WO2018037818A1 - 水素供給材及びその製造方法、並びに水素供給方法 - Google Patents
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Abstract
本発明の1つの水素供給材(200)である層状固形剤(100a)は、水素の発生能を有するシリコン微細粒子又はその凝集体と、生理学的に許容可能な、該シリコン微細粒子又はその凝集体に接する媒体(90b)とを備える。また、この水素供給材(200)は、媒体(90b)を経由して前述の水素を皮膚及び/又は粘膜に接触させるための水素供給材である。
Description
本発明は、水素供給材及びその製造方法、並びに水素供給方法に関する。
人を含む動物の体内には、体内において生成され、また肺から取り込まれた酸素に由来する活性酸素が存在する。活性酸素は生命維持に必要である一方、生体を構成する細胞を酸化して損傷させることが知られている。例えば、活性酸素、特に活性酸素の中でも最も酸化力の強いヒロドキシルラジカルは癌、脳卒中、心筋梗塞、糖尿病その他の生活習慣病、皮膚の老化や皮膚炎などの皮膚障害といった様々な疾病を引き起こすと考えられている。また、ヒロドキシルラジカルが、肌の美白化又は育毛にも悪い影響(しみ・くすみ、又は抜け毛を含む)を与えていると言われている。従って、生体にとって有益な反応に用いられなかった余剰の活性酸素、特にヒロドキシルラジカルはできる限り体内に存在させないようにすることが望ましい。
体内で生成したヒドロキシルラジカルは、幾つかの物質と反応することによって消滅する。ヒドロキシルラジカルを消滅させる物質の一例として水素が知られている。水素がヒドロキシルラジカルと反応して生成するのは水であり、生体に有害な物質を生成しない。そこで、体内のヒドロキシルラジカルを消滅させる水素を含有する、水素水の生成装置が提案されている(例えば特許文献1)。
ところが、水素水中の水素濃度は、最大でも1.6ppm(飽和水素濃度)と低く、その上、水素水中の水素は空気中に拡散しやすいため、水素濃度は時間の経過とともに著しく低下する。従って、水素水を摂取するという方法では、体内のヒドロキシルラジカルと反応させるために十分な量の水素を体内に取り込むことは容易ではない。そこで、水素を体内に取り込み易くするために、水素と界面活性剤とを含む水素含有組成物が提案されている(特許文献2)。
なお、本願発明者らは、シリコンナノ粒子による水の分解と水素発生について研究し、その結果を記載している(非特許文献1、特許文献3、及び特許文献4)。
松田真輔ほか、シリコンナノ粒子による水の分解と水素濃度、第62回応用物理学会春季学術講演会 講演予稿集、2015、11a-A27-6
しかしながら、たとえ高濃度の水素水を摂取したとしても、1リットルの水素水中に含まれる水素量は気体換算で最大18ml(ミリリットル)にすぎず、その上、胃腸内において水素水中の水素の多くがガス化してしまう。そのため、必ずしも十分な量の水素が体内に取り込まれず、呑気症状(いわゆる「げっぷ」)を引き起こす問題がある。一方、界面活性剤によって水素を内包させた水素含有組成物を摂取する場合、十分な量の水素を体内に取り込むためには多くの水素含有組成物の摂取が必要となる。加えて、胃内において水素が放出されてしまうという上述の問題も生じうる。
そこで、本願発明者らは、体内に水素を取り込む手段を従来からの「飲料用の水」に限定してしまうことは、活性酸素を十分に低減し得るために必要な量の水素を体内に取り込むことを困難にすることに着眼した。仮に、人間の日常生活における行動場面(以下、総称して「生活場面」という)において、より自然な形で皮膚及び/又は粘膜を水素に接触させる機会を増やすことができれば、その一つ一つの生活場面において体内に取り込むことができる水素の量は限られていたとしても、全体を通して取り込むことができる水素の総量は相当に多くなる。本願発明者らは、そのような工夫を施すことによって体内のヒドロキシルラジカルと反応させるために十分な量に到達し得る、又はその量に近づけることができると考え、鋭意、研究開発に取り組んだ。
本発明は、上述の技術課題の少なくとも1つを解消し、生活場面において、体内のヒドロキシルラジカルを消滅するために十分な量の水素をその体内に取り込み易くすることに大いに貢献するものである。
上述の着眼点に基づいて本願発明者らが鋭意検討と分析を重ねた結果、大変興味深い知見が得られた。具体的には、ある特徴を有するシリコン微細粒子又はその凝集体は、ある数値範囲のpH値を有する水含有液又は該水含有液を含むことができる媒体に接触させたとしてもほとんど水素を発生させることがないが、別の数値範囲のpH値を有する水含有液又は該水含有液を含むことができる媒体(以下、総称して「媒体」ともいう)に接触させたときには、顕著に水素を発生させ得ることを、本願発明者らは見出した。また、その水素の発生量はpH値が大きくなるに伴って大きく増加するという知見も得られた。なお、本願における「水含有液」は、水自身、ヒトの汗、及びヒトの体液を含む。
一方、経口摂取とは異なる手段を採用する場合、換言すれば、皮膚及び/又は粘膜に接触させることによって体内(皮膚自身又は粘膜自身を含む)に取り込みたいと考える場合、皮膚及び/又は粘膜自身の存在に加えて、生活場面においては避けることができない「汗」の存在も水素の発生に障害となり得ることを、本願発明者らは知得した。「皮膚」及び「汗」は、場合によっては酸性(弱酸性)~塩基性(弱塩基性)を呈するため、生活場面において該シリコン微細粒子又はその凝集体が接触するヒトの部位のpH環境を整えることも、水素を確度高く体内に取り込み易くするための有益な手段となり得る。
なお、シリコン微細粒子又はその凝集体と水分子との反応による水素発生機構は、下記の(化1)式に示されている。しかしながら、上述のとおり、本願発明者らは、この(化1)式に示された反応がpH値の低い(代表的にはpH値が5未満)媒体との接触の場合は限定的な反応ではあるが、pH値が6以上の媒体に接触したときには進行することを見出した。従って、大変興味深いことに、弱酸性であるpH値が6の水含有液(又は該水含有液を含むことができる媒体)であっても、有効に水素を発生させることが可能であることが明らかとなった。さらに調査を進めることにより、水素の発生を促進させるためには、より好適にはpH値が7以上(又は、7超)であり、さらに好適にはpH値が7.4超であり、非常に好適には8超の塩基性(以下、「アルカリ性」という)の媒体に接触させることが有効であることを見出した。
(化1)Si+2H2O→SiO2+2H2
上述の各知見を踏まえて、本願発明者らは、該シリコン微細粒子又はその凝集体を活用するとともに、その使用環境を適切に調整又は設定することにより、上述の技術課題の少なくとも一部を解決し得ることを見出した。本発明は上述の視点に基づいて創出された。
本発明の1つの水素供給材は、水素の発生能を有するシリコン微細粒子又はその凝集体と、生理学的に許容可能な、該シリコン微細粒子又はその凝集体に接する媒体と、を備える。また、この水素供給材は、前述の媒体を経由して前述の水素を皮膚及び/又は粘膜に接触させるための水素供給材である。
この水素供給材によれば、生理学的に許容可能な上述の媒体がシリコン微細粒子又はその凝集体に接することによって生じる水素を皮膚及び/又は粘膜に接触させることによって、経口摂取とは異なる手段を用いて、体内(皮膚自身又は粘膜自身を含む)に取り込むことを実現することができる。
なお、上述の水素供給材の発明において、例えば、上述のシリコン微細粒子又はその凝集体の固形剤/固形材(以下、代表して「固形剤」という)又は上述のシリコン微細粒子又はその凝集体を含む層を覆う不透水性の膜をさらに備え、その膜の少なくとも一部を除去したとき又はその膜の少なくとも一部が溶解したときに、該媒体が該シリコン微細粒子に接することは、水素の発生が必要な場面を自由度高く選択することを可能にする観点から好適な一態様である。
また、本発明の1つの水素供給材の製造方法は、水素の発生能を有するシリコン微細粒子又はその凝集体を、生理学的に許容可能な媒体を経由して前述の水素を皮膚及び/又は粘膜に接触させるために、前述の媒体に接触させる接触工程を含む。
