JP6170605B1

JP6170605B1 - 水素含有液体の製造方法

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Publication number: JP6170605B1
Application number: JP2016210172A
Authority: JP
Inventors: 亮介黒川
Original assignee: Miz Co Ltd
Current assignee: Miz Co Ltd
Priority date: 2016-10-27
Filing date: 2016-10-27
Publication date: 2017-07-26
Anticipated expiration: 2036-10-27
Also published as: JP2018070478A; US20180297842A1

Abstract

【課題】安全性が高く水素分子が実質的に減ることのない水素含有液体の製造方法を提供する。【解決手段】水分と反応して水素ガスを発生する水素発生剤１４と、内部に生体に適用される液体１６が封入された水素ガス透過性を有する第１容器１１と、前記第１容器に比べて水素ガス透過性がそれ以下の第２容器１２と、前記水素発生剤及び水１５が収容可能であって内部で発生した水素ガスが外部へ排出可能な第３容器１３と、を準備し、前記第３容器に水を収容して凝固させたのち、前記水素発生剤を前記第３容器に収納し、前記第３容器に収納した水が凝固した状態で、前記第２容器に前記第１容器と前記第３容器とを収容して前記第２容器を封止する。液体１６を使用する場合は、前記第１容器と前記第３容器とを収容した前記第２容器を、前記第３容器に収納した水の少なくとも一部が融解する雰囲気に置き、融解した水と前記水素発生剤との反応により前記第３容器の内部に発生した水素ガスを前記第２容器の内部に排出させる。【選択図】図１

Description

本発明は、水素含有液体の製造方法に関するものである。

水素含有液体の製造方法として、出願人は、水蒸気透過性を有する容器に収容された生体適用液に水素分子を供給して水素含有生体適用液を製造する方法であって、前記容器と、前記容器の外側に位置する水素発生系とを、水素分子透過性の低い包装材で被覆する工程と、前記容器と前記包装材との間の空間の湿度を高める工程と、前記水素発生系より発生する水素分子を前記容器の外側から前記生体適用液中へ透過させる工程と、を含む水素含有生体適用液の製造方法を、先に提案した（特許文献１）。

特許第５９３５９５４号公報

しかしながら、上記従来の製造方法では、包装材により容器と水素発生系とを被覆したときから、水素ガスの生成が開始されることから、水素ガスが包装材の内部に充満した状態で当該包装材の運搬や保管が行われる。そのため、製品の流通過程や保存期間中における安全性、及び水素ガスの減少に改善の余地があった。

本発明が解決しようとする課題は、安全性が高く水素分子が実質的に減ることのない水素含有液体の製造方法を提供することである。

本発明は、水分と反応して水素ガスを発生する水素発生剤と、内部に生体に適用される液体が封入された水素ガス透過性を有する第１容器と、前記第１容器に比べて水素ガス透過性がそれ以下の第２容器と、を準備し、
前記第２容器の内部に前記第１容器と前記水素発生剤とを収容し、空気中の水分を除く水を入れずに前記第２容器を封止し、
前記第２容器を封止してから前記液体を使用するまでは、前記第１容器と前記水素発生剤とを収容した前記第２容器を冷凍した状態にし、
前記液体を使用する場合は、前記第１容器と前記水素発生剤とを収容した前記第２容器を解凍雰囲気に置き、前記第２容器の内部に生じた、前記第１容器に収容された液体に含まれる水分が蒸発して第１容器を透過した水蒸気又は第２容器の内部の空気中の水分と前記水素発生剤との反応により前記第２容器の内部に水素ガスを発生させ、
前記第２容器の内部に発生した水素ガスが前記第１容器を透過することで、前記第１容器に収容された液体に水素分子を含有させることによって、上記課題を解決する。

本発明によれば、第２容器を封止してから液体を使用するまでは、水素発生剤と反応する水を凝固状態に維持するか又は水素発生剤を収容した第２容器を冷凍状態に維持するので、製品の流通過程や保存期間中においては水素ガスは発生せず、液体を使用する際に初めて水素ガスを発生させる。これにより、安全性が高く水素分子が実質的に減ることのない水素含有液体の製造方法を提供することができる。

