image: Researchers at The University of Tokyo and Fudan University use confocal microscopy to observe polymorphic crystallization in unprecedented detail view more
Credit: Institute of Industrial Science, the University of Tokyo
東京大学 生産技術研究所の田中 肇 教授（研究当時、現：シニア協力員）、復旦大学のタン ペン 准教授、リー ミンフアン 大学院生、チェン ヤンシャン 大学院生の共同研究グループは、同じ組成の化学物質で複数の結晶が形成可能な「結晶多形」を示すコロイド系において、液体から最終的な結晶構造がどのようにして選択されるのかについて明らかにすべく研究を行った。例えば、炭素の結晶には、グラファイト、ダイヤモンドなど複数の結晶構造が存在することが広く知られている。このような結晶多形は、薬品分野をはじめとするさまざまな材料の結晶制御の観点から重要な問題として広く認識されてきたが、その物理的な機構は未解明のままであった。
今回、本研究グループは、共焦点レーザ顕微鏡を用いた荷電コロイド系の一粒子レベルでの三次元観察により、結晶化の素過程を実時間で追跡することに成功した。液体の中でできては消える局所的に安定な構造を解析することにより、液体の中には結晶多形に関係した複数の結晶的な構造が形成され、それらが競合しながら次第により安定な結晶形が選択されていく様子を直接とらえることに成功した。この競合過程は結晶化の初期だけではなく、結晶が系を覆いつくした後も、結晶の境界（結晶粒界）においても進行し、次第に最も安定な結晶が支配的になっていく機構を明らかにした。
本研究により、複数の結晶形を持つ系において、液体からこれらの結晶がどのように生まれ、成長し、さらには最終的な結晶構造が形成されるのかについての、微視的な物理的機構が明らかにされた。本研究は、薬の製剤などを含む、さまざまな結晶性材料の結晶化の制御に基礎的な指針を与えた点にインパクトがある。
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本成果は２０２０年７月１日（米国東部夏時間）に「Science Advances」のオンライン速報版で公開される。
Journal
Science Advances