JP2015501197A - 自己組織化ナノ構造粒子およびその調製方法 - Google Patents

Abstract

新しいナノ構造粒子は、酸媒体またはそれ以外の溶媒中の、ホスト容器として有用であると知られている、天然のまたは修飾された多糖、キャビタンド、単糖、単純なポリオール、または、他の似た構造の分子などの小分子のホスト容器の分散液によって形成された構造性の流体マトリックスに、所望の選択した固体を導入することにより形成され、それによって、導入された固体の粒径は、ホスト容器への組み込みによって縮小するまたは制限される。簡単な１工程の混合プロセスが、様々な用途で有用なナノ粒子の安定したコロイド分散液をもたらす。【選択図】図１

Description

本発明は、天然のまたは修飾した多糖、キャビタンド、および他の同様の分子を含むゲル内に形成された自己組織化ナノ構造粒子の新規な安定したコロイド分散液と、それを調製する方法を対象としている。本発明は本発明にかかるコロイド分散液への有用な適用も対象としている。

ナノストラクチャーまたはナノ粒子は本来豊富にあり、化学的および生物学的組成物の基本的な構成要素を形成する。ナノ粒子は、その使用に関連した特性の改善を利用するために、化学的または機械的あるいはその両方の人工的な手段によっても作製されてもよい。ナノ粒子の使用により、特定の適用に関して多くの成分を使用および利用することが可能となり、与えられた結果を達成するのに必要な成分の量が減り、それによって成分の使用に付随するコストを低下させることもある。小さな粒径はそれ自体が、噴射を含むいくつかの用途では、粒子分散のコロイド安定性と高い性能に必要な特性である。

小さな粒子、とりわけ、ナノ粒子は、より大きな粒子の大きさを小さくすることによって、または、形成される際の粒子の成長を抑制することによって、または、技術の組み合わせによって、調製されてもよい。例えば、大きな粒子の大きさは、当業者に知られている任意の数の機械的または物理的な技術によって小さくされてもよい。これらの技術が、限定されることなく、ミル、超音波または、限定されないが、媒体ミル、ボールミル、アトライター、フロージェットミキサー（ｆｌｏｗ ｊｅｔ ｍｉｘｅｒ）、インペラーミル、コロイドミル、またはサンドミルなどのせん断混合によるエネルギーの適用を含む。あるいは、成長を抑制することによって、例えば、マイクロ・チャネル・リアクター内での形成によって、合成の間に、より小さな粒子が形成されてもよい。最後に、再結晶中に大きな粒子を溶かし、成長を抑制することによって、粒径は小さくされてもよい。これは、例えば、当該技術分野で知られている他の方法のなかでも、界面活性剤の存在下で溶液から粒子を沈殿させることによって達成されてもよい。

近年、無機鉱物のナノ構造粒子が、内部に親水性および疎水性の領域を有するリオトロピック液晶内に形成されたことが報告されている。この方法は商業的には使用されない。

小さな粒子を作製するための先行技術に欠点のないものはない。一般的に、ナノ粒子を含む小さな粒子を得るための最も有効な商業技術は、上で議論されるように、機械的または物理的なエネルギーの適用によって、あるいは、粒径の成長を抑制することによって、より大きな粒子の大きさを小さくすることを必要とする。これらの手法は両方とも、非常に専門的な装備を必要とし、時間を浪費し、この装備とプロセスの両方とも高額である。

加えて、より小さな粒径は一般により大きな表面積に関係しており、ナノ粒子も例外ではない。とりわけ表面積が大きいため、ナノ粒子は、凝集を防ぐために、および、適切な媒体における分散性を維持して最終的な使用にアクセスまたは利用しやすくするために、安定化を必要とする。
従って、粒径を小さくした後、個別の工程を通じてナノ粒子分散を安定させることが典型的には必要である。

ナノ粒子を含む小さな粒子のコロイド分散は、限定されないが、ｉ）粒子の表面と非共有結合する高分子または小分子界面活性剤の追加、ｉｉ）「安定化」小分子の共有結合、または、ｉｉｉ）小さな粒子の表面に対する高分子、あるいは、安定化に貢献するであろう成分を含む小さな粒子のカプセル化を含む、複数の異なる技術によって、安定化してもよい。カプセル化は、例えば、高分子界面活性剤を架橋結合することによって、または、モノマーを重合化することによって達成されてもよく、これらは後に粒子の表面に吸収される。

先行技術からのいくつかの安定化の実施例は、特許文献１を含んでおり、これは、重合したモノマーで色素粒子をコーティングすることによって分散を均質化する方法を対象としている。同様に、特許文献２は、水分散性を与える群で色素粒子の表面を処理することによって、または、水分散性高分子で色素粒子をカプセル化することによって、水ベースの色素の分散性を改善する方法について記載している。特許文献３は、吸収に依存するよりもむしろ、様々な特性を改善するために色素粒子に官能基を付ける方法を記載している。特許文献４は、シクロデキストリンがコーティング剤として使用されている水性インク組成物を対象としている。デキストリンは特許文献５において、染料結合剤としても使用されている。

界面活性剤の追加、粒子の表面に小分子または高分子を「安定させる」共有結合、または粒子のカプセル化を含む先行技術の安定技術は、有用であるものの不利な点がないわけではない。界面活性剤は、粘性を増加させたり表面張力を低下させたりすることによって不適当な方法で、分散の特性を変化させることもあり、界面活性剤は高価なこともある。小分子または高分子の共有結合によって、および／または、カプセル化によって、小さな粒子を安定させる実際的な商業技術は、比較的複雑な多工程の化学プロセスを必要とする傾向があり、望ましくないまたは危険な溶媒または試薬を使用することもある。したがって、その特性を危険にさらすことなく、選択された用途でナノ粒子成分をアクセスしやすく利用しやすくし、かつ、単純で製造コスト効率の良い、安定化したナノ粒子分散液を調製するプロセスに対するニーズがある。

上に議論された先行技術の欠点を回避する、新しい自己組織化ナノ粒子とそれを調製する独特なプロセスが発見されている。本発明の新しい自己組織化ナノ粒子は、構造性流体（ａ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ ｆｌｕｉｄ）またはマトリックス、すなわち、酸または他の溶媒媒体中に分散したホスト容器（ｈｏｓｔ ｖｅｓｓｅｌ）または分子を含む半固体または粘弾性のゲルに、選択されたゲスト固体（ｇｕｅｓｔ ｓｏｌｉｄ）を追加することによって形成されたクラスレートである。ホスト容器は、超分子化学におけるホスト分子として有用である当業者に知られている多くの化合物を含んでもよい。これらは次のものを含む：天然のまたは修飾された多糖；シクロデキストリン、ククルビツリル（ｃｕｃｕｒｂｉｔｕｒｉｌ）、およびカリクサレン（ｃａｌｉｘｅｒｅｎｅｓ）のようなキャビタンド；デキストロース、フルクトースまたはグルコースのような単糖；エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、ソルビトールおよびキシリトールのような単純な（直鎖、分岐、または環状の）ポリオール；クラウンエーテル、アザクラウン、クリプタンド、シクロファン、オリゴペプチドおよびポリペプチド、タンパク質、オリゴヌクレオチドおよびポリヌクレオチド、または他の似た構造の分子。選択された固体（ゲスト）を内部に包含するクラスレートケージまたはシェルを形成するために、選択された固体は、ホスト容器内で捕えられるかまたはそうでなければホスト容器内に含まれる。選択された固体の粒径はこのようにして小さくされるか、あるいは、成長がホスト分子の構造上の制約によって制限される。

先行技術のいずれも本発明の特定のクラスレートについて、あるいは、さらなる粒径の縮小と安定化する工程を必要としない、クラスレートの使用を介して選択された固体の粒径をナノ粒子の寸法にまで縮小するプロセス、および／または、ナノ粒子のコロイド分散を安定させるプロセスについて記載していないが、クラスレートまたはホスト／ゲストの形成は当該技術で知られている。例えば、特許文献６は、白金ベースの抗癌剤の溶解性および放出を改善するのに有用な小分子クラスレートを開示しているが、開示されたクラスレートがナノ粒子ベースのクラスレートではない。同様に、特許文献７は、ナノ−ポリアルキルシアノアクリレートと、薬物担体として有用な、疎水性キャビティー内の「活性物」を複雑化するのに役立つ包接化合物について開示している。特許文献８は、電子材料のウエハー上の気孔を形成する鋳型として有用な均一なナノ粒子を開示しており、シクロデキストリンがシリカと結合して低誘電性フィルムを形成している。特許文献９は、薬物送達系で使用されるＴＨＦ有機溶媒中にククルビツリル誘導体と医薬組成物を含むナノ粒子について記載している。

