JP7007541B2 - コアシェル型多孔質シリカ粒子の製造方法 - Google Patents

コアシェル型多孔質シリカ粒子の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、コアシェル型多孔質シリカ粒子の製造方法に関する。
多孔質シリカをはじめとする多孔質材料は、その比表面積の大きさから吸着剤や触媒として広く利用されており、また形状を粒子状にすることで用途の拡大が期待される。例えば、２～５０ｎｍ程度の細孔径を有するメソポーラスシリカ粒子（ＭＳＰ）においては、粒径が１００ｎｍであればドラッグデリバリー、ミクロンサイズであれば液体クロマトグラフィー用カラムの充填剤として応用が可能である。この場合、粒度ができるだけ均一であること、すなわち単分散系であることが要求される。さらには、多孔質シリカを液体クロマトグラフィー用充填材として用いる場合、該多孔質シリカには、送液抵抗が小さいこと、および分離効率が高いことが要求される。
送液抵抗を小さくするためには、多孔質シリカの粒子径を大きくすればよい。しかし、多孔質シリカの粒子径を大きくすると、多孔質シリカに吸着され、多孔質シリカの中心部に到達した被分離物質が、多孔質シリカから放出されるまでに時間がかかるため、分離効率が低くなる。一方、分離効率を高くするために、多孔質シリカの粒子径を小さくすると、送液抵抗が大きくなる。
低い送液抵抗（圧力損失抑制）および高い分離効率を両立させるためには、無孔質のシリカコア粒子の表面を、多孔質のシリカからなるシェルで覆ったコアシェル型シリカを用いることが考えられる。該コアシェル型シリカは、中心部に無孔質のシリカコア粒子を有するため、コアシェル型シリカに吸着された被分離物質が表面付近のシェルに留まる。よって、被分離物質がコアシェル型シリカに吸着されてから放出されるまでの時間が短く、分離効率が高い。また、シリカコア粒子を大きくすれば、シェルの厚さを抑えつつコアシェル型シリカの粒子径を大きくできるため、分離効率を低下させることなく、送液抵抗を小さくできる。
これまで様々なコアシェル型シリカが開発されている（例えば、特許文献１、非特許文献１、２）。球形度が高く、粒度分布が狭いコアシェル型シリカ及びその製造方法も開発されている（特許文献２）。
特開２０１２－１７１８３３号公報 国際公開２００７／１２２９３０号パンフレット
J. S. Beck et al., J. Am. Chem. Soc., 114, 10834 (1992) Journal of Colloid and Interface Science, 361 (2011) 16-24
本発明は、単分散化およびピーク細孔径が増大したコアシェル型多孔質シリカ粒子の製造方法の提供を課題とする。
上記課題を解決するために、本発明者らは鋭意検討した結果、コアシェル型多孔質シリカ粒子を製造するに当たり、コア粒子として無孔質シリカ粒子を用いることが単分散化に寄与し、疎水部含有添加物を用いることがピーク細孔径の増大に寄与することを見出し、本発明を完成させた。本発明は以下の通りである。
〔１〕
無孔質シリカ粒子、カチオン性界面活性剤、塩基性触媒、疎水部含有添加物、及びアルコールを含む水溶液を準備する準備工程、
該水溶液にシリカ源を添加し、前記無孔質シリカ粒子の表面にシェル前駆体を形成するシェル前駆体形成工程、及び、
該シェル前駆体から疎水部含有添加物及びカチオン性界面活性剤を除去し、多孔質のシェルを形成するシェル形成工程
を含むコアシェル型多孔質シリカ粒子の製造方法。
〔２〕
カチオン性界面活性剤が、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムハライド及び／又はオクタデシルトリメチルアンモニウムハライドである、〔１〕に記載の製造方法。
〔３〕
塩基性触媒がアンモニアである、〔１〕又は〔２〕に記載の製造方法。
〔４〕
疎水部含有添加物が、１，３，５－トリメチルベンゼン及び／又はシクロヘキサンである、〔１〕～〔３〕のいずれかに記載の製造方法。
〔５〕
アルコールがエタノールである、〔１〕～〔４〕のいずれかに記載の製造方法。
〔６〕
シリカ源がテトラエトキシシランである、〔１〕～〔５〕のいずれかに記載の製造方法。
本発明によれば、単分散化およびピーク細孔径が増大したコアシェル型多孔質シリカ粒子の製造方法を提供することができる。
