(57)【要約】本発明は一般に、多重エマルジョン、および多重エマルジョンの作製方法および装置に関する。多重エマルジョンとは一般に、１またはそれ以上のより小さい液滴をその中に含有するより大きい液滴について説明する。これらのより大きい液滴は、いくつかの例では、第三流体中に縣濁されてもよい。これらは、例えば製薬剤、細胞、化学物質などの種をカプセル化するのに有用であり得る。いくつかの例では、これらの液滴の１またはそれ以上は、形態を変え、例えば固化されて、微小カプセル、リポソーム、ポリマーソーム、またはコロイドソームを形成し得る。多重エマルジョンは、いくつかの実施形態においては一工程で、一般的に正確な反復性をともなって形成することができ、単一の外部液滴内に、１、２、３、またはそれ以上の内部液滴を含むように調整することができる（いくつかの例では、これらの液滴はすべて、ネスティングされ得る）。
2008535644.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多重エマルジョンの作製方法であって、
第二流体に囲まれている第一流体ストリームから第一液滴を形成する工程であって、ここで、該第二流体が第三流体に囲まれている工程
を含む方法。
【請求項２】
前記第一流体は、前記第三流体中に混和性がある、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第二流体は、界面活性剤、プレポリマー、ポリマー、脂質、コポリマー、および両親媒性物質から選択された物質を含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記コポリマーは、ジブロックコポリマー、トリブロックコポリマー、および／またはランダムコポリマーである、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第二流体は、２つの界面活性剤を含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記物質は、両親媒性である、請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記第二流体は、相転移流体を含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第一流体および第二流体は、ポリマーソームまたはリポソームを形成する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第二流体は、前記第一流体の単一液滴を囲んでいる液滴を形成する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
形成された前記第二流体液滴の９０％超が、単一第一流体液滴を含有する、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第二流体ストリームは、前記第一液滴の周りに液滴を形成する、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記第一流体は、細胞および薬品から選択された種を含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第二流体液滴の直径の標準偏差は、１０％未満である、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記第二流体液滴は、直径が約２００ミクロン未満である、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記第二流体液滴は、直径が約５０ミクロン未満である、請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
前記第二流体液滴は、直径が約１０ミクロン未満である、請求項９に記載の方法。
【請求項１７】
前記第二流体液滴は、直径が約１ミクロン未満である、請求項９に記載の方法。
【請求項１８】
前記第二流体液滴は、直径が約５００ｎｍ未満である、請求項９に記載の方法。
【請求項１９】
前記第二流体は、本質的に界面活性剤を含んでいない、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
さらに、前記第二流体液滴中の前記第二流体の量を減少させる工程も含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項２１】
前記第二流体を、蒸発または拡散を通して減少させる、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
さらに、前記第二流体中に相転移をもたらす工程を含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記第二流体の外部液滴の内側に、複数の内部液滴を含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
