JP2015517554A - ハイブリッドコアセルベートカプセル - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の一実施形態は、ハイブリッドコアセルベートカプセルの製造方法に関する。この方法は、第一ポリマーの溶液と少なくとも1種の固体粒子の分散液とを、この第一ポリマーのゲル化温度を上回る温度で混合する工程であって、その際に、この第一ポリマーがこの少なくとも1種の固体粒子に吸着して、粒子・ポリマー複合体の分散液が生じるものとする工程;この分散液に第二ポリマーの溶液を添加する工程であって、その際に、この第二ポリマーと粒子・ポリマー複合体とが相互作用して、粒状包含物を含むハイブリッド複合コアセルベートが生じるものとする工程;このハイブリッド複合コアセルベートにコア材料を添加する工程であって、その際に、このハイブリッド複合コアセルベートが、このコア材料活性物質と溶液との界面の周囲にコーティング層として堆積してコア・シェルカプセルが生じ、このコア・シェルカプセルのそれぞれには、ハイブリッドコアセルベートシェルによりカプセル化されたコア材料が含まれているものとする工程;及び、このコア・シェルカプセルの温度を、第一ポリマーのゲル化温度未満の温度へと下げる工程を含む。任意ではあるが好ましくは、前記方法は、カプセルのハイブリッドコアセルベートシェルを架橋させる工程を含む。
図1は、本発明のハイブリッドコアセルベーション法の概略図を示す。
本発明は、著量の粒状包含物を含むシェルを有するコア・シェルカプセルの新規の製造方法を提供する。このシェル組成物は、本発明のコア・シェルカプセルに意想外の利点をもたらし、これは例えば、所望の機械的特性;カプセルのシェル密度の調整;カプセルの加工性の向上及び乾燥の促進;カプセル化した材料のためのバリヤ特性の向上;シェル内の含水量の低減、並びに、これに限定されるものではないが、以下のものを含む所望の機能的特性:例えば色や不透明性、真珠光沢といった光学的特性;活性物質の保護(UV防御のための放射線吸収剤);デリバリー(例えばシェルにおける固体活性物質若しくは「共活性物質」の二次カプセル化);シェルにおける二次活性物質のデリバリー及び保護;マスキング(例えば、シェルが悪臭捕集粒子を含有し、コアがフレグランスを含有する);及び栄養・健康上の利点(例えば鉄)である。
ハイブリッドコアセルベートカプセルのコア材料は、液体若しくは固体の疎水性材料であってよい。そのような疎水性材料は一般には水非混和性であり、水と混合すると別の相を形成する。
本発明の好ましい一実施形態において、本発明のハイブリッドコアセルベートカプセルのシェル・膜は、第一ポリマー(「ポリマー1」)と第二ポリマー(「ポリマー2」)の2種類のコアセルベート化ポリマーと、少なくとも1種の固体粒子とを含む。この少なくとも1種の固体粒子は、例えば膜内の水量の低減やその他の機能的特性といった所望の利点をハイブリッドコアセルベートカプセルにもたらす。第一ポリマーであるポリマー1は、このポリマーが固体粒子と相互作用して正若しくは負に帯電した第一粒子・ポリマー複合体を形成する能力に基づいて選択される。第二ポリマーであるポリマー2は、第一ポリマー・粒子複合体と相互作用して相分離を誘導する。このコアセルベートハイブリッドアセンブリは、特に活性物質の表面上に堆積してこの活性物質をカプセル化することができるように設計されている。この堆積によって、ポリマーゲルマトリックス内に閉じ込められた固体包含物を含有するシェルを含むコア・シェルカプセルが生じる。