（ａ）参考例１で得た粒子の走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）画像であり（図面代用写真）、（ｂ）参考例２で得た粒子の走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）画像である（図面代用写真）。 （ａ）実施例１で得た粒子の走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）画像であり（図面代用写真）、（ｂ）比較例１で得た粒子の走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）画像である（図面代用写真）。 実施例２で得た粒子の走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）画像である（図面代用写真）。 実施例３で得た粒子の走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）画像である（図面代用写真）。 実施例４で得た粒子の走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）画像である（図面代用写真）。 実施例５で得た粒子の走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）画像である（図面代用写真）。 実施例６で得た粒子の走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）画像である（図面代用写真）。 実施例７で得た粒子の走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）画像である（図面代用写真）。 比較例２で得た粒子の走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）画像である（図面代用写真）。
本発明は、無孔質シリカ粒子、カチオン性界面活性剤、塩基性触媒、疎水部含有添加物、及びアルコールを含む水溶液を準備する準備工程、該水溶液にシリカ源を添加し、前記無孔質シリカ粒子の表面にシェル前駆体を形成するシェル前駆体形成工程、及び、該シェル前駆体から疎水部含有添加物及びカチオン性界面活性剤を除去し、多孔質のシェルを形成するシェル形成工程を含むコアシェル型多孔質シリカ粒子の製造方法である。本発明の製造方法は、準備工程、シェル前駆体形成工程、およびシェル形成工程を含むが、その他の工程を含んでもよい。
＜１．準備工程＞
本発明は、無孔質シリカ粒子、カチオン性界面活性剤、塩基性触媒、疎水部含有添加物、及びアルコールを含む水溶液を準備する準備工程を含む。その他の工程を含んでもよい。
（無孔質シリカ粒子）
本工程における無孔質シリカ粒子は、本発明の製造方法で製造されるコアシェル型多孔質シリカ粒子のコア粒子として用いられるものであり、実質的に無孔質である。
実質的に無孔質とは、窒素ガス吸着法にて測定したコア粒子の比表面積が５０ｍ２／ｇ以下であることを意味する。コア粒子の比表面積を５０ｍ２／ｇ以下とすることにより、コアシェル型シリカを液体クロマトグラフィー用充填材として用いた場合、シェルに吸着された被分離物質がコア粒子に吸着されることがなく、分離効率が高くなる。コア粒子の比表面積は、３０ｍ２／ｇ以下が好ましい。
本工程における無孔質シリカ粒子は、市販のものを用いてもよく、例えば、本明細書の実施例に記載した製造方法で製造してもよい。
本工程における無孔質シリカ粒子の体積平均粒径（Ｄｖ）は、無孔質シリカ粒子の反応溶液中での分散安定性確保の観点から、通常２０ｎｍ以上、好ましくは３０ｎｍ以上、より好ましくは４０ｎｍ以上である。一方で、コアシェル型多孔質シリカ粒子中の無孔質シリカ粒子体積分率を低く抑えるという観点から、通常１．５μｍ以下、好ましくは１.０μｍ以下、より好ましくは５００ｎｍ以下、さらに好ましくは３００ｎｍ以下である。
尚、体積平均粒径（Ｄｖ）は、例えば、電子顕微鏡にて撮影した粒子像から２００個以上の粒子を無作為に選びだし、その粒径を測定することによって得られる。
本工程における無孔質シリカ粒子の粒径分散度（Ｃｖ）は、最終的に製造されるコアシェル型多孔質シリカ粒子の高充填化の観点から、通常１５％以下、好ましくは１０％以下、より好ましくは８％以下である。
尚、粒径分散度（Ｃｖ）も、例えば、電子顕微鏡にて撮影した粒子像から２００個以上の粒子を無作為に選びだし、その粒径を測定することによって得られる。