本発明に係る水素含有液体の製造方法の一実施の形態を示す工程図である。本発明に係る水素含有液体の製造方法の他の実施の形態を示す工程図である。

《第１実施形態》
図１は、本発明に係る水素含有液体の製造方法の一実施の形態を示す工程図である。本実施形態の製造方法では、まず水分と反応して水素ガスを発生する水素発生剤１４と、内部に生体に適用される液体１６が封入された水素ガス透過性を有する第１容器１１と、第１容器１１に比べて水素透過性がそれ以下の第２容器１２と、水素発生剤１４及び水１５が収容可能であって内部で発生した水素ガスが外部へ排出可能な第３容器１３と、を準備する。これら、第１容器１１、第２容器１２、第３容器１３、水素発生剤１４、水１５及び液体１６が、本実施形態の水素含有液体の製造器具１を構成する。

生体（人間その他の動物）に適用される液体１６には、注射、点滴、輸液などの用途に浸透圧調製された生理食塩水、水分・栄養・電解質補給等を行う注射用液・経口液、薬剤を溶解した注射用液・生理食塩液、液状薬剤、輸血に用いられる輸血製剤（輸血用血液）・自己血液、経腸液、飲料水が含まれる。また、液体１６には、臓器を保存するために調合された臓器保存液、細胞培養液、細胞維持液、がん免疫療法・ワクチン療法等で用いられるリンパ球・ワクチンを含んだ液体、腹膜透析液、透析液、心筋保護薬も含まれる。本例の生体適用液１６は、生体機能の維持向上、疾病・疾患の予防または治療等を目的にして、経口的または非経口的に生体に適用される液体全般を含む概念である。

こうした生体に適用される液体１６に水素分子を含有させることにより、本来的に液体１６が有する機能・効能に加えて、酸化ストレス抑制作用その他、水素分子が有する生体に対する機能・効能を追加することができる。

なお、水素分子を含有する液体の適応領域となり得る疾病・疾患としては、特に限定されないが、薬物や有害物質による肝障害、虚血性再灌流障害、動脈硬化などの循環器系疾患、胃潰瘍、胃粘膜障害などの消化器官系疾患、呼吸器系疾患、糖尿病の合併症（例えば高血圧、脳梗塞、心筋梗塞など）、腎疾患、白内障、皮膚疾患、各種炎症性疾患、神経疾患、癌、老化などの、フリーラジカルや過酸化脂質に起因する酸化ストレス性疾患が含まれ、特に虚血性再灌流障害等の急性酸化ストレスが係る疾患に適している。

また、本実施形態の液体１６は、本実施形態の水素含有液体の製造器具１の適用に先立って、予め一定量の水素分子を含有していてもよい。この場合、本実施形態の水素含有液体の製造器具１は、液体１６に水素分子を補充することになり、液体１６の溶存水素濃度を長時間にわたり維持することができるものとなる。

上記液体１６が封入される、水素ガス透過性を有する第１容器１１は、水素分子を透過する容器（膜）であればよい。輸液バッグや点滴バッグに用いられるポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン等を素材としたプラスチック容器などが好ましく用いられるが、これに限るものではなく、ガラス製容器も用いることができる。酸素ガスバリア性や水蒸気バリア性を特徴とする容器であっても、多くの場合、分子サイズの小さい水素分子は問題なく透過できる。なお、生体に適用される液体１６の第１容器１１は、水素分子を吸着又は分離して透過させる、好ましくは選択的に透過させる一方、一旦透過して液体１６に含有された水素分子については液体１６に安定的に保持されるよう、水素分子の透過方向を非可逆的に制御する処理が施されていればさらに好ましい。また、点滴等の使用時において、生体に適用される液体１６の消費量を確認するために、液体１６の水位が外から確認できる半透明または透明容器であることが望ましい。

なお、本実施形態は、水素ガス透過性を有する第１容器１１の外側から水素ガスを透過させることにより、液体１６へ水素分子を含有させるものである。したがって、第１容器１１を事前に開封する必要はないが、開封状態で水素分子を透過させる場合を除外するものでもない。

