(57)【要約】【課題】水等の親水性溶媒に可溶な水溶性フラーレンを製造する製造方法および製造装置の開発。【解決手段】傾斜型遊星ボールミルまたは３次元ボールミルを用いて、フラーレンと分散安定剤を混合・攪拌することにより、簡単、迅速、大量に水溶性フラーレンを得ることが可能になる。また、混合攪拌によって得られた混合物を、水等の水溶液で抽出し、濾過してから、凍結乾燥法を用いて粉体としてとりだすことが可能になる。【選択図】図８
2019022878.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動力によって回転する公転軸を中心として回転する公転回転アームと、垂直から前記公転軸側へ傾斜した自転軸を介して、前記公転回転アームに自転自在に支持されているミルポットと、前記公転軸の周りの全周に亘って前記公転回転アームの上方に固定して配置され、前記公転回転アームの回転に伴って公転する前記ミルポットの外周面が接触して前記ミルポットに自転を生じさせる外周ポット受けとを有することを特徴とする遊星ボールミル装置を用いて、フラーレンと分散安定化剤とを混合・攪拌して、親水性の溶媒に溶解可能な水溶性フラーレンを製造する製造方法および該製造装置。
【請求項２】
請求項１記載のボールミルにおいて、外周ポット受けの前記ミルポットが接触する部分が前記公転軸を中心とする公転軌道から外れた形状を有し、かつ、前記自転軸が前記公転回転アームに前記公転軸を中心とする放射方向に対して揺動自在に支持されていることを特徴とする遊星ボールミル装置を用いて、フラーレンと分散安定化剤とを混合・攪拌して、親水性の溶媒に溶解可能な水溶性フラーレンを製造する製造方法および該製造装置。
【請求項３】
請求項１記載のボールミルにおいて、ミルポットの前記外周ポット受けと接触する外周面が、自転軸を中心とする円形から外れている形状を有し、かつ、前記自転軸が前記公転回転アームに前記公転軸を中心とする放射方向に対して揺動自在に支持されていることを特徴とする遊星ボールミル装置を用いて、フラーレンと分散安定化剤とを混合・攪拌して、親水性の溶媒に溶解可能な水溶性フラーレンを製造する製造方法および該製造装置。
【請求項４】
請求項１記載のボールミルにおいて、前記自転軸の垂直方向からの傾斜角度が、１５〜４０度の範囲であることを特徴とする遊星ボールミル装置を用いて、フラーレンと分散安定化剤とを混合・攪拌して、親水性の溶媒に溶解可能な水溶性フラーレンを製造する製造方法および該製造装置。
【請求項５】
第１軸芯を中心とする第１軸と、前記第１の軸芯の回りを回転するように前記第１軸に取り付けられた第１回転体と、前記第１回転体に取り付けられ前記第１軸芯の方向とは異なる方向に延びる第２の軸芯を中心とする第２軸と、前記第１の軸芯の回りを回転するように前記第２軸に取り付けられた第２回転体と、前記第２回転体と一体回転する、内壁面が囲む空間がほぼ球形のミルポットと、前記第１回転体および前記第２回転体を回転させる駆動装置と、を含めて構成してあり、前記駆動装置は、前記第１回転体を回転させる駆動源と、前記第１回転体の回転力を伝達することによって前記第２回転体を前記第２軸芯の回りで回転させる駆動力伝達装置と、を備え、前記第１軸は水平軸であって、前記駆動源は、前記ミルポット内で遠心力を受けた被粉砕物が重力に逆いながら前記内壁面に沿って上昇する速度で前記ミルポットを前記第１の軸心回りを回転するように構成してあることを特徴とする三次元ボールミル装置を用いて、フラーレンと分散安定化剤とを混合・攪拌して、親水性の溶媒に溶解可能な水溶性フラーレンを製造する製造方法および該製造装置。
【請求項６】
請求項５記載の三次元ボールミルにおいて、前記ミルポットの内壁面の一部は、前記内壁面の曲率よりも小さな曲率の曲面もしくは平面に形成してあることを特徴とする三次元ボールミル装置を用いて、フラーレンと分散安定化剤とを混合・攪拌して、親水性の溶媒に溶解可能な水溶性フラーレンを製造する製造方法および該製造装置。
【請求項７】
請求項５または６記載の三次元ボールミルにおいて、前記ミルポットは、被粉砕物を収容するインナーポットと、前記インナーポットを保護包囲するアウターポットを含めて構成してあることを特徴とする５または６記載の三次元ボールミル装置を用いて、フラーレンと分散安定化剤とを混合・攪拌して、親水性の溶媒に溶解可能な水溶性フラーレンを製造する製造方法および該製造装置。
【請求項８】
請求項７記載の三次元ボールミルにおいて、前記インナーポットはジルコニアにより構成してあることを特徴とする請求項７記載の三次元ボールミル装置を用いて、フラーレンと分散安定化剤とを混合・攪拌して、親水性の溶媒に溶解可能な水溶性フラーレンを製造する製造方法および該製造装置。
