JP4328170B2

JP4328170B2 - 被覆樹脂粒子の製造方法

Info

Publication number: JP4328170B2
Application number: JP2003345184A
Authority: JP
Inventors: 正小久保; 将一川下; 憲三須佐; 弦菅野
Original assignee: トライアル株式会社
Priority date: 2003-10-03
Filing date: 2003-10-03
Publication date: 2009-09-09
Anticipated expiration: 2023-10-03
Also published as: JP2005112888A

Description

本発明は、高分子粒子を燐酸カルシウムからなる層で被覆した粒子の製造方法に関する。本発明の被覆粒子は生体関連の技術分野で利用できる。

近年、合成高分子の球状粒子が各種技術分野で求められている。また、球状粒子の表面に種々の微細粉体を含有する層を被覆した複合粉体も求められており、例えば、球状樹脂粉体上に金属酸化物微粒子および／または水酸化物微粒子をメカノケミカル的にコーティングした化粧料（特許文献１参照）が挙げられる。また、生物・生体関連の技術分野では平坦な基板表面を燐酸カルシウム（骨類似アパタイト）で代表されるバイオアクチブセラミックスで被覆する技術が開示されている（非特許文献１参照）。しかしながら、前者のメカノケミカル法では適用できる粒子サイズは数百ミクロンと大きい。したがって、数十ミクロン以下の粒子に適用できる被覆方法で且つ簡便な方法が望まれている。また、後者の方法では平坦な基板ではなく、球状粒子に適用できる方法が強く求められている。特に高分子基材の種類によらず、再現性よく生体活性な燐酸カルシウムで微小球体を被覆する技術が望まれている。

特開平８−５９４３３号公報小久保正他、"ＩｎｏｒｇａｎｉｃＭａｔｅｒｉａｌｓ"，Ｖｏｌ．５,１９９８年，ｐ．４４９−４５８

本発明が解決しようとする課題は、任意の大きさからなる球状樹脂粒子の表面に燐酸カルシウム層を簡便に被覆する方法を提供することである。

本発明の課題は以下の方法により解決された。
項１）平均粒子径が０．０１μｍ以上１，０００μｍ以下である樹脂粒子をカルシウムイオンおよびシリコンアルコキシドの加水分解縮合物を含む溶液に接触させる工程の後、
カルシウムイオン及び燐酸イオンを含む水溶液に浸漬する工程
を含むことを特徴とするアパタイト層で被覆した樹脂粒子の製造方法。
上記の発明の好ましい実施の態様を以下に列挙する。
項２）樹脂が熱可塑性樹脂である項１）記載の樹脂粒子の製造方法。
項３）樹脂粒子が充填剤を含有する項１）又は項２）に記載の樹脂粒子の製造方法。
項４）充填剤が磁性材料である項３）に記載の樹脂粒子の製造方法。
項５）カルシウムイオンおよびシリコンアルコキシドの加水分解縮合物を含む溶液に接触させる工程が、カルシウムイオンおよびシリコンアルコキシドの加水分解縮合物を含む溶液中に浸漬する工程であり、引き続き樹脂粒子を濾過および乾燥する工程により回収する項１）ないし項４）いずれか１項に記載の樹脂粒子の製造方法。
項６）カルシウムイオンおよびシリコンアルコキシドの加水分解縮合物を含む溶液に接触させる工程が、カルシウムイオンおよびシリコンアルコキシドの加水分解縮合物を含む溶液中に浸漬する工程であり、ついで該溶液を乾燥雰囲気中に噴霧する工程により樹脂粒子を回収する項１）ないし項４）いずれか１項に記載の樹脂粒子の製造方法。
項７）水溶液が擬似体液である項１）ないし項６）いずれか１項に記載の被覆粒子の製造方法。
項８）接触工程中に樹脂粒子を水溶液中で浮遊させる工程を含む項１）ないし項７）いずれか１項に記載の樹脂粒子の製造方法。