また、液体１６が収容された水素ガス透過性を有する第１容器１１は、別の外装袋体に収容されて市販されていることもあるが、こうした場合でも、外装袋体に水素ガス透過性があれば、本実施形態の製造方法を適用することができる。すなわち、本実施形態の第１容器１１は、別の外装袋体などによって二重又は多重に覆われていても、これら外装袋体が水素ガス透過性を有する限り、本発明の第１容器１１の概念に含まれる。

水素発生剤１４は、液体の水又は気体の水（水蒸気）と反応して水素を発生させる組成物である。以下、液体の水及び気体の水を総称して水１５という。必要に応じて、水素発生反応を促進する適当な促進剤を含んでもよい。水素発生剤１４としては、これに限るものではないが、水素よりイオン化傾向の高い金属のほか、水素化金属を含む水素化化合物などが含まれる。水蒸気（すなわち湿気）との反応性の良さを考慮すれば、金属カルシウム、水素化カルシウム、金属マグネシウム、水素化マグネシウム、金属鉄などが好適に用いられる。また、反応生成物の安全性を考慮すれば、金属マグネシウム、金属アルミニウム、金属亜鉛、金属ニッケル、金属コバルト、金属鉄などが好適に用いられる。

水素発生反応の促進剤としては、液体の水１５又は気体の水１５と、水素発生剤１４との反応を促進するのに適したｐＨに調整するためのｐＨ調整剤などが含まれる。このようなｐＨ調整剤としては、クエン酸、アジピン酸、リンゴ酸、酢酸、コハク酸、グルコン酸、乳酸、リン酸、塩酸、硫酸、陽イオン交換樹脂など水素イオン（Ｈ＋）を供給する物質が含まれる。また、アルミニウムや亜鉛などの両性金属を水素発生剤１４として用いる場合は、こうした酸の他、水酸化カルシウム、酸化カルシウム、陰イオン交換樹脂などアルカリ剤を用いることもできる。なかでも、水酸化カルシウム（消石灰）、生石灰（酸化カルシウム）、焼成カルシウム、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、陰イオン交換樹脂などは好適に用いられる。

また、吸湿剤または乾燥剤は、湿気を吸収することで水素発生反応を促進するため、これらもまた水素発生反応の促進剤に含まれる。これらの吸湿剤または乾燥剤としては、上述のイオン交換樹脂の他、塩化カルシウムなど潮解性を有する物質、酸化アルミニウムなど多孔状の表面に水分を吸着させる物質などが含まれるが、これに限るものではない。

本実施形態の製造方法において、水素発生剤１４は、水１５とともに第３容器１３に収容される。この場合、水素発生剤１４を直接第３容器１３に収容してもよいが、水１５と反応する際に生じる反応熱により、第３容器１３を損傷する可能性がある。したがって、特に限定はされないが、不織布を含む水素ガス透過フィルム製の袋体に入れた状態で第３容器１３に投入することが望ましい。第３容器１３の詳細は後述する。またこれに代えて、水素発生剤１４を固形錠剤のように打錠したものを用いてもよい。

第２容器１２は、第１容器１１に比べて水素ガス透過性が同等かそれ以下であり、特に限定されないが、例えばアルミ箔包材やアルミ箔積層フィルムなど、アルミニウムを使用した包装材を含むガスバリア性及び柔軟性を有する容器が、好ましく用いられる。また、第１容器１１がガラス製容器である場合には、第２容器１２もガラス製容器を用いてもよい。水素ガス透過性が同等かそれ以下の指標としての水素透過性は、例えば次のように測定する。すなわち、特願２００９−２２１５６７に記載される方法などを参考に、安定的にほぼ飽和濃度（２０℃・１気圧で１．６ｐｐｍ）を保つ水素溶存水を測定対象となる密閉容器内容積の２０倍の体積で生成するとともに、浄水（藤沢市水道水を活性炭カラムに通して処理した活性炭処理水など）を満水充填した該密閉容器を該水素溶存水に５時間浸漬する。その後、該浄水の溶存水素濃度を測定し、溶存水素濃度が１０００ｐｐｂ以下、好ましくは５００ｐｐｂ以下、より好ましくは１００ｐｐｂ以下、特に好ましくは１０ｐｐｂ以下である容器３０が、本実施形態の水素透過性が同等かそれ以下の容器に含まれる。ちなみに、「水素透過性が同等かそれ以下」という用語は、「水素透過性がそれ以下」と同義である。

