JP2008142609A - ナノオーダ粒子製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水中に分散したナノオーダの粒子を凝集又は固化させることなく取り出すことができるナノオーダ粒子製造装置を提供すること。
【解決手段】内部を加熱し、加圧することのできる容器と、前記容器内に二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給手段と、前記容器内に、超臨界状態の二酸化炭素に溶解し、且つ水中に分散可能な粒子を形成する分散質成分を供給する分散質成分供給手段と、前記容器内に水を供給する水供給手段と、前記容器内で超臨界状態に形成された二酸化炭素と前記分散質成分とを混合し、水を添加して水中にナノオーダの分散質粒子を分散してなる水中粒子分散液を、４０〜９０℃に保持しつつ、容器外へ取り出す回収手段と、を有することを特徴とするナノオーダ粒子製造装置。
【選択図】図１

Description

この発明は、ナノオーダ粒子製造装置に関し、特に、水中に分散させた分散質成分を凝集又は固化させることなく取り出すことができるナノオーダ粒子製造装置に関する。

特許文献１には、「・・・耐圧反応器と、・・・水相流入手段を有することを特徴とする封入物質を内包したリポソームの製造装置」（特許文献１の請求項７参照）が記載されており、リポソーム排出手段を設けることも記載されている（特許文献１の請求項９、図２及び図３参照）。「水相を一定量滴下したあと、減圧し耐圧反応器１を開けると、封入物質が内包されたリポソームが得られる」（特許文献１の（第１実施形態）欄参照）旨の記載があるが、「リポソーム排出手段」についての具体的な説明はなされていない。

一方、本願発明者らは動物性油脂、石油系油脂又は植物性油脂等の分散質成分を超臨界状態の二酸化炭素に溶解させた後、水を注入し、水中にナノオーダの粒子を分散させる装置及び方法について検討していた。しかし、生成した分散質成分の粒子を凝集又は固化させることなくナノオーダの粒子の状態で安定に回収するのが困難であるという問題を抱えていた。

国際公開ＷＯ２００２／０３２５６４パンフレット

この発明が解決しようとする課題は、ナノオーダの分散質成分を凝集又は固化させることなく取り出すことができるナノオーダ粒子製造装置を提供することである。

請求項１は
内部を加熱し、加圧することのできる容器と、
前記容器内に二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給手段と、
前記容器内に、超臨界状態の二酸化炭素に溶解し、且つ水中に分散可能な粒子を形成する分散質成分を供給する分散質成分供給手段と、
前記容器内に水を供給する水供給手段と、
前記容器内で超臨界状態に形成された二酸化炭素と前記分散質成分とを混合し、水を添加して水中にナノオーダの分散質粒子を分散してなる水中粒子分散液を、４０〜９０℃に保持しつつ、容器外へ取り出す回収手段と、を有することを特徴とするナノオーダ粒子製造装置であり、
請求項２は、
前記容器内に、界面活性剤を供給する界面活性剤供給手段を備えて成る前記請求項１に記載のナノオーダ粒子製造装置であり、
請求項３は、
前記容器内を、３００〜１０００ｒｐｍの回転速度で攪拌する攪拌手段を備えて成る前記請求項１又は２に記載のナノオーダ粒子製造装置である。

この発明は、水中に分散したナノオーダの分散質粒子を、凝集又は固化することなく、安定した状態で取り出すことのできるナノオーダ粒子製造装置を提供することができる。

図１を参照しながら、この発明のナノオーダ粒子製造装置を説明する。

この発明の一実施例であるナノオーダ粒子製造装置１は、容器２と、二酸化炭素供給手段３と、分散質成分供給手段４と、水供給手段５と、回収手段６とを有する。

前記容器２は、容器内部を加熱することができ、かつ耐圧に形成されて成る。容器２は、二酸化炭素の亜臨界状態又は超臨界状態実現温度以上でかつ分散質成分の溶融温度以上に容器２内を加熱できる加熱手段２Ａと、二酸化炭素の亜臨界状態又は超臨界状態実現圧力以上の圧力に耐えることができる耐圧構造とを備えた容器であれば特に限定されず、例えばオートクレーブ等を採用することができる。前記容器の形状は、種々の形状を採用可能であり、例えば円柱型、多角柱型、円錐型又は多角錐型等を挙げることができる。また、前記加熱手段は、図１では容器２の外周面に取り付けられているが、容器内に、好ましくは後記の水中粒子分散液に接触可能な位置、例えば容器の底部近傍に取り付けることもできる。加熱手段としては、例えば容器の内部を加熱することのできる仕組みであれば特に制限がなく、例えば電熱ヒータ、熱水バス、オイルヒータ、テープヒータ及びパイプヒータ等を設けることもできる。

