JPH09508695A - 溶液から材料を乾燥する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 溶液を乾燥することによって固体または半固体材料を得る方法は、過冷却された溶液の噴霧を真空内で膨張させること、凍結溶媒を真空圧において凍結小滴から昇華させるのに十分に冷えた表面に噴霧の凍結小滴を集めることことからなり、これによって、小滴寸法の選定によって寸法が制御されうる粒子をつくる。昇温、製粉工程が不要となるので、本方法は特に不耐熱性材料に適している。本方法は、冷却された壁を有する真空室（１１）と、真空ポンプ（１７）と、凝縮器（１８）とからなる装置を用いることによって実施される。溶液はノズル（１６）をかいして真空室内に噴霧され、そして、凍結小滴が真空室（１１）の壁に集められ、そこで昇華が起る。

Description

【発明の詳細な説明】 溶液から材料を乾燥する方法 ［技術分野］ 本発明は、溶液を乾燥させることによって固体または半固体材料を得る方法に 関するものである。 ［背景技術］ 製薬、健康管理、食品、化粧品等の分野を含めた産業および研究設備において 用いられる多くの方法においては、溶液状の製品を抽出、変更、統合する要求が ある。これらの行為に続いて、溶液から除去することによって製品を乾燥させる 要求がしばしばある。用いられる乾燥方法は、中でも特に沈澱、遠心分離、蒸発 、昇温、熱風流、または流動化床振動を含めた単独工程または複数工程がある。 生成固体材料は、粉末またはケーキの形体になっており、その粒子寸法は選択さ れた技術にもとづいてほとんど決まる。粒子寸法は次の工程、貯蔵、取扱い、輸 送、材料の適用に影響を及ぼす。多くの用途は１００μｍ以下の平均粒子径を要 求している。このような粉末寸法を達成するために大きな注意が要求されるので 、乾燥粉末のミーリングまたはグラインディング（製粉）が平均粒子径を低減す るためにしばしば用いられる。 粒子寸法の制御は、製薬産業においては多くの用途についての命である。この 場合、活性薬品物質または賦形剤の粒子寸法は、薬物治療のききめに影響を及ぼ す。例えば、ぜんそく性疾病の治療に用いられる計量された服用吸入器において は、修正されたエーロゾル装置が上方呼吸器管に微細に分散した薬剤物質のエー ロゾルを供給するように用いられる。気管支に浸透させるために、エーロゾル中 の薬剤物質の粒子寸法は２μｍの領域になければならないことが知られている。 経口および非経口管理のための多くの構成についての最適解除概況は、遅延さ れ、制御され、または支持された解除粒子の使用を要求している。これは、マイ クロカプセルの使用形体でしばしば達成されている。この場合、作用物質の微細 分散粒子は、作用物質の遅いかまたは保持された解除を促進する生物退化被覆で 覆われている。担体液体中のマイクロカプセルの懸濁液を噴射するために、マイ クロカプセルは小孔針を詰らせずにそこを通過できるほどに十分に小さくなけれ ばならない。これは、１０μｍ以下の薬剤粒子を要求する。 多くの薬剤の経皮管理もまた、減少した粒子寸法を設けることによって促進さ れる。作用物質の経皮移動は皮ふを横断する作用物質の集中勾配に非常に依存し ている。皮ふの表面における最大集中は、それに密接した固体によって行われる 。わり小さい粒子寸法は、皮ふと接触した固体のより大きい表面積を生じる。さ らに、微粒子は皮ふの毛穴により密接に関連していて、より早い分解と経皮移動 とを促進する。 原則的な用途のために設計された軟膏、ローション、クリームは固体作用物質 の懸濁液を含んでいてもよい。懸濁された固体の粒子寸法は、調剤の「感触（ｆ ｅｅｌ）」を指定する。塗布のさいの感触によって検出されうる粗いまたは砂の ような粒子は、調剤の望ましさを低下させ、したがって、減少した粒子寸法が要 求される。 懸濁液において、懸濁された固体の減少した粒子寸法は沈澱を遅らせ、振動に よる急速再分散を容易にし、これによって調剤の均一性を向上させる。 類似の考え方は、製薬産業、特に風味、芳香、着色の用途における場合と同様 に、化粧品および食品産業においても適用される。再び、非常に微細に分散した 固体をつくること、あるいは、このような成分のマイクロカプセル化を達成する ことがしばしば望ましいことである。 製薬、健康管理、食品、化粧品産業において用いられる多数の物質は、不耐熱 性、すなわち、熱によって変質されやすい。格別の配慮がこれらの物質を乾燥さ せるさいに要求される最も頻繁に選らばれた方法は冷凍乾燥または凍結真空乾燥 である。 凍結真空乾燥の方法は、当該技術においては周知である。それは、「冷凍乾燥 方法のための物理化学的基礎」Ａ．Ｐ．ＭａｃＫｅｎｚｉｅ，Ｄｅｖｅｌｏｐ． Ｂｉｏｌ．Ｓｔａｎｄａｒｄ，３６，５１−６７（Ｓ．Ｋａｒｇｅｒ，Ｂａｓｅ １１９７７）に示されている。この方法においては、材料の溶液が凍結され、そ の後、温度と圧力が溶媒を昇華させるために調整される。残留固体は、溶媒が容 易に再導入されうる相互個別化空間のネットワークがある微小母体の形体になる 。この最終製品は完全な乾燥ケーキの形体になる。その性質によって、凍結真空 乾 燥方法は、粒子寸法の操作に適していない。しかし、凍結真空乾燥は不耐熱性材 料を乾燥させるのに最もおだやかな方法であるので、多くの産業は、要求された 粒子寸法をつくるために凍結乾燥ケーキを製粉することに頼っている。製粉それ 自体は熱および変質に敏感な材料をつくる潜在力を有しているので、不耐熱性材 料の近代の製粉は「流体噴流製粉」の使用をしばしば必要としている。この方法 において、空気または冷却窒素ガスのジェットがそこに乗った粒子を加速しかつ それらを衝突させることによって、その粒子を製粉するように用いられる。 上昇温度で安定する材料の場合には、その材料を制御された粒子寸法に乾燥さ せるための標準産業技術は、噴霧（ｓｐｒａｙ）乾燥である。この技術の調査は 、「噴霧乾燥および噴霧凝結」Ｍ．Ｊ．Ｋｉｌｌｅｅｎ，Ｐｈａｒｍａｃｅｕｔ ｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ａｕｇｕｓｔ １９９３，５５−６４に与 えられる。この方法においては、材料の溶液が、微細なミストまたはエーロゾル をつくるように設計されたノズルを通して大気圧で乾燥室に導入される。噴霧粒 子は昇温された空気流内に運ばれて、溶媒の蒸発を起し、乾燥粒子を生じる。し かし、熱空および溶媒の流れから粒子を除去することは、材料の損失を生じうる 。その流れは、粒子を遠心分離によって分離するように設計された旋風装置にお いて通常起る。極微粒子によって、その粒子を空気流から去らせることのできる 必要な遠心力をつくるのには不十分な質量である。その粒子はしたがって排気中 に運ばれる。１０μｍ以下の直径の粒子をつくりたいときには、３０％の損失が 珍しくない。このような損失は、近代の高価な製剤、調味料、香料に対しては経 済的に受け入れがたい。 ［発明の開示］ 本発明によれば、次の工程からなる溶液を乾燥することによって固体または半 固体材料を得る方法が提供される。 （ａ）噴霧状の溶液を真空補助凍結させること。 （ｂ）凍結溶媒を凍結溶液から昇華させること。 本明細書において用いられる「噴霧（ｓｐｒａｙ）」という用語は、スプレー 、エーロゾル、シャワ、ミスト、原子分散、その他の空室に導入されるさいに凍 結する溶液の分散をも含む。「小滴（ｄｒｏｐｌｅｔ）」という用語は、いかな る 上記噴霧性の溶液の粒子をも言う。 