本工程により準備される無孔質シリカ粒子の、前駆体シェル形成工程における反応体積に対する体積分率を一定の値より大きくすることで、シリカ源のほぼ全量がシェルの形成に消費されるため、新たな多孔質シリカ粒子の生成が抑えられる。すなわち、反応体積に対する無孔質コア粒子の体積分率が小さすぎると、微小な多孔質シリカ粒子が生成する場合があることから、通常０．００１ｖｏｌ％以上、好ましくは０．０１０ｖｏｌ％以上、より好ましくは０．０２０ｖｏｌ％以上である。一方で、溶液中での無孔質シリカ粒子間の衝突頻度低減の観点から、通常５０ｖｏｌ％以下、好ましくは２０ｖｏｌ％以下、より好ましくは１０ｖｏｌ％以下である。
（無孔質シリカ粒子の製造方法）
本工程における無孔質シリカ粒子の製造方法は特に制限されない。例えば、本明細書の実施例における「コア粒子（無孔質シリカ粒子）の調製例１」に記載の製造方法が挙げられる。該実施例の製造方法では、内容積が１１０ｍｌの小型密閉式ガラス反応器を用い、撹拌はマグネティックスターラーにより反応溶液が均一になるように行った。
（カチオン性界面活性剤）
本工程におけるカチオン性界面活性剤は、シェルに細孔を形成するためのテンプレートとして働く。カチオン性界面活性剤の種類および濃度は、シェルの細孔の形状に大きな影響を与える。本工程では、１種のカチオン性界面活性剤を用いてもよく、２種以上を併用してもよいが、均一な細孔を有するシェルを形成するためには１種を用いることが好ましい。
本工程におけるカチオン性界面活性剤の種類は、本発明の所望の効果が奏されれば特に制限されないが、アルキルアンモニウムハライド、アルキルアミンが好ましい。
アルキルアンモニウムハライドとしては、テトラデシルトリメチルアンモニウムハライド、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムハライド、オクタデシルトリメチルアンモニウムハライド、エイコシルトリメチルアンモニウムハライド、ドコシルトリメチルアンモニウムハライド等が挙げられる。中でも、形成する細孔径の大きさの観点から、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムハライド、オクタデシルトリメチルアンモニウムハライドが好ましく、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロミド（セチルトリメチルアンモニウムブロミド；ＣＴＡＢ）、オクタデシルトリメチルアンモニウムブロミド（オクタデシルトリメチルアンモニウムブロミド）がより好ましい。
アルキルアミンとしては、炭素数が８～２０の直鎖アルキルアミンが挙げられ、均一な細孔を形成しやすい点から、ドデシルアミンが特に好ましい。
カチオン性界面活性剤の濃度は、テンプレートとしての効果が充分に発揮されるように、総量で、通常０．１ｍＭ以上、好ましくは１ｍＭ以上、より好ましくは５ｍＭ以上である。一方で、均一な細孔を形成するために、総量で、通常１０００ｍＭ以下、好ましくは５００ｍＭ以下、より好ましくは１００ｍＭ以下である。
（塩基性触媒）
本工程における塩基性触媒は特に制限されず、コアシェル型多孔質シリカ粒子の製造に用いることのできる無機及び有機の塩基性触媒を適宜用いることができる。１種を用いてもよく、２種以上を併用してもよい。中でも、窒素系の塩基性触媒であるアンモニウム又はアミン系の塩基性触媒が好ましく、反応性の高いアンモニアがより好ましい。さらに、アンモニアを用いる場合、安全性の観点からアンモニア水を用いることが好ましい。
塩基性触媒の濃度は、反応促進の観点から、総量で、通常０．０１ｍＭ以上、好ましくは０．０５ｍＭ以上、より好ましくは０．１ｍＭ以上である。一方で、反応制御性の観点から、総量で、通常１０Ｍ以下、好ましくは５Ｍ以下、より好ましくは３Ｍ以下である。
（疎水部含有添加物）
本工程における疎水部含有添加物は細孔径を拡張する効果がある。疎水部含有添加物の種類は、本発明の所望の効果が奏されれば特に制限されず、水への溶解度が小さいもの、例えば、ベンゼン、トルエン、シクロヘキサン（ＣｙＨ）、シクロヘキサノール、ドデカノール、デカン、クロロドデカン、１，３，５－トリメチルベンゼン（ＴＭＢ）、１，３，５－トリイソプロピルベンゼンなどが挙げられる。中でも非極性度の観点から、シクロヘキサン（ＣｙＨ）、１，３，５－トリメチルベンゼン（ＴＭＢ）、１，３，５－トリイソプロピルベンゼンが好ましく、シクロヘキサン（ＣｙＨ）、１，３，５－トリメチルベンゼン（ＴＭＢ）がより好ましい。１種を用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
