JP2006076820A - Method for producing polymer crystal and apparatus for growing polymer crystal - Google Patents

Method for producing polymer crystal and apparatus for growing polymer crystal Download PDF

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博史 北野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a large size polymer crystal having no defective part. <P>SOLUTION: A single crystal of a chicken albumen lysozyme is grown in a culture fluid (a), and then a part of the grown single crystal is ablation removed by irradiating the part with solid-state ultraviolet short pulse laser light of wavelength of 193 nm (b). Thereafter, when cultivation is restarted, the crystal is again grown from a processed face as a starting point and a large crystal can be obtained (c). <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、高分子結晶の製造方法及びそれに使用される高分子結晶育成装置に関するものであり、さらに詳しくは、高分子結晶の育成過程において、その不要部分を加工することにより、大型で高品質な高分子結晶、当該高分子結晶以外の物質が結晶内部に挿入された高分子結晶を製造する方法、及びそれに使用される高分子結晶育成装置に関するものである。   The present invention relates to a method for producing a polymer crystal and a polymer crystal growing apparatus used therefor, and more specifically, by processing an unnecessary portion in the process of growing a polymer crystal, thereby obtaining a large size and high quality. The present invention relates to a polymer crystal, a method for producing a polymer crystal in which a substance other than the polymer crystal is inserted into the crystal, and a polymer crystal growing apparatus used therefor.

近年、プロテオームと呼ばれるポストゲノム研究が盛んになってきている。その中で、特に注目されるのが、タンパク質の3次元構造を解き明かそうとする研究であり、構造ゲノム科学と呼ばれている。タンパク質の構造や機能解析は、生命科学における重要な研究分野であり、病気の治療や創薬に直結するため、詳細な立体構造の解析が不可欠である。その主要な手段の一つとしてX線結晶構造解析が挙げられるが、X線結晶構造解析を適用するためには、解析対象とされる高分子物質を結晶化する必要がある。   In recent years, post-genome research called proteome has become popular. Of particular note is research that seeks to elucidate the three-dimensional structure of proteins, which is called structural genomics. Analysis of protein structure and function is an important research field in life science, and detailed three-dimensional structure analysis is indispensable because it is directly linked to disease treatment and drug discovery. One of the main means is X-ray crystal structure analysis. In order to apply X-ray crystal structure analysis, it is necessary to crystallize a polymer substance to be analyzed.

高分子結晶の育成においては、無機結晶や有機低分子結晶の育成と同様に、分子構造と育成条件を反映した形状の結晶が育成される。また、多くの高分子物質は、良質な単結晶を得るための結晶化条件および育成条件が確立していないため、結晶の析出制御や、その後の成長制御が非常に困難である。そのため、結晶品質に問題が生じたり、近接して析出した結晶同士が付着して多結晶化したりする等の問題が生じることが多い。   In the growth of polymer crystals, crystals having a shape reflecting the molecular structure and growth conditions are grown in the same manner as in the growth of inorganic crystals and organic low-molecular crystals. In addition, since many polymer substances have not established crystallization conditions and growth conditions for obtaining high-quality single crystals, it is very difficult to control crystal precipitation and subsequent growth control. For this reason, there are many problems such as a problem in crystal quality or a problem that crystals deposited in close proximity adhere to each other to be polycrystallized.

例えば、X線結晶構造解析を行う場合、所望の形状を有し、かつ良質な単結晶が必要である。そのため、結晶化および育成条件を最適化し、前記結晶を得るのが一般的である。しかしながら、前述したとおり、高分子物質については、これら結晶を得るのは非常に困難である。したがって、得られた結晶から、X線結晶構造解析に必要な大きさや形状、あるいは結晶品質の良好な部分を取り出したり、多結晶から単結晶を切り出すなどの加工を施す場合がある。   For example, when X-ray crystal structure analysis is performed, a single crystal having a desired shape and high quality is required. Therefore, it is general to optimize the crystallization and growth conditions to obtain the crystal. However, as described above, it is very difficult to obtain these crystals for the polymer substance. Therefore, there is a case where a size, shape, or a portion having a good crystal quality necessary for X-ray crystal structure analysis is taken out from the obtained crystal, or a single crystal is cut out from a polycrystal.

しかしながら高分子結晶は、例えば無機物質や有機低分子物質の結晶と比べて遥かに軟らかく脆いことが多いため、加工時に大きな衝撃を与えると、周辺部にひびや割れなどの損傷を生じる。また、温度変化に対しても敏感であることが多く、熱を与えることにより容易に変性を起こすことが知られている。   However, polymer crystals are often much softer and more brittle than crystals of, for example, inorganic substances and organic low-molecular substances, and therefore, when subjected to a large impact during processing, damage such as cracks and cracks occurs in the periphery. In addition, it is often sensitive to changes in temperature, and it is known that denaturation is easily caused by applying heat.

このように、高分子結晶は取り扱いが非常に困難であるため、無機結晶その他の材料において普及している加工技術をそのまま適用することは極めて困難であり、信頼性のある結晶加工技術が確立していなかった。   Since polymer crystals are very difficult to handle in this way, it is extremely difficult to apply processing techniques that are widely used in inorganic crystals and other materials as they are, and reliable crystal processing techniques have been established. It wasn't.

従来用いられている高分子結晶の加工手法は、メスや針などを使用した、当該結晶との機械的接触を要する加工手法である。この方法は、顕微鏡などによる観察下において、人為的に加工するものであり、主に高分子結晶を切断するために用いられている。   A conventionally used processing technique for polymer crystals is a processing technique that requires mechanical contact with the crystal using a knife or a needle. This method is artificially processed under observation with a microscope or the like, and is mainly used for cutting polymer crystals.

しかしながら、高分子結晶は、一般の結晶に比して機械的にもろく、メスや針による加工の際には、切断面が受ける剪断力のために、切断面が崩れてしまう可能性がある。よって、現在用いられている高分子結晶の加工手法は、運に任せた要素が多く、職人的な技術を有する者でさえ、成功確率と再現性の低い加工方法である。さらに、この手法では結晶の切断などの比較的単純な加工を行うことは可能であるが、複雑で精密な加工が要求される場合においては適応が非常に困難となる。     However, the polymer crystal is mechanically fragile as compared with a general crystal, and the cut surface may be collapsed due to the shearing force applied to the cut surface when processing with a knife or a needle. Therefore, the polymer crystal processing method currently used has many elements left to luck, and is a processing method with low success probability and low reproducibility, even for those who have artisan skills. Further, although this method can perform relatively simple processing such as crystal cutting, it is very difficult to adapt when complicated and precise processing is required.

本発明者等は、このような問題を解決する方法として、高分子結晶の不要部分を紫外線短パルスレーザ光の照射により除去する等の加工を行うことを要旨とする発明を行い、この発明は、特願2003−32090号、特願2004−19516号、特願2004−137991号として特許出願されている(これらを「先願発明」と称する。)。   As a method for solving such a problem, the present inventors have performed an invention whose main point is to perform processing such as removing unnecessary portions of the polymer crystal by irradiation with ultraviolet short pulse laser light. Patent applications have been filed as Japanese Patent Application Nos. 2003-32090, 2004-19516, and 2004-137991 (these are referred to as “prior application inventions”).

