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2015 年度 実施状況報告書

月面や火星における生命維持環境創成のナノレベルでの”その場”観察による研究

研究課題

研究課題/領域番号 26506011
研究機関大阪大学

研究代表者

塚本 勝男  大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60125614)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワード月面 / イルメナイト / カルサイト / 結晶成長 / 核形成 / アラゴナイト / 月面基地 / らせん成長
研究実績の概要

月や火星などで人類が長期的に生活することを想定すると、生命維持に必要な酸素と水を作るだけでなく、安定した生命維持環境を長期的につくる必要がある。まず、月面で水を安定供給する方法の基礎研究を行った。そのため、月面のレゴリスに多く含まれるイルメナイト結晶(FeTiO3)を真空加熱して酸素を、あるいは、月面土壌に含まれるプロトンなどから水素をつくり、その水素雰囲気中で低温で水を、直接、効率よく抽出する方法を考えた。
NASAの計画では水素は地球から運搬するとしているが、プロトンを含む太陽風が月面に打ち込まれていることからして、月面で水をつくる可能性を検討した。、その水を使ってつくるコンクリート主成分鉱物(水酸化カルシウム)の安定性を、光分解光学系を利用した”その場”観察法を駆使して次のステップとして研究した。
地球上のセメントの劣化では炭酸ガスをふくむ炭酸水との反応が重要である。この様子を位相シフト干渉法などを駆使して変質速度をナノレベルで測定し、月面での変質速度と比較する基準値を得た。それによると、水酸化カルシウムはCO2を含む水と反応することで、結晶近傍にアラゴナイト(Ca(CO3)2)を水酸化カルシウム結晶表面に析出させ、それが、時間とともに別の構造をもつ、つまり、別の多形であるカルサイト、Ca(CO3)2に変化して劣化が進むことがわかった。つまり、変質には、もとの結晶の一部溶解、次の準安定相の核形成が、またその相の一部溶解といいう一連のプロセスが連続的に生じることが必要であることも初めてわかった。

現在までの達成度 (区分)
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

コンクリートの変質研究は構成物である鉱物界面でのミクロな現象としては捉えられてこなかったが、本代表者らは、コンクリートの主要な鉱物である水酸化カルシウム(Ca(OH)2)の結晶界面で、炭酸水と反応して方解石やあられ石に変質していく過程を、ナノレベルでの“その場“観察することに初めて成功した。その後、これらの結晶の成長メカニズムを、表面構造、成長速度、溶解速度などの観点で調べることができた。併せて、その変質や交代反応速度を月面での劣化速度と比較するための対象データが取得できたことで、順調に研究が進捗していると判断できる。

今後の研究の推進方策

月面と類似試料を用いて水の発生を分子レベルで確認する。その結果をAMS2016やICCGE-18などの国際学会で発表予定。なお。ESAの研究者と実験結果についての議論はこれまで通り継続する。

次年度使用額が生じた理由

東京と大阪の出張の取りやめによる。

次年度使用額の使用計画

結晶成長学会に参加する参加費等として使用する。

  • 研究成果

    (29件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 1件、 査読あり 7件、 謝辞記載あり 7件、 オープンアクセス 6件) 学会発表 (19件) (うち国際学会 10件、 招待講演 8件) 図書 (1件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Development of compartment for studies on the growth of protein crystals in space2016

    • 著者名/発表者名
      T. Yamazaki K. Tsukamoto I. Yoshizaki S. Fukuyama H. Miura T. Shimaoka T. Maki K. Oshi Y. Kimura
    • 雑誌名

      Review of Scientific Instruments

      巻: 87 ページ: 033107-033113

    • DOI

      10.1063/1.4942961

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] In Situ Observation of Crystal Growth and the Mechanism2016

    • 著者名/発表者名
      Katsuo Tsukamoto
    • 雑誌名

      Progress in Crystal Growth and Characterization of Materials

      巻: 62 ページ: 999-999

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Interlayer dissolution of montmorillonite observed by internal refraction interferometry2015

    • 著者名/発表者名
      Ueta, Shinzo Satoh, Hisao Kato, Hiroyasu Ueda, Akira Tsukamoto, Katsuo
    • 雑誌名

      Journal of Nuclear Science and Technology

      巻: 53 ページ: 184-191

    • DOI

      10.1080/00223131.2015.1029556

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] First Direct Observation of Impurity Effects on the Growth Rate of Tetragonal Lysozyme Crystals under Microgravity as Measured by Interferometry2015

    • 著者名/発表者名
      Suzuki, Yoshihisa Tsukamoto, Katsuo Yoshizaki, Izumi Miura, Hitoshi Fujiwara, Takahisa
    • 雑誌名

      Crystal Growth & Design

      巻: 15 ページ: 4787-4794

    • DOI

      10.1021/acs.cgd.5b00456

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] The influence of low frequency of external electric field on nucleation enhancement of hen egg-white lysozyme (HEWL)2015

