(57)【要約】【課題】均一な粒径のマイクロカプセルを製造することができるマイクロカプセル製造方法を提供する。【解決手段】第１高分子電解質を溶解した第１高分子電解質溶液８を、ニードル２から押し出す。このとき、ニードル２に電圧を印加しておき、押し出される第１高分子電解質溶液８を帯電させて微小液滴にして噴出させる。第２高分子電解質を溶解した第２高分子電解質溶液９に、噴出された微小液滴を接触させて反応させることにより、高分子電解質複合体からなる球状の界面を形成して、マイクロカプセルを製造する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１高分子電解質を溶解した第１高分子電解質溶液を、ニードルから押し出す工程と、
前記ニードルに電圧を印加して、押し出される前記第１高分子電解質溶液を帯電させて微小液滴にして噴出させる工程と、
第２高分子電解質を溶解した第２高分子電解質溶液に、噴出された前記微小液滴を接触させて反応させることにより、高分子電解質複合体からなる球状の界面を形成して、マイクロカプセルを製造する工程と、
を有することを特徴とするマイクロカプセル製造方法。
【請求項２】
前記ニードルから噴出される帯電した前記微小液滴が、前記第２高分子電解質溶液に向かうように、前記ニードルに対向して電極を配置して、前記ニードルと前記電極との間に電界を形成することを特徴とする請求項１に記載のマイクロカプセル製造方法。
【請求項３】
前記第１高分子電解質が有するポリイオンと、前記第２高分子電解質が有するポリイオンとが逆電荷であることを特徴とする請求項１又は２に記載のマイクロカプセル製造方法。
【請求項４】
前記ニードルから押し出される前記第１の高分子電解質溶液に、予め所定の物質を添加することにより、前記界面の内側に前記所定の物質を有するマイクロカプセルを製造することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のマイクロカプセル製造方法。
【請求項５】
前記所定の物質が、細胞、タンパク質、核酸、多糖類、染料、触媒、生理活性物質、栄養物、薬物、芳香成分、色素、及び、吸着物質のうち、少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項４に記載のマイクロカプセル製造方法。
【請求項６】
前記ニードルに印加される電圧、前記ニードルの内径、前記ニードルから押し出される前記第１の高分子電解質溶液の流量、及び、第１高分子電解質溶液中の第１高分子電解質の濃度のうち、少なくとも１つを制御することによって、前記マイクロカプセルの粒径を制御することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のマイクロカプセル製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高分子電解質を用いたマイクロカプセルの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロカプセルとは、中空構造を有する微小な粒体のことであり、通常、ポリマーなどの有機物や無機物からなる。マイクロカプセルは、医療品用カプセル、記録材料、光学材料などに利用されており、様々な分野で応用されている。
【０００３】
マイクロカプセルを製造する方法としては、界面重合法、コアソルベーション法、液中乾燥法等、様々な方法が提案されている。また、ポリイオンの溶液を、このポリイオンと逆電荷のポリイオンの溶液に滴下して、ポリイオン同士を反応させることにより、ポリイオン複合体のマイクロカプセルを製造する方法も従来から知られている。
【０００４】
このようなポリイオンを用いたマイクロカプセルの製造方法として、例えば、特許文献１に開示されている方法がある。特許文献１の方法は、ポリアニオン溶液を、超音波ノズル又はエーロゾル発生器（噴霧器）により微小液滴にして噴出させて、フィルム状に流下するポリカチオンを含む水溶液に衝突させることによりマイクロカプセルを製造するというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００２−５０７４７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の製造方法では、ポリアニオン溶液を超音波ノズル又はエーロゾル発生器を用いて微小液滴として噴出させているため、噴出された微小液滴同士が移動中に合体して大きな液滴になってしまう場合があり、均一な粒径のマイクロカプセルを製造することが困難である。また、超音波はタンパク質や細胞等に少なからず影響をおよぼすので、不安定な物質のマイクロカプセル化には難がある。
【０００７】
