クライオ透過型電子顕微鏡によるナノ粒子分散状態の新規定量評価手法を構築

― 高塩濃度環境下シリカナノ粒子分散の「見える化」から「測る化」へ ―

2026年2月16日 10:00

研究者情報

〇多元物質科学研究所　教授　米倉 功治
多元物質科学研究所　准教授　濵口祐
多元物質科学研究所　技術職員　海原大輔
研究室ウェブサイト

発表概要

日産化学株式会社（本社：東京都中央区、代表取締役 取締役社長：八木 晋介、以下「日産化学」）と東北大学多元物質科学研究所の米倉教授（理化学研究所 グループディレクター）、濵口准教授、海原技術職員らの共同研究グループは、クライオ透過型電子顕微鏡（cryo-TEM）^注1でAI制御により自動収集された数百枚規模の画像データの解析により、高塩濃度環境下でのナノ粒子の分散状態の新たな定量評価手法を開発しました。本成果は2026年2月4日付けで、米国化学会誌 ACS Measurement Science Au に掲載されました。
本研究では、高塩濃度塩水中に分散させたシリカナノ粒子凍結試料について、人工知能（AI）を組み込んだ自動データ収集システムにより、各サンプルから数百枚規模のcryo-TEM画像を体系的に取得しました。その後、深層学習ベースのデノイズ処理、二値化・粒子抽出、Voronoi分割^注2など、決定論的な画像解析アルゴリズムにより解析を実施し、ナノ粒子一つ一つの空間配置情報に基づいて分散状態を統計的に定量評価する枠組みを確立しました。本手法に基づく指標は、動的光散乱（DLS）測定^注3から得られる粒径および分散性の指標と良好な相関を示す一方、局所的な分散ムラなど実空間における局所構造情報を補完的に提供することが確認されました。
本研究で対象とした塩水条件は、CO2地中貯留（CCS）および石油増進回収（EOR）における地下環境を想定した高イオン強度体系であり、このような厳しい条件下においてもナノ粒子分散状態を定量的に評価可能な点に、高い実用的意義があります。本解析フレームワークは、シリカナノ粒子にとどまらず、他のナノ材料系や溶媒系への展開も期待され、脱炭素技術および多様なナノ材料応用分野における材料設計・評価の高度化に資するものと考えられます。



図１. クライオ透過型電子顕微鏡（cryo-TEM）の観察サンプルの模式図（左）と本研究で使用したcryo-TEM装置（CRYO ARM™ 300 II, JEOL ltd.）

用語解説

注1：クライオ透過型電子顕微鏡（cryo-TEM）
凍結した試料を液体窒素冷却下で透過電子顕微鏡により観察する技術。溶媒中のナノ粒子の状態を直接可視化できる。
注2：Voronoi分割
領域を平面上に配置された点を基準に、最も近い点に割り当てる領域に分割する数学手法。本研究では、粒子周辺の空間分布を定量化するために使用した。
注3：動的光散乱（DLS）
溶液中の粒子に光を当て、散乱光の時間変化を分析して粒径を測定する手法。体積加重平均の粒径が得られる。

論文情報

論文タイトル：Direct Visualization and Quantitative Analysis of Silica Nanoparticle Dispersion States in Saline Solution via Cryo-TEM
掲載誌：ACS Measurement Science Au（American Chemical Society）
DOI：10.1021/acsmeasuresciau.5c00158
著者： Masato Iwasawa *, Katsuya Miura, Masaya Kashihara, Hirotake Kitagawa, Masashi Ohno,
Daisuke Unabara, Tasuku Hamaguchi, Koji Yonekura
*責任著者：日産化学株式会社　物質科学研究所　岩澤柾人

詳細（プレスリリース本文）

問い合わせ先

東北大学 多元物質科学研究所 広報情報室
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