先願発明によれば、従来結晶構造に損傷を与えずに加工することが困難であった高分子単結晶の加工が、結晶構造を損傷することなく可能となり、高分子結晶から、不要部分を取り除き、残りの部分をX線回折等で観測することなどが可能となった。   According to the invention of the prior application, it has become possible to process a polymer single crystal, which has been difficult to process without damaging the crystal structure, without damaging the crystal structure. It was possible to remove and observe the remaining part by X-ray diffraction or the like.

しかしながら、先願発明を使用した場合には、高分子結晶の不要部分を加工するため、例えば、高分子結晶の不要部分が多い場合には、得られる正常な高分子結晶の大きさが小さくなりすぎてしまうといった問題点があった。   However, since the unnecessary portion of the polymer crystal is processed when the invention of the prior application is used, for example, when there are many unnecessary portions of the polymer crystal, the size of the obtained normal polymer crystal is reduced. There was a problem that it was too much.

また、結晶の物性評価を行うために、当該結晶との物理的な接触を要するプローブ等を結晶内部に挿入する場合があるが、前述の通り高分子結晶は脆く軟らかいために、従来技術ではそのようなプローブを結晶内部に挿入することが困難であった。   In addition, in order to evaluate the physical properties of a crystal, a probe or the like that requires physical contact with the crystal may be inserted into the crystal. However, as described above, the polymer crystal is brittle and soft. It was difficult to insert such a probe into the crystal.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、先願発明の問題点を解決し、高品質で大きな高分子結晶を製造する方法、当該高分子以外の物質が結晶内部に挿入された高分子結晶を製造する方法、及びこれに使用される高分子結晶の育成装置を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and solves the problems of the invention of the prior application, a method for producing a high-quality large polymer crystal, and a substance other than the polymer is inserted into the crystal. It is an object of the present invention to provide a method for producing a polymer crystal and a polymer crystal growth apparatus used therefor.

前記課題を解決するための第1の手段は、高分子結晶を製造する過程において、前記高分子結晶の育成中に、あるいは一旦前記高分子結晶の育成を中止し、当該高分子結晶のうち不要部分を紫外短パルスレーザ光の照射により加工し、その後育成する過程を含むことを特徴とするもの(請求項1)である。   The first means for solving the above problem is that, in the process of producing a polymer crystal, during the growth of the polymer crystal or once the growth of the polymer crystal is stopped, the polymer crystal is unnecessary. The present invention includes a process in which the portion is processed by irradiation with ultraviolet short pulse laser light and then grown (claim 1).

現在レーザ光は加工用ツールとして普及している。しかしながら、広く用いられている炭酸ガスレーザ(波長10.6μm)やYAGレーザ(波長1.06μm)などによる加工は熱的な加工であり、レーザ光照射時に被加工材料は温度上昇を生じる。さらに、被加工材料に照射するレーザ光は、連続光ではなく、パルス光であることが望ましい。なぜならば、連続光によるレーザ加工は、パルス光による加工に比べて発熱の程度が遥かに大きいからである。したがって、熱変性を回避しなければならない高分子結晶においては、これら赤外光のレーザや可視光のレーザによる加工、連続光によるレーザ加工は不適である。   Currently, laser light is widely used as a processing tool. However, processing using a carbon dioxide laser (wavelength: 10.6 μm) or a YAG laser (wavelength: 1.06 μm) that is widely used is thermal processing, and the temperature of the material to be processed increases during laser light irradiation. Furthermore, it is desirable that the laser light applied to the material to be processed is not continuous light but pulsed light. This is because laser processing using continuous light has a far greater degree of heat generation than processing using pulsed light. Therefore, in the polymer crystal in which thermal denaturation must be avoided, the processing by the infrared laser, the visible laser, or the continuous laser processing is not suitable.

そこで、発明者等は、紫外短パルスレーザに注目した。すなわち、紫外短パルスレーザ光は、その波長が短いために光子エネルギーが高く、高分子結晶の化学結合を直接切断する加工が可能である。この加工では、通常の炭酸ガスレーザやYAGレーザを用いた加工に比べて、熱による影響が遥かに少ない高精度で平滑な加工が達成できる。   Therefore, the inventors paid attention to the ultraviolet short pulse laser. That is, ultraviolet short pulse laser light has a high photon energy due to its short wavelength, and can be processed to directly cut a chemical bond of a polymer crystal. In this processing, high-precision and smooth processing can be achieved with much less influence of heat compared to processing using a normal carbon dioxide laser or YAG laser.

高分子の主鎖中にはC−N結合やC−C結合が存在するが、C−N結合の結合エネルギーは約70kcal/mol、C−C結合の結合エネルギーは約84kJ/molであり、例えば波長300nmの紫外短パルスレーザ光であれば、その光子エネルギーは約95kcal/molに相当するので、これらの結合を切断することができる。   The main chain of the polymer has a C—N bond and a C—C bond, and the bond energy of the C—N bond is about 70 kcal / mol, and the bond energy of the C—C bond is about 84 kJ / mol. For example, in the case of an ultraviolet short pulse laser beam having a wavelength of 300 nm, the photon energy corresponds to about 95 kcal / mol, so that these bonds can be broken.

この紫外短パルスレーザ光照射による加工は、基本的には分子結合を光子エネルギーにより切断し蒸散させるものであるので、加工中に切断面に剪断力が働かない。この優れた性質により、高分子結晶という非常にもろい材料を、壊すことなく加工し、きれいな加工面を得ることができる。則ち、紫外線短パルスレーザによる加工は、高分子結晶が、機械的な加工方法では、加工面が損傷するような脆いものである場合に特に有効である。   Since processing by this ultraviolet short pulse laser light irradiation basically cuts molecular bonds by photon energy and evaporates, no shear force acts on the cut surface during processing. Due to this excellent property, it is possible to process a very fragile material called a polymer crystal without breaking it and obtain a clean processed surface. In other words, the processing using the ultraviolet short pulse laser is particularly effective when the polymer crystal is brittle so that the processing surface is damaged by the mechanical processing method.

本手段を用いると、例えば、高分子単結晶の育成途中において、結晶の一部が損傷したり、多結晶化したりしていることが判明した場合、育成させたい結晶の不要部分を加工することで、それら不要部分の成長を抑制することができるため、高品質で大型の高分子単結晶を効率的に製造することが可能となる。前記不要部分の加工は、高分子結晶を製造する過程の中で行われるが、高分子結晶の育成中、すなわち育成を継続させながら不要部分の加工を行う方法と、一旦育成を中止して不要部分の加工を行い、その後に育成を再開する方法とがあり、適宜好ましい方法を選ぶことができる。   When this means is used, for example, when it is found that a part of the crystal is damaged or polycrystallized during the growth of the polymer single crystal, the unnecessary part of the crystal to be grown is processed. Therefore, since growth of these unnecessary portions can be suppressed, it is possible to efficiently produce a high-quality and large polymer single crystal. The processing of the unnecessary portion is performed in the process of manufacturing the polymer crystal. However, it is unnecessary to process the unnecessary portion during the growth of the polymer crystal, that is, while continuing the growth, and to stop the growth once. There is a method of processing a part and then restarting the growth, and a preferable method can be selected as appropriate.

