JP2008161817A - 中空マイクロカプセルの製造方法 - Google Patents
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- Manufacturing Of Micro-Capsules (AREA)
Abstract
【解決手段】水不溶性の高分子物質を含む水難溶性の有機溶剤溶液を、水媒体中に液滴として点在させた後,該液滴内部に気泡を発泡させ,気泡の周囲に殻となる水不溶性の高分子物質を凝集沈着させた後、有機溶剤を除去することにより中空マイクロカプセルを製造する。
【選択図】なし
Description
界面重合法は、界面における重合反応をマイクロカプセル化に利用するもので、多くの場合に縮重合反応が利用される。例えば、油溶性モノマーとしては酸クロライド、セバコイルクロライド、テレフタル酸クロライド、水溶性モノマーとしてポリアミン、ポリフェノールを用い、壁物質としてポリアミドやポリエーテルを用いて重合反応を起こし被膜することができる。コアセルベーション法は相分離とそれに基づく界面化学的な変化を利用している。例としては、ゼラチン−アラビアゴムの組み合わせによるマイクロカプセルが有名である。界面沈殿法は温度やpH等の条件の違いによる溶解度の差を利用して、液中に分散させた芯物質の表面に壁物質を付着させてカプセル化する方法である。
一方、熱膨張を利用する方法では気体を急激に膨張させるという手段を講じる必要があり、またその原理上、10μm以下のカプセルを作ることは難しく大きさもそろえることは困難であった。
また、これまでの通常のマイクロカプセルの製法では生成の初期において芯物質を乳化分散させる必要があった。
すなわち、この出願によれば、以下の発明が提供される。
(1)水不溶性の高分子物質を含む水難溶性の有機溶剤溶液を、水媒体中に、液滴として点在させた後,該液滴内部に気泡を発泡させ,気泡の周囲に殻となる水不溶性の高分子物質を凝集沈着させた後、有機溶剤を除去することを特徴とする中空マイクロカプセルの製造方法。
(2)中空マイクロカプセルが、単一の気泡とそれを被覆する殻からなり、そのカプセル直径が1μmから10μmの範囲内にあることを特徴とする(1)に記載の中空マイクロカプセルの製造方法。
(3)液滴の直径が、中空マイクロカプセルの粒子径の100〜1000倍であることを特徴とする(1)又は(2)に記載の中空マイクロカプセルの製造方法。
(4)液滴内に均一な径を持つ多数の気泡を発泡させることを特徴とする(1)から(3)の何れかに記載の中空マイクロカプセルの製造方法。
(5)液滴内に加圧ガスを溶解させ、過飽和状態を維持させた後、減圧し過飽和状態を解除して発泡させることを特徴とする(4)に記載の中空マイクロカプセルの製造方法。
(6)発泡後、液滴内の有機溶剤を除去することにより高分子物質の濃度を高め、気泡の周囲に高分子物質を凝集沈着させることを特徴とする(1)から(5)の何れかに記載の中空マイクロカプセルの製造方法。
(7)液滴が固化する前にその表面に生成する中空マイクロカプセルを分離することを特徴とする(1)から(6)の何れかに記載の中空マイクロカプセルの製造方法。
(8)水媒体が、液滴の融合防止剤を含有することを特徴とする(1)から(7)の何れかに記載の中空マイクロカプセルの製造方法。
(9)高分子物質が生分解性あるいは生体適合性を持つポリマーであることを特徴とする(1)から(8)の何れかに記載の中空マイクロカプセルの製造方法。
(10)高分子物質の濃度を変化させ、マイクロカプセルの殻の膜厚を制御することを特徴とする(1)から(9)の何れかに記載の中空マイクロカプセルの製造方法。
(1)マイクロカプセルの殻となる高分子物質(以下、殻物質ともいう)を含む有機溶剤の液滴を点在させ,液滴内部で発生させた微細気泡の各々の気液界面において殻物質を固化させて安定させることから、確実に単一の気泡を内部に含む中空のマイクロカプセルを製造することができ、品質と収率の大幅な向上が可能となる。
(2)粒径1μmから10μmの均一な中空のマイクロカプセルを製造できることから,超音波による血管造影剤などにも適用可能である。実際,生分解性のポリマーの一種であるポリ乳酸・グリコール酸共重合体(PLGA)で作成した造影剤用の非球体ポーラス体(J. A. Straub et al., Porous PLGA microparticles: AI-700, an intravenously administered ultrasound contrast agent for use in echocardiography, Journal of Controlled Release 108(2005), pp. 21-32.)と比較しても,本カプセルは球体かつ均一な薄い殻を持つカプセルであることから,その音響特性はより優れたものになる。
