JP4992075B2

JP4992075B2 - ポリ乳酸チューブ

Info

Publication number: JP4992075B2
Application number: JP2006056016A
Authority: JP
Inventors: 満明石; 雄也有川
Original assignee: Osaka University NUC
Current assignee: Osaka University NUC
Priority date: 2006-03-02
Filing date: 2006-03-02
Publication date: 2012-08-08
Anticipated expiration: 2026-03-02
Also published as: JP2007231188A

Description

本発明は、ポリ乳酸をシェルとする新規なポリ乳酸チューブおよびその製造方法に関する。

ポリ乳酸は生分解性を示し、また生体適合性にも優れていることから、すでに医用材料などとして実用化がなされている数少ない合成高分子であるが、分解速度が遅い、分解速度の制御が困難といった問題点も知られている。

一方、ポリ乳酸の鏡像異性体であるＤ体とＬ体の熱アセトニトリル溶液を混合すると、van der Waals相互作用に基づいたステレオコンプレックスを形成し、沈殿することが知られている。このようなステレオコンプレックス相互作用を利用し、基板をＬ体とＤ体のポリ乳酸アセトニトリル溶液に交互に浸漬することよりナノメートルオーダーで膜厚が制御可能なポリ乳酸ステレオコンプレックス超薄膜が調製できる（例えば、非特許文献１）。
Serizawa, T. et al., Macromolecules 2001, 34, 1996

本発明は、薄膜でも、マイクロスクエアでもなく、従来存在したことのない全く新しいポリ乳酸チューブを提供することを目的とする。

すなわち、本発明は、直径がナノメートルオーダーからマイクロメートルオーダーであり、長さが直径の２〜２５０倍であるチューブ状の中空を有し、ポリ乳酸をシェルとすることを特徴とするポリ乳酸チューブを提供するものである。

本発明は、新規なポリ乳酸チューブを提供した。

本発明のポリ乳酸チューブは、チューブ（シェル）の膜厚、結晶構造を制御することにより、分解挙動を制御可能である。

本発明のポリ乳酸チューブは、各種の薬剤、色素等を内部に大量に含有することができる。

本発明のポリ乳酸チューブを製造するに際しては、まず、交互積層法により、ポリ乳酸ステレオコンプレックス中空粒子（以下、単に「ポリ乳酸中空粒子」ということもある）を製造する。

ポリ乳酸ステレオコンプレックス中空粒子は、ポリＬ乳酸（ＰＬＬＡ）とポリＤ乳酸（ＰＤＬＡ）の溶液に、シリカ粒子を交互に浸漬し、シリカ粒子表面上にポリ乳酸ステレオコンプレックス膜を形成させ、次に、該コンプレックス膜の形成されたシリカ粒子をフッ化水素酸（ＨＦ）水溶液に浸漬し、シリカ粒子の除去を行うことによって製造される。

本発明において「ポリＬ乳酸（ＰＬＬＡ）」は、Ｌ−乳酸を主構成ユニットとし、Ｌ−乳酸とＤ−乳酸のユニット比が１００：０〜８０：２０の多重合体を使用でき、Ｌ−乳酸ユニットの比が大きいほど好ましい。また、「ポリＤ乳酸（ＰＤＬＡ）」は、Ｄ−乳酸を主構成ユニットとし、Ｌ−乳酸とＤ−乳酸のユニット比が０：１００〜２０：８０の多重合体を使用でき、Ｄ−乳酸ユニットの比が大きいほど好ましい。効率よくステレオコンプレックスを形成可能な重合度１０以上であれば、本発明に適用できる。

そのようなポリＬ乳酸（ＰＬＬＡ）は、例えばレイシアＨ−１００（三井化学社製）、トヨタエコプラスチックＵ’ｓ（トヨタ自動車社製）等として市場から入手可能である。ポリＤ乳酸（ＰＤＬＡ）は、現在のところ市場からの入手は困難であるが、Ｄ−ラクチドの開環重合によって得られる。

