共同研究報告書提出

共同研究報告書

研究区分	一般研究
研究課題	卓上型クライオ顕微鏡による雪・氷の観察手法に関する研究
新規・継続の別	継続（R06年度から）
研究代表者／所属	株式会社ドキュメンタリーチャンネル
研究代表者／職名	代表取締役
研究代表者／氏名	藤原英史

研究分担者／氏名／所属／職名
	氏　　名	所　　属	職　　名
1	大野輝昭	株式会社テクネックス工房	代表取締役
2	高橋庸哉	北海道教育大学札幌校	名誉教授
3	木村勇気	北大低温研
4	福井学	北大低温研
5	山崎智也	北大低温研

研究目的	雪や氷の結晶を無蒸着のまま走査電子顕微鏡（SEM）で直接観察できる技術を開発することは、低温研の創設に関わった中谷宇吉郎先生によって進められた雪や氷の研究のさらなる発展につながる。研究代表者の藤原と分担者の大野は、世界で初めてのコンセプトとなる卓上型クライオ光顕-低加速電圧SEMの開発に成功した。従来の大型のクライオSEMとは異なり、小型で持ち運びが可能なため、様々なフィールドや環境に持ち込んで、凍結試料を光および電子で観察することが可能である。研究開発機を用いて、低温研の専門家らと、雪・氷の結晶などの観察を実際に行い、観察手法や条件などを検討しながら、新規性の高いデータを取得する。
SEM images of a sublimation process of snow
研究内容・成果	2026年2月、北海道旭岳山麓において、これまでの研究で編み出した雪結晶の撮影方法を用いて、天然雪の結晶を光学顕微鏡＆SEM観察した。雪の結晶の多くは、薄く平らで、腕を六方向に伸ばした状態で広がっており、立方体や多面体に近い通常の氷よりも、体積当たりの表面積が大きい。そのため、高真空環境下にあるSEMの試料室内（10-3Pa程度）に導入すると、瞬く間に昇華して消えてしまう。また、SEMの観察中は、電子ビームを氷に照射することによって熱が発生し、さらに昇華が促進されることになる。そのため、雪の結晶をSEMで撮影するには、まず、昇華速度をできる限り遅らせるための環境条件を整える必要がある。そこで、卓上型クライオ顕微鏡の準備として、試料室内にある試料ホルダーの温度をあらかじめ-120℃以下に冷やしておいた。また、試料室に設置したニードルバルブで、10-1Pa程度に調整した。これまでの私たちの研究から、1～2Pa程度でも観察は可能であることがわかっているが、かなりノイズの大きい画像になるため、画質を考慮し、真空度をほどほどに保つことにした。雪結晶の両面の観察を行うため、直径3mmの穴を開けた両面がすり鉢状のアルミ試料台（直径15mm、厚さ5mm）に、糊状の凍結組織切片作成用の試薬を塗り、一片の天然雪結晶を張り付けて、動かないように固定した。 SEMの前に光学レンズで撮影を行うが、試料室が真空下にあるため、その数分間ですら、わずかに昇華が進んでしまう。そこで、光学レンズで撮影する数分間だけは、-120℃以下に冷やした試料ステージのある試料室に、霜が付くことを防止するため乾燥空気を満たすことで、大気圧に戻した。2026年は新たに、試料室に導入する前に透過光観察できる外付けのユニットを増設することで、透過光撮影もできるシステムにした。　同一の雪試料に対し、透過光、斜光、同軸落射光、SEM像、さらに、試料をひっくり返すことで反対面のSEM像の取得に成功した。この観察方法の確立により、これまで不明であった雪結晶の模様の立体的な構造を詳細に捉え、さらに、連続的なSEM撮影による雪結晶の昇華過程で現れてくる内部の形態から、その生成過程を読み解くことが現実的になってきた。今後は、低温室での人工雪結晶の観察結果と突き合わせながら研究を進める計画である。　研究成果は、2025年6月の電子顕微鏡学会（福岡）で、研究代表者の藤原が口頭発表を行った。現在、投稿論文の作成を進めており、2026年3月には、投稿できそうなスケジュールで進めている。また、この2月に行った最新の研究結果の成果は、2026年11月には、結晶成長学会（札幌）にて、発表を行う予定である。また、論文になった後には、こうした最新の研究成果を一般社会にわかりやすく広めるため、テレビの科学番組などにおいて教育・普及活動を行っていく。
SEM images of a sublimation process of snow
成果となる論文・学会発表等	●学会発表 2025年6月10日～6月13日「日本顕微鏡学会第81回学術講演会」（福岡）卓上型クライオ光顕-低加速電圧SEMを用いた天然雪の無蒸着その場観察藤原英史、大野輝昭、高橋庸哉、山﨑智也、福井学、古川義純、木村勇気