JP2013071080A - カプセル製造装置、及び、カプセル製造方法、及び、医療用カプセル - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 第1の液体の液滴を噴射する液体噴射部と、所定の方向に流動する第2の液体を膜状に支持する液膜支持部と、を備え、前記液膜支持部に支持されながら流動する前記第2の液体の液膜に向けて前記第1の液体の液滴を噴射することにより、コアを形成し、前記第2の液体の液膜を前記コアが貫通する際に、前記第2の液体によって前記コアを被覆させることにより、前記コアを内包するシェルを形成させる。
【選択図】 図3
Description
しかし、特許文献1の方法でカプセルを生成する場合、時間の経過と共にシェル材の液膜の状態が悪化するおそれがある。例えば、カプセル生成動作中に、シェル材の液膜にコア材の断片や小さな気泡等の異物が混入する場合が考えられる。異物が混入した状態のシェル材によってコア材が被覆されると、シェルに異物が含まれたカプセルが生成されることになり、高品質なカプセルを生成することができなくなる。
このようなカプセル製造装置によれば、カプセルのシェルを形成するシェル材の液膜に異物が混入していない状態でカプセルを生成することができる。これにより、シェルに異物が混入されていない高品質なカプセルが生成される。
このようなカプセル製造装置によれば、シェル材の液膜には鉛直方向に対して重力が作用する。つまり、シェル材を流動させるための動力(例えばポンプやモーター等による動力)を外部から加えることなく、重力によってシェル材の液膜を流動させることができる。また、鉛直方向に働く重力以外には余計な外力が作用しないため、液膜を安定して支持しやすくなる。
このようなカプセル製造装置によれば、適切に硬化されたシェルを有するカプセルを生成することができる。
このようなカプセル製造装置によれば、カプセルのシェルを硬化させるシェル硬化材の液膜に異物が混入していない状態でシェル材とシェル硬化材との化学反応を生じさせることができる。これにより、化学反応を正常に進行させ、シェルを適切な硬さにすることができる。
このようなカプセル製造装置によれば、人体に無害で医療分野等に対する応用性が高いカプセルを生成することができる。また、親水性のゲルによるシェルを形成することが可能であるため、保水性能が高く、また、外部環境とカプセルとの間でシェルを介しての浸透圧調整が容易なカプセルを生成することができる。
このようなカプセル製造装置によれば、ノズル列から一度に複数のコア材を噴出させることができるため、一度に複数のカプセルが生産可能になる。つまり、カプセルを効率よく量産することができる。
このような医療用カプセルによれば、所望のサイズや硬さの微小カプセルが製造できるため、DDS(ドラックデリバリーシステム)のように、薬剤などのコアとそれを被覆するシェルなどを構成することにより、途中で吸収・分解されることなく患部に到達させ、患部で薬剤を放出することができる。
===概要===
<カプセルとは>
図1に、本実施形態で生成されるカプセルの概念図を示す。本実施形態におけるカプセルは、図のように「コア」(内包物)、及びそれを覆う「シェル」によって構成され、球状の外形を有する。「コア」を形成するコア材は、有効成分(例えば、ハイドロキノン、セラミド、牛血清アルブミン、γ−グロブリン、リピオドール、ビフィズス菌、ビタミン、ヒアルロン酸、IPS細胞等)を含んだ物質である。コア材には当該有効成分が溶解していているもの、有効成分が分散しているもの、また、有効成分が固体もしくは気体状で存在しているものが含まれる。このようなカプセルは、食料、医薬部外品、医薬品等、種々の分野で使用されており、カプセルの大きさ(内包物の容量)や、シェルの厚さはその用途に応じて様々である。
上述のようなコアとシェルとを有するカプセルを生成する方法の概要について簡単に説明する。本実施形態では、複数種類の液体を原材料としてカプセルが生成される。コアを形成するコア材として第1の液体が用いられ、シェルを形成するシェル材として第2の液体が用いられるものとする。第1の液体及び第2の液体は、生成されるカプセルの機能や用途に応じてそれぞれ最適な液体材料が選択される。
発明を実施するためのカプセル製造装置の形態として、液体噴射装置を用いたカプセル製造装置1を例に挙げて説明する。
図3は、第1実施形態におけるカプセル製造装置1の基本的な構成を説明する概略図である。カプセル製造装置1は、液体噴射部10と、液膜支持部30と、液体接触部50とを備える。
液体噴射部10は、第1の液体(コア材)を噴射することによってマイクロカプセルのコアを形成するコア形成部である。液体噴射部10は噴射ヘッド11と第1液体タンク12とを有する。