この水素供給材の製造方法は、生理学的に許容可能な上述の媒体をシリコン微細粒子又はその凝集体に接触させる接触工程によって生じる水素を、該媒体を経由して皮膚及び/又は粘膜に接触させる機会を与える。その結果、この水素供給材の製造方法によれば、経口摂取とは異なる手段を用いて、体内(皮膚自身又は粘膜自身を含む)に取り込むことを実現する水素供給材を製造することができる。
また、本発明の1つの水素供給方法は、水素の発生能を有するシリコン微細粒子又はその凝集体を、生理学的に許容可能な媒体を経由して前述の水素を皮膚及び/又は粘膜に接触させるために、前述の媒体に接触させる接触工程を含む。
この水素供給方法によれば、生理学的に許容可能な上述の媒体をシリコン微細粒子又はその凝集体に接触させる接触工程によって生じる水素を、該媒体を経由して皮膚及び/又は粘膜に接触させる機会を与える。その結果、この水素供給方法によれば、経口摂取とは異なる手段を用いて、体内(皮膚自身又は粘膜自身を含む)に取り込むことを実現することができる。
なお、上述の水素供給材の製造方法の発明又は上述の水素供給方法の発明においても、例えば、上述のシリコン微細粒子又はその凝集体の固形剤又は上述のシリコン微細粒子又はその凝集体を含む層を覆う不透水性の膜の少なくとも一部を除去したとき又は該膜の少なくとも一部が溶解したときに、該シリコン微細粒子を上述の媒体に接触させることは、水素の発生が必要な場面を自由度高く選ぶことを可能にする観点から好適な一態様である。
また、本願においては、結晶についての径の大きさが「nmオーダー」になる場合は、「結晶粒(又は結晶粒子)」という表現ではなく、「結晶子」という表現を採用する。一方、結晶についての径の大きさが、「μmオーダー」になる場合は、「結晶粒(又は結晶粒子)」という表現を採用する。
ここで、本願における「シリコン微細粒子」は、平均の結晶子径がnmオーダー、具体的には結晶子径が1nm以上100nm以下の「シリコンナノ粒子」を含むものである。より狭義には、本願における「シリコン微細粒子」は、平均の結晶子径がナノレベル、具体的には結晶子径が1nm以上50nm以下のシリコンナノ粒子を主たる粒子とする。ここで、本願発明者によれば、主たる結晶子径が1nm以上10nm未満であるシリコンナノ粒子が、採用し得る一態様としての最も微細化を実現した「シリコン微細粒子」である。また、本願においてシリコン微細粒子には、各シリコンナノ粒子が分散している状態のもののみならず、複数のシリコンナノ粒子が自然に集まってμm近い(概ね0.1μm以上1μm以下)の大きさの凝集体を構成した状態のものが含まれる。
上述のとおり、本願における「シリコン微細粒子」は、自然な状態において凝集することによってμmレベル(例えば、1μm程度)の径の大きさの凝集体を構成し得る。この「凝集体」と区別するために、本願においては、結合剤の添加や圧縮等により、人為的にシリコン微細粒子を集合させることによって、人間の指によってつまめる程度の大きさの塊状の固体の製剤としたものを「固形剤」と称する場合がある。「固形剤」の代表的な例は、錠剤、塊状を呈さず粉状を呈する顆粒又は散剤である。また、本願の「シリコン微細粒子」又は「シリコン微細粒子の凝集体」は、層状又は膜状(以下、総称して「層状」という)となることも可能である。
また、本願における「生理学的に許容可能な物質又は材料」は、実質的に毒性がなく、皮膚又は粘膜に接触したとしても副作用又は有害反応を実質的に生じさせない物質又は材料である。なお、「生理学的」の用語には、「医学的」の意味が含まれる。
本発明の1つの水素供給材によれば、生理学的に許容可能な上述の媒体がシリコン微細粒子又はその凝集体に接することによって生じる水素を皮膚及び/又は粘膜に接触させることによって、経口摂取とは異なる手段を用いて、体内(皮膚自身又は粘膜自身を含む)に取り込むことを実現することができる。
また、本発明の1つの水素供給材の製造方法によれば、経口摂取とは異なる手段を用いて体内(皮膚自身又は粘膜自身を含む)に取り込むことを実現する水素供給材を製造することができる。
また、本発明の1つの水素供給方法によれば、経口摂取とは異なる手段を用いて、体内(皮膚自身又は粘膜自身を含む)に取り込むことを実現することができる。
20 基部
70 膜
90a 入浴水
90b 媒体
100 固形剤
100a 層状固形剤
200 積層構造
70 膜
90a 入浴水
90b 媒体
100 固形剤
100a 層状固形剤
200 積層構造
本発明の実施形態を、添付する図面を参照して詳細に述べる。
<第1の実施形態>
本実施形態の水素供給材は、水素の発生能を有するシリコン微細粒子(又はその凝集体)と該シリコン微細粒子(又はその凝集体)に接する媒体とを含む。以下に、本実施形態の水素供給材の一例として、シリコン微細粒子(又はその凝集体)と、該シリコン微細粒子(又はその凝集体)を含む固形剤について詳述する。加えて、本実施形態の水素供給材の製造方法及び水素供給方法についても詳述する。
本実施形態の水素供給材は、水素の発生能を有するシリコン微細粒子(又はその凝集体)と該シリコン微細粒子(又はその凝集体)に接する媒体とを含む。以下に、本実施形態の水素供給材の一例として、シリコン微細粒子(又はその凝集体)と、該シリコン微細粒子(又はその凝集体)を含む固形剤について詳述する。加えて、本実施形態の水素供給材の製造方法及び水素供給方法についても詳述する。
[1]シリコン微細粒子(又はその凝集体)、あるいは固形剤、並びにその製造方法
本実施形態の固形剤は、シリコン粒子としての市販の高純度シリコン粒子粉末(代表的には、高純度化学研究所社製、粒度分布<φ5μm(但し、結晶粒径が1μm超のシリコン粒子、純度99.9%、i型シリコン)をビーズミル法によって微細化した、シリコンナノ粒子を主たる粒子とするシリコン微細粒子(以下、便宜的に、「シリコンナノ粒子」ともいう)を用いて製造される。本実施形態においては、エタノール溶液中でシリコン粒子を粉砕することによって該シリコン微細粒子又は該シリコン微細粒子の凝集体を形成する工程が採用される。
本実施形態の固形剤は、シリコン粒子としての市販の高純度シリコン粒子粉末(代表的には、高純度化学研究所社製、粒度分布<φ5μm(但し、結晶粒径が1μm超のシリコン粒子、純度99.9%、i型シリコン)をビーズミル法によって微細化した、シリコンナノ粒子を主たる粒子とするシリコン微細粒子(以下、便宜的に、「シリコンナノ粒子」ともいう)を用いて製造される。本実施形態においては、エタノール溶液中でシリコン粒子を粉砕することによって該シリコン微細粒子又は該シリコン微細粒子の凝集体を形成する工程が採用される。
具体的には、ビーズミル装置(アイメックス株式会社製、横型連続式レディーミル(型式、RHM-08)を用いて、高純度シリコン粉末200gを、99.5wt%のエタノール溶液4L(リットル)中に分散させ、φ0.5μmのジルコニア製ビーズ(容量750ml)を加えて4時間、回転数2500rpmで粉砕(一段階粉砕)を行って微細化する。
本実施形態においては、ビーズミル装置の粉砕室内部に設けられたセパレーションスリットにより、ビーズとシリコンナノ粒子を含むエタノール溶液とに分離される。ビーズから分離されたシリコンナノ粒子を含むエタノール溶液は、減圧蒸発装置を用いて30℃~35℃に加熱される。その結果、エタノール溶液を蒸発させることによって、シリコンナノ粒子及び/又はその凝集体が得られる。
上記方法により得たシリコン微細粒子は、主として、結晶子径が1nm以上100nm以下のシリコンナノ粒子を含む。より具体的には、シリコンナノ粒子をX線回折装置(リガク電機製スマートラボ)によって測定した結果、一例として、次の値が得られた。体積分布においては、モード径が6.6nm、メジアン径が14.0nm、平均結晶子径が20.3nmであった。
このシリコンナノ粒子を、SEM(走査電子顕微鏡)を用いて観察したところ、シリコンナノ粒子は一部が凝集して、0.5μm程度以下のやや大きな、不定形の凝集体が形成されていた。また、個別のシリコンナノ粒子を、TEM(透過型電子顕微鏡)を用いて観察したところ、主たるシリコンナノ粒子は、結晶子径が約2nm以上20nm以下であった。