疎水部含有添加物の濃度は、細孔径拡張の効果発現の観点から、総量で、通常１ｍＭ以上、好ましくは５ｍＭ以上、より好ましくは１０ｍＭ以上である。一方で、カチオン性界面活性剤が形成する集積構造維持の観点から、総量で、通常１０００ｍＭ以下、好ましくは７５０ｍＭ以下、より好ましくは５００ｍＭ以下である。
本工程におけるカチオン性界面活性剤に対する疎水部含有添加物の量は、カチオン性界面活性剤が形成する疎水環境空間拡大の観点から、カチオン性界面活性剤に対する疎水部含有添加物の重量比は、通常０．１以上、次第に好ましくなる順に、０．５以上、１．０以上、３．０以上、５．０以上である。一方で、シェル形成工程におけるシェル崩壊回避の観点から、通常１５.０以下、好ましくは１２.０以下、より好ましくは１０.０以下である。
（アルコール）
本工程におけるアルコールは、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ｎ－プロパノール、エチレングリコールおよびグリセリンからなる群から選ばれる少なくとも１種であり、シリカ原料の溶解性が良好である点から、メタノール、エタノールが好ましく、エタノールがより好ましい。
アルコールの濃度は、通常０．１Ｍ以上、好ましくは０．５Ｍ以上、より好ましくは１Ｍ以上である。一方で、通常１８Ｍ以下、好ましくは１７Ｍ以下、より好ましくは１５Ｍ以下である。
多孔質シリカを生成するシリカ源として、例えば、テトラエトキシシランを使用した場合、アルコール濃度を０．１Ｍ以上とすることにより、アルコキシシランの加水分解を適当な速度に制御でき、シリカコア粒子の表面に均一に多孔質シリカを形成できる。また、アルコール濃度が１８Ｍ超となると、効率のよい多孔質シリカ製造の妨げとなる。
（その他）
本工程では、本発明の所望の効果が奏されれば、上記成分以外の成分を加えて水溶液を準備することができる。
＜２．シェル前駆体形成工程＞
本発明は、上記準備工程で準備した水溶液にシリカ源を添加し、前記無孔質シリカ粒子の表面にシェル前駆体を形成するシェル前駆体形成工程を含む。その他の工程を含んでもよい。
（シリカ源）
本工程におけるシリカ源は、反応によりケイ素酸化物を形成できるものであればよく、反応効率および取り扱いの点から、アルコキシシラン、ケイ酸ナトリウム、これらの混合物が好ましく、アルコキシシランが好ましい。また、アルコキシシランの中でも、汎用性の点から、トリメチルメトキシシラン、トリメチルエトキシシラン、テトラエトキシシラン（テトラエチルオルトシリケート；ＴＥＯＳ）、テトラメトキシシランがより好ましく、テトラエトキシシラン（テトラエチルオルトシリケート；ＴＥＯＳ）が特に好ましい。
本工程におけるシリカ源は、上記準備工程で準備した水溶液に溶液として添加される。上記準備工程の「（アルコール）」欄に記載したアルコール溶液であることが好ましいが、無孔質シリカ粒子の表面にシェル前駆体が形成できれば特に制限されない。
本工程におけるシリカ源の濃度は、通常０．１ｍＭ以上、好ましくは０．５ｍＭ以上、より好ましくは１ｍＭ以上である。一方で、通常２００ｍＭ以下、好ましくは１５０ｍＭ以下、より好ましくは１００ｍＭ以下である。
シリカ源の濃度を０．１ｍＭ以上とすることにより、コア粒子をシェルで充分に被覆できる。一方で、シリカ源の濃度を２００ｍＭ以下とすることにより、シリカ源のほぼ全量がシェルの形成に消費されるため、新たなシリカ粒子の生成が抑えられる。
（シェル前駆体の形成）
上記準備工程で準備した水溶液と添加されたシリカ源とが反応することにより、無孔質コア粒子の表面にシリカがほぼ均一な厚さに析出する。この際、カチオン性界面活性剤のミセルがシリカ内に取り込まれることにより、シリカおよびカチオン性界面活性剤を含むシェル前駆体が形成される。また、疎水部含有添加物が、カチオン性界面活性剤が形成する疎水環境に溶け込み、この溶解によって疎水場サイズが拡張し、その結果、細孔径の大きい多孔質シェル前駆体が形成される。
（ｐＨ）
シェル前駆体の形成時のｐＨは、通常８以上、好ましくは８．５以上、より好ましくは９以上である。一方で、通常１３以下、好ましくは１２．５以下、より好ましくは１２以下である。
ｐＨが８未満では、シリカ源の加水分解速度が遅いため好ましくない。一方でｐＨが１３を超えると、シリカ源の加水分解速度が制御できないため好ましくない。
ｐＨを調整する方法としては、塩基性化合物を添加する方法などが挙げられ、界面活性剤として塩基性の界面活性剤、たとえば、アルキルアミンを添加する方法などが挙げられる。