特にインクと噴射の用途に関して、先行技術のいずれも、本発明の新しいナノ粒子ベースの水性コロイド分散液を開示していない。特許文献１０は、まず色素の粒径を機械的に縮小させ、アミド、多価アルコール、尿素、グリセリン、グリコール、エーテル、バッファーおよび水を含む多くの成分と色素を組み合わせることによって調製されたナノ粒子ベースのインク配合物について記載している。シクロデキストリンまたはカリクサレンは、界面活性剤と同じ方法で調合物の分散性と安定性を助けるために加えられる。

対照的に、本発明は、ゲルに加える前に、選択した固体の粒径をナノ粒子の大きさまで縮小することを必要としない。むしろ、選択した固体のナノ粒子への縮小は、酸性媒体またはそれ以外の溶媒中に分散したホスト容器または分子を含むゲルに、選択した固体を加えることを含む、１工程の混合プロセスで達成される。粒径の縮小は、ホスト容器内に固体を溶かして固体を改良することによって、または、ホスト容器内で固体を直接合成して相互作用を強化する（ａｎｎｅａｌ）ことによって達成される。機械的な粒径の縮小は、選択した固体をゲルと組み合わせる前に、ただし、とりわけ大きな粒子または凝集体にのみ使用されることで、本発明にかかるプロセスを用いてナノ粒子へのさらなる縮小が促進されてもよい。本発明は、他の工程または成分を加えることなく安定したコロイド分散液を産出する。

特許文献１１は、エポキシ、有機または無機の顔料、乾燥剤、シクロデキストリン、および水を含む水性の印刷インクを開示している。シクロデキストリンは乾燥剤を含む「包接化合物」を形成することで、それを保護し、インクに必要な量を減らす。本発明とは異なり、シクロデキストリンは顔料のホストとしては使用されておらず、選択された色素の粒径を小さくするとも記載されていない。

特許文献１２と特許文献１３は、一連の色の層を結合するために鋳型として使用されるコロイド状の内核を備えたナノ粒子を含む特性を改良した新しい記録用インクと、それを調製する複雑なプロセスを開示している。インクは、色の凝集を阻害する、または、インクの安定性を増すこともある随意の「包接（ｉｎｃｌｕｄａｎｔ）」化合物を含んでおり、シクロデキストリンがそのような化合物のひとつとして列挙される。安定は主として、あらかじめ形成された高分子への電荷によって達成される。本発明とは異なり、インクは、着色剤を包むまたは着色剤に付けるために、高分子の層および／または荷電した高分子の層を交互にすることを必要とする。インクは、有機溶媒を用いて、高せん断による乳化によって油／水の系で形成される。加えて、インクの調製は、荷電した高分子または荷電したシリカゲル粒子のいずれかの荷電したナノ粒子コアで始まる。これらの特許のいずれにおいても、粒径を小さくするかまたは調合物を安定させるために、包接化合物の使用について教示していない。

本発明は、新しい自己組織化ナノ粒子、そのコロイド分散液、および、安全で環境にやさしい単一工程の混合プロセスにおけるコロイドの安定化を達成するためのプロセスも対象としている。本発明にかかるプロセスは、商業生産で容易に実施されてもよく、かつ、商業生産に実行可能である、ナノ構造粒子およびこれらのナノ構造粒子の安定したコロイドを調製するための単純な技術の使用を含んでいる。新しいプロセスは、さらに、専門的なまたは追加の器具や工程、専門による取り扱いまたは追加の成分を必要としないので、それほど高価ではない。

本発明にかかるプロセスによって調製されたナノ構造粒子は、多くの価値ある用途を有しており、その中には、噴射技術による適用に役立つ安定したコロイド分散液としての用途もある。有機着色顔料の安定したコロイド分散液がこの技術を用いて調製されている。本発明はこの用途に限定されないが、これらの分散液は優れた噴射特性を備えたインクを調製するために使用されている。本発明の新しく安定したコロイド分散液の他の用途は、限定されないが、他のタイプのインクおよびコーティング；コンダクタ、絶縁体、半導体などの電子材料の安定したコロイド、とりわけ、デバイスまたは噴射のような製造に有用なものの調製；様々な他の用途向けの有機材料およびセラミック材料の安定した分散液の調製；バイオテクノロジー、医薬品、薬物送達、医療診断、またはバイオアッセイ、あるいは撮像用用途向けの安定した分散液の調製；および、デバイスのナノファブリケーション、を含んでいる。他の用途は当業者に明らかであろう。

本発明の新しく安定したコロイド分散液は、従来の競争力のあるプロセスによって生産されたものと同等の粒径、および、それと同等またはそれよりも優れた安定性を有しており、噴射用途での有用性を実証している。

本発明は、多種多様な固体の粒径をナノ構造粒子にまで縮小する１工程の方法を提供することを目的としている。

本発明は、多種多様な選択された固体からナノ粒子の安定したコロイド分散液を提供することをさらなる目的としている。

本発明は、多種多様な選択された固体のナノ粒子の安定したコロイド分散液を生産するために、実施するに当たり簡単で安全でコスト効率が良く、環境にやさしい、商業的に実現可能な技術を提供することをさらに別の目的としている。

米国特許７，７４１，３８４号 米国特許７，３０７，１１０号 米国特許６，４３２，１９４号 米国特許６，１７１，３８１号 韓国１００２５８６４０号 米国特許公開公報２００４／２６５２３７号 米国特許６，８８１，４２１号 米国特許７，４６２，６５９号 米国特許７，８２９，６９８号 日本２００１２７１０１２号 カナダ２１８１４９５ 米国特許７，３７１，４５６号 米国特許７，０３０，１７６号

本発明は、新しいナノ構造粒子およびその安定したコロイド分散液、クラスレート構造での形成によって固体の粒径をナノ粒子の寸法にまで縮小する新しい方法、および、従来の安定化技術を必要とすることなく、固体の粒径を縮小させ、ナノ粒子の安定したコロイド分散液を生産するのに適したクラスレートベースの構造性流体を調製する新しい方法を対象としている。従来の粒径縮小技術とは対照的に、本発明にかかる技術は、選択された固体の粒径をナノ粒子へと縮小することと、および、１つの工程で――流体中で有用なホスト容器であると知られている、天然のまたは修飾された多糖、キャビタンド、あるいは、他の似た構造の分子を含むゲル内でのアニーリングによって――そのように形成されたナノ粒子のコロイド分散液の安定化とを可能にする。酸または他の溶媒内のホスト容器の分散液から結果として生じる粘弾性または半固体のゲルは、加えられた固体の粒径を小さくするか、または、ゲル内で合成される化合物の粒子の成長を制限するための鋳型として作用する「構造性」流体マトリックスである。形成されたコロイド分散液は、限定されないが、インクジェット用途および先に議論された他の用途を含む多くの用途で役に立つ。

１つの実施形態では、本発明は、酸または他の溶媒媒体中に分散した、天然のまたは修飾された多糖、キャビタンド、デキストロース、フルクトースおよびグルコースなどの単糖、エチレングリコール、プロピレングリコールまたはグリセリンなどのような単純な（直鎖、分岐、または環状の）ポリオール、クラウンエーテル、アザクラウン、クリプタンド、シクロファン、オリゴペプチドおよびポリペプチド、タンパク質、オリゴヌクレオチドおよびポリヌクレオチド、または他の似た構造の分子から形成されたホスト容器を含む新しい構造性流体マトリックスである。

第２の実施形態では、本発明は、選択されたゲスト固体を新しい構造性流体マトリックスに加えることによって形成されたナノ構造粒子のコロイド分散液である。

第３の実施形態では、本発明は、天然のまたは修飾された多糖、キャビタンド、デキストロース、フルクトースまたはグルコースのような単糖、エチレングリコール、プロピレングリコールまたはグリセリンのような単純な（直鎖、分岐、または環状の）ポリオール、クラウンエーテル、アザクラウン、クリプタンド、シクロファン、オリゴペプチドおよびポリペプチド、タンパク質、オリゴヌクレオチドおよびポリヌクレオチド、および、他の同様の構造性分子を構造性流体マトリックスに変換し、構造性流体マトリックスに、選択したゲスト固体を加えることによってナノ構造粒子を調製し、そのコロイド分散液を産出するプロセスである。

さらなる実施形態では、本発明は、例えばナノ粒子の表面でシクロデキストリンまたは他の炭水化物をカラメル化することによって、小さな超分子ホスト分子を融合させて、全ナノ粒子を包含するクラスレートケージにすることで、安定したナノ粒子コロイド分散液を作製するプロセスである。