前記第一流体の粘度は、前記第二流体の粘度に実質的に等しい、請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
前記第三流体の粘度は、前記第一流体の粘度とは実質的に異なる、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
第一流体ストリームを第一方向へ流す工程；
第二流体ストリームを該第一流体と同じ方向へ流す工程であって、該第二ストリームが該第一ストリームを取り囲んでいる工程；
第三流体ストリームを、該第一方向と実質的に反対の第二方向へ流す工程；および
該第三流体ストリームの流れの方向を変えて、該第一方向へ実質的に平行に流す工程
を含む方法。
【請求項２７】
前記第三ストリームの少なくとも一部分は、前記第二ストリームの一部分を取り囲んでいる、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記第一ストリームの流体は、前記第三ストリームの流体中に混和性がある、請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
液滴の形成のための装置であって、
第一直径を有する第一導管；
出口開口部を画定する末端を備える第二導管であって、該第一導管中に同心的に配置された導管；および
入口開口部を画定する末端を備える第三導管であって、該第一導管中に同心的に配置され、該入口開口部が、該第二導管の該出口開口部の反対側にある導管
を備えている装置。
【請求項３０】
前記第二導管および前記第三導管は、前記第一導管の異なる部分に配置されている、請求項２９に記載の装置。
【請求項３１】
前記第二導管の前記出口開口部は、前記第三導管の前記入口開口部よりも小さい直径を有する、請求項２９に記載の装置。
【請求項３２】
前記第二導管の出口開口部は、テーパー状になっている、請求項２９に記載の装置。
【請求項３３】
前記第一導管は、断面が実質的に多角形であり、前記第二導管および前記第三導管は、断面が実質的に円形である、請求項２９に記載の装置。
【請求項３４】
前記第一導管は、断面が実質的に円形であり、前記第二導管および前記第三導管は、断面が実質的に多角形である、請求項２９に記載の装置。
【請求項３５】
前記３つの導管の各々は、軸方向に並んでいる、請求項２９に記載の装置。
【請求項３６】
前記導管の少なくとも１つは、１ｍｍ未満の平均直径を有する、請求項２９に記載の装置。
【請求項３７】
前記導管の少なくとも１つは、ガラス毛細管を備えている、請求項２９に記載の装置。
【請求項３８】
前記第三導管の内径は、前記入口開口部から出発する導管の一部分に沿って増大する、請求項２９に記載の装置。
【請求項３９】
前記入口開口部に隣接する前記第三導管の一部分の内部が狭窄されている、請求項２９に記載の装置。
【請求項４０】
さらに、出口開口部を画定する末端を備える第四導管であって、前記第二導管中に同心的に配置されている第四導管を備える、請求項２９に記載の装置。
【請求項４１】
種のパッケージ方法であって、
種を第一流体中に縣濁する工程；
第二流体ストリームであって、該第二流体が、該第一流体と実質的に不混和性である流体ストリームに囲まれているストリーム中に、該第一流体を流す工程；
該第二流体ストリームを囲んでいる第三流体ストリームを導入する工程；および
該第一流体の多重液滴であって、該液滴が、該種の少なくとも１つを含有する液滴を形成する工程
を含む方法。
【請求項４２】
前記種は、細胞、薬品、核酸、タンパク質、香料、ナノ粒子、および量子ドットから選択される、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記種は細胞である、請求項４１に記載の方法。
【請求項４４】
さらに、前記液滴を囲んでいる前記第二流体の一部分を固化する工程を含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項４５】
前記液滴の５０％超が、１つの細胞を含有する、請求項４３に記載の方法。
【請求項４６】
前記液滴の９０％超が、１つの細胞を含有する、請求項４３に記載の方法。
【請求項４７】
形成された前記液滴の５０％超が、同数の細胞を含有する、請求項４３に記載の方法。
【請求項４８】
前記内部液滴の少なくとも一部分を固化する工程を含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項４９】
液滴の形成方法であって、
第一流体を第一導管中に流す工程；
第二流体を第二導管中に流し、該第二流体を、該第二導管の出口開口部を画定する末端から、該第一導管中の該第一流体中へ排出する工程；
該第一流体に囲まれている該第二流体を、該第一流体中の該第二流体の液滴が制限部内に形成される条件下で、該制限部に入るように推進する工程；および
