メソクリスタル

メソ結晶は、同様の大きさと形状を持つ多数の小さな結晶が規則的な周期的パターンで配置された物質構造です。これは配向集合体の一種で、小さな結晶は結晶学的には平行に 配列していますが、空間的には分離しています。^[2]

個々の成分のサイズがナノスケールの場合、メソ結晶は結晶学的に配向されたナノ粒子から作られた新しい種類のナノ構造固体を表します。材料がメソ結晶であるかどうかを判断する唯一の基準は、その形成メカニズムではなく、独自の結晶学的階層構造です。^[3]

ヘルムート・コルフェンは2005年にバイオミネラルの研究中にメソ結晶を発見し命名した。^[4]彼は、その成長は非古典的な自己組織化に基づくプロセスによるものだと示唆した。^[3]

メソクリスタルはメソスコピック構造結晶の略称で、個々のサブユニットが個々の原子である従来の結晶と同様に、完全な3D秩序を形成することが多い。^[3]

これは、有機マトリックスの区画に結晶質が満たされることでメソ結晶が形成されるときです。この結晶質は有機マトリックスによって配向されます。これがバイオミネラリゼーションのプロセスであり、自然界でメソ結晶が生成される方法です。^[3]

ほとんどの場合、メソ結晶は溶液中でナノ粒子を形成します。これらのナノ粒子は、添加物なしで結晶構造に凝集して配置されます。^[3]この秩序化の主な原因は、テンソル分極力と双極子場です。^[5]

ナノ結晶の形成とともに、鉱物橋の形成が起こります。この段階では、ナノ粒子の表面にポリマーが吸収されることにより成長が抑制されます。ここで、ナノ結晶の成長阻害層内の欠陥部位に鉱物橋が核形成します。これにより、鉱物橋上に新しいナノ結晶が成長し、ポリマーによって再び成長が停止します。このプロセスは、結晶が成長するまで繰り返されます。^[3]

メソ結晶の形成に関するこの議論では、反応が起こる限られた空間のみが必要であるとしている。ナノ粒子が結晶に成長すると、そのような限られた空間内で互いに整列する以外に選択肢はない。^[3]

メソ結晶はユニークな構造的特徴を持ち、その構造から生じる物理的および生理化学的特性により、関心の対象となっています。メソ結晶は、不均一 光触媒、電極、オプトエレクトロニクス、生体医学材料、軽量構造材料など、さまざまな用途で役立つことが期待されています。^[5]

メソ結晶を将来の用途に使えるものにしているのは、ナノ粒子、メソポーラス、単結晶材料と共通する特性です。メソ結晶はナノ粒子で構成されているため、ナノ粒子自体の特性が、場合によってはメソ結晶構造全体に伝わります。これにより、メソ結晶は「ナノ粒子材料のより安定した類似物」となるため、実用化が可能になります。高い多孔性は一般にメソ結晶の特性であり、これはメソポーラス材料と共有される特性です。閉じた内部の細孔は熱および誘電絶縁に適しており、開いた細孔は吸収を助け、医療用送達に利用できます。あるいは、メソ結晶の細孔が満たされると、単結晶材料に似たものになり、いくつかの珍しい電子的および光学的特性を持つようになります。メソ結晶の特性の多様性により、多くの用途で効果的に利用できるようになります。^[5]

ウニの棘は、非結晶性炭酸カルシウム（8%）のマトリックス内の方解石ナノ結晶（92%）のメソ結晶で構成されています。この構造により、棘は硬くなり、衝撃を吸収する性質も持ち、この特殊な性質により、捕食者に対する効果的な防御となります。^{[6]メソ結晶は、一部の}卵の殻、サンゴ、キチン、ムール貝の殻にも見られます。^[3]