【請求項９】
請求項５ないし８いずれか記載の三次元ボールミルにおいて、前記駆動力伝達装置は、前記第１軸に回転不能に同軸固定された主動円板と、前記第２軸に回転不能に同軸固定された従動円板と、を具備し、前記第２軸は、その軸芯が前記第１軸の軸芯と直交するように配され、前記主動円板周縁が前記従動円板の板面に圧接するよう構成されてなることを特徴とする三次元ボールミル装置を用いて、フラーレンと分散安定化剤とを混合・攪拌して、親水性の溶媒に溶解可能な水溶性フラーレンを製造する製造方法および該製造装置。
【請求項１０】
請求項９記載の三次元ボールミルにおいて、前記主動円板と前記従動円板との圧接は、前記主動円板周縁もしくは前記従動円板板面のいずれか、または、前記主動円板周縁と前記従動円板板面の両者に設けられた弾性体を介して行うように構成してあることを特徴とする三次元ボールミル装置を用いて、フラーレンと分散安定化剤とを混合・攪拌して、親水性の溶媒に溶解可能な水溶性フラーレンを製造する製造方法および該製造装置。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０に記載の方法によって得られた水溶性フラーレンを、親水性溶媒によって抽出し、濾過することによって濾液として精製する工程を含む、親水性の溶媒に溶解可能な水溶性フラーレンを製造する製造方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法によって得られた水溶性フラーレンを含む親水性溶液から、凍結乾燥法を用いて、粉体として、水溶性フラーレンを製造する製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、特異な球状型のフラーレンをシクロデキストリン等の物質に包接させ、疎水性のフラーレンを親水性に変化させることにより、薬剤や電子材料として有望な水溶性フラーレンを製造するためのフラーレンの製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】フラーレンは炭素原子のみからなる球状の構造を持つ炭素クラスター化合物の総称であり、分子を構成する炭素の数によりＣ６０フラーレンのように表される。炭素原子の数が６０個を超えているクラスターも存在する。これを高次フラーレンと呼ぶ。アーク放電法などによるＣ６０フラーレン合成の際、これら高次フラーレンが生成され、炭素数が７０，７４，７６，７８・・・などの物質が単離されている。また、これらフラーレンの球状の籠の内部に金属原子などを内包した金属内包フラーレンも合成されている。【０００３】フラーレン類は、ナノテクノロジーの分野の新素材として、エレクトロニクス、医薬品、化粧料など様々な分野での活用が注目されている。フラーレン類の高い耐熱性を利用した耐熱材料、高い電荷輸送性を利用した燃料電池の固体電解質材料などへの応用、フラーレンの高い電子受容性を利用した有機光電変換素子としての有機太陽電池、光センサ、人工光合成系構築の研究が報告されている。医薬品分野では光線力学療法用薬剤、抗ＨＩＶ医薬、ＭＲＩ用造影剤、抗酸化剤などとしての応用が研究されている。【０００４】フラーレンは炭素原子のみで構成されるクラスター化合物であり、疎水性の化合物であるため、通常は水などの親水性の溶媒に溶解させることができない。フラーレンを水または水性媒体（以下、「水等」という）に溶解可能な性質を持つ物質に変換できれば（これを以下、水溶化と称する）、フラーレンの特異な電子状態から得られる物性を、水または水性媒体中でも利用することが可能になり、生体内や他の環境での機能性物質としての応用範囲を大幅に拡張することが期待できる。本明細書では、水溶性と記載した場合には、水または親水性の溶媒に可溶になる物質を「水溶性の物質」、特に、水または親水性の溶媒に可溶なフラーレン、フラーレンを含む物質を、「水溶性フラーレン」、水または親水性の溶媒に可溶な性質を「水溶化」として、用語を用いる。【０００５】フラーレンを水溶化する方法としては、フラーレンにヒドロキシ基等の親水性の官能基を直接導入する（非特許文献１）、あるいは、親水性の官能基を有する化合物を反応させて化学修飾を行い、水等に対してフラーレンを安定的に分散させる方法が知られている。【０００６】水溶性の高分子によってフラーレンを包接し、水等に対して安定的にフラーレンを分散させる方法も知られている（非特許文献２）。