(3)カプセルの殻として高分子物質を原料とするので、殻形成が迅速で、幅広い、種々の中空ポリマーマイクロカプセルに適用でき、生分解性のポリマーを殻物質にした中空マイクロカプセルも生成できる。
(4)高分子物質の濃度を変化させ、マイクロカプセルの殻の膜厚を制御することができる。
ここでいう、「有機溶剤溶液を水媒体中に、液滴として点在させる」とは、「混合操作や攪拌操作更には乳化分散する操作を行わずに、有機溶剤溶液を水媒体中に添加することにより、水媒体中に有機溶剤溶液の液滴を数多く点状に作製すること」を意味する。
このため、本方法によれば、気泡径が著しく異なるマイクロカプセルや気泡が合一した不均一なマイクロカプセルあるいは気泡の全く存在しないカプセルの生成を防止することができ、単一の気泡からなり、その表面に殻物質が均一に被覆された中空マイクロカプセルを効率よく製造することができる。
よって,1〜数μmの均一な多数の気泡群を含む状態は,発生した気泡サイズより十分な大きさの液滴により達成できるが、エマルジョン分散液でこのような気泡群を内包することは困難となる。
また、1〜数μmの均一な多数の気泡群を含む状態になった液滴内部では,殻物質が表面エネルギーの違いから気泡界面に凝集沈着し,速やかに該気泡の周囲に殻物質が取り囲み気泡表面が安定化し、このことにより容易にそのカプセル構造が壊れない状態が実現される。またエマルジョンに比べ液滴の直径が大きいので、有機溶剤の乾燥速度が遅くなり、固化速度も遅くなるために.中空マイクロカプセルを固化前に効率よく取得することができるが、エマルジョン分散液を用いた場合には、有機溶剤の乾燥速度が速いため、このような作用効果は奏することができない。
このような高分子物質としては、たとえば、アクリル系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリ塩化ビニリデン系樹脂、ポリ酢酸ビニル系樹脂、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、乳酸とグリコール酸との共重合体、ポリ−ε−カプロラクトンおよびε−カプロラクトンと乳酸もしくはグリコール酸との共重合体、タンパク質などの生分解性あるいは生体適合性の高分子などが挙げられる。
本発明で好ましく使用される高分子物質は、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、乳酸とグリコール酸との共重合体、ポリ−ε−カプロラクトンおよびε−カプロラクトンと乳酸もしくはグリコール酸との共重合体、タンパク質などの生分解性あるいは生体適合性の高分子である。
有機溶剤に対する殻物質の使用濃度に格別の制限はないが、殻物質を水難溶性の有機溶剤に対し、好ましくは0.01質量%以上、より好ましくは0.1〜10質量%含有させる。この殻物質の濃度を調製することにより、中空マイクロカプセルの膜厚を所望により調製することができ、たとえば2mm以下のような薄いものとすることも可能である。
界面活性剤を用いた乳化分散法や混合攪拌法では、所望の液滴を形成することができない。
また、本発明においては、上記液滴が水中で融合しないように,融合防止剤を添加することもできる。このような融合防止剤としては、界面活性効果を有するような機能を有する物質を選定すればよい。このような合体防止剤としては、たとえば、ポリビニルアルコール、胆汁酸塩,アルギン酸塩,ポリエチレングリコールなどが挙げられる。特に好ましいこの態様として、ポリビニルアルコール(PVA)水溶液あるいは人体への影響の少ない胆汁酸塩水溶液を挙げることができ、その界面活性剤濃度は0.5〜2.0(質量)%が好ましい。
気泡を発泡させる手段に特に制限はなく、たとえば加圧ガスを溶液内に封入した後減圧する、加圧ガス封入法が好ましく使用される。
ガスの封入圧力に特に制限はないが、0.20MPa(2気圧)以上、好ましくは0.30MPa(3気圧)以上に保持するが、高くても2.0MPa(20気圧)程度である。
発泡状態が良好でない場合には、例えば超音波などの衝撃を与えることで、過飽和状態を解除すると、気泡の発泡性が改善され、多数の均一な気泡を形成することができる。
気泡の周囲に殻物質を効率的に凝集沈着させるには、発泡後、たとえば、水媒体系に追加的な水(有機溶剤の溶解度を高めるための水)を添加し、液滴内の有機溶剤を水中に吸収(溶解)させ、液滴内の殻物質の濃度を高め、気泡の周囲に高濃度の殻物質を凝集沈着させることが好ましい。また、液滴が固化する前にその表面に存在する各中空マイクロカプセルの各々を,水溶液を静止させた状態でも問題はないが,液滴周囲に穏やかな流れを生成して表面に生じたカプセルを素早く離脱させる態様を採ることが望ましい。