別の実施形態では、本発明は、クラスレートケージを介して、例えば、アセタールまたはヒドラゾンの結合によって、有用な部分をナノ粒子に付けるプロセスである。これは、例えば、ナノ粒子のゼータ電位を増加させる荷電基を付加することにより、コロイド分散液を安定させる部分を含んでもよい。

またさらなる実施形態では、本発明は、高粘度構造性流体中の固体のゲスト粒子の大きさを小さくするためにキャビテーションを開始することによって、噴射のための分散液およびナノ粒子の他の安定したコロイド分散液を調製するのに有用な特有のプロセスである。

本発明の構造性流体は、膜濾過によって容易に除去される成分を混合することにより調製される。これらの成分には、限定されないが、キャビタンド、修飾された多糖、天然の多糖、デキストロース、フルクトースまたはグルコースなどの単糖、エチレングリコール、プロピレン、グリセリン、ソルビトール、キシリトールなどの単純なポリオール、ポリリン酸、これらの成分の２つ以上の混合物、および、アルデヒドまたはポリアルデヒドを備えた混合物の組み合わせが挙げられる。

デンプンからのアミロースのらせん構造を示す。 β−シクロデキストリンの化学構造である。 α、β、およびγ−シクロデキストリンの構造と寸法を表す概略図である。 β−シクロデキストリンのコンピュータで生成した空間充填モデルを示す。

本発明にかかる組成物およびプロセスを詳細に記載する前に、本発明が特定の成分、成分の量、または本明細書に述べられた使用される用途に限定されないことを理解されたい。当業者が記載から理解するように、本発明は他の実施形態を含むこともあり、様々な方法で実行されることもある。

本明細書で使用される用語は、限定するようには意図されていない。「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ、ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ、ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「構成する（ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｎｇ）」、または「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、および、これらのその他の変更形態の使用は、列挙または記載された項目に限定されず、同等物および追加の項目を包含するように意図されている。単数形の使用は複数形を含むように意図されている。

本明細書に記載の数の範囲は、最低値から最高値までの値をすべて含んでいる。

本発明の目的のために、以下の用語が定義される。

我々の用法では、「ナノ構造粒子」または「ナノ粒子」は、ナノメートル（例えばクラスレートケージの厚みのような）の規模の寸法をした構造特徴を有する粒子である。

厳密に言えば、ナノ粒子は一般に、すべての寸法が１００ナノメートル未満である粒子であるとみなされている。しかしながら、このような粒子は、１００ｎｍ未満の粒子から、１００ｎｍよりも実質的に大きなこともある粒子までの範囲を包含する大きさの分布として調製されることがしばしばある。粒子のほぼすべてが６００ｎｍ未満の直径であり、平均粒径が約２００ｎｍ未満の直径である粒径の分布は、噴射にもっとも適している。約１５０ｎｍ未満の平均粒径は、噴射用途にとりわけ有用である。

「ゲル」は、分散相（固体）が分散媒（流体）と結合して半固体または粘弾性の材料を形成する、コロイドまたは溶液を意味している。

我々は、「ゲル」という用語を、「構造性流体」という用語、「構造性流体マトリックス」という用語、または「構造性流体ホスト」という用語と交換可能に使用している。本発明に関して、特に、これらの用語はすべて、天然のまたは修飾された多糖、キャビタンド、デキストロース、フルクトースおよびグルコースのような単糖、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、ソルビトール、キシリトールなどの単純な（直鎖、分岐、または環状の）ポリオール、クラウンエーテル、アザクラウン、クリプタンド、シクロファン、オリゴペプチドおよびポリペプチド、タンパク質、オリゴヌクレオチドおよびポリヌクレオチド、または酸性の分散流体中の他の同様の分子などのホスト容器（分子）の混合の結果として生じる半固体または半硬質のゲルを意味し、これを含んでいる。用語「構造」の使用は、ボイド領域（粒子の成長が抑制される溶解した固体を含まない領域）の寸法の制御に単に言及するものであるか、あるいは、それは、溶解した固体の位置と配向の組織化により特徴付けられる液体の結晶特性を備えたより高次の構造であってもよい。

「鋳型」は、粒径を小さくするまたは粒子の成長を抑制するための形態として、構造性流体の機能／用途を指す。

「足場」は、クラスレートケージによって作られる支持構造を意味しており、ナノ粒子の凝集を制限し、それによってコロイド分散を安定させる。クラスレートケージはさらに、加えられた「ゲスト」固体に他の成分を取り付けるための点を供給する。

「クラスレート」は、１つの物質の分子（ゲスト分子）が別のもの（ホスト容器）の構造内に物理的に捕えられる組成物を意味している。本発明の目的のために、クラスレートは、構造性流体ホストにゲスト固体を加えることによって作られた新しいナノ粒子ベースのコロイド粒子を指す。

用語「ホスト」、「ホスト容器」、「クラスレートケージまたはシェル」は、内部の固体を捕えているクラスレートの外部の部分を記載するために交換可能に使用されている。

「安定性」は、クラスレートの成分（すなわち、捕えられた粒子と「ホスト容器」）間の相互作用の安定性を指しているが、分散のコロイドの安定性（すなわち、分散を保つ、または、凝集しない粒子の傾向）を記載するためにも用いられる。議論の文脈内でこの区別を明らかにする努力がなされている。

他の定義は記載を通じて述べられている。

本発明の新しいナノ構造粒子およびコロイド分散液は、多糖、キャビタンド、単糖、単純なポリオール、および他の似た構造の分子の修飾に基づいており、すべて本明細書に記載されており、有用なホスト容器であることが当業者には知られている。

いくつかのクラスの化合物は、強力な非共有結合の形成を促進することが知られているその構造内に組織的な特徴を有している。これらの特徴のおかげで、化合物は、特定のゲスト分子に非常に効果的に「ホスト」を演じることが可能となる。これらの化合物のなかで顕著なのは、疎水性領域、定義された水素結合、および静電気配向を含む特別な立体構造を採用する特定の多糖である。

構造性流体マトリックスを調製し、選択したゲスト固体の粒径を小さくする本発明で有用な化合物には、限定されないが、アミロースなどの特定の天然の多糖、マルトデキストリンやキトサンのような修飾した多糖、および、シクロデキストリン、カリクサレン、およびククルビツリルなどの関連化合物と同様に、他の似た構造の分子が挙げられる。特定の立体構造を有する、または、特定の立体構造を達成するために修飾可能な、デキストロース、フルクトースおよびグルコースのような単糖、および、エチレングリコール、プロピレングリコールまたはグリセリン、ソルビトール、キシリトールなどの単純な（直鎖、分岐、または環状の）ポリオール、クラウンエーテル、アザクラウン、クリプタンド、シクロファン、オリゴペプチドおよびポリペプチド、タンパク質、オリゴヌクレオチドおよびポリヌクレオチドも、本発明に有用であると考えられる。

シクロデキストリンは特に、その環状構造によって課される構造上の制約により、かなりの程度、その組織化した特徴を示している。シクロデキストリンは、シクロデキストリンに加えて、カリクサレンとククルビツリルのような同様の特性を備えた合成分子を含むキャビタンドとして知られている環式化合物のクラスのメンバーである。カリクサレンやククルビツリル、および他のキャビタンドは、本発明の範囲内であるとみなされる。本発明で有用な同様の組織化した特徴を有する他の似た構造の化合物は、当業者に知られている。

「ホスト」化合物が特定の酸性の流体または他の溶媒内で溶解するまたは分散するとき、粘弾性または半固体のゲルを形成することが発見されており、ゲルは、導入された固体の粒径をナノ粒子の寸法まで縮小するため、あるいは、小さな粒子の成長を制御するために、鋳型として作用する流体内の領域を有している「構造性」流体マトリックスである。これらの小さな粒子の形成中および形成後に、クラスレートケージがナノ粒子の周囲に形成される。このケージの構造はゲル鋳型の一部に由来する。過剰なゲル鋳型は自由なままで、容易に生成されてもよく、さもなければ反応後にクラスレート分散液から除去されてもよい。

本発明の新しいナノ粒子は、特定の天然のまたは修飾された多糖、キャビタンド、デキストロース、フルクトースおよびグルコースなどの単糖、および、エチレングリコール、プロピレングリコール、またはグリセリン、ソルビトール、キシリトールなどの単純な（直鎖、分岐、または環状の）ポリオール、クラウンエーテル、アザクラウン、クリプタンド、シクロファン、オリゴペプチドおよびポリペプチド、タンパク質、オリゴヌクレオチドおよびポリヌクレオチド、またはポリリン酸、特にスーパー燐酸（１０５％）、硫酸（〜８０重量％水溶液）またはグリオキシル酸（５０％水溶液）などの流体中で分散した、超分子化学において有用なホスト分子であると知られている他の似た構造の分子を含む、ホスト容器から調製されたゲルを含む「構造性」流体マトリックスに、選択されたゲスト固体を加えた後に、粒子の形成、したがって、粒子の大きさを制御することによって調製される。スーパー燐酸について、１００％を超える割合は、無水リン酸結合の加水分解により水を吸収する能力を示している。構造性流体マトリックスの形成を促進するのであれば、これらの成分や他の酸および溶媒の他の濃度も使用することができる。