本実施形態においては、その後、ガラス容器中で、過酸化水素水と該シリコンナノ粒子とを混合する第1混合工程(以下、「H2O2処理」又は「過酸化水素水処理工程」ともいう)が行われる。本実施形態においては、混合工程における過酸化水素水(本実施形態においては、3.5wt%)の温度は75℃である。また、混合時間は30分である。なお、第1混合工程(過酸化水素水処理工程)において十分に攪拌処理がされることは、シリコンナノ粒子と過酸化水素水とが接する機会を増やすため好ましい。また、第1混合工程(過酸化水素水処理工程)における過酸化水素水の温度は、例えば、室温程度であっても本実施形態の少なくとも一部の効果が奏され得る。
過酸化水素水と混合されたシリコンナノ粒子を、公知の遠心分離処理装置を用いて、固液分離処理によって過酸化水素水を除くことにより、シリコンナノ粒子を得る。その結果、過酸化水素水によって表面が処理されたシリコンナノ粒子を得ることができる。ここで、過酸化水素水によって表面が処理されることにより、シリコンナノ粒子の表面に存在するアルキル基(例えば、メチル基)が除去され得る。その結果、該シリコンナノ粒子(及び該シリコンナノ粒子を主たる粒子とするシリコン微細粒子)及びその凝集体は、全体としては表面の親水性を保ちつつ、水含有液を含むことができる媒体と直接接し得る表面をも有する状態を形成し得る。このような特殊な表面処理が施されることによって、水素の発生はより確度高く促進され得る。
本実施形態においては、さらにその後、該シリコンナノ粒子とエタノール溶液とを混合する第2混合工程が行われる。なお、混合工程において十分に攪拌処理がされることは、シリコンナノ粒子とエタノール溶液(本実施形態においては、99.5wt%)とが接する機会を増やすため好ましい。エタノール溶液と混合されたシリコンナノ粒子を、公知の遠心分離処理装置を用いて、固液分離処理によって揮発性の高いエタノール溶液を除いてから十分に乾燥させることにより、本実施形態の1つの最終的なシリコンナノ粒子が製造される。
なお、本実施形態においては、他の最終的なシリコンナノ粒子として、上述の各工程のうち、第1混合工程における過酸化水素水とシリコンナノ粒子との混合時間が60分であったシリコンナノ粒子も製造した。また、シリコン微細粒子及びその凝集体については、それらの形状制御又は構造制御を適宜行うことも、本実施形態の他の一態様である。
ところで、本実施形態では、後述する第2の実施形態のようにイソプロピルアルコールを用いておらず、エタノール溶液及び過酸化水素水を用いているため、生体に対してより安全かつ安心な水素供給材、水素供給材の製造方法及び水素供給方法を提供することができる点は、特筆に値する。
その後、製造された上述のシリコンナノ粒子2gを、炭酸水素ナトリウム粉末(和光純薬株式会社製、純度99.5%)38gと混合する。この混合物を混錬し、打錠法を用いて、直径が約50mmであり、高さが約8mmの略円柱型の塊状体として、図1に示す固形剤100を得ることができる。なお、図1(a)は一例としての固形剤100の斜視図であり、図1(b)は一例としての固形剤100の側面図である。なお、固形剤になっていないシリコン微細粒子又はその凝集体が、例えば公知の入浴剤を構成する公知の材料中に含まれる態様も、採用し得る一態様である。
[2]媒体及びその製造方法
次に、上述のシリコンナノ粒子(又はその凝集体)、あるいは固形剤100を接触させるための「媒体」を準備する。
次に、上述のシリコンナノ粒子(又はその凝集体)、あるいは固形剤100を接触させるための「媒体」を準備する。
本実施形態における、「媒体」は特に材料又は商品を限定しない。経皮的又は経粘膜的に水素を体内(皮膚自身又は粘膜自身を含む)に取り込むことが可能な、且つ生理学的に許容可能な媒体であれば、本実施形態の効果の少なくとも一部が奏され得る。
なお、生活場面において、ヒトの部位が水(又は水含有液)又は該水(又は水含有液)を含有する媒体(以下、総称して「媒体」ともいう)に接する機会を増やすという観点から言えば、好適な媒体の例は、液状、ゲル状、クリーム状、ペースト状、乳液状、及びムース状の群から選択される少なくとも1種である。また、他の好適な媒体の例は、入浴水(好適には、アルカリ性である入浴水)である。従って、本実施形態の一例においては、該入浴水を製造することが媒体の製造方法となる。
そこで、本実施形態においては、図2に示すように、一般的な浴槽(銭湯の浴槽、公衆浴槽、及び旅館が設置する屋内又は屋外の浴槽を含む)内に、代表的には水道水を入浴水として貯留する。該入浴水を貯留する前後において、該浴槽内に上述の固形剤100を配置又は投入し、媒体としての入浴水90aに固形剤100を接触させることによって水素(H2)を発生させる。従って、本実施形態の固形剤100は、いわば入浴剤として採用され得る。
本実施形態の媒体である代表的な入浴水は、水道水等の上水である。なお、上水以外の温泉水等(上水が加水された温泉水を含む)の入浴水90aを利用する場合は、その温泉水等の入浴水90aのpH値が弱酸性(例えば、pH値が6)よりも大きな値であれば、後述するように、本実施形態の固形剤100が含有する炭酸水素ナトリウムの存在によって高いpH値となり、水素(H2)を発生し易い媒体としての条件を満たし得る。換言すれば、温泉水等が酸性である場合は、水素(H2)を発生し易い媒体としての条件を満たすためには多量の固形剤100を入浴水90aの中に導入又は投入することが必要となる。
本実施形態の固形剤100は、炭酸水素ナトリウムを含有する。従って、入浴水90aが仮に中性又は弱酸性であったとしても、固形剤100を媒体である入浴水の中に導入又は投入することによって、本実施形態のシリコン微細粒子又はその凝集体を該媒体に接触させる接触工程を経ることになる。その結果、入浴水90aのpH値が6以上である弱酸性の媒体、より好適には7超の塩基性の媒体に変えることが可能となるため、水素(H2)の発生が促進され得る。
従って、図2に示すように、上述の接触工程によって生じる水素(H2)を、入浴するヒトの皮膚及び/又は粘膜に、媒体としての入浴水90aを経由して接触させることが可能となる。その結果、本実施形態によれば、経口摂取とは異なる手段を用いて、水素(H2)をヒトの体内(皮膚自身又は粘膜自身を含む)に取り込むことを実現し得る。
上述のとおり、本実施形態においては、入浴水90aが、pH値が7以上の水含有液を含むことができるとともに生理学的に許容可能な媒体としての役割を果たし得る。その結果、媒体(入浴水90a)を経由して水素(H2)を皮膚及び/又は粘膜に接触させることが可能となる。
なお、仮に本実施形態の固形剤が炭酸水素ナトリウムを含有しない場合であっても、入浴水のpH値が6以上(より好適にはpH値が7以上(又は、7超)であり、さらに好適にはpH値が7.4超であり、非常に好適には8超)であれば、水素(H2)を発生し易い媒体としての条件を満たし得る。
<第1の実施形態の変形例(1)>
第1の実施形態の水素供給材の製造方法及び水素供給方法において、第1の実施形態における入浴水90aのpH値を、水素がより発生し易い条件を満たすように、換言すれば水素がより発生し易いpH値の数値範囲内に収まるように調整する「pH調整剤」を媒体に導入する導入工程をさらに含むことは、好適な一態様である。
第1の実施形態の水素供給材の製造方法及び水素供給方法において、第1の実施形態における入浴水90aのpH値を、水素がより発生し易い条件を満たすように、換言すれば水素がより発生し易いpH値の数値範囲内に収まるように調整する「pH調整剤」を媒体に導入する導入工程をさらに含むことは、好適な一態様である。
第1の実施形態における炭酸水素ナトリウムは、「pH調整剤」の一例であるが、「pH調整剤」は炭酸水素ナトリウムに限定されない。従って、pH値が6以上である弱酸性に調整できる材料(以下、「弱酸性剤」ともいう)、又はより好適にはpH値が7以上(又は、7超)(より好適には、7.4超、さらに好適には8超)のアルカリ性に調整できる材料(以下、「アルカリ剤」ともいう)であれば、「pH調整剤」の材料は限定されない。弱酸性剤の代表的な例は、クエン酸、グルコン酸、フタル酸、フマル酸、及び乳酸の群から選択される少なくとも1種又はその塩である。また、アルカリ剤の代表的な例は、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、水酸化ナトリウム、及び水酸化カリウムの群から選択される少なくとも1種である。なお、生理学的の観点から言えば、最も好適なアルカリ剤は、炭酸水素ナトリウムである。炭酸水素ナトリウムは、食品添加物として広く用いられており、本実施形態が求めるpH値調整機能と、安全性、汎用性に優れるという複数の長所を兼ね備えるためである。
