ナノ・フォレンシック・サイエンス・ニュース Nano Forensic Science News NFSN, vol.9 真実を照らすナノの光“放射光”で安全・安心な社会を守る巨大な顕微鏡：SPring-8 【特集】ユネスコ世界結晶年 1 それは1895年新しい光「X線」の発見から始まった 2 Ｘ線で結晶を照らすと、斑点が見えるそれから原子の並びを解明した 3 ブラッグと同じ頃、日本では、もっと複雑なスピネルの構造を解明した科学者がいた 4 1953年 X線データがライフサイエンスの扉を開いた 5 そして、SPring-8、SACLAが生まれたフォレンシック・サイエンス（Forensic Science): “法科学”と訳され、一般的に警察の科学捜査よりも広い意味を持ち、裁判（法）に関係するあらゆるサイエンス（科学）を扱う学問として欧米では定着しています。 NFSN, Vol.9 (2014) Summer 2014.7.14 【特集】ユネスコ世界結晶年およそ100年前、西川正治博士(東京帝大・理研)は、恩師である長岡半太郎博士(理研)のルビーの指輪と偽のルビーに、また本物の真珠と貝殻を磨いただけの偽造真珠にX線をあて、非破壊で真贋の識別を実施しました。これこそ、X線回折のフォレンシック・サイエンス分野での幕開けとなったのです。本年は現代結晶学の誕生から100年となる記念すべき年で、ユネスコから世界結晶年に指定されています。したがって、今回はX線分析の歴史について触れてみます。長岡半太郎(理研） 1865-1950 1 それは1895年新しい光｢X線｣の発見から始まったドイツのウィルヘルム・レントゲンは、ガラス管の中に電極を封入し、真空放電の実験を行っている最中に、離れた場所に置いてある蛍光塗料を塗った紙が光っている事に気が付きました。1895年のことです。未知の電磁波の影響である事を見抜き、未知を意味する「X」を冠してX線と呼びました。X線があらゆる物を通過する事に気が付き、自分の手をX線にかざしてみると、できた影には自分の骨が映し出されていたのです。 2 Ｘ線で結晶を照らすと、斑点が見えるそれから原子の並びを解明したドイツのマックス・フォン・ラウエは、X線を硫化亜鉛の結晶に照射し、その軌跡を写真乾板を使って観測しました。結晶内の原子構造が回折格子として働くと考えたラウエの予想通り、結晶を通過したX線は回折され、写真乾板上に点々のパターンを作りました。これをラウエ斑点と呼びます。この実験を通じて、X線の正体が電磁波であることと、結晶が空間格子構造を持っていることが確認されました。回折波の進行方向と結晶中の原子の配列を関係づけるラウエ条件という条件式を導き、これを満たすときに斑点が現れるので、これを解析することにより結晶の中の原子の並びを見ようとするものです。ラウエは、これらの業績により、1914年、つまりちょうど100年前に、ノーベル物理学賞を受賞しました。ヘンリー・ブラッグ（父）及びローレンス・ブラッグ（子）は、英国の科学者です。23年にわたるオーストラリア生活から帰国したヘンリーは、X線分光器を発明しました。ケンブリッジ大学の学生だった息子のローレンスと共に岩塩にX線を照射し、ナトリウムと塩素が並んだ結晶であることを決定したのです。 1913年には、結晶間隔とX線の回折の関係を定式化した｢ブラッグの法則｣を発見します。回折パターンの生じ方を法則化し、X線回折による結晶構造解析に理論的な裏付けを与えました。これらの功績により、ブラッグ父子は1915年にノーベル物理学賞を受賞しました。 Proc. R. Soc. Lond. A 1913 89 3 ブラッグと同じ頃、日本では、もっと複雑なスピネルの構造を解明した科学者がいた日本でも、2人の先駆的な科学者によって結晶学の扉が、ラウエやブラッグとほぼ同時期の1914年に開かれました。寺田寅彦と西川正治(いずれも東京帝大・理研)によるX線回折の研究です。西川正治は、岩塩よりもっと複雑なスピネル(MgAl2O3) の構造を解明したのです。寺田寅彦は、X線回折の実験を行い、ヘンリー・ブラッグと同じ「X線と結晶」と題する手紙（Nature, 91, 135-136, (1913)）を1913年に英国科学雑誌Natureに送っています。そして西川正治は、繊維・薄板・粒状のX線回折図形について報告し（Proc. Tokyo Math-Phys. Soc., II-7, 131-138 (1913)）、日本における近代結晶学の扉を開きました。冒頭に示した、長岡博士のルビーや真珠を分析したのも、この頃です。 1913年以降、西川は実に様々な物質にX線を照らし、観察しています。絹糸、麻、竹、髪の毛、等々です。左の図14は、さまざまなものについて撮影した写真乾板を収納した木箱です。これらに記録されたX線データが、その後に発展することになる日本の鉄鋼、エレクトロニクス、ナノテク、ソフトマターなど、先端作業の礎となっていったのです。 4 1953年 X線データがライフサイエンスの扉を開いた DNAの扉を開いたのも、やはりX線回折でした。 1953年にロザリンド・フランクリンが撮影したDNAのＸ線写真を基に、ワトソン、クリックによるDNAの二重らせん構造発見が成し遂げられたのです。 1962年にワトソン、クリック他1名はノーベル生理学・医学賞を受賞しましたが、そこにフランクリンの名前はありません。彼女は、1958年に37歳の若さで癌により逝去していたのです。 5 そして、SPring-8、SACLAが生まれた 19世紀末に発見されたレントゲンのX線は、ちょうど100年前にラウエやブラッグ父子により結晶学の誕生に発展しました。日本でも同時期に西川正治が結晶学の扉を開き、そこから輩出した人材が SPring-8をつくり、さらにSACLAを創りあげたのです。モノに光をあてて、モノを壊さず、モノにモノを言わせる。この100年の成果の恩恵をもっとも大きく受けているのは、ナノ・フォレンシック・サイエンスなのかもしれません。犯罪捜査における証拠物の分析についての相談先：公益財団法人 4高輝度光科学研究センター利用研究促進部門ナノ・フォレンシック・サイエンスグループ〒679-5198 兵庫県佐用郡佐用町光都1-1-1 Tel: 0791-58-0877 Fax: 0791-58-0830 [email protected] http://www.spring8.or.jp/ja/facilities/research_utilization/research_utilization/nfsg/