本発明で使用するシリカ粒子は、平均一次粒径がナノメートルオーダーからマイクロメートルオーダーのものを使用可能である。そのようなシリカ粒子としては、各種市販されているが、ナノメートルオーダーのシリカ粒子としては、ＭＰ−１０４０：日産化学工業株式会社社製（平均一次粒径１００ｎｍ））等が、マイクロメートルオーダーシリカ粒子としては、ゴッドボールＢ−６Ｃ：鈴木油脂工業株式会社社製（平均一次粒径２μｍ）等が入手可能である。

シリカ粒子として多孔性のシリカ粒子を使用する場合には、種々の物質をシリカ粒子に吸収吸着させることが可能である。そのような物質としてこれに限定されるものではないが、例えば、色素、薬物、モノマー、開始剤、酵素、基質等を挙げることができる。

吸収吸着量は、シリカ粒子の大きさ、多孔度等により異なるが、そのシリカ粒子の最大吸収吸着量以下で、その量を調整可能である。

シリカ粒子へのそれら物質の吸収吸着は、例えば内包したい物質の溶液に長時間浸漬）することにより行うことができ、その量の調整は、浸漬時間、浸漬温度、溶媒の選択により行うことができる。

上記シリカ粒子を浸漬するポリＬ乳酸（ＰＬＬＡ）とポリＤ乳酸（ＰＤＬＡ）の溶液は、溶媒としてＰＬＬＡおよびＰＤＬＡを溶解可能な溶媒、例えばアセトニトリル、アセトニトリルと水の混合溶媒）を使用し、濃度は１ｍｇ／ｍｌ〜２０ｍｇ／ｍｌ程度とすればよい。

シリカ粒子をポリＬ乳酸溶液とポリＤ乳酸溶液交互に浸漬し、シリカ粒子表面上にポリ乳酸ステレオコンプレックス膜（本発明において「シェル層」ともいう）を積層する。浸漬温度は、ポリ乳酸の溶解性の観点から４０〜６０℃）程度でよい。

交互積層法により調製されたポリ乳酸ステレオコンプレックスシェル層は、高結晶化度を有しているにもかかわらず、ＰＬＬＡまたはＰＤＬＡ単独結晶と比較し、７倍以上の分解速度であることが分かっている（Serizawa T. et al., Macromolecules, 2003, 36, 1762）。このことからＰＬＬＡとＰＤＬＡの割合を制御することで分解挙動を厳密に制御することができる。

シェル層の厚さは交互積層のステップ数及び、浸漬時間を変化させることで容易に制御可能である。そのときの温度は４０〜６０℃程度でよい。例えば、シェル層の厚さは、シリカ粒子が平均一次粒子２μｍである場合、２０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲で調整可能である。

また、シェル層にシリカ粒子に吸収吸着させた同様の物質または異なる物質を内包させることも可能である。このようなシェルへの物質の内包は、ＰＬＬＡとＰＤＬＡを積層する際にシェル層に内包させたい物質をＰＬＬＡまたはＰＤＬＡ溶液に混合しておく、またはＰＬＬＡとＰＤＬＡステレオコンプレックス膜形成、内包させたい物質の溶液への浸漬、ＰＬＬＡとＰＤＬＡステレオコンプレックス膜形成のサイクル、またはそのサイクルの繰り返しにより行う）ことができる。

中空粒子のシェルに物質を内包させることにより、異なる二種類の薬物を放出可能な薬物徐放担体、シェル層に磁性を持たせる等の場合に有用である。

ポリＬ乳酸溶液またはポリＤ乳酸溶液に浸漬後のシリカの取り出しは、遠心分離により行うようにすればよい。

次に、コンプレックス膜の形成されたシリカ粒子をフッ化水素酸（ＨＦ）水溶液に浸漬し、シリカ粒子の除去を行う。

コンプレックス膜の形成されたシリカ粒子を、フッ化水素酸（ＨＦ）水溶液に浸漬することで、コアであるシリカ粒子が除去され、ポリ乳酸中空粒子が調製される。シリカ粒子に色素、薬物、モノマー、開始剤などがあらかじめ担持されていると、担持物質を中空粒子内に内包させることができる。

