JP7500964B2 - Core-shell type composite particle and method for producing the same - Google Patents
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Description
本発明は、コアシェル型複合粒子およびその製造方法に関する。 The present invention relates to core-shell type composite particles and a method for producing the same.
近年、ナノ粒子やマイクロ粒子は医療分野での研究が盛んに行われている。例えば薬物送達システム(DDS)では薬物を運ぶキャリアとして利用することが想定される。DDSに利用される場合には、材料として外部の熱、光、電流、電界、pH等の刺激により、体積や状態が変化(膨潤、収縮)する刺激応答性高分子が注目されている。 In recent years, nanoparticles and microparticles have been the subject of active research in the medical field. For example, they are expected to be used as drug carriers in drug delivery systems (DDS). When used in DDS, stimuli-responsive polymers, whose volume or state changes (swells or shrinks) in response to external stimuli such as heat, light, electric current, electric field, and pH, have been attracting attention as materials.
刺激応答性高分子としては、例えば温度応答性高分子が知られている。温度応答性高分子は、一般に水和状態にある高分子が、ある温度以上で脱水和して体積や形態、性質等が変化する下限臨界溶液温度(LCST)を示すものと、ある温度以上で水和することにより体積や形態、性質等が変化する上限臨界溶液温度(UCST)を示すものが知られている。 For example, a temperature-responsive polymer is known as a stimuli-responsive polymer. Temperature-responsive polymers are generally classified into two types: one that exhibits a lower critical solution temperature (LCST), where a polymer in a hydrated state dehydrates above a certain temperature, causing a change in volume, shape, properties, etc., and one that exhibits an upper critical solution temperature (UCST), where a polymer hydrates above a certain temperature, causing a change in volume, shape, properties, etc.
LCSTを示すものとして、例えばN-イソプロピルアクリルアミド (NIPAM)のホモポリマーまたはコポリマー(例えば、特許文献1)、UCSTを示すものとして、例えばN-アセチルアクリルアミドとアクリルアミドとの共重合体(例えば、特許文献2)等が知られている。特に、ポリN-イソプロピルアクリルアミド(PNIPAM)系化合物は、体温に近い32℃付近で膨潤-収縮の体積転移をすることから注目されている。また、PNIPAM系化合物をマイクロ粒子として利用した研究も広く行われている。 For example, homopolymers or copolymers of N-isopropylacrylamide (NIPAM) (e.g., Patent Document 1) are known to exhibit LCST, while copolymers of N-acetylacrylamide and acrylamide (e.g., Patent Document 2) are known to exhibit UCST. In particular, poly-N-isopropylacrylamide (PNIPAM)-based compounds have attracted attention because they undergo a swelling-shrinking volume transition at around 32°C, which is close to body temperature. In addition, research using PNIPAM-based compounds as microparticles has also been widely conducted.
しかしながら、PNIPAM系化合物をはじめとして温度応答性化合物は合成高分子であり、生体内での使用を想定すると、生体適合性に乏しいという問題があった。生体適合性に乏しいと、生体内組織に非特異的に吸着して炎症を起こしたり、生体内に蓄積したりするなど人体への悪影響が懸念される。 However, PNIPAM-based compounds and other temperature-responsive compounds are synthetic polymers, and when considering their use in the body, they have the problem of poor biocompatibility. Poor biocompatibility raises concerns that they may have adverse effects on the human body, such as causing inflammation due to nonspecific adsorption to tissues in the body or accumulating in the body.
本発明はかかる事情を鑑みてなされたものであり、生体適合性の高い温度応答性のナノ粒子およびマイクロ粒子を提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of these circumstances, and aims to provide temperature-responsive nanoparticles and microparticles that are highly biocompatible.
本発明者らが鋭意検討を重ねた結果、セルロースナノファイバーを被覆材とするコアシェル型複合粒子とすることで粒子表面に生体適合性を付与できることが分かった。 As a result of extensive research, the inventors discovered that by using cellulose nanofibers as a coating material to create core-shell type composite particles, it is possible to impart biocompatibility to the particle surface.
コアシェル型複合粒子は、一つの粒子中に成分を異ならせた箇所を有する複合粒子であり、内部と表面とが異なる物質で形成された複合粒子である。すなわち、コアとなる粒子の表面に被覆材が設けられて外殻が形成されており、被覆材の成分による機能を発揮させつつ、コア粒子の材料や形状の選択によって粒子の重量や柔軟性といった特性や粒子形状を用途に応じて調整できる粒子である。 Core-shell type composite particles are composite particles that have different components in one particle, and are composite particles whose interior and surface are made of different substances. In other words, a coating material is provided on the surface of the core particle to form an outer shell, and while the components of the coating material exert their functions, the particle's properties such as weight and flexibility and particle shape can be adjusted according to the application by selecting the material and shape of the core particle.
すなわち、本発明のコアシェル型複合粒子は、芯材として温度応答性高分子、被覆材としてセルロースナノファイバーを含み、前記温度応答性高分子は水溶性のモノマーの重合体であることを特徴とするコアシェル型複合粒子である。 That is, the core-shell type composite particle of the present invention is a core-shell type composite particle comprising a temperature-responsive polymer as a core material and cellulose nanofiber as a coating material, the temperature-responsive polymer being a polymer of a water-soluble monomer .
また、前記温度応答性高分子は下限臨界溶液温度(LCST)を有することが好ましく、ポリイソプロピルアクリルアミド系材料であることがより好ましい。 The temperature-responsive polymer preferably has a lower critical solution temperature (LCST), and is more preferably a polyisopropylacrylamide-based material.
また、前記セルロースナノファイバーは結晶表面にアニオン性官能基を有することが好ましく、アニオン性官能基はカルボキシ基であることがより好ましい。 The cellulose nanofibers preferably have anionic functional groups on the crystal surface, and more preferably the anionic functional groups are carboxy groups.
また、本発明のコアシェル型複合粒子の製造方法は、セルロースナノファイバー分散液を調製する工程、水溶性のモノマーおよび重合開始剤を前記セルロースナノファイバー分散液に溶解する工程、前記水溶性のモノマーを、前記温度応答性高分子の下限臨界溶液温度以上の温度又は上限臨界溶液温度以下の温度で重合させる工程を含むことを特徴とする。 In addition, the method for producing core-shell type composite particles of the present invention is characterized by including the steps of preparing a cellulose nanofiber dispersion, dissolving a water-soluble monomer and a polymerization initiator in the cellulose nanofiber dispersion, and polymerizing the water-soluble monomer at a temperature equal to or higher than the lower critical solution temperature or equal to or lower than the upper critical solution temperature of the temperature-responsive polymer.
本発明によれば、生体適合性の高い温度応答性のナノ粒子およびマイクロ粒子を提供することができる。 The present invention provides highly biocompatible temperature-responsive nanoparticles and microparticles.
