JP2008523192A - ポリマーフォームビーズまたはバルーンを製造するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、ポリマーフォームビーズまたはバルーンを製造するための方法および装置に関する。この方法には以下の工程が含まれる：
ａ）有機相の中で水相Ｗ_１をカプセル化させることにより、有機相を用いた液状ビーズまたは液状バルーンを形成させる工程；
ｂ）その液状ビーズまたはバルーンを水相Ｗ_２の中に懸濁させる工程；
ｃ）そのようにして形成された前記エマルションを、この相がゲル化するに必要な時間、前記重合開始剤が５〜１５分の分解半減期を有するようになる温度に少なくとも等しいが、有機相の崩壊温度よりは低い温度θにさらす工程；および
ｄ）その有機相の固化を完了させる工程。
用途：特に、慣性閉じこめ核融合研究のためのターゲットの製作、固相合成を目的とするマトリックス、タンパク質タイプの生物学的成分の特異的な固定化、あるいは高処理生物学的試験の実施などに使用されるマイクロバルーンの製造。

Description

本発明は、ポリマーフォームビーズまたはバルーンを製造するための方法に関すると共に、その方法を実施するために特別に設計された装置に関する。

以下の記載および上述の記載において、「ビーズ」という用語は、完全な球状物または準球状物を意味すると理解されるべきであるのに対して、「バルーン」という用語は、壁で囲まれた中に空洞を含む球状物または準球状物を意味すると理解されるべきである。

本発明による方法を用いることにより、特に、完全に調節された幾何学的特性（サイズ、真円性、同心性など）を有し１マイクロメートル未満の孔径を有する、ポリマーフォーム「マイクロバルーン」（すなわち、数百マイクロメートルから数ミリメートルまでの直径を有するバルーン）を高収率で製造することが可能となる。

それらのマイクロバルーンは、プラズマ物理学の分野、特に慣性閉じこめ核融合の研究のためのターゲットを製造するのに特に有用であるが、それらはさらに、その他の分野、たとえば、固相合成のためのマトリックスの製造、タンパク質タイプの生物学的成分を特異的に固定化させるため、あるいは高処理速度生物学的試験の実施のために、使用することも可能である。

慣性閉じこめ核融合現象を研究するためのターゲットを製造するのに、直径が１〜数ミリメートルで、壁の厚みが約３０〜５００ミクロンのポリマーフォームマイクロバルーンを用い、次いでその壁面を通過させて重水素、または重水素と三重水素との混合物をそれに充填させることが知られている。

それらのマイクロバルーンは、いくつかの要件、特に最も完全な真円性（真球度）および可能な限りの同心性を満たしていなければならない。

そのようなマイクロバルーンを製造するための最も一般的な経路は、まず、架橋性モノマーと重合開始剤の両方を含む有機相の中で、第一の水相を包み込ませることにより、液状の形態のそれらのマイクロバルーンを形成させ、次いで、そのように形成された液状のマイクロバルーンを、この相の中に存在するモノマーを重合させ、得られたポリマーを架橋させることによって、その有機相を固化させるのに必要な時間、撹拌しながら第二の水相の中に懸濁させる。

その第二の水相からマイクロバルーンを分離した後で、その有機相の内部に包み込まれた第一の水相を、水よりも揮発性の高い溶媒に置き換え、次いでそれを乾燥操作によって除去して、その場所を空気が占めるようにする。

この製造経路で遭遇する困難の一つは、第二の水相の中で懸濁状態にある、その液状のマイクロバルーンによって形成されるエマルションの不安定さである。この理由は、そのマイクロバルーンの有機相がゲル化のための充分な時間が得られるより前に、このエマルションが、特にコアレセンス、フロキュレーションおよび沈降メカニズムにより崩壊しやすいためであり、その結果マイクロバルーンのアグロメレートが生成することになるが、これはその後に使用することが不可能であり、そのためにそれらのマイクロバルーンの製造収率が損なわれてしまう。

現在に至るまで、このタイプのエマルションを安定化させるために提案されてきた方法はいずれも、化学的な添加剤に依存するものであった。そのため、たとえば、Ｍ．タガキ（Ｍ．Ｔａｇａｋｉ）らは、水相および有機相それぞれに組み入れた界面活性剤に依存している（ジャーナル・オブ・バキューム・サイエンス・アンド・テクノロジー・Ａ（Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ａ）９、８２０、１９９１）。

しかしながら、本願発明者らの検討の範囲内においては、上述のようなタイプのエマルションを、このエマルションが形成された直後に、適切に選択された条件下で熱処理することによって、液状のマイクロバルーンの有機相のゲル化時間を充分に短縮させて、そのエマルションの崩壊メカニズムが始まる時間より前に、そのゲル化を起こさせることが可能となる、ということを本願発明者らは見出した。そのため、液状のマイクロバルーンがアグロメレートする危険性が完全に除去されることとなった。