シリカ粒子が除去されたか否かは、赤外吸収スペクトルにより、シリカに特徴的な１１００ｃｍ^−１と７７０ｃｍ^−１付近）の吸収が消失していることにより確認可能である。フッ化水素酸溶液に浸漬させる条件は、シリカ粒子の大きさ、その表面に形成させたシェル層の厚さ等により、適宜設定すればよく、シリカに特徴的な１１００ｃｍ^−１と７７０ｃｍ^−１付近）における吸収が消失しさえすればよく、それらの条件は特に限定されない。

シリカ粒子が除去された後は、ポリ乳酸中空粒子を水洗する。

上記で得られたポリ乳酸中空粒子は、凝集、乾燥させることによりポリ乳酸チューブを作製することができる。例えば、水溶液中にポリ乳酸中空粒子を分散させ、溶媒（水）を蒸発させることにより中空粒子が凝集し、続いて水を蒸発させることによりポリ乳酸チューブを形成することができる。

ポリ乳酸チューブの直径は、ポリ乳酸中空粒子を作製するに用いた（テンプレートして使用した）シリカ粒子の一次粒径とほぼ同じである。このことは中空粒子同士が一軸方向に結合することにより、ポリ乳酸チューブが形成されることを示すものである。

ポリ乳酸チューブの長さは、テンプレートとして使用したシリカ粒子の一次粒径の２〜２５０倍の範囲で調整可能である。その調整は溶媒の選択、乾燥温度、溶媒の蒸発速度を制御）することにより可能である。

チューブが形成されることにより、ポリ乳酸中空粒子が内包する各物質が、チューブ内で配合される。中空粒子にモノマーや開始剤、色素等を内包させ、その後チューブを形成させることにより、外部環境に影響されず、チューブ内部において内包物が配合されることで機能が効率よく発現する。幅広い分野における応用が期待される。

例えば、一つのポリ乳酸中空粒子に酵素を内包させ、もう一つのポリ乳酸中空粒子に基質を内包させておき、チューブが形成されることで、チューブ内部でのみ酵素と基質を反応させることができる。一方にモノマーを内包させ、もう一方に開始剤を内包した中空粒子を用いてチューブを形成させることで、チューブ内部でのみ重合を進行させることができる

ポリ乳酸チューブには、シリカ粒子の一粒子に対して担持させることができる物質の量の２〜２５０倍までの多量の物質を内包させることができる。この２〜２５０倍という数字は、ポリ乳酸チューブが形成されるに使用されたポリ乳酸中空粒子の数に比例する数である。従って、シリカ粒子に担持出せる量、チューブを形成する際に結合させるポリ乳酸チューブの数を調整することにより、チューブに内包させる物質の種類、量を調整可能である。

ポリ乳酸チューブには、多量の物質をポリ乳酸チューブに内包させることができるので、例えば多種の蛍光を有する蛍光標識の作製、蛍光強度増加、モノマー内包中空粒子と開始剤内包中空粒子の混合割合を変化させることで幅広く分子量を制御可能といったことが考えられる。

（ポリ乳酸中空粒子の製造）
約１００ｎｍの一次粒径を有するシリカナノ粒子（１００ｍｇ）を５０℃の濃度（１０ｍｇ／ｍｌ）に調製したＰＬＬＡ（数平均分子量２７０００）、ＰＤＬＡ（数平均分子量２８０００）それぞれのアセトニトリル溶液（１０ｍｌ）に交互に浸漬（それぞれ３回（６ステップ））することにより、シリカナノ粒子表面上にステレオコンプレックス化を駆動力としてポリ乳酸ステレオコンプレックス超薄膜（厚さ２０ｎｍ）を形成させた。なお、ＰＬＬＡ溶液またはＰＤＬＡ溶液からのシリカ粒子の取り出しは、遠心分離（１０００ｒｐｍ，５０℃）を５分間行うことにより行った。