ハイブリッドコアセルベートシェルの形成後に、このシェルを典型的には架橋剤を用いて硬化させる。架橋に適した薬剤には、これに限定されるものではないが、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、グルタルアルデヒド、グリオキサール、クロムミョウバン及びトランスグルタミナーゼが含まれる。商業的入手が容易な(例えば日本在の味の素社製)酵素トランスグルタミナーゼを、好ましくは第一ポリマー、例えばゼラチン1g当たり10〜100活性単位で使用し、極めて好ましくは第一ポリマー1g当たり30〜60活性単位で使用する。
本発明は、以下の工程を含む、本発明のハイブリッドコアセルベートカプセルの製造方法を提供する:
(1)第一ポリマーの溶液(溶液A)と少なくとも1種の固体粒子の分散液(分散液C)とを、この第一ポリマーのゲル化温度を上回る温度で混合する工程であって、それによって、この第一ポリマーがこの少なくとも1種の固体粒子に吸着して、粒子・ポリマー複合体の分散液が生じるものとする工程;
(2)工程(1)で生じたこの粒子・ポリマー複合体の分散液に、第二ポリマーの溶液(溶液B)を添加して粒子・ポリマー複合体と相互作用させる工程であって、それによって、粒状包含物を含むハイブリッド複合コアセルベートが生じるものとする工程;
(3)工程(2)で生じたこのハイブリッド複合コアセルベートにコア材料(D)を添加する工程であって、ここで、このハイブリッド複合コアセルベートが、このコア材料活性物質と溶液との界面の周囲にコーティング層として堆積して、ハイブリッドコアセルベートシェルを有するコア・シェルカプセルが生じるものとする工程;
(4)このコア・シェルカプセルの温度を、第一ポリマーのゲル化温度未満の温度へと下げる工程;及び任意に、
(5)このカプセルのハイブリッドコアセルベートシェルを、このハイブリッドコアセルベートシェルのタンパク質画分の架橋によって硬化させる工程。
ハイブリッドコアセルベートカプセルの密度は、シェル・膜内の粒状包含物の量を変更することで容易に制御される。本発明のハイブリッドコアセルベートカプセルとサイズが同じでかつ同じコア材料を含むが、但し古典的なコアセルベーションにより製造され、常に浮上する標準的なカプセルとは対照的に、本発明のハイブリッドコアセルベートカプセルは、様々な量の粒子を包含させることで、浮上するようにも沈降するようにも設計することができる(図3参照)。
ハイブリッドカプセルのシェル・膜内に固体粒子を包含させることで、バリヤ特性を向上させることができ、また活性成分がシェルを透過するのを低減することができる。本発明による固体粒子を有するハイブリッドコアセルベートシェルを有するカプセルを製造することによって、より高密度に充填したポリマー・無機粒子シェルを形成させることができる。このことは、カプセルを乾燥させる際に膜から水を除去する時に特に明らかである。
特定の機能的特性を有する固体粒子を選択することによって、所望の機能的特性を有するハイブリッドカプセルを製造することができる。例えば、このことは、所望の光学的特性(例えば色;不透明性;真珠光沢)、所望の保護特性(例えば紫外線から活性コア成分を保護するための放射線吸収剤の使用)、及び栄養・健康上の利点(例えば酸化鉄や鉱物といった粒子を用いて)を有する粒子を選択することにより達成可能である。
ゼラチン、アラビアゴム及びカオリン粒子からなるシェルを有するハイブリッドコアセルベートカプセルの製造
10質量%豚ゼラチン水溶液(A)、10質量%アラビアゴム水溶液(B)、10質量%カオリン粒子水性分散液(C)及びリモネン油(D)を別々に調製し、水浴内で50℃で保持する。ビーカー内で50℃で、溶液(A)15gを機械的剪断下に温かい脱塩水35gに添加する。この溶液のpHを1M NaOHを用いて8.5に調整し、その後、分散液(C)40gを添加し、そして1M HClを用いてpHを4.5に下げる。その後、この混合物に溶液(B)10gを添加し、次いで油(D)10gを添加する。この溶液を室温で冷却している間、機械的剪断を継続する。その結果、コア・シェルカプセルの懸濁液が得られる。このコア・シェルカプセルはビーカーの底部に沈降し、つまり粒子なしで製造したカプセルとは異なる密度を有しており、そして白色の不透明な外観を示す。残留溶剤の熱重量分析法により、この方法の後に、溶剤中にはいかなるポリマーも粒子も残っていないことが分かった。