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。本実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための構成を例示するものであって、各部の材質、形状、構造、配置、寸法等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。 The following describes an embodiment of the present invention with reference to the drawings. This embodiment is an example of a configuration for embodying the technical idea of the present invention, and does not specify the material, shape, structure, arrangement, dimensions, etc. of each part as described below. The technical idea of the present invention can be modified in various ways within the technical scope defined by the claims.
[コアシェル型複合粒子]
図1は本発明のコアシェル型複合粒子の模式断面図である。本発明のコアシェル型複合粒子10は、芯材2として温度応答性高分子、被覆材としてセルロースナノファイバー(以下、CNFと称する場合もある)1を含む。
[Core-shell type composite particles]
1 is a schematic cross-sectional view of a core-shell type composite particle of the present invention. The core-shell
CNFは天然のセルロースをナノメートルオーダーまで微細化した材料であり、生体適合性を有する。従って、本発明におけるコアシェル型複合粒子は温度応答性を有しつつ、表面に生体適合性を付与できる。 CNF is a material made by micronizing natural cellulose to the nanometer order, and is biocompatible. Therefore, the core-shell composite particles of the present invention have temperature responsiveness while also imparting biocompatibility to their surfaces.
<温度応答性高分子>
温度応答性高分子について説明する。ただし、本発明の温度応答性高分子は以下に説明する実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
<Temperature-responsive polymer>
The temperature-responsive polymer will be described. However, the temperature-responsive polymer of the present invention is not limited to the embodiments described below, and various modifications can be made within the technical scope defined by the claims.
本発明に使用できる、温度応答性高分子としては、ポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)、ポリ(N-イソプロピルアクリルアミド-アクリル酸)共重合体、ポリ(N-イソプロピルアクリルアミド-メチルメタクリレート)共重合体、ポリ(N-イソプロピルアクリルアミド-アクリル酸ナトリウム)共重合体、ポリ(N-イソプロピルアクリルアミド-ビニルフェロセン)共重合体、ポリ(ビニルメチルエーテル)、等のポリN-置換アクリルアミド誘導体やポリN-置換メタアクリルアミド誘導体、ポリアミノ酸誘導体、α/β-アスパラギン誘導体から合成されたポリアスパラギン誘導体、ポリプロピレンオキサイド、プロピレンオキサイドと他のアルキレンオキサイドとの共重合体、ポリビニルメチルエーテル、ポリビニルアルコール部分酢化物、ポリアルキレンオキサイド等や、ポリ(エチレングリコール-block-(L-乳酸));(PEG-PLLA)ジブロック共重合体、ポリ(エチレングリコール-block-(D-乳酸));(PEG-PD
LA)ジブロック共重合体、ポリ(エチレングリコール-block-(DL-乳酸));(PEG-PDLLA)ジブロック共重合体、(PEG-PLLA-PEG)トリブロック共重合体、(PEG-PDLA-PEG)トリブロック共重合体、(PEG-PDLLA-PEG)トリブロック共重合体、ポリ(エチレングリコール-block-DL-乳酸-random-グリコール酸-block-エチレングリコール);(PEG-PLGA-PEG)トリブロック共重合体、(PLLA-PEG-PLLA)トリブロック共重合体、(PDLA-PEG-PDLA)トリブロック共重合体、(PDLLA-PEG-PDLLA)トリブロック共重合体、(PLGA-PEG-PLGA)トリブロック共重合体、分岐構造を持つPEGとポリ乳酸からなる(分岐PEG-PLLA)ブロック共重合体、(分岐PEG-PDLA)ブロック共重合体、(分岐PEG-PDLLA)ブロック共重合体、(分岐PEG-PLGA)ブロック共重合体、ラクチドと多糖類との共重合体、ポリエーテルとポリエステルとの共重合体およびその誘導体等、ポリエーテルにポリエステルが共重合されたブロック共重合体、ヒドロキシアルキルキトサン、ヒドロキシ酸単位とアスパラギン酸単位にポリエーテル側鎖が導入された共重合体、あるいは、これらの誘導体や架橋した高分子、などが挙げられる。これらは1種類であっても複数種類を組み合わせて使用してもよい。
Examples of the temperature-responsive polymer that can be used in the present invention include poly(N-isopropylacrylamide), poly(N-isopropylacrylamide-acrylic acid) copolymer, poly(N-isopropylacrylamide-methyl methacrylate) copolymer, poly(N-isopropylacrylamide-sodium acrylate) copolymer, poly(N-isopropylacrylamide-vinylferrocene) copolymer, poly(vinyl methyl ether), and other poly N-substituted acrylamide derivatives, poly N-substituted methacrylamide derivatives, polyamino acid derivatives, polyasparagine derivatives synthesized from α/β-asparagine derivatives, polypropylene oxide, copolymers of propylene oxide and other alkylene oxides, polyvinyl methyl ether, polyvinyl alcohol partial acetylation products, polyalkylene oxides, and the like, as well as poly(ethylene glycol-block-(L-lactic acid)); (PEG-PLLA) diblock copolymers, poly(ethylene glycol-block-(D-lactic acid)); (PEG-PD
LA) diblock copolymer, poly(ethylene glycol-block-(DL-lactic acid)); (PEG-PDLLA) diblock copolymer, (PEG-PLLA-PEG) triblock copolymer, (PEG-PDLA-PEG) triblock copolymer, (PEG-PDLLA-PEG) triblock copolymer, poly(ethylene glycol-block-DL-lactic acid-random-glycolic acid-block-ethylene glycol); (PEG-PLGA-PEG) triblock copolymer, (PLLA-PEG-PLLA) triblock copolymer, (PDLA-PEG-PDLA) triblock copolymer, (PDLLA-PEG-PDLLA) triblock copolymer Examples of such block copolymers include block copolymers, (PLGA-PEG-PLGA) triblock copolymers, (branched PEG-PLLA) block copolymers consisting of PEG having a branched structure and polylactic acid, (branched PEG-PDLA) block copolymers, (branched PEG-PDLLA) block copolymers, (branched PEG-PLGA) block copolymers, copolymers of lactide and polysaccharides, copolymers of polyether and polyester and derivatives thereof, block copolymers in which polyester is copolymerized with polyether, hydroxyalkyl chitosan, copolymers in which polyether side chains are introduced into hydroxy acid units and aspartic acid units, or derivatives or crosslinked polymers thereof. These may be used alone or in combination of two or more types.