    • 著者名/発表者名
      Pan, Weichun Xu, Haixing Zhang, Rui Xu, Jin Tsukamoto, Katsuo Han, Jianzhong Li, Ang
    • 雑誌名

      Journal of Crystal Growth

      巻: 428 ページ: 35-39

    • DOI

      10.1016/j.jcrysgro.2015.07.018

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Oscillatory growth for twisting crystals2015

    • 著者名/発表者名
      Ibaraki, Shunsuke Ise, Ryuta Ishimori, Koichiro Oaki, Yuya Sazaki, Gen Yokoyama, Etsuro Tsukamoto, Katsuo Imai, Hiroaki
    • 雑誌名

      Chemical Communications

      巻: 51 ページ: 8516-8519

    • DOI

      10.1039/C5CC01466B

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Correction of the equilibrium temperature caused by slight evaporation of water in protein crystal growth cells during long-term space experiments at International Space Station2015

    • 著者名/発表者名
      Fujiwara, Takahisa Suzuki, Yoshihisa Yoshizaki, Izumi Tsukamoto, Katsuo Murayama, Kenta Fukuyama, Seijiro Hosokawa, Kouhei Oshi, Kentaro Ito, Daisuke Yamazaki, Tomoya Tachibana, Masaru Miura, Hitoshi
    • 雑誌名

      The Review of scientific instruments

      巻: 86 ページ: 083704(1)-(7)

    • DOI

      10.1063/1.4928491

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 種結晶を用いたタンパク質結晶内に存在する多量の局所的な歪みの解消2016

    • 著者名/発表者名
      小泉晴比古、宇田聡、橘勝、塚本勝男、小島謙一、野澤純
    • 学会等名
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東工大 (東京・目黒区)
    • 年月日
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [学会発表] 成長速度 vs 過飽和度からみた無重力での結晶成長メカニズム2015

    • 著者名/発表者名
      塚本勝男
    • 学会等名
      『結晶成長の数理』 第十回研究会 表面―歪み,構造,相転移―
    • 発表場所
      学習院大 (東京・東京)
    • 年月日
      2015-12-14 – 2015-12-25
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] “Can you find twisted nano-crystals in space?”2015

    • 著者名/発表者名
      Tsukamoto, Katsuo
    • 学会等名
      GRAIN FORMATION workshop 32
    • 発表場所
      定山渓保養所 渓流荘 (北海道・札幌)
    • 年月日
      2015-12-09 – 2015-12-11
  • [学会発表] In-Situ Observation of Crystallization in Space, Invited Lecture in Zhejiang Gognshang University2015

    • 著者名/発表者名
      Tsukamoto, Katsuo
    • 学会等名
      Zhejiang Gognshang University
    • 発表場所
      杭州 (中国)
    • 年月日
      2015-12-04
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Crsyallization in Space2015

    • 著者名/発表者名
      Tsukamoto, Katsuo
    • 学会等名
      Special Lecture in Hangzhou University
    • 発表場所
      Hangzhou University (中国)
    • 年月日
      2015-12-01
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Exact Measurement of Growth rate of Protein Crystals in Space and Its Implication to Grow Good Crystals2015

    • 著者名/発表者名
      Tsukamoto, Katsuo
    • 学会等名
      Space Science of High Quality Protein Crystallization Technology
    • 発表場所
      東大弥生講堂 (東京・東京)
    • 年月日
      2015-10-27
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ねじれ結晶の歪と結晶成長速度2015

    • 著者名/発表者名
      塚本勝男 小泉晴比古 茨城俊介 横山悦郎 今井宏明
    • 学会等名
      結晶成長学会 NCCG45
    • 発表場所
      北大 (北海道・札幌)
    • 年月日
      2015-10-19 – 2015-10-21
  • [学会発表] 回折能向上に向けたタンパク質結晶中のサブグレイン形成制御2015

    • 著者名/発表者名
      小泉晴比古 宇田聡 橘勝 塚本勝男 小島謙一 野澤純
    • 学会等名
      結晶成長学会 NCCG45
    • 発表場所
      北大 (北海道・札幌)
    • 年月日
      2015-10-19 – 2015-10-21
  • [学会発表] グルコースイソメラーゼ結晶の転位の運動と塑性変形2015

    • 著者名/発表者名
      鈴木凌 岸健晴 小泉晴比古 塚本勝男 荒井康智 福山誠二郎 鈴木良尚 小島謙一 橘勝
    • 学会等名
      結晶成長学会 NCCG45
    • 発表場所
      北大 (北海道・札幌)
    • 年月日
      2015-10-19 – 2015-10-21
  • [学会発表] 宇宙空間での正方晶系リゾチーム結晶の成長プロセスに及ぼす不純物効果2015

