JP2013158759A - ナノ粒子の製造装置及び製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ナノ粒子を、製造工程において有機溶剤をまったく利用せずに、効率良く安価に製造するための装置及び方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明に係るナノ粒子の製造装置（超音波ロータリーナノホモジナイザー）は、超音波振動をしながら回転するホーン５と、ホーン５に超音波振動と回転運動とを与えるように構成された超音波ロータリーユニット１とを有するナノ粒子の製造装置であって、ホーン５を、ナノ粒子の原料物質を溶質とする溶液６内に入れ、溶液６に超音波振動を与えながらホーン５を回転させることによって、ナノ粒子を製造するように構成されていることを特徴としている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ナノ粒子（ナノサイズの粒子）を、製造工程において有機溶剤をまったく利用せずに、効率良く安価に製造するための装置及び方法に関する。

近年、医薬、化粧品、食料品等の分野において、１μｍ未満のナノ粒子（ナノサイズの粒子）を利用することについて注目が集まってきている。これは、ナノ粒子が極小のサイズであることから、表面積が増え、それにより１μｍ以上（ミクロンサイズ）の粒子とは異なる物理的・化学的性質を有することになって、前述した分野において、画期的で新たな製品の創造に寄与し得ると考えられているからである。例えば、最近では、医薬の分野において、ナノ粒子を、ＤＤＳ（Drug Delivery System（ドラッグ デリバリー システム））における抗ガン剤等のキャリアとして利用することへの研究開発が、非常に盛んに行われている。

このように、ナノ粒子は、現時点でも、また、潜在的にも、大きな需要が見込まれているものであるが、効率良く安価に製造するための装置や方法が確立していないため、非常に高価なものとなってしまっているという問題があった。また、ナノ粒子の製造工程においては、従来より、有機溶剤を利用する方法が存在していたが、医薬、化粧品、食料品等の分野において、有機溶剤の残留は大きな問題となるため、有機溶剤を利用せずに、ナノ粒子を効率良く安価に製造するための装置や方法の開発に関し、大きな期待が寄せられている。

本願発明者は、このような実情のもと、製造工程において有機溶剤をまったく利用せずに、効率良く安価にナノ粒子を製造できる装置や方法について鋭意検討を重ねた。その結果、本願発明者は、超音波ロータリーユニット（超音波スピンドル）のホーンを、ナノ粒子の原料物質を溶質とする溶液内に入れ、当該溶液に超音波振動を与えながら前記ホーンを回転させてナノ粒子を得ることによって、以上のような問題を解決することができるという知見を得、本発明を創作するに至った。

なお、本発明を出願するにあたって、本願発明者や出願人において過去の特許文献等を調査したところ、超音波を利用してナノ粒子を製造する装置や方法に関し、下記の文献を発見することができたが、本発明に係る技術的思想等を詳述した特許文献については発見することができなかった。

特開２０１０−２１４３６３号公報 特開２００７−７６２５号公報

本発明は、ナノ粒子を、製造工程において有機溶剤をまったく利用せずに、効率良く安価に製造するための装置及び方法を提供することを目的とする。

そのための手段として、本発明に係るナノ粒子の製造装置（超音波ロータリーナノホモジナイザー）は、超音波振動をしながら回転するホーンと、当該ホーンに超音波振動と回転運動とを与えるように構成された超音波ロータリーユニットとを有するナノ粒子の製造装置であって、前記ホーンを、ナノ粒子の原料物質を溶質とする溶液内に入れ、当該溶液に超音波振動を与えながら前記ホーンを回転させることによって、ナノ粒子を製造するように構成されていることを特徴としている。

また、以上の場合において、本発明に係るナノ粒子の製造装置は、前記超音波ロータリーユニット、又は、前記溶液を入れた容器を、ＸＹＺの各方向に動かすことができるように構成された移動手段も有していることを特徴としている。

さらに、以上の場合において、本発明に係るナノ粒子の製造装置は、前記ホーンの先端面の形状が、楕円又は多角形となっていることも特徴としている。

また、以上の場合において、本発明に係るナノ粒子の製造装置は、前記ホーンが、先端方向へと向かって螺旋状にねじれていることも特徴としている。

さらに、以上の場合において、本発明に係るナノ粒子の製造装置は、前記ホーンが、脆性材料によって構成されていることも特徴としている。

さらに、以上の場合において、本発明に係るナノ粒子の製造装置は、前記脆性材料が、ジルコニアであることも特徴としている。

また、本発明に係るナノ粒子の製造方法は、超音波ロータリーユニットのホーンを、ナノ粒子の原料物質を溶質とする溶液内に入れ、当該溶液に超音波振動を与えながら前記ホーンを回転させることによって、ナノ粒子を得ることを特徴としている。