温度応答性高分子としては下限臨界溶液温度(LCST)を有することが好ましい。LCSTは0~80℃であることが好ましく、10~70℃であることがより好ましく、20~60℃であることがさらに好ましい。LCSTを有することで、LCST以下の温度で粒子が膨潤状態となり薬物などを保持でき、LCST以上の温度では粒子が収縮して薬物を好適に放出できる。また、温度応答性高分子としてはポリイソプロピルアクリルアミド系材料であることがより好ましい。ポリイソプロピルアクリルアミドはLCSTが比較的体温に近い32℃にある。さらに、その誘導体または共重合体であるポリイソプロピルアクリルアミド系材料は体温付近でのLCSTを制御可能であり、生体内での使用を考えた場合に望ましい。 The temperature-responsive polymer preferably has a lower critical solution temperature (LCST). The LCST is preferably 0 to 80°C, more preferably 10 to 70°C, and even more preferably 20 to 60°C. By having an LCST, the particles become swollen at temperatures below the LCST and can retain drugs, and at temperatures above the LCST, the particles shrink and can appropriately release drugs. Furthermore, the temperature-responsive polymer is more preferably a polyisopropylacrylamide-based material. Polyisopropylacrylamide has an LCST of 32°C, which is relatively close to body temperature. Furthermore, its derivatives or copolymers, polyisopropylacrylamide-based materials, are capable of controlling the LCST near body temperature, making them desirable for use in vivo.
<セルロースナノファイバー>
セルロースナノファイバー1は特に限定されないが、CNF原料は化学改質されていることが好ましい。より具体的には、CNF原料の結晶表面にアニオン性官能基が導入されていることが好ましい。セルロース結晶表面にアニオン性官能基が導入されていることによって浸透圧効果でセルロース結晶間に溶媒が浸入しやすくなり、セルロース原料の微細化が進行しやすくなるためである。当該アニオン性官能基の含有量は、セルロース1g当たり0.1mmol以上、5.0mmol以下であることが好ましい。
<Cellulose nanofiber>
Although the
セルロースの結晶表面に導入されるアニオン性官能基の種類や導入方法は特に限定されないが、カルボキシ基やリン酸基が好ましい。セルロース結晶表面への選択的な導入のしやすさから、カルボキシ基が特に好ましい。
さらに、セルロースナノファイバー1は、ミクロフィブリル構造由来の繊維形状であることが好ましい。具体的には、セルロースナノファイバー1は繊維状であって、数平均短軸径が1nm以上、1000nm以下、数平均長軸径が50nm以上であり、かつ数平均長軸径が数平均短軸径の5倍以上であることが好ましい。また、セルロースナノファイバー1の結晶構造は、セルロースI型であることが好ましい。これらの理由については、以下の[コアシェル型複合粒子の製造方法]において述べる。
The type and method of the anionic functional group to be introduced onto the cellulose crystal surface are not particularly limited, but a carboxy group or a phosphate group is preferred, and a carboxy group is particularly preferred because of the ease of selective introduction onto the cellulose crystal surface.
Furthermore, the
[コアシェル型複合粒子の製造方法]
本発明のコアシェル型複合粒子の製造方法は、(第1工程)CNF分散液を調製する工程、(第2工程)CNF分散液にモノマーおよび重合開始剤を溶解する工程、(第3工程)モノマーを重合する工程を含む。
[Method of producing core-shell type composite particles]
The method for producing core-shell type composite particles of the present invention includes (step 1) a step of preparing a CNF dispersion, (step 2) a step of dissolving a monomer and a polymerization initiator in the CNF dispersion, and (step 3) a step of polymerizing the monomer.
<(第1工程)セルロースナノファイバー分散液の調製工程>
製造方法の第1工程に当たる、セルロースナノファイバー分散液の調製工程について説明する。より具体的には、セルロース原料を酸化する工程と、酸化したセルロース原料を
溶媒中で解繊して微細化しCNF分散液を得る工程からなる。
<(First step) Preparation of cellulose nanofiber dispersion>
The first step of the production method, which is the preparation process of a cellulose nanofiber dispersion, is described below. More specifically, it comprises a step of oxidizing a cellulose raw material and a step of defibrating and micronizing the oxidized cellulose raw material in a solvent to obtain a CNF dispersion.
セルロースナノファイバー1の原料として用いることができるセルロースの種類や結晶構造は特に限定されない。具体的には、セルロースI型結晶からなる原料としては、例えば、木材系天然セルロースに加えて、コットンリンター、竹、麻、バガス、ケナフ、バクテリアセルロース、ホヤセルロース、バロニアセルロースといった非木材系天然セルロースを用いることができる。
There are no particular limitations on the type or crystal structure of cellulose that can be used as the raw material for
さらには、セルロースII型結晶からなるレーヨン繊維、キュプラ繊維に代表される再生セルロースも用いることができる。材料調達の容易さから、木材系天然セルロースを原料とすることが好ましい。木材系天然セルロースとしては、特に限定されず、針葉樹パルプや広葉樹パルプ、古紙パルプ、など、一般的にセルロースナノファイバーの製造に用いられるものを用いることができる。精製および微細化のしやすさから、針葉樹パルプが好ましい。 Furthermore, regenerated cellulose such as rayon fiber and cupra fiber made of cellulose type II crystals can also be used. In view of the ease of material procurement, it is preferable to use wood-based natural cellulose as the raw material. There are no particular limitations on the wood-based natural cellulose, and it is possible to use those that are generally used in the manufacture of cellulose nanofibers, such as softwood pulp, hardwood pulp, and waste paper pulp. Softwood pulp is preferable because it is easy to purify and refine.
セルロースの繊維表面にカルボキシ基を導入する方法は、特に限定されない。具体的には、例えば、高濃度アルカリ水溶液中でセルロースをモノクロロ酢酸またはモノクロロ酢酸ナトリウムと反応させることによりカルボキシメチル化を行ってもよい。また、オートクレーブ中でガス化したマレイン酸やフタル酸等の無水カルボン酸系化合物とセルロースを直接反応させてカルボキシ基を導入してもよい。 The method for introducing carboxyl groups to the fiber surface of cellulose is not particularly limited. Specifically, for example, carboxymethylation may be carried out by reacting cellulose with monochloroacetic acid or sodium monochloroacetate in a highly concentrated alkaline aqueous solution. Alternatively, carboxyl groups may be introduced by directly reacting cellulose with a carboxylic anhydride compound such as maleic acid or phthalic acid that has been gasified in an autoclave.
さらには、水系の比較的温和な条件で、可能な限り構造を保ちながら、アルコール性一級炭素の酸化に対する選択性が高い、TEMPO(2,2,6,6-テトラメチルピペリジニル-1-オキシラジカル)をはじめとするN-オキシル化合物の存在下、共酸化剤を用いた手法を用いてもよい。カルボキシ基導入部位の選択性および環境負荷低減のためにはN-オキシル化合物を用いた酸化がより好ましい。 Furthermore, a method using a co-oxidant in the presence of an N-oxyl compound such as TEMPO (2,2,6,6-tetramethylpiperidinyl-1-oxy radical), which has high selectivity for the oxidation of alcoholic primary carbons while maintaining the structure as much as possible under relatively mild conditions in an aqueous system, may be used. Oxidation using an N-oxyl compound is more preferable for selectivity of the site for carboxyl group introduction and for reducing the environmental load.