前記容器２の容積は、二酸化炭素と分散質成分と水との所定量を収容可能であればよく、規模に応じて適宜に変更可能である。

また、図１に示される前記容器２には、効率的に後記の分散質成分と二酸化炭素とを混合し、水中に分散質成分を分散させる部材として撹拌手段７が取り付けられている。この発明のナノオーダ粒子製造装置においては、ナノオーダの粒子径を実現できる限り撹拌手段を設けるのが好ましい。撹拌手段７は、図１のように容器２外から容器２内に挿通した軸と該軸の一端に設けられた撹拌翼とを有し、軸を回転することにより撹拌翼を回転させて容器２内を撹拌することができる。該撹拌翼の形状は、例えばプロペラ型又はピッチ付平羽根等を採用することができ、さらにより効率的に撹拌するために撹拌翼を軸に複数個設け、かつ撹拌翼を互い違いに配置することもできる。図１の撹拌手段７以外の撹拌手段としては、種々の撹拌手段を用いることができ、例えば容器を固定して成る台座（図示せず）をクランク等により左右あるいは上下に振盪することにより撹拌する撹拌手段又は磁気撹拌子を入れて撹拌する撹拌手段等を挙げることができる。

撹拌手段７の回転速度は３００〜１０００ｒｐｍが好ましく、回転速度が３００ｒｐｍ未満であると分散質成分を所望のナノオーダの粒子として分散することが困難であり、回転速度が１０００ｒｐｍを超えると、回転速度を大きくするに応じた粒子径の変化が生じにくくなることがある。

図１の前記二酸化炭素供給手段３は、前記容器２内に二酸化炭素を供給することができ、二酸化炭素を貯留するガス貯留槽３Ａ及びガス貯留槽３Ａと前記容器２とを接続する二酸化炭素の流路３Ｂを有する。前記二酸化炭素供給手段３により前記容器２に二酸化炭素を供給するときに、前記容器２に二酸化炭素を供給する前に予め亜臨界状態又は超臨界状態にし、次いで前記容器２に供給する場合と、前記容器２内で二酸化炭素を亜臨界状態又は超臨界状態にする場合とがあるが、いずれの場合を採用しても良い。前者の場合では、前記ガス貯留槽３Ａ又は前記流路３Ｂに、加圧手段（図示せず）及び加熱手段（図示せず）を設け、前記二酸化炭素供給手段３を耐圧構造にすることにより、亜臨界状態又は超臨界状態の二酸化炭素を前記容器２に供給することができるので、前記容器２内で分散質成分と混合するまでの時間を短縮できる。後者の場合では、前記流路３Ｂ等に例えばコンプレッサー等の加圧手段を設けるだけで済み、余分な加圧手段及び加熱手段等を設ける必要がなく、ナノオーダ粒子製造装置１の構造の簡素化を図ることができる。

前記容器２に供給される二酸化炭素は、前記容器２内で６．５〜２０ＭＰａの圧力に保持され、亜臨界状態又は超臨界状態で分散質成分と混合されるのが好ましい。

図１の前記分散質成分供給手段４は、前記容器２内に分散質成分を供給することができ、注入手段４Ａとこの注入手段４Ａから前記容器２に接続される分散質成分の流路４Ｂとを有する。この発明のナノオーダ粒子製造手段において、注入手段には、例えばシリンジ等の内容物を押し出すことのできる部材を採用することができ、分散質成分の流路には、その途中に例えばポンプ又は弁等の流量調節手段を配置することができる。前記分散質成分供給手段４により前記容器２に分散質成分を供給する態様として、前記容器２内で分散質成分を溶融温度以上に加熱して二酸化炭素と混合する態様と、前記容器２内に供給する前に予め分散質成分を溶融温度以上に加熱して、溶融状態の分散質成分を二酸化炭素と混合する態様とが挙げられる。いずれの態様を選択するかは特に制限されないが、前者の態様は、前記容器２で加熱を行うだけで二酸化炭素の亜臨界状態又は超臨界状態実現温度以上でかつ分散質成分の溶融温度以上に昇温可能なので、余分な加熱手段等を設ける必要がなく、ナノオーダ粒子製造装置１の構造の簡素化を図ることができ、後者の態様は、前記分散質成分供給手段４に加熱手段（図示せず）等を取り付け、それにより溶融状態の分散質成分を前記容器２に供給し、二酸化炭素と混合して迅速に次の水を供給する操作を行うことができ、操作の時間を短縮することができる。