該第一流体中に運ばれる該第二流体の該液滴を、該制限部から、該制限部よりも大きい寸法の領域中へ放出する工程
を含む方法。
【請求項５０】
前記第一流体および前記第二流体を、第三流体で囲む工程を含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
前記第二流体が、第四流体を囲んでいる、請求項４９に記載の方法。
【請求項５２】
少なくとも第一粒子シェル、および該第一粒子シェルを囲んでいる第二粒子シェルを有するコロイドソーム
を含んでいる物品。
【請求項５３】
前記コロイドソームはさらに、前記第二粒子シェルを囲んでいる第三粒子も含んでいる、請求項５２に記載の物品。
【請求項５４】
内部脂質層および外部脂質層を有する脂質二層を含んでいるリポソームであって、該内部脂質層が第一脂質組成物を含み、該外部脂質層が、該第一脂質組成物と識別し得る第二脂質組成物を含むリポソーム
を含んでいる物品。
【請求項５５】
前記リポソームが多重膜である、請求項５４に記載の物品。
【請求項５６】
前記リポソームがさらに、第二脂質二層を含んでいる、請求項５４に記載の物品。
【請求項５７】
前記第二脂質二層は、内部脂質層および外部脂質層を有し、該内部脂質層が第三脂質組成物を含み、該外部脂質層が、該第三脂質組成物と識別し得る第四脂質組成物を含んでいる、請求項５６に記載の物品。
【請求項５８】
液滴の形成方法であって、
第一流体を第一導管中に流す工程；
第二流体を第二導管中に流し、該第二流体を、該第二導管の出口開口部を画定する末端から、該第一導管中の該第一流体中へ排出する工程；
第三流体を第三導管中に流し、該第三流体を、該第三導管の出口開口部を画定する末端から、該第二導管中の該第二流体中へ排出する工程；
該第一流体に囲まれ、かつ該第三流体を含有する該第二流体を、該第一流体中の該第二流体の液滴が、制限部内に形成される条件下で、該制限部に入るように推進する工程；および
該第一流体中に運ばれる該第二流体の液滴を、該制限部から、該制限部よりも大きい寸法の領域中へ放出する工程
を含む方法。
【請求項５９】
前記第一流体および前記第二流体を、第四流体で囲む工程を含む、請求項５８に記載の方法。
【請求項６０】
内部流体；
該内部流体を囲んでいる第一中間流体；
該第一中間流体を囲んでいる第二中間流体；および
該第二中間流体を囲んでいる外部液体
を含んでいる物品。
【請求項６１】
前記第二中間流体を囲んでいる第三中間流体であって、前記外部液体が、該第三中間流体を囲んでいる流体
を含んでいる、請求項６０に記載の物品。
【請求項６２】
前記内部流体と前記第一中間流体とは、実質的に不混和性である、請求項６０に記載の物品。
【請求項６３】
前記第一中間流体と前記第二中間流体とは、実質的に不混和性である、請求項６０に記載の物品。
【請求項６４】
前記第二中間流体と前記外部液体とは、実質的に不混和性である、請求項６０に記載の物品。
【請求項６５】
前記第二中間流体は、１ｍｍ未満の平均直径を有する液滴として形成される、請求項６０に記載の物品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（政府支援）
本発明の種々の局面をもたらす研究は、少なくとも部分的に、ＮＳＦ（ＤＭＲ−０２４３７１５）の資金援助を受けた。米国政府は、本発明の一定の権利を有する。
【０００２】
（関連出願）
本願は、米国仮特許出願第６０／６５９，０４５号（２００５年３月４日出願、発明の名称「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｆｏｒｍｉｎｇ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｅｍｕｌｓｉｏｎｓ」、Ｗｅｉｔｚらによる）の優先権を主張し、この仮特許出願は、本明細書中で参考として援用される。
【０００３】
（発明の分野）
本発明は一般に、エマルジョン、およびエマルジョンの生成、より詳しくは多重エマルジョンを形成するための微小流体系、およびこれらから生成されたエマルジョンに関する。
【背景技術】
【０００４】
（背景）
エマルジョンは、第一流体が、典型的にはこの第一流体と不混和性であるか、または実質的に不混和性である第二流体中に分散された時に存在する流体状態である。通常のエマルジョンの例は、水中油および油中水エマルジョンである。多重エマルジョンは、２以上の流体、または典型的な２流体エマルジョンよりも複雑な方法で配列された２またはそれ以上の流体で形成されたエマルジョンである。例えば多重エマルジョンは、油中水中油、または水中油中水であってもよい。多重エマルジョンは、例えば製薬送達、ペイントおよびコーティング、食品および飲料、および健康および美容助剤などの分野における、現在の潜在的用途によって特別な利点を有する。
【０００５】