ここで、N-オキシル化合物としては、TEMPOの他に、2,2,6,6-テトラメチル-4-ヒドロキシピペリジン-1-オキシル、4-メトキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-N-オキシル、4-エトキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-N-オキシル、4-アセトアミド-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-N-オキシル等が挙げられる。そのなかでも、反応性が高いTEMPOが好ましい。N-オキシル化合物の使用量は、触媒としての量でよく、特に限定されない。通常、酸化処理する木材系天然セルロースの固形分に対して0.01~5.0質量部程度である。 Here, examples of the N-oxyl compound include TEMPO, 2,2,6,6-tetramethyl-4-hydroxypiperidine-1-oxyl, 4-methoxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-N-oxyl, 4-ethoxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-N-oxyl, and 4-acetamido-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-N-oxyl. Of these, TEMPO is preferred because of its high reactivity. The amount of the N-oxyl compound used may be the amount used as a catalyst, and is not particularly limited. Usually, it is about 0.01 to 5.0 parts by mass based on the solid content of the wood-based natural cellulose to be oxidized.
N-オキシル化合物を用いた酸化方法としては、例えば木材系天然セルロースを水中に分散させ、N-オキシル化合物の共存下で酸化処理する方法が挙げられる。このとき、N-オキシル化合物とともに、共酸化剤を併用することが好ましい。この場合、反応系内において、N-オキシル化合物が順次共酸化剤により酸化されてオキソアンモニウム塩が生成し、上記オキソアンモニウム塩によりセルロースが酸化される。この酸化処理によれば、温和な条件でも酸化反応が円滑に進行し、カルボキシ基の導入効率が向上する。酸化処理を温和な条件で行うと、セルロースの結晶構造を維持しやすい。 An example of an oxidation method using an N-oxyl compound is a method in which wood-based natural cellulose is dispersed in water and oxidized in the presence of an N-oxyl compound. In this case, it is preferable to use a co-oxidizing agent together with the N-oxyl compound. In this case, the N-oxyl compound is sequentially oxidized by the co-oxidizing agent in the reaction system to generate an oxoammonium salt, and the cellulose is oxidized by the oxoammonium salt. This oxidation process allows the oxidation reaction to proceed smoothly even under mild conditions, improving the efficiency of introducing carboxyl groups. When the oxidation process is performed under mild conditions, the crystal structure of the cellulose is easily maintained.
共酸化剤としては、ハロゲン、次亜ハロゲン酸、亜ハロゲン酸や過ハロゲン酸、またはそれらの塩、ハロゲン酸化物、窒素酸化物、過酸化物など、酸化反応を推進することが可能であれば、いずれの酸化剤も用いることができる。入手の容易さや反応性から、次亜塩素酸ナトリウムが好ましい。上記共酸化剤の使用量は、酸化反応を促進することができる量でよく、特に限定されない。通常、酸化処理する木材系天然セルロースの固形分に対して1~200質量部程度である。 As the co-oxidizing agent, any oxidizing agent can be used, such as halogens, hypohalous acids, hypohalous acids, perhalogen acids, or their salts, halogen oxides, nitrogen oxides, peroxides, etc., as long as it is capable of promoting the oxidation reaction. Sodium hypochlorite is preferred due to its ease of availability and reactivity. The amount of the co-oxidizing agent used is not particularly limited and may be an amount capable of promoting the oxidation reaction. It is usually about 1 to 200 parts by mass based on the solid content of the wood-based natural cellulose to be oxidized.
また、N-オキシル化合物および共酸化剤とともに、臭化物およびヨウ化物からなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物をさらに併用してもよい。これにより、酸化反応を円滑に進行させることができ、カルボキシ基の導入効率を改善することができる。このような化合物としては、臭化ナトリウムまたは臭化リチウムが好ましく、コストや安定性から、臭化ナトリウムがより好ましい。化合物の使用量は、酸化反応を促進することができる量でよく、特に限定されない。通常、酸化処理する木材系天然セルロースの固形分に対して1~50質量部程度である。 At least one compound selected from the group consisting of bromides and iodides may be used in combination with the N-oxyl compound and the co-oxidizing agent. This allows the oxidation reaction to proceed smoothly, improving the efficiency of introducing carboxy groups. As such a compound, sodium bromide or lithium bromide is preferred, with sodium bromide being more preferred in terms of cost and stability. The amount of the compound used is not particularly limited and may be an amount that can promote the oxidation reaction. It is usually about 1 to 50 parts by mass based on the solid content of the wood-based natural cellulose to be oxidized.
酸化反応の反応温度は、4~80℃が好ましく、10~70℃がより好ましい。4℃未満であると、試薬の反応性が低下し反応時間が長くなってしまう。80℃を超えると副反応が促進して試料が低分子化して高結晶性の剛直なCNF繊維構造が崩壊し、O/W型エマルションの安定化剤として用いることができない。 The reaction temperature for the oxidation reaction is preferably 4 to 80°C, more preferably 10 to 70°C. If it is below 4°C, the reactivity of the reagent decreases and the reaction time becomes longer. If it exceeds 80°C, side reactions are promoted, the sample becomes low molecular weight, and the highly crystalline rigid CNF fiber structure collapses, making it impossible to use it as a stabilizer for O/W emulsions.
また、酸化処理の反応時間は、反応温度、所望のカルボキシ基量等を考慮して適宜設定でき、特に限定されないが、通常、10分~5時間程度である。 The reaction time for the oxidation treatment can be set appropriately taking into consideration the reaction temperature, the desired amount of carboxyl groups, etc., and is not particularly limited, but is usually about 10 minutes to 5 hours.
CNFに導入するカルボキシ基の含有量としては、0.1mmol/g以上、5.0mmol/g以下が好ましく、0.5mmol/g以上、2.0mmol/g以下がより好ましい。ここで、カルボキシ基量が0.1mmol/g未満であると、セルロースミクロフィブリル間に浸透圧効果による溶媒進入作用が働かないため、セルロースを微細化して均一に分散させることは難しい。また、5.0mmol/gを超えると化学処理に伴う副反応によりセルロースミクロフィブリルが低分子化するため、高結晶性の剛直なCNF繊維構造をとることができず、粒子の安定化剤として用いることができない。 The content of carboxyl groups introduced into CNF is preferably 0.1 mmol/g or more and 5.0 mmol/g or less, and more preferably 0.5 mmol/g or more and 2.0 mmol/g or less. If the amount of carboxyl groups is less than 0.1 mmol/g, the solvent does not penetrate between the cellulose microfibrils due to the osmotic pressure effect, making it difficult to finely disperse the cellulose uniformly. If the amount of carboxyl groups exceeds 5.0 mmol/g, the cellulose microfibrils are depolymerized due to side reactions accompanying the chemical treatment, making it impossible to obtain a highly crystalline and rigid CNF fiber structure, and the CNF cannot be used as a particle stabilizer.