また、本発明の方法で得られる中空マイクロカプセルは、他のさまざまな用途に応用でき、化学工業用としては表面に触媒粒子等を吸着させることにより、沈降しない触媒として利用することができ、さらに、光の屈折率や透過率が中実の粒子と異なるため、光学材料あるいは化粧品等の分野にも応用することが可能である。
(1)300mLガラス圧力容器に濃度1%のポリビニルアルコール(PVA)水溶液100gを入れた。ポリ乳酸0.01gを塩化メチレン5mLに溶解させた溶液を,シリンジを用いて、上記PVA水溶液中に滴下し,直径0.5mmから5mmの塩化メチレン溶液の液滴(液滴)(図3)を作製し,水溶液中に沈めた。このとき液滴を乳化分散および攪拌しないように操作した。
(2)つぎにガラス圧力容器内を0.40MPa(4気圧)の空気で1時間加圧し,塩化メチレン液滴を含む水溶液中全体に空気を溶解させた。ガラス圧力容器を液滴同士が合体しないように静かに大気圧まで減圧し、塩化メチレン液滴中に数μmのサイズを持つ多数の気泡を作製した(図1)。なお、超音波による圧力刺激を与えて泡を促進させた。
(3)ついで、塩化メチレンが水溶液に少量溶解する性質を利用して,水を添加し、塩化メチレン液滴内部から塩化メチレンを数時間程度かけて徐々に水に吸収させた。塩化メチレンが水に吸収されることにより,時間の経過と共に液滴サイズが小さくなるとともに液滴中のポリ乳酸の濃度が上昇した(図4)。また,吸収された塩化メチレンはその高い揮発性により大気中に蒸散した。
(4)この発泡で液滴内に生じた気泡の周囲には速やかにポリ乳酸が凝集沈着し,薄い殻を生成して安定することから,塩化メチレン吸収過程ともに液滴表面に一つの気泡を含んだ多数の中空カプセルが現れた(図5)。
(5)液滴内の塩化メチレンが全て吸収され完全に固まる前に,表面に現れた中空カプセルを水溶液中に分離放出させることにより,一つの液滴より直径が1μm〜10μmの多数の中空カプセルを得ることができた。
(6)塩化メチレンが全て水に吸収され,大気中に蒸散した後,水溶液中には最終的にポリ乳酸を殻物質とする中空マイクロカプセルと50μm〜200μmの大きさを持つポリ乳酸中実粒子が生起した。図6にポリ乳酸中実粒子を示す.表面がクレーター状になっており,カプセルが分離した形跡がしっかりと残っていることが分かる。
(7)フィルターを用いてポリ乳酸粒子を濾別し、濾液中の水分を蒸散させて生成した中空マイクロカプセルを得た。
得られた中空マイクロカプセルの粒径分布を,図5に示した顕微鏡写真より,表面に生じたカプセル直径を直接測定して求めた.その結果を図7に示す。図7から、粒径分布が均一でほぼ10μm以下のサイズとなっていることがわかる。
なお、ポリ乳酸に水に溶解しない蛍光物質を含有させて作成した本中空マイクロカプセルの蛍光写真を図8に示す。蛍光している部分がポリ乳酸の存在する部分である。図8から、本カプセルはその内部に一つの気泡を含み、殻の厚さが2μm〜10μmの気泡から形成されていることがわかる。
Claims (10)
- 水不溶性の高分子物質を含む水難溶性の有機溶剤溶液を、水媒体中に液滴として点在させた後,該液滴内部に気泡を発泡させ,気泡の周囲に殻となる水不溶性の高分子物質を凝集沈着させた後、有機溶剤を除去することを特徴とする中空マイクロカプセルの製造方法。
- 中空マイクロカプセルが、単一の気泡とそれを被覆する殻からなり、そのカプセル直径が1μmから10μmの範囲内にあることを特徴とする請求項1に記載の中空マイクロカプセルの製造方法。
- 液滴の直径が、中空マイクロカプセルの粒子径の100〜1000倍であることを特徴とする請求項1又は2に記載の中空マイクロカプセルの製造方法。
- 液滴内に均一な径を持つ多数の気泡を発泡させることを特徴とする請求項1から3の何れかに記載の中空マイクロカプセルの製造方法。
- 液滴内に加圧ガスを溶解させ、過飽和状態を維持させた後、減圧し過飽和状態を解除して発泡させることを特徴とする請求項4に記載の中空マイクロカプセルの製造方法。
- 発泡後、液滴内の有機溶剤を水中に吸収させることにより高分子物質の濃度を高め、気泡の周囲に高分子物質を凝集沈着させることを特徴とする請求項1から5の何れかに記載の中空マイクロカプセルの製造方法。
- 液滴が固化する前にその表面に生成する中空マイクロカプセルの各々を分離することを特徴とする請求項1から6の何れかに記載の中空マイクロカプセルの製造方法。
- 水媒体が、液滴の融合防止剤を含有することを特徴とする1から7の何れかに記載の中空マイクロカプセルの製造方法。
- 高分子物質が生分解性あるいは生体適合性を持つポリマーであることを特徴とする請求項1から8の何れかに記載の中空マイクロカプセルの製造方法。
- 高分子物質の濃度を変化させ、マイクロカプセルの殻の膜厚を制御することを特徴とする請求項1から9の何れかに記載の中空マイクロカプセルの製造方法。
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