【０００７】一方、フラーレンを水溶化する他の方法として、フラーレンと水溶性の化合物（分散安定化剤）を用いて、包接錯体を形成させ、水等、好ましくは水に対してフラーレンを安定的に分散させる方法が知られている（非特許文献３、４、５，６，７、特許文献１、２，３）。ここで言う「分散安定化剤」とは、水等に対してフラーレンを安定的に分散させる化合物であり、フラーレンと錯体を形成して、数時間〜数ヶ月間、均一状態あるいは懸濁状態を維持する物質を指す。【０００８】分散安定化剤として、カリックスアレーンを用いたフラーレンの水溶化の方法としては、Ｃ６０パウダーとカリックスアレーン（ｃａｌｉｘａｒｅｎｅ）水溶液を還流下３２時間反応させることにより、水溶性カリックスアレーン−Ｃ６０−フラーレン包接化合物が製造できることが報告されている（非特許文献３）。さらに、シクロデキストリンなどの物質を用いて、フラーレンとの錯体を形成させ、安定的に水等に分散されたフラーレンの分散水溶液を調整してから、フラーレンとカリックスアレーンとの錯体を形成する水溶化方法が知られている（特許文献１）。【０００９】分散安定化剤としてシクロデキストリンを用いたフラーレンの水溶化の方法としては、固体のＣ６０フラーレンパウダーとγ−シクロデキストリン水溶液を沸点まで加熱し、５０時間以上も還流することにより、γ−シクロデキストリン−Ｃ６０−フラーレン包接化合物に転換させる方法が知られている（非特許文献４，５）。また、これらの方法を発展させた方法として、Ｃ６０フラーレンをトルエン溶液のような有機溶媒に溶かし、γ−シクロデキストリン水溶液とを還流し、一定時間反応させ錯体の形成反応を促進する方法が知られている（非特許文献６）。【００１０】一方、メカノケミカル法を応用したフラーレンの水溶化法として、フラーレンと、分散安定化剤として、シクロデキストリン、カリックスアレーンとの包接錯体を形成する方法も知られている。メカノケミカルによるフラーレンとシクロデキストリン等の安定化分散剤を用いた包接錯体の製造は、粉砕機中で機械的に粉砕するか、またはボールミルを使用して完全に混合攪拌することによって包接錯体が製造される。【００１１】例えば、ボールミルを使用するＣ６０フラーレンとγ−シクロデキストリンまたはカリックス−［８］−アレーンの錯体の製造においては、仕込みのフラーレンとシクロデキストリンまたはカリックスアレーンのモル比を１：１０で仕込み、ボールミルにより、混合攪拌し固体混合物を得る。ここで得られた固体混合物に、脱イオン水１０〜３０ｍＬを添加して、懸濁液に転換させ、さらに、この懸濁液を、ボールミル（３０〜８０分）または超音波（５〜１０分）を使用することにより再びメカノケミカル処理する。これにより形成された包接化合物は溶液中に溶けるので、その後。慣用の物理的方法（遠心分離、デカンテーション等）により分離し、目的化合物を含む水溶液を得る方法が知られている（特許文献２）。【００１２】また、他のメカノケミカル手法を用いる方法として、高速ボールミルを利用する方法が知られている。この方法では、スチール製のボールを用いてシクロデキストリンとＣ６０を混合し、水等によりフラーレンとシクロデキストリンの錯体を抽出する固−液抽出法が用いられている（非特許文献７）。セル、ボールの材質として、メノウセル−メノウボールを用いても高速振動ボールミルを利用でき、高速振動ボールミルを用いると該錯体を抽出完了まで３０分〜２時間程度の時間で製造できることが知られている（特許文献１）。【００１３】さらに、メカノケミカル法を利用したフラーレンとシクロデキストリンとの複合体の製造方法として、乳鉢と乳棒を用いてフラーレンとシクロデキストリンを押圧しながら黄土色の固体混合物を製造し、それに超純水を添加し、超音波振動装置を用いて混合溶液を得たのち、これを濾過してＣ６０フラーレンとγ−シクロデキストリンの混合溶液を得る方法が知られている（特許文献３）。【００１４】以下に先行技術文献を示す。
【先行技術文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００６−６９８１２
【特許文献２】特開平８−３２０１
【特許文献３】ＷＯ２００６／１０９７７４
【特許文献４】特許４９３７５０２
【特許文献５】特許５６６６２２０
【００１６】
【非特許文献１】Ｋｏｋｕｂｏら，ＡＣＳ  ＮＡＮＯ，２００８，２（２），３２７．
【非特許文献２】Ｙ．Ｎ．Ｙａｍａｋｏｓｈｉら，Ｃｈｅｍ．Ｃｏｍｍｕｎ．，１９９４，５１７．
【非特許文献３】Ｒｅｃｌ．Ｔｒａｖ．Ｃｈｉｍ．Ｐａｙｓ−Ｂａｓ  １１１，５３１−５３２（１９９２））。
【非特許文献４】Ｍ．Ｓｕｎｄａｈｌら，Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  Ｍｅｔａｌｓ，５５−５７，１９９３，３２５２．