本発明の目的は、均一な粒径のマイクロカプセルを、穏和な条件下で連続的に製造することができるマイクロカプセル製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００８】
請求項１のマイクロカプセル製造方法は、第１高分子電解質を溶解した第１高分子電解質溶液を、ニードルから押し出す工程と、前記ニードルに電圧を印加して、押し出される前記第１高分子電解質溶液を帯電させて微小液滴にして噴出させる工程と、第２高分子電解質を溶解した第２高分子電解質溶液に、噴出された前記微小液滴を接触させて反応させることにより、高分子電解質複合体からなる球状の界面を形成して、マイクロカプセルを製造する工程とを有することを特徴とする。
【０００９】
第１高分子電解質溶液中において、第１高分子電解質は、ポリイオンと低分子イオンとに電離している。マイクロカプセルを製造する際には、ニードルに電圧を印加した状態で、第１高分子電解質溶液をニードルから押し出す。すると、ニードルに電圧が印加されていることにより、ニードルの先端に第１高分子電解質溶液が出てきて、円錐状のメニスカスを形成する。このメニスカスには、ポリイオンが集まっている。そして、このメニスカスにおいて、ポリイオンの電荷の静電反発力が表面張力を上回ると、メニスカスから微小液滴が分離する。分離する際、微小液滴は、静電反発力と表面張力の作用により大きさが揃ったものとなる。分離した微小液滴は、強く帯電しているため、液滴間の静電反発力によりスプレー状に噴出される。
【００１０】
噴出された微小液滴を第２高分子電解質溶液に接触させると、微小液滴の表面に存在するポリイオンと、第２高分子電解質溶液中のポリイオンとが反応して、高分子電解質複合体からなる球状の界面が形成されて、マイクロカプセルが製造される。
【００１１】
このマイクロカプセル製造方法によると、静電反発力と表面張力の作用により、大きさの揃った微小液滴をニードルから噴出させることができる。また、噴出された微小液滴は帯電しているため、液滴同士が移動中に合体することがなく、大きさが揃った状態のまま第２高分子電解質溶液に接触させることができる。従って、溶液の押し出しと電圧の印加という穏和な条件下で、均一な粒径のマイクロカプセルを製造することができる。
また、ニードルに電圧を印加しつつ、ニードルから第１高分子電解質溶液を押し出して、噴出された微小液滴を第２高分子電解質溶液に滴下するという、一連の工程のみでマイクロカプセルを製造することができる。さらに、ニードルから第１高分子電解質溶液を一定流量で連続的に押し出し、第２高分子電解質溶液を連続的に回収することにより、マイクロカプセルを連続的に製造することができる。そのため、生産性に優れている。
【００１２】
請求項２のマイクロカプセル製造方法は、請求項１において、前記ニードルから噴出される帯電した前記微小液滴が、前記第２高分子電解質溶液に向かうように、前記ニードルに対向して電極を配置して、前記ニードルと前記電極との間に電界を形成することを特徴とする。
【００１３】
この構成によると、ニードルから噴出された帯電した微小液滴は、ニードルと電極との間に形成された電界から力を受けて、第２高分子電解質溶液に向かって飛翔する。従って、ニードルから噴出された微小液滴の一部が、第２高分子電解質溶液が入っている容器等の外側に落下するのが防止され、ニードルから噴出されたほぼ全ての微小液滴を確実に第２高分子電解質溶液に接触させることができる。
【００１４】
請求項３のマイクロカプセル製造方法は、請求項１又は２において、前記第１高分子電解質が有するポリイオンと、前記第２高分子電解質が有するポリイオンとが逆電荷であることを特徴とする。
【００１５】
この構成によると、微小液滴を第２高分子電解質溶液に接触させることにより、微小液滴中のポリイオンと、第２高分子電解質溶液中のポリイオンとを電気的相互作用により結合させて、高分子電解質複合体からなる球状の界面を形成することができる。
【００１６】
請求項４のマイクロカプセル製造方法は、請求項１〜３の何れかにおいて、前記ニードルから押し出される前記第１の高分子電解質溶液に、予め所定の物質を添加することにより、前記界面の内側に前記所定の物質を有するマイクロカプセルを製造することを特徴とする請求項１に記載のマイクロカプセル製造方法。
【００１７】
所定の物質が添加された第１高分子電解質溶液を用いることにより、ニードルから噴出される微小液滴中に所定の物質を含ませることができる。この微小液滴と第２高分子電解質溶液とを接触させて反応させることにより、球状の界面の内側に所定の物質を有するマイクロカプセルを製造することができる。
【００１８】
請求項５のマイクロカプセル製造方法は、請求項４において、前記所定の物質が、細胞、タンパク質、核酸、多糖類、染料、触媒、生理活性物質、栄養物、薬物、芳香成分、色素、及び、吸着物質のうち、少なくとも１つを含むことを特徴とする。