ゼラチン、アラビアゴム及びシリカ粒子からなるシェルを有するハイブリッドコアセルベートカプセルの製造
10質量%豚ゼラチン水溶液(A)、10質量%アラビアゴム水溶液(B)、10質量%シリカ粒子水性分散液(AZ Electronics Materials社製KLEBOSOL(R) 30V25)(C)及びリモネン油(D)を別々に調製し、水浴内で50℃で保持する。ビーカー内で50℃で、溶液(A)15gを機械的剪断下に温かい脱塩水70gに添加する。pHを1M NaOHを用いて8.5に調整し、その後、溶液(C)5gを添加し、そして1M HClを用いてpHを4.5に下げる。その後、この混合物に溶液(B)10gを添加し、次いで(D)10gを添加する。この溶液を室温で冷却している間、機械的剪断を継続する。その結果、コア・シェルカプセルの懸濁液が得られる。このコア・シェルカプセルは粒子不含の標準的なカプセルと比較して乾燥し易く、また、乾燥させた際には、カプセル化した材料が、標準的なカプセルとは異なる放出を示す:
標準的なコアセルベートカプセルのシェル:ゼラチン/アラビアゴム/シリカの質量比=1.5/1/0。
ハイブリッドコアセルベートカプセルのシェル:ゼラチン/アラビアゴム/シリカの質量比=1.5/1/0.5。
小型の晶析ディスクにおいて、カプセルスラリー数滴を脱イオン水1mLで希釈した。この懸濁液から平均的なサイズの単一カプセルを選び出して、直径13mmのガラスファイバーディスク(Whatman GF/B)へ移した。15個のカプセルをこのディスク上に堆積させた。この移動には水が必要であったが、その透過性を維持するため、取り込むディスク上の水が出来る限り少量となるように留意した。余剰の水を除去するために、このディスクを複数層の濾紙の上に置いた。その後、この乾燥したカプセルを含むディスクをフローセルに入れ、以下の通りヘッドスペース分析(図4)を行った:液体の表面に、制御温度でかつ水で飽和させて、4つの異なる流量の窒素(13.3、23.1、45.8及び90.3mL/min)を当て、ここで、それぞれの流量を10分間施与した。セル内のガス1mLのアリコートを1分間隔でCTC Analytics PAL自動サンプラーによりサンプリングし、分析のためにGC/MSシステム(Agilent 6890/Agilent 5973)に注入した。ヘッドスペース測定を32℃で行い、ピーク面積を、同じ温度で静的条件下で純粋なリモネンについて得られたピーク面積(P0)で規格化した。このプロトコールに従い、P/P0についてプロットした各点は、約10個の異なる値の平均である。測定を三重測定で行った。
実施例3a:ゼラチン、アラビアゴム及びシリカ粒子からなるシェルを有するハイブリッドコアセルベートカプセルの、もう一つの製造
本比較例により、本発明に記載した方法によらずにハイブリッドコアセルベートカプセルを得る試みがうまくいかないことを実証する。特に、ポリマー1と固体粒子との複合体がうまく得られず、その結果、ハイブリッドコアセルベートシェルの形成がうまくいかず、その結果得られるのは、カプセルシェルに組み込まれていない自由懸濁固体粒子を伴う、古典的なコアセルベートカプセルである。
本比較例により、ハイブリッドコアセルベート相は形成されるが、このハイブリッドコアセルベートをコア材料に堆積させるという非常に重要な工程がうまくいかず、油状のコア液体のカプセル化ができなかったことを示す。