この発明のナノオーダ粒子製造装置に好適に用いることができる分散質成分は、例えば油脂類である牛脂、豚脂、パラフィン、ライスワックス、ナタネ油、ツバキ油及びヤシ油等、ロウ類であるミツロウ、鯨ロウ及びカルナウバロウ等の油性成分を挙げることができる。また、分散質成分として、化粧品及び医薬品などの水溶性有効成分例えばＬ−アスコルビン酸、リン酸Ｌ−アスコルビルマグネシウム、アスコルビン酸グリコシド、グリチルリチン酸ジカリウム、β−グリチルレチン酸、グリチルレチン酸アンモニウム、グリチルレチン酸ステアリル、エスチン、エスクリン、パントテニルアルコール、パントテン酸塩、チアミン、フラビン、葉酸、非ステロイド系抗炎症薬、ケトプロフェン、イブプロフェン、ブフェキサマク、インドメタシン等、及び油溶性成分例えばコレステロール等を挙げることができる。この発明に係るナノオーダ粒子製造装置によると、前記分散質成分として前記水溶性有効成分又は油溶性成分を選択し、後述するリン脂質等の界面活性剤を使用することによりリポソーム等の分散粒子を形成することができる。

前記分散質成分供給手段４により前記容器２に供給される分散質成分の量は、０．１〜１質量部／水１００質量部が好ましい。分散質成分の量が０．１質量部／水１００質量部未満であると、ナノオーダ粒子の製造効率が低下することがあり、１質量部／水１００質量部を超えると、水中の分散質成分の存在比が過大となり、撹拌等によってナノオーダを実現することが困難になることがある。

図１における前記水供給手段５は、前記容器２内に水を供給することができ、貯水槽５Ａ及び貯水槽５Ａから前記容器２に接続される水の流路５Ｂとから成る。前記容器２内に水を供給する際に、例えば常温（２５℃）の水を前記容器２に供給することにより、前記容器２内が二酸化炭素の亜臨界状態又は超臨界状態実現温度以下又は分散質成分の溶融温度以下となることがある。前記容器２内が二酸化炭素の亜臨界状態又は超臨界状態実現温度以下又は分散質成分の溶融温度以下となると、分散質成分が凝集又は固化し易くなることがあるので、分散質成分の凝集又は固化を防ぐために、水供給手段５に加熱手段（図示せず）を取り付けるのが好ましい。また、水の供給量は１〜５ｍｌ／ｍｉｎが好ましく、水の供給量が１ｍｌ／ｍｉｎ未満であると水の供給量の変化に応じた分散効率の変化が得られないことがあり、５ｍｌ／ｍｉｎを超えると分散質成分が充分に分散できないことがあるので、流路５Ｂに例えばポンプ及び弁等の流量調節手段（図示せず）を配設するのが好ましい。

前記容器内の分散質成分と二酸化炭素と水との量比は、分散質成分０．１〜１質量部／二酸化炭素６０〜６００質量部／水１００質量部が好ましい。二酸化炭素が６０質量部未満であると、好適に分散質成分を水に分散できないことがあり、６００質量部を超えると、二酸化炭素の混合量の増減が分散質成分の水への分散効率に影響しなくなることがある。

図１に示される前記回収手段６は、吸入手段６Ａと前記容器２から吸入手段６Ａまでの水中粒子分散液の流路６Ｂとから成り、水中にナノオーダの分散質成分を分散してなる水中粒子分散液を、容器２外へ取り出すことができる。この発明のナノオーダ粒子製造装置の吸入手段は特に限定されず、例えばシリンジ又はポンプ等の吸入手段を好適に用いることができる。

前記回収手段６では水中粒子分散液を前記容器２外に取り出すとき、水中粒子分散液を急冷せずに好ましくは４０〜９０℃の範囲で温度を保持するとよい。水中粒子分散液が、４０℃未満であると分散質成分の溶融温度以下に達して分散質成分の固化等が起こることがあり、９０℃を超えると水の蒸発が起こり易くなるので過剰の水が必要となって効率的でないことがある。水中粒子分散液の温度を４０〜９０℃に保持可能なように、流路６Ｂは例えば断熱管状部材で形成され、又は例えばコードヒータ等の加熱手段を流路６Ｂに倦着することができる。