マイクロバルーンの有機相が一旦ゲル化してしまえば、それに続く、その相の固化、従ってマイクロバルーン自体の固化は通常通りに完了させることができる。

この観察の上に、本発明はその基礎を置いている。

したがって、本発明の第一の主題は、ポリマーフォームビーズまたはバルーンを製造するための方法であって、それには以下の工程が含まれる：
ａ）有機相を用いた液状ビーズ、または有機相中で水相Ｗ_１をカプセル化させることによる液状バルーンを形成させる工程であって、この有機相には、水とは非混和性の有機溶媒中において溶液中で重合させるための少なくとも１種の架橋性モノマーおよび１種の重合開始剤が含まれる、工程；
ｂ）水相Ｗ_２の中に前記液状ビーズまたはバルーンを懸濁させることにより、エマルションを形成させる工程；
ｃ）そのようにして形成されたエマルションを、この有機相がゲル化するに必要な時間、前記重合開始剤が５〜１５分の分解半減期を有するようになる温度に少なくとも等しいが、その有機相の崩壊温度よりは低い温度θにさらす工程；および
ｄ）前記ビーズまたはバルーンの有機相の固化を完了させる工程。

したがって、本発明においては、水相Ｗ_２の中で懸濁状態にある液状ビーズまたはバルーンにより形成されるエマルションがさらされる温度θとは：
・それらのビーズまたはバルーンの有機相の中に存在する重合開始剤が５〜１５分の分解半減期を有するようになる温度に、少なくとも等しい温度であり；しかも、
・その有機相が崩壊されうるような温度よりは低い温度である。

そのような温度とすることによって、その液状ビーズまたはバルーンの有機相の中に存在する架橋性モノマーの重合および架橋反応を極めて速やかに活性化させ、水相Ｗ_２の中で懸濁状態にあるそれらのビーズまたはバルーンにより形成されたエマルションの崩壊メカニズムが自発的に開始される時間よりも前に、その有機相をゲル化させることが可能となる。

「架橋性モノマー」という用語は、重合することによりポリマー鎖を形成し、次いで、場合によっては架橋剤を利用して、それらのポリマー鎖の間に橋かけを形成することにより三次元ネットワークを形成することが可能な、多官能モノマーを意味すると理解されたい。

「有機相の崩壊温度（ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）」という用語は、そのビーズまたはバルーンの有機相の構成成分の内の、重合開始剤以外の少なくとも１種が崩壊し、そのためにこの有機相が全体として崩壊を起こしてしまう可能性のある温度を意味すると理解されたい。

温度の関数としての、溶媒中の溶液における重合のための重合開始剤の分解半減期およびそれらの変数は、このタイプの製品の供給業者から入手可能な技術情報の一部となっている、ということに注目されたい。したがって、たとえば、広く各種の重合開始剤を供給している、和光純薬工業株式会社（Ｗａｋｏ Ｐｕｒｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ Ｌｔｄ．）では、それらの重合開始剤が５〜１５分の半減期となるような温度を求めることが可能な図表を、顧客が利用できるようにしている。

さらに、液状ビーズまたはバルーンの有機相自体のその他の構成成分の崩壊温度についても、供給業者のカタログまたは化学製品目録をまとめたもの、たとえば『ザ・メルク・インデックス（ｔｈｅ Ｍｅｒｃｋ Ｉｎｄｅｘ）』などから得ることが可能である。

その結果、工程ｃ）の際に使用することが可能な温度θの範囲は、容易に求めることが可能である。

本発明においては、その方法の工程ｃ）は、温度θに加熱した導管の中へエマルションを流通させることにより実施するのが好ましい。

本発明による方法の第一の好都合な実施態様においては、工程ｂ）において、液状ビーズまたはバルーンを、水相Ｗ_２の中に懸濁させると同時に、水相Ｗ_２の容積によってそれらを互いに分離させて、それらが互いに接触状態となることを防止する。

同様にして、工程ｃ）においても、それらの液状ビーズまたはバルーンは、それらの液状ビーズまたはバルーンの間でのいかなる接触をも防止するのに適した、水相Ｗ_２の容積によってそれらを互いに分離状態に保つのが好都合である。

それによって、有機相がゲル化するまでの間は、液状ビーズまたはバルーンの間での相互作用のいかなる可能性も排除される。

実際において、これらの実施態様を実施するためには、本発明では以下のことを想定している：
・工程にａ）においては、インジェクションシステムの出口オリフィスのところで、逐次的に液状ビーズまたはバルーンを形成させること；次いで、
・工程ｂ）においては、それらの液状ビーズまたはバルーンが形成されるとすぐに、流速一定の水相Ｗ_２の流れの手段によって、このインジェクションシステムの出口オリフィスからそれらを抽出することにより、それらを水相Ｗ_２の中に懸濁させること；そして
・温度θに加熱された導管の中で水相Ｗ_２を流すことによって、液状ビーズまたはバルーンの流れの抽出から得られるエマルションを形成させることにより、工程ｃ）を実施すること。