選択されたゲスト固体の粒径の縮小は、構造性流体によって作製された鋳型内で大型の粒子が溶解し、その後再結晶することによって、進行すると考えられている。粒径の縮小は、ホスト容器の表面とのより多くの境界面を作るために、構造性流体マトリックス内の選択された固体粒子の表面積を増加させることにより、部分的に推進されることもある。最終的には、足場が、再結晶後に選択された固体の粒径を縮小させ、ナノ構造粒子まで達成された粒径を制限する。このようにしてナノ粒子はクラスレート内部で捕らえられ、ナノ粒子は、ナノ粒子の表面でホスト容器の分子の融合から形成されたクラスレートケージによって包含される。

処理の後、このように調製されたナノ粒子は、加えられた「ゲスト」（すなわち、選択された固体）のための容器または「ホスト」構造として、構造性流体マトリックスの一部を保持する。このホスト／ゲストの組み合わせは、ホスト容器内部でゲスト粒子を捕えること、または、ホスト容器にゲスト粒子を付けることに由来して、該構造内部に付けられた、または、該構造内にあるナノ粒子を備えたクラスレートケージである。クラスレートケージの組成は、構造性流体マトリックス内でゲストとして溶解する特定の固体の一部に由来する。水による反応のクエンチとｐＨの調節後、塩類とナノ粒子に付いていないゲルの他の成分とを除去することで、安定したコロイド分散液が産出される。

分散液では、クラスレートは、分散液を安定させ、ゲスト粒子間の凝集を阻害し、ゲスト粒子の表面に他の分子を付着させる足場として機能すると考えられている。これらの付着は、ゼータ電位を増加させ、さらに凝集を阻害し、粒子から調製されたコロイド分散液の安定性を増強する、荷電官能基を含んでもよい。追加の安定工程は本発明にかかるプロセスでは必要とされない。

他の機構も本明細書に記載のコロイド分散の安定性に貢献することもある。とりわけ、以下に議論される特定のホスト容器について、カラメル化は、結果として生じるナノ粒子のコロイド分散液の安定に関与することもある。カラメル化は、スーパー燐酸とさらに濃縮した硫酸とを使用することに由来する酸性度と脱水状態によって促進されてもよい。酸は、例えば、固体の分子間で非常に強力な分子内引力を有するとともにそれ以外のほとんどの溶媒ではさほど可溶性ではない、顔料のような固体を溶解させる能力も有している。これは、酸性度が水素結合のような特定の分子内引力を弱める傾向があるからかもしれない。このため、酸が好ましい溶媒であってもよいが、本発明はそのようには限定されない。

極端なカラメル化は、大型の粒子と安定していないコロイドをもたらすことがあるため、回避しなければならない。従って、ゲルを形成するために使用されるホスト容器によって、酸または他の溶媒の濃度は変化してもよい。例えば、マルトデキストリン内部では、硫酸または他の酸の濃度が高すぎると、カラメル化の非常に極端な例である、「焦げる」炭化が生じる。

とりわけ、限定されないが多糖とシクロデキストリンを含む炭水化物は、カラメル化反応を受ける。これらの反応は一般に、１００°Ｃを超える温度で進行する。しかしながら、反応は、例えば、本明細書に記載のポリリン（スーパーリン酸１０５％）酸、硫酸（８０の重量％水溶液）、またはグリオキシル酸（５０％水溶液）中の反応で見られる酸性状態および脱水状態で促進されることが知られている。カラメル化は、結果として生じたクラスレートケージ構造の強度と安定性を強化するまたはこれらに貢献することもあり、ゲスト粒子を囲むホスト容器の親水性の特徴を向上させることにより、粒子分散液のコロイドの安定性を高めることを助けてもよい。カラメル化は、他の基の粒子への付着のための「ハンドル」として機能することができるケトンなどの新しい化学部分を導入してもよく、あるいは、ゼータ電位を増加させてコロイドを安定させるゲスト粒子を取り巻く容器の表面に酸性基を直接形成することになってもよいことが可能である。グリオキシル酸のようなアルデヒドの使用も、ホスト容器分子とゲスト固体の間の付着または結合に貢献し、またはこれを促進することもある。

任意の特定の理論によって縛られることなく、選択されたホスト容器は、液体の酸性媒体（または他の溶媒）中に分散すると、結果として生じる構造性流体マトリックス内部に領域を形成し、粒子の成長が抑制されていることが信じられている。構造性流体に加えられたゲスト材料はこれらの領域内部で組織化されるようになり、溶解するとともに再結晶も生じて、その結果、粒径は小さくなり、ゲスト材料とホスト領域との間の相互作用の−ΔＧ（自由エネルギー変化）は、アニールプロセスで最大化する。ゲスト材料とホスト領域の間の相互作用のこの自由エネルギー変化は、それらの間の非共有結合相互作用と引力を内包しており、無極性の（疎水性かつファン・デル・ワールス）結合、π−スタッキング結合、極性結合、および、水素結合を含んでいる。この相互作用の−ΔＧ（自発的なプロセスを内包する自由エネルギーの負の変化）は、ゲスト材料の粒径の縮小を推進するのを助けることもあり、その結果、ゲスト材料の表面とホスト領域の表面と間の接触領域が増える。クエンチング工程の後、ホスト領域とゲスト材料の間の相互作用は適所に実質的に係止される。

本発明にかかるプロセスの別の見方をすれば、ゲスト粒子の表面と構造性流体の間の引力は、粒子と流体の間の付着力と記載されることもある。多糖と、シクロデキストリンおよび単糖やポリオールさえ含む他の炭水化物との溶液および分散液は、「粘質」であると広く理解されている。加えて、これらの流体内の構造の再配置に必要な時間は、結果として粘弾性挙動をもたらすことがあり、流体の粘性は、流体に加えられた力の時間的尺度に依存して変わる。粒子表面と粘弾性または粘着性の流体マトリックスとの間の接着を破壊するには、粘着による相互作用を形成する際に放出されたエネルギー量の１０，０００倍以上を必要とする場合がある。この理由はまだ明らかとはなっていない。

他の貢献のなかで、エネルギー変化は、接着した表面間に形成された分子の絡み合いの分離、二面間の不安定性、および、キャビテーションにさえよるものだとされている（Ｚｈａｏ， Ｚｅｎｇ， Ｔｉａｎ， ａｎｄ Ｉｓｒａｅｌｉｃｈｖｉｌｉ； ＰＮＡＳ， ２００６： Ｖｏｌ． １０３， Ｎｏ． ５２， １９６２４−１９６２９）。キャビテーションは、粒径の縮小に非常に有用な高焦点エネルギーのソースである。近年公表された研究は、粘性が高いと、低流速でキャビテーションの開始が促進されると予測している（Ｐａｄｒｉｎｏ， Ｊｏｓｅｐｈ， Ｆｕｎａｄａ， Ｗａｎｇ， Ｓｉｒｉｇａｎｏ； Ｊ． Ｆｌｕｉｄ Ｍｅｃｈ．， ２００７： Ｖｏｌ． ５７８， ｐｐ． ３８１−４１１）。この研究はさらに、粘性の高い流体において低流速でのキャビテーションの開始を支持する実験の証拠を列挙している。

特に噴射向けのナノ粒子の安定したコロイドを調製する先行技術文献は、流体の流れの衝突（ｆｌｏｗ ｉｍｐｉｎｇｍｅｎｔ）を介して、または、超音波の分野において、キャビテーションを促進する。顕著に、小さな粒子のコロイド分散液が必要とされる多くの用途については、高粘度は望ましくない。このことは、噴射用途に調製されたコロイド分散液では特に真実である。構造性流体マトリックスが粒径の縮小の間に高粘度を有していることは、本発明にかかるプロセスの特徴である。加えて、ゲスト粒子を取り囲むクラスレートの形成に利用されない構造性流体マトリックスのホスト成分は、例えば、膜限外濾過によって、反応のクエンチ後に容易に除去され、それによって粘性を弱める。このことにより、高粘性の流体マトリックスにおいて、粒径を容易にかつ効率的に縮小するプロセスが促進され、噴射用途のために適切な粘度を維持しつつ、小さな粒子の安定したコロイドを調製する。