典型的には、別の液滴の内側の液滴からなる多重エマルジョンは、２段階乳化技術を用いて、例えば混合を通してせん断力を加え、乳化プロセスの間に形成された液滴のサイズを減少させることによって作製される。例えば多孔質ガラス膜を用いた膜乳化技術などの他の方法もまた、水中油中水エマルジョンを生成するために用いられてきた。微小流体技術もまた、２またはそれ以上の工程を含む手順を用いて、液滴の内側に液滴を生成するために用いられてきた。例えば、２００４年４月９日に出願された、Ｌｉｎｋらによる、発明の名称が“Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  Ｆｌｕｉｄｉｃ  Ｓｐｅｃｉｅｓ”という国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０１０９０３号であって、２００４年１０月２８日に特許文献１として公開されたもの；または２００３年６月３０日に出願された、Ｓｔｏｎｅらによる、発明の名称が“Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｆｌｕｉｄ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ”という国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ０３／２０５４２号であって、２００４年１月８日に特許文献２として公開されたものを参照されたい。これらの各々は、参照して本明細書に組み込まれる。同様に、非特許文献１および非特許文献２も参照されたい。これらの例のいくつかにおいて、微小流体装置におけるＴ形接合部が、まず油相中に水性液滴を形成するために用いられ、これはついで、下流の別のＴ形接合部へ運ばれ、ここで、油相中に含有された水性液滴が、別の水相中に導入される。別の技術において、共軸ジェットを、コーティングされた液滴を生成するために用いることができるが、これらのコーティングされた液滴は、多重エマルジョンを形成するために、連続相中へ再乳化されなければならない。非特許文献３を参照されたい。
【特許文献１】国際公開第２００４／０９１７６３号パンフレット
【特許文献２】国際公開第２００４／００２６２７号パンフレット
【非特許文献１】Ａｎｎａら，「Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｓ  ｕｓｉｎｇ  ‘Ｆｌｏｗ  Ｆｏｃｕｓｉｎｇ’  ｉｎ  Ｍｉｃｒｏｃｈａｎｎｅｌｓ」，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，２００３年，第８２巻，ｐ．３６４
【非特許文献２】Ｏｋｕｓｈｉｍａら，「Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｍｏｎｏｄｉｓｐｅｒｓｅｄ  Ｅｍｕｌｓｉｏｎｓ  ｂｙ  Ｔｗｏ−Ｓｔｅｐ  Ｄｒｏｐｌｅｔ  Ｂｒｅａｋｕｐ  ｉｎ  Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅｓ」，Ｌａｎｇｍｕｉｒ，２００４年，第２０巻，ｐ．９９０５−９９０８
【非特許文献３】Ｌｏｓｃｅｒｔａｌｅｓら，「Ｍｉｃｒｏ／Ｎａｎｏ  Ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ  ｖｉａ  Ｅｌｅｃｔｒｉｆｉｅｄ  Ｃｏａｘｉａｌ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｊｅｔｓ」，Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００２年，第２９５巻，ｐ．１６９５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
多重エマルジョン、およびこれらから作製することができる生成物は、例えば食品、コーティング、化粧品、または製薬産業において有用な多様な製品を生成するために用いることができる。一貫した液滴サイズ、一貫した液滴数、一貫したコーティング厚さ、および／または改良された制御を与える多重エマルジョンを生成するための方法は、これらの製品の商業的実現を、より実行可能なものにするであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（発明の要旨）
この出願の主題は、いくつかの例では、相互関連製品、特定の問題への代替解決法、および／または単一系もしくは物品の複数の異なる用途に関わる。
【０００８】
１つの態様において、多重エマルジョンの作製方法であって、第二流体に囲まれているが、この第二流体が第三流体に囲まれている第一流体ストリームから第一液滴を形成する工程を含む方法が提供される。
【０００９】
別の態様において、第一流体ストリームを第一方向へ流す工程、第二流体ストリームを第一流体と同じ方向へ流す工程であって、第二ストリームが第一ストリームを取り囲んでいる工程、第三流体ストリームを、第一方向と実質的に反対の第二方向へ流す工程、および第三流体ストリームの流れの方向を変えて、第一方向へ実質的に平行に流す工程を含む方法が提供される。