液膜支持部30は、液膜支持部材31及び液膜支持部材32を有する。液膜支持部材31及び32は、シェルを形成する原材料である第2の液体(シェル材)を薄膜状に支持する板状の部材である。液膜支持部材31及び32は、図3に示されるように所定の間隔(h)を保つようにZ軸方向に沿って平行に配置される。そして、この液膜支持部材31及び32の間に生じる隙間(上述の間隔h)に第2の液体(シェル材)を供給すると、Y軸方向の両端側を支持された状態で重力によって鉛直下方向(Z軸方向)に流動する。供給されたシェル材は、液膜支持部材31と32との隙間に広がるが、このとき、表面張力が働くためシェル材は幅hを有する薄い膜状となる。したがって、液膜支持部30の鉛直上方からシェル材を連続的に供給することによって、鉛直下方向に流動するシェル材が膜状に形成され、シェル材の液膜として支持される。
液体接触部50は、第3の液体(シェル硬化材)を液体の状態で貯留し、該液体接触部50において第3の液体(シェル硬化材)と第2の液体(シェル材)とを接触させる。シェル材とシェル硬化材との接触によって化学反応が生じてシェルが適切な硬さになる。
続いて、カプセル製造装置1を用いてカプセルを生成する際の具体的動作について説明する。図5に、第1実施形態においてカプセル製造装置1を用いてカプセルを生成する工程のフローを表す図を示す。本実施形態では、コア形成工程(S101)、シェル形成工程(S102)、シェル硬化工程(S103)の3つの工程によりカプセルが生成される。
まず、液体噴射部10から噴射されるコア材(第1の液体)の液滴(ドット)によってカプセルのコアが形成される。コア材としては、有効成分(例えば、ハイドロキノン、セラミド、牛血清アルブミン、γ−グロブリン、リピオドール、ビフィズス菌、ビタミン、ヒアルロン酸、IPS細胞等)を含んだ物質が用いられる。後述の各実施形態についても同様とする。
続いて、液膜支持部30に支持されながら流動するシェル材(第2の液体)の液膜に、S101で形成されたコアが突入する。そして、コアが液膜を貫通する際に、シェル材によって当該コアが覆われることによって、シェルが形成される(図2参照)。
S102でコアを被覆するシェルが形成された後、液体接触部50において当該シェルが硬化される。本実施形態では、液体接触部50の液体貯留槽51の設置位置を調整しておくことにより(図3参照)、シェル材(第2の液体)の液膜を貫通した後コア材(第1の液体)は、そのまま液体貯留槽51内に進入(降下)する。そして、液体貯留槽51内に貯留されたシェル硬化材(第3の液体)とシェル材(第2の液体)とが接触することで化学反応を生じ、シェルが硬化する。硬化したカプセルはそのまま第3の液体の液相中に沈降するため、完成後のカプセルを回収することが容易である。
ここで、第2の液体(シェル材)としてアルギン酸ナトリウム水溶液を用い、第3の液体(シェル硬化材)として塩化カルシウム水溶液を用いた場合に生じる化学反応の例について説明する。図6は、アルギン酸ナトリウムの説明図である。図7は、アルギン酸ナトリウムからアルギン酸カルシウムゲルへ変化する中間の様子を示す説明図である。図8は、アルギン酸カルシウムゲルの説明図である。
2C6H7O6Na+CaCl2=(C6H7O6−Ca−C6H7O6)+2NaCl
図3では、シェル材の液膜が液膜支持部30によって鉛直方向に沿って支持されつつ、重力によって鉛直下方向に流動していたが、流動する液膜を支持できるのであればこのような形態には限られない。例えば、変形例として、シェル材の液膜が水平方向に支持されつつ、水平方向に流動する例について説明する。
変形例の液膜支持部30は、液膜支持部材33と、液膜支持部材34と、不図示の送液機構とを有する。液膜支持部材33及び34はXY平面上で水平となるように間隔hを空けてX軸方向に平行となるように配置される。送液機構は一定量の液体を連続的に送り出すことができる機構であり、例えばポンプ等を用いることができる。この送液機構によって液膜支持部材33及び34の間に生じる隙間(上述の間隔h)に所定量の第2の液体(シェル材)が連続的に供給され、図のようにX軸方向に沿って流される。シェル材は流動しながら液膜支持部材33と34との隙間で表面張力によって広がって薄膜状となり、X軸方向の上流側から下流側に川のように流動するシェル材の液膜が形成される。なお、この場合も液膜は表面張力によって膜状に支持されているため、膜厚(液膜の厚さ)は非常に薄くなり、液体噴射部10から噴射されたコア材を容易に貫通させることができる。
本実施形態のカプセル製造装置では、所定の方向に流動する第2の液体(シェル材)が膜状に支持されることで、第2の液体(シェル材)の液膜が形成される。