本方法は、不耐熱性物質を含む物質を乾燥する総体的方法を提供することがわ かるであろう。最適実施例においては、余分の製粉工程を必要とせずに、本方法 が必要な乾燥物質の非常に小さい粒子をつくり、これによって、それに関連する 損失を回避する。 溶液の小滴を真空内で膨張させることによって、小滴の表面から溶媒の蒸発を 生じるということは、当業者には明らかである。この蒸発に伴って、蒸発の遅れ た熱による熱損失がある。熱が溶媒を蒸発させるときに失われるので、小滴は凍 結点に向かって冷却する。十分な熱損失が起きたとき、小滴は凍結する。最初の 溶液温度、小滴寸法、真空が室への導入のさいに非常に迅速に凍結する小滴を生 じる。 好ましくは、前記（ａ）の工程は溶液を噴霧状の形体で空になった室に導入す ることからなり、該噴霧の小滴は前記室内で真空圧で凍結することを保証するの に十分な低温になる。 適切にするためには、本方法はさらに溶液を空になった室内に導入する前に、 溶液の平衡凍結点以上の温度に該溶液を冷却する工程を有している。 代案として、本方法はさらに 溶液が空になった室に導入される前に、溶液を過冷却する工程を有していても よい。 過冷却する工程は、溶液が平衡凍結点以下に冷却されたときに、溶液を攪拌す ることによって達成されてもよい。代案として、溶液は容器内で凍結され、そし て、凍結溶液を部分的にまたは全体的に過冷却状態まで再溶融させる圧力を与え られてもよい。そのさいに過冷却溶液は真空に入れられる。後者の方法は達成さ れうべき非常に冷えた溶液になることを許す。 例えば、水溶液は、厚壁容器内で−２０℃以下で凍結されてもよい。もし凍結 質量が上記から十分に圧縮されているならば、容器のベースにおける溶液は実質 的な加温なしで解ける。過冷却液は狭い孔をかいして容器のベースから真空室内 に入れられる。そのさい、その液は真空室内でその極低温および真空のためにほ とんど瞬間的に凍結する。 冷却または過冷却のいずれかの工程は、溶液に正しい温度をもたらすために用 いられてもよい。これらの工程が必要であるか否かということは、特に溶液の初 期温度、溶液の特性、真空室の圧力、凍結が発生しなければならない速度によっ て決まる。 好ましくは、前記（ｂ）工程は、前記室の収集表面に溶液の凍結小滴を集める こと、凍結溶媒が収集凍結小滴から昇華するように該室内の収集表面温度および 圧力を制御すること、からなる。 本発明にもとづく方法の最適実施例においては、前記収集表面は、噴霧が空に なった室に導入される前に、初期圧力において凍結溶液の融点よりも大きくない 初期温度にすることによって準備され、前記初期圧力は噴霧が導入されたときに 前記室内の圧力である。 収集表面の最初の冷却によって、最初の噴霧小滴に寸法上対応する形体に仕上 製品を留める。収集表面が凍結溶媒の溶融点を超える場合には、凍結小滴の部分 的溶融となることもある（粒子寸法の制御を低下させる。）。 小滴を凍結形体に保持することによって、全固体表面積が最大になされるので 、追加の利益が上がり、昇華過程を早める。 好ましくは、収集表面の初期温度は、溶液の凍結小滴が収集表面に接触したと きに、溶液の昇華が開始するようになっている。 このようにして、真空室の調整が収集表面の冷却および室の排気によってなさ れうる。これによって、導入されたとき、噴霧は連続した過程の一部として凍結 し、降下し、昇華する。昇華率は、噴霧の粒子が昇華された蒸気と共に除去され るほどには高くないことを保証することだけが必要である。 乾燥粒子の寸法は、氷の結晶生成の速度によって部分的に制御される。結晶生 成速度は、生成された結晶の寸法に決定因子となる。溶質が氷の結晶の面に集中 されるので、より小さい相互結晶空間を与え、したがって、乾燥された溶質のよ り小さい粒子を与える（凍結溶媒が昇華によって取り除かれたとき）。極小粒子 を得るためには、したがって、全小滴の瞬間凍結を行うことが望ましい。 瞬間凍結は、氷の生成がそれ自体発熱を伴うので、液体の従来の凍結乾燥と共 に達成させるためには通常ほとんど不可能である。結晶形成の解放熱は氷層の生 長を遅らせ、氷結晶格子のより発展的な細線化を促進する。しかし、上述した「 減圧凍結」の過程においては、初期蒸発による冷却は、発熱を伴う氷核形成によ って引き継がれる。この氷核形成は、残留液体のさらなる蒸発を生じ、次いで残 留液体の凍結を生じる。このようにして減圧凍結においては、結晶形成の熱は残 留液体の蒸発を生じさせることによって一層の乾燥を促進し、真空の下で小滴の 瞬間凍結に近いものを生じる。 さらに、本発明による方法においては、小粒子の迅速な凍結が対応する小滴の 大きな相対表面積によって容易にされることがわかる。液体の蒸発は小滴の表面 で起る。対応する熱損失は小滴を構成する液体の容積の凍結を生じる。小滴が凍 結するのに要する時間は、小滴の表面積および容積によって定まる。急速凍結は 単位容積当りの急速熱損失（大表面積）を要求する。したがって、最も望ましい 場合は、表面積（蒸発）対容積（凍結）の比が高いときである。噴霧の小滴が球 形の場合、この比は球の半径に反比例するので、本方法は非常に小さい粒子をつ くるのに特に適している。 したがって、好ましくは、最初の圧力は、溶液の凍結が真空室に導入されたと きに、ほぼ瞬間的に起るようになっていることである。 適切にするためには、得られる材料は、噴霧の最初の小滴の寸法に対応する粒 子の形体になっていることである。 本発明によれば、粒子寸法は小滴の凍結率によって制御されてもよい。このよ うにして、急速凍結が多くの用途について好ましいけれども、凍結率が最終材料 の要求にかなうように調節されてもよい。 上述したように、この瞬間凍結は小滴寸法および溶液温度に関連して真空圧力 を選ぶことによって、達成されうる。 真空室の寸法は、スプレー・ノズルと収集表面との間の距離を指定する。小滴 が真空を通過しそして収集表面に接触する前に凍結状態になることがわかるであ ろう。凍結が入口点と収集表面との間で完了されてしまった場合には、小滴のア マルガム化が非常に増大された寸法を生じることになる。 最適実施例によれば、溶媒の蒸発は、昇華後に、昇華工程を通じて収集表面の 温度以下に維持された表面をもつ凝縮器に回収される。 後者の実施例においては、昇華過程における駆動力は、凍結溶媒上の蒸発溶媒 の蒸気圧と、凝集器上の蒸発溶媒の蒸気圧力との差である。 最適実施例によれば、真空室内の圧力は、凍結および昇華工程を通じて一定に 留まる。 方法を通じて圧力を一定に保持することによって、特に収集表面が昇華が一定 圧力で生じる温度に保持されたとき、単独の工程を生じる。このとき、圧力と温 度のみが材料の回収のさいに変えられる必要がある。 別の最適実施例によれば、真空室内の圧力は計測された漏れ口を用いて制御さ れる。真空室内への空気または適切な気体の計測された漏れは、乾燥材料に熱を 伝達する手段を設けることによって、または、昇華に伴う熱損失および温度低下 をずらすために乾燥材料内で昇華率を高めることは凍結乾燥技術における当業者 にとっては明らかである。 昇華の過程は吸熱を伴う。その傾向は、昇華の着手後に凍結溶液の温度が減少 することである。次いで、これは凍結溶液上の溶媒の蒸気圧力を減少し、昇華に よって除去されうる溶媒の比率および量を減少する。 この理由によって、好ましくは、真空室内の収集表面の温度および圧力の制御 は、最初に凍結溶媒の昇華はほぼ完了まで進行し、次いで残留材料がほぼすべて の残留吸収溶媒を排除するのに十分に加熱されることを保証する。 