また、前記回収手段６により水中粒子分散液を前記容器２外に取り出すときに、図１に示されるように排気手段９を設けて前記容器２内を減圧する。この発明のナノオーダ粒子製造装置には、容器内を減圧できる限り種々の減圧手段を用いることができ、例えば背圧弁等の部材を採用することができる。該排気手段９で排気される二酸化炭素を回収して、この発明のナノオーダ粒子製造装置に再利用することもできる。前記容器２内は０．５〜１時間で０．１〜１ＭＰａの圧力まで減圧する。急激に減圧すると排気手段９で二酸化炭素と水とが噴出して、水中に分散している分散質成分が凝集又は固化することがある。容器２内が所定の圧力まで減圧された後、吸入手段６Ａで水中粒子分散液の回収を開始する際に、分散質成分の凝集又は固化を防ぐことができるように、容器２内と流路６Ｂと吸入手段６Ａとの圧力が均一であるのが望ましく、流路６Ｂに例えばニードル調整弁等の圧力調整手段を好適に用いることができる。

さらにこの発明のナノオーダ粒子製造装置の他の実施態様として、図２に示される態様がある。図２の実施態様は、界面活性剤供給手段が設けられている点で図１の実施態様と相違している。界面活性剤を容器内に混合すると、界面活性剤が分散質成分と水との液−液界面に吸着するのでナノオーダの粒子をより安定化させることができる。また、界面活性剤の種類又は混合量により、例えば界面活性剤がベシクル（vesicle）様の二分子層膜を形成し、例えばリポソームが形成される。

界面活性剤を用いることによりベシクル様の二分子層膜を形成する場合、界面活性剤の一枚膜又は多重膜で形成されたリポソームに分散質成分が内包されている状態となることがある。界面活性剤及び分散質成分が生理活性な物性を有するときには、例えば回収した水中粒子分散液を化粧品等に用いることができる。このとき、生体に悪影響を及ぼさない範囲で分散質成分を分散させる水に他の溶媒、例えばエタノール等を添加することにより、水中粒子分散液の生態への吸収等を促進することもできる。この発明のナノオーダ粒子製造装置に用いることができる界面活性剤としては、例えばシリコーン界面活性剤、フッ素系界面活性剤、エステル型第４級アンモニウム塩、エステルアミド型第４級アンモニウム塩及びアルキルヒドロキシプロピルアルギニン塩等を挙げることができる。

また、混合する界面活性剤の濃度は、界面活性剤によって性状が大きく異なるので一概に決定できないが、例えば炭素数１２の界面活性剤を用いた場合は０．１〜３０ｍＭが好ましく、界面活性剤が０．１ｍＭ未満であると、臨界ミセル濃度以下であり、界面活性剤が分散質成分と水との液−液界面に充分に吸着しないことがあり、３０ｍＭを超えると、界面活性剤が充分に分散質成分と水との液−液界面に吸着し、飽和状態となることがある。

以上の構成を有するナノオーダ粒子製造装置１は、以下のように作用する。

図１において、まず分散質成分供給手段４により分散質成分を容器２に供給する。分散質成分を容器２内で溶融する場合は、注入手段４Ａにより流路４Ｂを通って容器２に分散質成分を供給し、容器２内で加熱手段２Ａにより加熱して分散質成分を溶融する。溶融状態の分散質成分を容器２に供給する場合は、前記分散質成分供給手段４に取り付けられる加熱手段により分散質成分を予め溶融状態にし、溶融状態の分散質成分を分散質成分供給手段４で容器２に供給する。

次いで、二酸化炭素を容器２に供給する。二酸化炭素を容器２内で亜臨界状態又は超臨界状態にする場合は、前記流路３Ｂ等に設けられる例えばコンプレッサー等の加圧手段を用いて容器２に二酸化炭素を圧入する。亜臨界状態又は超臨界状態の二酸化炭素を容器２に供給する場合は、前記ガス貯留槽３Ａ又は前記流路３Ｂに設けられる図示しない加圧手段及び加熱手段により、前記二酸化炭素供給手段３内で二酸化炭素が亜臨界状態又は超臨界状態に達し、超臨界状態の二酸化炭素を前記容器２に供給する。

次に、撹拌手段７により分散質成分と二酸化炭素とを充分に混合する。二酸化炭素を供給、加圧した後、容器２内の圧力が一定となるまで撹拌手段７で撹拌するのが好ましい。

分散質成分と二酸化炭素とが混合された容器２に水を供給する。所定の流量で水供給手段５により容器２に水を供給する。このとき、水中に分散質成分が均一に分散し、かつ容器２内の圧力が一定になるまで撹拌手段７により撹拌すると効果的である。

