JP2012011268A - 生分解性中空微粒子およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】所定の脂肪族ポリエステル樹脂(A)を含む油相(O)と水相(W1)とを乳化してW1/Oエマルションを調製し、さらに水相(W2)と乳化しエマルションを調製した後にエマルションに含まれる有機溶媒(o)を留去し、脂肪族ポリエステル樹脂(A)を析出させることにより、脂肪族ポリエステル樹脂(A)で構築された外殻層(II)と、当該外殻層(II)の内部に形成された中空部(I)とからなる構造とを有する中空微粒子を形成させる工程を含み、かつ、水相(W2)は、乳化剤として、所定の脂肪族ポリエステル樹脂(B1)由来のブロックと親水性高分子(B2)由来のブロックとからなるジブロック共重合体(B)を含むことを特徴とする、中空微粒子を製造する方法。
【選択図】図2
Description
面重合(非特許文献2)、フッ素系アルキル鎖とのブロック共重合体を用いた単分散ポリマーカプセル調製などが報告されている。また、最近では、マイクロバブルを用いた中空ポリ乳酸マイクロカプセルの調製法が報告されているが(特許文献1)、この方法により得られるマイクロカプセルは気体のみを内包するものであり、水溶性の機能性物質等を溶解した水溶液を内包するマイクロカプセルを調製することはできない。
、より好ましくは2〜5%の範囲にある。
[工程1a]構成成分のヒドロキシカルボン酸またはジカルボン酸の炭素原子数が2〜6である脂肪族ポリエステル樹脂(A)を含む油相(O)と水相(W1)とを乳化してW1/Oエマルションを調製する工程;
[工程1b]構成成分のヒドロキシカルボン酸またはジカルボン酸の炭素原子数が2〜6である脂肪族ポリエステル樹脂(A)を含み、さらに飽和溶解量以下の水を含んでいてもよい油相(O)を調製する工程;
[工程2]上記工程(1a)もしくは(1b)を経た調製物と水相(W2)とを乳化しエマルションを調製する工程;
[工程3]上記工程(2)を経たエマルションに含まれる有機溶媒(o)を留去し、脂肪族ポリエステル樹脂(A)を析出させることにより、脂肪族ポリエステル樹脂(A)で構築された外殻層(II)と、当該外殻層(II)の内部に形成された中空部(I)とからなる構造とを有する中空微粒子を形成させる工程。
は、GPCで測定した数平均分子量Mnが100〜200,000の範囲にあり、重量平均分子量Mwが100〜200,000の範囲にあり、分子量分布Mw/Mnが1.00〜2.00の範囲にある脂肪族ポリエステル樹脂である。
本発明の中空微粒子は、特定の脂肪族ポリエステル樹脂(A)で構築された外殻層(II)と、当該外殻層(II)の内部に形成された中空部(I)とからなる構造を有する。
本発明の中空微粒子のサイズは特に限定されるものではなく、用途に応じて、適切な乳化手法を用いることにより調整することができる。特に本発明では、後述するような本発明の製造方法、とりわけマイクロ流路分岐乳化法を利用することができる。そのため、中空微粒子の数平均粒子径は、一般的には0.1〜10000μmの範囲で調整することができるが、好ましくは0.1〜500μm、より好ましくは0.5〜500μmの範囲で調整することができる。また、中空微粒子の粒子径の変動係数(=標準偏差/数平均粒子
径)は、好ましくは0.1〜10%、より好ましくは2〜5%の範囲とすることができる。このような数平均粒子径および粒子径の変動係数の両方の条件を満たす中空微粒子を製造するためには、たとえば後述するような本発明の製造方法、特にマイクロ流路分岐乳化法を用いることが望ましい。
本発明で用いられる脂肪族ポリエステル樹脂(A)は、いわゆる生分解性樹脂である、構成成分のヒドロキシカルボン酸またはジカルボン酸の炭素原子数が2〜6であるものである。このような脂肪族ポリエステル樹脂(A)としては、公知の各種の脂肪族ポリエステル樹脂を用いることができるが、たとえば、一般的な生分解性樹脂であるポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリカプロン酸、ポリブチレンサクシネートなどが好適である。これらの樹脂は1種単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。