従って、本発明にかかるプロセスは、粒径が高粘度媒体内で縮小し、粘性が粒子の最終的なコロイド分散液でも高いままである先行技術プロセスとは異なる。本発明にかかるプロセスは、驚くべきことに低流速でも粒径を迅速に縮小させており、膜限外濾過などの単純な処理によって小さな粒子の低粘性コロイド分散液へと容易になる高粘性の構造性流体において、キャビテーションを開始することにより粒径を小さくする独特かつ特徴的な方法である。本発明にかかる安定したコロイド分散液は、噴射のための分散液と、粒子の他の安定したコロイド分散液の調製に役立つ。

付着した表面を分離するために加えられるエネルギーの多くは、バルク材料の変形において消散する（Ｒｕｔｈｓ ａｎｄ Ｇｒａｎｉｃｋ， Ｌａｎｇｍｕｉｒ Ｖｏｌ． １４， Ｎｏ． ７， １８０４−１８１４）。この変形は、粒子をつなぎ止める粘着力の分解に寄与することができる。これらの引力が粒子内の粘着力を上回ると、構造性流体内部に同伴する粒子の大きさの縮小が起こり得る。

グラフェンなどのナノ構造は、接着テープのような別の材料の表面に付着する材料の表面から層をはぎ取ることにより形成可能であることもさらに知られている。同様に、構造性流体は、ゲスト粒子を引き離すために混合エネルギーを効率的に結合することもあり、それは媒体からの衝撃または衝撃波によって粒子を破壊する、粒径縮小の典型的な方法とは異なっている。構造性流体の流れが比較的遅い速度であっても、混合エネルギーに焦点を当てて、選択されたゲスト固体の結晶相の長さに沿って順次移動して、結晶のファセット間の相互作用を「解く」ことによって、ゲスト粒子を引き離し、それによって粒径を縮小させてもよい。さらに、このような速度の遅い流れでは、構造性流体のホスト成分は、新しく形成された粒子表面で再組織化し、流体のホスト成分とゲスト粒子との間の引力を最大限にするための時間が増加している。

したがって、本発明にかかるプロセスは、噴射向けの分散液と粒子の他の安定したコロイド分散液の調製のために、凝縮相（ゲル）内でコロイドを形成する粒径を小さくするべく、機械的エネルギーを集中させる特徴的な方法であり、粒径を縮小するための以前に記載された研磨または衝撃波による衝突とは著しく異なるものである。加えて、ｐＨなどの構造性流体マトリックスの化学的性質は、粒子が溶解していないときでさえ、ゲスト粒子内部の凝集特性を減少させる役目を担うこともある。これは、例えば、粒子内部の水素結合を弱めることによって、水素結合受容体にプロトンを加えることによって、または、水素結合供与体を脱プロトン化して、この「はぎ取り」プロセスにより水素結合供与体の粒径を小さくしやすくすることによって、実行されてもよい。

要約すると、本発明にかかるプロセスは、媒体ミル、超音波、または高速流体流動を必要とせずに、非常に優れた驚くべき粒径の縮小を達成する。該プロセスはさらに、界面活性剤または高分子を加えることなく、あるいは、粒子表面に反応中間体を共有結合することなく、結果として生じたナノ粒子の予期しない高いコロイドの安定を実現する。任意の特定の理論によって縛られることなく、特に噴射のための、ナノ粒子の安定したコロイドを調製するための先行技術とは異なり、本発明にかかるプロセスは以下を達成する。

１．成長を抑制し、粒子の増加した表面積と構造性流体のホスト成分との間の引力の増加（ΔＧ）によって粒径の縮小を促進する構造性流体マトリックス中に、粒子を溶解させて再結晶させることで、粒子の大きさを縮小する。

２．低流速でも高粘度構造流体内の混合（機械的）エネルギーにより誘発されるキャビテーションを促進することによって、粒子の大きさを小さくする。

３．低流速でも粒子の表面から層をはぎ取るために、構造性流体と粒子表面の間の引力相互作用によって、混合（機械的）エネルギーを効率的に結合することによって、粒子の大きさを縮小する。

４．カラメル化、あるいは、糖間の糖転移、あるいは、粒子を含むクラスレートを形成するためのアセタールによる架橋結合を介して、構造性流体マトリックスの成分を融合させることでナノ粒子の増加した表面積を安定させる。

５．カラメル化によって形成された酸性基に由来するクラスレートの表面の荷電基、アセタールによりクラスレートに付着した荷電基、または、他の化学的性質によってクラスレートに付着した荷電基を介して、ゼータ電位を増加させることによりナノ粒子のコロイド分散液を安定させる。

ゲスト粒子に強く結合（非共有的に）されない構造性流体マトリックス（すなわち、ホスト容器）を形成する成分は分離してもよく、その結果、最終生成物が、構造性流体マトリックス内部に形成されたホスト容器（クラスレートケージ）に囲まれたゲスト粒子のコアを包含しているナノ構造粒子の分散液であることが本発明の重要な特徴である。この分離は必要なことであり、その結果、最終生成物は、ゲスト材料の所望の濃度、および、所望の粒径範囲と所望の粘性で得られてもよく、これらはすべて、噴射用途に粒子を調製する際に不可欠なものである。

分離は、好ましくは膜限外濾過プロセスによって達成されてもよい。したがって、構造性流体を形成するために使用されるホスト容器成分と液体は限外濾過膜を通過することができ、その一方で、クラスレート生成物（すなわち、ホスト／ゲスト粒子）が保持されることが本発明の特徴である。本発明は、上に記載されたように、選択されたホスト容器成分を使用して構造性流体マトリックスを提供し、その成分の多くは所望の最終的な粒子の規模であるかそれよりも小さい。これは所望の大きさを有するホスト成分を選択することにより達成される。しかしながら、本発明は任意の特定の大きさのホスト成分を必要とはしない。このため、液体中のより大きな多糖、キャビタンドまたは他のホスト容器が構造性流体を形成するために使用される場合、これらの使用は、消化工程またはそれ以外の前処理工程が、それらを、限外濾過膜を容易に通過する成分にまで縮小することを必要とする。この消化は、例えば、酸化または遊離ラジカルの消化工程による加水分解または他の開裂を含んでもよい。消化工程がナノ粒子の形成に干渉したり、および／または、最終的な粒子の所望の特徴を分解または破壊したりしないように、注意しなければならない。

例えば、デンプンは、ゲスト材料の追加前に、より小さな成分にあらかじめ消化されてもよく、あるいは、デンプンのアミロペクチン成分ではなく小さなアミロース成分のみが利用されてもよい。代替的に、例えばマルトデキストリンなどの多糖の既に修飾された形態で始めることもできる。別の代替案としては、驚くべきことに、構造性流体マトリックスを形成するために、ホスト容器としてキャビタンド（例えば、シクロデキストリン、カリクサレン、およびククルビツリル）のようなずっと小さな分子が使用されてもよいことが分かっている。過剰なマルトデキストリンまたはキャビタンドはその後、上記の膜限外濾過、または、当業者に知られている他の方法によって、容易に除去されてもよい。

本発明で有用なホスト成分が上に記載されてきた。超分子化学用途で有用なホスト容器であると当業者に知られている他の似た構造の分子も本発明の範囲内である。

多種多様な選択されたゲスト固体が、本発明にかかるプロセスで使用されてもよい。特に、ゲスト粒子として含まれる有用な顔料色素は、限定なく、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ １２２、Ｃｉｎｑｕａｓｉａ（登録商標）Ｍａｇｅｎｔａ Ｄ ４５００ Ｊなどの混合キナクリドンの固溶体（キナクリドンの固溶体、Ｓｏｌｖｅｎｔ Ｂｌｕｅ １５、Ｓｏｌｖｅｎｔ Ｇｒｅｅｎ ７、Ｓｏｌｖｅｎｔ Ｇｒｅｅｎ ３６、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ ７４、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ １８０、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ １２０、または、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ １７７、あるいは、カーボンブラックまたはグラファイトを含んでいる。他のクラスの着色顔料は、例えば、アントラキノン、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン、ジアゾ、モノアゾ、ピラントロン、ペリレン、複素環式イエロー（ｈｅｔｅｒｏｃｙｃｌｉｃ ｙｅｌｌｏｗ）、キナクリドン、および、（チオ）インジゴイドを含む。キナクリドンの代表的な例としては、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｏｒａｎｇｅ ４８、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｏｒａｎｇｅ ４９、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ １２２、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ １９２、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ ２０２、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ ２０６、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ ２０７、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ ２０９、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｖｉｏｌｅｔ １９、および、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｖｉｏｌｅｔ ４２が挙げられる。アントラキノンの代表的な例としは、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ ４３、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ １０４（Ｐｅｒｉｎｏｎｅ Ｒｅｄ）、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ ２１６（Ｂｒｏｍｉｎａｔｅｄ Ｐｙｒａｎｔｈｒｏｎｅ Ｒｅｄ）、および、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ ２２６（Ｐｙｒａｎｔｈｒｏｎｅ Ｒｅｄ）が挙げられる。ペリレンの代表的な例としては、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ １２８、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ １４９、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ １６８（ＳＣＡＲＬＥＴ ＧＯとしてＣｌａｒｉａｎｔから入手可能なジブロモアンタントロン（ｄｉｂｒｏｍｏａｎｔｈａｎｔｈｒｏｎｅ））、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ １７９、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ １９０、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｖｉｏｌｅｔ １９、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ １８９、および、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ ２２４が挙げられる。チオインジゴイドの代表的な例としては、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ ８６、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ ８７、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ ８８、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ １８１、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ １９８、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｖｉｏｌｅｔ ３６、および、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｖｉｏｌｅｔ ３８が挙げられる。複素環式イエローの代表的な例としては、Ｐｉｇｍｅｎｔ ｙｅｌｌｏｗ １、Ｐｉｇｍｅｎｔ ｙｅｌｌｏｗ ３、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ １２、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ １３、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ １４、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ １７、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ ６５、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ ７３、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ ７４、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ １５１、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ １１７、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ １２８、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ １３８、および、Ｙｅｌｌｏｗ Ｐｉｇｍｅｎｔ １５５が挙げられる。本発明で有用な他の色素は当業者には明らかであろう。