この実施例では、実施例1、2及び3bに示した手順に従ってカプセル化方法を実施する。さらに、このカプセル化実験と並行してレオロジー実験を行うことで、ハイブリッドコアセルベートシェルの粘度を制御する。ハイブリッドコアセルベートは、ゼラチン(ポリマー1)、アラビアゴム(ポリマー2)及びカオリン粒子からなっており、種々の質量比(ポリマー1:ポリマー2:粒子)を調べた。レオメーターはPhysica MCR 300 (Anton Paar, Ostfildern, ドイツ)であり、平行平板配置を用いた(ディスク径50mm、測定ギャップ1mm;測定中の壁面滑りの問題を回避するため、試料と接する測定固定具は波形の表面を有していた)。レオメーターのビルトイン式ペルティエ温度制御装置を用いて温度を制御しながら、高剪断速度から低剪断速度へと剪断速度勾配を制御して行うことにより動的粘度を測定する。種々のハイブリッドコアセルベート相を実施例1、2及び3bに記載した通りに製造したが、但し、並行して、各ハイブリッドコアセルベート相の20ml体積分を採取して、(SI単位 mPa・s、即ちミリパスカル・秒での)粘度の測定に用いた。粘度を、カプセル化方法の混合及び堆積工程に特有の剪断速度である剪断速度100/s、1/s及び0.01/sで比較し、測定を30℃〜55℃の温度範囲内で行った。その結果、実施例1と同様に質量比(1.5/1/3)及びpH4.5では、剪断速度1/sで測定した粘度は30℃で23.450mPa・s、37.5℃で940mPa・s、55℃で390mPa・sであった。粘度の値全体のうち最も低いのが、55℃で剪断速度100/sで測定したものであり、その値は255mPa・sであった。最も高い見掛け粘度は、最も低い剪断速度である0.01/sで30℃で測定したもので、550,000mPa・sであった。こうした特性を有するハイブリッドコアセルベート材料は、方法の間にコア材料上に容易に堆積することが判明した。
所望の光学的特性若しくは魅力的な視覚的外観を提供するための機能性粒子を有するハイブリッドコアセルベートカプセルの製造
本実施例は、ゼラチンとアラビアゴムと、例えば乳白色や色、真珠光沢といった魅力的な光学的外観(図5に示す)を含む付加的な機能性をカプセルに付与する粒子とからなるシェルを有するハイブリッドコアセルベートカプセルの製造を示すものである。
シェル内に酸化鉄包含物を有するハイブリッドコアセルベートカプセルの製造
本実施例により、シェル内にFe2O3粒子を含むハイブリッドコアセルベートカプセルの形成を実証する。
シェル内にFe 3 O 4 包含物を有する磁気応答性ハイブリッドコアセルベートカプセルの製造
実施例5と同様にカプセルを製造するが、但しFe3O4粒子を使用した。得られたカプセルは、近所のスーパーマーケットで購入した単純なマグネットを容器のガラス壁にくっつけたり動かしたりした時に、非接触でバイアル内で容易に移動可能であった。
Claims (18)
- 以下の工程を含む、ハイブリッドコアセルベートカプセルの製造方法:
(a)第一ポリマーの溶液と少なくとも1種の固体粒子の分散液とを、この第一ポリマーのゲル化温度を上回る温度で混合する工程であって、その際に、この第一ポリマーがこの少なくとも1種の固体粒子に吸着して、粒子・ポリマー複合体の分散液が生じるものとする工程;
(b)この分散液に第二ポリマーの溶液を添加する工程であって、その際に、この第二ポリマーと粒子・ポリマー複合体とが相互作用して、粒状包含物を含むハイブリッド複合コアセルベートが生じるものとする工程;
(c)このハイブリッド複合コアセルベートにコア材料を添加する工程であって、その際に、このハイブリッド複合コアセルベートが、このコア材料活性物質と溶液との界面の周囲にコーティング層として堆積してコア・シェルカプセルが生じ、このコア・シェルカプセルのそれぞれには、ハイブリッドコアセルベートシェルによりカプセル化されたコア材料が含まれているものとする工程;及び