【００１９】
このマイクロカプセル製造方法では、有機溶媒を使用しなくてよいため、マイクロカプセルに細胞やタンパク質等の活性物質を内包させる場合、細胞やタンパク質等の活性状態を損なうことなく、マイクロカプセルに内包させることができる。
【００２０】
請求項６のマイクロカプセル製造方法は、請求項１〜５の何れかにおいて、前記ニードルに印加される電圧、前記ニードルの内径、前記ニードルから押し出される前記第１の高分子電解質溶液の流量、及び、前記高分子電解質溶液中の高分子電解質の濃度のうち、少なくとも１つを制御することによって、前記マイクロカプセルの粒径を制御することを特徴とする。
【００２１】
ニードルから噴出される微小液滴の粒径は、印加電圧や、ニードルの内径や、ニードルから押し出される第１高分子電解質溶液の流量、第１高分子電解質溶液の濃度を制御することによって制御することができる。そのため、印加電圧等を制御することにより、マイクロカプセルの粒径を確実に制御することができる。これにより、所望の粒径を有する大きさの揃ったマイクロカプセルを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係るマイクロカプセル製造方法に用いられるマイクロカプセル製造装置の概要を示す図である。
【図２】本発明のマイクロカプセル製造方法により作製した酵母を内包するマイクロカプセルの光学顕微鏡写真である。
【図３】酵母が増殖した状態のマイクロカプセルの光学顕微鏡写真である。
【図４】マイクロカプセルの粒径の分布を示すグラフである。
【図５】マイクロカプセルの粒径とニードルへの印加電圧との関係を示すグラフである。
【図６】マイクロカプセルの粒径とニードルの内径との関係を示すグラフである。
【図７】マイクロカプセルの粒径とニードルから押し出される第１高分子電解質溶液の流量との関係を示すグラフである。
【図８】マイクロカプセルの粒径と第１高分子電解質中の第１高分子電解質の濃度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るマイクロカプセルの製造方法に用いられるマイクロカプセル製造装置１の概要を示す図である。
図１に示すように、マイクロカプセル製造装置１は、先端にニードル２が取り付けられたシリンジ３と、ニードル２に対向して配置された電極板４と、この電極板４とニードル２との間に電圧を印加する電源部５と、電極板４上に配置されたスターラー６と、スターラー６の上に配置された容器７とから構成される。シリンジ３内には、第１高分子電解質溶液８が充填され、容器７には、第２高分子電解質溶液９が保持されている。
【００２４】
高分子電解質とは、正又は負の電荷をもつポリイオン（ポリカチオン又はポリアニオン）と、このポリイオンと逆符号の電荷を持つ多数の低分子イオンとに解離可能な高分子のことである。ポリカチオンを有する高分子電解質をポリカチオン性高分子とし、ポリアニオンを有する高分子電解質をポリアニオン性高分子とする。
【００２５】
第１高分子電解質溶液８は、第１高分子電解質を溶媒に溶解した溶液である。第１高分子電解質は、ポリカチオン性高分子であっても、ポリアニオン性高分子であってもよい。また、第１高分子電解質は、単一種の高分子であっても、複数種の高分子を組み合わせたものであってもよい。但し、複数種の高分子を組み合わせて用いる場合には、同符号の電荷のポリイオン性高分子を用いる。
【００２６】
第１高分子電解質に用いられるポリカチオン性高分子の具体例としては、キトサン、ポリアリルアミン塩酸塩（ＰＡＨ）、ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）、ポリジメチルアンモニウムクロライド（ＰＤＤＡ）、タンパク質、ポリリジン等が挙げられる。また、第１高分子電解質に用いられるポリアニオン性高分子の具体例としては、アルギン酸や、ポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）、ヒアルロン酸、ポリグルタミン酸、ポリアクリル酸、タンパク質、ＤＮＡ、ＲＮＡ等が挙げられる。マイクロカプセルの用途によっては、生体適合性や生分解性に優れているキトサンやアルギン酸を用いることが特に好ましい。第１高分子電解質の濃度は、高分子の種類にもよるが、例えば、０．１〜２０ｗｔ％である。また、第１高分子電解質溶液８の溶媒としては、水が用いられる。
【００２７】
第１高分子電解質溶液８には、マイクロカプセルに内包させる所定の物質（以下、芯物質という）が添加され、分散している。芯物質としては、例えば、酵母、大腸菌等の細胞、カビ、動物、植物、昆虫、タンパク質、核酸、無機微粒子等の触媒、吸着剤、薬物、生理活性物質、芳香成分、栄養分が挙げられる。
【００２８】