（温度）
シェル前駆体の形成時の温度は、反応速度の観点から、通常５℃以上、好ましくは１０℃以上、より好ましくは１５℃以上である。一方で、反応制御性および溶媒の沸点の観点から、通常８０℃以下、好ましくは７０℃以下、より好ましくは６０℃以下である。
（時間）
シェル前駆体の形成時に費やす時間は、形成されるシェル前駆体の均一性の観点から、通常３０分以上、好ましくは１時間以上、より好ましくは２時間以上である。一方で、効率的なシェル前駆体形成の観点から、通常４８時間以下、好ましくは３６時間以下、より好ましくは２４時間以下である。
＜３．シェル形成工程＞
本発明は、上記工程で形成したシェル前駆体から疎水部含有添加物及びカチオン性界面活性剤を除去し、多孔質のシェルを形成するシェル形成工程を含む。その他の工程を含んでもよい。
上記シェル前駆体形成工程で形成したシェル前駆体から、疎水部含有添加物及びカチオン性界面活性剤を除去する方法としては、該シェル前駆体を、疎水部含有添加物及びカチオン性界面活性剤が溶解する溶媒に投入して溶媒に溶出させる方法や、上記シェル前駆体形成工程で形成したシェル前駆体を焼成し、シェル前駆体に含まれる疎水部含有添加物及びカチオン性界面活性剤を焼き飛ばす方法などを用いることができる。いずれも好ましい方法であり、疎水部含有添加物及びカチオン性界面活性剤を完全に除去できる点から両者を併用することがより好ましい。
後者の焼成による方法では、その焼成温度は、疎水部含有添加物及びカチオン性界面活性剤の十分な除去の観点から、通常３００℃以上、好ましくは３５０℃以上、より好ましくは４００℃以上である。一方で、多孔質構造維持の観点から、通常１０００℃以下、好ましくは９００℃以下、より好ましくは８００℃以下である。
また、焼成時間は、疎水部含有添加物及びカチオン性界面活性剤の十分な除去の観点から、通常３０分以上、好ましくは１時間以上、より好ましくは２時間以上である。一方で、これらの効率的な除去の観点から、通常２４時間以下、好ましくは１２時間以下、より好ましくは６時間以下である。
本工程では、上記工程のほかに、例えば、シェル前駆体形成工程で形成したシェル前駆体を洗浄する洗浄工程や、シェル前駆体を乾燥する乾燥工程を含んでもよい。これらの工程の好ましい順序としては、シェル前駆体の形成に次いで、洗浄工程、乾燥工程、そして、上記疎水部含有添加物及びカチオン性界面活性剤の除去である。
（洗浄工程）
洗浄工程においては、例えば、遠心分離によりシェル前駆体を沈殿し、溶液を交換することで洗浄できる。洗浄に用いる溶液は水、特に脱イオン水（超純水）であることが好ましく、洗浄回数は通常３回である。
（乾燥工程）
乾燥工程においては、例えば、反応溶液を遠心により除去した後、例えば、室温で一晩真空下に静置することで乾燥できる。
＜４．コアシェル型多孔質シリカ粒子＞
本発明の製造方法により製造されるのは、コアシェル型多孔質シリカ粒子である。
本発明の製造方法により製造されるコアシェル型多孔質シリカ粒子の体積平均粒径（Ｄｖ）は、クロマトグラフィー用充填剤としてカラム圧力損失などの操作性の観点から、通常０．０３μｍ以上、好ましくは０．１５μｍ以上、より好ましくは０．７５μｍ以上である。一方で、クロマトグラフィー用充填剤としてカラム効率などのカラム性能の観点から、通常５０μｍ以下、好ましくは２０μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以下である。体積平均粒径（Ｄｖ）は、例えば、電子顕微鏡にて撮影した粒子像から２００個以上の粒子を無作為に選びだし、その粒径を測定することによって得られる。
本発明の製造方法により製造されるコアシェル型多孔質シリカ粒子の粒径分散度（Ｃｖ）は、クロマトグラフィー用カラムへの充填性が良いことから、通常５．０％以下、好ましくは４．０％以下、より好ましくは３．５％以下である。粒径分散度（Ｃｖ）は、例えば、電子顕微鏡にて撮影した粒子像から２００個以上の粒子を無作為に選びだし、その粒径を測定することによって得られる。
本発明の製造方法により製造されるコアシェル型多孔質シリカ粒子のシェル厚（Ｔｓ）は、高い多孔性の観点から、通常１０ｎｍ以上、次第に好ましくなる順に、２０ｎｍ以上、３０ｎｍ以上、６５ｎｍ以上、７５ｎｍ以上、８５ｎｍ以上、１００ｎｍ以上である。一方で、粒子の機械的強度の観点から、通常５００ｎｍ以下、次第に好ましくなる順に、４００ｎｍ以下、３００ｎｍ以下、２００ｎｍ以下、１５０ｎｍ以下、１２０ｎｍ以下である。シェル厚（Ｔｓ）は、例えば、生成粒子とコア粒子の体積平均粒径（Ｄｖ）の差を計算することで得られる。