昇華がほぼ完了するまで進行することを保証するには、収集表面の温度が凍結 溶媒の昇華の冷却効果を補償するように調整される工程を、収集表面の温度制御 が含むことを要求することによって達成されうる。 したがって、冷却表面は加熱手段と冷却手段とが設けられている。フィードバ ックの過程は、温度が昇華の最適量を許す温度の狭い範囲内に留まることを保証 する。 昇華によって除去されうる溶媒のすべてが除去された後でさえも、材料には少 量の吸収溶媒がある。材料および溶媒にもとづいて、材料を真空の下で大なり小 なり暖めることによって、この溶媒は除去される。例えば、水から乾燥される不 耐熱性物質の場合には、２０−３０℃のみの温度がすべての水を除去するために 十分な真空の下で必要とされる。 溶媒は、乾燥されるべき材料が分解し、そして、温度および圧力の正しい条件 の下で昇華を受けるようないかなる物質でもよい。このようにして、溶媒は、無 機溶媒、有機溶媒またはそれらの混合物から選ばれてもよい。無機溶媒の代表例 は、水、アンモニア、水酸化ナトリウム、硝酸である。有機溶媒の代表例は、エ ーテル、ベンゼン、アセトン、ギ酸、酢酸、乳酸である。適切には、混合物は希 薄酸性または塩基性溶液、例えば、水酸化ナトリウムの水溶液であるか、または 混合物は有機及び／又は無機溶媒の混合物または溶液でもよい。 適切にするためには、溶液は、溶液の噴霧の真空補助凍結が揮発性溶媒の急速 蒸発によって加速されるように、揮発性溶媒からなっていてもよい。 例えば、真空の下で水溶液の凍結率は溶液にエタノールを加えることによって 増加される。水とエタノールとを等量含有する溶液の噴霧は、エタノールのほと んど多くの蒸発を伴う熱損失と共に凍結する。凍結水小滴中の残留エタノールは 、共沸混合物中の水蒸気の昇華を伴って運び去られる。 本方法は、適当な溶媒から任意のタイプの溶質を乾燥するように用いられても よいが、本方法は材料が不耐熱性物質であるとき、および、材料が生物学的材料 からなるときにも、特に適用できる。 本方法は空気なしで材料を乾燥する方法を提供する。これは、材料が大気によ って容易に酸化されるかもしくは変質されるか、または、大気を含まない形体で 乾燥材料を得ることが望ましい場合に、特に利益がある。 溶液が２つの混和できる溶媒からなるとき、本方法は特別の用途を有している 。各溶媒は、一方の溶媒には溶けるが他方には溶けない溶質を含有している。 例えば、溶液が水と有機溶媒とからなる場合には、溶液は、有機相が蒸発して 水相成分に堆積または被覆された溶質を残してまたはその逆にして乾燥されても よい。この過程はマイクロカプセル化と乾燥とが１工程でなされるような真空補 助低温球体化の考え方に導びく。 さらに、溶液は２つの溶質からなっていてもよい。両溶質は溶液から回収され る。 この場合、溶媒の蒸発と昇華とは、両溶質の混合物からなる目標粒子をつくる 。同じ考え方は同一溶液中に溶けた３つ以上の材料についても適用できる。 粒子寸法が凍結のさいの小滴の寸法によって決まるので、噴霧の小滴は好まし くは１００μｍ以下の平均径を有していてもよい。小滴の最適寸法は、材料が置 かれるべき用途によって決まる。小滴の平均直径は２０μｍ以下であるか、また は５μｍ以下であってもよい。 適切には、材料は回収される前に真空の下でさらに処理する１またはそれ以上 の段階を経てもよい。このようにして、別の処理が真空の下で適切に実施されう る場合には、これらの処理のための出発材料は真空の下で純粋の形体でその材料 となり、これによりそれ以上の処理工程の必要性を排除し、変質、吸収、汚染、 製品損失等の関連した危険性を排除する。 本発明によれば、次のものからなる溶液を乾燥することによって固体または半 固体材料を得る乾燥装置が提供される。 ａ）溶液が噴霧の形体で導入される真空室 ｂ）前記真空室に導入するさいに噴霧の小滴が真空補助冷凍を受けるように該真 空室を十分に低圧に排気する手段 ｃ）前記真空室の一部を成形していて凍結溶液の温度を制御する手段 ｄ）凍結溶媒の昇華が凍結溶液から生じるように真空圧力を制御する手段 好ましくは、前記凍結溶液の温度を制御する手段は、該凍結溶液を収集する収集 表面と、該収集表面の温度を制御する第１温度制御手段とからなる。 好ましくは、本装置は、溶液が前記真空室に導入される前に、溶液の温度を制 御する第２制御手段をさらに有している。 凍結溶液の昇華は、真空室が溶媒蒸気を凝縮する凝縮器をさらに有する場合に は、本発明にもとづく装置を用いたときに容易にされる。 好ましいタイプの凝縮器は液体窒素トラップまたは冷却されたコイルを有して いる。 凝縮器の位置および特性の選択は、装置の要求、溶媒の性質および容積、溶媒 が除去される比率によって決定される。 昇華率が収集表面上の蒸気と凝縮器の表面上の蒸気との蒸気圧力差の関数とな るので、最適実施例は凝縮器の温度を制御する第３温度制御手段からなる。 最適実施例によれば、前記の真空圧力を制御する手段が、前記真空室内への計 測された漏れ口を与える手段を有している。 収集表面は好ましくは真空室の１またはそれ以上の壁である。この場合、全体 として真空室が冷却される。溶液が噴霧されたとき、凍結小滴が壁に収集され、 そして、そこから昇華が起る。 代案として、収集表面は凍結小滴を収集するように真空室内に定置された着脱 自在のトレイである。 これは、着脱自在の殺菌表面に材料を堆積させるようにする。材料は乾燥過程 の完了のさいに真空室から除去される。これによって、汚染の可能性または製品 の損失を最小にする。 好ましくは、乾燥装置は、溶液を前記真空室内に噴霧の形体で導入するスプレ イ・ノズルをさらに有している。 好ましくは、溶液を前記ノズルに供給する手段をさらに有している。 好ましくは、前記の溶液を前記ノズルに供給する手段は、溶液をノズルに供給 するように重力を用いている。 好ましくは、前記のノズルに溶液を供給する手段は、ピストン構造からなる。 最も好ましくは、前記のノズルに溶液を供給する手段は、溶液を凍結しかつ前 記ノズルに連通する容器に凍結溶液を圧縮する手段からなる。 本装置の最適実施例によれば、前記のノズルに溶液を供給する手段は、空気が 前記真空室に受け入れる前に、溶液の供給を遮断する手段からなる。 溶液がノズル内で凍結しやすい場合には、これは凍結溶液のノズルの孔通しを するために回転遠心ノズルまたは間欠プランジャを設けることによって回避され うる。代案として、制御された温度の流体を有する外側ジャケットが用いられて もよい。このジャケットは凍結溶液を溶かすためにノズルを包囲している。 本発明の最適実施例によれば、本装置は、ほぼすべての吸収された溶媒が溶質 から除去されるように昇華が起った後に、乾燥された溶質の温度を増加させる手 段をさらに有する。 上述した乾燥装置は、その各実施例において本発明にもとづく方法を実施する さいに用いられうることは当業者にとって明らかであろう。 ［図面の簡単な説明］ 図１は、本発明にもとづく実験室尺度の概略構成図である。 図２は、本発明にもとづく方法によって得られた製品の粒子径の分布を示す。 図３は、従来の凍結真空乾燥法によって得られたときの図２に示すものと同じ 製品の粒子径の分布を示す。 図４は、本発明の方法と従来の凍結真空乾燥法との比較を示す圧力と温度の相 のグラフである。 ［発明を実施するための最良の形態］ 図１において、本発明にもとづく乾燥装置１０の実験室尺度の実施例が示され ている。