第１高分子電解質溶液８中の芯物質の濃度は、種類にもよるが、１ｐｐｍ〜５０ｗｔ％である。例えば、芯物質が、細胞の場合には、０．０１〜１０ｗｔ％が好ましく、また、酵素等のタンパク質の場合には、１ｐｐｍ〜１ｗｔ％が好ましい。芯物質として酵母を用いる場合には、第１高分子電解質溶液８に、酵母を培養するための液（培地）をさらに加えてもよい。なお、芯物質は、必ずしも添加しなくてもよい。
【００２９】
第２高分子電解質溶液９は、第２高分子電解質を溶媒に溶解した溶液である。第２高分子電解質は、第１高分子電解質のポリイオンと逆電荷のポリイオンを有する高分子を用いるのが好ましいが、第１高分子電解質のポリイオンと反応して後述するような界面を形成するものであれば、第１高分子電解質のポリイオンと同符号の電荷のポリイオンを有する高分子であってもよい。
【００３０】
また、第２高分子電解質は、単一種の高分子であっても、複数種の高分子を組み合わせたものであってもよい。但し、複数種の高分子を組み合わせて用いる場合には、同符号の電荷のポリイオン性高分子を用いることが好ましい。第２高分子電解質としては、上述した第１高分子電解質高分子に用いられるポリカチオン性高分子又はポリアニオン性高分子と同種のものが用いられる。第２高分子電解質の濃度は、高分子の種類にもよるが、例えば、０．１〜２０ｗｔ％である。
また、第２高分子電解質溶液９の溶媒としては、マイクロカプセルの用途によっては、生体への安全性の観点から、水を用いることが好ましいが、特に水に限定されるものではない。
【００３１】
第１高分子電解質と第２高分子電解質の組み合わせとしては、例えば、ＰＡＨとＰＳＳ、アルギン酸とキトサン、ヒアルロン酸とキトサン、ポリリジンとポリメタクリル酸等が挙げられる。
【００３２】
以下、マイクロカプセル製造装置１について詳細に説明する。
シリンジ３の先端に設けられたニードル２の内径は、１０〜１０００μｍである。図示しない駆動部によってシリンジ３の押し子３ａが押圧されることにより、シリンジ３内の第１高分子電解質溶液８は、ニードル２の先端から押し出されるようになっている。駆動部による押し子３ａの押し出し速度は、制御可能となっている。そのため、ニードル２から押し出される第１高分子電解質溶液８の流量は、制御可能となっている。ニードル２から押し出される第１高分子電解質溶液８の流量は、ニードル２の内径に応じた適切な値に設定される。
【００３３】
ニードル２は、金属などの導電性材料が推奨されるが、他のガラス等の不導体材料も利用可能である。ニードル２は電源部５に接続されており、高電圧が印加されるようになっている。第１高分子電解質がポリカチオン性高分子の場合には、電源部５の正極がニードル２に接続されており、第１高分子電解質がポリアニオン性高分子の場合には、電源部５の負極がニードル２に接続されている。なお、図１は、電源部５の正極をニードル２に接続した場合を表示している。
【００３４】
また、電源部５のニードル２に接続されている電極と反対側の電極は、接地されるとともに、電極板４に接続されている。これにより、ニードル２と電極板４との間には電界が形成される。電源部５としては、直流電源が使用され、ニードル２に印加される電圧（ニードル２と電極板４との電位差）は、例えば５〜３０ｋＶであり、特に１０〜２５ｋＶが好ましい。また、電極板４は、金属等の導電性材料からなる。
【００３５】
スターラー６は、容器７内の第２高分子電解質溶液９を攪拌するためのものである。スターラー６は、例えば磁力式のものであって、容器７内に配置した攪拌子（図示省略）を、磁力により回転させて第２高分子溶液を攪拌するようになっている。容器７は、導電性材料で形成されていてもよいが、絶縁性材料で形成されていてもよい。
【００３６】
次に、マイクロカプセル製造装置１を用いたマイクロカプセルの製造方法について、第１高分子電解質としてポリカチオン性高分子を用いた場合を例に挙げて説明する。
【００３７】
ニードル２から第１高分子電解質溶液８を一定の速度で押し出す。このとき、ニードル２と電極板４との間に電圧を印加しておく。すると、ニードル２の先端に第１高分子電解質溶液８が出てきて、円錐状のメニスカスが形成される。このメニスカスには、ポリカチオンが集まっているため、電界集中が生じている。この円錐状のメニスカスにおいて、電荷の静電反発力が表面張力を上回ると、メニスカスから微小液滴が分離する。分離する際、微小液滴は、静電反発力と表面張力の作用により大きさが揃ったものとなる。分離した微小液滴は、強く帯電しているため、液滴間の静電反発力によりスプレー状に噴出される。なお、微小液滴中のポリカチオンは、電荷の静電反発力が最小となるように、主に微小液滴の表面側に存在している。また、微小液滴の内部には、芯物質と溶媒とが存在している。
【００３８】