さらに、以上の場合において、本発明に係るナノ粒子の製造方法は、前記ホーンの回転速度が１０００ｒｐｍ以上、前記ホーンの超音波振動の周波数が１５ｋＨｚ以上、かつ、前記ホーンの超音波振動の振幅が５μｍ以上であることを特徴としている。

本発明によれば、ナノ粒子を、製造工程において有機溶剤をまったく利用せずに、効率良く安価に製造するための装置及び方法を提供することができる。

ナノ粒子の製造装置が有している超音波ロータリーユニット１を示す図。 超音波ロータリーユニット１のホーン５を示す図。 ホーン５の実施形態の一例を示す図。

以下、本発明に係るナノ粒子の製造装置（超音波ロータリーナノホモジナイザー）、及び、ナノ粒子の製造方法を実施するための形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に係るナノ粒子の製造装置が有している超音波ロータリーユニット１を示したものである。

超音波ロータリーユニット１は、図示されているように、基本的に、チタン合金からなる回転軸２、回転軸２に超音波振動を与えるための振動子３、及び、回転軸２を回転させるためのモーター４から構成されている。そして、回転軸２の先端２ａには、ホーン５が取り付けられており、ホーン５は、超音波ロータリーユニット１の働きにより、超音波振動をしながら回転するようになっている。

そして、超音波ロータリーユニット１を有するナノ粒子の製造装置は、ホーン５を、ナノ粒子の原料物質を溶質とする溶液６に入れ、この溶液６に超音波振動を与えながらホーン５を回転させることによって、ナノ粒子を製造するようになっている。

なお、溶液６の溶質となる原料物質は、製造しようとするナノ粒子の原料物質として一般的に知られているものすべてを使用することが可能である。例えば、ナノ粒子としてリポソームを製造しようとする場合、原料物質にはリン脂質を使用すれば良い。また、溶液６の溶媒は、水であれば、水道水等であっても構わないが、可能であれば、製造しようとするナノ粒子の汚染を防ぐため、純水を使用することが好ましい。

そして、ここでは図示されないが、超音波ロータリーユニット１を有するナノ粒子の製造装置は、超音波ロータリーユニット１、又は、溶液６を入れた容器を、ＸＹＺの各方向に任意に動かすことができるように構成された移動手段も有している。

図２は、ホーン５のみを示したものである。ホーン５は、超音波振動の伝播効率が良いチタン合金によって構成されている。そして、ホーン５は、図示されているように、その先端面の形状が長方形となっており、ホーン５を回転させた際、溶液６内に乱流を発生させて、溶液６を効率良く攪拌できるような構成となっている。

なお、図２においては、ホーン５の先端面の形状は長方形となっているが、当該形状は、ホーン５を回転させた際、溶液６内に乱流を発生させ、溶液６を効率良く攪拌できるものであれば良く、長方形以外のものであっても構わない。例えば、楕円や、三角形や四角形、十字形等の多角形であっても構わない。

また、ホーン５の形状は、図３に示したように、その先端方向へと向かって螺旋状にねじれているような形態としても良い。このような形態とすることで、溶液６の攪拌効率をより高められることが期待できるからである。また、この場合は、ホーン５をその回転軸方向に平行に動かすだけで、ホーン５を回転させなくても、溶液６に乱流を発生させ、溶液６を攪拌することもできるからである。

なお、ホーン５については、その表面を電解研磨や化学研磨等によって鏡面処理しても良い。鏡面処理を施すことによって、本発明のように、ホーンをナノ粒子の原料物質を溶質とする溶液内において使用する場合において、当該溶液内にチタン合金粉が混入してしまう可能性を最小化することができるからである。チタン合金粉の混入は、製造しようとするナノ粒子が、特に、医薬、化粧品、食料品等の分野向けのものである場合、あまり望まれるものではない。しかし、ホーン５の表面を鏡面処理すれば、このようなチタン合金粉が混入してしまう可能性を最小化することができる。

