JP2021088528A - 多糖膜で被覆されたマイクロカプセル及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
機能性成分を含有する液滴を含む流体と1本鎖構造のβ−グルカンを含む流体とを、合流時に形成されるそれらの流体間の界面が継続的に維持されるようにマイクロ流路上に供給し、前記液滴が平面ネットワーク構造を有するβ−グルカンによって被覆されたマイクロカプセルを形成する工程。
項2.マイクロ流路上に機能性成分を含む流体を供給し、前記機能性成分を含有する液滴を形成する工程を更に含む、項1に記載の方法。
項3.前記機能性成分を含有する液滴に有機高分子成分が含まれる、項1又は2に記載の方法。
項4.前記β−グルカンが細胞膜透過性官能基及び/又は脂質膜撹乱性官能基を有する、項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
項5.β−グルカンから構成された膜、及び
当該膜で被覆された機能性成分
を備えたマイクロカプセルであって、
前記β−グルカンは、1本鎖構造部分と3本鎖構造部分とを有する平面ネットワーク構造を形成している、マイクロカプセル。
項6.平均粒径が100 nm〜50μmである、項5に記載のマイクロカプセル。
項7.以下の手段を含む、第1の成分が内部に封入されたマイクロカプセルの製造装置:
マイクロ流路上に第1の成分を含む第1の流体と第2の流体とを供給し、前記第1の成分を含む液滴を前記第2の流体中に形成する手段と、
前記液滴を含む前記第2の流体と第2の成分を含む第3の流体とを、合流時に形成されるそれらの流体間の界面が継続的に維持されるようにマイクロ流路上に供給し、前記液滴が前記第2の成分によって被覆されたマイクロカプセルを形成する手段。
項8.以下の手段を含む、第1の成分が内部に封入されたマイクロカプセルの製造装置:
マイクロ流路上に第1の成分を含む第1の流体と第1’の流体と第2の流体とを供給し、前記第1の成分を含む液滴を前記第2の流体中に形成する手段と、
前記液滴を含む前記第2の流体と第2の成分を含む第3の流体とを、合流時に形成されるそれらの流体間の界面が継続的に維持されるようにマイクロ流路上に供給し、前記液滴が前記第2の成分によって被覆されたマイクロカプセルを形成する手段。
機能性成分を含有する液滴を含む流体と1本鎖構造のβ−グルカンを含む流体とを、合流時に形成されるそれらの流体間の界面が継続的に維持されるようにマイクロ流路上に供給し、前記液滴が平面ネットワーク構造を有するβ−グルカンによって被覆されたマイクロカプセルを形成する工程。
マイクロ流路上に機能性成分を含む流体を供給し、前記機能性成分を含有する液滴を形成する工程。
前記液滴を含む前記第2の流体と第2の成分を含む第3の流体とを、合流時に形成されるそれらの流体間の界面が継続的に維持されるようにマイクロ流路上に供給し、前記液滴が前記第2の成分によって被覆されたマイクロカプセルを形成する手段(手段2)。
前記液滴を含む前記第2の流体と第2の成分を含む第3の流体とを、合流時に形成されるそれらの流体間の界面が継続的に維持されるようにマイクロ流路上に供給し、前記液滴が前記第2の成分によって被覆されたマイクロカプセルを形成する手段(手段4)。
<方法>
十字型の合流部を持つマイクロ流路を用いて、流路の中央からβ−グルカン/DMSO溶液を導入し、側方からDMSOの溶液を挟み込むように、水を導入した(図2)。流出してきた溶液をマイカ基盤及び高配向性熱分解グラファイト(HOPG)基盤にキャストし、原子間力顕微鏡(AFM)を用いてモルフォロジー観察を行なった。リファレンスとしてバルクで組織化させたものも観察した。
流路導入時濃度:10.0 mg/mL β−グルカン(分子量150,000)
流速:50μL/min
水割合(Vw):80%
マイカ基盤を用いた実験に結果を図3に示す。β−グルカン/DMSO溶液の水との混合をバルクで行った条件では図3(a)の様な像が見られた。この構造体は高さ3 nm程度、継続鎖長が200 nmであり、β−グルカンが理想的な三重のらせん構造をとったときの直径と継続鎖長によく合致している。一方フロー内で混合させたものは、図3(b)の様なネットワーク状の構造が確認された。また、同基盤上で、図3(c)の様なβ−グルカン鎖が三方向に分岐した構造も確認された。
<方法>
上流にドロップレットジェネレーター、下流には側方からβ−グルカン溶液を導入できる十字形合流部を持つ流路を用いてドロップレットにβ−グルカンを混合させた(図5)。o/wドロップレットにはβ−グルカンのラッピング対象となるテンプレートとしてポリエチレングリコール1 (PEG:Mw=1,000,000)を利用した。流出してきた溶液を動的光散乱(DLS)観察及び、シリコン基盤上に滴下し、真空乾燥させてからSEMによって構造を観察した。また、対照としてバルク中でβ−グルカンを混合させたものも観察した。
まずSEMによって構造の観察を試みた(図6及び7)。PEG濃度0.05 mg/mL, β−グルカン濃度5.0 mg/mLの条件では200 nm程度の球状の構造を確認した(図6(a))。一方でこの条件ではマイクロカプセルと思われる球状の構造体だけではなくβ−グルカンが単独で組織化して作製されたと考えられる構造体も確認した。球状の構造体がそうしたβ−グルカン組織化構造に接着しているような画像を取得した(図6(b))。PEG濃度0.5 mg/mL, β−グルカン濃度5.0 mg/mLの条件においても、PEG濃度0.05 mg/mL, β−グルカン濃度5.0 mg/mLの条件同様β−グルカンが組織化してできたカプセルよりも大きな構造体に接着した構造が観察された(図6(c, d))。PEG濃度1.0 mg/mL, β−グルカン濃度5.0 mg/mLの条件ではマイクロカプセルと思われる構造のみ観察された。構造体の直径は約1μmのものが確認された(図6(e, f))。PEG濃度5.0 mg/mL, β−グルカン濃度5.0 mg/mLの条件ではマイクロカプセル構造を確認した。直径約500 nm〜1μmであった(図6(g, h))。