ニードル２と電極板４との間には電界が形成されているため、電極板４と逆符号に帯電している微小液滴は、電極板４に引き寄せられ、第２高分子電解質溶液９に向かって飛翔して、第２高分子電解質溶液９中に滴下される。
【００３９】
微小液滴を第２高分子電解質溶液９に接触させると、微小液滴の表面側に存在するポリカチオンと、第２高分子電解質溶液９中のポリアニオンとが電気的相互作用により結合して、高分子電解質複合体からなる球状の界面が形成される。球状の界面の内部には、芯物質と溶媒が封入されている。このようにして、芯物質を内包するマイクロカプセルが製造される。製造されるマイクロカプセルの粒径は、数十μｍ〜数百μｍである。
【００４０】
以上、第１高分子電解質としてポリカチオン性高分子を用いた場合を例に挙げて説明したが、第１高分子電解質としてポリアニオン性高分子を用いた場合も同様にしてマイクロカプセルを製造することができる。
【００４１】
以上説明したマイクロカプセル製造方法によると、静電反発力と表面張力の作用により、大きさの揃った微小液滴をニードルから噴出させることができる。また、噴出された微小液滴は帯電しているため、液滴同士が移動中に合体することがなく、大きさが揃った状態のまま第２高分子電解質溶液９に接触させることができる。従って、均一な粒径のマイクロカプセルを製造することができる。
【００４２】
ニードル２の内径が小さいほど、ニードル２から噴出される微小液滴の粒径が小さくなり、マイクロカプセルの粒径も小さくなる。従って、ニードルの内径を制御することにより、マイクロカプセルの粒径を制御することができる。
ニードル２の内径が大きすぎると、ニードル２から噴出される液滴は、粒径が大きくなり表面張力が小さくなるため、移動中に分裂する場合がある。この場合、第２高分子電解質溶液９に接触した時点の液滴の粒径が不均一となり、マイクロカプセルの粒径が不均一となる。
よって、ニードルの内径は、第１高分子電解質の種類等に応じて適切な範囲に設定することにより、粒径の揃った、所望の粒径のマイクロカプセルを得ることができる。第１高分子電解質の種類や流量等にもよるが、ニードル２の内径は、例えば、１０〜１０００μｍが好ましい。
【００４３】
ニードル２の内径が一定の場合、ニードル２から押し出される第１高分子電解質溶液８の流量が少ないほど、ニードル２から噴出される微小液滴の粒径が小さくなり、マイクロカプセルの粒径も小さくなる。
流量が多すぎると、ニードル２から噴出される液滴の粒径が大きくなり、液滴が移動中に分裂することによって、マイクロカプセルの粒径にばらつきが生じる場合がある。一方、流量が少なすぎると、ニードル２から均一な粒径の微小液滴を噴出させることができなくなり、マイクロカプセルの粒径にばらつきが生じる。
よって、第１高分子電解質溶液８の流量は、ニードル２の内径等に応じて適切な値に設定することにより、粒径の揃った、所望の粒径のマイクロカプセルを得ることができる。例えば、ニードルの内径が１３０μｍで、電圧が１０〜２５ｋＶの場合、流量は０．０５〜２ｍｌ／ｈが好ましい。
【００４４】
ニードル２への印加電圧が高いほど、ニードル２の先端の液面の電荷の静電反発力が大きくなり、より小さい液滴に分離するため、マイクロカプセルの粒径が小さくなる。
印加電圧が低すぎると、ニードル２から噴出される微小液滴の粒径が大きくなり、微小液滴が移動中に分裂することによって、マイクロカプセルの粒径にばらつきが生じる場合がある。一方、印加電圧が高すぎると、第１高分子電解質溶液８が十分供給される前に無理やり液滴を形成してしまい粒径が不均一となる。
よって、ニードル２への印加電圧を適切な値に設定することにより、粒径の揃った、所望の粒径のマイクロカプセルを得ることができる。具体的には、１０〜２５ｋＶが好ましい。
【００４５】
また、第１高分子電解質溶液８の濃度が低いほど、第１高分子電解質溶液８の粘性が低くなるととともに、ニードル２の先端の液面の表面張力が低くなるため、より小さい液滴に分離する。そのため、マイクロカプセルの粒径も小さくなる。
第１高分子電解質溶液８の濃度が低すぎると、微小液滴中のポリイオンが少なすぎるため、高分子電解質複合体からなる界面の厚さが十分でなく、マイクロカプセルの強度が低くなる。一方、第１高分子電解質溶液９の濃度が高すぎると、粘度が高くなるため、第１高分子電解質溶液の温度を上げるなど操作に工夫を要する。
よって、第１高分子電解質溶液８の濃度を、第１高分子電解質の種類等に応じて適切な値に設定することにより、強度が高く、粒径の揃った、所望の粒径のマイクロカプセルを得ることができる。
【００４６】
また、ニードル２の先端から第２高分子電解質溶液９の液面までの距離を制御することによっても、第２高分子電解質溶液９に滴下される微小液滴の粒径を制御することができる。これにより、マイクロカプセルの粒径を制御することができる。
【００４７】