(d)このコア・シェルカプセルの温度を、第一ポリマーのゲル化温度未満の温度へと下げる工程;
(e)任意に、このカプセルのハイブリッドコアセルベートシェルを架橋させる工程。 - 第一ポリマーの溶液と少なくとも1種の固体粒子の分散液とを、この第一ポリマーがこの少なくとも1種の固体粒子に容易に吸着するのに十分な条件下に混合させる、請求項1に記載の方法。
- 第一ポリマーの溶液のpH値及びイオン強度を、粒子・ポリマー複合体の形成に向けて最適化する、請求項1に記載の方法。
- ハイブリッドコアセルベートが、このハイブリッドコアセルベートがコア材料上に堆積してカプセルシェルを生じるのに適した粘度を有している、請求項1に記載の方法。
- ハイブリッドコアセルベートの粘度が、温度30℃〜70℃、剪断速度0.01/s〜100/sで100mPa・s〜2,500,000mPa・sである、請求項4に記載の方法。
- ハイブリッドコアセルベートが2種以上の固体粒子を含有している、請求項1に記載の方法。
- 請求項1に記載の方法により製造された、コア・シェルカプセル。
- シェルが、ケイ素酸化物及び他の金属酸化物、ケイ酸塩、銀ナノ粒子、ケイ酸マグネシウム、ケイ酸アルミニウム(クレー)、層状ケイ酸塩(マイカ)、珪藻土、パーライト、バーミキュライト、脂肪結晶、脂肪酸又は脂肪アルコール及びこれらの混合物からなる群から選択された2種以上の異なる固体粒子を含有している、請求項7に記載のカプセル。
- 水和した際にカプセルが不透明であり、その際、コアは水よりも軽いが、カプセルは重力下若しくは遠心力場で沈降する、請求項7に記載のカプセル。
- コアが、固体活性成分及び/又は油の液体活性成分を含有している、請求項7に記載のカプセル。
- コアとシェルとを含むカプセルであって、このシェルが2種のコアセルベート化ポリマーと少なくとも1種の固体粒子とからなるハイブリッドコアセルベート材料であり;さらに、このコアが固体活性成分及び/又は油の液体活性成分を含有しているものとする、カプセル。
- シェルが2種以上の異なる固体粒子を含有している、請求項11に記載のカプセル。
- 固体粒子が、ケイ素酸化物及び他の金属酸化物、ケイ酸塩、銀ナノ粒子、ケイ酸マグネシウム、ケイ酸アルミニウム(クレー)、層状ケイ酸塩(マイカ)、珪藻土、パーライト、バーミキュライト、脂肪結晶、脂肪酸又は脂肪アルコール及びこれらの混合物からなる群から選択されている、請求項12に記載のカプセル。
- 水和した際にカプセルが不透明であり、その際、コアは水よりも軽いが、カプセルは重力下若しくは遠心力場で沈降する、請求項11に記載のカプセル。
- コアが、油の液体活性成分、好ましくはフレーバー若しくはフレグランス成分、又は成分の混合物を含有している、請求項11に記載のカプセル。
- 第一ポリマーであるポリマー1がタンパク質若しくはポリペプチドであり、このタンパク質若しくはポリペプチドは、粒子表面に吸着して正若しくは負に帯電した新たな複合体を形成し得るものである、請求項7から15までのいずれか1項に記載のカプセル。
- 第二ポリマーであるポリマー2が非タンパク質ポリマーであり、この非タンパク質ポリマーは、コアセルベーションに適したpH値の範囲内で、第一ポリマーであるポリマー1のタンパク質と逆に帯電している、請求項7から15までのいずれか1項に記載のカプセル。
- ハイブリッドコアセルベートシェルの乾燥物質組成が、ポリマー1とポリマー2との合計質量に対する固体粒子の合計質量の比が0.01〜1.85である組成である、請求項7から17までのいずれか1項に記載のカプセル。
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