さらに、ホーン５については、脆性材料によって構成するようにしても良い。一般的に、超音波ロータリーユニットにおいて使用されるホーンは、チタン合金をはじめとする金属等の延性材料によって構成されているが、ホーン５を脆性材料によって構成すれば、ホーンを構成する金属の粉等が混入する恐れを完全に回避することができる。なお、このようなホーン５を構成する脆性材料としては、ジルコニアを使用することが好ましい。ジルコニアは、脆性材料の中では、超音波振動の伝播効率が高いからである。

また、以上の実施形態においては、ホーン５の回転速度を１０００ｒｐｍ以上、ホーン５の超音波振動の周波数を１５ｋＨｚ以上、かつ、ホーン５の超音波振動の振幅を５μｍ以上とすることが好ましい。これは、このような条件においてナノ粒子の製造を行うことによって、発明者の経験則から判断して、溶液６の攪拌効率を高め、製造効率をより高められると認められるからである。

次に、以下に示す実施例により、本発明について更に詳細に説明を行う。

本発明に係るナノ粒子の製造装置、及び、ナノ粒子の製造方法の効果を実証するため、ナノ粒子の原料物質を溶質とする溶液に超音波ロータリーユニットのホーンを入れ、条件を変えて回転と超音波とを与え、得られるナノ粒子の違いを確認する比較実験を行った。以下、その内容について詳述する。

［ナノ粒子の原料物質を溶質とする溶液の準備］
本比較実験では、ナノ粒子として、０．２μｍ以下のサイズの「リポソーム」を製造することとし、原料物質として、リン脂質（水素添加レシチン大豆由来のもの）を用意した。そして、この溶質としてのリン脂質０．１ｇと溶媒としての純水１０ｃｃとからなる０．１％溶液、及び、リン脂質０．２ｇと純水１０ｃｃとからなる０．２％溶液の二つのナノ粒子の原料物質を溶質とする溶液を試験管に入れたものを準備した。なお、ここで使用した試験管は、いずれも硼珪酸ガラスからなり、高さ１０５ｍｍ、内径１８ｍｍのサイズのものであった。

［ナノ粒子の製造装置］
本比較実験では、ナノ粒子の製造装置として、プロソニック株式会社製の超音波ロータリーユニットを搭載したものを使用し、超音波ロータリーユニットについては、超音波周波数を４０ｋＨｚ、超音波振幅を３０μｍとした。また、超音波ロータリーユニットのホーンについては、チタン合金製であって、図２に示されたような、先端に向かって円錐状に外径が小さくなっており、先端面の形状が長方形をしているものを使用した。なお、本実施例におけるホーンの先端面長方形の寸法は、５ｍｍ×１．６ｍｍであった。

［フィルター］
本比較実験では、０．２μｍ以下のリポソームが製造されたことを確認するため、比較実験後の溶液を、０．２μｍ以下の粒子しか通過させないフィルターに通し、その透過率を計測した。すなわち、溶液のすべてがフィルターを通過した場合、透過率は１００％となり、当該溶液に含まれる粒子のサイズは、すべて０．２μｍ以下ということになる。一方、透過率が１００％未満となる場合には、０．２μｍを超える粒子が含まれており、これによるフィルターの目詰まりが発生しているということになる。そして、０．２μｍを超える粒子が多い程、フィルターが目詰まりしやすく、透過率が低下することになる。なお、ここで使用したフィルターは、シリンジとフィルターとが一体になったものであって、ＰＡＬＬ社製の０．２μｍフィルター（型番：ＰＮ４６０２）を使用した。

［比較実験］
準備した溶液が入った各試験管に超音波ロータリーユニットのホーンを入れ、異なる濃度、及び、超音波ロータリーユニットの回転数の条件下において、ナノ粒子の製造を行った。その結果をまとめたものが以下の表である。なお、いずれの場合においても、回転及び超音波振動を与えた時間は、１０分間であった。

この表から明らかなように、超音波ロータリーユニットを使用して超音波を与えながら、ナノ粒子を製造する際、スピンドルの回転数を上げれば上げるほど、透過率が増加していた。このことから、回転と超音波振動を与えることによって、０．２μｍ以下のナノ粒子（リポソーム）を効率良く製造できることが分かった。