また、図２の実施態様を採用して界面活性剤供給手段９を設けたときは、水を容器２内に供給した後に界面活性剤を容器２に供給することが望ましい。界面活性剤を供給する場合は、水中に界面活性剤と分散質成分とが均一に分散し、かつ容器２内の圧力が一定になるまで撹拌手段７により撹拌すると効果的である。

さらに、容器２内を減圧する。容器２内を４０〜９０℃に保持しつつ、所定の圧力まで排気手段８により減圧する。排気手段８には適宜のガス収集手段を配設することができ、収集した二酸化炭素はナノオーダ粒子製造装置に再利用することができる。

回収手段６により水中粒子分散液を回収する。水中にナノオーダの分散質成分が分散した水中粒子分散液を４０〜９０℃に保持しつつ、容器２内の減圧後の圧力を流路６Ｂ及び吸入手段６Ａで急変させないように容器２外へ取り出すのが好ましい。

（実施例１）
８５℃に加熱した容器内で蜜蝋０．２ｇを溶融し、次いで二酸化炭素２００ｇを注入して１５ＭＰａまで加圧し、さらに撹拌手段により６００ｒｐｍで撹拌した後に水３５ｇを加えて充分に撹拌した。撹拌後、容器を８５℃に保持しつつ３０分間で０．５ＭＰａまで減圧し、回収手段によりナノオーダの粒子を回収した。回収した粒子の粒度分布測定を日機装株式会社製のマイクロトラックＵＰＡにより行った。最小粒径が７０ｎｍの粒子を得た。

（実施例２）
８５℃に加熱した容器内でパラフィン０．４ｇを溶融し、次いで二酸化炭素２００ｇを注入して１５ＭＰａまで加圧し、さらに撹拌手段により６００ｒｐｍで撹拌した後に水７０ｇを加えて充分に撹拌した。撹拌後、容器を８５℃に保持しつつ３０分間で０．５ＭＰａまで減圧し、回収手段によりナノオーダの粒子を回収した。回収した粒子の粒度分布測定を日機装株式会社製のマイクロトラックＵＰＡにより行った。最小粒径が７０ｎｍの粒子を得た。

（実施例３）
８５℃に加熱した容器内でライスワックス０．２ｇを溶融し、次いで二酸化炭素２００ｇを注入して１５ＭＰａまで加圧し、さらに撹拌手段により６００ｒｐｍで撹拌した後に水１００ｇを加えて充分に撹拌した。撹拌後、容器を８５℃に保持しつつ３０分間で０．５ＭＰａまで減圧し、回収手段によりナノオーダの粒子を回収した。回収した粒子の粒度分布測定を日機装株式会社製のマイクロトラックＵＰＡにより行った。最小粒径が７０ｎｍの粒子を得た。

図１は、この発明の一実施例であるナノオーダ粒子製造装置の概略図である。 図２は、この発明の他の一実施例であるナノオーダ粒子製造装置の概略図である。

符号の説明

１ ナノオーダ粒子製造装置
２ 容器
２Ａ 加熱手段
３ 二酸化炭素供給手段
３Ａ ガス貯留槽
４ 分散質成分供給手段
４Ａ 注入手段
５ 水成分供給手段
５Ａ 貯水槽
６ 回収手段
６Ａ 吸入手段
７ 撹拌手段
８ 排気手段
９ 界面活性剤供給手段
３Ｂ、４Ｂ、５Ｂ及び６Ｂ 流路

Claims (3)

1. 内部を加熱し、加圧することのできる容器と、
   前記容器内に二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給手段と、
   前記容器内に、超臨界状態の二酸化炭素に溶解し、且つ水中に分散可能な粒子を形成する分散質成分を供給する分散質成分供給手段と、
   前記容器内に水を供給する水供給手段と、
   前記容器内で超臨界状態に形成された二酸化炭素と前記分散質成分とを混合し、水を添加して水中にナノオーダの分散質粒子を分散してなる水中粒子分散液を、４０〜９０℃に保持しつつ、容器外へ取り出す回収手段と、を有することを特徴とするナノオーダ粒子製造装置。
2. 前記容器内に、界面活性剤を供給する界面活性剤供給手段を備えて成る前記請求項１に記載のナノオーダ粒子製造装置。
3. 前記容器内を、３００〜１０００ｒｐｍの回転速度で攪拌する攪拌手段を備えて成る前記請求項１又は２に記載のナノオーダ粒子製造装置。

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