本発明の製造方法により製造されるコアシェル型多孔質シリカ粒子の比表面積（ＳＢＥＴ）は、被分離物質の十分な透過性を確保する観点から、通常２０ｍ２／ｇ以上、好ましくは３０ｍ２／ｇ以上、より好ましくは５０ｍ２／ｇ以上である。一方で、クロマトグラフィー用充填剤として被分離物質の溶出時間などの操作性の観点から、通常３０００ｍ２／ｇ以下、好ましくは２０００ｍ２／ｇ以下、より好ましくは１５００ｍ２／ｇ以下である。比表面積（ＳＢＥＴ）は、例えば、窒素吸脱着等温線をＢＥＴ解析による計算によって得られる。
本発明の製造方法により製造されるコアシェル型多孔質シリカ粒子の細孔容積（Ｖｐ）は、被分離物質の十分な透過性を確保する観点であることから、通常０．０５ｃｍ３／ｇ以上、好ましくは０．０７５ｃｍ３／ｇ以上、より好ましくは０．１ｃｍ３／ｇ以上である。一方で、クロマトグラフィー用充填剤として被分離物質の溶出時間などの操作性の観点から、通常５ｃｍ３／ｇ以下、好ましくは３ｃｍ３／ｇ以下、より好ましくは２ｃｍ３／ｇ以下である。細孔容積（Ｖｐ）は、例えば、飽和蒸気圧に対する蒸気圧の比が０．９９のときの吸着量を換算することによって得られる。
本発明の製造方法により製造されるコアシェル型多孔質シリカ粒子のピーク細孔径（Ｄｐ）は、実際に液体クロマトグラフィー用充填材等に使用した場合に、吸着層として機能することから、通常３ｎｍ以上、好ましくは５ｎｍ以上、より好ましくは７ｎｍ以上、さらに好ましくは８ｎｍ以上である。一方で、タンパク質等の大きな分子の分離に使用できることから、通常１００ｎｍ以下、好ましくは５０ｎｍ以下、より好ましくは３０ｎｍ以下である。ピーク細孔径（Ｄｐ）は、例えば、窒素吸脱着等温線をＢＪＨ解析することにより得られる。
以下、具体的な実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
＜１．コア粒子（無孔質シリカ粒子）を用いずに多孔質シリカ粒子を製造する場合＞
まず参考例１および参考例２において、コア粒子（無孔質シリカ粒子）を用いないで多孔質シリカ粒子を製造する例を説明する。参考例１は、疎水部含有添加物として１，３，５－トリメチルベンゼン（ＴＭＢ）を用いて多孔質シリカ粒子を製造した場合であり、参考例２は、ＴＭＢを用いないで多孔質シリカ粒子を製造した場合である。
［参考例１］
（多孔質シリカの原料）
カチオン性界面活性剤：ヘキサデシルトリメチルアンモニウムハライド（セチルトリメチルアンモニウムブロミド；ＣＴＡＢ）
塩基性触媒：アンモニア
疎水部含有添加物：１，３，５－トリメチルベンゼン（ＴＭＢ）
アルコール：エタノール
シリカ源：テトラエトキシシラン（テトラエチルオルトシリケート；ＴＥＯＳ）
（製造方法）
カチオン性界面活性剤であるＣＴＡＢ及び塩基性触媒であるアンモニアを溶解した脱イオン水－エタノール溶液（１）に、シリカ源であるＴＥＯＳのエタノール溶液（２）を添加して粒子を合成した。ＴＭＢはＴＥＯＳ添加３０分前にＴＭＢ／ＣＴＡＢ＝３．０（重量基準）となるように溶液（１）に加えた。反応は８０℃で５時間行った。生成粒子は遠心後、一晩真空乾燥した後、５５０℃で４時間焼成してＴＭＢ及びＣＴＡＢを除去し、粒子を得た。
尚、各試薬の濃度は、ＣＴＡＢが５０ｍＭ、ＴＥＯＳが１００ｍＭ、アンモニアが１０ｍＭ、エタノール／脱イオン水が０．２５（ｖ／ｖ）とした。
（評価方法）
生成粒子の観察には走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）を用い、２００個以上の粒子を無作為に選び出して、体積平均粒径（Ｄｖ）および粒径分散度（Ｃｖ）をそれぞれ求めた。ピーク細孔径（Ｄｐ）は、窒素吸脱着等温線をＢＪＨ解析することにより計算した。
［参考例２］
ＴＭＢを用いないこと以外は参考例１と同様にして多孔質シリカ粒子を製造した場合を参考例２とした。
（結果）
図１（ａ）は参考例１で得た粒子のＳＴＥＭ画像であり、図１（ｂ）は参考例２で得た粒子のＳＴＥＭ画像である。各粒子を上記評価方法で評価した結果を下表１に示す。
Figure 0007007541000001
上記結果より、参考例２で製造した粒子は、多分散であり、ピーク細孔径（Ｄｐ）も小さい。
一方、参考例１で製造した粒子は、なお多分散であり、構造の壊れた粒子も確認されたが、ピーク細孔径（Ｄｐ）は参考例２のそれよりも顕著に大きかった。一部の粒子で構造が壊れたのは、ピーク細孔径の増大により粒子の機械強度が低下したことに起因するものと考えられる。