<方法>
沸点の異なる2種類の有機溶媒を用いて、DLS測定を行なった。使用したのは沸点45℃のジクロロメタン(DCM)と沸点66℃のジクロロエタン(DCE)であった。
図9(a)では沸点の異なる溶媒で比較すると、より高沸点のDCEにおいて、低沸点のDCMよりも平均粒径が300 nmほど大きいピークが得られた。図9(b)では減圧した溶液サンプルについてDLSのピークは低サイズに現れ、その形状もシャープなものになった。図9(c)では時間経過に伴い平均粒径が減少することを示した。また、20℃に比べ40℃の方がサイズの減少は急激に起きることが確認された。
<方法>
w/o/wエマルションをドロップレットジェネレーターを用いて作製した(図10)。マイクロスコープでドロップレットを確認し流路内にさらにβ−グルカン(分子量150,000/10 mg/mL)を導入した(図11)。内部構造確認のため蛍光色素を用いて共焦点レーザー顕微鏡の観察を行なった。また、SEMによってカプセル形状の観察を行なった。さらに、DLSで粒径を測定した。
20%ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)水溶液
5 mg/mL PEG(分子量100万)DCM溶液
10 mg/mL β−グルカン
図12(a, b, c, d)についてこれまでに確認していたように表面にβ−グルカンのシェルが巻きついていると思われるカプセル構造を確認した。DLSについても500 nm以下の平均粒径となっているカプセル構造があることが確認された(図12(e))。さらに、共焦点レーザー顕微鏡では内部構造が確認でき、w/o/wドロップレットとなっていた(図12(f))。
<方法>
試験例4でカプセル構造を確認したサンプルの条件を元に、内部の水層と有機層を励起光の異なる2色で染色した溶液を用いてカプセルを作製した(図13)。作製した溶液を室温で30分間静置させたものと60℃の湯浴で30分間熱をかけたサンプルとを作製した。それぞれの温度において時間変化ごとに構造のサイズが収縮する様子と、収縮により内部構造の変化がないか検証した。
20%SDS水溶液+5μMフルオレセイン
5 mg/mL PEG (分子量100万) DCM溶液+ローダミン
10 mg/mL β−グルカン
流出後のサンプルは白濁した固体が溶液中に分散しているが、60℃で5分以上加熱すると白濁した固体は観察されなかった。共焦点レーザー顕微鏡の観察結果から、マイクロカプセルは流出直後から室温でもサイズが減少していくことが確認された(図14(g), (h))。また60℃に加熱した条件においてもカプセル内部に水層と有機層が共存していることが確認された(図14(c),(d))。サイズが縮小したカプセルでは球の外側に水層が局在するような構造となっていることが確認された(図14(d), (f), (h))。
Claims (8)
- 以下の工程を含む、機能性成分が内部に封入されたマイクロカプセルの製造方法:
機能性成分を含有する液滴を含む流体と1本鎖構造のβ−グルカンを含む流体とを、合流時に形成されるそれらの流体間の界面が継続的に維持されるようにマイクロ流路上に供給し、前記液滴が平面ネットワーク構造を有するβ−グルカンによって被覆されたマイクロカプセルを形成する工程。 - マイクロ流路上に機能性成分を含む流体を供給し、前記機能性成分を含有する液滴を形成する工程を更に含む、請求項1に記載の方法。
- 前記機能性成分を含有する液滴に有機高分子成分が含まれる、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記β−グルカンが細胞膜透過性官能基及び/又は脂質膜撹乱性官能基を有する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
- β−グルカンから構成された膜、及び
当該膜で被覆された機能性成分
を備えたマイクロカプセルであって、
前記β−グルカンは、1本鎖構造部分と3本鎖構造部分とを有する平面ネットワーク構造を形成している、マイクロカプセル。 - 平均粒径が100 nm〜50μmである、請求項5に記載のマイクロカプセル。
- 以下の手段を含む、第1の成分が内部に封入されたマイクロカプセルの製造装置:
マイクロ流路上に第1の成分を含む第1の流体と第2の流体とを供給し、前記第1の成分を含む液滴を前記第2の流体中に形成する手段と、
前記液滴を含む前記第2の流体と第2の成分を含む第3の流体とを、合流時に形成されるそれらの流体間の界面が継続的に維持されるようにマイクロ流路上に供給し、前記液滴が前記第2の成分によって被覆されたマイクロカプセルを形成する手段。 - 以下の手段を含む、第1の成分が内部に封入されたマイクロカプセルの製造装置:
マイクロ流路上に第1の成分を含む第1の流体と第1’の流体と第2の流体とを供給し、前記第1の成分を含む液滴を前記第2の流体中に形成する手段と、
前記液滴を含む前記第2の流体と第2の成分を含む第3の流体とを、合流時に形成されるそれらの流体間の界面が継続的に維持されるようにマイクロ流路上に供給し、前記液滴が前記第2の成分によって被覆されたマイクロカプセルを形成する手段。
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