JPH0443880B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は無重力状態の液体中に溶解している物
質を晶出させる方法及びこの方法を実施するため
の装置に関するものである。

（従来の技術） 無機及び有機化学並びに材料研究、材料学にお
いて度々できる限り単結晶の形の物質が要求さ
れ、即ちレントゲン回折による組織研究又は純粋
な結晶物質のその他の特性の究明のために必要と
される。物質が溶解している液体から地球重力条
件下で相応した物質の晶出によつてそのような単
結晶を造ることは無重力空間における場合に比較
して悪い結果に繋がるということが既に分かつて
いる。従つて宇宙、特にスペースラブにおいて既
に晶出試験が実施され、その際晶出されるべき物
質を含む液体は無重力状態または微小重力状態に
置かれる。その際液体は容器中にあつて、容器は
晶出過程の間密閉されている。原理的にこの条件
下では既に地上の範囲で試験された結晶方法例え
ば液体中での温度振動、濃度比の変化等が使用さ
れる。既に無重力状態で実施された結晶研究では
地上の条件下での場合に対して著しく改良される
にもかかわらず、晶出される単結晶はなお僅かに
組織誤差が生じた。

不規則的壁表面は形成される結晶にはじめから
実際に組織内でゆつくり又は全く成長させない組
織欠陥を含む。このことはまず原子範囲にまで極
端に平滑な内壁を有する結晶容器の使用によつて
はじめて回避されることがきる。しかしこの種の
容器は製造技術的に今日不可能である。

（発明の課題） 本発明は冒頭に記載した種類の方法及び装置を
晶出させる単結晶中に生ずる組織誤差ができる限
り回避させることができるように改良することを
課題の基礎とする。

（課題の解決のための手段） この課題は本発明によれば、特許請求の範囲第
１項、第６項及び第１０項に記載された構成によ
つてそれぞれ解決される。

（実施例） 第１図及び第２図は図式的方法で本発明による
方法の実施のための装置、即ち容器１を相互に垂
直な２つの横断面で示し、容器には真空ポンプ２
が接続している。容器１の壁にはピン３である保
持要素が取付けられており、これらのピン３はシ
ール４を通つて例えば移動可能またはらせん運動
可能に調整可能である。容器１は第１図では４つ
のピン３の平面内に位置する部分断面で示されて
いる。総括して６つのピン３があり、そのうち２
つは第１図の図平面に対して垂直にそしてその１
つ３ａは図平面の上方から容器中に進入してい
る。ピン３の配列は全体として８面体、即ちピン
端は矩形底面を有する二重ピラミツドの角に配置
されている。第６番目のピン３ｂは容器１の下面
でピン３ａとは反対の位置にある（第２図参照）。

勿論ピンの他の配列も可能であり、もつとも簡
単には例えば４つのピンが四角形または特別の要
求により四角形以外の多角形にされることができ
る。

無重力状態にあるべき容器１内において晶出実
験が行われる。このためこの実験の始めに特殊
の、密閉可能な開口５から噴射又はピペツトによ
つて液体が容器内に連続的に供給され、液体は無
重力状態下で表面張力に基づいてのみ液体球６に
形成される。この液体球６はその液体中の濃度が
まず飽和限界の下方にある晶出されるべき物質の
ための溶剤である。液体球６はピン３の内端の間
の空間範囲に格納され、かつその最終的大きさは
その直径が隣接した２つのピン３の内端の間隔よ
りも大きいように設定される。この寸法のため
に、容器１中に導入される液体の容積並びにピン
３の容器１中に進入している調整可能な長さは可
変にされる。液体６は浮動状態に基づいてその球
形は常に殆ど完全に保持される。

液体は非常に慎重にピン端の間の空間範囲に導
入されるので、衝撃は全く伝達されず、その結果
液体球６はピン端の間で運動なしに浮動する。液
体球６が運動すると、液体球は保持要素であるピ
ン３によつて阻止され、容器壁と接触することに
なる。その際液体球６はピン３の端にできる限り
２つまたは高々３つのピン端とも突き当たりその
際その表面はそこで軽く圧せられる。

表面張力の僅かな弾性作用及び液体球６の非常
に小さい重量のための、液体球６は接触している
ピン端によつて再び突き放され、続いて接触する
ことなしにピン端の間の空間範囲に浮動してい
る。液体球６内に生ずるプロセスは大きい面積の
壁接触によつて生ずるような外方からの影響によ
る妨げを受けることがない。

液体球６は晶出されるべき物質を含んでおり、
その濃度は飽和限界の下方にあるので、晶出プロ
セスは容器内の液体球６の外方に生ずる蒸気圧が
常に平衡値以下に真空ポンプ２によつて保持され
ることによつて開始されることができる。このこ
とは最終的に飽和値を越えるために、晶出される
べき物質の濃度が同時に増加することに繋がる。
それによつて晶出が開始されることができる。こ
の条件下で単結晶は極端に小さい組織誤差で製造
されることができる。