    • 著者名/発表者名
      鈴木良尚 塚本勝男 吉崎泉 三浦均 藤原貴久
    • 学会等名
      日本結晶成長学会NCCG-45
    • 発表場所
      北大 (北海道・札幌)
    • 年月日
      2015-10-15 – 2015-10-19
  • [学会発表] 環境相の変化に伴うリゾチーム結晶の界面モルフォロジーの変化2015

    • 著者名/発表者名
      鈴木良尚 栁谷伸一郎 塚本勝男 吉崎泉 橘勝 藤原貴久 加藤有介
    • 学会等名
      日本結晶成長学会NCCG-45
    • 発表場所
      北大 (北海道・札幌)
    • 年月日
      2015-10-15 – 2015-10-19
  • [学会発表] New Insights on Impurity Effects During Crystal Growth Under Various Gravity Conditions2015

    • 著者名/発表者名
      Alexander E.S. Van Driessche Mike Sleutel James Lutsko Dominique Maes Katsuo Tsukamoto Yoshihisa Suzuki Izumi Yoshizaki
    • 学会等名
      International Symposium on Physical Sciences in Space (ISPS-6)
    • 発表場所
      同志社大学 (京都・京都)
    • 年月日
      2015-09-14 – 2015-09-19
    • 国際学会
  • [学会発表] Recent Advances on the Ground-Based Experiments of Protein Crystallization after the NanoStep Project2015

    • 著者名/発表者名
      Yoshihisa Suzuki Katsuo Tsukamoto Takahisa Fujiwara Tomohiro Shiomoto Daido Nakahashi
    • 学会等名
      International Symposium on Physical Sciences in Space (ISPS-6)
    • 発表場所
      同志社大学 (京都・京都)
    • 年月日
      2015-09-14 – 2015-09-19
    • 国際学会
  • [学会発表] Growth Rate of Lysozyme Crystals in Space2015

    • 著者名/発表者名
      Katsuo Tsukamoto Yoshihisa Suzuki Hitoshi Miura Izumi Yoshizaki
    • 学会等名
      International Symposium on Physical Sciences in Space (ISPS-6)
    • 発表場所
      同志社大学 (京都・京都)
    • 年月日
      2015-09-14 – 2015-09-19
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Dislocations in High-Quality Glucose Isomerase Crystals Grown from Seed Crystals2015

    • 著者名/発表者名
      Haruhiko Koizumi1 Masaru Tachibana Izumi Yoshizaki Seijiro Fukuyama4 Katsuo Tsukamoto5, Yoshihisa Suzuki6 Satoshi Uda Kenichi Kojima
    • 学会等名
      International Symposium on Physical Sciences in Space (ISPS-6)
    • 発表場所
      八王子セミナーハウス (東京・八王子)
    • 年月日
      2015-09-14 – 2015-09-19
    • 国際学会
  • [学会発表] EXACT GROWTH RATE MEASUREMENT OF LYSOZYME CRYSTALS BY INTERFEROMETRY UNDER MICROGRAVITY2015

    • 著者名/発表者名
      Katsuo Tsukamoto Yoshihisa Suzuki, Hitoshi Miura, Izumi Yoshizaki
    • 学会等名
      20th American Conference on Crystal Growth and Epitaxy (ACCGE-20)
    • 発表場所
      Big Sky, Montana(アメリカ)
    • 年月日
      2015-07-02 – 2015-07-07
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 宇宙での結晶成長2015

    • 著者名/発表者名
      塚本勝男
    • 学会等名
      徳島大学での特別講演
    • 発表場所
      徳島大 (徳島・徳島)
    • 年月日
      2015-06-19
    • 招待講演
  • [学会発表] 溶液での結晶溶解速度2015

    • 著者名/発表者名
      塚本勝男 佐藤久夫
    • 学会等名
      地球惑星科学連合大会
    • 発表場所
      幕張メッセ (幕張・千葉)
    • 年月日
      2015-05-22 – 2015-05-26
  • [学会発表] 結晶の溶解速度を律速するプロセス2015

    • 著者名/発表者名
      塚本勝男
    • 学会等名
      表面・界面ダイナミクスの数理 Ⅸ
    • 発表場所
      東大駒場 (東京・東京)
    • 年月日
      2015-04-22 – 2015-04-25
    • 国際学会 / 招待講演
  • [図書] Handbook of Crystal Growth (Second Edition)2015

    • 著者名/発表者名
      Tsukamoto, Katsuo
    • 総ページ数
      30
    • 出版者
      Elsevier
  • [備考] Welcome to Tsukamoto Lab

    • URL

      http://www.tsukamoto-re.com

  • [備考] 森研究室

    • URL

      http://crystal.pwr.eng.osaka-u.ac.jp/member/

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公開日: 2017-01-06  

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