ゲスト粒子としての含まれる他の適切な固体としては、着色剤、染料、香水、香味料、芳香剤、化学薬品、有機物および鉱物、金属および金属イオン、医薬品、化学指示薬、生物指標、生体分子、生物センサー、および、分析物、試薬などを含んでいる。

ミルによる粒径の縮小は選択されたゲスト固体に依存して本方法と共に使用されていてもよいが、包含するために選択されたゲスト固体の分子の成分の寸法が、複数のカーボンブラックの場合のように、所望の粒径よりもはるかに大きいか、あるいは、共有結合によって凝集するときを除けば、粒径の縮小を達成することは一般には要求されない。どんな場合でも、構造性流体マトリックスに選択された固体を導入する前に生じる粒径の縮小は、ナノ粒子を結果としてもたらすことを意図したものではなく、むしろ、本発明にかかるプロセスでナノ粒子の形成を促進することを意図している。

本発明にかかる組成物を調製する方法は、すべての成分が順次加えられる、１つの混合工程において行われる。修飾した多糖、キャビタンドまたは他の似た構造の分子を加えながら攪拌した酸性の流体または他の溶媒媒体に、その後、同様に攪拌しながら選択された固体を加える。この混合物は、粒径の縮小とアニーリングを達成するために、設定された温度で設定された時間にわたって、継続的に加熱され、かき混ぜられる。クエンチとその後の濾過により、安定したナノ粒子ベースのコロイド分散液である純粋な安定した生成物が得られる。個別の粒径縮小またはコロイドの安定化の工程は必要ではない。

例によっては、粒径縮小／アニーリング段階の完了後、硫酸などの追加の成分が反応に加えられてもよく、混合物は継続して設定された温度で加熱され、さらなる時間にわたってかき混ぜられる。この追加工程は、構造性流体マトリックス（ゲル）を形成するために使用される一次溶媒がグリオキシル酸であるときに有用なこともある。グリオキシル酸はアルデヒド基に直接付けられるカルボン酸を包含している。アルデヒド基はアセタール結合によってシクロデキストリンまたは多糖上のヒドロキシル基に付くことができ、アセタール結合の形成は一般に、硫酸などのいくつかの鉱酸を加えることで促進される。シクロデキストリンをグリオキシル酸と、その後、硫酸と反応させる理論的根拠は、それがシクロデキストリンまたは多糖の間の結合を促進し、それによってクラスレートケージを強化し、さらに、多糖のカラメル化を促進することもあるということである。このプロセスの他の同様の修飾が含まれもよいが、しかしながら、重要なことは、分散液をさらに安定させるのに有用なさらなるプロセスによる修飾を含む１つの工程ですべての成分を組み合わせることにより、ナノ粒子ベースのコロイド分散液が依然として作製されるということである。

プロセスで使用される温度は一般に、成分混合段階の間で約４０°Ｃ〜１００°Ｃであり、粒径縮小／アニーリング段階の間で約４０°Ｃ〜１００°Ｃであるが、それよりもわずかに低いまたは高い温度が用いられることもある。

クエンチは水を加えることで通常達成されるが、しかしながら、クエンチには他の成分が使用されてもよい。水の追加により、分散液中の色素（または他の選択された固体）の溶解度が減少し、その結果、粒径はもはや変化しなくなる。それはさらに、カラメル化などのシクロデキストリンまたは他の多糖を含む反応を遅らせるまたは停止させることもある。

クエンチ溶液は、グリオキシル酸などの安定化を助ける他の成分、または、クラスレートケージに共有結合するために反応することもある他の化合物を含んでもよい。クエンチの際にグリオキシル酸を使用することの背景にある考え方は、クラスレートを強化するアセタール結合によって、シクロデキストリン、多糖、糖、またはカリクサレンのヒドロキシル基の間の付着を促進すること、および、粒子の表面への荷電カルボキシレート基の付着によって粒子のゼータ電位を増やし、分散液をさらに安定させることである。

付着を促進し、分散液をさらに安定させる他の有用なクエンチ化合物は、ヘミアセタールおよびアセタールを形成するために反応可能な他のアルデヒド、ヒドラジン、ヒドロキシルアミン、アミン、エポキシド、アクリル酸またはアクリレートエステルのような求核の共役付加物、共役したジエン、ジエネオフィル（ｄｉｅｎｅｏｐｈｉｌｅｓ）、および、クラスレートケージ内の求核試薬（ヒドロキシル基など）、求電子分子（カルボニル基など）、共役したジエン（フランなど）またはジエネオフィルと反応することができる他の化合物のための受容体を含んでいる。これらの化合物は、反応のクエンチよりも後の段階、例えば、ｐＨを調節した後、および、例えば、ろ過、遠心分離、または限外濾過によって粒子を精製した後に、クラスレートケージに付けられてもよい。クラスレートに付けられる化合物は、クラスレートの特性を修飾するために使用されてもよい。例えば、荷電基を有する化合物は、粒子のゼータ電位を増加させ、粒子の分散液のコロイド安定性を改善しやすくするために、クラスレートに付けられてもよい。代替的に、紙や布地などの特定の基質の粒子の親和性を高めることができる基が、あるいは、もっと正確に言えば、例えば、ビオチン化によってまたは抗体の付着によってでさえ親和性を維持するための基が付けられてもよい。

ベース化合物は酸を中和するために加えられてもよい。適切な酸中和化合物は、ナトリウム、カリウム、または他のアルカリ金属炭酸塩、ナトリウム、カリウム、あるいは、他のアルカリ金属炭酸水素塩、ナトリウム、カリウム、あるいは、他のアルカリ金属水酸化物、アンモニアまたはアンモニウム化合物、および、有機アミンを含んでいる。他の中和化合物は当業者には周知であろう。

本発明は、以下と実施例に一般的に記載された複数の実施形態を介して例証されている。

１つの好ましい実施形態では、攪拌しながらマルトデキストリン（ＭＡＬＴＲＩＮ Ｍ１００）を加えつつ、攪拌しながらポリリン酸（スーパーリン酸１０５％）を加熱することによって、ゲルが調製される。その後、同じように攪拌しながら選択されたゲスト粒子をゲルに加えることによって、クラスレートが形成される。ゲルを形成する代替的な実施形態は、さらに小さな炭水化物オリゴマー、コーンシロップなど、あるいは、デキストロース、フルクトース、または、グルコースなどの単糖、または、エチレングリコール、グリセリン、ソルビトール、キシリトールなどのポリオールさえ使用することを含んでもよい。

別の好ましい実施形態では、攪拌しながらβ−シクロデキストリン（ＣＡＶＡＭＡＸ Ｗ７）を加えつつ、攪拌しながらポリリン酸（スーパーリン酸１０５％）を加熱することによって、ゲルが調製される。その後、同じように攪拌しながら選択されたゲスト粒子を加えることにより、クラスレートが形成される。

また別の好ましい実施形態では、攪拌しながらβ−シクロデキストリン（ＣＡＶＡＭＡＸ Ｗ７）を加えつつ、攪拌しながらグリオキシル酸（５０％）を加熱することによって、ゲルが調製される。ゲルを形成する代替的な実施形態は、さらに小さな炭水化物オリゴマー、コーンシロップなど、あるいは、単糖、または、エチレングリコール、グリセリン、ソルビトールなどのポリオールさえ使用することを含んでもよい。その後、同じように攪拌しながら選択されたゲスト粒子を加えることにより、クラスレートが形成される。