<第1の実施形態の変形例(2)>
第1の実施形態のもう1つの変形例として、第1の実施形態の固形剤を層状に形成することにより、層状固形剤と媒体との積層構造200を形成することができる。図3A(a)は、水素を発生させる前の層状固形剤と媒体との積層構造200を示す側面図であり、図3A(b)は、水素を発生させるときの層状固形剤と媒体との積層構造200を示す側面図である。
第1の実施形態のもう1つの変形例として、第1の実施形態の固形剤を層状に形成することにより、層状固形剤と媒体との積層構造200を形成することができる。図3A(a)は、水素を発生させる前の層状固形剤と媒体との積層構造200を示す側面図であり、図3A(b)は、水素を発生させるときの層状固形剤と媒体との積層構造200を示す側面図である。
図3A(a)及び図3A(b)に示すように、上述の積層構造200は、基部20(例えば、繊維、天然樹脂、合成樹脂、金属、半導体、セラミックス、又はガラス)上又はその上方に、少なくとも、層状固形剤100aと媒体90bとを備えている。ここで、媒体90bの好適な例は、既に述べたように、生理学的に許容可能であるとともに、液状、ゲル状、クリーム状、ペースト状、乳液状、及びムース状の群から選択される少なくとも1種の材料である。なお、基部20が伸縮性を有することは好適な一態様である。また、特に基部20を備えなくても層状固形剤と媒体との積層構造200を保持し得る場合は、基部20を必ずしも設ける必要はない。
図3A(a)に示すように、水素を発生させる前の段階では、層状固形剤100aと媒体90bとが接しないように、層状固形剤100aと媒体90bとの間に不透水性の膜70が設けられている。なお、公知の不透水性の材料から形成された膜を膜70として活用することができる。例えば、不透水性の膜70の材料の例は、公知のポリエチレン等の高分子である。また、その他の例として、国際公開第WO2011/036992号において開示される、水解性及び不透水性を有するシートを用いることも採用し得る一態様である。
一方、図3A(b)に示すように、膜70を矢印方向に引き抜くと、層状固形剤100aと媒体90bとの少なくとも一部が直接接することになる。その結果、炭酸水素ナトリウムに代表されるpH調整剤と協働することにより、pH値が7以上の水含有液を含むことができる媒体90bに層状固形剤100aが接触すると水素が発生し得る。
なお、本実施形態においては、膜70を矢印方向(紙面左方向)に引き抜くことよって層状固形剤100aと媒体90bとが直接接するように形成されているが、膜70の除去方法は特に限定されない。例えば、膜70の少なくとも一部を除去したとき又は該膜の少なくとも一部が溶解したときに、媒体90bがシリコン微細粒子(本実施形態においては層状固形剤100a)又はその凝集体に接するように形成することは、採用し得る一態様である。なお、膜70の少なくとも一部を溶解させるための材料の例については、例えば、国際公開第WO2011/036992号において開示される、水解性及び不透水性を有するシートを採用することも採用し得る一態様である。また、別の態様として、水素を発生させる前の段階において、層状固形剤100aの代わりに、第1の実施形態の固形剤100を不透水性の膜70によって覆うことも採用し得る。膜70を取り除く又は溶解させることにより、固形剤100と媒体90bとの少なくとも一部が直接接することになれば層状固形剤100aの場合と同様の効果が奏され得る。
また、例えば、媒体が液状、ゲル状、クリーム状、ペースト状、乳液状、及びムース状の群から選択される少なくとも1種である場合、図3A(b)に示すような2つの層(層状固形剤100a及び媒体90b)が明確に分離された状態を維持しないことも考えられる。むしろ、そのような場合の方が、層状固形剤100aと媒体90bとの接触面積が多くなるため、水素発生をより確度高く促進する観点から好ましい。なお、例えばヒトの部位に接着するために、媒体が生理学的に許容される粘着剤を含むことも、採用され得る一態様である。
<第1の実施形態の変形例(3)>
第1の実施形態の他の変形例として、第1の実施形態の固形剤を層状に形成することにより製造される層状固形剤も、採用し得る他の一態様である。図3Bに示す一例としての構造体200aは、基部20上に層状固形剤100aを備えている。特に基部20を備えなくても層状固形剤の形状を保持し得る場合は、基部20を必ずしも設ける必要はない。なお、空気中の水分との接触を確度高く回避する観点から、第1の実施形態の変形例(2)に示すような、不透水性の膜70が層状固形剤100aを覆うように設けられてもよい。
第1の実施形態の他の変形例として、第1の実施形態の固形剤を層状に形成することにより製造される層状固形剤も、採用し得る他の一態様である。図3Bに示す一例としての構造体200aは、基部20上に層状固形剤100aを備えている。特に基部20を備えなくても層状固形剤の形状を保持し得る場合は、基部20を必ずしも設ける必要はない。なお、空気中の水分との接触を確度高く回避する観点から、第1の実施形態の変形例(2)に示すような、不透水性の膜70が層状固形剤100aを覆うように設けられてもよい。
図3Bに示すように、例えば、層状固形剤100aがヒトの皮膚又は粘膜に接した後、その皮膚又は粘膜からの水分を含む汗又は体液が層状固形剤100aと接することによって、水素が発生することは、本実施形態の好適な一態様である。このような態様によっても、第1の実施形態の変形例(2)と同様に、ヒトが水素を体内に取り込むことを実現し得る。なお、水分は、汗又は体液の代わりに、層状固形剤100aを使用する前(例えば、直前)に、水(上水など)を噴霧等によって供給することも可能である。
上述の各実施形態の構造体又は積層構造は、様々な「生活場面」において採用し得る構造であることは特筆に値する。例えば、該媒体を採用し得る(含み得る)代表的な商品例は、以下の(1)~(4)である。
(1)洗顔料、ヘアシャンプー、ボディシャンプー、液体ハンドソープ、及び液体ボディソープの群から選択される1種の洗浄剤。
(2)化粧水(例えば、ヒアルロン酸を含むもの)、美容液、乳液、ローション、化粧用クリーム(例えば、コラーゲンを含むもの)、ファンデーション、皮膚パック剤(ジェル(又はゲル状剤)を有する皮膚パック剤を含む)、シェービングクリーム、ヘアリンス、ヘアトリートメント、ヘアコンディショナー、頭髪化粧料、制汗剤、及び紫外線防御用化粧料の群から選択される1種の化粧用材料。
(3)軟膏及び湿布剤の群から選択される1種の治療用材料。
(4)吸水性樹脂、吸水性不織布、吸水性繊維、吸水性フエルト、及び吸水性ジェル(又はゲル状剤)の群から選択される1種の衛生材料。
(1)洗顔料、ヘアシャンプー、ボディシャンプー、液体ハンドソープ、及び液体ボディソープの群から選択される1種の洗浄剤。
(2)化粧水(例えば、ヒアルロン酸を含むもの)、美容液、乳液、ローション、化粧用クリーム(例えば、コラーゲンを含むもの)、ファンデーション、皮膚パック剤(ジェル(又はゲル状剤)を有する皮膚パック剤を含む)、シェービングクリーム、ヘアリンス、ヘアトリートメント、ヘアコンディショナー、頭髪化粧料、制汗剤、及び紫外線防御用化粧料の群から選択される1種の化粧用材料。
(3)軟膏及び湿布剤の群から選択される1種の治療用材料。
(4)吸水性樹脂、吸水性不織布、吸水性繊維、吸水性フエルト、及び吸水性ジェル(又はゲル状剤)の群から選択される1種の衛生材料。
ここで、上述の「頭髪化粧料」は、整髪料、ヘアオイル、椿油、スタイリング(料)、セット(料)、ブロー(料)、ブラッシング(料)、チック、ヘアスティック、ヘアワックス、ヘアフォーム、ヘアジェル、ポマード、ヘアクリーム、ヘアソリッド、ヘアラッカー、ヘアリキッド、ヘアスプレー、ヘアウォーターを含む。また、上述の「衛生材料」は、衛生手袋、ヘッドカバー、ヘッドバンド、ベッドパッド、ベッドシーツ、成人失禁用品、月経用品、衣料品、創傷手当用品(創傷被覆材、テープ、及び包帯を含む)、成人用おむつ及び小児用おむつを含む使い捨ておむつ、ガーゼ、ガウン、衛生テッシュ(おしぼり、洗面タオル、パッチ、ウェットティッシュ、及びナプキンを含む)、脱脂綿、綿棒、絆創膏、サージカルテープを含む。