酸化反応時の反応系のpHは特に限定されないが、9~11が好ましい。pHが9以上であると反応を効率良く進めることができる。pHが11を超えると副反応が進行し、試料の分解が促進されてしまうおそれがある。また、酸化処理においては、酸化が進行するにつれて、カルボキシ基が生成することにより系内のpHが低下してしまうため、酸化処理中、反応系のpHを9~11に保つことが好ましい。反応系のpHを9~11に保つ方法としては、pHの低下に応じてアルカリ水溶液を添加する方法が挙げられる。 The pH of the reaction system during the oxidation reaction is not particularly limited, but is preferably 9 to 11. If the pH is 9 or higher, the reaction can proceed efficiently. If the pH exceeds 11, side reactions may proceed, which may accelerate the decomposition of the sample. In addition, as the oxidation proceeds in the oxidation process, carboxyl groups are generated, which lowers the pH in the system, so it is preferable to maintain the pH of the reaction system at 9 to 11 during the oxidation process. One method for maintaining the pH of the reaction system at 9 to 11 is to add an alkaline aqueous solution as the pH drops.
アルカリ水溶液としては、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化リチウム水溶液、水酸化カリウム水溶液、アンモニア水溶液、水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液、水酸化テトラエチルアンモニウム水溶液、水酸化テトラブチルアンモニウム水溶液、水酸化ベンジルトリメチルアンモニウム水溶液などの有機アルカリなどが挙げられる。コストなどの面から水酸化ナトリウム水溶液が好ましい。 Examples of the alkaline aqueous solution include organic alkalis such as an aqueous sodium hydroxide solution, an aqueous lithium hydroxide solution, an aqueous potassium hydroxide solution, an aqueous ammonia solution, an aqueous tetramethylammonium hydroxide solution, an aqueous tetraethylammonium hydroxide solution, an aqueous tetrabutylammonium hydroxide solution, and an aqueous benzyltrimethylammonium hydroxide solution. From the standpoint of cost, etc., an aqueous sodium hydroxide solution is preferred.
N-オキシル化合物による酸化反応は、反応系にアルコールを添加することにより停止させることができる。このとき、反応系のpHは上記の範囲内に保つことが好ましい。 添加するアルコールとしては、反応をすばやく終了させるためメタノール、エタノール、プロパノールなどの低分子量のアルコールが好ましく、反応により生成される副産物の安全性などから、エタノールが特に好ましい。 The oxidation reaction by the N-oxyl compound can be stopped by adding an alcohol to the reaction system. In this case, it is preferable to maintain the pH of the reaction system within the above range. As the alcohol to be added, low molecular weight alcohols such as methanol, ethanol, and propanol are preferable in order to quickly terminate the reaction, and ethanol is particularly preferable in view of the safety of by-products generated by the reaction.
酸化処理後の反応液は、そのまま微細化工程に供してもよいが、N-オキシル化合物等の触媒、不純物等を除去するために、反応液に含まれる酸化セルロースを回収し、洗浄液で洗浄することが好ましい。酸化セルロースの回収は、ガラスフィルターや20μm孔径のナイロンメッシュを用いたろ過等の公知の方法により実施できる。酸化セルロースの洗浄に用いる洗浄液としては純水が好ましい。 The reaction solution after the oxidation treatment may be directly subjected to the micronization process, but it is preferable to recover the oxidized cellulose contained in the reaction solution and wash it with a washing solution in order to remove catalysts such as N-oxyl compounds, impurities, etc. The recovery of oxidized cellulose can be carried out by known methods such as filtration using a glass filter or a nylon mesh with a pore size of 20 μm. Pure water is preferable as the washing solution used to wash the oxidized cellulose.
上記のように酸化した各種セルロース原料を溶媒中に分散し、懸濁液とする。懸濁液中
のセルロース原料の濃度としては0.1%以上、10%未満が好ましい。0.1%未満であると、溶媒過多となり生産性を損なうため好ましくない。10%以上になると、セルロース原料の解繊に伴い懸濁液が急激に増粘し、均一な解繊処理が困難となるため好ましくない。懸濁液作製に用いる溶媒としては、水を50%以上含むことが好ましい。懸濁液中の水の割合が50%以下になると、セルロース原料を溶媒中で解繊してセルロースナノファイバー分散液を得る工程において、セルロースナノファイバー1の分散が阻害される。
Various cellulose raw materials oxidized as described above are dispersed in a solvent to form a suspension. The concentration of the cellulose raw material in the suspension is preferably 0.1% or more and less than 10%. If it is less than 0.1%, the amount of solvent becomes excessive, which is undesirable as it impairs productivity. If it is 10% or more, the suspension rapidly thickens as the cellulose raw material is defibrated, which is undesirable as it makes it difficult to perform a uniform defibration process. The solvent used to prepare the suspension preferably contains 50% or more of water. If the proportion of water in the suspension is 50% or less, the dispersion of the
また、水以外に含まれる溶媒としては親水性溶媒が好ましい。親水性溶媒については特に制限はないが、メタノール、エタノール、イソプロパノールなどのアルコール類、テトラヒドロフラン等の環状エーテル類が好ましい。 The solvent other than water is preferably a hydrophilic solvent. There are no particular limitations on the hydrophilic solvent, but alcohols such as methanol, ethanol, and isopropanol, and cyclic ethers such as tetrahydrofuran are preferred.
必要に応じて、セルロースや生成するセルロースナノファイバー1の分散性を上げるために、懸濁液のpH調整を行ってもよい。pH調整に用いられるアルカリ水溶液としては、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化リチウム水溶液、水酸化カリウム水溶液、アンモニア水溶液、水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液、水酸化テトラエチルアンモニウム水溶液、水酸化テトラブチルアンモニウム水溶液、水酸化ベンジルトリメチルアンモニウム水溶液などの有機アルカリなどが挙げられる。コストなどの面から水酸化ナトリウム水溶液が好ましい。
If necessary, the pH of the suspension may be adjusted to increase the dispersibility of the cellulose and the resulting
続いて、懸濁液に物理的解繊処理を施して、セルロース原料を微細化する。物理的解繊処理の方法としては特に限定されないが、高圧ホモジナイザー、超高圧ホモジナイザー、ボールミル、ロールミル、カッターミル、遊星ミル、ジェットミル、アトライター、グラインダー、ジューサーミキサー、ホモミキサー、超音波ホモジナイザー、ナノジナイザー、水中対向衝突などの機械的処理が挙げられる。 The suspension is then subjected to a physical defibration process to reduce the size of the cellulose raw material. Methods for physical defibration are not particularly limited, but examples include mechanical processes using a high-pressure homogenizer, ultra-high-pressure homogenizer, ball mill, roll mill, cutter mill, planetary mill, jet mill, attritor, grinder, juicer mixer, homomixer, ultrasonic homogenizer, nanogenizer, and underwater counter-collision.