さらに、第２高分子電解質溶液９中の第２高分子電解質の濃度を制御することによっても、マイクロカプセルの粒径を制御することができる。
【００４８】
また、上述したように、ニードル２と電極板４との間に電界が形成されているため、ニードル２から噴出された微小液滴は、電極板４に引き寄せられて、容器７内の第２高分子電解質溶液９中に滴下される。従って、ニードル２から噴出された微小液滴の一部が容器７の外に落下するのが防止され、ニードル２から噴出されたほぼ全ての微小液滴を確実に第２高分子電解質溶液９に接触させることができる。
【００４９】
また、このマイクロカプセルの製造方法では、ニードル２に電圧を印加しつつ、ニードル２から第１高分子電解質溶液８を押し出して、噴出された微小液滴を第２高分子電解質溶液９に滴下するという、一連の工程のみでマイクロカプセルを製造することができる。また、ニードル２から第１高分子電解質溶液８を一定流量で連続的に押し出して、第２高分子電解質溶液９を連続的に回収することにより、マイクロカプセルを連続的に製造することができる。そのため、生産性に優れている。
【００５０】
また、例えばエマルジョン法と呼ばれる方法でマイクロカプセルを製造した場合には、使用した芯物質のうち、マイクロカプセルに内包される芯物質の割合は、１００％に満たないが、本実施形態では、シリンジ３内に充填された第１高分子電解質溶液８を全てニードル２から押し出すことにより、第１高分子電解質溶液８に添加された芯物質を全てマイクロカプセルに内包させることができる。
【００５１】
また、このマイクロカプセルの製造方法では、有機溶媒を使用しなくてよいため、環境負荷が小さく、生体に対する安全性が高いマイクロカプセルを得ることができる。また、マイクロカプセルに酵母等の活性物質を内包させる場合、酵母等の活性状態を損なうことなく、マイクロカプセルに内包させることができる。
【００５２】
さらに、第１高分子電解質及び第２高分子電解質として、生体適合性を有する高分子を用いることにより、マイクロカプセルを医薬用途に利用することができる。また、第１高分子電解質及び第２高分子電解質として、生分解性を有する高分子を用いることにより、環境負荷のより小さいマイクロカプセルを得ることができる。
【００５３】
また、高分子電解質複合体からなる界面は、金属イオンやグルコースなどの低分子物質が透過可能である。そのため、マイクロカプセルに酵母を内包させる場合、マイクロカプセルを作製した後に、第２高分子電解質溶液９を液体培地に置換することにより、培地中の栄養物質が界面の内側に浸入するため、マイクロカプセル内で酵母を増殖させることができる。また、医薬などの芯物質をゆっくりと外部へ放出させることができる。このようなマイクロカプセルを徐放性カプセルという。
【００５４】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上記の実施形態は以下のように変更して実施することができる。
【００５５】
１］上記実施形態では、第１高分子電解質溶液８が噴出されるニードル２の数は１つとしたが、複数であってもよい。
【００５６】
２]上記実施形態では、攪拌した状態の第２高分子電解質溶液９に微小液滴を滴下しているが、例えば、一方向に流動させた第２高分子電解質溶液９に微小液滴を滴下してもよい。
【００５７】
３］第２高分子電解質溶液９は、必ずしも攪拌されていなくてもよい。つまり、スターラー６を設けずに、容器７を直接電極板４上に配置してもよい。
【００５８】
４］上記実施形態では、容器７が載せられたスターラー６は、電極板４上に直接配置されているが、容器７及びスターラー６は、必ずしも電極板４上に直接配置されていなくてよい。この場合、電極板４は、その表面の面積が、容器７の底面の面積よりも小さくもよい。また、電極板４は、平板状でなくてもよく、例えば、中央部が突出した四角錐状であってもよい。このような形状の電極板４を使用することにより、ニードル２と電極板４との間に電界集中を生じさせることができるため、ニードル２から噴出される微小液滴をより確実に容器７内の第２高分子電解質溶液９に滴下することができる。
【００５９】
５］電極板４の代わりに、網目状の電極を使用し、この電極を容器７及びスターラー６の上に配置してもよい。つまり、ニードル２から噴出された微小液滴が、電界により容器７に飛び込むように、ニードル２、電極４、容器７、スターラー６を順に配置してもよい。
【００６０】
６]上記実施形態では、電極板４とニードル２との間に電界を形成するために、電源部５を電極板４に接続しているが、電極板４とニードル２との間に電界を形成するための構成はこれに限定されるものではない。例えば、電源部５以外の他の電源部を設けて、この電源部の一方の電極を電極板４に接続して、他方の電極を接地して、電極板４とニードル２との間に電界を形成してもよい。
【００６１】