<第1の実施形態の変形例(4)>
また、第1の実施形態のもう1つの変形例として、第1の実施形態において用いたシリコンナノ粒子2g及び炭酸水素ナトリウム粉末34gに対して、さらにクエン酸(和光純薬株式会社製、純度99.5%)4gを加えて混練することによって直径が約50mmであり、高さが約8mmの略円柱型の塊状体を形成することにより、図1に示す固形剤100と同様の固形剤を得ることができる。
また、第1の実施形態のもう1つの変形例として、第1の実施形態において用いたシリコンナノ粒子2g及び炭酸水素ナトリウム粉末34gに対して、さらにクエン酸(和光純薬株式会社製、純度99.5%)4gを加えて混練することによって直径が約50mmであり、高さが約8mmの略円柱型の塊状体を形成することにより、図1に示す固形剤100と同様の固形剤を得ることができる。
<第1の実施形態の変形例(5)>
第1の実施形態のもう1つの変形例として、炭酸水素ナトリウム粉末の量を19g、クエン酸の量を19gとした以外は、第1の実施形態の変形例(4)と同様の処理を行うことによって固形剤を得る。この固形剤は、図1に示す固形剤100と同様の略円柱型の固形剤であって、その直径は約50mmであり、その高さは約8mmである。なお、クエン酸と炭酸水素ナトリウムとシリコンナノ粒子との混合比については、適宜変更され得る。
第1の実施形態のもう1つの変形例として、炭酸水素ナトリウム粉末の量を19g、クエン酸の量を19gとした以外は、第1の実施形態の変形例(4)と同様の処理を行うことによって固形剤を得る。この固形剤は、図1に示す固形剤100と同様の略円柱型の固形剤であって、その直径は約50mmであり、その高さは約8mmである。なお、クエン酸と炭酸水素ナトリウムとシリコンナノ粒子との混合比については、適宜変更され得る。
<第1の実施形態の変形例(6)>
本実施形態においては、第1の実施形態で用いたのと同じ高純度シリコン粒子粉末(代表的には、結晶粒径が1μm超のシリコン粒子)を、第1の実施形態で説明した手順で一段階粉砕する。また、本実施形態においては、一段階粉砕に用いるφ0.5μmのジルコニア製ビーズ(容量750ml)が、ビーズミル粉砕室内部において、自動的にシリコンナノ粒子を含む溶液から分離される。さらに、ビーズが分離されシリコンナノ粒子を含む溶液に、0.3μmのジルコニア製ビーズ(容量300ml)を加えて4時間、回転数2500rpmで粉砕(二段階粉砕)して微細化する。
本実施形態においては、第1の実施形態で用いたのと同じ高純度シリコン粒子粉末(代表的には、結晶粒径が1μm超のシリコン粒子)を、第1の実施形態で説明した手順で一段階粉砕する。また、本実施形態においては、一段階粉砕に用いるφ0.5μmのジルコニア製ビーズ(容量750ml)が、ビーズミル粉砕室内部において、自動的にシリコンナノ粒子を含む溶液から分離される。さらに、ビーズが分離されシリコンナノ粒子を含む溶液に、0.3μmのジルコニア製ビーズ(容量300ml)を加えて4時間、回転数2500rpmで粉砕(二段階粉砕)して微細化する。
ビーズを含むシリコンナノ粒子は、上述のとおりシリコンナノ粒子を含む溶液から分離される。ビーズから分離されたシリコンナノ粒子を含むエタノール溶液は、第1の実施形態と同様に減圧蒸発装置を用いて40℃に加熱することにより、エタノール溶液を蒸発させてシリコンナノ粒子を得る。
<第1の実施形態の変形例(7)>
ところで、第1の実施形態の固形剤100又は第1の実施形態の変形例(4)及び(5)において説明した固形剤を被覆する、生理学的に許容可能な被覆層がさらに設けられることも、採用し得る他の一態様である。例えば、固形剤100の最外層を覆うコーティング剤である、公知の胃難溶性腸溶性の材料を採用することができる。また、カプセル剤として適用し得る生理学的に許容可能な被覆層の例は、シリコン微細粒子又はその凝集体を内包する、公知の胃難溶性腸溶性材料から製造されるカプセルである。なお、固形剤100を採用した場合は、さらに崩壊剤を含んでもよい。また、崩壊剤については、公知の材料を採用することができる。加えて、より好適な崩壊剤の好適な例は、有機酸であり、最も好適な例はクエン酸である。ここで、有機酸は、シリコンナノ粒子を塊状にする結合剤としても機能し得る。
ところで、第1の実施形態の固形剤100又は第1の実施形態の変形例(4)及び(5)において説明した固形剤を被覆する、生理学的に許容可能な被覆層がさらに設けられることも、採用し得る他の一態様である。例えば、固形剤100の最外層を覆うコーティング剤である、公知の胃難溶性腸溶性の材料を採用することができる。また、カプセル剤として適用し得る生理学的に許容可能な被覆層の例は、シリコン微細粒子又はその凝集体を内包する、公知の胃難溶性腸溶性材料から製造されるカプセルである。なお、固形剤100を採用した場合は、さらに崩壊剤を含んでもよい。また、崩壊剤については、公知の材料を採用することができる。加えて、より好適な崩壊剤の好適な例は、有機酸であり、最も好適な例はクエン酸である。ここで、有機酸は、シリコンナノ粒子を塊状にする結合剤としても機能し得る。
加えて、上述の各実施形態における水素発生のための水含有液、又はその水含有液を含むことができる媒体の温度条件は限定されない。但し、水素を発生させ得る媒体の温度は、0℃超50℃以下である。また、好適には、水含有液又は媒体の温度が20℃(より好適には、25℃)以上50℃以下であれば、水素発生反応が促進される。また、水含有液又は媒体の温度が35℃以上50℃以下であれば、より確度高く、水素発生の促進が図られる。なお、水含有液又は媒体の温度の上限は、ヒトに火傷等の外傷を与えない限り限定されない。
<実施例>
以下、上述の各実施形態をより詳細に説明するために、実施例を挙げて説明するが、上述の実施形態はこれらの例によって限定されるものではない。
以下、上述の各実施形態をより詳細に説明するために、実施例を挙げて説明するが、上述の実施形態はこれらの例によって限定されるものではない。
(実施例1)
本願発明者らは、シリコンナノ粒子自身を評価するために、打錠法による打錠工程を行わずに水素の発生状況を調べた。具体的には、実施例1として、第1の実施形態における一段階粉砕によって処理されたシリコンナノ粒子を用いて実験を行った。
本願発明者らは、シリコンナノ粒子自身を評価するために、打錠法による打錠工程を行わずに水素の発生状況を調べた。具体的には、実施例1として、第1の実施形態における一段階粉砕によって処理されたシリコンナノ粒子を用いて実験を行った。
第1の実施形態において説明したシリコンナノ粒子10mgを散剤の状態で(すなわち炭酸水素ナトリウム粉末を混合することなく、また混錬することもなく)容量100mlのガラス瓶(硼ケイ酸ガラス厚さ1mm程度、ASONE社製ラボランスクリュー管瓶)に入れた。このガラス瓶にpH値7.1の水道水30mlを入れて、液温を25℃の温度条件において密閉し、該ガラス瓶内の液中の水素濃度を測定し、これを用いて水素発生量を求めた。水素濃度の測定には、ポータブル溶存水素計(東亜DKK株式会社製、型式DH-35A)を用いた。
(実施例2)
実施例2は、水道水30mlを入れて、液温を37℃の温度条件とした以外は実施例1と同じである。
実施例2は、水道水30mlを入れて、液温を37℃の温度条件とした以外は実施例1と同じである。
図4に、実施例1~2の結果を示す。図4の横軸は固形剤を水含有液と接触させている時間(分)を示し、グラフの縦軸は水素発生量を示す。
図4に示すとおり、ほぼ中性を示す水と、第1の実施形態において説明したシリコンナノ粒子とを接触させた場合であっても、水素の発生が確認された。また、液温が高い方が、水素の発生量が多くなることも明らかとなった。特に、液温がヒトの体温に近い温度である37℃の場合、より短時間での水素の発生を実現すること、及びその後に多量(1.5ml/g以上)の水素発生が継続されることが確認された。
本願発明者らは、上述の実施例1~実施例2の結果に加えて、打錠法を用いて加工した、第1の実施形態及びその変形例において説明した各種の固形剤について、実施例3以降に示す各評価を行った。
(実施例3)