本発明による方法の、また別な好都合な実施態様においては、工程ｄ）を容器の中で実施し、その容器の中に、前記の導管を通過してきた後のエマルションを吐出させる。

実際のところ、有機相が一旦ゲル化してしまうと、それらのビーズまたはバルーンは、共用の容器に集められ、穏やかに撹拌したその容器の中にそれらを保持することにより、その相の固化を継続し、完了させることができる。

本発明においては、その方法にはさらに、工程ｄ）の後に、たとえば塩水を用いてそれらのビーズまたはバルーンを洗浄する工程と、そのようにして洗浄したビーズまたはバルーンを乾燥させる工程とが含まれる。

その洗浄工程と乾燥工程との間に、ビーズまたはバルーンの壁面の内部に存在している有機溶媒、ならびに、バルーンの場合にはそれらのバルーンの中に存在している水相Ｗ_１を、水よりも揮発性の高い溶媒を用いて置き換えることからなる工程を挿入するが、そのような溶媒としては、アルコール、特にエタノールが好ましい。

いずれの場合においても、それらビーズまたはバルーンの乾燥は、超臨界ＣＯ_２を用いて実施するのが好ましい。

最も完全な真円性を有するビーズまたはバルーン、そしてバルーンの場合ならば可能な限りの同心性を得ることが望ましい場合には、各種の水相と有機相の密度を調節することが必要である。

したがって、良好な真円性を得るためには、水相Ｗ_２の密度を、液状ビーズまたはバルーンのかさ密度、すなわちビーズの場合ならばその有機相の密度、ならびに有機相と水相Ｗ_１とによって形成された群の密度に比較的近いものとし、しかもこの嵩密度よりも高くすることが推奨されるが、さもないとエマルションを得るのが困難となる。

同様にして、良好な同心性を得るためには、その有機相の密度を、水相Ｗ_１の密度よりも高く、しかもあまり大きくは違わないようにすることが、推奨される。

したがって、本発明においては、水相Ｗ_２が、液状ビーズまたはバルーンのかさ密度よりも多くとも１％高い密度を有しており、バルーンを製造する場合には、その有機相が、水相Ｗ_１の密度よりも多くとも１％高い密度を有しているのが好ましい。

したがって、水相Ｗ_２の構成成分、有機相の構成成分、そしてバルーンを製造する場合ならば水相Ｗ_１の構成成分、さらにはそれらそれぞれの量は、それに合うように選択する。

本発明による方法のまた別な好都合な実施態様においては、有機相の中に存在する架橋性モノマー（１種または複数）は、ラジカル重合性モノマー（１種または複数）であって、その場合、それ（ら）は、多官能アクリレートおよびメタクリレートから選択するのが好都合である。そのようなものを列挙すれば、トリメチロールプロパントリアクリレート（ＴＭＰＴＡ）、ペンタエリスロールトリアクリレート（ＰＥＴＡ）、トリメチロールプロパントリメタクリレート（ＴＭＰＴＭＡ）、トリメチロールプロパンエトキシレートトリアクリレート、トリメチロールプロパンプロピレートトリアクリレート、またはトリプロピレングリコールジアクリレートなどがあるが、ＴＭＰＴＭＡが特に好ましい。

他のタイプの架橋性モノマーもまた使用することが可能であるが、そのようなものとしては、たとえばスチレン系モノマー：ジビニルベンゼン、トリビニルベンゼン、ジビニルナフタレン、ジビニルアルキルベンゼン、および同様のモノマーが挙げられる。

この場合さらに、重合開始剤は、有機溶媒に可溶性のアゾタイプのラジカル重合開始剤、たとえばα，α’−アゾビスイソブチロニトリルまたは２，２’−アゾビス（４−メトキシ−２，４−ジメチルバレロニトリル）から選択するのが好ましい。

本発明による方法は多くの利点を有している。

具体的には、本発明により、極めて均質な構造ならびに、完全に調節された幾何学的特性、特に真円性およびバルーンの場合ならば同心性を有する、ポリマーフォームビーズまたはバルーンを、高収率で製造することが可能となる。

したがって、それは、慣性閉じこめ核融合を研究するためのターゲットの組成物の中に組み入れることを目的とした、ポリマーフォームマイクロバルーンを製造するには特に好適である。

本発明による方法は、さらに、比較的単純で、低コストの装置を使用して実施することが可能である、という利点も有している。

したがって、本発明のまた別な主題は、先に定義された方法を実施するために特別に設計された装置であり、この装置には以下のものが含まれる：
・インジェクションシステムであって、有機相と、場合によっては水相Ｗ_１とをそれに供給するための、１個または複数の入口と、液状のビーズまたはバルーンを形成させるための出口オリフィスとを有する、インジェクションシステム；
・インジェクションシステムの出口オリフィスがその中に取り付けられた密閉チャンバーであって、このチャンバーには、それに水相Ｗ_２を供給するための１個または複数の入口と、その水相Ｗ_２の中に液状ビーズまたはバルーンを懸濁させることにより得られるエマルションをこのチャンバーから排出させるための出口とが含まれる、チャンバー；
・そのエマルションを温度θにさらすためのコイルであって、そのコイルには、前記チャンバー出口に接続された入口と出口とが含まれ、また加熱手段を備えている、コイル；および
・前記コイルの出口でエマルションを受け取るための手段。