その後、シリカ粒子をフッ化水素酸（ＨＦ）水溶液（３ｍｌ）（濃度２５ｗｔ％）に室温で２４時間浸漬することでコアであるシリカナノ粒子の除去を行い、シリカ除去ポリ乳酸粒子を水（１０ｍｌ）で５回洗浄し、ポリ乳酸中空粒子を得た。

得られたポリ乳酸中空粒子は走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）、ＩＲによって得られたサンプルの構造確認を行った。

シリカのみ、シリカ粒子上にポリ乳酸ステレオコンプレックス結晶を積層後の粒子、およびコアであるシリカ粒子除去後のポリ乳酸中空粒子のＳＥＭ写真を図１Ａ〜Ｃに示した。

シリカ除去前（図１Ｂ）では明らかにシリカのみ（図１Ａ）の時とは表面形態の変化、及び粒径の増大からシリカ表面にポリ乳酸超薄膜が形成されていることが確認できた。また、シリカ除去前後ではコアのシリカが除去され、中空粒子が調製できていることから（図１Ｂ、図１Ｃ）、ＨＦ処理後においても中空粒子はステレオコンプレックスの結晶構造を保持していることが分かる。

シリカのみ、シリカ粒子上にポリ乳酸ステレオコンプレックス結晶を積層後の粒子、およびコアであるシリカ粒子除去後のポリ乳酸中空粒子の赤外吸収スペクトル（ＦＴ−ＩＲ／ＡＴＲ）を図２に示した。

ＨＦ処理前、処理後においてシリカに起因する吸収ピークが消失することから、コアとして用いたシリカ粒子は２４時間のＨＦ処理により完全に除去されていることが確認された。

（ポリ乳酸中空粒子（薬物内包）の製造）
平均一次粒径約２μｍの多孔性シリカ粒子に、モデル薬物として蛍光物質ローダミン６Ｇを担持させた（担持量シリカ重量に対して約５ｗｔ％程度）。

得られたシリカ粒子をＰＬＬＡ、ＰＤＬＡ、蛍光物質フルオレシンの順にそれぞれの溶液に交互に浸漬することで、ＰＤＬＡとＰＬＬＡの層間にフルオレシンを挟み込んだ。これを３サイクル繰り返し、さらにその上にＰＬＬＡとＰＤＬＡを積層することでフルオレシンの脱着を防いだ。なお、ＰＬＬＡ、ＰＤＬＡの各溶液は、実施例１と同様のものを使用し、浸漬（１５分）、フルオレシン水溶液は濃度１０ｍｇ／ｍｌで、浸漬は１５分間行った。）

その後、上記と同様にして、ＨＦ水溶液によってシリカのみを除去し、中空に蛍光物質ローダミン６Ｇを内包し、シェルに蛍光物質フルオレシンを含有するポリ乳酸中空粒子を得た。

光学顕微鏡によって観察されたポリ乳酸中空粒子と同じ位置にローダミン６Ｇの蛍光とフルオレシンの蛍光が観察されたことから、二種類の蛍光物質を内包していることが確認された。

得られたポリ乳酸中空粒子を、水中に分散させた状態で１週間保存後においても、どちらの蛍光も観察されたことから、ポリ乳酸中空粒子のシェルが分解されるまでは内包物を担持可能であることが分かった。

実施例１と同様の条件でステップ数を６ステップ（図３Ａ）、１０ステップ（図３Ｂ）、６ステップ＋２４時間ＰＬＬＡ溶液に浸漬（図３Ｃ）とステップ数を変化させ、ポリ乳酸中空粒子を作製した。得られた粒子のＳＥＭ写真を図３Ａ〜図３Ｃに示す。