本発明により、任意の大きさからなる複合球状樹脂粒子の表面に生体活性な燐酸カルシウム層を再現性よく被覆することが可能になった。

以下本発明を詳細に説明する。
本発明で使用する樹脂基材としてはいかなる材質のものも使用できるが、基材の製法上の観点から、熱可塑性樹脂が好ましい。すなわち、本発明者が先に開発した球状複合粉体の製造方法（特開２００１−１１４９０１号公報）によれば、熱可塑性樹脂及び、必要に応じて、少なくとも１種の充填剤からなる組成物を、これと相溶性のない分散媒と共に組成物の軟化点以上に加熱混合し、分散媒中に微粒子として分散した後、冷却することにより０．０１μｍ以上１，０００μｍ以下の球状（複合）粒子が容易に得られる。
本発明で好ましく使用できる熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリアミド類（特に各種ナイロン、例えばナイロン６、ナイロン６６、ナイロン６１０、ナイロン６１２、ナイロン１１、ナイロン１２、ナイロン４６）、ポリエステル類（例えばポリエチレンテレフタレート）、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリふっ化ビニリデン、ポリアセタール、ポリスルホン、アクリル酸メチル・メタクリル酸メチルコポリマー、アクリルニトリル・スチレンコポリマー、エチレン・酢酸ビニルコポリマー（ＥＶＡ）、エチレン・アクリル酸コポリマー、エチレン・プロピレンコポリマー、ＡＢＳ樹脂（アクリルニトリル・ブタジエン・スチレンコポリマー）、熱可塑性弾性体、例えばスチレン・ブタジエンコポリマー等が挙げられる。

本発明の樹脂粒子の用途としては、特に環境問題に配慮した応用分野や生体適合性に配慮した応用分野が挙げられる。これらの用途に適した高分子樹脂として生分解性樹脂が挙げられる。生分解性樹脂としてはやはり製法上の観点から熱可塑性の樹脂が好ましく、脂肪酸ポリエステル（ポリ乳酸を含む）、天然原料を化学的に変成した特定の生分解性熱可塑性樹脂、微生物生産プラスチック、合成プラスチックが典型的な樹脂が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
本発明で使用できる生分解性樹脂としては、脂肪族ポリエステル（ポリ乳酸を含む。）又は２種以上の脂肪酸ポリエステルのブレンドが特に好ましい。
本発明において、「脂肪族ポリエステル」とは、分子内のすべての炭素原子が一列の鎖状につながり、分子内の炭素原子は枝分かれ構造を有していても良いが、環式構造を含まないポリエステルをいう。脂肪族ポリエステルは工業的な規模で生産されており、本発明の実施に好ましい脂肪族ポリエステルとしては開環重合法によるポリ乳酸（ＰＬＡ）、及び発酵法によるポリヒドロキシブチレート／ヴァリレート共重合体（ＰＨＢ／Ｖ）が挙げられる。

本発明の樹脂粒子には用途に応じて各種の機能材料を内包させることができる。樹脂粒子中に含有せしめる充填剤としては、機械的、電気的、磁気的、光学的、又は熱的性質を発現もしくは改良しうる性質を有する、少なくとも１種の有機充填剤、無機充填剤、及びこれらの２種以上の同種又は異種の、充填剤の混合物が好ましく、高分子樹脂と混合可能な成分であることが好ましい。
本発明の方法で得られる生体活性なアパタイトを被覆した樹脂粒子は細胞培養担体として利用される場合、種々の単位操作を非接触で行うため、磁性材料を充填剤として用いることが好ましい。磁性材料としては例えば、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉなどの金属材料及びこれらの材料を含む合金材料、γ−Ｆｅ₂Ｏ₃やＦｅ₃Ｏ₄などの酸化物磁性材料などが挙げられる。

本発明に使用する樹脂粒子の平均粒子径は０．０１μｍ以上１，０００μｍ以下であるが、０．１μｍ以上５００μｍ以下が好ましく、１μｍ以上３００μｍ以下がより好ましい。