ジオールとコハク酸およびアジピン酸とのコポリマー、エチレングリコールおよびブタンジオールとコハク酸とのコポリマー);脂肪族ヒドロキシカルボン酸と脂肪族ジアルコールおよび/または脂肪族ジカルボン酸とのコポリマー(たとえばポリ乳酸とポリブチレンサクシネートとのブロックコポリマー)のいずれであってもよく、これらの混合物であってもよい。
水溶性封入物質(s)は、中空微粒子の内部の中空部(I)に内封される物質である。本発明における水溶性封入物質(s)は特に限定されるものではなく、本発明の中空微粒子の用途に応じて適切なものを選択することができる。
本発明の中空微粒子の製造方法は、下記工程(1a)もしくは(1b)、工程(2)および工程(3)を含むものであり、必要に応じてその他の工程をさらに含んでいてもよい。そして、下記工程(2)における水相(W2)は、乳化剤として、以下に述べる特定のジブロック共重合体(B)を含む。
水相(W1)および(W2)を構成する水性溶媒としては、基本的に水が用いられ、必要であれば水と相溶性の高い他の溶媒を組み合わせて用いてもよい。
本発明の製造方法における工程(1a)は、前述したような脂肪族ポリエステル樹脂(A)を含む油相(O)と水相(W1)とを乳化してW1/Oエマルションを調製する工程である。
本発明の製造方法における乳化処理のための手法は、撹拌、超音波、ホモジナイザー、マイクロリアクター、マイクロチャンネル、多孔質膜などを用いる各種の公知の手法から選択することができる。また、これらの各種の乳化手法の諸条件は、調製されるエマルションが本発明における要件を満たすものとなるよう、当業者であれば調整することが可能である。
連続相(水性溶媒相(W2))を流入させ、合流点付近で当該連続相により分散相の流れを切断して液滴を形成するようにして、目的のエマルション(W1/O/W2エマルション)を調製することができる。マイクロ流路分岐乳化法を用いれば、液滴のサイズが所望の範囲にあり、かつ変動係数が極めて小さな(つまり液滴のサイズが揃っている)単分散のエマルションが得られ、しかも内水相(W1)が単核のものが形成されやすいという利点がある。
本発明の製造方法における工程(1b)は、前述したような脂肪族ポリエステル樹脂(A)を含み、さらに飽和溶解量以下の水を含んでいてもよい油相(O)を調製する工程である。すなわち、この工程(1b)では、水を全く用いないか、内水相(W1)を形成するには不充分な量の水しか用いない(そのような少量の水は油相(O)に溶解した状態となる)ため、得られる調製物は前記工程(1a)とは異なり、内水相(W1)を含むエマルションとはならない。なお、水を全く用いない場合は、この油相を調製する工程(1b)は、前述したエマルションを調製するための工程(1a)に供される油相をあらかじめ調製する工程と、実質的に同じである。
本発明の製造方法における工程(2)は、上述したような工程(1a)もしくは(1b)を経た調製物と水相(W2)とを乳化しエマルションを調製する工程である。
本発明の製造方法における工程(3)は、上記工程(2)を経たエマルションに含まれる有機溶媒(o)を留去し、脂肪族ポリエステル樹脂(A)を析出させることにより、脂肪族ポリエステル樹脂(A)で構築された外殻層(II)と、当該外殻層(II)の内部に形成された中空部(I)とからなる構造とを有する中空微粒子を形成させる工程である。
本発明の中空微粒子の製造方法では、水溶液相に添加する乳化剤として、構成成分のヒドロキシカルボン酸またはジカルボン酸の炭素原子数が2〜6である脂肪族ポリエステル樹脂(B1)由来のブロックおよび親水性高分子(B2)由来のブロックからなる、ジブロック共重合体(B)を用いる。上記脂肪族ポリエステル樹脂(B1)に由来するブロックは疎水性であり、上記親水性高分子(B2)に由来するブロックは文字通り親水性である。これらのブロックが連結した形態のジブロック共重合体(B)は、主として水相に溶解しつつ、脂肪族ポリエステル樹脂(A)が溶解した油相との界面付近に配向し、乳化剤としての機能を果たすことができる。