まず、実施例3として、第1の実施態様において説明した処理によって製造した1個の固形剤100に対して、直径及び高さがそれぞれ5分の1(φ10×1.6mm,シリコンナノ粒子16mg,炭酸水素ナトリウム304mg)である固形剤を本実施例の試料として採用した。
まず、実施例3として、第1の実施態様において説明した処理によって製造した1個の固形剤100に対して、直径及び高さがそれぞれ5分の1(φ10×1.6mm,シリコンナノ粒子16mg,炭酸水素ナトリウム304mg)である固形剤を本実施例の試料として採用した。
上述の試料を容量60mlのステンレス容器に入れた。このステンレス容器に60mlの水含有液の例である純水(pH値7.0)を入れて該固形剤を浸漬させ、液温を25℃に維持した。この条件下、ガラス瓶を密閉し、ガラス瓶内において生成した水素水の水素濃度を、実施例1において説明した装置を用いて測定し、水素発生量を求めた。
なお、固形剤の形状は、純水中において時間の経過とともに次第に崩れていった。該固形剤が純水と接触してから時間の経過とともに、炭酸水素ナトリウムが液中に溶解し、シリコンナノ粒子が該液中にほぼ均一に拡散しつつ、容器の底面に一部が沈んで残った。その結果、固形剤はほぼ原形をとどめない粉状(又は微粉状、以下、総称して「粉状」という)を呈した(以下、固形の剤形が崩れて粉状を呈することを「崩壊」という。粉体を内包するカプセル剤のカプセルが溶解することも剤形が崩れることであり、カプセルの溶解によって粉体が露出することも「崩壊」に含める)。この例においては、固形剤の崩壊に伴って放出した炭酸水素ナトリウムが水中に溶解したため、該ガラス瓶中の水含有液のpH値は、8.3に上昇した。
(実施例4)
実施例4は、第1の実施形態の変形例(4)において説明した処理によって製造した固形剤に対して、直径及び高さがそれぞれ5分の1(φ10×1.6mm,シリコンナノ粒子16mg,炭酸水素ナトリウム272mg,クエン酸32mg)である固形剤を試料として採用した。該固形剤は、液温を25℃の温度条件において、純水と接触してから約5分後に、ほぼ全体が崩壊して粉状を呈した。固形剤が崩壊する過程において(すなわち固形剤が純水と接触してから90分後まで)、固形剤の崩壊に伴い炭酸水素ナトリウムとクエン酸とが放出されることにより、水含有液のpH値は7.6を示した。
実施例4は、第1の実施形態の変形例(4)において説明した処理によって製造した固形剤に対して、直径及び高さがそれぞれ5分の1(φ10×1.6mm,シリコンナノ粒子16mg,炭酸水素ナトリウム272mg,クエン酸32mg)である固形剤を試料として採用した。該固形剤は、液温を25℃の温度条件において、純水と接触してから約5分後に、ほぼ全体が崩壊して粉状を呈した。固形剤が崩壊する過程において(すなわち固形剤が純水と接触してから90分後まで)、固形剤の崩壊に伴い炭酸水素ナトリウムとクエン酸とが放出されることにより、水含有液のpH値は7.6を示した。
(実施例5)
実施例5は、固形剤として第1の実施形態の変形例(5)として説明した手順で作製した固形剤に対して、直径及び高さがそれぞれ5分の1(φ10×1.6mm,シリコンナノ粒子16mg,炭酸水素ナトリウム152mg,クエン酸152mg)である固形剤を試料として採用した。該固形剤は、液温を25℃の温度条件において、純水と接触してから約5分後、ほぼ全体が崩壊して粉状を呈した。固形剤が崩壊する過程において(すなわち固形剤が純水と接触してから90分後まで)、固形剤の崩壊に伴い炭酸水素ナトリウムとクエン酸とが放出されることにより、水含有液のpH値は6.0を示した。
実施例5は、固形剤として第1の実施形態の変形例(5)として説明した手順で作製した固形剤に対して、直径及び高さがそれぞれ5分の1(φ10×1.6mm,シリコンナノ粒子16mg,炭酸水素ナトリウム152mg,クエン酸152mg)である固形剤を試料として採用した。該固形剤は、液温を25℃の温度条件において、純水と接触してから約5分後、ほぼ全体が崩壊して粉状を呈した。固形剤が崩壊する過程において(すなわち固形剤が純水と接触してから90分後まで)、固形剤の崩壊に伴い炭酸水素ナトリウムとクエン酸とが放出されることにより、水含有液のpH値は6.0を示した。
(実施例6)
実施例6は、固形剤として第1の実施形態の変形例(6)として説明した手順で作製した固形剤に対して、直径及び高さがそれぞれ5分の1(φ10×1.6mm,シリコンナノ粒子16mg,炭酸水素ナトリウム272mg,クエン酸32mg)である固形剤を試料として採用した。また、ステンレス容器を恒温槽中に保持することより液温を37℃に維持した。水含有液としてはpH値7.0の純水を用いた。該固形剤が純水と接触してから約5分後にほぼ全体が崩壊して粉状を呈した。固形剤の崩壊に伴い炭酸水素ナトリウムとクエン酸とが放出されることにより、水含有液のpH値は7.6を示した。
実施例6は、固形剤として第1の実施形態の変形例(6)として説明した手順で作製した固形剤に対して、直径及び高さがそれぞれ5分の1(φ10×1.6mm,シリコンナノ粒子16mg,炭酸水素ナトリウム272mg,クエン酸32mg)である固形剤を試料として採用した。また、ステンレス容器を恒温槽中に保持することより液温を37℃に維持した。水含有液としてはpH値7.0の純水を用いた。該固形剤が純水と接触してから約5分後にほぼ全体が崩壊して粉状を呈した。固形剤の崩壊に伴い炭酸水素ナトリウムとクエン酸とが放出されることにより、水含有液のpH値は7.6を示した。
(実施例7)
実施例7は、第1の実施形態の変形例(7)において説明した処理によって製造した固形剤に対して、直径及び高さがそれぞれ5分の1(φ10×1.6mm,シリコンナノ粒子16mg,炭酸水素ナトリウム152mg,クエン酸152mg)である固形剤を試料として採用した。また、ステンレス容器を恒温槽中に保持することより液温を37℃に維持した。水含有液としてはpH値7.0の純水を用いた。該固形剤が純水と接触してから約5分後にほぼ全体が崩壊して粉状を呈した。固形剤の崩壊に伴い炭酸水素ナトリウムとクエン酸とが放出されることにより、水含有液のpH値は6.0を示した。
実施例7は、第1の実施形態の変形例(7)において説明した処理によって製造した固形剤に対して、直径及び高さがそれぞれ5分の1(φ10×1.6mm,シリコンナノ粒子16mg,炭酸水素ナトリウム152mg,クエン酸152mg)である固形剤を試料として採用した。また、ステンレス容器を恒温槽中に保持することより液温を37℃に維持した。水含有液としてはpH値7.0の純水を用いた。該固形剤が純水と接触してから約5分後にほぼ全体が崩壊して粉状を呈した。固形剤の崩壊に伴い炭酸水素ナトリウムとクエン酸とが放出されることにより、水含有液のpH値は6.0を示した。
ところで、上述の各実施例においては、固形剤の形状は、純水中において時間の経過とともに次第に崩れていく様子を視認することができる。固形剤の崩壊の様子の一例を示すと、図5A及び図5Bは、シリコンナノ粒子2g及び炭酸水素ナトリウム38gを用いて形成した固形剤(第1の実施形態に準じた例)を、純水500ml中に投入したときの時間の経過に伴う固形剤の様子を示す写真である。図5Aは、固形剤と純水とが接触した直後の固形剤の状態を示している。また、図5Bは、固形剤が純水に接触してから約60秒後の固形剤の状態を示している。
一方、図5Cは、シリコンナノ粒子2g、炭酸水素ナトリウム19g、及びクエン酸19gを用いて形成した固形剤(第1の実施形態の変形例(6)に準じた例)と純水とが接触した直後の固形剤の状態を示す写真である。
図5A~図5Cに示すように、固形剤が純水と接触すると、時間の経過とともに炭酸水素ナトリウムが液中に溶解し、シリコンナノ粒子が該液中にほぼ均一に拡散しつつ、容器の底面に一部が沈んで残る様子が確認された。
図6に、実施例3~7の結果を示す。図6の横軸は固形剤を水含有液と接触させている時間(分)を示し、グラフの縦軸は水素発生量を示す。
実施例3については、図5A及び図5Bに示すように、固形剤はその剤形を崩壊させて炭酸水素ナトリウムを放出した。また、図6に示すように、固形剤と水含有液との接触時間の経過に伴って水素発生量が多くなった。