この装置の第一の好都合な実施態様においては、前記チャンバーの出口が、チューブからなっていて、その一端は前記インジェクションシステムの出口オリフィスの反対側で近くのところに位置しており、その他端はコイルに接続されている。

この装置のまた別な好都合な実施態様においては、そのコイルは、垂直軸の周りに螺旋状に巻かれたチューブによって形成されていて、その巻き方は接触状態となっているのが好ましい。

この装置のさらに別な好都合な実施態様においては、このコイルに熱を与えるのに適した伝熱流体をそれに供給するための入口と出口とを備えた密閉チャンバーの中に、そのコイルが収納されているのが好ましい。

コイルと、その中にコイルが収納されたチャンバーは、ガラス製であるのが好ましい。

以下に続く、残りの説明を読めば本発明をさらによく理解できるであろうが、それらは、ポリマーフォームマイクロバルーンを本発明による方法により製造することを可能とする装置の例に関するものであり、また、その装置を用いてポリマーフォームマイクロバルーンを製造するための本発明による方法の例示に関するものであり、それらは添付の図面に関連する。

言うまでもないことではあるが、それらの例は本発明を説明するためだけに提供されたものであって、いかなる点においても本発明を限定するものではない。

実施例１：
最初に、図１を参照するが、この図は、本発明による方法によるポリマーフォームマイクロバルーンの製造を可能とする、装置の一例を模式的に示したものである。

この図から判るように、この装置（１と名付けられている）には主として、３相インジェクター２と、接続器具３を介してこのインジェクターに接続され、密閉チャンバー５および容器６に収納されているコイル４とが含まれている。

まずその３相インジェクター２には、インジェクションシステム２０が含まれているが、その役割は、操作条件下において、少なくとも１種の多官能モノマーと１種の重合開始剤とを含む有機相の中に水相Ｗ_１を包み込ませることによって、液状のマイクロバルーンを形成させることにある。

一つの液状相を他の液状相の中に包み込ませる、当業者には公知のいかなる方法によって製造をしてもよい、このインジェクションシステムには、少なくとも２本のキャピラリー２１および２２が含まれていて、それらの一端はそれぞれ２３および２４で系に接続されて、それらのキャピラリーに第一には水相Ｗ_１そして第二には有機相を、連続的かつ一定流速で供給できるようになっており、もう一方でそれらの他端は共通の出口オリフィス２５の中に突き出ていて、そこで液状のマイクロバルーンが形成される。

キャピラリー２１および２２へ供給するための手段としては、特にシリンジ、たとえばガスシリンジを使用するのがよく、その流量はシリンジドライバーを使用して調節する。

３相インジェクター２にはさらに、密閉チャンバー２６が含まれるが、それはインジェクションシステム２０のすぐ下に位置していて、この系の出口オリフィス２５がそのチャンバーに突き出ている。

操作条件下においては、このチャンバー自体にも、２本の導管２７ａおよび２７ｂを利用して、水相Ｗ_２が連続流れで、一定流速で供給されているが、それらの導管の一端はこのチャンバーの中に突き出ており、それらの他端は、この水相を予め充填してあるタンク２８に接続されている。

このタンクには、加熱システム（図１に図示せず）が備えられていて、それによって、その中に収容された水相Ｗ_２を、室温と、その液状のマイクロバルーンの有機相のゲル化を開始させることが可能な温度との間の、中間温度にまで加熱できるようにしておくのが、好都合である。

配管２７ａおよび２７ｂを通してチャンバー２６へと送る水相Ｗ_２の供給は、ポンプ２９、たとえばペリスタポンプにより調節するのが、好都合である。

図１に見られるように、チャンバー２６の中には配管３０も突き出ていて、その一端３１はインジェクションシステム２０の出口オリフィス２５の反対側のすぐ近いところに位置しており、その他端３２は、接続器具３を介してコイル４に接続されている。

したがって、操作条件下においては、インジェクションシステム２０の出口オリフィス２５のところで連続的に形成されている液状のマイクロバルーンに対して、チャンバー２６の中に流れ込む水相Ｗ_２により発生する圧力がかかることによって、それらの液状のマイクロバルーンが形成されると直ちに、このオリフィスから抽出され、また同様にしてこの相の中にそれらを懸濁させる効果が得られ、その結果、水中油中水型の三重エマルションが形成される。

