JP2526401B2 - 環境応答性薬物徐放制御透過膜の製造方法 - Google Patents

環境応答性薬物徐放制御透過膜の製造方法

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JP2526401B2 JP5232458A JP23245893A JP2526401B2 JP 2526401 B2 JP2526401 B2 JP 2526401B2 JP 5232458 A JP5232458 A JP 5232458A JP 23245893 A JP23245893 A JP 23245893A JP 2526401 B2 JP2526401 B2 JP 2526401B2
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憲彦 箕浦
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は絹フィブロインからなる
環境応答性薬物徐放制御透過膜の製造方法に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】近年各種高分子膜が開発され、そのガス
透過膜、水蒸気透過性、溶質透過性を利用して各種分野
に応用されている。それらの高分子膜のうち、薬物透過
性を有するものは、医薬品や農薬、肥料などの徐放等に
応用されている。医薬品の投与や農薬、肥料の散布は副
作用の軽減や環境汚染の観点から必要最小限であること
が望ましい。従来一般に知られている薬物徐放膜は常に
一定速度で薬物を徐放させる特性をもつ膜であるが、薬
物が徐放されることが不必要になった場合にも放出を止
めることができないという問題がある。そこで薬物が必
要なときのみ薬物が徐放され、不必要になったとき薬物
放出が止まる仕組みをもつ膜、すなわち、環境変化(刺
激)に伴って薬物放出がON−OFF制御される膜の開
発が望まれている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前記の如き問
題を含まない、新しい素材からなる環境応答性薬物徐放
制御透過膜の製造方法を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者は、前記課題を
解決すべく鋭意研究を重ねた結果本発明を完成するに至
った。本発明によれば、絹フィブロイン水溶液を製膜し
て非晶質で水溶性の絹フィブロイン膜を得、次いで該膜
を、絹フィブロインに対する貧溶媒と水の混合溶液中で
浸漬処理することを特徴とする、結晶質を含む、水不溶
性の環境応答性薬物徐放制御透過膜の製造方法が提供さ
れ、特に該制御透過膜が、10〜60重量%の水分を含
むことを特徴とする前記環境応答性薬物徐放制御透過膜
の製造方法が提供される。
【0005】本発明の環境応答性薬物徐放制御透過膜の
製造方法において、先ず絹フィブロイン水溶液を製膜
し、絹フィブロイン膜を得る。この膜は非晶質で水溶性
を示す。本発明では、この膜を結晶化し、その膜中に結
晶質を含有させ、水不溶性のものとする。絹フィブロイ
ン膜を結晶質化させるにはエタノールやメタノール等の
絹フィブロインに対する貧溶媒を用いて行うことができ
る。
【0006】原料として用いる絹フィブロインは、家蚕
あるいは野蚕由来のものでよい。また絹フィブロイン溶
液は、熟蚕体内の絹糸腺より取出した液状絹フィブロイ
ンを用いることができるし、生糸から再生した絹フィブ
ロインを溶液化したものでもよい。
【0007】絹フィブロイン膜の結晶化処理は、溶媒と
水からなる混合溶液中で、絹フィブロイン膜を浸漬処理
した後、乾燥することによって実施することができる。
この場合、混合溶液の組成、温度、処理時間を変えるこ
とによって、膜の薬物徐放制御性能を変えることができ
る。乾燥温度は5〜80℃である。本発明において、絹
フィブロイン膜を結晶化させて薬物徐放制御膜とする場
合、その結晶化度は少なくとも10%、好ましくは15
〜50%の範囲に規定するのがよい。また本発明の製造
方法により得られる環境応答性薬物徐放制御透過膜の膜
中の水分は10〜60重量%が好ましい。水分含量が1
0重量%より少ないと、薬物が徐放されにくくなるた
め、好ましくなく、また60重量%を超えると薬物が自
由に徐放されるための環境応答性が発揮されにくくな
り、やはり好ましくない。膜中の水分含量を10〜60
重量%とするには、膜の結晶化度を変えればよい。
【0008】本発明の製造方法によって得られる環境応
答性薬物徐放制御透過膜は、薬物透過機能が環境変化
(刺激)に応じて変わる膜を意味するものである。具体
的には、絹フィブロイン膜に接触した水溶液のpHが変
わることによって薬物が徐放、透過されやすくなった
り、あるいは徐放、透過されにくくなったりすることで
ある。このような機能の発現には、本発明の製造方法に
よって得られる環境応答性薬物徐放制御透過膜が、前記
特定の製造方法によって得られるものであること、その
膜中に結晶質を含むこと、及び絹フィブロインがタンパ
ク質であるためアミノ基、カルボキシル基、イミダゾー
ル基、水酸基、グアニジノ基などの極性基をもってお
り、これらの極性基がpHによってその解離度を変え
ること、及びこれらの極性基と薬物自身がもつ極性基
との間に相互作用を生じることに起因する。
【0009】薬物としては、抗悪性腫瘍剤、ビタミン
剤、消毒剤などの医薬品や、抗菌剤、殺虫剤などの農
薬、肥料、色素などが含まれる。
【0010】膜の形状としては、平板状、カプセル状、
球状、円筒状などの種々の形状が含まれ、薬物を外界か
ら隔離する隔壁としての働きをもつ。
【0011】
【実施例】次に本発明を実施例によりさらに詳細に説明
する。
【0012】実施例1 絹フィブロインをCaCl:COH:HO=
1:2:8(モル比)の混合溶液中にて70℃で、2時
間溶解させた。溶解したフィブロイン水溶液を濾過した
あと、濾過液をセルロース半透膜によりイオン交換水に
対して3日間透析した。濃縮したフィブロイン溶液をポ
リスチレンのシャーレの上にキャストし、30℃で約4
8時間乾燥させ製膜した。膜の厚みは約27μmであっ
た。さらにこれらの作成した膜を75%メタノール水溶
液中にて15分間処理した。この膜の結晶化度はX線回
析法によれば18%であった。
【0013】膜を各種pH値の水溶液中に3日間浸漬
し、真空乾燥器で76℃にて24時間乾燥させ、含水率
を測定した。その結果、含水率はpHによって異なり、
33.9%(pH3)、32.3%(pH5)、29.