＜２．コア粒子（無孔質シリカ粒子）を用いてコアシェル型多孔質シリカ粒子を製造する場合＞
次に、実施例１～７および比較例１～２において、コア粒子（無孔質シリカ粒子）を用いてコアシェル型多孔質シリカ粒子を製造する例を説明する。
実施例１は、後述の調製例１で調製したコア粒子（無孔質シリカ粒子）と、疎水部含有添加物として１，３，５－トリメチルベンゼン（ＴＭＢ）を用いてコアシェル型多孔質シリカ粒子を製造した場合であり、比較例１は、後述の調製例１で調製したコア粒子を用いるが、ＴＭＢを用いないでコアシェル型多孔質シリカ粒子を製造した場合である。
実施例２～７は、後述の調製例２で調製したコア粒子（無孔質シリカ粒子）と、疎水部含有添加物として１，３，５－トリメチルベンゼン（ＴＭＢ）又はシクロヘキサン（ＣｙＨ）とを用いてコアシェル型多孔質シリカ粒子を製造した場合であって、表２のように、コア粒子の濃度や、ＴＥＯＳ濃度／ＣＴＡＢ濃度、疎水部含有添加物の添加量を変えた場合である。
比較例２は、後述の調製例２で調製したコア粒子を用いるが、疎水部含有添加物を用いないでコアシェル型多孔質シリカ粒子を製造した場合である。
［コア粒子（無孔質シリカ粒子）の調製例１］
（原料）
塩基性触媒：メチルアミン
有機溶媒：アセトニトリル／エタノール（アセトニトリル分率：４０ｗｔ％）
シリカ源：テトラエトキシシラン（テトラエチルオルトシリケート；ＴＥＯＳ）
（製造方法）
塩基性触媒であるメチルアミンを溶解した脱イオン水－アセトニトリル／エタノール溶液（アセトニトリル分率：４０ｗｔ％）（３）に、シリカ源であるＴＥＯＳのエタノール溶液（４）を添加してコア粒子（無孔質シリカ粒子）を合成した。反応は３５℃で１８時間行った。生成粒子は脱イオン水で遠心洗浄を３回行った後、脱イオン水に再分散させた。
尚、各試薬の濃度は、ＴＥＯＳが２００ｍＭ、脱イオン水が３Ｍ、メチルアミンが５０ｍＭである。
［コア粒子（無孔質シリカ粒子）の調製例２］
原料のシリカ源として、球状シリカ（Sciqas）（堺化学工業株式会社製）を用いたこと以外は、調製例１と同様にしたものを調製例２とした。
［実施例１］
（コアシェル型多孔質シリカ粒子の原料）
コア粒子：調製例１で調製した無孔質シリカ粒子
カチオン性界面活性剤：ヘキサデシルトリメチルアンモニウムハライド（セチルトリメチルアンモニウムブロミド；ＣＴＡＢ）
塩基性触媒：アンモニア
疎水部含有添加物：１，３，５－トリメチルベンゼン（ＴＭＢ）
アルコール：エタノール
シリカ源：テトラエトキシシラン（テトラエチルオルトシリケート；ＴＥＯＳ）
（製造方法）
カチオン性界面活性剤であるＣＴＡＢ及び塩基性触媒であるアンモニアを溶解した脱イオン水‐エタノール溶液に、調製例１で調製したコア粒子（Ｄｖ＝９４ｎｍ、Ｃｖ＝１１．３％）を添加し分散させたものを溶液（５）とした。これに、シリカ源であるＴＥＯＳのエタノール溶液（６）を添加して粒子を合成した。ＴＭＢはＴＥＯＳ添加３０分前にＴＭＢ／ＣＴＡＢ＝３．０（重量基準）となるように溶液（５）に加えた。反応は３５℃で１８時間行った。生成粒子は遠心後、一晩真空乾燥した後、５５０℃で４時間焼成してＴＭＢ及びＣＴＡＢを除去し、粒子を得た。
尚、各試薬の濃度は、ＣＴＡＢが１０ｍＭ、ＴＥＯＳが３０ｍＭ、アンモニアが１０ｍＭ、エタノール／脱イオン水が０．４２（ｖ／ｖ）、コア粒子（無孔質シリカ粒子）が０．０２６ｖｏｌ％とした。
［実施例２～７］
表２に示す原料を用いて、次のようにしてコアシェル型多孔質シリカ粒子を製造した。
カチオン性界面活性剤であるＣＴＡＢ及び塩基性触媒であるアンモニアを溶解した脱イオン水‐エタノール溶液に、調製例２で調製したコア粒子（Ｄｖ＝１０６０ｎｍ、Ｃｖ＝２．４％）を添加し、分散させたものを溶液（７）とした。これに、シリカ源であるＴＥＯＳのエタノール溶液（８）を添加して粒子を合成した。疎水部含有添加物（ＴＭＢ又はＣｙＨ）はＴＥＯＳ添加３０分前に疎水部含有添加物（ＴＭＢ又はＣｙＨ）／ＣＴＡＢ＝３．０又は７．５（重量基準）となるように溶液（７）に加えた。反応は３５℃で１８時間行った。生成粒子は遠心後、一晩真空乾燥した後、５５０℃で４時間焼成して疎水部含有添加物（ＴＭＢ又はＣｙＨ）およびＣＴＡＢを除去し、粒子を得た。
尚、各試薬の濃度は、ＣＴＡＢが１０又は２０ｍＭ、ＴＥＯＳが３０又は６０ｍＭ、アンモニアが１０ｍＭ、エタノール／脱イオン水が０．４２（ｖ／ｖ）、コア粒子（無孔質シリカ粒子）が０．３又は１．５ｖｏｌ％とした。