さらに、一方では水相Ｗ_２がチャンバー２６に一定流速で供給され、他方では、配管３０の末端３１がインジェクションシステム２０の出口オリフィス２５の上に配列され、その末端とそのオリフィスとの間が近接しているということを考慮すると、そのようにして抽出された液状のマイクロバルーンが直ちに水相Ｗ_２の流れによって配管３０の中に、コイル４の方向に向かって同伴されるが、その一方で、それらが相互に接触することを妨げる液体容積によって、この配管中またはそれに続く接続器具３もしくはコイル４の中でも、それらは互いに分離されている。

このコイルは、チャンバー５の中で定位置を保持させるための垂直軸４１のまわりに螺旋状に巻き付けたチューブ４０によって形成されており、そのコイルの巻きは、好ましくは（必ずという訳ではない）図１に見られるように接触状態となっていて、それによって、そのコイルが、所定のチューブの長さに対して、可能な限り高さが低くなるようにするのがよい。

コイル４には入口４２と、チャンバー５の外側に位置する出口４３とが含まれるが、この入口は、接続器具３を介して３相インジェクター２の配管３０に接続されており、またこの出口は、容器６の上側、開口部に近いところに位置している。

チャンバー５自体にはさらに、伝熱流体、たとえば水をこのチャンバーの中に連続的に流して、操作条件下において、コイル４および同様にしてそこに流入するエマルションを、このエマルションがこのコイルの中を通過するのに必要とされる時間も考慮に入れて、コイルの中で液状のマイクロバルーンの有機相をゲル化させるために選択された温度θに加熱するのに適した系（図１には図示せず）に接続された入口５０および出口５１が含まれる。

チャンバー５の中で伝熱流体の循環を達成するための系は、たとえばハーケ（Ｈａａｋｅ）によって販売されているような、サーモスタット調節循環浴であってもよい。

言うまでもないことではあるが、コイル４は、良好な熱伝導性能を有する材料から作ることを推奨する。さらに、この材料およびチャンバー５を形成する材料を、その操作条件下において、コイル４の中におけるエマルションの進行を追跡できるように、透明なものとするのもよい。したがって、このコイルおよびそのチャンバーを、ガラスから作るのが好ましいが、その他の材料たとえば石英またはステンレス鋼を使用することも可能である。

操作条件下において、コイル４から出てくるエマルションを集めるために使用される容器６は、それ自体、使用される水相Ｗ_２の容積に見合った容積を有するいかなる装置、たとえばビーカーであってもよいが、攪拌系を備えていて、ゲル化されたマイクロバルーンをこの相の中で懸濁状態に維持できるようにするのが、好都合である。

ポリマーフォームマイクロバルーンを製造するために装置１を使用するのは、極めて簡単である。

具体的には、エマルションの崩壊プロセスが開始されることなく、液状のマイクロバルーンの有機相のゲル化が得られるような、コイル４を加熱しなければならない温度と、エマルションがそのコイルの中に滞留していなければならない時間とが決まってしまえば、タンク２８に水相Ｗ_２を充填し、このタンク、さらにはコイル４を所望の温度に加熱する。

それらの温度に達したら、３相インジェクター２のチャンバー２６への水相Ｗ_２の供給を開始し、その流速は、エマルションがコイル４の中を通過するのに必要な時間に合わせて調節する。

次いで、インジェクションシステム２０のキャピラリー２１および２２から、それぞれ水相Ｗ_１と有機相とを同時に供給するが、この供給流速は、液状のマイクロバルーンを形成させるのに望ましい頻度（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）の関数として調節する。

この同時注入の結果として、インジェクションシステム２０の出口オリフィス２５で液状のマイクロバルーンが形成される。

例を挙げれば、液状のマイクロバルーンの生成が図２に示されているが、これは、この出口オリフィスと同じ高さの設けたＣＣＤカメラを用いて撮影した画像を示している。

先にも説明したように、液状のマイクロバルーンが生成するとすぐに、それらが、３相インジェクター２のチャンバー２６に流入する水相Ｗ_２によってインジェクションシステム２０の出口オリフィス２５から抽出され、直ちにコイル４の中へとそれに同伴されていって、コイルの中を通過していくが、その間、マイクロバルーンは、水相Ｗ_２の容積によって互いに分離されたままの状態である。

このコイルから吐出されると、ゲル化されたマイクロバルーンは水相Ｗ_２と共に容器６の中に回収され、そこで、架橋が完了し、その結果それらの有機相が固化するのに必要な時間、この相の中で懸濁状態のままで保持される。

実施例２：
以下のようにして、所望の平均直径２．５ｍｍと、所望の密度２５０ｍｇ／ｃｍ^−３を有するポリマーフォームマイクロバルーンを本発明による方法により製造した。

１）水相Ｗ_１およびＷ_２、ならびに有機相の調製：
水相Ｗ_１：
エルレンマイヤーフラスコの中で、重水（Ｄ_２Ｏ、アルドリッチ（Ａｌｄｒｉｃｈ）製）を、１８．２ＭΩに等しい固有抵抗を有する超純水で希釈して、Ｄ_２Ｏの重量含量が８．３３％で密度が１．０１に等しい溶液を得た。この混合物は、使用するまで撹拌を続けた。