第３容器１３は、上述した水素発生剤１４及び水１５が収容可能であって、内部で発生した水素ガスが外部へ排出可能な容器である。例えば、図１（Ｃ）に示すように、本実施形態の第３容器１３は、容器本体１３１と、ダックビルバルブ１３２を有するキャップ１３３と、を備える。容器本体１３１は、水素発生剤１４と水１５との反応熱に耐え得る程度の耐熱性を有する樹脂材料から成形された、有底筒状の部材であり、内部に水１５を入れ、水を凝固（凍結）させた後に、内部に水素発生剤１４を入れ、容器本体１３１の上部開口にキャップ１３３が装着される。キャップ１３３も、容器本体１３１と同様に、水素発生剤１４と水１５との反応熱に耐え得る程度の耐熱性を有する樹脂材料から成形されている。なお、容器本体１３１に水１５を入れ、水を凝固（凍結）させた後に、内部に水素発生剤１４を入れるほか、容器本体１３１に水と水素発生剤１４とを入れ、急速凝固させたのち、容器本体１３１の上部開口にキャップ１３３を装着してもよい。

ダックビルバルブ１３２は、弾性を有する樹脂材料から成形され、鳥のくちばし状に形成され、先端の稜線部分にスリットが設けられている。これにより、第３容器１３の内圧が高くなるまでは、ダックビルバルブ１３２の自己弾性によりスリットが閉じた状態となり、第３容器１３の内圧が高くなると、自己弾性に抗してダックビルバルブ１３２のスリットを押し広げて水素ガスが排出される。すなわち、ダックビルバルブ１３２は、一方向弁又は逆止弁の一例である。なお、一方向弁又は逆止弁の一例であるダックビルバルブ１３２に代えて、第３容器１３の内部で発生した水素ガスが、第３容器１３の外部へ排出される水素ガス透過膜を設けてもよい。

以上のとおり、水素発生剤１４と、第１容器１１と、第２容器１２と、第３容器１３とを準備したら、次に図１（Ａ）に示すように、第３容器１３の容器本体１３１に液体の水１５を収容して凝固（凍結）させたのち、図１（Ｂ）に示すように、水素発生剤１４を第３容器１３の容器本体１３１に収納し、図１（Ｃ）に示すようにキャップ１３３を装着する。そして、図１（Ｄ）に示すように、第３容器１３に収納した水１５が凝固した状態で、第２容器１２に第１容器１１と第３容器１３とを収容したのち、図１（Ｅ）に示すように、第２容器１２を封止する。

以上により、本実施形態の水素含有液体の製造器具１が完成するが、図１（Ｄ）に示す第２容器１２を封止してから、図１（Ｅ）に示す第１容器１１の液体１６を使用するまでは、第１容器１１と第３容器１３とを収容した第２容器１２を、少なくとも第３容器１３に収納した水１５が凝固した状態を維持する雰囲気に置いておく。例えば、本実施形態の水素含有液体の製造器具１の製造完了から、流通過程や保存期間においては、水１５の凝固状態を維持するために冷凍保存する。これにより、第３容器１３内の水素発生剤１４と水１５は反応することはなく、したがって水素ガスの発生もない。

