化のめどもついており、おおむね順調に進展しているといえる。

今後の研究の推進方策

2024年度も長期滞在を含む日台間の人的交流を計画しており、それらを介した国際共同研究活動やその成果発信を継続する予定である。

次年度使用額が生じた理由

旅費や物品費が想定していたよりも安価であったため残額が生じた。残額は延長した2024年度に研究を加速したり成果発表をするための旅費や物品費を中心に使用する予定である。

研究成果

• [国際共同研究] 国立陽明交通大学(その他の国・地域（台湾）)
  • 国名: その他の国・地域
  • 外国機関名: 国立陽明交通大学
• [国際共同研究] スタンフォード大学/カリフォルニア州立大学ロサンゼルス校(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: スタンフォード大学/カリフォルニア州立大学ロサンゼルス校
• [雑誌論文] Mie-Resonant Nanophotonic-Enhancement of Asymmetry in Sodium Chlorate Chiral Crystallization (2024)
  • 著者名/発表者名: Hiromasa Niinomi,Kazuhiro Gotoh,Naoki Takano,Miho Tagawa,Iori Morita,Akiko Onuma,Hiroshi Y. Yoshikawa,Ryuzo Kawamura,Tomoya Oshikiri,Masaru Nakagawa
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry Letters 巻: 15 ページ: 1564-1571
  • DOI: 10.1021/acs.jpclett.3c03303
  • 査読あり
• [雑誌論文] Advanced Interferometry with 3-D Structured Illumination Reveals the Surface Fine Structure of Complex Biospecimens (2024)
  • 著者名/発表者名: Takahisa Matsuzaki, Ryuzo Kawamura, Akihisa Yamamoto, Hozumi Takahashi, Mai Fujii, Shodai Togo, Yosuke Yoneyama, Fumihiko Hakuno, Shin-Ichiro Takahashi, Masami Suganuma, Seiichiro Nakabayashi, Shivani Sharma, James K. Gimzewski, Hiroshi Y. Yoshikawa
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry Letters 巻: 15 ページ: 1097-1104
  • DOI: 10.1021/acs.jpclett.3c02767
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Label-free 3D tracking of biological micro-objects using RGB pinholes (2024)
  • 著者名/発表者名: Kim Doyeop、Matsuzaki Takahisa、Yoshikawa Hiroshi Y.、Kawamura Ryuzo
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: - ページ: 印刷中
  • DOI: 10.35848/1347-4065/ad3969
  • 査読あり
• [学会発表] Exploring Co-Crystallization Dynamics of L-Phenylalanine and Acetaminophen via Optical Trapping (2024)
  • 著者名/発表者名: Wen-Chi Wang,Teruki Sugiyama,Kazuki Okano,Hiroshi Yoshikawa
  • 学会等名: 2024 Chemistry National Meeting（CNM2024)
• [学会発表] 円偏光励振Mie共鳴体メタ表面上でのキラル結晶化 (2024)
  • 著者名/発表者名: 新家 寛正,後藤 和泰,高野 修綺,田川 美穂,森田 伊織,大沼 晶子,吉川 洋史,川村 隆三,押切 友也,中川 勝
  • 学会等名: 第71回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] Advanced laser processing and manipulation techniques for life/material sciences. (2024)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Yoshikawa
  • 学会等名: Kyoto Winter School 2024 “Towards Holistic Understanding of Life”
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Photophysical approach for fabrication of dynamic biomolecular assembly (2023)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Yoshikawa,Shuma Matsumoto,Ren Shirata,Takahisa Matsuzaki,Genki Fukasawa,Tomoaki Matsuura,Teruki Sugiyama,Ryuzo Kawamura
  • 学会等名: 9th International Conference on Mechanics of Biomaterials and Tissues
  • 国際学会
• [学会発表] Chemically crosslinked microtubules driven by kinesins as an active substrate for cells (2023)
  • 著者名/発表者名: Ryuzo Kawamura, Kaito Motoyoshi, Tsuyoshi Yokoyama, Takahisa Matsuzaki, Hiroshi Y Yoshikawa, Tomonori Kawasaki
  • 学会等名: MRM2023/IUMRS-ICA2023
  • 国際学会
• [学会発表] Spatiotemporal control of condensation of biomolecules via photophysical effects of a focused laser beam (2023)
  • 著者名/発表者名: Shuma Matsumoto,Ren Shirata,Genki Fukasawa,Takahisa Matsuzaki,Teruki Sugiyama Ryuzo Kawamura,Tomoaki Matsuura,Hiroshi Yoshikawa
  • 学会等名: 第61回日本生物物理学会年会
• [学会発表] Control of crystallization of molecular materials via focused irradiation with laser pulses (2023)
  • 著者名/発表者名: Hozumi Takahashi, Teruki Sugiyama, Yoichiroh Hosokawa, Hiroshi Y. Yoshikawa
  • 学会等名: International Workshop on Laser Material Processing and Applications(LMPA 2023)
  • 国際学会
• [学会発表] Crystal nucleation, growth, and phase transition induced by focused irradiation with a pulsed laser (2023)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Yoshikawa
  • 学会等名: International Workshop on Laser Material Processing and Applications(LMPA 2023)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Growth Promotion of Targeted Crystal Faces of Organics Compounds and Proteins by Nano-Processing via Laser Ablation (2023)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Y. Yoshikwa,Yuka Tsuri,Hozumi Takahashi,Megumi Shiraiwa,Yusuke Takaoka,Satomi Ebihara,Katsuo Tsukamoto,Takashi Onuma,Ryutaro Shimada,Tomohiko Tateshima,Kazufumi Takano,Hiroaki Adachi,Masashi Yoshimura,Yoichiroh Hosokawa, Seiichiro Nakabayashi,Mihoko Maruyama,Yusuke Mori
  • 学会等名: The International Conference on Crystal Growth and Epitaxy ICCGE-20
  • 国際学会
• [学会発表] Optical trapping-controlled co-crystallization in two-component solution (2023)
  • 著者名/発表者名: Wen-Chi Wang,Kazuki Okano,Hiroshi Y. Yoshikawa,and Teruki Sugiyama
  • 学会等名: 31st International Conference on Photochemistry(ICP2023)
  • 国際学会
• [学会発表] High-speed imaging of laser ablation in supersaturated solutions towards understanding of laser-induced crystallization mechanism (2023)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Yoshikawa,Yuka Tsuri,Hozumi Takahasahi,Megumi Shiraiwa,Katsuo Tsukamoto,Takashi Onuma,Ryutaro Shimada,Tomohiko Tateshima,Kazufumi Takano,Hiroaki Adachi,Masahi Yoshimura,Yoichiroh Hosokawa,Seiichiro Nakabayashi,Mihoko Maruyama,Yusuke Mori
  • 学会等名: The 24th International Symposium on Laser Precision Microfabrication
  • 国際学会
• [学会発表] レーザーアブレーションによる有機非線形光学結晶の液中加工 (2023)
  • 著者名/発表者名: 高橋秀実，白岩愛実，山地真由，Valynn K. Mag-usara,北原英明,中嶋誠,丸山美帆子,吉村政志,森勇介,杉山輝樹,中林誠一郎,吉川洋史
  • 学会等名: 応用物理学会関西支部2023年度第1回講演会