本明細書に記載の新しいナノ粒子ベースのクラスレートは、様々な用途で使用されてもよい。本明細書に記載の主要な用途は、コロイド状の顔料分散液のためのものであるが、その他の価値のある用途としては、例えば以下のものが挙げられる。
ａ．治療用の新しい医薬組成物、ナノテクノロジー基づいた薬物送達系、医療診断およびバイオテクノロジー
ｂ．天然の着色剤、香味料、芳香剤などの価値の高い化合物の送達と保存
ｃ．マイクロ流体工学
ｄ．化学センサーまたは化学指示薬
ｅ．化学的な抽出および化学的な製造プロセス
ｆ．材料科学、材料噴射、および材料生産、および、
ｇ．電子工学および電子材料噴射および生産

他の用途は当業者には明白であろう。

（実施例）
実施例１．マルトデキストリンを用いる自己組織化ナノ粒子ベースのコロイド状の顔料分散液の調製
この実施例において、攪拌しながらポリリン酸（スーパーリン酸１０５％）を加熱し、攪拌しながらマルトデキストリン（ＭＡＬＴＲＩＮ Ｍ−１００）を加えた。最終的な質量比は、およそ１．０６ マルトデキストリン対１．００スーパーリン酸（１０５％）であった。

８０°Ｃから１００°Ｃの温度で、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ１２２、Ｓｏｌｖｅｎｔ Ｂｌｕｅ１５、または、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ７４から選択された着色顔料を、攪拌しながらゲルに加えた。最終的な質量比は、およそ０．２の顔料対１．００のスーパーリン酸１０５％だった。この後、一定時間のあいだ、粒径の縮小とアニーリングのため、ゲルを高温でかき混ぜた。粒径の縮小／アニーリング時間の終了後、反応混合物に水を加えることで、反応をクエンチした。

実施例２．シクロデキストリンを用いる、自己組織化ナノ粒子ベースのコロイド状の顔料分散液の調製
この実施例において、攪拌しながらポリリン酸を加熱し、攪拌しながらβ−シクロデキストリン（ＣＡＶＡＭＡＸ Ｗ７）を加えた。

最終的な質量比は、およそ１．０６のβ−シクロデキストリン対１．００のスーパーリン酸１０５％であった。約４０°Ｃから６０°Ｃの温度で、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ１２２、Ｓｏｌｖｅｎｔ Ｂｌｕｅ１５、Ｓｏｌｖｅｎｔ Ｇｒｅｅｎ７、Ｓｏｌｖｅｎｔ Ｇｒｅｅｎ３６、または、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ７４から選択された着色顔料を攪拌しながらゲルに加えた。最終的な質量比は、およそ０．２の顔料対１．００のスーパーリン酸１０５％であった。この後、ゲル／顔料混合物を、一定時間、粒径の縮小およびアニーリングのため、高温でかき混ぜた。粒径の縮小／アニーリング時間の終了後、反応混合物に水を加えるか、あるいは、水に反応混合物を加えることで、反応をクエンチした。

実施例３．シクロデキストリンを用いる顔料の自己組織化ナノ粒子ベースのコロイド分散液の調製
この実施例において、攪拌しながらβ−シクロデキストリン（ＣＡＶＡＭＡＸ Ｗ７）を加えつつ、攪拌しながらグリオキシル酸（５０％）を加熱した。

最終的な質量比は、およそ１．９９β−シクロデキストリン対１．００のグリオキシル酸（５０％）水溶液であった。約４０°Ｃから６０°Ｃの温度で、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ１８０を攪拌しながらゲル流体に加えた。この特定の実施例において、最終的な質量比は、およそ０．０８３顔料対１．００グリオキシル酸（５０％）水溶液であった。この後、ゲル／顔料混合物を、一定時間、粒径の縮小およびアニーリングのため、高温でかき混ぜた。粒径の縮小／アニーリング時間の終了後、濃縮した硫酸（約９３−９８％）の０．９部分（グリオキシル酸（５０％）水溶液の１．００部分に対して）を反応に加え、かき混ぜ、水を加えてクエンチする前にさらに６時間６０°Ｃで加熱した。

実施例４．カーボンブラックのミルによる粒径縮小
選択された固体／色素としてカーボンブラックの場合において、ミルによる粒径の縮小を含めるように実施例３のプロセスを修正した。

実施例５．シクロデキストリンを用いる自己組織化ナノ粒子ベースのコロイド状の顔料分散液の調製
Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ１２２、Ｃｉｎｑｕａｓｉａ（登録商標）Ｍａｇｅｎｔａ Ｄ ４５００Ｊ、Ｓｏｌｖｅｎｔ Ｂｌｕｅ１５、または、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ１８０から選択された着色顔料約０．４対１．００のスーパーリン酸１０５％対およそ１．０６のβ−シクロデキストリンの最終的な質量比を含めるために、実施例２のプロセスを修正した。この後、ゲル／顔料混合物を、一定時間、粒径の縮小およびアニーリングのために高温でかき混ぜた。粒径の縮小／アニーリング時間の終了後、水に反応混合物を加えることで反応をクエンチした。

実施例６．シクロデキストリンを用いる自己組織化ナノ粒子ベースのコロイド状の顔料分散液の調製
およそ１．９９のβ−シクロデキストリン対１．００のグリオキシル酸（５０％）水溶液対Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ１８０、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ１２０、またはＰｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ１７７から選択された着色顔料０．２５対１．００のグリオキシル酸（５０％）水溶液の最終的な質量比を含めるために、実施例３のプロセスを修正した。この後、ゲル／顔料混合物を、一定時間、粒径の縮小およびアニーリングのために、高温でかき混ぜた。粒径の縮小／アニーリング時間の終了後、濃縮した硫酸（約９３−９８％）の１．３５部分（グリオキシル酸（５０％）水溶液の１．００部分に対して）を反応に加え、かき混ぜ、反応混合物を水に加えてクエンチする前に、さらに４時間６０°Ｃで加熱した。

実施例７．シクロデキストリンを用いる自己組織化ナノ粒子ベースのコロイド状の顔料分散液の調製
およそ０．５部分の氷酢酸（グリオキシル酸（５０％）水溶液の１．００部分に対して）を反応混合物に加えることを含めるように、実施例３のプロセスを拡大した。

上記の実施例において、クエンチは、水の追加によって、または、水への反応混合物の追加によって行なわれた。クエンチ溶液は、上で議論された理由のため、最終生成物の安定性を改善するべく、グリオキシル酸、または、ホルムアルデヒドまたはグルタルアルデヒドなどの他のアルデヒドあるいは他のポリアルデヒドのような別の成分も含んでもよい。他の酸は同様にクエンチ溶液にも加えられてもよい。クエンチ水は、炭酸ナトリウムまたは水酸化ナトリウムなどの酸性の混合物を中和しやすくするベースを包含してもよい。

ゲルへの顔料の追加の結果生じる反応混合物は、粒径の縮小／アニーリング時間の後、大量の水と混合されるまで、一定の持続時間、一定の温度で混合され続けてもよい。

反応混合物の最終的なクエンチの後、ナノ粒子を保持しつつ、ナノ粒子と他の不純物に組み込まれなかった構造性流体マトリックスの成分を除去するために、膜限外濾過が行なわれた。精製工程は分散液を安定させるのを助けた。

膜限外濾過工程の後、設定やデカンテーション、遠心分離、ろ過、あるいはこれらの組み合わせによって、大きなまたは小さな安定した粒子を分散液から取り除いた。このようにして調製された分散液は、優れたコロイド安定性を示した。

有機着色顔料の上記のコロイド分散液を使用して調製されたインクは、優れた噴射特性を実証しており、これはＨＰ Ｂ８８５０Ａ３熱顔料プリンタ（ｔｈｅｒｍａｌ ｐｉｇｍｅｎｔ ｐｒｉｎｔｅｒ）を用いて実証された。

実施例８．組成物の分析
スーパーリン酸（１０５％）中のβ−シクロデキストリンのゲルにおいて、実施例２に従って調製した自己分散性銅フタロシアニンを用いることによって得られたデータ（以下の表１−３を参照）は、ゲルを用いて形成されたナノ構造粒子に付いたままのリン酸塩またはポリリン酸塩はごくわずかであったことを示した。分光データは、粒子の表面が、ケトンとカルボン酸を含む高含有量の高度に酸化した炭素を特徴としていることを示した。従って、反応が、粒子のまわりにクラスレートケージを形成するシクロデキストリン分子間のカラメル化反応を促進したと信じられており、データもそのことを支持している。該プロセスによって形成されたカルボン酸は、これらの粒子のコロイド分散液の安定性に寄与する重要な因子かもしれない。ＴＯＦ−ＳＩＭからのデータは、未修飾のβ−シクロデキストリンが存在しないことを示すものと解釈されている。この発見は、本発明にかかるプロセスと先行技術とを区別するのに役立つ。