ピン３又は少なくともその内端は合理的に液体
球６を主として形成する液体で濡らされないか僅
かしか濡らされない材料から製造される。水が液
体として又は溶剤として使用される場合、ピンは
例えばテフロンから成ることができる。液体又は
溶剤自体はできる限り大きい表面張力を有するべ
きである。

本発明による方法によつて、例えばプロテイ
ン、核酸等のような生物学的に重要な化合物が晶
出されることができる。実験は低分子量のリゾチ
ユウム及び高分子量のβガラクトーゼのような精
留エンチウムによつて実施されるものではなく、
むしろ不変的に、即ち好適な溶剤から成る他の有
機又は無機物質の晶出にも使用可能である。

上記の負圧方法（真空ポンプ２）の他に、液体
中の晶出されるべき物質の緩やかな凝縮は他の方
法で行われることができる。

液体球を収容する容器は例えば溶剤吸収化合物
を含む他の容器に接続されることができる。晶出
の際に溶剤として水が使用される場合、吸収化合
物としてCaCl₂，P₄O₁₀，Mg（ClO₄）₂等が使用さ
れることができる。有機溶剤として界面活性剤も
使用されることができる。

更に溶剤相から晶出されるべき物質を第２の物
質によつて含浸させることも可能である。その際
含浸は蒸気相で行われる。晶出されるべき物質
は、例えば水溶性で、アセトン中では難溶性であ
るので、この物質は容器の流動位相にもたらされ
ることができる。液体球のための空間範囲の外方
におけるこの流動相の確定のために、網状隔壁が
設けられることができる。それから水蒸気及びア
セトン蒸気を含む蒸気相が形成される。アセトン
は主として水から成る液体球であり、水蒸気は流
体状アセトンによつて収容される。液体球中にお
いて増大する水貧化は同時に増大するアセトン富
化と関連して行われる。晶出されるべき物質はゆ
つくり溶液から駆出される。

疏水性物質は疏水性溶剤、例えば炭化水素中で
溶解される。これにより液体球が生ずる。他方親
水性液体、例えばメタノールは容器中で液相で導
入されるので、蒸気相を介して炭化水素及びメタ
ノールの置換が液体球がメタノールを富化従つ
て、かつ炭化水素を貧化し、一方液体状のメタノ
ール相は炭化水素を吸収することによつて行われ
る。液体球中のメタノール富化は結局炭化水素中
に溶解している物質の晶出に繋がる。

水溶性溶液から成るプロテインは慎重な塩析に
よつて駆出されることが可能である。その際液体
球を形成する水溶性プロテイン溶液は塩、例えば
硫酸アンモニウム溶液により駆出点の近くにまで
飽和される。容器中にはさらに水性硫酸アンモニ
ウムの希釈のため及び液体球の水性プロテイン溶
液中の硫酸アンモニウムの濃縮のために繋がる平
衡が調整される。そうすればプロテイン溶液中の
硫酸アンモニウムの濃縮のために繋がる平衡が調
整される。そうすればプロテインの駆出点が越え
られかつプロテインは晶出を開始する。

すべての任意の物質は一般に温度変動によつて
溶液から結晶として駆出されることができる。

本発明による方法は宇宙、無重力状態又は微小
重力状態の支配する、他と宇宙、他とスペースラ
ブで使用されるのに適する。浮遊液体球はこの条
件でのみ存在する。地球へ帰還の際に、結晶の破
壊の危険のある加速度が生ずる。従つて無重力状
態の間、しかし結晶が既に形成された後に、容器
全体を結晶が浮動する好適な液体中に充填するこ
とが合理的である。そうすれば加速度の生じた場
合に、液体は保持要素の端に突き当たりかつ結晶
は同時に容器壁を破損することが回避される。そ
の際充填のために使用される液体は結晶と等しい
密度を有するべきであり、結晶のための溶剤は結
晶と化学反応を起こさず、液体球の液体との間の
混合の可能性がないものでなければならない。液
体球は勿論必須ではない。プロテイン結晶の場
合、例えば硫酸アンモニウム溶液によつて充たさ
れ、その濃度は液体球中の硫酸アンモニウムの濃
度よりも僅かに上にある。容器を完全に充填して
いる液体は加速度衝撃の際に結晶の運動を緩和す
る。それによつて結晶が損傷されず、地球に輸送
されることが可能である。

（発明の効果） 本発明による方法によつて得られる組織誤差に
関する改良はほぼ浮動的な液体球が従来の方法の
場合のような大きい面積の壁接触を有しないこと
を提供する。非常に大きい面積の壁接触はそこで
特別に度々結晶が成長することに繋がる、そのわ
けは壁は結晶接着好適性を作用するからである。
液体球と容器との接触は完全に放棄され、これは
「ほぼ」無重力空間においてほぼ自由に浮動的に
されている。合理的に相互間隔を有するように配
置らた保持要素によつて区画されている。