水相Ｗ_２：
６リットルの、１８．２ＭΩに等しい固有抵抗を有する超純水を予め充填して、連続的に機械的撹拌（１００ｒｐｍ）を行っている反応器の中に、２５，０００ｇ／モルに等しい分子量を有する、８８％加水分解ポリビニルアルコール（ＰＶＡ、ポリサイエンシズ（Ｐｏｌｙｓｃｉｅｎｃｅｓ）製）を少量ずつ導入して、ＰＶＡの重量含量が５％の溶液を得た。ＰＶＡを完全に溶解させてから、０．４５μｍテフロン（Ｔｅｆｌｏｎ、登録商標）フィルターを通してその溶液を濾過し、それに続けて、それを４０℃で４８時間、連続的に真空下においた。その密度は１．０１であった。

有機相：
最初に、フタル酸ジブチル（アルドリッチ（Ａｌｄｒｉｃｈ）製）およびエチルベンゼン（アルドリッチ（Ａｌｄｒｉｃｈ）製）を、容積比８９：１１で混合して、１．０２に等しい密度を有する溶媒を得た。

次いで、得ることを望んでいるポリマーフォームの密度の関数となる重量のトリメチロールプロパントリメタクリレート（ＴＭＰＴＭＡ、アルドリッチ（Ａｌｄｒｉｃｈ）製）が含まれているエルレンマイヤーフラスコの中に、その溶媒を導入した。したがって、たとえば、２５０ｍｇ／ｃｍ^３にほぼ等しい密度を有するポリマーフォームを得るためには、ＴＭＰＴＭＡの重量は、溶液が１２５ｍｇ／ｃｍ^３となるようにしなければならない。

この混合物に添加したのが、α，α’−アゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ、アクロス・オーガニックス（Ａｃｒｏｓ Ｏｒｇａｎｉｃｓ）製）の溶媒の中に溶解させたＴＭＰＴＭＡの重量の１０％に相当する重量と、次いで、ソルビタンモノオレエート（スパン８０（Ｓｐａｎ ８０）、アルドリッチ（Ａｌｄｒｉｃｈ）製）の、そのようにして調製された有機相の全重量の２．５％に相当する重量とであった。そのようにして得られた溶液を１２時間撹拌させておいてから、使用直前に、０．２５バールで３０分かけて脱気させた。

２）液状のマイクロバルーンの形成とゲル化、ならびに架橋の完了：
以下の特性を有する、上述の装置を使用した：
・キャピラリー２１の内径：０．１５ｍｍ
・キャピラリー２２の内径および出口オリフィス２５の内径：０．４５ｍｍ；
・配管３０、接続器具３およびコイル４のチューブの内径：５ｍｍ
・コイル４の材質：ボロシリケートガラス
・コイル４の長さ：１１メートル
・容器６：振り子式撹拌（２５ｒｐｍ）を備えたビーカー

さらに、以下の操作条件を使用した：
・水相Ｗ_１の流速：８μＬ／分
・有機相の流速：４μＬ／分
・水相Ｗ_２の流速：１００ｍＬ／分
・タンク２８の中の水相Ｗ_２の温度：４０℃
・コイル４の温度：９５℃（ＡＩＢＮの半減期約１０分に相当）
・マイクロバルーンがコイル４を通過する時間：２分
・マイクロバルーンの容器６中での滞留時間：約１時間。

３）マイクロバルーンの洗浄および乾燥
架橋が完了してから、マイクロバルーンを１０ｇＮａＣｌ／リットル含む水中で、振り子式撹拌（ｐｅｎｄｕｌａｒａ ｓｔｉｒｒｉｎｇ）（２５ｒｐｍ）を用いて３回洗浄し、その後、依然として振り子式撹拌（２５ｒｐｍ）をしながら、それらを１００％エタノールの中に２４時間浸漬させた。

次いでそれらを、テフロン（Ｔｅｆｌｏｎ，登録商標）ピルディスペンサーの中に分散させ、そのピルディスペンサーを７０℃で圧力９０バールの超臨界ＣＯ_２乾燥装置の中に１時間入れた。

そのようにして製造されたマイクロバルーンを、一連の分析にかけて、以下のことについて評価した：それらの直径およびそれらの真円性、それらの壁厚およびそれらの同心性、それらの密度、ならびにさらにはそれらの構造。

マイクロバルーンの直径および真円性は、プルニックス（Ｐｕｌｎｉｘ）ＴＭ−１０２０×１０２０カメラを取り付けた、テレセントリック顕微鏡を用いて評価した。参照用のビーズを用いてこの装置のキャリブレーションを行ってから、それぞれのバルーンを個々に測定した。

図３に、マイクロバルーンの分布をそれらの直径（単位ミクロン）の関数としてヒストグラムの形態で示し、その一方で図４には、それらのマイクロバルーンの真円性からの偏差の線を示している。