また、実施例3と実施例5、実施例4と実施例6とをそれぞれ比較すると、ヒトの体温に近い37℃という温度条件において、水素発生量が多くなった。具体的には、実施例3及び実施例6において、240分(4時間)で、20ml/g以上の水素を発生することができることが確認されたことは特筆に値する。
さらに、シリコンナノ粒子を粉状のまま水含有液と接触させた実施例1~2及び実施例6の結果と、シリコンナノ粒子を固形剤として用いた実施例3~5及び実施例7の結果とを比較すると、特に、シリコンナノ粒子と水含有液とが接触してから一定時間(例えば、1時間半)までにおいては、シリコンナノ粒子は粉状のまま水含有液と接触させる方が多くの水素を発生させることができることが明らかとなった。
<シリコンナノ粒子と媒体との接触によって発生した水素発生量の測定実験>
また、本願発明者らは、本実施形態の各シリコン微細粒子(固形剤ではない)と、純水に炭酸水素ナトリウムを溶解させた水溶液とを接触させることによって発生した水素量の時間変化を調べた。
また、本願発明者らは、本実施形態の各シリコン微細粒子(固形剤ではない)と、純水に炭酸水素ナトリウムを溶解させた水溶液とを接触させることによって発生した水素量の時間変化を調べた。
具体的には、ガラス容器中で、シリコンナノ粒子11mg(第1混合工程が30分)又はシリコンナノ粒子5mg(第1混合工程が60分)と、炭酸水素ナトリウム(1.88wt%)を溶解させた水溶液とを混合する。該水溶液のpHは約8.3である。その後、ガラス容器の開口部まで該水溶液を満たし、空気が入らないように蓋をして完全密封をした。
なお、蓋はポリプロピレン製であるが、内蓋は、ポリエチレンとポリプロピレンの多層フィルター製を用いたことにより、発生する水素の透過や漏れを充分に抑えることができる。密封後、暫くすると、本実施形態の各シリコン微細粒子に関しては、水溶液全体に一様に混合された状態になったことが外観から視認される。
図7(a)は、本実施形態の各シリコン微細粒子(固形剤ではない)と、純水に炭酸水素ナトリウムを溶解させた水溶液とを接触させることによって発生した水素の溶存水素濃度の時間変化を示すグラフである。また、図7(b)は、各シリコン微細粒子の1g当たりの水素発生量の時間変化を示すグラフである。なお、参考までに、上述の第1混合工程が行われなかったシリコン微細粒子を用いた場合の結果についても各グラフ中に示している。また、上述の各溶存水素量は、東亜ディーケーケー株式会社製のポータブル溶存水素濃度計(東亜DKK株式会社製、型式DH-35A)を用いて測定された。
図7(a)及び図7(b)に示すように、第1混合工程が行われることによって、水素の発生が促進されることが明らかとなった。特に図7(b)に示すように、第1混合工程が行われることによって、2時間で40ml以上の水素発生量が、水素発生開始から2時間経過後以降、継続的に得られていることは特筆に値する。
なお、第1混合工程の混合時間が60分のシリコン微細粒子の水素発生量が、該混合時間が30分のシリコン微細粒子の水素発生量よりも少ないのは、シリコン微細粒子の表面上の酸化膜の厚みの差に影響していると考えられる。つまり、第1混合工程の混合時間が60分のシリコン微細粒子の方が厚い酸化膜を有しているために、媒体(水溶液)とシリコン微細粒子とが直接接し難くなったために水素の発生が抑制されたと考えられる。
また、本願発明者らの更なる研究と分析によれば、第1混合工程の混合時間が2分超50分以下(より好適には3分以上40分以下、さらに好適には4分以上30分以下、最も好適には5分以上20分以下)であれば、シリコン微細粒子表面の親水性を適度に保ちつつ、媒体と直接接し得る十分な表面積を有する状態を実現し得る。その結果、前述の混合時間の範囲であれば、水素の発生はより確度高く促進され得る。
<第2の実施形態>
本実施形態の水素供給材は、第1の実施形態と同様に、水素の発生能を有するシリコン微細粒子(又はその凝集体)と該シリコン微細粒子(又はその凝集体)に接する媒体とを備える。本実施形態においては、第1の実施形態において採用したエタノール溶液の代わりにイソプロピルアルコール(IPA)溶液を採用していることを除いて、第1の実施形態の水素供給材、水素供給材の製造方法、及び水素供給方法の実質的に同じであるため、重複する説明は省略され得る。
本実施形態の水素供給材は、第1の実施形態と同様に、水素の発生能を有するシリコン微細粒子(又はその凝集体)と該シリコン微細粒子(又はその凝集体)に接する媒体とを備える。本実施形態においては、第1の実施形態において採用したエタノール溶液の代わりにイソプロピルアルコール(IPA)溶液を採用していることを除いて、第1の実施形態の水素供給材、水素供給材の製造方法、及び水素供給方法の実質的に同じであるため、重複する説明は省略され得る。
[1]シリコン微細粒子(又はその凝集体)、及び固形剤、並びにその製造方法
本実施形態のシリコン微細粒子は、水素の発生能を有する。また、本実施形態の固形剤は、該シリコン微細粒子を含み、水素の発生能を有する固形剤である。本実施形態の固形剤には、シリコン粒子として市販の高純度シリコン粒子粉末(代表的には、高純度化学研究所社製、粒度分布<φ5μm、純度99.9%、i型シリコン)をビーズミル法によって微細化した、シリコンナノ粒子を主たる粒子とするシリコン微細粒子(以下、便宜的に、「シリコンナノ粒子」ともいう)を用いる。なお、シリコン微細粒子の凝集体も水素の発生能を有し得る。
本実施形態のシリコン微細粒子は、水素の発生能を有する。また、本実施形態の固形剤は、該シリコン微細粒子を含み、水素の発生能を有する固形剤である。本実施形態の固形剤には、シリコン粒子として市販の高純度シリコン粒子粉末(代表的には、高純度化学研究所社製、粒度分布<φ5μm、純度99.9%、i型シリコン)をビーズミル法によって微細化した、シリコンナノ粒子を主たる粒子とするシリコン微細粒子(以下、便宜的に、「シリコンナノ粒子」ともいう)を用いる。なお、シリコン微細粒子の凝集体も水素の発生能を有し得る。
具体的には、ビーズミル装置(アイメックス株式会社製:RMB型バッジ式レディーミル)を用いて、高純度Si粉末15gを99%以上のイソプロピルアルコール(IPA)300mlに分散させ、φ0.5μmのジルコニア製ビーズ(容量300ml)を加えて4時間、回転数2500rpmで粉砕(一段階粉砕)を行って微細化する。
ビーズを含むシリコンナノ粒子は、ビーズ分離容器(アイメックス株式会社製)に装着したステンレス鋼材フィルター(メッシュ0.35mm)を用いて吸引濾過することによってビーズをシリコンナノ粒子から分離する。その後、ビーズから分離されたシリコンナノ粒子を含むイソプロピルアルコール(IPA)溶液を、減圧蒸発装置を用いて30℃~35℃に加熱することにより、イソプロピルアルコール(IPA)を蒸発させてシリコンナノ粒子及び/又はその凝集体を得る。
上記方法により得たシリコンナノ粒子は、第1の実施形態と同様に、主として結晶子径が1nm以上100nm以下のシリコンナノ粒子を含む。また、第1の実施形態と同様に、主たるシリコンナノ粒子は、結晶子径が約2nm以上20nm以下である。
具体的には、ビーズミル装置(アイメックス株式会社製:RMB型バッジ式レディーミル)を用いて、高純度Si粉末15gを99%以上のイソプロピルアルコール(IPA)300mlに分散させ、φ0.5μmのジルコニア製ビーズ(容量300ml)を加えて4時間、回転数2500rpmで粉砕(一段階粉砕)を行って微細化する。
ビーズを含むシリコンナノ粒子は、ビーズ分離容器(アイメックス株式会社製)に装着したステンレス鋼材フィルター(メッシュ0.35mm)を用いて吸引濾過することによってビーズをシリコンナノ粒子から分離する。ビーズから分離されたシリコンナノ粒子を含むIPA溶液は、減圧蒸発装置を用いて40℃に加熱することにより、IPAを蒸発させてシリコンナノ粒子及び/又はその凝集体を得る。
上記方法により得たシリコンナノ粒子は、第1の実施形態と同様に、主として結晶子径が1nm以上100nm以下のシリコンナノ粒子を主成分とするものである。また、第1の実施形態と同様に、主たるシリコンナノ粒子は、結晶子径が約2nm以上20nm以下である。