本発明による方法を実施するための液体を有す
る装置は容器の内壁にとりつけられた浮動的液体
の収容のための空間範囲を外から区画しているね
じを備え、その際相互に隣接した保持要素の間の
間隔は空間範囲の境界において液体球の直径より
も小さいことによつて特徴づけられる。

この種の保持要素によつて特徴づけられる装置
はその他完全に無重力状態に浮動している液体球
の確保のために特定された空間範囲の内方で使用
されることができる。この種の装置の特定の目的
として、液体内に溶解した物質の晶出のみなら
ず、そのような液体中において他の物理的又は化
学的又は純粋化学的過程が行われまたは実施され
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による方法を実施するための容
器の一部破断して示す平面図そして第２図は第１
図の−線に沿う断面図である。 図中符号、１……容器、３……保持要素、６…
…液体球。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 無重力の状態にある液体中に溶けている物質
   の晶出のための方法において、 晶出プロセスは容器内の液体球６の外方に生ず
   る蒸気圧は常に平衡値以下に保持されることによ
   つて開始され、液体は晶出の間略浮遊液体球６と
   して保持されており、かつ液体中の物質はそれ自
   体公知の方法で晶出されることを特徴とする前記
   晶出方法。 ２ 液体球６は特定の室範囲内で浮動的に保持さ
   れ、室範囲は相互に間隔をおいて配置された保持
   要素３によつて外方から区画されている、特許請
   求の範囲第１項記載の晶出方法。 ３ 容器１の内方に液体球６が浮動的に保持さ
   れ、晶出の実施後かつ容器の無重力状態の間液体
   を充填される、特許請求の範囲第１項または第２
   項記載の晶出方法。 ４ 充填のために液体が使用され、該液体は形成
   される結晶と略等しい密度を有しかつ該結晶のた
   めの溶媒ではなくかつ晶出された物質との間の化
   学的反応を生じ得ない液体である、特許請求の範
   囲第１項記載の晶出方法。 ５ 充填のために液体球６の液体と完全に混合可
   能な液体が使用される、特許請求の範囲第１項又
   は第２項記載の晶出方法。 ６ 無重力の状態にある液体中に溶けている物質
   の晶出のために、晶出プロセスは容器内の液体球
   ６の外方に生ずる蒸気圧は常に平衡値以下に保持
   されることによつて開始され、液体は晶出の間略
   浮遊液体球６として保持されており、かつ液体中
   の物質はそれ自体公知の方法で晶出され、液体球
   ６は特定の室範囲内で浮動的に保持され、室は外
   方からは相互に間隔をおいて配置された保持要素
   ３によつて区画されている晶出方法を実施するた
   めの装置において、 液体を収容する容器を備え、容器１の内壁に取
   付けられ、浮動液体球６の収容のための室範囲を
   外方から区画する保持要素３が配置され、その際
   室範囲の境界におけるそれぞれ隣接した保持要素
   ３の間隔は液体球６の直径よりも小さいことを特
   徴とする晶出装置。 ７ 室範囲を室範囲の中央でラジアル方向に向け
   られたピンである保持要素３によつて区画してい
   る特許請求の範囲第６項記載の晶出装置。 ８ 室範囲を略直線状に区画する保持要素３が室
   範囲の内方から見て凹面状に湾曲された部材又は
   凹面状に湾曲された縁を備えた板又は格子状に又
   は網状に配置された糸又はワイヤである、特許請
   求の範囲第６項記載の晶出装置。 ９ 保持要素３が少なくとも室範囲とは反対側で
   液体に濡れない又は僅かしか濡れない材料からつ
   くられている、特許請求の範囲第６項から第８項
   までのうちのいずれか１つに記載の晶出装置。 １０ 無重力の状態にある液体を特定の室範囲内
   に保持するために、室範囲を外方から区画し、相
   互に間隔をおいて配置された保持要素３が存在
   し、その際室範囲の境界における相互に隣接した
   保持要素３の間隔は液体球６の直径よりも小さい
   ことを特徴とする前記晶出装置。 １１ 室範囲を室範囲の中央でラジアル方向に向
   けられたピンである保持要素３により区画してい
   る特許請求の範囲第１０項記載の晶出装置。 １２ 室範囲を略直線状に区画する保持要素が室
   範囲の内方から見て凹面状に湾曲された部材又は
   凹面状に湾曲された縁を備えた板又は格子状に又
   は網状に配置された糸又はワイヤである特許請求
   の範囲第１０項記載の晶出装置。 １３ 保持要素３が少なくとも室範囲とは反対側
   で液体に濡れない又は僅かしか濡れない材料から
   作られる特許請求の範囲第１０項から第１２項ま
   でのうちのいずれか一記載の晶出装置。