(57)【要約】【課題】  不良部分のない大きな高分子単結晶を製造する方法を提供する。【解決手段】  培養液中で、ニワトリ卵白リゾチームの単結晶を成長させた（ａ）、この単結晶の一部を、波長193nmの固体紫外短パルスレーザ光を照射することによりアブレーション除去した（ｂ）、その後再度培養を開始したところ、加工面を起点にして結晶が再成長し、大きな結晶を得ることができた（ｃ）。【選択図】  図３
2006076820.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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/cm２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。
【請求項８】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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。
【０００９】
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。）。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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/cm２以上であることを特徴とするもの（請求項７）である。
【００３３】
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。
【００３４】
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/cm２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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【発明の効果】
【００３７】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【実施例】
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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/cm２、平均強度0.25mW、パルス時間幅は１nsであった。
【００５８】
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３×10−４mm３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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【符号の説明】
【００６４】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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