（評価方法）
参考例１と同様である。生成粒子の観察には走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）を用い、２００個以上の粒子を無作為に選び出して、体積平均粒径（Ｄｖ）および粒径分散度（Ｃｖ）をそれぞれ求めた。ピーク細孔径（Ｄｐ）は、窒素吸脱着等温線をＢＪＨ解析することにより計算した。シェル厚（Ｔｓ）は、生成粒子とコア粒子のＤｖの差から計算した。比表面積（ＳＢＥＴ）は、窒素吸脱着等温線をＢＥＴ解析することにより計算した。細孔容積（ＶＰ）は、飽和蒸気圧に対する蒸気圧の比が０．９９のときの吸着量から換算した。
［比較例１］
疎水部含有添加物を用いないこと以外は実施例１と同様にしてコアシェル型多孔質シリカ粒子を製造した場合を比較例１とした。
［比較例２］
疎水部含有添加物を用いないこと以外は実施例４～７と同様にしてコアシェル型多孔質シリカ粒子を製造した場合を比較例２とした。
Figure 0007007541000002
（結果）
各実施例、各比較例で得た粒子のＳＴＥＭ画像を図２から図９に示した。また、各粒子を上記評価方法で評価した結果を下表３に示す。
Figure 0007007541000003
上記結果より、比較例１～２で製造した粒子は、単分散であったが、ピーク細孔径（Ｄｐ）はなお小さかった。
一方、実施例１～７で製造した粒子も単分散であった。これは、調製例１又は２で調製したコア粒子がシェルによって良好に被覆され、成長前後で粒径の標準偏差が大きく変わらなかったことから、コア粒子の単分散性を保持した状態でシェルが形成できたためであると考えられる。また、ピーク細孔径（Ｄｐ）は比較例１～２のそれよりも大きかった、又は顕著に大きかった。参考例１と同様に、構造の壊れた粒子も一部確認されたが、割合としては参考例１に比べて非常に少なく、極わずかであった。
本発明に係る製造方法は、例えば、ドラッグデリバリーシステム（ＤＤＳ）や液体クロマトグラフィー用カラムの充填剤に用いられるコアシェル型多孔質シリカ粒子の製造方法として応用が可能である。

Claims (6)

  1. 無孔質シリカ粒子、カチオン性界面活性剤、塩基性触媒、疎水部含有添加物、及びアルコールを含む水溶液を準備する準備工程、
    該水溶液にシリカ源を添加し、前記無孔質シリカ粒子の表面にシェル前駆体を形成するシェル前駆体形成工程、及び、
    該シェル前駆体から疎水部含有添加物及びカチオン性界面活性剤を除去し、多孔質のシェルを形成するシェル形成工程
    を含み、
    前記無孔質シリカ粒子は、窒素ガス吸着法にて測定される比表面積が５０ｍ ２ ／ｇ以下であり、
    前記カチオン性界面活性剤がアルキルアンモニウムハライド及び／又はアルキルアミンであり、
    前記水溶液における前記カチオン性界面活性剤の濃度が０.１ｍＭ以上１０００ｍＭ以下であり、
    前記疎水部含有添加物がベンゼン、トルエン、シクロヘキサン（ＣｙＨ）、シクロヘキサノール、ドデカノール、デカン、クロロドデカン、１，３，５－トリメチルベンゼン（ＴＭＢ）及び１，３，５－トリイソプロピルベンゼンからなる群より選択される１種以上であり、
    前記準備工程における前記カチオン性界面活性剤に対する前記疎水部含有添加物の重量比が３．０以上１５．０以下である、コアシェル型多孔質シリカ粒子の製造方法。
  2. 前記水溶液における前記無孔質シリカ粒子の濃度が０．００１ｖｏｌ％以上５０ｖｏｌ％以下であり、
    前記シリカ源がアルコキシシラン及び／又はケイ酸ナトリウムであり、
    前記シェル前駆体形成工程における前記シリカ源の濃度が０．１ｍＭ以上２００ｍＭ以下である、請求項１に記載の製造方法。
  3. 前記カチオン性界面活性剤が、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムハライド及び／又
    はオクタデシルトリメチルアンモニウムハライドである、請求項１又は２に記載の製造方法。
  4. 前記塩基性触媒がアンモニアである、請求項１～３のいずれか１項に記載の製造方法。
  5. 前記アルコールがエタノールである、請求項１～４のいずれか１項に記載の製造方法。
  6. 前記シリカ源がテトラエトキシシランである、請求項１～５のいずれか１項に記載の製造方法。
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