そして、第１容器１１の液体１６を使用するに際しては、図１（Ｅ）に示す第１容器１１と第３容器１３とを収容した第２容器１２を、第３容器１３に収納した水１５の少なくとも一部が融解する雰囲気に置く。例えば、冷凍雰囲気から０℃以上の室温雰囲気に移すか、使用までの時間が短い場合は、室温より高く、液体１６に影響にない温度まで加温する。これにより、第３容器１３の内部では、融解した水１５と水素発生剤１４との反応が生じ、その結果第３容器１３の内部に発生した水素ガスが、ダックビルバルブ１３２を介して第２容器１２の内部に排出する。この第２容器１２の内部に排出した水素ガスは、時間の経過とともに第１容器１１を透過し、第１容器１１に収容された液体１６に水素分子が含有される。液体１６の使用に際しては、第２容器１２を開けて第１容器１１を取り出し、使用に供する。

なお、ここで室温より高い温度とは、薬の保管温度の「標準温度」である２０℃以上、より好ましくは「常温上限温度」である２５℃以上、より好ましくは「室温上限温度」である３０℃以上、さらに好ましくは「微温上限温度」である４０℃以上の温度などが含まれる。

また、水素発生剤１４の量としては、下記の基準を目安にすることができる。たとえば、常温・常圧下（２０℃、１気圧）で５００ｍＬ容量の生理食塩液入りバッグ（生理食塩水が液体１６に相当し、バッグが第１容器１１に相当する）を水素分子で飽和させるためには、少なくとも、水素分子の溶解度１．６ｍｇ／Ｌ×０．５Ｌ＝０．８ｍｇ＝０．４ｍｏｌの水素分子が必要となる。このとき、水素発生剤１４として金属カルシウムを使用するとすれば、金属カルシウムと水の化学反応式：Ｃａ＋２Ｈ２Ｏ→Ｃａ（ＯＨ）２＋Ｈ２より、少なくとも、カルシウムは０．４ｍｍｏｌ＝４０.０７８×０．４＝１６．０３１２ｍｇ必要とされる。しかしながら、バッグ（第１容器１１）の容量の余裕代が１５０ｍｌあるとすれば、容量と余裕代の和である全容量は６５０ｍＬであるので、上記の計算に倣い、１．６ｍｇ／Ｌ×０．６５Ｌ＝１．０４ｍｇ＝０．５２ｍｍｏｌ、そして、０．５２ｍｍｏｌ＝４０.０７８×０．５２＝２０．８４０５６ｍｇとなる。したがって水素発生剤１４は、２０．８４０５６ｍｇ以上の量で用いられることが望ましい。

すなわち、水素発生剤１４の物質量（ｍｍｏｌ）は、（１．６（ｍｇ／Ｌ）×液体１６を収容した水素ガス透過性を有する第１容器１１の全満量容量（Ｌ）／２）×（該水素発生剤と水との反応式における左辺の水素発生剤の係数／該水素発生剤と水との反応式における右辺の水素分子の係数）×１以上、であることが望ましく、余裕率を考慮すると、より好ましくは、×２、より好ましくは×５、より好ましくは×１０以上である。

なお、生体に対する充分な水素分子の効果を期すために、水素含有液体の溶存水素濃度は、水温２０℃・１気圧下で、使用時に、０．０１ｍｇ／Ｌ以上、好ましくは０．０５ｍｇ／以上、それ以上に好ましくは０．１ｍｇ／以上、それ以上に好ましくは０．２ｍｇ／Ｌ以上、それ以上に好ましくは０．４ｍｇ／Ｌ以上、それ以上に好ましくは０．６ｍｇ／Ｌ以上、それ以上に好ましくは０．８ｍｇ／Ｌ以上、それ以上に好ましくは１．０ｍｇ／Ｌ以上である。

《第２実施形態》
図２は、本発明に係る水素含有液体の製造方法の他の実施の形態を示す工程図である。本実施形態の製造方法では、まず水分と反応して水素ガスを発生する水素発生剤１４と、内部に生体に適用される液体１６が封入された水素ガス透過性を有する第１容器１１と、第１容器１１に比べて水素透過性がそれ以下の第２容器１２と、を準備する。これら、第１容器１１、第２容器１２、水素発生剤１４及び液体１６が、本実施形態の水素含有液体の製造器具１を構成する。上述した第１実施形態に比べて、水素発生剤１４及び水１５が収容可能であって内部で発生した水素ガスが外部へ排出可能な第３容器１３と、水１５を準備しない点が相違する。