前記のような物理的解繊処理を行うことで、懸濁液中のセルロースが微細化され、その構造の少なくとも一辺がナノメートルオーダーになるまで微細化されたセルロースの分散液を得ることができる。また、このときの物理的解繊処理の時間や回数により、得られるセルロースナノファイバー1の数平均短軸径および数平均長軸径を調整することができる。
By carrying out the above-mentioned physical defibration treatment, the cellulose in the suspension is pulverized to obtain a dispersion liquid of cellulose pulverized to the nanometer order of at least one side of the structure. In addition, the number average minor axis diameter and number average major axis diameter of the obtained
上記のようにして、その構造の少なくとも一辺がナノメートルオーダーになるまで微細化されたセルロースの分散体(CNF分散液)が得られる。得られた分散体は、そのまま、または希釈、濃縮等を行って、後述するO/W型エマルションの安定化剤として用いることができる。 In this manner, a dispersion of cellulose (CNF dispersion) is obtained in which at least one side of the structure is micronized to the nanometer order. The resulting dispersion can be used as is or after dilution, concentration, etc., as a stabilizer for O/W emulsions, as described below.
通常、セルロースナノファイバー1は、ミクロフィブリル構造由来の繊維形状であるため、本実施形態の製造方法に用いるセルロースナノファイバー1としては、以下に示す範囲にある繊維形状のものが好ましい。
Since
繊維状のセルロースナノファイバー1は、短軸径において数平均短軸径が1nm以上1000nm以下であればよく、好ましくは2nm以上、500nm以下であればよい。ここで、数平均短軸径が1nm未満では高結晶性の剛直なCNF繊維構造をとることができず、エマルションの安定化と、エマルションを鋳型とした重合反応とを実施することができない。一方、1000nmを超えると、エマルションを安定化させるにはサイズが大きくなり過ぎるため、得られるコアシェル型複合粒子10のサイズや形状を制御することが困難となる。
The number average minor axis diameter of the
また、数平均長軸径においては特に制限はないが、好ましくは数平均短軸径の5倍以上であればよい。数平均長軸径が数平均短軸径の5倍未満であると、コアシェル型複合粒子
10のサイズや形状を十分に制御することができないために好ましくない。
The number average major axis diameter is not particularly limited, but is preferably at least 5 times the number average minor axis diameter. If the number average major axis diameter is less than 5 times the number average minor axis diameter, it is not preferable because the size and shape of the core-shell
なお、CNF繊維の数平均短軸径は、透過型電子顕微鏡観察および原子間力顕微鏡観察により100本の繊維の短軸径(最小径)を測定し、その平均値として求められる。一方、CNF繊維の数平均長軸径は、透過型電子顕微鏡観察および原子間力顕微鏡観察により100本の繊維の長軸径(最大径)を測定し、その平均値として求められる。 The number-average minor axis diameter of CNF fibers is calculated by measuring the minor axis diameters (minimum diameters) of 100 fibers using a transmission electron microscope and an atomic force microscope, and taking the average value. On the other hand, the number-average major axis diameter of CNF fibers is calculated by measuring the major axis diameters (maximum diameters) of 100 fibers using a transmission electron microscope and an atomic force microscope, and taking the average value.
<(第2工程)CNF分散液にモノマーおよび重合開始剤を溶解する工程>
第2工程では、各温度応答性高分子に応じたモノマーと重合開始剤を第1工程で作製したCNF分散液に溶解する。
<(Second step) Step of dissolving monomer and polymerization initiator in CNF dispersion>
In the second step, a monomer and a polymerization initiator appropriate for each temperature-responsive polymer are dissolved in the CNF dispersion prepared in the first step.
<(第3工程)モノマーを重合し、複合粒子を形成する工程>
第3工程の重合工程では、加熱や紫外線照射などの公知の方法で反応を開始して、モノマーを重合し複合粒子を得る。
<(Third step) Step of polymerizing monomers to form composite particles>
In the third step, the polymerization step, the reaction is initiated by a known method such as heating or ultraviolet irradiation, and the monomer is polymerized to obtain composite particles.
重合開始剤としては、例えばハイドロパーオキサイド類、パーオキシエステル類、ジアルキルパーオキサイド類、パーオキシエステル類、ジアシルパーオキサイド類、パーオキシジカーボネート類、パーオキシケタール類、ケトンパーオキサイド類などの有機過酸化物、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウムなどの過硫酸塩、アゾビスイソブチロニトリルなどのアゾ化合物などを挙げることができる。重合開始剤は、効率よく重合を行うため、水溶性であることが好ましい。 Examples of polymerization initiators include organic peroxides such as hydroperoxides, peroxyesters, dialkyl peroxides, peroxyesters, diacyl peroxides, peroxydicarbonates, peroxyketals, and ketone peroxides; persulfates such as ammonium persulfate, sodium persulfate, and potassium persulfate; and azo compounds such as azobisisobutyronitrile. The polymerization initiator is preferably water-soluble in order to efficiently carry out polymerization.
第3工程におけるモノマーの重合は、生成する温度応答性高分子のLCST以上、またはUCST以下の温度で行うことが望ましい。LCST以上またはUCST以下の温度で重合を行うことで、重合の進行とともに温度応答性高分子が析出し、かつ、CNFが分散安定剤として働くため、温度応答性高分子が芯材、CNFが被覆材となったコアシェル型複合粒子を形成することができる。 The polymerization of the monomer in the third step is desirably carried out at a temperature equal to or higher than the LCST or equal to or lower than the UCST of the temperature-responsive polymer to be produced. By carrying out the polymerization at a temperature equal to or higher than the LCST or equal to or lower than the UCST, the temperature-responsive polymer precipitates as the polymerization progresses, and the CNF acts as a dispersion stabilizer, so that core-shell type composite particles can be formed in which the temperature-responsive polymer is the core material and the CNF is the coating material.
以下、実施例1、2及び比較例1、2に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明の範囲は本発明の主旨を逸脱しない範囲で、以下の実施例に限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail below based on Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2. However, the scope of the present invention is not limited to the following examples as long as it does not deviate from the gist of the present invention.