9%(pH6)、32.6%(pH8)であった。
【0014】薬物として、抗悪性腫瘍剤として使われて
いる5−フルオロウラシル(略称5FU)、ビタミンC
(略称Vc)、消毒剤や皮膚病用薬であるレゾルシン
(略称Res)、防腐剤であるフェノールスルホン酸ナ
トリウム(略称SPS)、消毒剤である塩化ベンジルト
リメチルアンモニウム(略称BTAC)を使用した。
【0015】膜透過測定装置として2室式セルを使い、
両セルの間に膜をはさみ、右側のセルに10−3mol
/lの濃度Cの薬物水溶液を入れ、左側のセルに純水
を入れておく。純水側の溶液を一時間毎に3.4ml抜
き取り、透過した薬物の濃度Cを測定するため、紫外
分光光度計により吸光度を測定した。あらかじめ作成し
た吸光度ABSと薬物濃度との換算曲線により薬物濃度
を決定した。抜き取った水溶液と等量の純水を左側のセ
ルに補給した。測定は8時間行い、測定温度は25℃
で、膜の有効直径は30mmであった。種々のpHでの
透過実験ではHClあるいはNaOHを用いて水溶液の
pH値を調節し、実験開始時、セル両側のpH濃度を同
じにした。
【0016】本膜の等電点は約pH=4.5であり、等
電点以下では膜は弱正荷電膜であり、等電点以上では膜
は弱負荷電膜である。各種の薬物の透過曲線を図1に示
す。いずれの薬物についても時間に対して直線的に濃度
が増加したが、それぞれの薬物の透過速度は異なってい
た。
【0017】薬物の透過しやすさを表す透過係数Pは次
式により計算した。 P=Vd(ΔC/Δt)S(C−C
【0018】 S:膜の面積、V:低濃度側の水の体積、d:膜厚 ΔC/Δ:低濃度側溶液の単位時間あたりの濃度変
化(図1の直線の傾き)
【0019】各種pHのもとで測定した透過係数を図2
に示す。SPSでは水中でアニオンになるためpHの増
加とともに透過係数が著しく減少した。一方BTACで
は、水中でカチオンになるため、SPSの場合とは逆の
傾向が見られた。Resは実験したpHの範囲では中性
の分子なのでpHの変化にかかわらず透過係数がほぼ一
定であった。5FUは酸性と中性の場合透過係数がほぼ
同じであるが、約pH=7.0以上で減少した。pH7
以上での5FUの透過係数の著しい減少は、5FUが負
荷電基をもつ(pK=8.0)ようになるためであ
る。Veは酸性(pH<4.5)の時透過係数が比較的
大きいが、pH>4.5の時急激に下がった。Vcのp
は4.25であり、Vcは負荷電基をもつようにな
るためである。
【0020】以上述べたように、正荷電基をもつ薬物
は、酸性になる程、徐放されにくくなり、一方負荷電基
をもつ薬物はアルカリ性になる程、徐放されにくくな
り、正荷電基あるいは負荷電基をもつ各種薬物の膜徐放
速度を水溶液のpHを変えることにより変化させること
ができる。
【0021】実施例2 実施例1と同様の方法で絹フィブロイン膜を調製し、膜
透過測定装置の両セル間にその膜をはさみ、右側のセル
に10−3mol/lの濃度の薬物BTAC水溶液を入
れ、左側のセルに純水を入れておく。透過した薬物の濃
度を測定するため、実施例1の一時間毎に溶液を抜き取
るかわりに、光ファイバーをもつ紫外分光光度計で左側
のセルの薬物濃度を直接時々刻々測定した。測定開始
後、図3に示すように、薬物濃度は増大した。15分
後、左側のセルに0.1Mの塩酸を0.4mlれてpH
=3.9にすると薬物濃度の増大は止まった。30分
後、0.1M水酸化ナトリウムを左側セルに0.5ml
入れてpH=7.2にすると再び薬物濃度が増大し始め
た。これを何度も繰り返すことができた。つまり環境
(pH)変化に応答して薬物の徐放速度をON−OFF
制御できた。
【0022】実施例3 実施例2の薬物BTACの替わりにSPSを用い、実施
例2と同様に実験を行った。図4に示すようにpH=
3.7〜3.9では薬物が透過したが、pH=6.8〜
7.1では透過速度は低下した。また、実施例2とは逆
の右側セルpHを変化させて同様に実験を行うと、図5
に示すようにpH=3.5〜3.9では薬物が透過した
が、pH=8.4〜8.9では薬物の透過はほぼ止まっ
た。