本発明の被覆樹脂粒子の製造方法において、基材の樹脂粒子をまず、カルシウムイオン及びシリコンアルコキシドの加水分解縮合物を含有する溶液に接触させることが必須である。ここで用いるカルシウムイオンの原料はシリコンアルコキシドの加水分解縮合物を含有する溶液に可溶性であって、該溶液中でカルシウムイオンを形成しうる化合物であれば何れでもよく、例えば塩化カルシウムや硝酸カルシウムなどが上げられる。シリコンアルコキシドは４官能のほか、３官能のアルキルアルコキシドなども用いることができる。これらのアルコキシドは予め加水分解反応に続く縮合反応を十分に起こさせることが重要である。これらのアルコキシドのうち本発明においては、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）が常温で安定な液体であり、適当な加水分解速度を有する点で好ましい。カルシウムイオン及びシリコンアルコキシド加水分解縮合物の濃度は０．１乃至５０ｗｔ％が好ましく、５乃至２０ｗｔ％がより好ましい。

基材である樹脂粒子をカルシウムイオン及びシリコンアルコキシドの加水分解縮合物を含有する溶液に接触させる工程としては、樹脂粒子が該溶液に十分濡れることのできる工程であれば何れの工程も採用可能である。最も簡単な工程は、該溶液に樹脂粒子を浸漬する工程である。浸漬時間に特に制限はなく、数秒から４８時間、好ましくは数分から数時間の範囲で適宜選択することができる。浸漬工程の後は濾過工程により樹脂粒子を回収できる。濾過工程では真空濾過、遠心濾過などが好ましく採用できる。磁性材料を複合化した基材粒子を用いた場合は濾過工程を経ることなく磁場印加により粒子を回収することができる。回収した樹脂粒子を乾燥工程により一旦乾燥することが好ましい。乾燥温度は基材の耐熱性に依存するが、一般には６０℃〜１２０℃が好ましい。また、乾燥手段として樹脂粒子を含む溶液を乾燥雰囲気中に噴霧することにより均一な被覆層の形成が可能となる。

本発明において、樹脂粒子を浸漬させる工程に使用する水溶液中には、少なくともＣａイオン及び燐酸イオン（ＨＰＯ₄ ^2-）を含有させることが必要である。好ましくは水溶液としてＣａイオンや燐酸イオンを含有した擬似体液を用いることができる。擬似体液中の各種イオン濃度（ｍＭ／Ｌ）はＣａ²⁺：２．５、ＨＰＯ₄ ^2-：１．０、Ｎａ⁺：１４２、Ｋ⁺：５．０、Ｍｇ²⁺：１．５、Ｃｌ^-：１４７．８、ＨＣＯ₃ ^-：４．２、ＳＯ₄ ^2-：０．５および緩衝剤（ＣＨ₂ＯＨ）₃ＣＮＨ₂の濃度５０（ｍＭ／Ｌ）からなる標準濃度のものや、これらの１〜３倍濃度の水溶液を用いることができる。また、樹脂粒子の浸漬中は水溶液のｐＨ値を７．２〜８．０好ましくは７．４〜７．６、温度を３０〜８０℃、好ましくは３６〜６０℃、浸漬時間を１時間以上、好ましくは３日以上に保つことで目的が達成できる。

本発明によれば樹脂粒子をＣａイオンや燐酸イオンを含む水溶液に浸漬する工程において、粒子を水溶液中に浮遊させることにより粒子間で被覆のばらつきのない被覆が可能となる。浮遊させる手段としては例えば樹脂粒子を浸漬した水溶液に機械的な揺らん、回転、循環などの運動をあたえることにより撹拌することが好ましい。また、撹拌操作を間歇的に行っても良い。

Ｃａイオン及び燐酸イオンを含む水溶液に浸漬する工程の後に、濾過工程、必要に応じて洗浄工程及び乾燥工程を行なうことにより、アパタイト層で被覆した樹脂粒子を得ることができる。濾過工程や乾燥工程では、前述の方法を採用することができる。また、洗浄工程では蒸留水による洗浄が好ましい。磁性材料を基材に複合化させた粒子を用いる場合、磁場印加により容易に分離回収できる。

以下に本発明の実施例を示すが、これらに限られるものではない。
基材表面におけるカルシウムシリケート層の形成確認および生体活性なアパタイト層の形成確認は、それぞれエネルギー分散型Ｘ線分光分析（ＥＤＸ）及び電界放射型走査電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）によって行うことができる。