[実施例1]
<(第1工程)セルロースナノファイバー分散液の調製>
(木材セルロースのTEMPO酸化)
針葉樹クラフトパルプ70gを蒸留水3500gに懸濁し、蒸留水350gにTEMPOを0.7g、臭化ナトリウムを7g溶解させた溶液を加え、20℃まで冷却した。ここに2mol/L、密度1.15g/mLの次亜塩素酸ナトリウム水溶液450gを滴下により添加し、酸化反応を開始した。系内の温度は常に20℃に保ち、反応中のpHの低下は0.5Nの水酸化ナトリウム水溶液を添加することでpH10に保ち続けた。セルロースの重量に対して、水酸化ナトリウムの添加量の合計が3.50mmol/gに達した時点で、約100mLのエタノールを添加し反応を停止させた。その後、ガラスフィルターを用いて蒸留水によるろ過洗浄を繰り返し、酸化パルプを得た。
[Example 1]
<(First Step) Preparation of Cellulose Nanofiber Dispersion>
(TEMPO oxidation of wood cellulose)
70 g of coniferous kraft pulp was suspended in 3500 g of distilled water, and a solution of 0.7 g of TEMPO and 7 g of sodium bromide dissolved in 350 g of distilled water was added, and the mixture was cooled to 20 ° C. 450 g of sodium hypochlorite aqueous solution with a concentration of 2 mol/L and a density of 1.15 g/mL was added dropwise to start the oxidation reaction. The temperature in the system was always kept at 20 ° C., and the pH drop during the reaction was maintained at
(酸化パルプのカルボキシ基量測定)
上記TEMPO酸化で得た酸化パルプおよび再酸化パルプを固形分重量で0.1g量りとり、1質量部濃度で水に分散させ、塩酸を加えてpHを2.5とした。その後0.5M水酸化ナトリウム水溶液を用いた電導度滴定法により、カルボキシ基量(mmol/g)を求めた。結果は1.6mmol/gであった。
(Measurement of Carboxylic Group Amount in Oxidized Pulp)
The oxidized pulp and reoxidized pulp obtained by the TEMPO oxidation were weighed out in an amount of 0.1 g in terms of solid content, dispersed in water at a concentration of 1 part by mass, and hydrochloric acid was added to adjust the pH to 2.5. The amount of carboxyl groups (mmol/g) was then determined by conductometric titration using a 0.5 M aqueous solution of sodium hydroxide. The result was 1.6 mmol/g.
(酸化パルプの解繊処理)
上記TEMPO酸化で得た酸化パルプ1gを99gの蒸留水に分散させ、ジューサーミキサーで30分間微細化処理し、CNF1質量部のCNF水分散液を得た。CNF水分散
液を光路長1cmの石英セルに入れ、分光光度計(島津製作所社製「UV-3600」)を用いて分光透過スペクトルの測定を行った結果、CNF水分散液は高い透明性を示した。また、CNF水分散液に含まれるCNFの数平均短軸径は3nm、数平均長軸径は1110nmであった。さらに、レオメーターを用いて定常粘弾性測定を行った結果、CNF水分散液はチキソトロピック性を示した。
(Oxidized pulp defibration treatment)
1 g of the oxidized pulp obtained by the above TEMPO oxidation was dispersed in 99 g of distilled water and refined for 30 minutes using a juicer mixer to obtain a CNF aqueous dispersion of 1 part by mass of CNF. The CNF aqueous dispersion was placed in a quartz cell with an optical path length of 1 cm, and the spectral transmission spectrum was measured using a spectrophotometer (Shimadzu Corporation's "UV-3600"), and the CNF aqueous dispersion showed high transparency. In addition, the number average minor axis diameter of the CNF contained in the CNF aqueous dispersion was 3 nm, and the number average major axis diameter was 1110 nm. Furthermore, as a result of measuring the steady viscoelasticity using a rheometer, the CNF aqueous dispersion showed thixotropy.
<(第2工程)モノマー及び重合開始剤の溶解、(第3工程)モノマー重合及び粒子形成>
製造例1のCNF水分散液45質量部に、モノマーとしてN-イソプロピルアクリルアミド(NIPAM、KJケミカル株式会社製)2.5質量部、および、N、N-メチレンビスアクリルアミド(MBAAm、関東化学株式会社製)0.025質量部を添加し、攪拌して溶解した。さらに70℃で30分間窒素置換を行った。その後、70℃の温度を維持したまま、水2.5質量部に溶解した2,2‘-アゾビス(2-アミノプロパン)二塩酸塩(V-50、和光純薬株式会社製)0.025質量部を添加し、重合を開始した。重合は1時間行い、白濁した分散液を得た。分散液一滴をスライドグラスに滴下し、カバーガラスで封入して光学顕微鏡で観察したところ、数μm程度の大きさの粒子が分散している様子が確認された。
<(Second step) Dissolution of monomer and polymerization initiator, (Third step) Polymerization of monomer and formation of particles>
To 45 parts by mass of the CNF aqueous dispersion of Production Example 1, 2.5 parts by mass of N-isopropylacrylamide (NIPAM, manufactured by KJ Chemical Co., Ltd.) and 0.025 parts by mass of N,N-methylenebisacrylamide (MBAAm, manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) were added as monomers, and the mixture was stirred and dissolved. Nitrogen replacement was further performed at 70°C for 30 minutes. Thereafter, while maintaining the temperature at 70°C, 0.025 parts by mass of 2,2'-azobis(2-aminopropane) dihydrochloride (V-50, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) dissolved in 2.5 parts by mass of water was added to initiate polymerization. The polymerization was performed for 1 hour to obtain a cloudy dispersion. A drop of the dispersion was dropped onto a slide glass, sealed with a cover glass, and observed with an optical microscope, and it was confirmed that particles of a size of about several μm were dispersed.
得られた分散液に対し相対遠心力75,000gで5分間処理したところ、沈降物を得た。デカンテーションにより上澄みを除去して沈降物を回収し、さらに孔径0.1μmのPTFEメンブレンフィルターを用いて、純水で繰り返し洗浄した。こうして得られた精製・回収物を20質量部で水に再分散させ分散液を得た。 The resulting dispersion was treated for 5 minutes at a relative centrifugal force of 75,000 g, yielding a sediment. The supernatant was removed by decantation to recover the sediment, which was then repeatedly washed with pure water using a PTFE membrane filter with a pore size of 0.1 μm. The purified and recovered material thus obtained was redispersed in 20 parts by mass of water to obtain a dispersion.
また、得られた分散液を純水で1質量部に調整し粒度分布計(日機装株式会社製「NANOTRAC UPA-EX150」)を用いて粒径を評価した。25℃における平均粒径1.5μm、40℃における平均粒径0.6μmであり、温度に応答して粒径が変化することを確認した。また、LCSTは32℃付近であった。 The resulting dispersion was adjusted to 1 part by mass with pure water, and the particle size was evaluated using a particle size distribution analyzer (NANOTRAC UPA-EX150, manufactured by Nikkiso Co., Ltd.). It was confirmed that the average particle size at 25°C was 1.5 μm and the average particle size at 40°C was 0.6 μm, and that the particle size changed in response to temperature. The LCST was also around 32°C.
[実施例2]
モノマーをN-イソプロピルアクリルアミド(NIPAM、KJケミカル株式会社製)2.25質量部、N,N-ジメチルアクリルアミド(DMAA、KJケミカル株式会社製)0.25質量部、およびN、N-メチレンビスアクリルアミド(MBAAm、関東化学株式会社製)0.025質量部とした以外は実施例1と同様の条件で粒子およびその分散液を得た。
[Example 2]
Particles and a dispersion thereof were obtained under the same conditions as in Example 1, except that the monomers were 2.25 parts by mass of N-isopropylacrylamide (NIPAM, manufactured by KJ Chemical Co., Ltd.), 0.25 parts by mass of N,N-dimethylacrylamide (DMAA, manufactured by KJ Chemical Co., Ltd.), and 0.025 parts by mass of N,N-methylenebisacrylamide (MBAAm, manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.).