ステップ数または溶液に浸漬する時間を変化させることでポリ乳酸中空ナノ粒子の膜厚を制御可能であることが分かる。

（ポリ乳酸チューブの作製）
テンプレートとしてのシリカ粒子として、平均一次粒径約１００ｎｍ、２００ｎｍ、４００ｎｍの３種類を使用した以外、実施例１のポリ乳酸中空粒子製造と同様にして、ポリ乳酸中空粒子を作製した。

得られたポリ乳酸中空粒子を１ｍｇ／ｍｌの濃度で水に分散させ、その水分散をガラス板上に滴下し、室温で水を徐々に蒸発乾燥させて、液滴のエッジ付近でポリ乳酸中空粒子を凝集させ、ポリ乳酸中空粒子を結合させて、ポリ乳酸チューブを形成させた。

得られたポリ乳酸チューブのＳＥＭ写真を図４に示した。図４から、例えば２００ｎｍのシリカを用いると約２００ｎｍの幅を有したものが得られたことから分かるように、ポリ乳酸チューブの幅は用いるシリカサイズに依存しており、テンプレートとして用いたシリカ粒子の直径に依存した幅をもつポリ乳酸チューブが得られたことが分かる。

テンプレートとしたシリカ粒子に、それぞれフルオレシン（緑の蛍光）とローダミン（赤の蛍光）を担持させた平均一次粒径約２μｍの２種類を使用した以外、実施例１のポリ乳酸中空粒子製造と同様にしてフルオレシン（緑の蛍光）とローダミン（赤の蛍光）を内包させたポリ乳酸中空粒子を作製した。

得られたフルオレシン（緑の蛍光）とローダミン（赤の蛍光）を内包させたポリ乳酸中空粒子それぞれ０．１ｍｇを０．１ｍｌの水に混合分散させ、実施例４に記載のポリ乳酸チューブの作製と同様にしてポリ乳酸チューブを作製した。

得られたポリ乳酸チューブは、蛍光顕微鏡 OLYMPUS BX51：OLYMPUS社製）により観察したところ、同一箇所に緑と赤の蛍光が観察され、重ね合わせ画像でも黄色に観察されたことから）、フルオレシン（緑の蛍光）とローダミン（赤の蛍光）の量蛍光体を内包していることが分かった。

それぞれ異なる物質を内包させた中空粒子を用いて、チューブを形成させると、チューブ内において中空粒子内に内包した物質が混合されることが分かる。

薬剤や酵素などの活性保護カプセル、薬物除放担体、スキャホルド、または、塗料、モノマーや開始剤など二種類以上のものを混合させる様々な分野への応用など。

（Ａ）はシリカ粒子のＳＥＭ写真。（Ｂ）はポリ乳酸被覆シリカ粒子のＳＥＭ写真。（Ｃ）はポリ乳酸中空粒子のＳＥＭ写真。赤外吸収スペクトル。（Ａ）〜（Ｃ）共にポリ乳酸被覆シリカ粒子のＳＥＭ写真。ポリ乳酸チューブのＳＥＭ写真。

Claims

直径がナノメートルオーダーからマイクロメートルオーダーであり、長さが直径の２〜２５０倍であるチューブ状の中空を有し、ポリ乳酸ステレオコンプレックス膜をシェルとすることを特徴とするポリ乳酸チューブ。
交互積層法により調製したポリ乳酸ステレオコンプレックス中空粒子が凝集して形成された、請求項１に記載のポリ乳酸チューブ。
交互積層法が；
ポリＬ乳酸（ＰＬＬＡ）とポリＤ乳酸（ＰＤＬＡ）の溶液に、シリカ粒子を交互に浸漬し、シリカ粒子表面上にポリ乳酸ステレオコンプレックス膜を形成させる工程、および
該コンプレックス膜の形成されたシリカ粒子をフッ化水素酸（ＨＦ）水溶液に浸漬し、シリカ粒子の除去を行う工程、
からなる、請求項２に記載のポリ乳酸チューブ。
シリカ粒子の一粒子に対して担持させることができる物質の量の２〜２５０倍の量を内包する、請求項３に記載のポリ乳酸チューブ。