＜実施例１＞
まず、カルシウムイオンとシリコンアルコキシドの加水分解縮合物を含む溶液を作製した。
ＴＥＯＳ／超純水／エタノール／塩酸／塩化カルシウムの混合モル比が１．０／２．０／１．０／０．０１４／０．２０となるように混合し０℃で１０分間撹拌し、得られた溶液を７日間室温にて保存した。ついで粒子径が３００μｍのポリアミド（ナイロン１２）からなる微小球体の約５０ｍｇを７０ｍＬ試料瓶に採取し、前記溶液を１０ｍＬ加えて浸漬処理し５分以内に濾過し、１００℃及び６０℃で２４時間乾燥した（処理１）。
次に擬似体液として各種イオン濃度（ｍＭ／Ｌ）がＣａ²⁺：２．５、ＨＰＯ₄ ^2-：１．０、Ｎａ⁺：１４２、Ｋ⁺：５．０、Ｍｇ²⁺：１．５、Ｃｌ^-：１４７．８、ＨＣＯ₃ ^-：４．２、ＳＯ₄ ^2-：０．５および緩衝剤（ＣＨ₂ＯＨ）₃ＣＮＨ₂濃度５０（ｍＭ／Ｌ）からなるｐＨ７．４の水溶液を作製した。次に７０ｍＬの容器を用いて前記浸漬処理したサンプルを２０ｍＬの擬似体液に浸漬し、３６．５℃の揺動機構付インキュベータに入れ、１、３又は７日間浸漬した。それぞれの時間浸漬した後、試料を濾過し、蒸留水で洗浄し、４０℃で２４時間乾燥した（処理２）。

得られた微小球体の表面をそれぞれの処理段階でＥＤＸ組成分析し、同時にＦＥ−ＳＥＭ観察した。図１に実施例１における、処理前の微小球体、並びに処理１及び処理２（１、３、７日後）で得られた微小球体の各表面におけるＥＤＸ分析スペクトルを示す。その結果、ＥＤＸでの解析では処理１後のサンプルでＳｉ、Ｃａ、Ｏに帰属するピークが検出され、処理２の後は何れの処理時間においてもＣａ、Ｐ、Ｏに帰属するピークが検出された（図１）。
また、ＦＥ−ＳＥＭ観察においても、各処理段階で表面での析出物の存在が確認され（図２）、ＥＤＸの結果と合わせると析出物はアパタイトであることが推定される。

＜比較例１＞
比較のため、実施例１において、処理１を行わずに直接処理２を行い、７日後のサンプルでＦＥ−ＳＥＭによる表面観察を行った。その結果、析出物は確認できず、処理前の表面状態と変わらなかった（図２）。したがって、アパタイトの析出には処理１が必要であることが分る。

＜実施例２〜４＞
実施例１において基材のナイロン１２（３００μｍ）を次の３種類の基材に変えた以外はすべて同条件で実施した。用いた基材は、実施例２では直径１０〜３０μｍのエチレンビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）、実施例３では直径１０〜３０μｍのナイロン１２、実施例４では直径１００μｍの１０％フェライト含有ナイロン１２からなる微小球体であった。ＥＤＸによる分析結果およびＦＥ−ＳＥＭ観察の結果を表１に示す。

表１の結果から何れの実施例においても処理１後のサンプルでＳｉとＣａに帰属するピークが検出され、処理２の後はＣａおよびＰに帰属するピークが検出された、また、ＦＥ−ＳＥＭによる表面観察でも何れの実施例においてもまた、何れの処理においてもアパタイトと推定される析出物の存在が確認された。

実施例１における、処理前、処理１及び処理２（１、３、７日後）で得られた微小球体の各表面におけるＥＤＸ分析スペクトルである。実施例１における、処理前、処理１及び処理２（１、３、７日後）で得られた各微小球体の表面および、比較例１における処理前および処理後（７日後）に得られた各微小球体の表面におけるＦＥ−ＳＥＭ像である。

Claims

平均粒子径が０．０１μｍ以上１，０００μｍ以下である樹脂粒子をカルシウムイオンおよびシリコンアルコキシドの加水分解縮合物を含む溶液に接触させる工程の後、
カルシウムイオン及び燐酸イオンを含む水溶液に浸漬する工程
を含むことを特徴とするアパタイト層で被覆した樹脂粒子の製造方法。