【非特許文献５】Ｔ．Ａｎｄｅｒｓｓｏｎら，Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，Ｃｈｅｍ．Ｃｏｍｍｕｎ．１９９２，６０４．
【非特許文献６】Ｙｏｓｈｉｄａら，Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．，Ｉｎｔ．Ｅｄ．Ｅｎｇｌ．１９９４，３３，１５９７．
【非特許文献７】Ｋ．Ｋｏｍａｔｓｕら、Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，Ｐｅｒｋｉｎ  Ｔｒａｎｓ．１，１９９９，２９６３．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】水溶化されたフラーレン包接化合物は、水等の溶液中で、フラーレンの有する電子共役の能力を利用できる魅力ある化合物である。本発明の目的は、この水溶性フラーレンを製造するため、フラーレン（特にＣ６０からＣ８４のサイズのフラーレン等）と、分散安定化剤（特にシクロデキストリン、カレックスアレーン類等）の包接錯体を、簡単、迅速、且つ大量に製造し、簡単に搬送、計量できる粉体の形態で製造できる方法を開発することである。【００１８】未修飾のＣ６０フラーレンやＣ７０フラーレン、さらにＣ８４などのフラーレンは水に全く溶解しないことが知られている。そのため、フラーレンを親水性の溶媒に溶解して溶液として用いるため、化学合成反応を用いて化学修飾による親水性官能基の導入、あるいは、安定化分散剤を用いてフラーレンと安定化分散剤の相互作用により、フラーレンを包接錯体として形成し、親水性を持たせる方法が開発されている。【００１９】安定化分散剤を用いて、フラーレンと安定化分散剤の相互作用により、フラーレン包接錯体を形成し、親水性溶媒に可溶とする水溶化法として、短時間に包接錯体を得る方法としては、特許文献２に、フラーレンとシクロデキストリン、カリックスアレーン等の安定化分散材を混合し、粉砕法を用いて包接錯体を製造する方法が記載されている。特に、非特許文献７には、高速振動ボールミルを用いると、高い水溶性を有するＣ６０フラーレンとγ−シクロデキストリンとの包接錯体溶液（１．４×１０−３Ｍ（ｍｏｌ／Ｌ））が得られ、Ｃ６０フラーレンとカリックスアレーンとの場合の包接錯体溶液（１．３×１０−４Ｍ（ｍｏｌ／Ｌ））Ｌ）と推察される）が得られることが記載されている。【００２０】高速振動ボールミルは、水溶性フラーレンの優れた製法ではあるが、現状の技術では、装置の大型化が価格、設備の観点から困難である。また、粉砕を行う容器についても改良が必要であることなどの問題があり、安定化分散剤とフラーレンから大量の包接錯体を形成する方法には向いていない。これに関しては、特許文献３（［０００９］）にも、高速振動ボールミルを用いる「Ｃ６０とγ−シクロデキストリン複合体の製造規模は、最大でも１ｇ程度である」と記載されている。【００２１】一方、特許文献３には、乳鉢を用いてフラーレンとγ−シクロデキストリンを混合した後、エタノールを加えて乾燥させ、さらに、エタノールを加えて乳鉢を用いて混合し、超純水を添加し、超音波処理した後、フィルタを用いて濾過する方法によって、フラーレンとγ−シクロデキストリン複合体の製造法が記載されているが、この方法の目的は、請求項２に記載されているとおり、フラーレンとγ−シクロデキストリンの複合体の濃度が３００ｐｐｍ以上６０００ｐｐｍの複合体を得ることを目的としているため、溶液として高濃度なＣ６０とγ−シクロデキストリンとの水溶液を得るのを目的とした方法ではない。【００２２】以上をまとめると、フラーレンとフラーレン、カリックスアレーンなどの安定化分散剤を用いて親水性溶媒に溶かして、フラーレンと安定化分散剤からなる包接錯体を製造するためには、粉砕法を用いることに優位性があり、特に高速振動ボールミルを用いる方法が有効である。高速振動ボ��ルミルを用いて、Ｃ６０フラーレンとγ−シクロデキストリンを用いた場合は、推定１．４×１０−３Ｍの水溶液（Ｃ６０シクロヘキサン水溶液中でのモル吸光係数ε＝５．１９×１０４（λｍａｘ＝３３０ｎｍ）を用いて算定した値）が得られる。ただし、高速振動ボールミルでは、一度に大量のフラーレンと安定化分散剤からなる包接錯体を得ることができないのが現状である。【００２３】  また、これまで示されたフラーレンと分散安定剤からなる包接錯体に関する特許文献１、２，３のいずれも、水溶液あるいは水性溶液の形態で精製されており、包接錯体を固体の粉体として精製しているものではない。