【００１０】
別の態様において、液滴の形成のための装置であって、第一直径を有する第一導管、出口開口部を画定する末端を備える第二導管であって、第一導管中に同心的に配置された第二導管、および入口開口部を画定する末端を備える第三導管であって、第一導管中に同心的に配置され、入口開口部が、第二導管の出口開口部の反対側にある第三導管を備える装置が提供される。
【００１１】
別の態様において、１つの種をパッケージする方法であって、１つの種を第一流体中に縣濁する工程、第一流体を、第二流体ストリームに囲まれているストリーム中に流す工程であって、第二流体が、第一流体と実質的に不混和性である工程、第二流体ストリームを囲んでいる第三流体ストリームを導入する工程、および第一流体の多重液滴であってこれらの液滴が、これらの種の少なくとも１つを含有する液滴を形成する工程を含む方法が提供される。
【００１２】
別の態様において、液滴の形成方法であって、第一流体を第一導管中に流す工程、第二流体を第二導管中に流し、第二流体を、第二導管の出口開口部を画定する末端から、第一導管中の第一流体中へ排出する工程、第一流体に囲まれている第二流体を、第一流体中の第二流体の液滴が制限部（ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎ）内に形成される条件下で、制限部に入るように推進する工程、および第一流体中に運ばれる第二流体の液滴を、制限部から、制限部よりも大きい寸法の領域中へ放出する工程を含む方法が提供される。
【００１３】
さらに別の態様において、液滴の形成方法であって、第一流体を第一導管中に流す工程、第二流体を第二導管中に流し、第二流体を、第二導管の出口開口部を画定する末端から、第一導管中の第一流体中へ排出する工程、第三流体を第三導管中に流し、第三流体を、第三導管の出口開口部を画定する末端から、第二導管中の第二流体中へ排出する工程、第一流体に囲まれ、かつ第三流体を含有する第二流体を、第一流体中の第二流体の液滴が制限部内に形成される条件下で、制限部に入るように推進する工程、および第一流体中に運ばれる第二流体の液滴を、制限部から、制限部よりも大きい寸法の領域中へ放出する工程を含む方法が提供される。
【００１４】
１つの態様において、本発明は、少なくとも第一粒子シェル、および第一粒子シェルを囲んでいる第二粒子シェルを有するコロイドソームを提供する。
【００１５】
別の態様において、本発明は、内部脂質層および外部脂質層を有する脂質二層を含んでいるリポソームを提供する。いくつかの実施形態において、内部脂質層が第一脂質組成物を含み、外部脂質層が、第一脂質組成物と識別し得る第二脂質組成物を含んでいる。
【００１６】
さらに別の態様において、本発明は、内部流体、内部流体を囲んでいる第一中間流体、第一中間流体を囲んでいる第二中間流体、および第二中間流体を囲んでいる外部流体を提供する。
【００１７】
別の態様において、本発明は、本明細書に記載されている実施形態の１またはそれ以上の作製方法を対象とする。別の態様において、本発明は、本明細書に記載されている実施形態の１またはそれ以上の使用方法を対象とする。
【００１８】
本発明の他の利点、特徴、および用途は、概略的であってかつ一定の比例に拡大して描かれることが意図されていない添付図面とともに考察される時、本発明の非限定的な実施形態の次の詳細な記載から明らかになるであろう。図面において、様々な図面に図解されている各々の同一またはほぼ同一の構成要素は典型的には、単一の数字によって表わされている。分かりやすくするために、すべての構成要素が、すべての図面において標識されているわけではなく、当業者に本発明を理解させるために図解が必要ではない場合、本発明の各実施形態のすべての構成要素が示されているわけでもない。本明細書、および参照して組み込まれた文献が、相反する開示を含むような場合、本明細書が統御するものとする。
【００１９】
本発明の非限定的実施形態は、概略的でありかつ一定の比例に拡大して描かれることが意図されていない添付図面を参照して、例として記載される。これらの図面において、図解されている各々の同一またはほぼ同一の構成要素は典型的には、単一の数字によって表わされている。分かりやすくするために、すべての構成要素が、すべての図面において標識されているわけではなく、当業者に本発明を理解させるために、図解が必要ではない場合、本発明の各実施形態のすべての構成要素が示されているわけでもない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
（詳細な説明）