第2実施形態では、シェル硬化材(第3の液体)の液膜を形成して、シェル材(第2の液体)の液膜と並べて配置する。そして、コア材(第1の液体)の液滴によって該2つの液膜を順番に貫通させ、シェルの形成・硬化を行うことでカプセルを生成する。本実施形態では、カプセル製造装置1とは液体接触部50の構成が異なるカプセル製造装置2を用いてカプセルを生成する。
図10に、第2実施形態におけるカプセル製造装置2の基本的な構成を説明する概略図を示す。カプセル製造装置2は、液体噴射部10と、液膜支持部30と、液体接触部50と、カプセル回収部70とを備える。液体噴射部10及び液膜支持部30についてはカプセル製造装置1とほぼ同様であるが(図3参照)、液体接触部50の構成とカプセル回収部70を備える点がカプセル製造装置1と異なる。以下、異なる点を中心に説明する。
カプセル製造装置2の液体接触部50は、液膜支持部30と同様に、液膜を流動させながら支持することができる。液体接触部50は液体支持部材55及び液体支持部材56を有する。液膜支持部材55及び56は、シェルを硬化させるシェル硬化材(第3の液体)を薄膜状に支持する板状の部材であり、所定の間隔(h´)を保つようにZ軸方向に沿って平行に配置される(図10)。この液膜支持部材55及び56の間に生じる隙間(上述の間隔h)にシェル硬化材(第3の液体)を供給すると、Y軸方向の両端側を支持された状態で重力によって鉛直下方向(Z軸方向)に流動する。供給されたシェル硬化材は、液膜支持部材55と56との隙間に広がり、表面張力によって幅h´を有する薄い膜状となる。したがって、液体接触部50の鉛直上方から所定量のシェル硬化材(第3の液体)を連続的に供給することによって、鉛直下方向に流れるシェル硬化材の液膜が形成される。
カプセル回収部70は、コアを被覆するシェルが硬化された後の状態のカプセルを回収する回収用トラップ71を有する。回収用トラップ71は図10に示されるような容器であって、噴射されたコア(カプセル)の移動方向に設置される。そして、生成されたカプセルを当該容器内に進入させることによって完成後のカプセルを回収する。なお、カプセルを回収できるのであれば回収用トラップ71の形状は任意であり、図10に示されるような形状には限られない。また、カプセルが回収用トラップ71に着弾する際の衝撃を緩和するために、回収用トラップ71に蒸留水等の液体を貯留してプールのような状態にしてもよい。
図11に、第2実施形態においてカプセル製造装置2を用いてカプセルを生成する工程のフローを表す図を示す。第2実施形態では、コア形成工程(S201)、シェル形成工程(S202)、シェル硬化工程(S203)の3つの工程によりカプセルが生成される。このうち、コア形成工程(S201)及びシェル形成工程(S202)は第1実施形態において説明した動作(S101及びS102)と基本的に同様であるが、シェル硬化工程(S203)における動作が異なる。
図10に示されるように、本実施形態では、液膜支持部30に支持されるシェル材の液膜(以下、第1の液膜とも言う)と、液体接触部50に支持されるシェル硬化材の液膜(以下、第2の液膜とも言う)とが平行に並んで配置されている。液体噴射部10から噴射されたコア材の液滴は、第1の液膜を貫通する際にシェル材に被覆され、そのまま第2の液膜に突入する。そして、第1の液膜を貫通するときと同様にして第2の液膜に突入する。これにより、コア材(第1の液体)を覆うシェル材(第2の液体)と、第2の液膜を形成するシェル硬化材(第3の液体)とが接触し、化学反応を生じることによってシェル材が硬化する。
第2実施形態では、第3の液体(シェル硬化材)の液膜(第2の液膜)が形成され、液体接触部50によって支持されながら流動している。液体噴射部10から噴射されたコア材の液滴は、シェル材の液膜(第1の液膜)を貫通することによってシェル材に被覆される。続いて、シェル硬化材の液膜(第2の液膜)に突入して第3の液体と接触することによって化学反応を生じ、シェルが硬化される。
第3実施形態では、液体噴射部10の噴射ヘッド11が複数のノズル111を有するカプセル製造装置3を用いてカプセルの製造を行なう。複数ノズルによってコア材の液滴を1度に複数噴射することで、より効率的にカプセルを生成することができるようになる。
図13に、第3実施形態におけるカプセル製造装置3の基本的な構成を説明する概略図を示す。カプセル製造装置3は、液体噴射部10と、液膜支持部30と、液体接触部50と、カプセル回収部70とを備える。液体噴射部10以外の構成は第2実施形態で説明したカプセル製造装置2とほぼ同様である。以下、第2実施形態と異なる点を中心に説明する。