７]上記実施形態では、電極板４とニードル２との間に電界が形成されているが、ニードル２に電圧が印加されていれば、このような電界は必ずしも形成されていなくてもよい。つまり、電極板４が設けられておらず、電源部５のニードル２に接続された電極と反対の電極が接地されている構成であってもよい。この場合、ニードル２から噴出された微小液滴は、電場の力と重力により容器７中の第２高分子電解質溶液９に滴下される。
【００６２】
８]上記実施形態では、第１高分子電解質溶液８の溶媒には水を用いたが、有機溶媒や、水とアルコール等との水混合物、Ｏｉｌ−ｉｎ−ｗａｔｅｒやＷａｔｅｒ−ｉｎ−oｉｌ等のエマルジョン溶液を溶媒として用いてもよい。但し、生体への安全性に優れており、芯物質の活性状態を損なわないという点からは、水を用いることが好ましい。また、有機溶媒を用いた場合、ニードル先端の液面から分離した微小液滴は、移動の過程で溶媒（有機溶媒）が蒸発しやすい。溶媒が蒸発すると、粒径が小さくなるため、電荷が集中して静電反発力が高まり、表面張力が低下する。そのため、電荷の静電反発力が表面張力を上回って、より小さい液滴に分裂する場合がある。このような移動途中の分裂が生じていると、第２高分子電解質溶液９に滴下された時点での微小液滴の粒径に若干ばらつきが生じ、マイクロカプセルの粒径にもばらつきが生じる場合がある。従って、より粒径の揃ったマイクロカプセルを得られるという点においても、溶媒として水を用いることが好ましい。
【実施例】
【００６３】
以下、本発明の具体的な実施例について説明する。
【００６４】
図１に示す構成のマイクロカプセル製造装置を用意した。なお、シリンジ３は、オールプラスチックディスポシリンジ（ロックタイプ、５ｍｌ、型式Ｈ４０５０−ＬＬ）を使用した。電極板４と電源部５は、株式会社メックの「ＬＡＢ用ナノファイバー サンプル作製装置」のＮＦ−１０４を使用した。スターラー６は、日伸理化株式会社製のミニＤＣスターラーＳＷ−Ｍ０１を使用した。容器７は、ガラス製ペトリシャーレを使用した。また、ニードル２としては、ルアーロック注射針の針先９０°、丸基タイプの１８Ｇ（内径９００μｍ、外径１２６０μｍ）と、２３Ｇ（内径３３０μｍ、外径６３０μｍ、）と、２７Ｇ（内径１９０μｍ、外径４１０μｍ）と、３０Ｇ（内径１３０μｍ、外径３１０μｍ）のものと、Ｐｒｅ−Ｐｕｌｌｅｄ  Ｇｌａｓｓ  Ｐｉｐｅｔｔｅｓ（ＴＩＰ３０ＴＷ１−Ｌ、Ｗｏｒｌｄ  Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製、内径３０μｍ、外径４０μｍ）を用意した。
【００６５】
＜実施例１＞
実施例１の第１高分子電解質溶液として、アルギン酸を１．５ｗｔ％、野生型酵母を１．２ｗｔ％含む水溶液を用いた。また、第２高分子電解質溶液として、濃度０．５ｗｔ％のキトサン水溶液を用いた。これら第１、第２高分子電電解質溶液を用いて、上述実施形態で説明したマイクロカプセルの製造方法によって、酵母が内包されたマイクロカプセルを作製した。
なお、ニードル２は上述した３０Ｇ（外径３１０μｍ、内径１３０μｍ）のものを用いた。ニードルへの印加電圧を１７．５ｋＶとし、ニードルから押し出される第１高分子電解質溶液の流量を０．２ｍｌ／ｈとした。また、ニードル先端から第２高分子電解質溶液の液面までの距離は、４．５ｃｍとした。
【００６６】
作製された直後の実施例１のマイクロカプセルの顕微鏡写真を図２示す。また、実施例１のマイクロカプセルについて、約８０個の粒径を測定し、粒径の分布を求めた。その結果を図４にグラフで示す。図４に示すように、粒径の揃ったマイクロカプセルを製造できることが確認された。
【００６７】
さらに、作製されたマイクロカプセルごと第２高分子電解質溶液を１ｍｌ分だけ取り出した。これを遠心分離して、上澄みを捨ててから、１ｍｌのＹＰＤ培地（グルコース２ｗｔ％、ペプトン２ｗｔ％、酵母エキス１ｗｔ％）を加えて分散させた後、適量を取り出して２０時間放置した。２０時間経過後のマイクロカプセルの顕微鏡写真を図３に示す。図３の写真から明らかなように、マイクロカプセル内で、酵母を増殖させることができることが確認された。
【００６８】
＜実施例２〜５＞
次に、実施例２〜５の第１高分子電解質溶液として、ポリアリルアミン塩酸塩（ＰＡＨ）水溶液を使用した。この第１高分子電解質溶液には、マイクロカプセルに内包するための物質は添加しなかった。また、第２高分子電解質溶液として、ポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）水溶液を用いた。なお、後述する実施例６〜１７も、第１高分子電解質溶液及び第２高分子電解質溶液は同じ種類のものを使用した。また、実施例２〜１７では、第２高分子電解質溶液中のＰＳＳの濃度は、全て１０ｗｔ％とし、ニードル先端から第２高分子電解質溶液の液面までの距離は、全て４．５ｃｍとした。