【0023】実施例4 実施例2の薬物BTACの替わりに5FUを用い、実施
例2と同様に実験を行うと、図6に示すようにpH=
6.9〜7.3では薬物が透過したが、pH=8.9〜
9.1では、薬物透過は止まった。
【0024】実施例5 実施例1と同様に作成した絹フィブロイン膜(乾燥時の
膜厚0.028mm)10mgを1ml(100倍量)
のカルミン酸溶液に浸し、80℃で30分間加熱した。
食用色素であるカルミン酸の溶液は貝殻虫の死骸1gを
100mlの水で30分間100℃にて色素抽出し、瀘
過して調製したものであり、その溶液に酢酸1%を加え
た。
【0025】以上の手順で処理した膜を取り出し、4種
類の緩衝液 pH3.7、5.8、7.4、8.8を用
いて溶出実験を行った。pH3.7は酢酸−水酸化ナト
リウム緩衝液、pH5.8とpH7.4はリン酸緩衝
液、pH8.8はピロリン酸緩衝液を用いた。カルミン
酸包含膜を緩衝液3ml(300倍量)にそれぞれ入
れ、スターラーで攪拌しながら酸性側で450nm、ア
ルカリ側で550nmにおけるカルミン酸の紫外吸収強
度を時間経過とともに測定した。充分時間が経過した
後、膜に包含したカルミン酸をすべて取り出して吸光度
を測定し、全溶出量を求めた。4種類の緩衝液中でのカ
ルミン酸の溶出実験を行った結果を図7に示す。溶出率
は各染色膜の全溶出量の紫外吸収強度を100%として
表した。アルカリ側では溶出が速く95%以上の溶出率
でほぼ平衡に達しているが、pHが低い程、溶出速度が
抑制された。
【0026】これはカルミン酸がカルボキシル基を有す
ること、さらにこの絹フィブロイン膜は、等電点(pH
4.5)よりもアルカリ側ではpHが高いほど負電荷
を、それよりも酸性側ではpHが低いほど正電荷を帯び
ていることがこれらの挙動に大きく起因していると考え
られる。絹フィブロイン膜はpH環境応答性薬物徐放制
透過膜として有望であることが明らかになった。
【0027】
【発明の効果】本発明の製造方法によって得られる環境
応答性薬物徐放制御透過膜は優れた薬物徐放機能を発現
するのみならず、機械的強度に優れ、かつ人体に対して
高い安全性を示すとともに、微生物などにより生分解さ
れるため農場に散布しても問題ない、など人及び地球に
もやさしい材料である。
【0028】本発明の製造方法によって得られる環境応
答性薬物徐放制御透過膜の具体的活用例として、次のよ
うなものが考えられる。下水道の廃水のpHが中性では
雑菌などが繁殖しやすいため消毒剤が必要になるが、実
施例1で述べたように、消毒剤(例えばBTACのよう
に水中でカチオンになる)が本発明の絹フィブロイン膜
から放出される。一方、廃水のpHが酸性になれば雑菌
は繁殖しなくなるため、消毒剤の放出は不必要となる
り、実施例2で述べたように消毒剤の放出は止まる。
【0029】
【図面の簡単な説明】
【図1】透過した薬物の濃度と時間の関係
【図2】透過係数のpH依存性
【図3】左側セルの溶液のpH及び透過した薬物(BT
AC)の濃度と時間との関係
【図4】左側セルの溶液のpH及び透過した薬物(SP
S)の濃度と時間との関係
【図5】右側セルの溶液のpH及び透過した薬物(SP
S)の濃度と時間との関係
【図6】左側セルの溶液のpH及び透過した薬物(5F
U)の濃度と時間との関係
【図7】各種緩衝液中でのカルミン酸の溶出率の経時変

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 絹フィブロイン水溶液を製膜して非晶質
    で水溶性の絹フィブロイン膜を得、次いで該膜を、絹フ
    ィブロインに対する貧溶媒/水混合溶液中で浸漬処理
    ることを特徴とする、結晶質を含む、水不溶性の環境応
    答性薬物徐放制御透過膜の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記制御透過膜が、10〜60重量%の
    水分を含むことを特徴とする請求項1記載の環境応答性
    薬物徐放制御透過膜の製造方法。
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