加工後の結晶は、温度変化、溶媒蒸発、圧力変化、濃度変化、pH変化、不純物変化などの外的環境を制御することにより成長させることができる。   The processed crystal can be grown by controlling the external environment such as temperature change, solvent evaporation, pressure change, concentration change, pH change, impurity change and the like.

前記課題を解決するための第2の手段は、前記第1の手段であって、前記不要部分の加工が、紫外短パルスレーザ光によるレーザアブレーションを用いた不要部分の除去であることを特徴とするもの(請求項2)である。   The second means for solving the above-mentioned problem is the first means, characterized in that the processing of the unnecessary portion is removal of the unnecessary portion using laser ablation with an ultraviolet short pulse laser beam. (Claim 2).

紫外短パルスレーザ光による高分子結晶の不要部分の加工としては、不要部分の除去、改質、微細化などが挙げられるが、レーザアブレーションを用いて不要部分の除去することにより、加工面から結晶成長することが容易となる。本手段においては、紫外短パルスレーザを用いて不要部分の除去を行っているので、加工面が破損したとしてもその程度が小さく、よって、加工後の高分子結晶の製造過程において、加工面からも結晶が成長する。   Examples of processing of unnecessary portions of polymer crystals using ultraviolet short pulse laser light include removal, modification, and miniaturization of unnecessary portions. By removing unnecessary portions using laser ablation, the crystal can be removed from the processed surface. Easy to grow. In this means, since unnecessary portions are removed using an ultraviolet short pulse laser, even if the processed surface is damaged, the degree is small. Therefore, in the manufacturing process of the polymer crystal after processing, from the processed surface Crystal grows.

前記課題を解決するための第3の手段は、前記第2の手段であって、前記不要部分を除去した後に、除去した部分の少なくとも一部に前記高分子結晶以外の物質を挿入することを特徴とするもの(請求項3)である。   A third means for solving the problem is the second means, wherein after removing the unnecessary portion, a substance other than the polymer crystal is inserted into at least a part of the removed portion. This is a characteristic (claim 3).

高分子結晶は脆く軟らかいため、結晶中に何らかの物質を挿入しようとすると、その物質が結晶と物理的に接触したときに発生する応力により、碧開などの破損を生じる。本手段では、紫外短パルスレーザーの照射により不要部分を除去し、除去した領域に物質を挿入することにより、挿入時に結晶に加わる応力を防ぐことができる。さらに、挿入後に結晶を育成すると、結晶は挿入した物質と接触するまで成長を続けることができるため、結晶との物理的な接触を要する挿入物を低損傷で高分子結晶中に挿入することが可能となる。   Since a polymer crystal is brittle and soft, when an object is inserted into the crystal, breakage such as cleavage occurs due to the stress generated when the substance physically contacts the crystal. In this means, the stress applied to the crystal at the time of insertion can be prevented by removing unnecessary portions by irradiation with an ultraviolet short pulse laser and inserting a substance into the removed region. Furthermore, when the crystal is grown after insertion, the crystal can continue to grow until it comes into contact with the inserted substance, so that an insert that requires physical contact with the crystal can be inserted into the polymer crystal with low damage. It becomes possible.

前記課題を解決するための第4の手段は、前記第1の手段から第3の手段のいずれかであって、前記不要部分の加工が、前記高分子結晶表面に紫外短パルスレーザ光が効率的に到達するための操作を行い、その上で前記高分子結晶表面に紫外短パルスレーザ光の照射を行うことによって実施されることを特徴とするもの(請求項4)である。   A fourth means for solving the above problem is any one of the first to third means, and the processing of the unnecessary portion is performed by using an ultraviolet short pulse laser beam efficiently on the polymer crystal surface. It is carried out by performing an operation for reaching the target and then irradiating the surface of the polymer crystal with ultraviolet short pulse laser light (claim 4).

育成溶液は一般に紫外線を透過しないものが多い。そこで、本手段においては、高分子結晶の育成の途中において、不要部分の加工を行う前に、高分子結晶表面に紫外短パルスレーザ光が効率的に到達するための操作を行い、その上で紫外短パルスレーザ光の照射を行うようにしている。よって、育成溶液が紫外線を透過しないものであっても、不要部分の加工を行うことができる。   Many growth solutions generally do not transmit ultraviolet light. Therefore, in this means, before the unnecessary portion is processed during the growth of the polymer crystal, an operation for efficiently reaching the ultraviolet short pulse laser beam on the surface of the polymer crystal is performed. Irradiation with ultraviolet short pulse laser light is performed. Therefore, even if the growing solution does not transmit ultraviolet rays, unnecessary portions can be processed.

高分子結晶表面に紫外短パルスレーザ光が効率的に到達するための操作としては、育成溶液を取り除いて高分子結晶表面を露出させること、育成溶液を紫外線を効率的に透過する別の溶液に置換すること、高分子結晶を動かして結晶表面を露出させること、紫外短パルスレーザ光を光ファイバ等のライトガイドを用いて伝播させてその先端を高分子結晶表面の近傍に配置すること、などが挙げられるがこれに限られない。   The operations for efficiently reaching the surface of the polymer crystal with the ultraviolet short pulse laser light include removing the growth solution to expose the surface of the polymer crystal, and changing the growth solution to another solution that efficiently transmits ultraviolet light. Replacement, moving the polymer crystal to expose the crystal surface, propagating ultraviolet short pulse laser light using a light guide such as an optical fiber, and placing the tip in the vicinity of the polymer crystal surface, etc. However, it is not limited to this.

前記課題を解決するための第5の手段は、前記第1の手段から第4の手段のいずれかであって、前記高分子結晶が、樹脂、タンパク質、糖類、脂質および核酸のうち、少なくとも一つの結晶であることを特徴とするもの(請求項5)である。   A fifth means for solving the problem is any one of the first to fourth means, wherein the polymer crystal is at least one of resin, protein, saccharide, lipid and nucleic acid. (Claim 5).

これらの材料からなる高分子結晶は、特にもろく、少しの剪断力を受けただけでも全体が破壊されやすいものが多い。よって、前記第1の手段から第4の手段を応用すると、特に効果のある材料である。   Polymer crystals made of these materials are particularly fragile, and many of them are easily destroyed even when subjected to a little shearing force. Therefore, when the first to fourth means are applied, the material is particularly effective.

前記課題を解決するための第6の手段は、前記第1の手段から第5の手段のいずれかであって、前記紫外短パルスレーザ光の波長が400nm以下であることを特徴とするもの(請求項6)である。   A sixth means for solving the above problem is any one of the first to fifth means, wherein the wavelength of the ultraviolet short pulse laser beam is 400 nm or less ( Claim 6).