なお、さらなる比較実験として、準備した溶液が入った各試験管に超音波ロータリーユニットのホーンを入れ、超音波振動は与えずに、５００ｒｐｍの回転のみを１０分間与え、その後、溶液をフィルターに通す実験も行った。その結果、超音波振動を与えず回転のみを与えた場合は、試験管内の溶液をフィルターに通そうとしたところ、フィルターが完全に目詰まりし、フィルターに溶液をまったく通すことができなかった。なお、ここでは、０．４５μｍ以下の粒子しか通過させないフィルター（ＰＡＬＬ社製，型番：ＰＮ４６０４（０．４５μｍフィルター））にも溶液を通そうと試みたが、この０．４５μｍフィルターでも完全に目詰まりをしてしまい、通すことができなかった。

さらに、回転数を上げ、３０００ｒｐｍで１０分間回転のみを与えた溶液、及び、５０００ｒｐｍで１０分間回転のみを与えた溶液を、それぞれフィルターに通そうとしたが、これらも、０．２μｍフィルターはおろか、０．４５μｍフィルターさえもフィルターが完全に目詰まりし、溶液を通すことができなかった。

この結果から、超音波振動を与えずに、回転のみを与えた場合は、０．４５μｍ以下のリポソーム（ナノ粒子）は製造できないことが分かった。

本発明に係るナノ粒子の製造装置や製造方法は、以上のような構成となっており、本発明によれば、ナノ粒子を、製造工程において有機溶剤をまったく利用せずに、効率良く安価に製造するための装置及び方法を提供することができる。

なお、以上の実施例においては、ナノ粒子としてリポソームを例に製造装置や製造方法について説明したが、本発明におけるナノ粒子は、特にリポソームのみに限定されることは無い。本発明に係る製造装置や製造方法は、リポソーム以外のナノ粒子についても適用することが可能である。なお、リポソーム以外のナノ粒子とは、例えば、リポソーム以外のベシクルの他、高分子ミセル、デンドリマー、水溶性高分子、ナノゲル、エマルション、マイクロスフェア等の有機物質からなるナノ粒子、また、無機物質のうち、ジルコニアやアルミナ等、酸化物からなるナノ粒子も含まれるものとする。

また、本発明は、当然ながら、以上の実施形態や実施例で説明したナノ粒子の製造装置や、ナノ粒子の製造方法に限定されるものではなく、また、本発明の範囲には、本発明の技術的思想が具現化されたものも含まれるものとする。

１ ：超音波ロータリーユニット、
２ ：回転軸、
２ａ：回転軸の先端、
３ ：振動子、
４ ：モーター、
５ ：ホーン、
６ ：溶液、

Claims (8)

1. 超音波振動をしながら回転するホーンと、当該ホーンに超音波振動と回転運動とを与えるように構成された超音波ロータリーユニットとを有するナノ粒子の製造装置であって、
   前記ホーンを、ナノ粒子の原料物質を溶質とする溶液内に入れ、当該溶液に超音波振動を与えながら前記ホーンを回転させることによって、ナノ粒子を製造するように構成されているナノ粒子の製造装置。
2. 前記超音波ロータリーユニット、又は、前記溶液を入れた容器を、ＸＹＺの各方向に動かすことができるように構成された移動手段も有していることを特徴とする、請求項１に記載のナノ粒子の製造装置。
3. 前記ホーンの先端面の形状が、楕円又は多角形となっていることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のナノ粒子の製造装置。
4. 前記ホーンが、先端方向へと向かって螺旋状にねじれていることを特徴とする、請求項３に記載のナノ粒子の製造装置。
5. 前記ホーンが、脆性材料によって構成されていることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のナノ粒子の製造装置。
6. 前記脆性材料が、ジルコニアであることを特徴とする、請求項５に記載のナノ粒子の製造装置。
7. 超音波ロータリーユニットのホーンを、ナノ粒子の原料物質を溶質とする溶液内に入れ、当該溶液に超音波振動を与えながら前記ホーンを回転させることによって、ナノ粒子を得るナノ粒子の製造方法。
8. 前記ホーンの回転速度が１０００ｒｐｍ以上、前記ホーンの超音波振動の周波数が１５ｋＨｚ以上、かつ、前記ホーンの超音波振動の振幅が５μｍ以上であることを特徴とする、請求項７に記載のナノ粒子の製造方法。