【００２４】フラーレンと安定化分散剤からなる包接錯体を大量に製造し、安定的に供給するには、簡単、迅速、大量に製造でき、水等の親水性溶媒に対して高い溶解度を有し、さらに、運搬可能な粉体の形態で製造することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００２５】本発明は、フラーレン（望ましくは、Ｃ６０フラーレン、Ｃ７０フラーレン、Ｃ８４フラーレン）と分散安定化剤（望ましくは、β−シクロデキストリン、γ−シクロデキストリン、δ−シクロデキストリン、δ−シクロデキストリンとカリックス−［８］−アレーン（ｃａｌｉｘ−［８］−ａｒｅｎｅ））とから、メカノケミカル手法を用いて混合攪拌することによって包接化合を製造法する方法であり、フラーレンと安定化分散剤を含む固体混合物、あるいは、それに親水性の溶媒を添加して、メカノケミカル活性化することにより包接化合物を形成する製造方法と製造する装置を提供すること、また、形成された包接化合物を親水性溶媒に溶解して抽出し、その後粉体とすることによって、簡便に所定濃度の水溶性フラーレン溶液を調整することが可能となり、さらに運搬時の搬送を容易にする方法に関する。【００２６】フラーレンと分散安定剤から水溶性のフラーレン錯体を製造する方法として、メカノケミカル法が用いられており、機械的な粉砕法、特にボールミルを用いることが好適であることが知られている。一般にボールミルは、振動型ボールミルと優性ボールミルに分類することができる。これまでに示した情報によれば、特許文献２の実施例で用いられているボールミル（Ｐｕｌｖｅｒｓｉｓｅｔｔｅ  ｍｏｄｅｌ  ７０，Ｆｒｉｔｓｃｈ製）は、遊星ボールミルあり、一方、特許文献１、非特許文献７で用いられているボールミルは、振動型のボールミルである。【００２７】ＷＥＩ  ＺＨＡＮＧ、ＢＥＲＫＥＬＥＹ  Ｗ．ＣＵＲ  ＪＲ編，“Ｇｒｅｅｎ  Ｔｅｑｕｎｉｃｓ  ｆｏｒ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ａｎｄ  Ｍｅｄｉｃｉｎａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ”，Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ，Ｌｔｄ，２０１２．の３０１ページの１１．２．２のボールミリングの章において、有機化学反応においてボールミルを用いる場合、振動ボールミルにおける「高速攪拌（ａｇｉｔａｔｉｏｎ）は、反応物に衝突して化学反応を開始するのに十分な運動エネルギーをボールに与える。一方、惑星ボールミルは、振動ミルとはメカニズムが非常に異なる。遊星ミルで化学反応を行う場合は、いくつかのボールを用いて材料と一緒に摩擦し、薄く磨り潰す。そのため、振動ミルの場合のようにボールがバイアルを横切る運動がなされる代わりに、遊星ミルでは、強い衝撃による摩擦による熱を、化学反応を起こす熱として使用する。」と記載されている。【００２８】化学反応にメカノケミカル法が用いられ、粉砕法を実施する手段として、ボールミルが利用される。化学物質の製造にボールミルを利用する方法は、前記のように、一般的な方法であり、新たな手法ではない。また、ボールミルとして、振動型と遊星型の２種類が用いられているが、前記のように、それぞれの目的において使い分けている。水溶性のフラーレンは、様々な機能性を発現し、特に抗酸化剤としての利用などが着目されている。しかし、従来の製造方法では、短時間に、簡単に、大量の水溶性フラーレンを合成することはできず、この物質を大量に実験に使用することができないため、機能性を応用した実用的商品開発のための障害となっていた。【００２９】発明者らは、これらの現状を鑑み、これらを克服す���様々なボールミルについて検討したところ、振動型ボールミルの、反応物に衝突して化学反応を開始するのに十分な運動エネルギーをボールに与える性質と、遊星ボールミルのいくつかのボールを用いて材料と一緒に摩擦し、薄く磨り潰す性質の両者を兼ね備えたボールミルなら、簡単、迅速、大量に当該水溶性フラーレンの錯体を形成できるのではないかと考え、これを実現した装置を用いて実験を行った。これらの条件を満たす装置について鋭意検討したところ、本発明には、傾斜型の遊星ボールミルと３次元ボールミルの２種類を用いるのが好適であると考えられた。