カプセル製造装置3では、液体噴射部10の噴射ヘッド11にノズル111が4つ設けられる。この4つのノズルはZ軸方向に直列に並ぶことによりノズル列を構成し、Z軸方向に沿って同時に4つのコア材液滴を噴射することが可能である。なお、1つのノズル列に設けられるノズルの数は4つには限られず、5つ以上のノズルが設けられていてもよいし、3つ以下のノズルが設けられていてもよい。また、1つの噴射ヘッド11に複数のノズル列が設けられるようにすることもできる。1つの噴射ヘッド11に対してノズル111が複数設けられる場合には、ピエゾ素子PZTも各ノズルに対応して設けられるようにする。そして、ピエゾ素子PZTを駆動するための駆動信号も各ノズルについて生成されるようにする。これにより、ノズル毎に液滴噴射量や噴射速度を制御しやすくなる。各ノズルの構成及び液滴噴射時の動作については第1実施形態で説明したものと同様である(図4参照)。
噴射ヘッド11のノズル列から噴射された複数(図13においては4つ)のコア材液滴は液膜支持部30に支持されたシェル材の液膜(第1の液膜)を貫通する際に、それぞれシェル材によって被覆される。その後、シェル硬化材の液膜(第2の液膜)に着弾してシェルとシェル硬化材とが接触することによって化学反応を生じ、シェルが硬化される。したがって、液体噴射部10から噴射される液滴(コア)を増やすことにより、より多くのカプセルを同時に生成することができるようになり、カプセル生成効率を高くすることができる。
第3実施形態では、複数のノズルが直列に並ぶノズル列を備えた液体噴射部を用いて、シェル材の液膜及びシェル硬化材の液膜に対して複数のコア材を噴射させる。
これにより、同時に複数のカプセルが生成され、高効率なカプセル製造を実現することができる。
一実施形態としてのカプセル製造装置を説明したが、上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは言うまでもない。以下に述べる実施形態であっても、本発明に含まれるものである。
前述の各実施形態では、第1の液体〜第3の液体についてそれぞれ具体例が例示されていたが、例示された以外のカプセル生成材料を用いてカプセルを生成することも可能である。
10 液体噴射部、11 噴射ヘッド、12 第1液体タンク、
30 液膜支持部、31〜34 液膜支持部材、
50 液体接触部、51 液体貯留槽、55 液膜支持部材、56 液膜支持部材、
70 カプセル回収部、71 回収用トラップ、
111 ノズル、112 液体供給路、114 ノズル連通路、116 弾性板、
PZT ピエゾ素子
Claims (8)
- 第1の液体の液滴を噴射する液体噴射部と、
所定の方向に流動する第2の液体を膜状に支持する液膜支持部と、
を備え、
前記液膜支持部に支持されながら流動する前記第2の液体の液膜に向けて前記第1の液体の液滴を噴射することにより、コアを形成し、
前記第2の液体の液膜を前記コアが貫通する際に、前記第2の液体によって前記コアを被覆させることにより、前記コアを内包するシェルを形成させる、
ことを特徴とするカプセル製造装置。 - 請求項1に記載のカプセル製造装置であって、
前記第2の液体を流動させる所定の方向は、鉛直下向きの方向である、ことを特徴とするカプセル製造装置。 - 請求項1または2に記載のカプセル製造装置であって、
前記第2の液体によって形成されるシェルを第3の液体と接触させて化学反応を生じさせることにより、前記シェルを硬化させる、ことを特徴とするカプセル製造装置。 - 請求項3に記載のカプセル製造装置であって、
所定の方向に流動する前記第3の液体を膜状に支持する第2の液膜支持部を備える、ことを特徴とするカプセル製造装置。 - 請求項3または4に記載のカプセル製造装置であって、
前記第2の液体は多糖類または蛋白質類を含む水溶液であり、
前記第3の液体は多価金属塩を含む水溶液であり、
前記第2の液体と前記第3の液体とを接触させて架橋反応を生じさせることにより、前記シェルを硬化させる、ことを特徴とするカプセル製造装置。 - 請求項1〜5のいずれかに記載のカプセル製造装置であって、
前記液体噴射部は、前記第1の液体の液滴を噴射するノズルが複数並ぶノズル列を備える、ことを特徴とするカプセル製造装置。 - 請求項1〜6のいずれかに記載のカプセル製造装置で製造された医療用カプセル。
- 所定の方向に流動しながら膜状に支持された第2の液体の液膜に向けて第1の液体を噴射することにより、コアを形成することと、
前記コアが前記第2の液体の液膜を貫通する際に、前記第2の液体によって前記コアを被覆させることにより、前記コアを内包するシェルを形成することと、
を有するカプセル製造方法。
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