不純物効果による結晶成長速度の自発的振動の数理モデル構築

杂质效应引起的晶体生长速率自发振荡数学模型的构建

• 批准号: 18K04961
• 负责人: 横山 悦郎
• 金额: $ 2.83万
• 依托单位: Gakushuin University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18K04961/
• 关键词: 結晶成長速度; 氷結晶; 不凍糖タンパク質; 過冷却水; 自発的振動; 不純物効果; 遅延時間効果; 自発振動; 氷

結晶成長速度の時間変動に関しては、その存在の予測は古くからあったものの原因は成長条件の変動という外因説と推測され、そのメカニズムは不明なままであった。国際宇宙ステーションで行われた不凍糖タンパク質（AFGP）存在下の過冷却水中で成長する氷結晶の実験において振動成長を実際に観察・測定し、その原因がシステム自身に内在することが初めて示された(内因説)。一方、地上実験では成長速度がAFGPという不純物の存在下によって促進される現象も確認されている。成長速度が促進される現象は、従来の結晶成長速度が不純物によって抑制される理論モデルでは説明できない。本研究では、AFGP非存在によるc軸に垂直な面（ベーサル面）の成長の抑制とAFGP存在によるc軸に垂直な面（ベーサル面）の成長の促進とのせめぎ合いが振動の本質であるとし、AFGP存在の成長促進とAFGP非存在による成長抑制のせめぎ合いで起こる成長振動モデルを一昨年度までは構築してきた。しかしこのモデルでは、振動は減衰することなく規則正しく永遠に続く問題があった。そこでAFGPの吸着に時間遅れの効果をラングミュア吸着式に取り入れる新たなモデルを昨年度に構築した。そこでは１個のAFGP分子の氷結晶のc軸に垂直な面（ベーサル面）への吸着は、１分子に多くの吸着点が存在することから完全に吸着するまでには時間が必要であると仮定した。この完全吸着に要する時間を吸着の遅延効果とし、それが、吸着量の減衰振動を再現できることがわかった。更にAFGPの吸着量と成長速度の相関を仮定すると、成長速度の減衰振動を説明できる。

Crystal growth speed の time - move に masato し て は, そ の is の be は ancient く か ら あ っ た も の の reason の は growth conditions - move と い う exogenous said と speculation さ れ, そ の メ カ ニ ズ ム は unknown な ま ま で あ っ た. The international space ス テ ー シ ョ ン で line わ れ た non-freezing sugar タ ン パ ク mass (AFGP) ever の で す growth in cooling water in the presence of る 氷 crystallization の be 験 に お い て vibration growth を be interstate に 観 was made in the determination of し, そ の reason が シ ス テ に ム itself inherent す る こ と が early め て in さ れ た (internal cause). On one side, the growth rate of the ground experiment で で the growth rate がAFGPと the う う the presence of impurities によって promotes the される phenomenon <e:1> confirming されて the る る る る. Growth が promote さ れ は る phenomenon, 従 to の crystallization growth が impurity content に よ っ て inhibit さ れ る theory モ デ ル で は illustrate で き な い. This study で は, AFGP non-existent に よ る に c axis vertical な surface (ベ ー サ ル side) の の growth inhibition と AFGP exist に よ る に c axis vertical な surface (ベ ー サ ル side) の の promoting と の せ め ぎ close い が vibration の nature で あ る と し, AFGP exist の growth promoting と AFGP non-existent に よ る growth inhibition の せ め ぎ close い で こ Youdaoplaceholder0 growth vibration モデ を を を - last year まで まで construction て て た た た. <s:1> となく <s:1> モデ モデ で で があった, vibration <s:1> attenuation する となく となく rule positive <s:1> く forever に続く problem があった. そ こ で AFGP の sorption に time 遅 れ の unseen fruit を ラ ン グ ミ ュ ア sorption type に take り れ る new た な モ デ ル を yesterday annual に build し た. そ こ で は 1 の AFGP molecular の 氷 crystallization の に c axis vertical な surface (ベ ー サ ル side) へ の sorption は, more than 1 molecular に く の sorption point exist が す る こ と か ら completely に sorption す る ま で に は time が necessary で あ る と 仮 set し た. こ の completely sorption に to す る time を sorption の 遅 delay working fruit と し, そ れ が, sorption capacity の damping vibration を reappearance で き る こ と が わ か っ た. The にAFGP <s:1> adsorption capacity と growth rate <e:1> is related to the を仮 determination すると and the deceleration vibration of the growth rate を, which indicates that で る る る.

项目成果

Ice Crystal Growth Experiments Conducted in the Kibo of International Space Station

国际空间站基博进行冰晶生长实验

• DOI: 10.15011/ijmsa.38.1.380101
• 发表时间: 2021
• 期刊: International journal of microgravity science and application
• 影响因子: 0.9
• 作者: Yoshinori FURUKAWA;Ken NAGASHIMA;Etsuro YOKOYAMA;Shunichi NAKATSUBO;Salvador ZEPEDA;Izumi YOSHIZAKI;Haruka TAMARU;Taro SHIMAOKA;Takehiko SONE;Takao MAKI;Asuka YAMAMOTO;Toshiyuki TOMOBE;Ken-ichiro MURATA;Gen SAZAKI
• 通讯作者: Gen SAZAKI

Growth suppression of ice crystal basal face in the presence of a moderate ice-binding protein does not confer hyperactivity

• DOI: 10.1073/pnas.1807461115
• 发表时间: 2018-07-17
• 期刊: PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA
• 影响因子: 11.1
• 作者: Bayer-Giraldi, Maddalena;Sazaki, Gen;Furukawa, Yoshinori
• 通讯作者: Furukawa, Yoshinori

Appearance and Disappearance of Quasi-Liquid Layers on Ice Crystals in the Presence of Nitric Acid Gas

硝酸气体存在下冰晶上准液态层的出现和消失

• DOI: 10.3390/cryst10020072
• 发表时间: 2020
• 期刊: Crystals
• 影响因子: 2.7
• 作者: Ken Nagashima;Josee Maurais;Ken-ichiro Murata,Yoshinori Furukawa;Patrick Ayotte and Gen Sazaki
• 通讯作者: Patrick Ayotte and Gen Sazaki

Antifreeze glycoprotein as functional adsorbent at ice/water interface

抗冻糖蛋白作为冰/水界面的功能吸附剂

• 发表时间: 2021
• 作者: Yoshinori FURUKAWA;Ken NAGASHIMA;Ken-Ichiro MURATA and Gen Sazaki
• 通讯作者: Ken-Ichiro MURATA and Gen Sazaki

結晶成長入門ー結晶の成長機構と形態形成 1,2,3

晶体生长简介-晶体生长机制和形态发生1,2,3

• 发表时间: 2018
• 作者: Yuri Itokazu;Shunsuke Kuwaba;Masafumi Jo;Norihiko Kamata;and Hideki Hirayama;横山悦郎
• 通讯作者: 横山悦郎