装置１０は、気密シールを形成するようにフラスコ１１の頂部に嵌めら れたゴム製ストッパ１３を通して延びる内径約１．０ｃｍの剛性プラスチック管 １２を有する５リットル真空フラスコ１１からなっている。２方ガラス製ストッ プコック１４ができるだけゴム製ストッパ１３に近づけて管１２の頂部に取り付 けられる。プラスチック製実験室じょうご１５はストップコック１４上に固定さ れる。プラスチック製噴霧ノズル１６が管１２の底に固定される。液体窒素トラ ップの形体の凝縮器１８を有する真空ポンプ１７は、フラスコ１１から除去され る気体または蒸気が凝縮器１８から抽出されるように、真空フラスコ１１に接続 される。真空チュービング１９は、装置１０の空になった一部に気体または蒸気 用の導管として用いられる。 〈実施例〉 図１に示す乾燥装置は卵アルブミンの２％ｗ／ｖ水溶液の１００ｍｌのサンプ ルを乾燥するために、本発明にもとづく目的を実施するさいに用いられた。この 溶液は１℃に冷却することによって準備された。じょうご１５、ストップコック １４、ゴム製ストッパ１３、プラスチック・チューブ１２、ノズル１６が１℃ま で冷却することによって準備され、また、真空フラスコ１１が−２５℃まで冷却 されることによって準備された。 本装置はストップコック１４を閉じて組み付けられた。１０Ｐａ（０．１ｍＢ ａｒ）の真空が真空フラスコ１１に形成された。じょうご１５は準備された溶液 で満たされた。すべての溶液が入る前にストップコック１４を閉じるように注意 を払って、溶液がプラスチック・チューブ１２およびノズル１６をかいしてフラ スコ１１内にストップコック１４を開くことによって導入された。これは、じょ うごが排出したとき空気が真空を破壊してしまうからである。溶液の噴霧は即座 に凍結し、フラスコ１１の側面およびそこに付着した。昇華がただちに開始した 。 すべての水蒸気が昇華によって排出されたとき、フラスコ１１は真空が維持さ れている間に室温までゆっくりと暖められた。これは、アルブミンから除去され るべき水を吸収させるためである。周囲温度が形成されたとき、空気はフラスコ １１内に入れられ、乾燥アルブミンが除去された。 比較のために、凍結真空乾燥が、同じ濃度で卵アルブミンの同じサンプルの約 数を用いて実施された。２％卵アルブミンの１０ｍｌが−２０℃まで凍結され、 そして、Ｖｉｒｔｓ実験室尺度の凍結乾燥器において、１０Ｐａ（０．１ｍＢａ ｒ）の真空の下で昇華によって乾燥された。 製粉は、いずれのサンプルの最終粒子寸法を変えるために用いられなかった。 粒子寸法の分析は、Ｍａｌｖｅｒｎ Ｍａｓｔｅｒｓｉｚｅｒ Ｅｖｅｒｓｉｏ ｎ １．２ａを用いてシリコン・オイル中で実施された。 図２は、本発明にもとづく方法および装置を用いて実施例において準備された 粉末についての粒子径の分析の結果を示す。１１．６９μｍの平均粒子径が得ら れた。比較のために、溶液の凍結真空乾燥によって得られた粒子の類似の分析が 、図３に示すように、６１．２９μｍの平均粒子径を示した。 Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｃａｌｏｒｉｍｅｔｒｙ（Ｄ ＳＣ）を用いて、従来の凍結真空乾燥による乾燥のものと、本発明にもとづく噴 霧凍結による乾燥のものとの同じ材料のサンプル間の形態上の相違を示すことは 可能である。Ｄｕｒａｎ ｓａｍｐｌｅ ｈｅａｄ ａｎｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍ ２０００をもったＤｕＰｏｎｔ ｍｏｄｅｌ ９１２ ＤＳＣが用いられて、３５℃から１５０℃までの加熱勾配を用いてサン プルを比較した。凍結真空乾燥された材料は、結晶構造を示す約８５℃で吸熱性 の結果を示した。非結晶構造を示す本発明にもとづく噴霧凍結によって乾燥され た同じ材料においては熱の結果は観察されなかった。両サンプルは３％と４％と の残留水分を有していた。 実施例に用いられたシステムは、実験室尺度システムのみであった。目的をも っ て設計された部品から構成された高品質システムについては、粒子寸法は噴霧に おいて達成される小滴の寸法によってのみ制約される。 図４は、本発明にもとづく方法と、凍結乾燥、すなわち凍結真空乾燥との相違 を示す。凍結真空乾燥中、Ａ点での液体はそれが固体−液体相線Ｘ−Ｏを横切る ように冷却される。冷却は大気圧で正常に起り、点線Ａ−Ｂで示すように液体の 凍結点以下に温度低下をする。凍結されたとき、真空は点線Ｂ−Ｃで示す凍結液 体上につくられる。十分に低い圧力においては、液相を通過せずに固体−蒸気相 線Ｏ−Ｙを超えて昇華が溶媒と共に開始する。固体の蒸発は線Ｃ−Ｄによって示 される。要約すれば、凍結真空乾燥は、点線Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄによって示されるよ うに、固体から蒸気への液体の進行相操作である。 本発明にもとづく方法においては、Ａ点における液体は、突然の真空を受ける ために点線Ａ−Ｃにそって駆動される。液体の蒸発は、小滴を冷却して昇華に続 く凍結を生じる。液体から固体への相変化（Ａ−Ｃ）は正常な凍結よりもずっと 急速であり、好ましくは瞬間に近い。凍結小滴の昇華（Ｃ−Ｄ）は、正常な凍結 真空乾燥と類似の時間経過をたどる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９６年４月３０日 【補正内容】 （英文第３ページ第２６行から第１４ページ第２６行まで） 上昇温度で安定する材料の場合には、その材料を制御された粒子寸法に乾燥さ せるための標準産業技術は、噴霧（ｓｐｒａｙ）乾燥である。この技術の調査は 、「噴霧乾燥および噴霧凝結」Ｍ．Ｊ．Ｋｉｌｌｅｅｎ，Ｐｈａｒｍａｃｅｕｔ ｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ａｕｇｕｓｔ １９９３，５５−６４に与 えられる。この方法においては、材料の溶液が、微細なミストまたはエーロゾル をつくるように設計されたノズルを通して大気圧で乾燥室に導入される。噴霧粒 子は昇温された空気流内に運ばれて、溶媒の蒸発を起し、乾燥粒子を生じる。し かし、熱空および溶媒の流れから粒子を除去することは、材料の損失を生じうる 。その流れは、粒子を遠心分離によって分離するように設計された旋風装置にお いて通常起る。極微粒子によって、その粒子を空気流から去らせることのできる 必要な遠心力をつくるのには不十分な質量である。その粒子はしたがって排気中 に運ばれる。１０μｍ以下の直径の粒子をつくりたいときには、３０％の損失が 珍しくはない。このような損失は、近代の高価な製剤、調味料、香料に対しては 経済的に受け入れがたい。 ［発明の開示］ 本発明によれば、次の工程からなる溶液を乾燥することによって固体または半 固体材料を得る方法が提供される。 （ａ）溶液を均一な噴霧状の形体で空になった室に導入することによって、溶液 を真空補助凍結させること。該噴霧の小滴は前記室内で真空圧で凍結することを 保証するのに十分な低温になる。 （ｂ）収集表面が凍結溶液を収集するように前記室内に定置されかつ小滴が昇華 によって乾燥されてしまうまで小滴を保持するようになっている収集表面に溶液 の凍結小滴を集め、そして、凍結溶媒が収集保持凍結小滴から昇華するように該 室内の収集表面温度および圧力を制御すること。