本発明は一般に、多重エマルジョン、および多重エマルジョンの作製方法および装置に関する。本明細書において用いられるとき、多重エマルジョンは、１またはそれ以上のより小さい液滴をその中に含有するより大きい液滴を表す。１または複数のより大きい液滴は、いくつかの例では、第三流体中に縣濁されてもよい。あるいくつかの実施形態において、多重エマルジョン中へのエマルジョン程度のネスティングが可能である。例えば、エマルジョンは、より小さい液滴をその中に含有する液滴を含有してもよく、この場合、より小さい液滴の少なくともいくつかは、一層小さい液滴をその中に含有する、等々。多重エマルジョンは、例えば製薬剤、細胞、化学物質などの種をカプセル化するのに有用であり得る。いくつかの例では、これらの液滴の１またはそれ以上（例えば内部液滴および／または外部液滴）は、形態を変え、例えば固化されて、微小カプセル、リポソーム、ポリマーソーム、またはコロイドソームを形成し得る。下に記載されているように、多重エマルジョンは、あるいくつかの実施形態において一工程で、一般的に正確な反復性をともなって形成することができ、単一の外部液滴中に、１、２、３、またはそれ以上の内部液滴を含むように調整することができる（これらの液滴はすべて、いくつかの例では、ネスティングされていてもよい）。本明細書において用いられるとき、「流体」という用語は一般に、液体または気体状態における物質を意味する。しかしながら流体はまた、固体、例えば縣濁粒子またはコロイド粒子も含有し得る。
【００２１】
多重エマルジョンが有用であることが立証され得る分野は、例えば食品、飲料、健康および美容助剤、ペイントおよびコーティング、薬品および製薬送達を包含する。例えば正確な量の薬品、製薬剤、または他の薬剤は、特定の生理条件下で破裂するように設計されたシェルによってカプセル化され得る。いくつかの事例では、細胞は、液滴中に含有されてもよく、これらの細胞は、例えばポリマーソームを介して貯蔵および／または送達され得る。貯蔵および／または送達され得る他の種は、例えば生化学種、例えば核酸、例えばｓｉＲＮＡ、ＲＮＡｉ、およびＤＮＡ、タンパク質、ペプチド、または酵素を包含する。本発明の多重エマルジョン中に組み込むことができる追加種は、ナノ粒子、量子ドット、香料、タンパク質、指示薬、染料、蛍光種、化学物質などを包含するが、これらに限定されない。多重エマルジョンはまた、あるいくつかの例では、例えば化学反応を制御するため、またはインビトロでの転写および翻訳のため、対象とする進化技術のための反応容器としても役立ち得る。
【００２２】
本明細書に記載されている方法および装置を用いて、いくつかの実施形態において、一貫したサイズおよび／または数の液滴を生成することができ、および／または外部液滴対内部液滴のサイズおよび／または数の一貫した比（または他のこのような比）を生成することができる。例えばいくつかの例では、予測可能なサイズの外部液滴中の単一液滴は、薬品の特定量を提供するために用いることができる。また、化合物または薬品の組み合わせが、多重エマルジョン液滴中に貯蔵、輸送、または送達され得る。例えば疎水性および親水性種は、単一多重エマルジョン液滴中に送達することができ、それは、この液滴が親水性および疎水性部分の両方を含み得るからである。これらの部分の各々の量および濃度は、本発明のあるいくつかの実施形態にしたがって一貫して制御することができる。これらは、多重エマルジョン液滴中の２またはそれ以上の種の予測可能な一貫した比を与え得る。
【００２３】
１つの態様において、本明細書に記載された多重エマルジョンは、異なる流体を用いて単一工程において作製されてもよい。一組の実施形態において、三重エマルジョン、すなわち第一流体を含有するエマルジョンが生成され得る。第一流体は第二流体に囲まれ、そして第二流体は、第三流体に囲まれている。いくつかの例では、第三流体および第一流体は、同一であってもよい。これらの流体は、それぞれ内部流体（ＩＦ）、中間流体（ＭＦ）、および外部流体（ＯＦ）と呼ぶことができ、多くの場合、疎水性の差によって、様々な混和性を有する。例えば内部流体は、水溶性であってよく、中間流体は油溶性であってよく、そして外部流体は水溶性であってよい。この配列は多くの場合、ｗ／ｏ／ｗ多重エマルジョン（「水／油／水」）と呼ばれる。別の多重エマルジョンは、油溶性である内部流体、水溶性である中間流体、および油溶性である外部流体を含んでいてもよい。この型の多重エマルジョンは多くの場合、ｏ／ｗ／ｏ多重エマルジョン（「油／水／油」）と呼ばれる。上の用語法における「油」という用語は単に、当業界において公知であるように、一般により疎水性であり、水中に混和性がない流体のことを言うだけであることに注目すべきである。このようにして油は、いくつかの実施形態において炭化水素であってよいが、他の実施形態において油は、他の疎水性流体を含んでいてよい。
【００２４】