【００６９】
ニードルへの印加電圧を１５ｋV、１７．５ｋV、２２ｋV、２４ｋVと変化させ、その他の条件は同じにして、実施例２〜５のマイクロカプセルを約１００個ずつ作製した。第１高分子電解質溶液中のＰＡＨの濃度、ニードルの径、及び、第１高分子電解質溶液の流量を表１に示す。各実施例のマイクロカプセルについて、粒径を測定し、粒径の平均値と、標準偏差値と、変動係数（相対標準偏差値）を求めた。その結果も表１に示す。また、実施例２〜５のマイクロカプセルの粒径の平均値及び標準偏差値と、印加電圧との関係を、図５にグラフで示す。図５のグラフ中、粒径の平均値を四角形の記号で示し、平均値±標準偏差値の範囲を直線で表示した。後述する図６〜９も同様に表示した。
【００７０】
【表１】
2010201350.tif 000003
【００７１】
図５及び表１から明らかなように、印加電圧が２２ｋＶの実施例４と、印加電圧が２４ｋＶの実施例５とでは、マイクロカプセルの粒径がほとんど変わらないものの、実施例２〜４を比較すると、ニードルへの印加電圧が高いほど、マイクロカプセルの粒径は小さくなった。
【００７２】
＜実施例６〜１０＞
次に、ニードルの内径及び外径を表２に示す値に変化させて、その他の条件は同じにして、実施例６〜１０のマイクロカプセルを約１００個ずつ作製した。第１高分子電解質溶液中のＰＡＨの濃度、印加電圧、及び、第１高分子電解質溶液の流量も表２に示す。各実施例のマイクロカプセルについて、粒径を測定し、粒径の平均値と、標準偏差値と、変動係数を求めた。その結果も表２に示す。また、実施例６〜１０のマイクロカプセルの粒径の平均値及び標準偏差値と、ニードルの内径との関係を、図６にグラフで示す。
【００７３】
【表２】
2010201350.tif 000004
【００７４】
図６及び表２から明らかなように、ニードル内径が１３０μｍの実施例７と、ニードル内径が１９０μｍの実施例８とでは、マイクロカプセルの粒径がほとんど変わらないものの、実施例６〜１０を比較すると、ニードルの内径が小さいほど、マイクロカプセルの粒径は小さくなった。
【００７５】
＜実施例１１〜１３＞
次に、ニードルから押し出される第１高分子電解質溶液の流量を０．０５ｍｌ／ｈ、０．１ｍｌ／ｈ、０．２ｍｌ／ｈと変化させ、その他の条件は同じにして、実施例１１〜１３のマイクロカプセルを約１００個ずつ作製した。第１高分子電解質溶液中のＰＡＨの濃度、印加電圧、ニードルの径を表３に示す。各実施例のマイクロカプセルについて、粒径を測定し、粒径の平均値と、標準偏差値と、変動係数を求めた。その結果も表３に示す。また、実施例１１〜１３のマイクロカプセルの粒径の平均値及び標準偏差値と、第１高分子電解質溶液の流量との関係を、図７にグラフで示す。
【００７６】
【表３】
2010201350.tif 000005
【００７７】
図７及び表３から明らかなように、ニードルから押し出される第１高分子電解質溶液の流量が少ないほど、マイクロカプセルの粒径は小さくなった。
【００７８】
＜実施例１４〜１７＞
次に、第１高分子電解質溶液中のＰＡＨ（第１高分子電解質）の濃度を１ｗｔ％、３ｗｔ％、５ｗｔ％、１０ｗｔ％と変化させて、その他の条件は全て同じにして、実施例１４〜１７のマイクロカプセルを約１００個ずつ作製した。印加電圧、ニードルの径、第１高分子電解質溶液の流量を表４に示す。各実施例のマイクロカプセルについて、粒径を測定し、粒径の平均値と、標準偏差値と、変動係数を求めた。その結果も表４示す。また、実施例１４〜１７のマイクロカプセルの粒径の平均値及び標準偏差値と、第１高分子電解質の濃度との関係を、図８にグラフで示す。
【００７９】
【表４】
2010201350.tif 000006
【００８０】
濃度１ｗｔ％で作製した実施例１４のマイクロカプセルは、球状ではなく平坦状であって、他の実施例のマイクロカプセルに比べて脆かった。実施例１４を除いた実施例１５〜１７を比較すると、図８及び表４から明らかなように、第１高分子電解質の濃度が低いほど、マイクロカプセルの粒径は小さくなることがわかる。
【符号の説明】
【００８１】
１  マイクロカプセル製造装置
２  ニードル
３  シリンダ
４  電極板
５  電源部
６  スターラー
７  容器
８  第１高分子電解質溶液
９  第２高分子電解質溶液
【図１】
2010201350.tif 000007
【図４】
2010201350.tif 000008
【図５】
2010201350.tif 000009
【図６】
2010201350.tif 000010
【図７】
2010201350.tif 000011
【図８】
2010201350.tif 000012
【図２】
2010201350.tif 000013
【図３】
2010201350.tif 000014