【００３０】傾斜型遊星ボールミルは、特許文献４に記載されている装置であり、駆動力によって回転する公転軸を中心として回転する公転回転アームと、垂直から前記公転軸側へ傾斜した自転軸を介して、前記公転回転アームに自転自在に支持されているミルポットと、前記公転軸の周りの全周に亘って前記公転回転アームの上方に固定して配置され、前記公転回転アームの回転に伴って公転する前記ミルポットの外周面が接触して前記ミルポットに自転を生じさせる外周ポット受けとを有することを特徴とする傾斜型の遊星ボールミル装置である。【００３１】前記傾斜型遊星ボールミルにおいては、前記ミルポットの内底が凹んだ球面状の形状であることが望ましく、前記ミルポットの内面の側壁に窪みが形成されていることが望ましい。また、該傾斜型ボールミルにおいては、前記外周ポット受けの前記ミルポットが接触する部分が、前記公転軸を中心とする公転軌道から外れた形状を有し、かつ、前記自転軸が前記公転回転アームに前記公転軸を中心とする放射方向に対して揺動自在に支持されてもよい。【００３２】前記傾斜型遊星ボールミルにおいては、前記ミルポットの前記外周ポット受けと接触する外周面が、自転軸を中心とする円形から外れている形状を有し、かつ、前記自転軸が前記公転回転アームに前記公転軸を中心とする放射方向に対して揺動自在に支持されていてもよい。【００３３】前記傾斜型遊星ボールミルにおいては、前記自転軸の垂直方向からの傾斜角度が、１５〜４０度の範囲であることが好適である。【００３４】３次元ボールミルは、特許文献５に記載されている装置であり、第１軸芯を中心とする第１軸と、前記第１の軸芯の回りを回転するように前記第１軸に取り付けられた第１回転体と、前記第１回転体に取り付けられ前記第１軸芯の方向とは異なる方向に延びる第２の軸芯を中心とする第２軸と、前記第１の軸芯の回りを回転するように前記第２軸に取り付けられた第２回転体と、前記第２回転体と一体回転する、内壁面が囲む空間がほぼ球形のミルポットと、前記第１回転体および前記第２回転体を回転させる駆動装置と、を含めて構成してあり、前記駆動装置は、前記第１回転体を回転させる駆動源と、前記第１回転体の回転力を伝達することによって前記第２回転体を前記第２軸芯の回りで回転させる駆動力伝達装置と、を備え、前記第１軸は水平軸であって、前記駆動源は、前記ミルポット内で遠心力を受けた被粉砕物が重力に逆らいながら前記内壁面に沿って上昇する速度で前記ミルポットを前記第１の軸心回りを回転するように構成してあることを特徴とする三次元ボールミルである。【０���３５】前記３次元ボールミルは、前記ミルポットの内壁面の一部は、前記内壁面の曲率よりも小さな曲率の曲面もしくは平面に形成してあってもよい。【００３６】前記３次元ボールミルのミルポットは、被粉砕物を収容するインナーポットと、前記インナーポットを保護包囲するアウターポットを含めて構成してあることが好適である。【００３７】前記３次元ボールミルのインナーポットは、ジルコニアにより構成してあることが好適である。【００３８】前記３次元ボールミルの駆動力伝達装置は、前記第１軸に回転不能に同軸固定された主動円板と、前記第２軸に回転不能に同軸固定された従動円板と、を具備し、前記第２軸は、その軸芯が前記第１軸の軸芯と直交するように配され、前記主動円板周縁が前記従動円板の板面に圧接するよう構成されていることが好適である。【００３９】前記３次元ボールミルの主動円板と前記従動円板との圧接は、前記主動円板周縁もしくは前記従動円板板面のいずれか、または、前記主動円板周縁と前記従動円板板面の両者に設けられた弾性体を介して行うように構成してあることが好適である。【００４０】以上の傾斜型ボールミル、３次元ボールミルを用いることにより、フラーレンと分散安定剤を混合して製造する水溶性フラーレンを、簡単、迅速、大量に製造可能とした。【００４１】ボールミルで得られた混合物から、該水溶性フラーレンを取り出すには、親水性の溶液に溶かしてボールミルのセルから攪拌混合物を洗いだし、この溶液を、フィルタを用いて濾過することによって濾液として、水溶性フラーレンを取り出す方法が有効である。濾過する前の前処理として、超音波照射により、溶解性を高める方法、遠心分離機を用いて前処理し、その上澄み液を、濾過することも有効な方法である。【００４２】さらに、該操作により得られた溶液を、凍結乾燥装置で処理し、最終的に搬出がしやすく、計量が容易で、所望する濃度の水溶性フラーレン水溶液を簡単に調整できる粉体として、水溶性フラーレンを精製することも重要である。
【発明の効果】
【００４３】本発明で示したように傾斜型遊星ボールミル、３次元ボールミルを用いる製造方法により、フラーレンと分散安定剤を混合して製造する水溶性フラーレンを、簡単、迅速、大量に製造することが可能になる。加えて、得られた溶液状態の水溶性フラーレンを、濾過、凍結乾燥の過程を経て、搬出がしやすく、計量が容易で、所望する濃度の水溶性フラーレン水溶液を簡単に調整できる粉体の形態で水溶性フラーレンを提供することが可能なった。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１は本発明の実施例および比較例に用いられるＣ６０フラーレンの構造を示した図である。