前記収集表面は、噴霧が空にな った室に導入される前に、初期圧力において凍結溶液の融点よりも大きくない初 期温度にすることによって準備され、前記室内の収集表面温度および圧力は昇華 が起きたときに凍結小滴の部分的溶融を防止するように昇華の過程を通じて維持 される。 本明細書において用いられる「噴霧（ｓｐｒａｙ）」という用語は、スプレー 、エーロゾル、シャワ、ミスト、原子分散、その他の空室に導入されるさいに凍 結する溶液の分散をも含む。「小滴（ｄｒｏｐｌｅｔ）」という用語は、いかな る上記噴霧性の溶液の粒子をも言う。 本方法は、不耐熱性物質を含む物質を乾燥する総体的方法を提供することがわ かるであろう。最適実施例においては、余分の製粉工程を必要とせずに、本方法 が必要な乾燥物質の非常に小さい粒子をつくり、これによって、それに関連する 損失を回避する。 溶液の小滴を真空内で膨張させることによって、小滴の表面から溶媒の蒸発を 生じるということは、当業者には明らかである。この蒸発に伴って、蒸発の遅れ た熱による熱損失がある。熱が溶媒を蒸発させるときに失われるので、小滴は凍 結点に向かって冷却する。十分な熱損失が起きたとき、小滴は凍結する。最初の 溶液温度、小滴寸法、真空が室への導入のさいに非常に迅速に凍結する小滴を生 じる。 適切にするためには、本方法はさらに溶液を空になった室内に導入する前に、 溶液の平衡凍結点以上の温度に該溶液を冷却する工程を有している。 代案として、本方法はさらに 溶液が空になった室に導入される前に、溶液を過冷却する工程を有していても よい。 過冷却する工程は、溶液が平衡凍結点以下に冷却されたときに、溶液を攪拌す ることによって達成されてもよい。代案として、溶液は容器内で凍結され、そし て、凍結溶液を部分的にまたは全体的に過冷却状態まで再溶融させる圧力を与え られてもよい。そのさいに過冷却溶液は真空に入れられる。後者の方法は達成さ れうべき非常に冷えた溶液になることを許す。 例えば、水溶液は、厚壁容器内で−２０℃以下で凍結されてもよい。もし凍結 質量が上記から十分に圧縮されているならば、容器のベースにおける溶液は実質 的な加温なしで解ける。過冷却液は狭い孔をかいして容器のベースから真空室内 に入れられる。そのさい、その液は真空室内でその極低温および真空のためにほ とんど瞬間的に凍結する。 冷却または過冷却のいずれかの工程は、溶液に正しい温度をもたらすために用 いられてもよい。これらの工程が必要であるか否かということは、特に溶液の初 期温度、溶液の特性、真空室の圧力、凍結が発生しなければならない速度によっ て決まる。 収集表面の最初の冷却によって、最初の噴霧小滴に寸法上対応する形体に仕上 製品を留める。収集表面が凍結溶媒の溶融点を超える場合には、凍結小滴の部分 的溶融となることもある（粒子寸法の制御を低下させる。）。 小滴を凍結形体に保持することによって、全固体表面積が最大になされるので 、追加の利益が上がり、昇華過程を早める。 好ましくは、収集表面の初期温度は、溶液の凍結小滴が収集表面に接触したと きに、溶液の昇華が開始するようになっている。 このようにして、真空室の調整が収集表面の冷却および室の排気によってなさ れうる。これによって、導入されたとき、噴霧は連続した過程の一部として凍結 し、降下し、昇華する。昇華率は、噴霧の粒子が昇華された蒸気と共に除去され るほどには高くないことを保証することだけが必要である。 乾燥粒子の寸法は、氷の結晶生成の速度によって部分的に制御される。結晶生 成速度は、生成された結晶の寸法に決定因子となる。溶質が氷の結晶の面に集中 されるので、より小さい結晶がより小さい相互結晶空間を与え、したがって、乾 燥された溶質のより小さい粒子を与える（凍結溶媒が昇華によって取り除かれた とき）。極小粒子を得るためには、したがって、全小滴の瞬間凍結を行うことが 望ましい。 瞬間凍結は、氷の生成がそれ自体発熱を伴うので、液体の従来の凍結乾燥と共 に達成させるためには通常ほとんど不可能である。結晶形成の解放熱は氷層の生 長を遅らせ、氷結晶格子のより発展的な細線化を促進する。しかし、上述した「 減圧凍結」の過程においては、初期蒸発による冷却は、発熱を伴う氷核形成によ って引き継がれる。この氷核形成は、残留液体のさらなる蒸発を生じ、次いで残 留液体の凍結を生じる。このようにして減圧凍結においては、結晶形成の熱は残 留液体の蒸発を生じさせることによって一層の乾燥を促進し、真空の下で小滴の 瞬間凍結に近いものを生じる。 さらに、本発明による方法においては、小粒子の迅速な凍結が対応する小滴の 大きな相対表面積によって容易にされることがわかる。液体の蒸発は小滴の表面 で起る。対応する熱損失は小滴を構成する液体の容積の凍結を生じる。小滴が凍 結するのに要する時間は、小滴の表面積および容積によって定まる。急速凍結は 単位容積当りの急速熱損失（大表面積）を要求する。したがって、最も望ましい 場合は、表面積（蒸発）対容積（凍結）の比が高いときである。噴霧の小滴が球 形の場合、この比は球の半径に反比例するので、本方法は非常に小さい粒子をつ くるのに特に適している。 したがって、好ましくは、最初の圧力は、溶液の凍結が真空室に導入されたと きに、ほぼ瞬間的に起るようになっていることである。 適切にするためには、得られる材料は、噴霧の最初の小滴の寸法に対応する粒 子の形体になっていることである。 本発明によれば、粒子寸法は小滴の凍結率によって制御されてもよい。このよ うにして、急速凍結が多くの用途について好ましいけれども、凍結率が最終材料 の要求にかなうように調節されてもよい。 上述したように、この瞬間凍結は小滴寸法および溶液温度に関連して真空圧力 を選ぶことによって、達成されうる。 真空室の寸法は、スプレー・ノズルと収集表面との間の距離を指定する。小滴 が真空を通過しそして収集表面に接触する前に凍結状態になることがわかるであ ろう。凍結が入口点と収集表面との間で完了されてしまった場合には、小滴のア マルガム化が非常に増大された寸法を生じることになる。 最適実施例によれば、溶媒の蒸発は、昇華後に、昇華工程を通じて収集表面の 温度以下に維持された表面をもつ凝縮器に回収される。 後者の実施例においては、昇華過程における駆動力は、凍結溶媒上の蒸発溶媒 の蒸気圧と、凝集器上の蒸発溶媒の蒸気圧力との差である。 最適実施例によれば、真空室内の圧力は、凍結および昇華工程を通じて一定に 留まる。 方法を通じて圧力を一定に保持することによって、特に収集表面が昇華が一定 圧力で生じる温度に保持されたとき、単独の工程を生じる。このとき、圧力と温 度のみが材料の回収のさいに変えられる必要がある。 別の最適実施例によれば、真空室内の圧力は計測された漏れ口を用いて制御さ れる。真空室内への空気または適切な気体の計測された漏れは、乾燥材料に熱を 伝達する手段を設けることによって、または、昇華に伴う熱損失および温度低下 をずらすために乾燥材料内で昇華率を高めることは凍結乾燥技術における当業者 にとっては明らかである。 昇華の過程は吸熱を伴う。その傾向は、昇華の着手後に凍結溶液の温度が減少 することである。次いで、これは凍結溶液上の溶媒の蒸気圧力を減少し、昇華に よって除去されうる溶媒の比率および量を減少する。 この理由によって、好ましくは、真空室内の収集表面の温度および圧力の制御 は、最初に凍結溶媒の昇華はほぼ完了まで進行し、次いで残留材料がほぼすべて の残留吸収溶媒を排除するのに十分に加熱されることを保証する。 昇華がほぼ完了するまで進行することを保証するには、収集表面の温度が凍結 溶媒の昇華の冷却効果を補償するように調整される工程を収集表面の温度制御が 含むことを要求することによって達成されうる。 