高分子結晶中にはC−N結合が存在することが多いので、このような場合C−N結合を確実に切断するためには、照射する紫外短パルスレーザ光の波長は、400nm以下であることが好ましい。又、C−C結合を確実に切断することを考えると波長は340nm以下であることが望ましい。エネルギー的には紫外短パルスレーザ光の波長の下限を特に制限する必要は無いが、190nm未満となると大気中の酸素による吸収が多くなるので、190nm以上であることが好ましい。又、現在、容易に入手できる光学素子は、波長150nm未満の光を透過しないため、150nm以上の紫外短パルスレーザ光を使用することが好ましい。   In many cases, a C—N bond is present in a polymer crystal. In such a case, in order to reliably cut the C—N bond, the wavelength of the irradiated ultraviolet short pulse laser beam is 400 nm or less. It is preferable. Further, considering that the C—C bond is surely broken, the wavelength is desirably 340 nm or less. In terms of energy, there is no need to particularly limit the lower limit of the wavelength of the ultraviolet short pulse laser beam. In addition, since an optical element that is readily available does not transmit light having a wavelength of less than 150 nm, it is preferable to use an ultraviolet short pulse laser beam having a wavelength of 150 nm or more.

前記課題を解決するための第7の手段は、前記第1の手段から第6の手段のいずれかであって、前記紫外短パルスレーザ光の1パルス当たりのエネルギー密度が1mJ/cm以上であることを特徴とするもの(請求項7)である。 A seventh means for solving the problem is any one of the first to sixth means, wherein an energy density per pulse of the ultraviolet short pulse laser beam is 1 mJ / cm 2 or more. There is a feature (claim 7).

紫外短パルスレーザ光による加工過程においては、照射する紫外短パルスレーザ光1パルスあたりのエネルギー密度(フルーエンス)によって加工特性が大きく左右される。一般に、紫外短パルスレーザ光1パルスあたりの加工量(加工レート)はフルーエンスに対して線形性を示さない。フルーエンスが小さすぎる場合は、たとえ化学結合を切断したとしてもその後の蒸散が不十分となり、加工を施すことができない。すなわち、加工を起こすためにはある閾値以上のフルーエンスが必要である。閾値以上のフルーエンスにおいては、フルーエンスの増加に伴って加工レートが増加していく。したがって、良好な加工特性を得るためには、照射される前記紫外短パルスレーザ光のフルーエンスを適切に調整しなければならない。   In the processing process using ultraviolet short pulse laser light, the processing characteristics are greatly affected by the energy density (fluence) per pulse of ultraviolet short pulse laser light to be irradiated. Generally, the processing amount (processing rate) per pulse of ultraviolet short pulse laser light does not show linearity with respect to the fluence. When the fluence is too small, even if the chemical bond is broken, the subsequent transpiration becomes insufficient and the processing cannot be performed. That is, in order to cause the processing, a fluence exceeding a certain threshold is required. At the fluence above the threshold, the processing rate increases as the fluence increases. Therefore, in order to obtain good processing characteristics, it is necessary to appropriately adjust the fluence of the ultraviolet short pulse laser beam to be irradiated.

前記の好適なフルーエンスは、照射光に対する被加工材料の吸収係数に依存する。吸収係数が大きいほど単位体積あたりに多くの光子が吸収されて効率的に化学結合が切断されるため、加工可能の閾値となるフルーエンスの値は小さくなる。高分子の吸収係数は紫外領域において波長によって大きく変化するので、前記の好適なフルーエンスは照射光の波長によって異なる。400nm以下の波長範囲では1mJ/cm以上のフルーエンスを採用できる。前記適切なフルーエンスにおいて紫外短パルスレーザ照射を実施することにより、紫外短パルスレーザ光1パルスあたりに結晶表面から深さ1nm以上の領域にわたって加工の影響を及ぼすことが可能である。 The preferred fluence depends on the absorption coefficient of the work material with respect to the irradiation light. The larger the absorption coefficient, the more photons are absorbed per unit volume and the chemical bonds are efficiently broken, so the fluence value that is the threshold for processing becomes smaller. Since the absorption coefficient of the polymer greatly varies depending on the wavelength in the ultraviolet region, the preferable fluence varies depending on the wavelength of the irradiation light. In the wavelength range of 400 nm or less, a fluence of 1 mJ / cm 2 or more can be adopted. By performing ultraviolet short pulse laser irradiation at the appropriate fluence, it is possible to influence the processing over a region of a depth of 1 nm or more from the crystal surface per pulse of ultraviolet short pulse laser light.

前記課題を解決するための第8の手段は、育成溶液を入れて高分子結晶を育成する育成容器と、前記育成容器を載置して3次元方向に移動可能なステージと、前記育成溶液を前記育成容器中に注入したり前記育成容器中から吸引したりする溶液注入吸引装置と、前記育成容器中の高分子結晶の加工を行うための紫外短パルスレーザ光の照射を行う紫外線照射装置と、前記育成容器中の高分子結晶を観察する観察装置と、前記育成容器の温度・湿度を一定に保つ恒温恒湿装置とを有することを特徴とする高分子結晶育成装置(請求項8)である。   The eighth means for solving the above problems includes a growth container in which a growth solution is placed to grow a polymer crystal, a stage on which the growth container is placed and movable in a three-dimensional direction, and the growth solution. A solution injection and suction device for injecting into or aspiration from the growth vessel, and an ultraviolet irradiation device for irradiating ultraviolet short pulse laser light for processing polymer crystals in the growth vessel; A polymer crystal growing device comprising: an observation device for observing the polymer crystal in the growth vessel; and a constant temperature and humidity device for keeping the temperature and humidity of the growth vessel constant. is there.

本手段においては、育成容器中に育成溶液を入れて、所定温度・湿度に保ち、高分子結晶を育成することができる。そして、育成中の高分子結晶を観察装置で観察し、不要部が発生した場合には、必要に応じて溶液注入吸引装置で育成溶液を吸引して高分子結晶を育成溶液から露出させ、紫外線照射装置から照射される紫外短パルスレーザ光により、高分子結晶を加工して不要部分を加工し、その後、溶液注入吸引装置で育成溶液を育成容器中に注入して、高分子結晶の育成を続けることができる。試料の観察及び加工の際、ステージを3次元方向に移動させることにより、高分子結晶を視野に入れて観察することができ、又、高分子結晶の任意の部分に紫外短パルスレーザ光を照射することができる。   In this means, the growth solution can be placed in a growth vessel and maintained at a predetermined temperature and humidity to grow a polymer crystal. Then, the growing polymer crystal is observed with an observation device, and if an unnecessary part is generated, the growing solution is sucked with a solution injection and suction device as necessary to expose the polymer crystal from the growing solution, and the ultraviolet light is irradiated. The polymer crystal is processed by the ultraviolet short pulse laser light emitted from the irradiation device to process unnecessary portions, and then the growth solution is injected into the growth container by the solution injection suction device to grow the polymer crystal. You can continue. When observing and processing a sample, the stage can be moved in a three-dimensional direction to observe the polymer crystal in the field of view, and any part of the polymer crystal can be irradiated with ultraviolet short pulse laser light. can do.