これらの図から、所望の平均直径（２．５ｍｍ）の近傍でのマイクロバルーンのばらつきは±２０μｍ、あるいは１％未満のばらつきであること、ならびに、完全な球状物（そのプロファイルは、０を通る直線で表される）に対するそれらの表面積における実際の変動（３６０度のところの線の上の点）は、極めて低い、ということが判る。

超臨界乾燥をさせた後では、それらのマイクロバルーンは、可視光線に対しては不透過性であった。したがって、それらの壁厚およびそれらの同心性の評価を目的とする試験は、Ｘ線ラジオグラフィーにより実施した。

図５に、Ｘ線を使用して得られた二つの画像を示しているが、パートＡは倍率４倍に相当し、パートＢは倍率１０倍に相当する。

マイクロバルーンの壁厚は、高分解能顕微鏡（オリンパス（Ｏｌｙｍｐｕｓ）製）を使用したラジオグラフから測定したが、それぞれのマイクロバルーンについて１０回の測定を実施した。それらの測定から、壁厚におけるばらつきを計算することが可能となったが、それは１１２μｍの平均厚みに対して±２μｍ、あるいは同心性が９７％であった。

密度を評価するための試験では、超精密天秤を用いて１μｇの精度で、マイクロバルーンを秤量した。マイクロバルーンの容積は、テレセントリック顕微鏡およびＸ線ラジオグラフを使用して予め測定されているデータを使用して求めた。それらの試験から、それらのマイクロバルーンは２４０±１０ｍｇ／ｃｍ^−３の密度を有していることが判った。

マイクロバルーンの構造は、そのもの自体を、走査型電子顕微鏡（ＬＥＯ１５２５ＳＥＭ）を使用して評価した。

図６に、一つのマイクロバルーンについて４００００倍の倍率で、得られた３枚の画像を示しているが、パートＡはこのマイクロバルーンの壁面の外側表面に相当し、パートＢはその壁面の横断面図に相当し、パートＣはこの壁面の内側表面に相当する。

これらの画像から、マイクロバルーンの内側表面、外側表面および壁面の間で、構造が良好な均質性を有していることが判る。

本発明は、ここの明白に記述された実施態様および具体例に限定されるものではない。

さらに詳しくは、上述されたものと同様の装置と方法を使用して、ポリマーフォームマイクロビーズを製造することは充分に可能であり、この場合水相Ｗ_１が使用されないこと、および３相インジェクター２に代えて２相インジェクターを使用しても充分であることは理解されたい。

本発明による方法により、ポリマーフォームマイクロバルーンを製造することを可能とする装置の一例を示す模式図である。 本発明による方法の間に、液状のマイクロバルーンが生成することを示すＣＣＤカメラを用いた画像である。 本発明による方法により製造されたポリマーフォームマイクロバルーンの分布を、ミクロンの単位で表したそれらの直径の関数として、ヒストグラムの形式で示した図である。 本発明による方法により製造されたポリマーフォームマイクロバルーンの、真円性からの偏差を示す線図である。 本発明による方法により製造されたポリマーフォームマイクロバルーンの壁面を示すＸ線ラジオグラフィーの２枚の画像であって、パートＡは倍率４倍に相当し、パートＢは倍率１０倍に相当する画像である。 走査型電子顕微鏡を用い、倍率４０，０００倍で撮影した本発明による方法により製造されたポリマーフォームマイクロバルーンの３枚の画像であって、パートＡはこのマイクロバルーンの壁面の外側表面の画像に相当し、パートＢは内側表面（画像の上左部分）との境界における壁面の画像に相当し、そしてパートＣはこの壁面の内側表面に相当する画像である。

Claims (23)

