ブックタイトル日本結晶学会誌Vol59No4

概要

日本結晶学会誌Vol59No4

擬似的微小重力環境の設計と結晶化図1水の磁気浮揚.（Magnetic levitation of water droplet.）ことも想定される．このような操作を行うと，結晶化が進行中の溶液が磁場や磁気力の異なる環境を通過することになり，溶液内に擾乱が引き起こされてしまう．したがって，磁気力による擬似的微小重力環境の長所を最大限に活かすためには，結晶成長の様子をリアルタイムで観察することができる機能を有することが望まれる．最近われわれは，磁気力による擬似的微小重力環境に結晶成長のその場観察機構を具備するシステムを開発した. 17）これにより高品質タンパク質結晶を効率的に得ることが可能になると期待される．本稿では，開発したシステムの概要および本システムを用いた結晶化実験結果について紹介する．2．擬似的微小重力発生装置の開発図2超伝導コイルの中心軸に沿った磁場B zおよびB z（dB z/dz）の分布.（Distribution of the magnetic field（B z）and magnetic field-gradient product（Bz（dBz/dz））alongthez-axiswithr＝0.）図3結晶化プレート.（Crystallization plate.）2.1磁場系前述のとおり，磁気力の大きさは磁場と磁場勾配の積に比例するため，磁化率の小さい水やタンパク質溶液を磁気浮揚させるほどの強い磁気力を発生させるためには，強い磁場に加えて大きな磁場勾配が必要となる．そこで，主となるNb 3Snソレノイドコイルの上に，逆向きのNb 3Snソレノイドコイルを重ねた特殊な構造の超伝導マグネットを採用している．これにより，2つのNb 3Snコイルの間で大きな磁場勾配が形成され，擬似的微小重力環境の構築が可能となっている（図2）．本システムでは，鉛直上向きに最大磁場16.1 Tを発生させ，|B zdB z/dz|が最大で1514 T 2 m－1となる高磁気力発生型超伝導マグネット（ジャパンスーパーコンダクタテクノロジー㈱製）を使用している．この超伝導マグネットは永久電流モードで運転することができ，擬似的微小重力環境を長期にわたって安定に保持できる．結晶化実験には，Nb 3Snメインコイルの中心から上方に45～100 mmの範囲を利用しており，この領域での純水に対する実効重力は0.15～－0.11 Gと計算される．室温ボアの直径は50 mmであり，ここに後述する結晶生成系，観察系を収めている．日本結晶学会誌第59巻第4号（2017）2.2結晶生成系本システム専用にドーナツ型の結晶化プレートを設計した（図3，特許第5896550号，特許第5943409号）．プレート外周側には沈殿剤溶液を入れるためのリザーバーウェル（最大容量60μL），内周側には結晶化用液滴を入れるための結晶化ドロップウェル（最大容量5μL）を設けており，シッティングドロップ蒸気拡散法による結晶化実験が可能である．プレート1枚当たり12個のリザーバーウェルがあり，1つのリザーバーウェルに対して2個の結晶化ドロップウェルを配置している．また，結晶化プレートを安定に積層し，積層した結晶化プレートの上下方向でのウェル番号が揃うように，結晶化プレートの上面と底面に凹凸を設けている．高磁気力発生型超伝導マグネットにおいて，水やタンパク質のような反磁性物質に対する上向きの磁気力が大きい領域（|B zdB z/dz|＞1100 T 2 m－1）に，この結晶化プレートを10段積層でき，最大で240条件の結晶化実験を同時に行うことが可能である．結晶化プレートは試料ホルダーに搭載した後，超伝導マグネット下部から室温ボアへ出し入れする．結晶183