フェムト秒レーザーによる有機電気・光学結晶の飛躍的高品質化

2013 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24656006
• 研究機関: 埼玉大学
• 研究代表者: 吉川 洋史 埼玉大学, 理工学研究科, 助教 (50551173)
• キーワード: 結晶工学 / 応用光学・量子光学

研究概要

本研究の目的は、有機材料の高品質結晶作製法の開発を目指し、フェムト秒レーザーによる結晶化制御法を進化・発展させることにある。これまでに、①核発生と②結晶成長の２つの結晶化プロセスにおける制御法の開発を行ってきた。
核発生については、気液や固液など”界面”へのレーザー照射法を検討した。その結果、照射位置やレーザーエネルギーを最適化することで、従来までの溶液中照射法と比較してより低過飽和で核発生を誘起できることがわかった。界面での核発生メカニズムを探るため、レーザー照射位置近傍の高速イメージングを行ったところ、界面ではキャビテーションバブルの収縮・崩壊挙動が非対称となることが分かった。これはキャビテーションバブルの挙動を制御することで、核発生の高効率化が可能であることを示唆しており、結晶高品質化に向けた基礎的知見となると考えられる。また、照射条件を最適化することで、有機非線形光学特性を有する尿素結晶やDAST結晶だけでなく、パラセタモールなどの医薬品系の有機分子もフェムト秒レーザーにより核発生が誘起できることを見出した。
またフェムト秒レーザーアブレーションによる種結晶作製法も開発した。ここでは、レーザーアブレーションによって噴出する微細な結晶片を種結晶とすることで、新たな単結晶の成長を誘導する。タンパク質であるリゾチームを用いて、種結晶から成長した単結晶のX線回折を行ったところ、元の結晶と同等の品質を示すことが明らかとなった。本手法は、尿素など有機低分子材料でも応用が可能であり、高品質な単結晶作製法として期待できる。
以上の成果の一部はCrystal Growth Designに論文発表したとともに、これまでの成果をChemical Society Reviewsに総説として発表した。他の成果も現在論文作成中である。