【図２】図２は本発明の実施例および比較例に用いられるγ−シクロデキストリンの構造を示した図である。
【図３】図３は本発明で得られるＣ６０フラーレンとγ−シクロデキストリンから形成される水溶性の包接錯体の構造を表す。Ｃ６０フラーレンをγ−シクロデキストリン２分子が挟んでいる構造を示した。
【図４】図４は本発明で得られるＣ６０フラーレンとγ−シクロデキストリンから形成される水溶性の包接錯体の構造を表す。Ｃ６０フラーレンが見えるよう、一方のγ−シクロデキストリンの先から見た三次元構造を示した。
【図５】図５は本発明の傾斜型ボールミルで得られた水溶性フラーレン水溶液の濾過後の露液を５倍に希釈した後の水溶液を、紫外可視分光器で測定したスペクトルである。
【図６】図６は本発明の傾斜型ボールミルで得られた水溶性フラーレン水溶液を希釈して得られた水溶液を紫外可視分光器で測定したスペクトルである。
【図７】図７は本発明の３次元ボールミルで得られた水溶性フラーレン水溶液を希釈して得られた水溶液を紫外可視分光器で測定したスペクトルである。
【図８】図８は本発明の３次元ボールミルで得られた水溶性フラーレン水溶液を、凍結乾燥法を用いて粉体化した後に、超純水に再溶解して得られた水溶液の紫外可視分光器で測定したスペクトルである。
【発明を実施するための形態】
【００４５】本発明のフラーレン類は、炭素数６０、から、炭素８４までのフラーレンを用いる。このようなフラーレンは、適宜市販品を用いることができる。
【００４６】  本発明に用いられる分散安定剤としては、シクロデキストリン、カリックスアレーン等があげられ、シクロデキストリンは、グルコースが５個以上結合したものであればよく、グルコースが６個結合したα−シクロデキストリン（シクロヘキサアミロース）、７個結合したβ−シクロデキストリン（シクロヘプタアミロース）、８個結合したγ−シクロデキストリン（シクロオクタアミロース）、９個連結したδ−シクロデキストリンなどを用いることができる。
【００４７】フラーレンとシクロデキストリンの錯体を形成するためには、フラーレンの直径を考慮して、それを内包できるサイズのシクロデキストリンを選択することが好適である。特にＣ６０フラーレンに対しては、γ−シクロデキストリンであることが好ましい。γ−シクロデキストリンを用いることで、Ｃ６０フラーレンを確実に包接することができ、水溶化がなされる。Ｃ６０フラーレンの分子構造を図１に示した。γ−シクロデキストリンの分子構造を図２に示した。Ｃ６０フラーレンとγ−シクロデキストリンから形成される包接錯体の構造を図３，４に示した。図３，４では、該錯体を、視点を変えて別な方向から捉えた構造を示した。
【００４８】本発明では、フラーレン−シクロデキストリン錯体の製造方法は、特に前記傾斜型遊星ボールミル、または、前記３次元ボールミルによって製造することができる。傾斜型遊星ボールミル、または、前記３次元ボールミルを用いた場合の、Ｃ６０フラーレンとγ−シクロデキストリン錯体の製造方法の一例を以下に示す。Ｃ６０フラーレン、γ−シクロデキストリンの両方の原料は、ボールミルでの混合・攪拌に用いる前に、前処理として、真空オーブンで、温度（４０℃程度）をかけ、一夜以上、乾燥させておくことが望ましい。
【００４９】最初に、傾斜型遊星ボールミルを用いて水溶性フラーレンを製造する工程を示す。反応容器にボールを入れた後、Ｃ６０フラーレン、γ−シクロデキストリンの両方の原料を秤量して、反応容器に投入する。傾斜型遊星ボールミルにおける装置の設定条件は、公転の回転数と混合・攪拌の時間である。回転数は、装置の性能により大きくことなるため、適宜選択することができる。混合攪拌の時間は、反応容器のサイズと仕込み量、ボールミルの粒径と量に依存するため、その中での組み合わせで妥当なものを用いる。
【００５０】次に、３次元ボールミルを用いて水溶性フラーレンを製造する工程を示す。反応容器にボールを入れたのち、Ｃ６０フラーレン、γ−シクロデキストリンの両方の原料を秤量して、反応容器に投入する。３次元ボールミルににおける装置の設定条件は、第１軸の回転数と、第２軸の回転数である。第１軸の回転数と、第２軸の回転数は装置の性能により大きく異なるため、適宜選択することができる。混合攪拌の時間は、反応容器のサイズと仕込み量、ボールミルの粒径と量に依存するため、その中での組み合わせで妥当なものを用いる。