得られた粒径を評価したところ、25℃における平均粒径1.4μm、40℃における平均粒径0.6μmであり、温度に応答して粒径が変化することを確認した。また、LCSTは37℃付近であった。 The particle size was evaluated and found to be 1.4 μm on average at 25°C and 0.6 μm on average at 40°C, confirming that the particle size changes in response to temperature. The LCST was around 37°C.
<比較例1>
CNF水分散液を純水にしたこと以外は実施例1と同様の条件で粒子およびその分散液を得た。
<Comparative Example 1>
Particles and their dispersion were obtained under the same conditions as in Example 1, except that the CNF aqueous dispersion was changed to pure water.
得られた粒径を評価したところ、25℃における平均粒径2.1μm、40℃における平均粒径1.0μmであり、温度に応答して粒径が変化することを確認した。また、LCSTは32℃付近であった。 The particle size was evaluated and found to be 2.1 μm on average at 25°C and 1.0 μm on average at 40°C, confirming that the particle size changes in response to temperature. The LCST was around 32°C.
<比較例2>
CNF水分散液を純水にしたこと以外は実施例2と同様の条件で粒子およびその分散液を得た。
<Comparative Example 2>
Particles and their dispersion were obtained under the same conditions as in Example 2, except that the CNF aqueous dispersion was changed to pure water.
得られた粒径を評価したところ、25℃における平均粒径2.2μm、40℃における平均粒径1.2μmであり、温度に応答して粒径が変化することを確認した。また、LC
STは37℃付近であった。
The particle size was evaluated to find that the average particle size was 2.2 μm at 25° C. and 1.2 μm at 40° C., and it was confirmed that the particle size changed in response to temperature.
The ST was around 37°C.
[生体適合性の評価]
得られた粒子をマウスL929線維芽細胞へ導入し、細胞毒性を確認することで生体適合性を評価した。
[Evaluation of biocompatibility]
The obtained particles were introduced into mouse L929 fibroblast cells, and their biocompatibility was evaluated by confirming their cytotoxicity.
まず、マウスL929線維芽細胞を培地に播種し、サブコンフルエント(細胞密度が飽和密度の4/5程度になった状態)になるまで培養した。この培地に、粒子を添加し、37℃の5%CO2存在下で、一昼夜インキュベートを行った。その後、細胞の観察を行い、細胞増殖が促進された場合は細胞毒性が低いため生体適合性を「〇(好適)」、細胞増殖が抑制された場合は細胞毒性が高いため生体適合性を「×(不適)」とした。 First, mouse L929 fibroblast cells were seeded in a medium and cultured until they became subconfluent (a state in which the cell density was about 4/5 of the saturation density). Particles were added to this medium and incubated overnight at 37°C in the presence of 5% CO2 . After that, the cells were observed, and if cell proliferation was promoted, the biocompatibility was rated as "good" (good) because of low cytotoxicity, and if cell proliferation was inhibited, the biocompatibility was rated as "not good" (bad) because of high cytotoxicity.
結果を表1に示す。 The results are shown in Table 1.
実施例1、2では生体適合性が「〇」、比較例1、2では生体適合性が「×」となった。実施例1、2ではCNFが粒子表面を被覆しているため細胞毒性が低く、比較例1、2ではCNFを用いておらず温度応答性高分子が細胞と接触するため細胞毒性が高かったといえる。
以下に、当初の特許請求の範囲に記載していた発明を付記する。
[1]
芯材として温度応答性高分子、被覆材としてセルロースナノファイバーを含むことを特徴とするコアシェル型複合粒子。
[2]
前記温度応答性高分子が下限臨界溶液温度を有することを特徴とする項1に記載のコアシェル型複合粒子。
[3]
前記温度応答性高分子がポリイソプロピルアクリルアミド系材料であることを特徴とする項1、または2に記載のコアシェル型複合粒子。
[4]
前記セルロースナノファイバーが結晶表面にアニオン性官能基を有することを特徴とする項1~3のいずれか一項に記載のコアシェル型複合粒子。
[5]
前記アニオン性官能基が、カルボキシ基であることを特徴とする項4に記載のコアシェル型複合粒子。
[6]
芯材として温度応答性高分子、被覆材としてセルロースナノファイバーを含むことを特徴とするコアシェル型複合粒子の製造方法であって、
セルロースナノファイバー分散液を調製する工程、
モノマーおよび重合開始剤を前記セルロースナノファイバー分散液に溶解する工程、
モノマーを重合させる工程、
を含むことを特徴とするコアシェル型複合粒子の製造方法。
The biocompatibility was rated "good" in Examples 1 and 2, and "poor" in Comparative Examples 1 and 2. It can be said that the cytotoxicity was low in Examples 1 and 2 because the particle surface was covered with CNF, whereas the cytotoxicity was high in Comparative Examples 1 and 2 because no CNF was used and the temperature-responsive polymer came into contact with the cells.
The invention as originally claimed is set forth below.
[1]
A core-shell type composite particle comprising a temperature-responsive polymer as a core material and a cellulose nanofiber as a coating material.
[2]
2. The core-shell type composite particle according to
[3]
3. The core-shell type composite particle according to
[4]
Item 4. The core-shell type composite particle according to any one of
[5]
5. The core-shell type composite particle according to item 4, wherein the anionic functional group is a carboxy group.
[6]
A method for producing core-shell type composite particles, comprising the steps of:
A step of preparing a cellulose nanofiber dispersion;
Dissolving a monomer and a polymerization initiator in the cellulose nanofiber dispersion;
polymerizing the monomer;
A method for producing core-shell type composite particles, comprising:
1 セルロースナノファイバー
2 芯材
10 コアシェル型複合粒子
1
Claims (6)
前記温度応答性高分子は水溶性のモノマーの重合体であることを特徴とするコアシェル型複合粒子。 It contains a temperature-responsive polymer as the core material and cellulose nanofiber as the coating material.
The core-shell type composite particle is characterized in that the temperature-responsive polymer is a polymer of a water-soluble monomer.
セルロースナノファイバー分散液を調製する工程、
水溶性のモノマーおよび重合開始剤を前記セルロースナノファイバー分散液に溶解する工程、
前記水溶性のモノマーを、前記温度応答性高分子の下限臨界溶液温度以上の温度又は上限臨界溶液温度以下の温度で重合させる工程、
を含むことを特徴とするコアシェル型複合粒子の製造方法。 A method for producing core-shell type composite particles, comprising the steps of:
A step of preparing a cellulose nanofiber dispersion;
A step of dissolving a water-soluble monomer and a polymerization initiator in the cellulose nanofiber dispersion;
polymerizing the water-soluble monomer at a temperature equal to or higher than a lower critical solution temperature of the temperature-responsive polymer or equal to or lower than an upper critical solution temperature of the temperature-responsive polymer;
A method for producing core-shell type composite particles, comprising:
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