本発明によれば、大型で高品質な高分子結晶の製造方法、当該高分子結晶以外の物質が結晶内部に挿入された高分子結晶の製造方法、及び高分子結晶の育成装置を提供することができる。   According to the present invention, there are provided a method for producing a large, high-quality polymer crystal, a method for producing a polymer crystal in which a substance other than the polymer crystal is inserted into the crystal, and a polymer crystal growing apparatus. Can do.

以下、本発明の実施の形態である高分子結晶の育成装置の例を、図を用いて説明する。図1は、本発明の実施の形態の1例である高分子結晶の育成装置の概要を示す図である。   Hereinafter, an example of a polymer crystal growth apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing an outline of a polymer crystal growth apparatus as an example of an embodiment of the present invention.

恒温・恒湿槽1の中には、x−y−zステージ2が設けられ、その上に育成容器3が載置できるようになっている。x−y−zステージ2を駆動することにより、育成容器3をx方向(紙面左右方向)、y方向(紙面手前、奥行き方向)、z方向(紙面上下方向)に移動させることができると共に、z軸を中心とした回転が可能なようになっている。   An xyz stage 2 is provided in the constant temperature / humidity tank 1, and a growth container 3 can be placed thereon. By driving the xyz stage 2, the growth container 3 can be moved in the x direction (left and right direction on the paper surface), the y direction (front of the paper surface, the depth direction), and the z direction (up and down direction on the paper surface) It can be rotated around the z-axis.

又、注入吸引装置4が設けられ、育成容器3の中に育成溶液5を注入したり、育成容器3の中から育成溶液5を吸引したりすることができるようになっている。高分子単結晶6は、育成容器3の中で育成される。   In addition, an injection / suction device 4 is provided so that the growth solution 5 can be injected into the growth container 3 or the growth solution 5 can be sucked from the growth container 3. The polymer single crystal 6 is grown in the growth container 3.

観察装置7により、ビームスプリッタ8を通して育成中の高分子単結晶6を観察する。そして、不要部分の発生が観察されたとき、注入吸引装置4により、育成容器3の中から育成溶液5を吸引して育成溶液5の表面から高分子結晶6を露出させ、紫外短パルスレーザ発生装置9から紫外短パルスレーザ光を照射して、集光レンズ10により、高分子結晶6に集光させ、高分子結晶6の不要部分を加工する。紫外短パルスレーザ光は、ビームスプリッタ8により反射されて高分子結晶6に集光される。   The growing polymer single crystal 6 is observed by the observation device 7 through the beam splitter 8. Then, when the occurrence of unnecessary portions is observed, the growth solution 5 is sucked from the growth vessel 3 by the injection and suction device 4 to expose the polymer crystal 6 from the surface of the growth solution 5, and the ultraviolet short pulse laser is generated. An ultraviolet short pulse laser beam is irradiated from the apparatus 9 and is condensed on the polymer crystal 6 by the condenser lens 10, and an unnecessary portion of the polymer crystal 6 is processed. The ultraviolet short pulse laser beam is reflected by the beam splitter 8 and focused on the polymer crystal 6.

このようにして高分子結晶6の不要部分が加工された後、注入吸引装置4から育成容器3中に育成溶液5を注入して、再び高分子結晶6を育成溶液5中に浸して育成を開始する。   After the unnecessary portion of the polymer crystal 6 is processed in this way, the growth solution 5 is injected from the injection suction device 4 into the growth container 3, and the polymer crystal 6 is again immersed in the growth solution 5 for growth. Start.

高分子結晶6の不要部分を除去する際には、観察装置7で加工部分を観察しながら、ステージ2を駆動して目的とする部分の除去などの加工を行う。なお、紫外線の照射されている部分は目視することができない場合があるが、例えば、紫外線の集光される部分に観察装置7の光軸を合わせ、その位置にマークの虚像ができるようにして、そのマークの虚像と高分子結晶6とを重ね合わせて観察することにより、紫外線が照射される位置を観察することができる。又、z方向位置については、紫外線が集光される位置と観察装置7のピントが合う位置を一致させておくことにおり、紫外線照射時に、加工部分にピントが合うようにステージ2を駆動させることにより、目的の位置に紫外線を集光させることができる。   When removing the unnecessary portion of the polymer crystal 6, while observing the processed portion with the observation device 7, the stage 2 is driven to perform processing such as removal of the target portion. Although the portion irradiated with ultraviolet rays may not be visible, for example, the optical axis of the observation device 7 is aligned with the portion where the ultraviolet rays are condensed so that a virtual image of the mark can be formed at that position. By superimposing the virtual image of the mark and the polymer crystal 6 and observing, the position irradiated with ultraviolet rays can be observed. Further, with respect to the z-direction position, the position where the ultraviolet light is focused and the position where the observation device 7 is focused are made to coincide with each other, and the stage 2 is driven so that the processed portion is focused when irradiated with ultraviolet light. As a result, the ultraviolet rays can be condensed at the target position.

育成容器3を恒温・恒湿槽1の中に入れているのは、高分子結晶の育成条件に与える温度と湿度の変化の影響を最小限に抑えるためである。例えば温度が変化すると、溶液の過飽和度が変化するために好ましくない。又、育成容器内部はカバー11により覆われているので飽和状態にあり、容器外が乾燥していると、加工操作中にカバー11を外したときに育成溶液5の蒸発量が多くなり好ましくない。   The reason why the growth container 3 is placed in the constant temperature / humidity chamber 1 is to minimize the influence of changes in temperature and humidity on the growth conditions of the polymer crystals. For example, a change in temperature is not preferable because the degree of supersaturation of the solution changes. Further, since the inside of the growth container is covered with the cover 11 and is in a saturated state, if the outside of the container is dry, the evaporation amount of the growth solution 5 increases when the cover 11 is removed during the processing operation. .

前述のように、ステージ2は、高分子結晶6を観察したり加工したときに駆動するが、その他にも高分子結晶6の育成中に一時的又は断続的に動かすことで、育成溶液5を攪拌し、不要な核発生を抑制したり、結晶の高品質化を図ることができる。   As described above, the stage 2 is driven when the polymer crystal 6 is observed or processed. In addition, the stage 2 is moved temporarily or intermittently during the growth of the polymer crystal 6 so that the growth solution 5 is moved. Stirring can suppress the generation of unnecessary nuclei and improve the quality of crystals.

紫外線は、窓12を通して恒温・恒湿槽1中に照射されるが、窓12としては、水晶や蛍石等、紫外線に対して高い透過率を持つ材料から構成される。なお、図1においては、紫外線は落射(垂直)照射とされているが、斜め照射であってもよく、又伝搬経路として、光ファイバを使用してもよい。   Ultraviolet rays are irradiated into the constant temperature / humidity chamber 1 through the window 12, and the window 12 is made of a material having a high transmittance with respect to the ultraviolet rays, such as quartz and fluorite. In FIG. 1, the ultraviolet rays are incident (vertical) irradiation, but may be oblique irradiation, and an optical fiber may be used as a propagation path.