本実施形態においても、第1の実施形態と同様に、その後、ガラス容器中で、過酸化水素水と該シリコンナノ粒子とを混合する第1混合工程が行われる。過酸化水素水によって表面が処理されることにより、比較的薄く、且つ不均質/不完全な酸化膜を表面に備えたシリコンナノ粒子が形成され得る。その結果、該シリコンナノ粒子(及び該シリコンナノ粒子を主たる粒子とするシリコン微細粒子)及び/又はその凝集体は、全体としては表面の親水性を保ちつつ、水含有液を含むことができる媒体と直接接し得る表面をも有する状態を形成し得る。このような特殊な表面処理が施されることによって、水素の発生はより確度高く促進され得る。
その後、イソプロピルアルコール(IPA)が一部付着している可能性があるシリコンナノ粒子を、公知の遠心分離処理装置を用いて、固液分離処理によってイソプロピルアルコール(IPA)を確度高く除去してから十分に乾燥させることにより、本実施形態の1つの最終的なシリコンナノ粒子が製造される。
なお、本実施形態においては、他の最終的なシリコンナノ粒子として、上述の各工程のうち、第1混合工程における過酸化水素水とシリコンナノ粒子との混合時間が60分であったシリコンナノ粒子も製造した。
また、上述のシリコンナノ粒子を、第1の実施形態と同様に、炭酸水素ナトリウム粉末と混合して得られた混合物を混錬した後、打錠法を用いることにより、固形剤を得ることができる。
その後、シリコンナノ粒子と媒体との接触によって発生する水素の量について調査が行われた結果、第1の実施形態における図4に示す結果と同様の結果が得られた。
<その他の実施形態>
なお、上述の水素供給材におけるシリコン微細粒子の製造方法の1つの態様は、結晶粒径が1μm超のシリコン粒子を物理的粉砕法により微細化し、主として結晶子径が1nm以上100nm以下のシリコン微細粒子とする工程を含む。物理的粉砕法の好適な例は、ビーズミル粉砕法、遊星ボールミル粉砕法、衝撃波粉砕法、ジェットミル粉砕法、又はこれらを2種以上組み合わせた粉砕法によって粉砕する方法である。但し、製造コスト又は、製造管理の容易性の観点から言えば、特に好適な例は、ビーズミル粉砕法のみ、又はビーズミル粉砕法を少なくとも含む粉砕法である。なお、上述の各実施形態における固形剤の例は、水素供給材としての役割のみならず、生体内又は生体外において安全に水素発生させることを可能にする生体用水素発生材(生体用水素供給材)としての役割も果たし得る。
なお、上述の水素供給材におけるシリコン微細粒子の製造方法の1つの態様は、結晶粒径が1μm超のシリコン粒子を物理的粉砕法により微細化し、主として結晶子径が1nm以上100nm以下のシリコン微細粒子とする工程を含む。物理的粉砕法の好適な例は、ビーズミル粉砕法、遊星ボールミル粉砕法、衝撃波粉砕法、ジェットミル粉砕法、又はこれらを2種以上組み合わせた粉砕法によって粉砕する方法である。但し、製造コスト又は、製造管理の容易性の観点から言えば、特に好適な例は、ビーズミル粉砕法のみ、又はビーズミル粉砕法を少なくとも含む粉砕法である。なお、上述の各実施形態における固形剤の例は、水素供給材としての役割のみならず、生体内又は生体外において安全に水素発生させることを可能にする生体用水素発生材(生体用水素供給材)としての役割も果たし得る。
また、上述の各実施形態においては、出発材料として、市販の高純度シリコン粒子粉末であるシリコン粒子が採用されているが、出発材料はそのようなシリコン粒子に限定されない。より低コストを実現する観点、及び/又はより微細なシリコンナノ粒子を得る観点から言えば、出発材料として、例えば太陽電池等の半導体製品に使用されるシリコンウェハの生産過程におけるシリコンの切削加工において通常は廃棄物とされるシリコンの切粉あるいはシリコンの切削屑又は研磨屑(以下、「シリコンの切粉等」又は「切粉等」ともいう)を採用することも、好適な一態様である。また、「シリコン微細粒子」の対象は、結晶性シリコンに限定されない。例えば、公知の基板上に、CVD法によって形成されたアモルファスシリコン層を微細化することによって得られるシリコン粒子を、上述の各実施形態の出発材料とすることもできる。また、CVD法、レーザー法、アーク放電法等により、いわば直接的に製造されるアモルファス状の又は結晶状のシリコン粒子を、上述の各実施形態の出発材料とすること、又は最終形態であるシリコン微細粒子とすることもできる。
上述の実施形態又は実施例の開示は、該実施形態の説明のために記載したものであって、本発明を限定するために記載したものではない。加えて、上述の実施形態及び各実施例における他の組合せを含む本発明の範囲内に存在する変形例もまた、特許請求の範囲に含まれるものである。
本発明の水素供給材及びその製造方法、並びに水素供給方法は、様々な生活場面において、より自然な形で皮膚及び/又は粘膜を水素に接触させる機会を増加させることから、医療業界、美容業界、健康産業を含む多種の産業において利用され得る。
Claims (15)
- 水素の発生能を有するシリコン微細粒子又はその凝集体と、
生理学的に許容可能な、該シリコン微細粒子又は前記凝集体に接する媒体と、を備える、
前記媒体を経由して前記水素を皮膚及び/又は粘膜に接触させるための、
水素供給材。 - 前記シリコン微細粒子又は前記凝集体の固形剤、又は前記シリコン微細粒子又は前記凝集体を含む層を覆う不透水性の膜をさらに備え、
前記膜の少なくとも一部を除去したとき又は該膜の少なくとも一部が溶解したときに、前記媒体が該シリコン微細粒子に接する、
請求項1に記載の水素供給材。 - 前記媒体は、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、水酸化ナトリウム、及び水酸化カリウムの群から選択される少なくとも1種を含む、
請求項1又は請求項2に記載の水素供給材。 - 前記媒体のpHが6以上である、
請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の水素供給材。 - 前記媒体は、液状、ゲル状、クリーム状、ペースト状、乳液状、及びムース状の群から選択される少なくとも1種である、
請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の水素供給材。 - 請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の水素供給材を含有する、
洗浄剤、化粧用材料、治療用材料、又は衛生材料。 - 水素の発生能を有するシリコン微細粒子又はその凝集体を、生理学的に許容可能な媒体を経由して前記水素を皮膚及び/又は粘膜に接触させるために、前記媒体に接触させる接触工程を含む、
水素供給材の製造方法。 - 前記シリコン微細粒子又は前記凝集体と過酸化水素水とを接触させる過酸化水素水処理工程、を含む、
請求項7に記載の水素供給材の製造方法。 - 前記接触工程において、前記シリコン微細粒子又は前記凝集体の固形剤又は前記シリコン微細粒子又は前記凝集体を含む層を覆う不透水性の膜の少なくとも一部を除去したとき又は該膜の少なくとも一部が溶解したときに、該シリコン微細粒子又は前記凝集体を前記媒体に接触させる、
請求項7又は請求項8に記載の水素供給材の製造方法。 - 前記媒体の温度が、0℃超50℃以下である、
請求項7乃至請求項9のいずれか1項に記載の水素供給材の製造方法。 - 前記媒体のpHが6以上である、
請求項7乃至請求項10のいずれか1項に記載の水素供給材の製造方法。 - 前記媒体は、液状、ゲル状、クリーム状、ペースト状、乳液状、及びムース状の群から選択される少なくとも1種である、
請求項7乃至請求項11のいずれか1項に記載の水素供給材の製造方法。 - 前記水素供給材が、洗浄剤、化粧用材料、治療用材料、又は衛生材料に含まれる、
請求項7乃至請求項12のいずれか1項に記載の水素供給材の製造方法。 - 水素の発生能を有するシリコン微細粒子又はその凝集体を、生理学的に許容可能な媒体を経由して前記水素を皮膚及び/又は粘膜に接触させるために、前記媒体に接触させる接触工程を含む、
水素供給方法。 - 前記接触工程において、前記シリコン微細粒子又は前記凝集体の固形剤又は前記シリコン微細粒子又は前記凝集体を含む層を覆う不透水性の膜の少なくとも一部を除去したとき又は該膜の少なくとも一部が溶解したときに、該シリコン微細粒子又は前記凝集体を前記媒体に接触させる、
請求項14に記載の水素供給方法。
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