バルク粒子要素濃度［ＰＰＭ ｗｔ］
Ｃ〜６２ｗｔ％
Ｎ １４ｗｔ％
Ｏ ５．２ｗｔ％
Ｓ＜１０ＰＰＭ
Ｈ ３．１ｗｔ％

Ｃ、Ｓは、燃焼−ＩＲ Ｎによって決定される
Ｎ、ＨはＩＧＦ−ＴＣによって決定される
ＯはＩＧＦ−ＮＤＩＲによって決定され

実施例９．組成物の分析
グリオキシル酸（５０％水溶液）中のβ−シクロデキストリンのゲルにおいて、実施例６に従って調製された自己分散性のＰｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ１８０の使用によって得られたデータ（以下の表４−６を参照）は、粒子の表面が、ケトンとカルボン酸を含む高含有量の高度に酸素化した炭素を特徴としていることを示した。従って、反応が、グリオキシル酸の間のアセタール形成、および／または、粒子のまわりにクラスレートケージを形成するシクロデキストリン分子間のカラメル化反応を促進したと信じられており、データもそのことを支持している。該プロセスによって形成されたカルボン酸は、これらの粒子のコロイド分散液の安定性に寄与する重要な因子かもしれない。ＴＯＦ−ＳＩＭからのデータは、未修飾のβ−シクロデキストリンが存在しないことを示すものと解釈されている。この発見は、本発明にかかるプロセスと先行技術とを区別するのに役立つ。ＴＯＦ−ＳＩＭは、グリオキシル酸に起因する有意なピークを検知した。

特許の制定法に従って、最良の方法および優れた実施形態が述べられてきたが、本発明の範囲はそれらに限定されず、むしろ添付の請求項の範囲によって限定される。

Claims (19)

1. 固体のゲスト粒子、および、
   ゲルを形成するために酸または他の溶媒媒体中で混合した、天然のまたは修飾された多糖、キャビタンド、単糖、単純なポリオール、または、他の似た構造のホスト化合物を含むホスト化合物、
   を含むナノ粒子ベースのクラスレート。
2. 天然の多糖がアミロースであり、
   修飾された多糖がマルトデキストリンであり、
   キャビタンドがシクロデキストリン、カリクサレン、またはククルビツリルであり、および、
   酸媒体がポリリン酸、硫酸、または、グリオキシル酸の溶液である、
   ことを特徴とする請求項１に記載のナノ粒子ベースのクラスレート。
3. 固体のゲスト粒子は顔料、染料、着色剤、医薬組成物、無機または有機の化学組成物、あるいは、生物学的組成物である、
   ことを特徴とする請求項１に記載のナノ粒子ベースのクラスレート。
4. 請求項１のナノ粒子ベースのクラスレートのコロイド分散液。
5. 撹拌しながら酸媒体を加熱するプロセス、
   ゲルを形成するために、天然のまたは修飾された多糖、キャビタンド、単糖、単純なポリオール、または、他の似た構造の分子を含むホスト容器を、撹拌しながら、酸媒体に加えるプロセス、
   混合物を形成するために、固体のゲスト粒子を撹拌しながらゲルに加えるプロセス、
   粒径の縮小とアニーリングのために、設定された時間にわたって高温で混合物をかき混ぜるプロセス、および、
   混合物をクエンチするプロセス、
   によって形成されたナノ粒子。
6. 酸媒体がポリリン酸、硫酸、またはグリオキシル酸を含み、
   天然の多糖がアミロースを含み、
   修飾された多糖がマルトデキストリンを含み、
   キャビタンドがシクロデキストリン、カリクサレン、またはククルビツリルを含み、および、
   混合物が水によってクエンチされる、
   ことを特徴とする請求項５に記載のプロセス。
7. 温度は、プロセスが４０°Ｃ〜１００°Ｃの範囲で行われる温度である、ことを特徴とする請求項５に記載のプロセス。
8. クエンチ水は、安定化した化合物、酸中和化合物、またはこれらの組み合わせをさらに含む、ことを特徴とする請求項６に記載のプロセス。
9. ゲル内部で固体のゲスト粒子の安定したコロイド分散液を得るために、混合物から未反応のホスト容器を分離する工程をさらに含む、ことを特徴とする請求項５に記載のプロセス。
10. 修飾した多糖はマルトデキストリンであり、固体のゲスト粒子は顔料である、ことを特徴とする請求項６に記載のプロセス。
11. 顔料は、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ １２２、Ｃｉｎｑｕａｓｉａ（登録商標）Ｍａｇｅｎｔａ Ｄ ４５００ Ｊ、Ｓｏｌｖｅｎｔ Ｂｌｕｅ １５、Ｓｏｌｖｅｎｔ Ｇｒｅｅｎ ７、Ｓｏｌｖｅｎｔ Ｇｒｅｅｎ ３６、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ ７４、または、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ １８０を含む、ことを特徴とする請求項１０に記載のプロセス。
12. 噴射に有用な、ナノ粒子の安定したコロイド分散液を生成するプロセスであって、
    前記プロセスが、
    撹拌しながら酸性溶液を加熱する工程、
    ゲルを形成するために、天然のまたは修飾された多糖、キャビタンド、単糖、単純なポリオール、または、他の似た構造の分子を含むホスト容器の分子を、撹拌しながら、酸性溶液に加える工程、
    混合物を形成するために、４０°Ｃ〜１００°Ｃの範囲の温度で、固体のゲスト粒子を撹拌しながらゲルに加える工程、
    粒径の縮小とアニーリングのために、設定された時間にわたって設定された温度で混合物をかき混ぜる工程、
    混合物をクエンチする工程、および、
    ゲル内部でナノ粒子の安定したコロイド分散液を得るために、混合物から未反応のホスト容器の成分を分離する工程、
    を含むプロセス。
13. 混合の前にゲスト粒子の粒径を事前に縮小するためのいかなる工程も除外する、ことを特徴とする請求項１２に記載のプロセス。
14. 酸性溶液はポリリン酸、硫酸、またはグリオキシル酸であり、修飾された多糖はマルトデキストリンであり、キャビタンドがシクロデキストリン、カリクサレン、またはククルビツリルを含み、固体のゲスト粒子が顔料である、ことを特徴とする請求項１２に記載のプロセス。
15. 酸性溶液がグリオキシル酸（５０％水溶液）であり、キャビタンドがシクロデキストリンであり、顔料がＰｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ １８０、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ １２０、または、Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ １７７である、ことを特徴とする請求項１４に記載のプロセス。
16. 酸性溶液がグリオキシル酸（５０％水溶液）であり、キャビタンドがシクロデキストリンであり、固体のゲスト粒子がカーボンブラックである、ことを特徴とする請求項１２に記載のプロセス。
17. 固体の粒径をナノ粒子の寸法にまで縮小する方法であって、
    前記方法が、
    酸媒体中に天然のまたは修飾された多糖、キャビタンド、単糖、単純なポリオール、または、他の似た構造の分子を分散させることによって形成されたホスト容器の分子の構造性流体マトリックスに、ゲスト粒子として固体を加える工程、および、
    構造性流体マトリックスに加える前の固体の粒径の縮小を除外する工程、
    を含み、
    固体によって達成される粒径がゲルの構造的な制約によって制限され、ナノ粒子の寸法である、
    ことを特徴とする方法。
18. 噴射のためにナノ粒子の安定したコロイド分散液を調整する方法であって、
    前記方法は、
    酸媒体中に天然のまたは修飾された多糖、キャビタンド、単糖、単純なポリオール、または、他の似た構造の分子を分散させることによって形成された高粘度の流体マトリックス中で固体のゲスト粒子のキャビテーションを開始する工程、および、
    シクロデキストリン、多糖、または他の炭水化物を、ナノ粒子の表面にカラメル化することによって、結果として生じるコロイド分散液を安定化させる工程、
    を含むことを特徴とする方法。
19. ゲルを形成するために酸媒体中で分散させた、天然のまたは修飾された多糖、キャビタンド、単糖、単純なポリオール、他の似た構造の分子、および、これらの混合物の群から選択されるホスト容器の分子を含む、ゲストの固体の粒径を縮小するのに有用な高粘度の構造性流体マトリックスであって、
    固体の粒径は、ゲルに組み込まれた後で縮小するまたは制限される、ことを特徴とする構造性流体マトリックス。