注入吸引装置4は、前述のように、育成溶液5を育成容器3中に注入したり育成容器3から吸引したりする機能を有するものであるが、この他に、高分子単結晶6の加工中に発生したデブリ(レーザアブレーションにより発生した飛散物)を吸引除去したり、不要になった結晶を取り出して除去するような動作、加工後の高分子単結晶6を別の育成容器に移すような動作、溶液の追加や置換等の動作も行うことができる。注入吸引装置4は、不図示の位置制御機構を有し、必要に応じて、その先端部が育成容器3の中、さらには育成溶液5の中に入り込むような位置とすることができる。   As described above, the injection and suction device 4 has a function of injecting the growth solution 5 into the growth container 3 and sucking it from the growth container 3, but in addition to this, the processing of the polymer single crystal 6 is performed. Operation to suck and remove debris (scattered matter generated by laser ablation) generated inside, take out unnecessary crystals, and remove processed polymer single crystal 6 to another growth vessel Operations, such as adding or replacing a solution, can also be performed. The injection / suction device 4 has a position control mechanism (not shown), and can be set to a position where the tip of the injection / suction device 4 enters the growth container 3 and further the growth solution 5 as necessary.

カバー11は、手動により育成容器3の上部を塞ぐようなものであってもよいが、自動開閉機構を有するようなものであってもよい。又、注入吸引装置4の先端部が育成容器3中に挿入される場合でも、密閉性が保たれるように、例えば蛇腹機構により注入吸引装置4の先端部と接続されるようにされていてもよい。   The cover 11 may be one that manually closes the upper portion of the growth vessel 3, but may also have an automatic opening / closing mechanism. Further, even when the tip of the injection / suction device 4 is inserted into the growth vessel 3, it is connected to the tip of the injection / suction device 4 by, for example, a bellows mechanism so as to maintain hermeticity. Also good.

なお、図1においては、観察装置7の照明装置は省略しているが、後に示す図2に示すようなものを使用することができる。   In FIG. 1, the illumination device of the observation device 7 is omitted, but a device as shown in FIG. 2 shown later can be used.

本発明による結晶育成の基本的な特性を調べるために、図2に示すような装置を使用して、紫外短パルスレーザ光をタンパク質の単結晶に照射し、それにより、結晶の一部をアブレーション除去した。レーザ加工した結晶を再育成し、育成後の結晶についてX線回折パターンの測定を行った。   In order to investigate the basic characteristics of crystal growth according to the present invention, a protein single crystal is irradiated with an ultraviolet short pulse laser beam using an apparatus as shown in FIG. Removed. The laser-processed crystal was regrown, and the X-ray diffraction pattern of the grown crystal was measured.

この装置においては、紫外短パルスレーザシステム21からの紫外短パルスレーザ光を、集光光学系22を介して所定の点に集光する。ステージ23は、後に示す光学顕微鏡の光軸方向をz軸として、x−y−z直交座標系でx軸、y軸、z軸の3次元方向の移動が可能とされていると共に、z軸の周りに回転可能となっている。高分子結晶24の入った試料容器25がステージ23上に載置されている。照明光源26からの可視光は、反射鏡27で反射され、試料容器25をケーラー照明する。高分子結晶24は、光学顕微鏡の対物レンズ28、接眼レンズ29を介して眼30により目視される。   In this apparatus, the ultraviolet short pulse laser beam from the ultraviolet short pulse laser system 21 is condensed at a predetermined point via the condensing optical system 22. The stage 23 can move in the three-dimensional directions of the x-axis, y-axis, and z-axis in the xyz orthogonal coordinate system with the optical axis direction of the optical microscope described later as the z-axis, and the z-axis. It can be rotated around. A sample container 25 containing the polymer crystal 24 is placed on the stage 23. Visible light from the illumination light source 26 is reflected by the reflecting mirror 27, and the sample container 25 is Koehler illuminated. The polymer crystal 24 is visually observed by the eye 30 through the objective lens 28 and the eyepiece lens 29 of the optical microscope.

光学顕微鏡の光軸位置には、十字状のマークが形成されており、光軸位置が目視できるようになっている。そして、光学顕微鏡の焦点位置(合焦位置、すなわち、目視したときピントが合う物面)は固定とされている。集光光学系22により集光された紫外短パルスレーザ光は、光学顕微鏡の光軸位置で、かつ光学顕微鏡の焦点位置に集光されるようになっている。よって、ステージ23上に被加工物を載置し、光学顕微鏡でその像を観察した場合、ピントが合っており、かつ十字マークの中心にある位置に、紫外短パルスレーザシステム21からの紫外短パルスレーザ光が集光されるようになっている。なお、紫外短パルスレーザシステム21、集光光学系22、及び光学顕微鏡部の相対位置関係は固定されており、ステージ23のみがこれらの固定系に対して相対的に移動可能とされている。   A cross-shaped mark is formed at the optical axis position of the optical microscope so that the optical axis position can be visually observed. The focus position of the optical microscope (the in-focus position, that is, the object surface that is in focus when viewed) is fixed. The ultraviolet short pulse laser beam condensed by the condensing optical system 22 is condensed at the optical axis position of the optical microscope and at the focal position of the optical microscope. Therefore, when a workpiece is placed on the stage 23 and its image is observed with an optical microscope, the ultraviolet short pulse laser system 21 from the ultraviolet short pulse laser system 21 is in focus and at the center of the cross mark. Pulse laser light is condensed. In addition, the relative positional relationship of the ultraviolet short pulse laser system 21, the condensing optical system 22, and the optical microscope unit is fixed, and only the stage 23 is movable relative to these fixed systems.

よって、加工を行いたい場所が光学顕微鏡の光軸位置でかつ合焦位置となるようにステージ23を移動させながら加工を行うことにより、所望の場所の加工、及び所望の形状の加工を行うことができる。   Therefore, by processing while moving the stage 23 so that the place where processing is desired is the optical axis position of the optical microscope and the in-focus position, processing at a desired place and processing of a desired shape can be performed. Can do.

モデル高分子としてタンパク質のニワトリ卵白リゾチームを選び、蒸気拡散法により本タンパク質の単結晶を試料容器中で育成した。結晶育成溶液は、6回再精製したニワトリ卵白リゾチーム試料25mg/ml溶液を作成した後、pH4.5に調整した0.1M酢酸緩衝溶液の中に塩化ナトリウムが80mg/ml濃度となるように調整した溶液を1:1の比率で混合した5μlの溶液を使用した。外液としてpH4.5に調整した0.1M酢酸緩衝溶液の中に塩化ナトリウムが80mg/ml濃度となるように調整した溶液を400μl追加した。   A protein chicken egg white lysozyme was selected as a model polymer, and a single crystal of the protein was grown in a sample container by vapor diffusion. The crystal growth solution was adjusted to a concentration of 80 mg / ml sodium chloride in a 0.1 M acetic acid buffer solution adjusted to pH 4.5 after preparing a 25 mg / ml solution of chicken egg white lysozyme sample re-purified 6 times. A 5 μl solution mixed with a 1: 1 ratio was used. 400 μl of a solution adjusted to a sodium chloride concentration of 80 mg / ml was added to a 0.1 M acetate buffer solution adjusted to pH 4.5 as an external solution.

