濃い塩水から結晶へ―機械的刺激で急成長映像化：産業技術総合研究所
(2022年12月21日発表)
（国）産業技術総合研究所は12月21日、濃い塩水をかき混ぜると塩の結晶が一気に成長する仕組みを解明したと発表した。高速・高分解能の電子顕微鏡で原子や分子の動きを映像化、かき混ぜた振動で結晶の“赤ちゃん”が急成長する様子を撮影して突き止めた。古くから知られる現象が解明できたことで、創薬や新材料開発に必要な高効率・高品質な結晶成長技術の実現に役立つと期待している。
研究は東京大学の中村栄一特別教授らと共同で、原子を一つずつ区別して観察できる透過型電子顕微鏡を用いて進めた。昨年度、中村特別教授らは結晶の赤ちゃんが誕生する場面をとらえたが、今回はその赤ちゃんが振動する「結晶のゆりかご」の中で成長する様子を毎秒300枚の高速映像として記録することに成功した。
その結果、塩の結晶の成長に先立って1nm(ナノメートル、1nmは10億分の1m)程度の非周期的な構造の分子集合体が形成され、まるで「浮き島」のように結晶表面を動き回る様子がとらえられた。従来の結晶成長理論では、こうした「浮き島」のような中間体は想定されていなかった。
さらに、容器の振動に伴い容器の内壁と結晶表面がくっついたり離れたりして、結晶成長が促進されていることも分かった。容器の内壁と結晶のすき間に毛細管現象で微細な「浮き島」が安定化し、次いで容器の振動によって毛細管現象が解消されると浮き島が不安定化して結晶成長が起きるというサイクルを発見した。反対に、外部からの刺激がないと結晶はほとんど成長しないことも今回初めて証明できた。
今回の成果について研究グループは、溶液の濃度や温度などの条件に加え「これまで見逃されていたごく微小な機械的刺激による結晶化への影響を応用できれば、結晶成長の精密制御が実現できる」と期待している。