本発明の製造方法において、乳化剤として用いられるジブロック共重合体(B)は基本的に、全体的に親水性となっていて水(ないし水性溶媒)に可溶なものである。ジブロック共重合体(B)の親水性の度合いは、HLB値によって表すことができる。なお、本発明では、HLB値は下記式で表されるグリフィン法により定義することとする。下記式からわかるように、HLB値が20に近いほど親水性の度合いが高い。
HLB=20×(親水性高分子(B2)のMn)/(ジブロック共重合体(B)のMn)
本発明において、乳化剤としての水溶性ジブロック共重合体(B)は、HLB値が通常8以上20未満、好ましくは15以上20未満であるものをいう。HLB値によって、ジブロック共重合体(B)の乳化剤としての機能も変動しうるため、外殻層(II)を形成する脂肪族ポリエステル樹脂(A)の性状ないしその原料として用いられる成分の性状などを考慮しながら、用いるジブロック共重合体(B)のHLB値を調整することが適切である。
ジブロック共重合体(B)の一方のブロックを構成する脂肪族ポリエステル樹脂(B1)については、前述した脂肪族ポリエステル樹脂(A)と同様のことが適用できるため、ここでの説明は省略する。主要な点のみを記載すれば、脂肪族ポリエステル樹脂(B1)としても、たとえば、一般的な生分解性樹脂であるポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリカプロン酸、ポリブチレンサクシネートなどが好適である。また、脂肪族ポリエステル樹脂(B1)の、GPCで測定した数平均分子量Mnも100〜200,000が好ましく、重量平均分子量Mwも100〜200,000が好ましく、分子量分布Mw/Mnも1.00〜2.00が好ましい。
ジブロック共重合体(B)のもう一方のブロックを構成する親水性高分子(B2)としては、脂肪族ポリエステル樹脂(B1)ブロックと結合しうる各種の親水性高分子を用いることができる。たとえば、ポリオキシエチレン(ポリエチレングリコール:PEG)、ポリオキシプロピレン、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル共重合体の部分加水分解物、ポリメタクリル酸、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリアスパラギン酸、多糖類、ポリイソプロピルアクリルアミド、ポリスチレンスルホン酸ナトリウム、およびこれらの誘導体が挙げられる。これらの親水性高分子は1種単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。
ジブロック共重合体(B)は、公知の方法に従って、脂肪族ポリエステル樹脂(B1)および親水性高分子(B2)を合成することにより調製できる。
本発明の中空微粒子は多様な用途を有するものであり、特に、一定の容積を確保できる内部(中空部)に水溶性封入物質の水溶液を封入でき、また被膜(外殻層)が生分解性樹脂(脂肪族ポリエステル樹脂)で形成され、所望であればこの被膜内に脂溶性封入物質を封入できるという特性を活用することができる。そのような中空微粒子の用途としては、たとえば、徐放性農薬,DDS,固定化酵素,触媒担体,分離材料,断熱材,蓄熱材,造影
剤,香粧品,化粧品,塗料,インクなどが挙げられる。なお、中空微粒子を蓄熱材や造影剤として用いる場合は、中空部を気体で満たすようにすればよい。
[1]ジブロック共重合体(B)の合成
本発明におけるジブロック共重合体(B)として、ポリ乳酸(PLA)とポリエチレング
リコール(PEG)鎖を二つのブロック化して繋げた水溶性ジブロックコポリマー(PLE,下図)を、以下の手順に従って合成した。PLA鎖は水に溶けにくく疎水基として働き、逆にPEG鎖は水に易溶で親水基として働くため、PLEは乳化剤として利用することができる。