この試料容器を20℃の一定温度にて20時間静置したところ、大きさが約0.1mm×0.2mm×0.03mmのニワトリ卵白リゾチーム単結晶が育成された。この成長途上の結晶に対してレーザ加工を行った。結晶が存在している育成溶液の一部を取り除き、結晶が乾燥による変性を起こさないように結晶近辺に育成溶液の液滴を残した状態で、石英ガラスで密閉した。紫外短パルスレーザ光照射前の結晶写真を図3(a)に示す。   When this sample container was allowed to stand at a constant temperature of 20 ° C. for 20 hours, a chicken egg white lysozyme single crystal having a size of about 0.1 mm × 0.2 mm × 0.03 mm was grown. Laser processing was performed on this growing crystal. A part of the growth solution in which the crystal was present was removed, and the growth solution was left in the vicinity of the crystal so that the crystal was not denatured by drying. A crystal photograph before irradiation with ultraviolet short pulse laser light is shown in FIG.

紫外短パルスレーザシステム21として、波長193nmの固体紫外短パルスレーザ光源を使用した。本光源の構成は以下の通りである。縦横シングルモードのレーザダイオードを直接変調して波長1547nm、繰返し周波数1kHzのパルス光を発生させる。このパルス光を合計三段の直列に接続されたエルビウム添加ファイバー増幅器により約200万倍に増幅する。次に、ファイバー増幅器からの出力光を、非線形光学結晶を用いた5段階の波長変換過程により第8高調波に変換し、波長193nmの光を発生させる。   As the ultraviolet short pulse laser system 21, a solid ultraviolet short pulse laser light source having a wavelength of 193 nm was used. The configuration of the light source is as follows. A laser diode of vertical and horizontal single mode is directly modulated to generate pulsed light having a wavelength of 1547 nm and a repetition frequency of 1 kHz. This pulsed light is amplified about 2 million times by a total of three stages of erbium-doped fiber amplifiers connected in series. Next, the output light from the fiber amplifier is converted into the eighth harmonic by a five-step wavelength conversion process using a nonlinear optical crystal, and light having a wavelength of 193 nm is generated.

紫外短パルスレーザシステム21から放出された紫外短パルスレーザ光を、シャッタを通過させた後、集光光学系22である焦点距離100mmの合成石英レンズで集光することにより、ステージ23上に配置された、卵白リゾチーム結晶(高分子結晶)24が入っている試料容器25の上面より、Z軸方向に照射した。結晶への照射位置は光学顕微鏡で観察しながら微調整した。結晶上における照射光のパルスエネルギーは0.25μJ、スポット径は25μm、フルーエンスは50mJ/cm、平均強度0.25mW、パルス時間幅は1nsであった。 The ultraviolet short pulse laser light emitted from the ultraviolet short pulse laser system 21 passes through the shutter, and then is condensed on a synthetic quartz lens having a focal length of 100 mm, which is a condensing optical system 22, so that it is arranged on the stage 23. The sample was irradiated in the Z-axis direction from the upper surface of the sample container 25 containing the egg white lysozyme crystal (polymer crystal) 24. The crystal irradiation position was finely adjusted while observing with an optical microscope. The pulse energy of the irradiation light on the crystal was 0.25 μJ, the spot diameter was 25 μm, the fluence was 50 mJ / cm 2 , the average intensity was 0.25 mW, and the pulse time width was 1 ns.

ステージ23を移動速度0.5mm/secでXY面内において直線的に往復動作させることにより、結晶上のスポット位置を変化させた。上記往復動作を継続的に実施することにより、同一箇所に複数回、紫外短パルスレーザ光を照射した。顕微鏡で加工の様子を観察しながら照射を続け、合計約2万パルスの照射によって前記ニワトリ卵白リゾチーム結晶の一部をアブレーション除去した。本照射において切除した結晶の総体積は約3×10−4mmであった。図3(b)に紫外短パルスレーザ光照射による加工直後のニワトリ卵白リゾチーム結晶の実体顕微鏡写真を示す。未照射部位へクラックなどの機械的損傷を与えることなく、レーザ加工が実施できていることを確認した。 The spot position on the crystal was changed by reciprocating the stage 23 linearly in the XY plane at a moving speed of 0.5 mm / sec. By continuously carrying out the above reciprocating operation, the same location was irradiated with the ultraviolet short pulse laser beam a plurality of times. Irradiation was continued while observing the state of processing with a microscope, and a part of the chicken egg white lysozyme crystal was ablated by irradiation with a total of about 20,000 pulses. The total volume of the crystal excised by this irradiation was about 3 × 10 −4 mm 3 . FIG. 3 (b) shows a stereomicrograph of a chicken egg white lysozyme crystal immediately after processing by irradiation with an ultraviolet short pulse laser beam. It was confirmed that laser processing could be carried out without causing mechanical damage such as cracks to the unirradiated site.

レーザ加工終了後すぐに取り除いた育成溶液を戻して育成を再開した。試料容器を20℃の一定温度にて静置したところ、レーザ加工された結晶が種結晶となり、再び結晶が成長することが確かめられた。レーザ加工後24時間経過したときの結晶の写真を図3(c)に示す。レーザ加工したニワトリ卵白リゾチーム結晶の大きさは約0.3mm×0.4mm×0.1mmとなっていた。レーザ加工していない面、およびレーザ加工した面のいずれにおいても結晶が成長していることが分かった。さらに20℃に静置して育成の経過を観察したところ、最終的に約0.35mm×0.45mm×0.12mmの大きさとなったところで結晶成長は終了した。   The growth solution removed immediately after the completion of laser processing was returned to resume the growth. When the sample container was allowed to stand at a constant temperature of 20 ° C., it was confirmed that the laser-processed crystal became a seed crystal and the crystal grew again. A photograph of the crystal when 24 hours have elapsed after laser processing is shown in FIG. The size of the laser-processed chicken egg white lysozyme crystal was about 0.3 mm × 0.4 mm × 0.1 mm. It was found that the crystal grew on both the non-laser processed surface and the laser processed surface. When the growth was further observed after standing at 20 ° C., crystal growth ended when the final size was about 0.35 mm × 0.45 mm × 0.12 mm.

レーザ加工後に再育成した卵白リゾチーム結晶と、同一条件で育成したレーザ未照射の卵白リゾチーム結晶について、室温にてX線回折パターンの測定を行った。X線発生器として理学電機社製ultraX18 (電圧50kV, 電流100mA)、検出器としてRAXIS IV++を用いた。結晶と検出器の距離は150mm、検出角度2°、測定時間30分/2°とした。 X-ray diffraction patterns were measured at room temperature for egg white lysozyme crystals regrown after laser processing and egg white lysozyme crystals not irradiated with laser grown under the same conditions. The X-ray generator used was ultraX18 (voltage 50 kV, current 100 mA) manufactured by Rigaku Corporation, and RAXIS IV ++ was used as the detector. The distance between the crystal and the detector was 150 mm, the detection angle was 2 °, and the measurement time was 30 minutes / 2 °.