水素発生剤１４の種類、液体１６の種類、第１容器１１の構成、第２容器１２の構成は、上述した第１実施形態と同じであるため、その記載をここに援用する。

以上のとおり、水素発生剤１４と、第１容器１１と、第２容器１２とを準備したら、次に図２（Ａ）に示すように、第２容器１２に第１容器１１と水素発生剤１４とを収容したのち、第２容器１２を封止する。そして、第１容器１１と水素発生剤１４とを収容した第２容器１２を０℃以下の温度で冷凍する。ここで、第２容器１２に収容する水素発生剤１４は、直接第２容器１２に投入してもよいし、不織布を含む水素ガス透過フィルム製の袋体に入れた状態で第２容器１２に投入してもよい。第２容器１２を封止してから液体１６を使用するまでは、第１容器１１と水素発生剤１４とを収容した第２容器１２を冷凍した状態に維持する。これにより、第２容器１２内の水素発生剤１４は反応することがなく、したがって水素ガスの発生もない。

そして、第１容器１１の液体１６を使用するに際しては、図２（Ｂ）に示すように、第１容器１１と水素発生剤１４とを収容した第２容器１２を０℃以上の解凍雰囲気に置く。例えば、冷凍雰囲気から室温雰囲気に移すか、使用までの時間が短い場合は、室温より高く、液体１６に影響にない温度まで加温する。これにより、第２容器１２の内部では、液体１６に含まれる水分が蒸発して第１容器１１を透過した水蒸気と水素発生剤１４との反応が生じ、その結果第２容器１２の内部に水素ガスが発生する。なお、冷凍処理により第２容器１２の内壁面に付着した氷（空気中の水分による氷）も融解し、この水１５と水素発生剤１４との反応によっても第２容器１２の内部に水素ガスが発生する。この第２容器１２の内部に発生した水素ガスは、時間の経過とともに第１容器１１を透過し、第１容器１１に収容された液体１６に水素分子が含有される。

なお、ここで室温より高い温度とは、薬の保管温度の「標準温度」である２０℃以上、より好ましくは「常温上限温度」である２５℃以上、より好ましくは「室温上限温度」である３０℃以上、さらに好ましくは「微温上限温度」である４０℃以上の温度などが含まれる。またこれに加えて、６０℃程度の恒温槽に２〜３日維持してもよい。

１…水素含有液体の製造器具
１１…第１容器
１２…第２容器
１３…第３容器
１３１…容器本体
１３２…ダックビルバルブ
１３３…キャップ
１４…水素発生剤
１５…水（氷）
１６…液体（生体適用液）

Claims

水分と反応して水素ガスを発生する水素発生剤と、内部に生体に適用される液体が封入された水素ガス透過性を有する第１容器と、前記第１容器に比べて水素ガス透過性がそれ以下の第２容器と、を準備し、
前記第２容器の内部に前記第１容器と前記水素発生剤とを収容し、空気中の水分を除く水を入れずに前記第２容器を封止し、
前記第２容器を封止してから前記液体を使用するまでは、前記第１容器と前記水素発生剤とを収容した前記第２容器を冷凍した状態にし、
前記液体を使用する場合は、前記第１容器と前記水素発生剤とを収容した前記第２容器を解凍雰囲気に置き、前記第２容器の内部に生じた、前記第１容器に収容された液体に含まれる水分が蒸発して第１容器を透過した水蒸気又は第２容器の内部の空気中の水分と前記水素発生剤との反応により前記第２容器の内部に水素ガスを発生させ、
前記第２容器の内部に発生した水素ガスが前記第１容器を透過することで、前記第１容器に収容された液体に水素分子を含有させる水素含有液体の製造方法。
前記解凍雰囲気に置く工程が、前記第２容器を、室温より高い温度環境に一定時間維持する工程を含む請求項１に記載の水素含有液体の製造方法。
前記室温より高い温度環境が、３０℃以上である請求項２に記載の水素含有液体の製造方法。