したがって、収集表面は加熱手段と冷却手段とが設けられている。フィードバ ックの過程は、温度が昇華の最適量を許す温度の狭い範囲内に留まることを保証 する。 昇華によって除去されうる溶媒のすべてが除去された後でさえも、材料には少 量の吸収溶媒がある。材料および溶媒にもとづいて、材料を真空の下で大なり小 なり暖めることによって、この溶媒は除去される。例えば、水から乾燥される不 耐熱性物質の場合には、２０−３０℃のみの温度がすべての水を除去するために 十分な真空の下で必要とされる。 溶媒は、乾燥されるべき材料が分解し、そして、温度および圧力の正しい条件 の下で昇華を受けるようないかなる物質でもよい。このようにして、溶媒は、無 機溶媒、有機溶媒またはそれらの混合物から選ばれてもよい。無機溶媒の代表例 は、水、アンモニア、水酸化ナトリウム、硝酸である。有機溶媒の代表例は、エ ーテル、ベンゼン、アセトン、ギ酸、酢酸、乳酸である。適切には、混合物は希 薄酸性または塩基性溶液、例えば、水酸化ナトリウムの水溶液であるか、または 混合物は有機及び／又は無機溶媒の混合物または溶液でもよい。 適切にするためには、溶液は、溶液の噴霧の真空補助凍結が揮発性溶媒の急速 蒸発によって加速されるように、揮発性溶媒からなっていてもよい。 例えば、真空の下で水溶液の凍結率は溶液にエタノールを加えることによって 増加される。水とエタノールとを等量含有する溶液の噴霧は、エタノールのほと んど多くの蒸発を伴う熱損失と共に凍結する。凍結水小滴中の残留エタノールは 、共沸混合物中の水蒸気の昇華を伴って運び去られる。 本方法は、適当な溶媒から任意のタイプの溶質を乾燥するように用いられても よいが、本方法は材料が不耐熱性物質であるとき、および、材料が生物学的材料 からなるときにも、特に適用できる。 本方法は空気なしで材料を乾燥する方法を提供する。これは、材料が大気によ って容易に酸化されるかもしくは変質されるか、または、大気を含まない形体で 乾燥材料を得ることが望ましい場合に、特に利益がある。 溶液が２つの混和できる溶媒からなるとき、本方法は特別の用途を有している 。各溶媒は、一方の溶媒には溶けるが他方には溶けない溶質を含有している。 例えば、溶液が水と有機溶媒とからなる場合には、溶液は、有機相が蒸発して 水相成分に堆積または被覆された溶質を残してまたはその逆にして乾燥されても よい。この過程はマイクロカプセル化と乾燥とが１工程でなされるような真空補 助低温球体化の考え方に導びく。 さらに、溶液は２つの溶質からなっていてもよい。両溶質は溶液から回収され る。 この場合、溶媒の蒸発と昇華とは、両溶質の混合物からなる目標粒子をつくる 。同じ考え方は同一溶液中に溶けた３つ以上の材料についても適用できる。 粒子寸法が凍結のさいの小滴の寸法によって決まるので、噴霧の小滴は好まし くは１００μｍ以下の平均径を有していてもよい。小滴の最適寸法は、材料が置 かれるべき用途によって決まる。小滴の平均直径は２０μｍ以下であるか、また は５μｍ以下であってもよい。 適切には、材料は回収される前に真空の下でさらに処理する１またはそれ以上 の段階を経てもよい。このようにして、別の処理が真空の下で適切に実施されう る場合には、これらの処理のための出発材料は真空の下で純粋の形体でその材料 となり、これによりそれ以上の処理工程の必要性を排除し、変質、吸収、汚染、 製品損失等の関連した危険性を排除する。 本発明によれば、次のものからなる溶液を乾燥することによって固体または半 固体材料を得る乾燥装置が提供される。 ａ）溶液が噴霧の形体で導入される真空室 ｂ）前記真空室に導入するさいに噴霧の小滴が真空補助冷凍を受けるように該真 空室を十分に低圧に排気する手段 ｃ）前記室内に定置されていて凍結溶液を収集する収集表面とおよび該収集表面 の温度を制御する第１温度制御手段、該収集表面は小滴が昇華によって乾燥され てしまうまで凍結小滴を保持する。 ｄ）凍結溶媒の昇華が凍結溶液から生じるように真空圧力を制御する手段 好ましくは、前記凍結溶液の温度を制御する手段は、該凍結溶液を収集する収集 表面と、該収集表面の温度を制御する第１温度制御手段とからなる。 好ましくは、本装置は、溶液が前記真空室に導入される前に、溶液の温度を制 御する第２制御手段をさらに有している。 凍結溶液の昇華は、真空室が溶媒蒸気を凝縮する凝縮器をさらに有する場合に は、本発明にもとづく装置を用いたときに容易にされる。 好ましいタイプの凝縮器は液体窒素トラップまたは冷却されたコイルを有して いる。 凝縮器の位置および特性の選択は、装置の要求、溶媒の性質および容積、溶媒 が除去される比率によって決定される。 昇華率が収集表面上の蒸気と凝縮器の表面上の蒸気との蒸気圧力差の関数とな るので、最適実施例は凝縮器の温度を制御する第３温度制御手段からなる。 最適実施例によれば、前記の真空圧力を制御する手段が、前記真空室内への計 測された漏れ口を与える手段を有している。 収集表面は好ましくは真空室の１またはそれ以上の壁である。この場合、全体 として真空室が冷却される。溶液が噴霧されたとき、凍結小滴が壁に収集され、 そしてそこから昇華が起る。 代案として、収集表面は凍結小滴を収集するように真空室内に定置された着脱 自在のトレイである。 これは、着脱自在の殺菌表面に材料を堆積させるようにする。材料は乾燥過程 の完了のさいに真空室から除去される。これによって、汚染の可能性または製品 の損失を最小にする。 好ましくは、乾燥装置は、溶液を前記真空室内に噴霧の形体で導入するスプレ イ・ノズルをさらに有している。 好ましくは、溶液を前記ノズルに供給する手段をさらに有している。 好ましくは、前記の溶液を前記ノズルに供給する手段は、溶液をノズルに供給 するように重力を用いている。 好ましくは、前記のノズルに溶液を供給する手段は、ピストン構造からなる。 最も好ましくは、前記のノズルに溶液を供給する手段は、溶液を凍結しかつ前 記ノズルに連通する容器に凍結溶液を圧縮する手段からなる。 本装置の最適実施例によれば、前記のノズルに溶液を供給する手段は、空気が 前記真空室に受け入れる前に、溶液の供給を遮断する手段からなる。 溶液がノズル内で凍結しやすい場合には、これは凍結溶液のノズルの孔通しを するために回転遠心ノズルまたは間欠プランジャを設けることによって回避され うる。代案として、制御された温度の流体を有する外側ジャケットが用いられて もよい。このジャケットは凍結溶液を溶かすためにノズルを包囲している。 請求の範囲 １． 次の工程からなる溶液を乾燥することによって固体または半固体材料を得 る方法。 （ａ）溶液を均一な噴霧状の形体で空になった室に導入することによって、溶液 を真空補助凍結させること。該噴霧の小滴は前記室内で真空圧で凍結することを 保証するのに十分な低温になる。 （ｂ）収集表面が凍結溶液を収集するように前記室内に定置されかつ小滴が昇華 によって乾燥されてしまうまで小滴を保持するようになっている収集表面に溶液 の凍結小滴を集め、そして、凍結溶媒が収集保持凍結小滴から昇華するように該 室内の収集表面温度および圧力を制御すること。前記収集表面は、噴霧が空にな った室に導入される前に、初期圧力において凍結溶液の融点よりも大きくない初 期温度にすることによって準備され、前記室内の収集表面温度および圧力は昇華 が起きたときに凍結小滴の部分的溶融を防止するように昇華の過程を通じて維持 される。 ２． 溶液を空になった室内に導入する前に、溶液の平衡凍結点以上の温度に該 溶液を冷却する工程をさらに有することを特徴とした請求項１記載の方法。 ３． 溶液が空になった室に導入される前に、溶液を過冷却する工程をさらに有 することを特徴とした請求項１記載の方法。 ４． 前記初期温度は、溶液の凍結小滴が前記収集表面に接触したときに溶媒の 昇華が開始するようになっいることを特徴とした請求項１から３までの任意の一 項に記載の方法。 ５． 前記溶液の凍結は、前記室への導入のさいに、ほぼ瞬時になされることを 特徴とした前記請求項の任意の項に記載の方法。 ６． 得られた材料は、噴霧の最初の凍結小滴に相当する寸法の粒子の形体にな っていることを特徴とした前記請求項の任意の項に記載の方法。 ７． 粒子寸法は小滴の凍結率によって制御されることを特徴とした請求項６記 載の方法。 ８． 溶媒蒸気は昇華後に凝縮器に回収され、該凝縮器の表面温度が前記昇華工 程を通じて前記収集表面の温度以下に維持されることを特徴とした前記請求項の 任意の項に記載の方法。 ９． 前記室内の圧力は前記凍結および昇華工程を通じて一定に留まっているこ とを特徴とした前記請求項の任意の項に記載の方法。 １０．前記室内の圧力が、計測された漏れ口を用いて制御されることを特徴とし た前記請求項の任意の項に記載の方法。 １１．前記収集表面の温度および前記室内の圧力の制御は、前記凍結溶媒の昇華 がほぼ完了し、続いて、残留材料がほぼすべての残留吸収溶媒を除去するのに十 分に加熱されることを最初に保証することを特徴とした前記請求項の任意の項に 記載の方法。 １２．前記収集表面の温度の制御は、該収集表面の温度が凍結溶媒の昇華の冷却 効果を補償するように調節される工程を含んでいることを特徴とした前記請求項 の任意の項に記載の方法。 １３．前記溶媒が無機溶媒、有機溶媒、およびこれらの混合物のうちから選択さ れることを特徴とした前記請求項の任意の一項に記載の方法。 １４．前記溶媒が水であることを特徴とした請求項１３記載の方法。 １５．前記溶媒が酢酸であることを特徴とした請求項１３記載の方法。 １６．前記材料が不耐熱性物質であることを特徴とした前記請求項の任意の項に 記載の方法。 １７．前記材料が生物学的上の材料からなることを特徴とした前記請求項の任意 の項に記載の方法。 １８．前記材料は大気によって容易に酸化または変質されることを特徴とした前 記請求項の任意の項に記載の方法。 １９．乾燥された材料は大気を含有しない形体で得られることを特徴とした前記 請求項の任意の項に記載の方法。 ２０．前記溶液は２つの混和しうる溶媒からなり、各溶媒は一方の溶媒中に溶解 しうるが他方の溶媒中には溶解しない溶質を含有していることを特徴とした前記 請求項の任意の項に記載の方法。 ２１．前記溶液は２つの溶質からなり、両者は溶液から回収されることを特徴と した前記請求項の任意の項に記載の方法。 ２２．前記噴霧の小滴は、１００μｍ以下の平均径であることを特徴とした前記 請求項の任意の項に記載の方法。 ２３．前記噴霧の小滴は、２０μｍ以下の平均径であることを特徴とした請求項 ２２記載の方法。 ２４．前記噴霧の小滴は、５μｍ以下の平均径であることを特徴とした請求項２ ２記載の方法。 ２５．次のものからなる溶液を乾燥することによって固体または半固体材料を得 る乾燥装置。 ａ）溶液が噴霧の形体で導入される真空室 ｂ）前記真空室に導入するさいに噴霧の小滴が真空補助冷凍を受けるように該真 空室を十分に低圧に排気する手段 ｃ）前記真空室に定置されていて凍結溶液を収集する収集表面とおよび該収集表 面の温度を制御する第１温度制御手段、該収集表面は小滴が昇華によって乾燥さ れてしまうまで凍結小滴を保持する。 ｄ）凍結溶媒の昇華が凍結溶液から生じるように真空圧力を制御する手段 ２６．溶液が前記真空室に導入される前に、溶液の温度を制御する第２温度制御 手段をさらに有していることを特徴とした請求項２５記載の乾燥装置。 ２７．前記真空室は、溶媒蒸気を凝集する凝縮器をさらに有することを特徴とし た請求項２５または２６記載の乾燥装置。 ２８．前記凝縮器は、液体窒素トラップを有していることを特徴とした請求項２ ７記載の乾燥装置。 ２９．前記凝縮器は、冷却されたコイルを有していることを特徴とした請求項２ ７記載の乾燥装置。 ３０．前記凝縮器の温度を制御する第３温度制御手段をさらに有していることを 特徴とした請求項２７から２９までの任意の項に記載の乾燥装置。 ３１．前記の真空圧力を制御する手段が、前記真空室内への計測された漏れ口を 与える手段を有していることを特徴とした請求項２５から３０までの任意の一項 に記載の乾燥装置。 ３２．前記収集表面は、前記真空室の１またはそれ以上の壁であることを特徴と した請求項２５から３１までの任意の一項に記載の乾燥装置。 ３３．前記収集表面は、凍結小滴を収集するように前記真空室内に定置される着 脱自在のトレイであることを特徴とした請求項２５から３１までの任意の一項に 記載の乾燥装置。 ３４．溶液を前記真空室内に噴霧の形体で導入するスプレイ・ノズルをさらに有 していることを特徴とした請求項２５から３３までの任意の一項に記載の乾燥装 置。 ３５．溶液を前記ノズルに供給する手段をさらに有することを特徴とした請求項 ３４記載の乾燥装置。 ３６．前記の溶液を前記ノズルに供給する手段は、溶液をノズルに供給するよう に重力を用いていることを特徴とした請求項３５記載の乾燥装置。 ３７．前記のノズルに溶液を供給する手段は、ピストン構造からなることを特徴 とした請求項３５記載の乾燥装置。 ３８．前記のノズルに溶液を供給する手段は、ポンプからなることを特徴とした 請求項３５記載の乾燥装置。 ３９．前記のノズルに溶液を供給する手段は、溶液を凍結しかつ前記ノズルに連 通する容器に凍結溶液を圧縮する手段からなることを特徴とした請求項３５記載 の乾燥装置。 ４０．前記のノズルに溶液を供給する手段は、空気が前記真空室に受け入れる前 に、溶液の供給を遮断する手段からなることを特徴とした請求項３５から３９ま での任意の一項に記載の乾燥装置。 ４１．前記ノズルは回転遠心ノズルであることを特徴とした請求項３４から４０ までの任意の一項に記載の乾燥装置。 ４２．前記のノズルに溶液を供給する手段は、凍結溶液のノズルの穴を通すよう に間欠プランジャからなることを特徴とした請求項３４から４０までの任意の一 項に記載の乾燥装置。 ４３．前記のノズルに溶液を供給する手段は、制御された温度の流体を有する外 側ジャケットからなり、該ジャケットが凍結溶液を溶かすためにノズルを包囲し ていることを特徴とした請求項３４から４０までの任意の一項に記載の乾燥装置 。 ４４．ほぼすべての吸収された溶媒が溶質から除去されるように昇華が起った後 に、乾燥された溶質の温度を増加させる手段をさらに有することを特徴とした請 求項２５から４３までの任意の一項に記載の乾燥装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 次の工程からなる溶液を乾燥することによって固体または半固体材料を得 る方法。 （ａ）噴霧状の溶液を真空補助凍結させること。 （ｂ）凍結溶媒を凍結溶液から昇華させること。 ２． 前記（ａ）の工程は溶液を噴霧状の形体で空になった室に導入することか らなり、該噴霧の小滴は前記室内で真空圧で凍結することを保証するのに十分な 低温になることを特徴とした請求項１記載の方法。 ３． 