各結晶について45フレームのデータを収集した。レーザ加工した結晶の回折分解能は0.19nmであり、未加工の結晶の回折分解能と同じであった。また、全てにフレームについて、一つの単結晶からの回折パターンしか測定されなかった。これらより、レーザ加工後に再育成卵白リゾチーム結晶は単結晶であることが分かった。さらに、レーザ照射を施した結晶のモザイシティは0.300であり、レーザ加工によって顕著な結晶品質の低下が引き起こされていないことが確かめられた。   45 frames of data were collected for each crystal. The diffraction resolution of the laser processed crystal was 0.19 nm, which was the same as the diffraction resolution of the unprocessed crystal. Moreover, only the diffraction pattern from one single crystal was measured for all the frames. From these, it was found that the egg white lysozyme crystal regrown after laser processing is a single crystal. Furthermore, the crystallinity of the laser-irradiated crystal was 0.300, and it was confirmed that no significant crystal quality degradation was caused by laser processing.

なお、この実施例においてアブレーション除去した部分は正常な結晶部であるが、この実施例から、損傷などの不良部がある場合には、正常部を含めた加工により不良部を除去して再育成することで、不良部の少ない大型の結晶を育成可能であることが分かる。   In this example, the ablated and removed part is a normal crystal part, but from this example, when there is a defective part such as a damage, the defective part is removed by processing including the normal part and re-grown. By doing so, it can be seen that large crystals with few defective parts can be grown.

本発明の実施の形態の1例である高分子結晶の育成装置の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of the growth apparatus of the polymer crystal which is an example of embodiment of this invention. 本発明の実施例に使用した紫外短パルスレーザ加工装置の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of the ultraviolet short pulse laser processing apparatus used for the Example of this invention. 紫外線照射前、紫外線照射直後、再育成後のニワトリ卵白リゾチーム結晶を示す顕微鏡写真である。It is a microscope picture which shows the hen egg white lysozyme crystal | crystallization before ultraviolet irradiation, immediately after ultraviolet irradiation, and after re-growth.

符号の説明Explanation of symbols

1…恒温・恒湿槽、2…ステージ、3…育成容器、4…注入吸引装置、5…育成溶液、6…高分子結晶、7…観察装置、8…ビームスプリッタ、9…紫外短パルスレーザ発生装置、10…集光レンズ、11…カバー、21…紫外短パルスレーザシステム、22…集光光学系、23…ステージ、24…高分子結晶、25…試料容器、26…照明光源、27…反射鏡、28…対物レンズ、29…接眼レンズ、30…眼
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Constant temperature / humidity tank, 2 ... Stage, 3 ... Growth container, 4 ... Injection suction apparatus, 5 ... Growth solution, 6 ... Polymer crystal, 7 ... Observation apparatus, 8 ... Beam splitter, 9 ... Ultraviolet short pulse laser Generating device, 10 ... condensing lens, 11 ... cover, 21 ... ultraviolet short pulse laser system, 22 ... condensing optical system, 23 ... stage, 24 ... polymer crystal, 25 ... sample container, 26 ... illumination light source, 27 ... Reflector, 28 ... objective lens, 29 ... eyepiece, 30 ... eye

Claims (8)

高分子結晶を製造する過程において、前記高分子結晶の育成中に、あるいは一旦前記高分子結晶の育成を中止し、当該高分子結晶のうち不要部分を紫外短パルスレーザ光の照射により加工し、その後育成する過程を含むことを特徴とする高分子結晶の製造方法。 In the process of producing a polymer crystal, during the growth of the polymer crystal or once the growth of the polymer crystal is stopped, an unnecessary portion of the polymer crystal is processed by irradiation with an ultraviolet short pulse laser beam, A method for producing a polymer crystal, comprising a subsequent growing step. 前記不要部分の加工が紫外短パルスレーザ光によるレーザアブレーションを用いた不要部分の除去であることを特徴とする請求項1に記載の高分子結晶の製造方法。 2. The method for producing a polymer crystal according to claim 1, wherein the processing of the unnecessary portion is removal of the unnecessary portion using laser ablation with an ultraviolet short pulse laser beam. 前記不要部分を除去した後に、除去した部分の少なくとも一部に前記高分子結晶以外の物質を挿入することを特徴とする請求項2に記載の高分子結晶の製造方法。 The method for producing a polymer crystal according to claim 2, wherein after removing the unnecessary portion, a substance other than the polymer crystal is inserted into at least a part of the removed portion. 前記不要部分の加工が、前記高分子結晶表面に紫外短パルスレーザ光が効率的に到達するための操作を行い、その上で前記高分子結晶表面に紫外短パルスレーザ光の照射を行うことによって実施されることを特徴とする請求項1から請求項3のうちいずれか1項に記載の高分子結晶の製造方法。 The unnecessary portion is processed by performing an operation for efficiently reaching the surface of the polymer crystal with the ultraviolet short pulse laser beam, and then irradiating the surface of the polymer crystal with the ultraviolet short pulse laser beam. It implements, The manufacturing method of the polymer crystal of any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned. 前記高分子結晶が、樹脂、タンパク質、糖類、脂質および核酸のうち、少なくとも一つの結晶であることを特徴とする請求項1から請求項4のうちいずれか1項に記載の高分子結晶の製造方法。 5. The production of the polymer crystal according to claim 1, wherein the polymer crystal is at least one crystal selected from a resin, a protein, a saccharide, a lipid, and a nucleic acid. Method. 前記紫外短パルスレーザ光の波長が400nm以下であることを特徴とする請求項1から請求項5のうちいずれか1項に記載の高分子結晶の製造方法。 The method for producing a polymer crystal according to any one of claims 1 to 5, wherein the wavelength of the ultraviolet short pulse laser beam is 400 nm or less. 前記紫外短パルスレーザ光の1パルス当たりのエネルギー密度が1mJ/cm以上であることを特徴とする請求項1から請求項6のうちいずれか1項に記載の高分子結晶の製造方法。 The method for producing a polymer crystal according to any one of claims 1 to 6, wherein an energy density per pulse of the ultraviolet short pulse laser beam is 1 mJ / cm 2 or more. 育成溶液を入れて高分子結晶を育成する育成容器と、前記育成容器を載置して3次元方向に移動可能なステージと、前記育成溶液を前記育成容器中に注入したり前記育成容器中から吸引したりする溶液注入吸引装置と、前記育成容器中の高分子結晶の加工を行うための紫外短パルスレーザ光の照射を行う紫外線照射装置と、前記育成容器中の高分子結晶を観察する観察装置と、前記育成容器の温度・湿度を一定に保つ恒温恒湿装置とを有することを特徴とする高分子結晶育成装置。
A growth container in which a growth solution is introduced to grow a polymer crystal, a stage on which the growth container is placed and movable in a three-dimensional direction, and the growth solution is injected into the growth container or from the growth container A solution injection and suction device for sucking, an ultraviolet irradiation device for irradiating an ultraviolet short pulse laser beam for processing the polymer crystal in the growth vessel, and an observation for observing the polymer crystal in the growth vessel A polymer crystal growing apparatus comprising: an apparatus; and a constant temperature and humidity apparatus that maintains a constant temperature and humidity of the growth container.
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