1. ポリマーフォームビーズまたはバルーンを製造するための方法であって、以下の：
   ａ）有機相を用いた液状ビーズ、または有機相中で水相Ｗ_１をカプセル化させることによる液状バルーンを形成させる工程であって、この有機相には、水とは非混和性の有機溶媒中において溶液中で重合させるための少なくとも１種の架橋性モノマーおよび１種の重合開始剤が含まれる、工程；
   ｂ）水相Ｗ_２の中に前記液状ビーズまたはバルーンを懸濁させることにより、エマルションを形成させる工程；
   ｃ）そのようにして形成された前記エマルションを、この有機相がゲル化するに必要な時間、前記重合開始剤が５〜１５分の分解半減期を有するようになる温度に少なくとも等しいが、前記有機相の崩壊温度よりは低い温度θにさらす工程；および
   ｄ）前記ビーズまたはバルーンの有機相の固化を完了させる工程、
   を含む方法。
2. 温度θに加熱した導管（４）の中に前記エマルションを流通させることにより、工程ｃ）を実施する、請求項１に記載の方法。
3. 工程ｂ）において、前記液状ビーズまたはバルーンを、水相Ｗ_２の容積によって互いに分離させながら水相Ｗ_２の中に懸濁させる、請求項１または請求項２に記載の方法。
4. 工程ｃ）において、水相Ｗ_２中で懸濁状態にある前記液状ビーズまたはバルーンを、水相Ｗ_２の容積によって互いに分離した状態を維持させる、請求項３に記載の方法。
5. 工程ａ）においては、前記液状ビーズまたはバルーンがインジェクションシステム（２０）の出口オリフィス（２５）において逐次的に形成され、それに対して工程ｂ）においては、それらが形成されると直ちに、一定流速を有する水相Ｗ_２の流れの手段によってこのオリフィスから抽出されることにより、前記水相Ｗ_２の中に懸濁される、先行する特許請求項のいずれか１項に記載の方法。
6. 工程ｃ）が、前記ビーズの抽出から得られたエマルション、または前記水相Ｗ_２流れを介した前記液体を、温度θにまで加熱された導管中に流すことにより、実施される、請求項５に記載の方法。
7. 工程ｄ）が、前記エマルションが前記導管（４）を通過した後で注入される容器（６）の中において実施される、請求項２または請求項６に記載の方法。
8. 工程ｄ）の後に、前記ビーズまたはバルーンの洗浄工程および乾燥工程をさらに含む、先行する特許請求項のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記洗浄工程と乾燥工程の間に、前記ビーズまたはバルーンの壁面の中に存在する有機溶媒が、水よりも揮発性の高い溶媒を用いて置換される、請求項８に記載の方法。
10. バルーンを製造するために、前記バルーンの中に存在する水相Ｗ_１もまた、水よりも揮発性の高い溶媒を用いて置換される、請求項９に記載の方法。
11. 前記ビーズまたはバルーンの乾燥が、超臨界ＣＯ_２を用いて実施される、先行する特許請求項のいずれか１項に記載の方法。
12. ビーズを製造するために、前記水相Ｗ_２が、前記有機相の密度よりも多くとも１％高い密度を有する、先行する特許請求項のいずれか１項に記載の方法。
13. バルーンを製造するために、前記水相Ｗ_２が、前記有機相と水相Ｗ_１から形成される群の密度よりも多くとも１％高い密度を有し、しかも前記有機相が、前記水相Ｗ_１の密度よりも多くとも１％高い密度を有する、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
14. 前記有機相の中に存在する架橋性モノマー（１種または複数）の重合が、ラジカルタイプの重合である、先行する特許請求項のいずれか１項に記載の方法。
15. 前記架橋性モノマー（１種または複数）が、多官能アクリレートおよびメタクリレートから選択される、請求項１４に記載の方法。
16. 前記重合開始剤が、有機溶媒に可溶性の、アゾタイプのラジカル重合開始剤から選択される、請求項１３または請求項１５に記載の方法。
17. ポリマーフォームマイクロバルーンを製造するための、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の方法の適用。
18. 前記マイクロバルーンを、慣性閉じこめ核融合研究のためのターゲットを製造するための目的とする、請求項１７に記載の適用。
19. 請求項１〜１６のいずれか１項に記載の方法を実施するために特別に設計された装置（１）であって、
    以下の：
    ・インジェクションシステム（２０）であって、有機相と、場合によっては水相Ｗ_１とをそれに供給するための、１個または複数の入口（２１、２３）と、液状のビーズまたはバルーンを形成させるための出口オリフィス（２５）とを有する、インジェクションシステム（２０）；
    ・前記インジェクションシステム（２０）の出口オリフィス（２５）がその中に取り付けられた密閉チャンバー（２６）であって、このチャンバーには、それに水相Ｗ_２を供給するための１個または複数の入口と、その水相Ｗ_２の中に液状ビーズまたはバルーンを懸濁させることにより得られるエマルションをこのチャンバーから排出させるための出口（３０）とが含まれる、チャンバー（２６）；
    ・前記エマルションを温度θにさらすためのコイル（４）であって、このコイルには、前記チャンバー出口に接続された入口（４２）と出口（４３）とが含まれ、また加熱手段（５）を備えている、コイル（４）；および
    ・前記コイルの出口でエマルションを受け取るための手段（６）、
    を含む装置。
20. 前記コイル（４）が、垂直軸（４１）の周りに螺旋状に巻かれたチューブ（４０）によって形成され、その巻きが好ましくは接触状態となっている、請求項１９に記載の装置。
21. 前記チャンバーの出口（３０）が、その一端（３１）が前記インジェクションシステムの出口オリフィスの反対側ですぐ近いところに位置し、その他端（３２）が前記コイルと接続されている、配管からなる、請求項１９または請求項２０に記載の装置。
22. 前記コイル（４）が、伝熱流体をそれに供給するための入口（５０）および出口（５１）を具備した、密閉チャンバー（５）の内部に収納されている、請求項１９〜２１のいずれか１項に記載の装置。
23. 前記コイル（４）および前記チャンバー（５）がガラス製である、請求項２２に記載の装置。

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