溶液を空になった室内に導入する前に、溶液の平衡凍結点以上の温度に該 溶液を冷却する工程をさらに有することを特徴とした請求項２記載の方法。 ４． 溶液が空になった室に導入される前に、溶液を過冷却する工程をさらに有 することを特徴とした請求項２記載の方法。 ５． 前記（ｂ）の工程は、前記室の収集表面に溶液の凍結小滴を集めること、 凍結溶媒が収集凍結小滴から昇華するように該室内の収集表面温度および圧力を 制御することからなることを特徴とした請求項１から４までの任意の一項に記載 の方法。 ６． 前記収集表面は、噴霧が空になった室に導入される前に、初期圧力におい て凍結溶液の融点よりも大きくない初期温度にすることによって準備され、前記 初期圧力は噴霧が導入されたときに前記室内の圧力であることを特徴とした請求 項５記載の方法。 ７． 前記初期温度は、溶液の凍結小滴が前記収集表面に接触したときに溶媒の 昇華が開始するようになっいることを特徴とした請求項６記載の方法。 ８． 前記溶液の凍結は、前記室への導入のさいに、ほぼ瞬時になされることを 特徴とした前記請求項の任意の項に記載の方法。 ９． 得られた材料は、噴霧の最初の凍結小滴に相当する寸法の粒子の形体にな っていることを特徴とした前記請求項の任意の項に記載の方法。 １０．粒子寸法は小滴の凍結率によって制御されることを特徴とした請求項９記 載の方法。 １１．溶媒蒸気は昇華後に凝縮器に回収され、該凝縮器の表面温度が前記昇華工 程を通じて前記収集表面の温度以下に維持されることを特徴とした請求項５から １０までの任意の一項に記載の方法。 １２．前記室内の圧力は前記凍結および昇華工程を通じて一定に留まっているこ とを特徴とした前記請求項の任意の項に記載の方法。 １３．前記室内の圧力が、計測された漏れ口を用いて制御されることを特徴とし た請求項１から１１までの任意の一項に記載の方法。 １４．前記収集表面の温度および前記室内の圧力の制御は、前記凍結溶媒の昇華 がほぼ完了し、続いて、残留材料がほぼすべての残留吸収溶媒を除去するのに十 分に加熱されることを最初に保証することを特徴とした請求項５から１３までの 任意の一項に記載の方法。 １５．前記収集表面の温度の制御は、該収集表面の温度が凍結溶媒の昇華の冷却 効果を補償するように調節される工程を含んでいることを特徴とした請求項５か ら１４までの任意の一項に記載の方法。 １６．前記溶媒が無機溶媒、有機溶媒、およびこれらの混合物のうちから選択さ れることを特徴とした前記請求項の任意の一項に記載の方法。 １７．前記溶媒が水であることを特徴とした請求項１６記載の方法。 １８．前記溶媒が酢酸であることを特徴とした請求項１６記載の方法。 １９．前記材料が不耐熱性物質であることを特徴とした前記請求項の任意の項に 記載の方法。 ２０．前記材料が生物学的上の材料からなることを特徴とした前記請求項の任意 の項に記載の方法。 ２１．前記材料は大気によって容易に酸化または変質されることを特徴とした前 記請求項の任意の項に記載の方法。 ２２．乾燥された材料は大気を含有しない形体で得られることを特徴とした前記 請求項の任意の項に記載の方法。 ２３．前記溶液は２つの混和しうる溶媒からなり、各溶媒は一方の溶媒中に溶解 しうるが他方の溶媒中には溶解しない溶質を含有していることを特徴とした前記 請求項の任意の項に記載の方法。 ２４．前記溶液は２つの溶質からなり、両者は溶液から回収されることを特徴と した前記請求項の任意の項に記載の方法。 ２５．前記噴霧の小滴は、１００μｍ以下の平均径であることを特徴とした前記 請求項の任意の項に記載の方法。 ２６．前記噴霧の小滴は、２０μｍ以下の平均径であることを特徴とした前記請 求項の任意の項に記載の方法。 ２７．前記噴霧の小滴は、５μｍ以下の平均径であることを特徴とした前記請求 項の任意の項に記載の方法。 ２８．次のものからなる溶液を乾燥することによって固体または半固体材料を得 る乾燥装置。 ａ）溶液が噴霧の形体で導入される真空室 ｂ）前記真空室に導入するさいに噴霧の小滴が真空補助冷凍を受けるように該真 空室を十分に低圧に排気する手段 ｃ）前記真空室の一部を成形していて凍結溶液の温度を制御する手段 ｄ）凍結溶媒の昇華が凍結溶液から生じるように真空圧力を制御する手段 ２９．前記凍結溶液の温度を制御する手段は、該凍結溶液を収集する収集表面と 、該収集表面の温度を制御する第１温度制御手段とからなることを特徴とした請 求項２８記載の乾燥装置。 ３０．溶液が前記真空室に導入される前に、溶液の温度を制御する第２温度制御 手段をさらに有していることを特徴とした請求項２８または２９記載の乾燥装置 。 ３１．前記真空室は、溶媒蒸気を凝縮する凝縮器をさらに有することを特徴とし た請求項２８から３０までの任意の一項に記載の乾燥装置。 ３２．前記凝縮器は、液体窒素トラップを有していることを特徴とした請求項３ ０記載の乾燥装置。 ３３．前記凝縮器は、冷却されたコイルを有していることを特徴とした請求項３ ０記載の乾燥装置。 ３４．前記凝縮器の温度を制御する第３温度制御手段をさらに有していることを 特徴とした請求項３０から３３までの任意の一項に記載の乾燥装置。 ３５．前記の真空圧力を制御する手段が、前記真空室内への計測された漏れ口を 与える手段を有していることを特徴とした請求項２８から３４までの任意の一項 に記載の乾燥装置。 ３６．前記収集表面は、前記真空室の１またはそれ以上の壁であることを特徴と した請求項２９から３５までの任意の一項に記載の乾燥装置。 ３７．前記収集表面は、凍結小滴を収集するように前記真空室内に定置される着 脱自在のトレイであることを特徴とした請求項２９から３５までの任意の一項に 記載の乾燥装置。 ３８．溶液を前記真空室内に噴霧の形体で導入するスプレイ・ノズルをさらに有 していることを特徴とした請求項２８から３７までの任意の一項に記載の乾燥装 置。 ３９．溶液を前記ノズルに供給する手段をさらに有することを特徴とした請求項 ３８記載の乾燥装置。 ４０．前記の溶液を前記ノズルに供給する手段は、溶液をノズルに供給するよう に重力を用いていることを特徴とした請求項３９記載の乾燥装置。 ４１．前記のノズルに溶液を供給する手段は、ピストン構造からなることを特徴 とした請求項３９記載の乾燥装置。 ４２．前記のノズルに溶液を供給する手段は、ポンプからなることを特徴とした 請求項３９記載の乾燥装置。 ４３．前記のノズルに溶液を供給する手段は、溶液を凍結しかつ前記ノズルに連 通する容器に凍結溶液を圧縮する手段からなることを特徴とした請求項３９記載 の乾燥装置。 ４４．前記のノズルに溶液を供給する手段は、空気が前記真空室に受け入れる前 に、溶液の供給を遮断する手段からなることを特徴とした請求項３９記載の乾燥 装置。 ４５．前記ノズルは回転遠心ノズルであることを特徴とした請求項３８から４４ までの任意の一項に記載の乾燥装置。 ４６．前記のノズルに溶液を供給する手段は、凍結溶液のノズルの穴を通すよう に間欠プランジャからなることを特徴とした請求項３８から４４までの任意の一 項に記載の乾燥装置。 ４７．前記のノズルに溶液を供給する手段は、制御された温度の流体を有する外 側ジャケットからなり、該ジャケットが凍結溶液を溶かすためにノズルを包囲し ていることを特徴とした請求項３８から４４までの任意の一項に記載の乾燥装置 。 ４８．ほぼすべての吸収された溶媒が溶質から除去されるように昇華が起った後 に、乾燥された溶質の温度を増加させる手段をさらに有することを特徴とした請 求項２８から４７までの任意の一項に記載の乾燥装置。