濃度0.4 g/ 5 mL)溶液を50 μL用いた。重合は、オイルバス中で130℃、24時間行った。得られた生成物はクロロホルムに溶解させ、ヘキサンに再沈殿させることで触媒を生成物から除去した。また、2-プロパノールに再沈殿させることで、未反応モノマーを除去し、その後、遠心分離(15,000 rpm, 5 min)によって生成物を回収した。回収後の生成物を1晩減圧乾燥させることで、ジブロック共重合体(Mn = 4,400 (PEG 4,000+PLA 400), Mw/Mn = 1.05, HLB = 18.2)を得た。収率は73.3 wt%であった。
本発明におけるジブロック共重合体(B)として上記工程により調製したPLEを水に溶
解させて(1wt%)水相(W)とし、一方、本発明における脂肪族ポリエステル樹脂(A)
としてD,L-ポリ乳酸ホモポリマー(Mw:3,200、Mn:3,000、Mw/Mn:1.05)1wt%を酢酸エチルに溶解させて油相(O)とした。そして、マイクロリアクター(図1)を用いた乳化により、oil-in-water(O/W)エマルションを調製した。
上記工程により調製したW/O/Wエマルションを回収し、油相として用いた酢酸エチルを
減圧留去(695mmHg)した。油相中のPLAが析出して樹脂化することにより、真球状の緻密な膜を有するD,L-ポリ乳酸微粒子が得られた。特に、本実施例ではマイクロリアクターを用いたマイクロ流路分岐乳化法による乳化処理を行ったので、単分散性に優れた(数平均粒子径=約23μm,変動係数CV=約4%)D,L-ポリ乳酸微粒子を得ることができた(図2)
。
油相溶媒としてクロロホルムを用いたこと以外は上記実施例1と同様の手順によりポリ乳酸微粒子を調製した。得られたポリ乳酸微粒子の断面形状を確認すると、図4に示すように、この粒子は中空部を有さない構造であることがわかった。
Claims (20)
- 構成成分のヒドロキシカルボン酸またはジカルボン酸の炭素原子数が2〜6である脂肪族ポリエステル樹脂(A)で構築された外殻層(II)と、当該外殻層(II)の内部に形成された中空部(I)とからなる構造を有することを特徴とする中空微粒子。
- 数平均粒子径が0.1〜500μmの範囲にある、請求項1に記載の中空微粒子。
- 粒子径の変動係数(CV)が0.1〜10%範囲にある、請求項1または2に記載の中空微粒子。
- 粒径の変動係数(CV)が2〜5%の範囲にある、請求項1〜3のいずれかに記載の中空微粒子。
- 前記中空部(I)の少なくとも一部が、水溶性封入物質(s)が溶解した水相(W1)で満たされている、請求項1〜4のいずれかに記載の中空微粒子。
- 前記中空部(I)の少なくとも一部が、空気または空気以外の気体で満たされている、請求項1〜4のいずれかに記載の中空微粒子。
- 前記脂肪族ポリエステル系樹脂(A)が、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリカプロン酸およびポリブチレンサクシネートからなる群より選ばれる少なくとも1種の脂肪族ポリエステル樹脂である、請求項1〜6のいずれかに記載の中空微粒子。
- 前記脂肪族ポリエステル樹脂(A)が、GPCで測定した数平均分子量Mnが100〜200,000の範囲にあり、重量平均分子量Mwが100〜200,000の範囲にあり、分子量分布Mw/Mnが1.00〜2.00の範囲にある脂肪族ポリエステル樹脂である、請求項1〜7のいずれかに記載の中空微粒子。
- 前記水溶性封入物質(s)が、タンパク質、薬効成分、農薬およびキレート剤からなる群より選ばれる少なくとも1種である、請求項1〜8のいずれかに記載の中空微粒子。
- 下記工程(1a)もしくは(1b)、工程(2)、および工程(3)を含み、かつ、
下記工程(2)における水相(W2)は、乳化剤として、構成成分のヒドロキシカルボン酸またはジカルボン酸の炭素原子数が2〜6である脂肪族ポリエステル樹脂(B1)由来のブロックと親水性高分子(B2)由来のブロックとからなるジブロック共重合体(B)を含むことを特徴とする、請求項1〜9のいずれかに記載の中空微粒子を製造する方法:
[工程1a]構成成分のヒドロキシカルボン酸またはジカルボン酸の炭素原子数が2〜6である脂肪族ポリエステル樹脂(A)を含む油相(O)と水相(W1)とを乳化してW1/Oエマルションを調製する工程;
[工程1b]構成成分のヒドロキシカルボン酸またはジカルボン酸の炭素原子数が2〜6である脂肪族ポリエステル樹脂(A)を含み、さらに飽和溶解量以下の水を含んでいてもよい油相(O)を調製する工程;
[工程2]上記工程(1a)もしくは(1b)を経た調製物と水相(W2)とを乳化しエマルションを調製する工程;
[工程3]上記工程(2)を経たエマルションに含まれる有機溶媒(o)を留去し、脂肪族ポリエステル樹脂(A)を析出させることにより、脂肪族ポリエステル樹脂(A)で構築された外殻層(II)と、当該外殻層(II)の内部に形成された中空部(I)とからなる構造とを有する中空微粒子を形成させる工程。 - 前記工程(1a)または(2)の少なくとも一方における乳化がマイクロ流路分岐乳化法により行われる、請求項10に記載の製造方法。
- 前記水溶性ジブロック共重合体(B)が、HLB値が8以上20未満の範囲にある水溶性ジブロック共重合体である、請求項10または11に記載の製造方法。
- 前記ジブロック共重合体(B)の構成比率が、前記脂肪族ポリエステル樹脂(B1)由来のブロックの重合度100部に対して親水性高分子(B2)由来のブロックの重合度が0.1〜100,000部となる範囲である、請求項10〜12のいずれかに記載の製造方法。
- 前記水溶性ジブロック共重合体(B)が、GPCで測定した数平均分子量Mnが500〜200,000の範囲にあり、重量平均分子量Mwが500〜200,000の範囲にあり、かつ分子量分布Mw/Mnが1.00〜2.00の範囲にある水溶性ジブロック共重合体である、請求項10〜13のいずれかに記載の製造方法。
- 前記脂肪族ポリエステル系樹脂(B1)が、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリカプロン酸およびポリブチレンサクシネートからなる群より選ばれる少なくとも1種の脂肪族ポリエステル樹脂である、請求項10〜14のいずれかに記載の製造方法。
- 前記脂肪族ポリエステル樹脂(B1)が、GPCで測定した数平均分子量Mnが100〜200,000の範囲にあり、重量平均分子量Mwが100〜200,000の範囲にあり、分子量分布Mw/Mnが1.00〜2.00の範囲にある脂肪族ポリエステル樹脂である、請求項10〜15のいずれかに記載の製造方法。
- 前記親水性高分子(B2)が、ポリオキシエチレン、ポリオキシプロピレン、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル共重合体の部分加水分解物、ポリメタクリル酸、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリアスパラギン酸、多糖類、ポリイソプロピルアクリルアミド、ポリスチレンスルホン酸ナトリウムおよびそれらの誘導体からなる群から選ばれた少なくとも1種の親水性高分子である、請求項10〜16のいずれかに記載の製造方法。
- 前記親水性高分子(B2)が、GPCで測定した数平均分子量Mnが100〜200,000の範囲にあり、重量平均分子量Mwが100〜200,000の範囲にあり、分子量分布Mw/Mnが1.00〜2.00の範囲にある親水性高分子である、請求項10〜17のいずれかに記載の製造方法。
- 前記有機溶媒(o)が、前記脂肪族ポリエステル樹脂(A)を溶解する、エステル、エーテル、ケトン、芳香族化合物およびアルコールからなる群から選ばれた少なくとも1種の有機溶媒である、請求項10〜18のいずれかに記載の製造方法。
- 請求項1〜9のいずれかに記載の中空微粒子を用いることを特徴とする、徐放性農薬,DDS,固定化酵素,触媒担体,分離材料,断熱材,蓄熱材,造影剤,香粧品,化粧品,塗
料またはインク。
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