【００５１】ボールミルで得られた混合物から、該水溶性フラーレンを取り出すには、前記混合物を親水性の溶液に溶かし、ボールミルの反応容器から攪拌混合物を洗い流す。その後、この溶液を、ガラスフィルタ、メンブランフィルタを用いて濾過することにより、濾液として、水溶性フラーレンを取り出す。濾過する前の前処理として、超音波照射により、より溶解性を高める方法、遠心分離機を用いて前処理し、その上澄み液を取り出し、濾過することも有効な方法である。
【００５２】さらに、該操作により得られた溶液を、予備凍結によって凍結し、その後、凍結乾燥装置で処理することによって、最終的に粉体として、水溶性フラーレンを精製する。
【実施例１】
【００５３】純度９９．５％以上のＣ６０（ＳＥＳリサーチ製）７２ｍｇとγ−シクロデキストリン［γ−ＣＤ］（和光純薬製）２５７ｍｇ（Ｃ６０に対して２ｅｑ）の粉末を，８０ｍＬのジルコニア製の反応容器に入れ、傾斜型遊星ボールミル（ナガオシステム製、Ｐｌａｎｅｔ−Ｍ２（宮城高専仕様））中で２０分間、混合・攪拌した。得られた混合物を、８０ｍＬの超純水で反応容器から洗い流し、親水性のメンブランフィルタで濾過し、紫色の濾液を得た。この水溶液を５倍に希釈し、その吸収スペクトルを紫外可視分光器（日本分光製、Ｖ−６３０）により、石英セル（１ｃｍ）を用いて測定した（図５参照）。【００５４】ここで得られた水溶性フラーレン溶液中の水溶性フラーレン錯体の濃度は、操作方法からわかるように、洗い出した水の量により変化するため、一概に比較することはできないが、図２のスペクトルは、非特許文献７に記載の同じスペクトルと比較し、傾斜型ボールミルにより得られた水溶性フラーレンが極めて高い水溶性を有していることがわかる。得られた水溶液を、通常のスペクトル形状が得られるまで希釈し、該装置によって測定した紫外可視スペクトルを図６に示した。【００５５】得られた水溶性フラーレン溶液を、凍結乾燥装置（東京理化機器製、ＦＤＵ−１２００）を用いて凍結乾燥し、５０．４ｍｇの水溶性フラーレンの粉体を得た。
【実施例２】
【００５６】純度９９．５％以上のＣ６０（ＳＥＳリサーチ製造）１４４ｍｇとγ−シクロデキストリン［γ−ＣＤ］（ＳＥＳ  ｒｅｓｅａｒｃｈ製，ＵＳＡ）１０３７ｍｇとの粉末を、直径８ｃｍのジルコニア容器に投入し、３次元ボールミル中で（ナガオシステム製、３Ｄ−８０）中で２時間、混合・攪拌した。これを６００ｍＬの超純水で洗い流し、親水性のメンブランフィルタで濾過し、紫色の濾液を得た。その吸収スペクトルを紫外可視分光器（日本分光製、Ｖ−６３０）により、石英セル（１ｃｍ）を用いて測定した。【００５７】得られた紫外可視スペクトルは、図５に示した紫外可視スペクトルよりもピークが高く、表示する範囲を大きくはみ出すため、誤解を招かないために本実施例には掲載しなかったが、傾斜型ボールミルよりさらに高い水溶性を有した水溶性フラーレンが得られたものと考えられた。ＵＶスペクトルを測定するのに妥当な濃度まで希釈し該装置で測定した紫外可視スペクトルを図７に示した。【００５８】得られた水溶性フラーレン溶液を、凍結乾燥装置（東京理化機器製、ＦＤＵ−１２００）を用いて凍結乾燥し、６６３ｍｇの水溶性フラーレンの粉体を得た。【００５９】図７に示したスペクトルを測定した水溶性フラーレンを、凍結乾燥した後に、超純水に再溶解させて該装置により紫外可視スペクトルを測定した結果を図８に示した。凍結乾燥によって粉体化した後も、水溶性フラーレンに影響のないことが示された。
【産業上の利用可能性】
【００６０】本発明の傾斜型の遊星ボールミル、３次元ボールミルを用いた水溶性Ｃ６０フラーレン錯体の合成法の確立により、大量の水溶性Ｃ６０フラーレン錯体を合成することが簡単、迅速、大量に得られるようになり、また、濃度の調整が可能な粉体の形式で水溶化Ｃ６０フラーレンが得られることから、固体電解質材料などへの応用、有機光電変換素子としての有機太陽電池、光センサ、人工光合成系構築や、医薬品分野での光線力学療法用薬剤、抗ＨＩＶ医薬、ＭＲＩ用造影剤、抗酸化剤などとしての展開が期待される。また、それらを用いた装置開発、システムの実用化研究が促進される。
【図１】
2019022878.tif 000003
【図２】
2019022878.tif 000004
【図３】
2019022878.tif 000005
【図４】
2019022878.tif 000006
【図５】
2019022878.tif 000007
【図６】
2019022878.tif 000008
【図７】
2019022878.tif 000009
【図８】
2019022878.tif 000010