研究成果

• [雑誌論文] Laser Ablation for Protein Crystal Nucleation and Seeding (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Y. Yoshikawa, R. Murai, H. Adachi, S. Sugiyama, M. Maruyama, Y. Takahashi, K. Takano, H. Matsumura, T. Inoue, S. Murakami, H. Masuhara, and Y. Mori
  • 雑誌名: Chemical Society Reviews 巻: Vol.43 ページ: 2147-58
  • DOI: 10.1039/c3cs60226e
  • 査読あり
• [雑誌論文] A New Practical Technique for High Quality Protein Crystallization with the Solution Stirring Technique at the Interface between High-Concentrated Hydrogel and Solution (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Aoki, M. Maruyama, Y. Takahashi, M. Yoshimura, H. Y. Yoshikawa, S. Sugiyama, H. Adachi, K. Takano, S. Murakami, H. Matsumura, T. Inoue and Y. Mori
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 未定 ページ: 未定
  • DOI: -
  • 査読あり
• [学会発表] フェムト秒レーザーを用いたタンパク質結晶の成長制御 (2014)
  • 著者名/発表者名: 冨永勇佑，林佑紀，中山智詞，丸山美帆子，高橋義典，吉川洋史，吉村政志，杉山成，安達宏昭，高野和文，村上聡，松村浩由，井上豪，森勇介
  • 学会等名: 第６１回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 青山学院大学相模原キャンパス、神奈川県
  • 年月日: 20140317-20140320
• [学会発表] フェムト秒レーザーを用いたタンパク質の結晶核発生技術 ～キャビテーションバブル挙動制御による技術の高度化～ (2014)
  • 著者名/発表者名: 中山智詞，吉川洋史，倉田将輝，丸山美帆子，村井良多，高橋義典，吉村政志，杉山成，松村浩由，安達宏昭，高野和文，村上聡，井上豪，森勇介
  • 学会等名: レーザー学会学術講演会第34回年次大会
  • 発表場所: 北九州国際会議場、福岡県
  • 年月日: 20140120-20140122
• [学会発表] Laser-induced Crystallization of Metastable Form of Pharmaceutical Compound Indomethacin (2014)
  • 著者名/発表者名: Kenji Ikeda, Toshihiko Yamada, Yoichiro Mori, Yoshinori Takahashi, Mihoko Maruyama, Hiroshi Yoshikawa, Shino Okada, Hiroaki Adachi, Shigeru Sukiyama, Kazufumi Takano, Satoshi Murakami, Yoshiyuki Matsumura, Tsuyoshi Inoue, Masashi Yoshimura, Yusuke Mor
  • 学会等名: International Symposium on Nanophotonics and Nanomaterials 2014 (ISONP2014)
  • 発表場所: 北京，中国
  • 年月日: 20140115-20140117
• [学会発表] 医薬化合物の準安定相晶出技術の開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 吉村政志、池田憲治，山田利彦，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，杉山成，高野和文，村上聡，松村浩由，井上豪，森勇介
  • 学会等名: 第43回結晶成長国内会議
  • 発表場所: 長野市生涯学習センター、長野県
  • 年月日: 20131106-20131108
• [学会発表] レーザー誘起結晶化技術を用いた医薬化合物の準安定相晶出 (2013)
  • 著者名/発表者名: 池田憲治，山田利彦，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，杉山成，高野和文，村上聡，松村浩由，井上豪，吉村政志、森勇介
  • 学会等名: 第43回結晶成長国内会議
  • 発表場所: 長野市生涯学習センター、長野県
  • 年月日: 20131106-20131108
• [学会発表] フェムト秒レーザー誘起結晶化による医薬化合物インドメタシンの結晶多形制御 (2013)
  • 著者名/発表者名: 池田憲治、山田利彦、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、杉山成、高野和文、村上聡、松村浩由、井上豪、吉村政志、森勇介
  • 学会等名: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学 京田辺キャンパス、京都府
  • 年月日: 20130916-20130920
• [学会発表] 放射圧により形成・時間発展する高濃度領域に伴う蛍光リゾチームの結晶成長挙動 (2013)
  • 著者名/発表者名: 西村晋平、杜静如、吉川洋史、中林誠一郎、柚山健一、杉山輝樹、増原宏
  • 学会等名: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学 京田辺キャンパス、京都府
  • 年月日: 20130916-20130920
• [学会発表] Improvement of femtosecond laser-induced nucleation technique for proteins: Studies of effect of gel-solution interface (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Nakayama, H. Yoshikawa, Y. Aoki, M. Kurata, M. Maruyama, R. Murai, Y. Takahashi, M. Yoshimura, S. Sugiyama, H. Adachi, K. Takano, S. Murakami, H. Matsumura, T. Inoue and Y. Mori
  • 学会等名: 17th International Conference on Crystal Growth and Epitaxy - ICCGE-17
  • 発表場所: Warsaw, Poland
  • 年月日: 20130811-20130816
• [学会発表] フェムト秒レーザー誘起結晶化によるインドメタシンの結晶多形制御 (2013)
  • 著者名/発表者名: 池田憲治, 山田利彦, 森陽一朗, 西村健, 高橋義典, 丸山美帆子, 吉川洋史, 岡田詩乃, 安達宏昭, 杉山成, 高野和文, 村上聡, 松村浩由, 井上豪, 吉村政志, 森勇介
  • 学会等名: 日本薬剤学会第28年会
  • 発表場所: ウインクあいち、愛知県
  • 年月日: 20130523-20130525
• [学会発表] Crystal growth of fluorescent dye-labeled lysozyme through its high concentration domain formation by laser trapping
  • 著者名/発表者名: 西村晋平、杜静如、吉川洋史、中林誠一郎、柚山健一、杉山輝樹、増原宏
  • 学会等名: 2014 Spring Symposium of Photochemistry Association in Taiwan
  • 発表場所: 清華大学、台湾