本明細書において用いられているように、多重エマルジョンが生成される温度および条件下で、一方が少なくとも１０重量％のレベルまで他方中に溶解性でない時に、２つの流体は互いに不混和性であるか、または混和性でない。例えばこの流体および液体は、流体液滴の形成の時間枠内で不混和性であるように選択されてよい。いくつかの実施形態において、内部流体と外部流体とは、相溶性または混和性であるが、中間流体は、内部流体および外部流体の各々と不相溶性または不混和性である。しかしながら他の実施形態において、３つの流体すべては、相互に不混和性であり、あるいくつかの例では、これらの流体のすべては、必ずしも全部が水溶性である必要はない。さらに他の実施形態において、追加の第四、第五、第六等の流体が添加されて、ますます複雑になる液滴を液滴中に生成してもよい。例えば第一流体は第二流体に囲まれていてよく、そして第二流体は、第三流体に囲まれていてよく、そして第三流体は、第四流体に囲まれてもよい、等々。
【００２５】
本明細書における記載において、多重エマルジョンは概して、３相系、すなわち外部流体、中間流体、および内部流体を有する系を参照して記載されている。しかしながら、これは例としてのみであること、および他の系においては追加流体が、多重液滴中に存在してもよいことに注目すべきである。例として、エマルジョンは、第一流体液滴および第二流体液滴を含有してよく、各々が第三流体に囲まれ、そして第三流体は、第四流体に囲まれている。またはエマルジョンは、より高度のネスティングを有する多重エマルジョンを含有してよい。したがって、内部流体、中間流体、および外部流体の記載は、提示の容易さによるものであること、および以下の記載は追加流体を含む系へ容易に拡大し得ることを理解すべきである。
【００２６】
流体粘度が液滴形成に影響を与えることがあるので、いくつかの例では、内部流体、中間流体、および／または外部流体の粘度は、粘度の調節を補助し得る成分、例えば希釈剤を添加または除去することによって調節され得る。いくつかの実施形態において、内部流体および中間流体の粘度は、等しいか、または実質的に等しい。このことは例えば、内部流体および中間流体における液滴形成の等しい回数または速度で補助し得る。他の実施形態において、外部流体は、内部流体または中間流体のいずれかと実質的に異なる粘度を示してよい。粘度における実質的な差とは、これらの２つの流体間の粘度の差が、統計的に有意なベースで測定され得ることを意味する。これらの液滴中の流体粘度の他の分布もまた可能である。例えば内部流体は、中間流体の粘度よりも大きいか、または小さい粘度を有してよく、中間流体は、外部流体の粘度よりも大きいか、または小さい粘度を有してよい、等々。例えば４、５、６、またはそれ以上の流体を含有する、より高次の液滴において、これらの粘度は、特定の用途に応じて、要望どおりに独立して選択されてもよいことにも注目すべきである。
【００２７】
一組の実施形態において、多重エマルジョンは、３つ（またはそれ以上）の流体を、導管系を介して流すことによって形成される。この系は、微小流体系であってよい。本明細書において用いられるとき、「微小流体」とは、約１ミリメートル（ｍｍ）未満の断面寸法、そしていくつかの場合では、少なくとも３：１の長さ対最大断面寸法の比を有する、少なくとも１つの流体通路を備える装置、器具、または系のことを言う。この系の１またはそれ以上の導管は、毛細管であってよい。いくつかの場合、多重導管が提供され、いくつかの実施形態において、少なくともいくつかは、本明細書に記載されているようにネスティングされている。これらの導管は、微小流体サイズ範囲にあってよく、例えば、約１ミリメートル未満、約３００マイクロメートル未満、約１００マイクロメートル未満、約３０マイクロメートル未満、約１０マイクロメートル未満、約３マイクロメートル未満、または約１マイクロメートル未満の平均内径、またはこのような内径を有する部分を有してよく、これによって匹敵し得る平均直径を有する液滴を提供する。これらの導管の１またはそれ以上は（必然的にではないが）、断面において、同じ地点における幅と実質的に同じである高さを有する。導管は、より小さいか、より大きいか、または導管の平均直径と同じであってよいオリフィスを含んでいてよい。例えば導管オリフィスは、約１ｍｍ未満、約５００マイクロメートル未満、約３００マイクロメートル未満、約２００マイクロメートル未満、約１００マイクロメートル未満、約５０マイクロメートル未満、約３０マイクロメートル未満、約２０マイクロメートル未満、約１０マイクロメートル未満、約３マイクロメートル未満などの直径を有していてよい。断面において、これらの導管は、長方形または実質的に非長方形、例えば円形または楕円形であってもよい。本発明の導管はまた、別の導管中に配置されていてもよく、またはネスティングされていてもよく、いくつかの場合、多重ネスティングが可能である。いくつかの実施形態において、１つの導管は、別の導管中に同心的に保持されていてよく、これらの２つの導管は、同心であると考えられる。しかしながら他の実施形態において、１つの導管は、別の囲んでいる導管に対して中心を外れていてよい。同心またはネスティング幾何学形状を用いることによって、典型的には混和性である内部および外部流体は接触を回避し、多重エマルジョンの作製において、およびカプセル化およびポリマーソーム形成のための技術の考案において、大きい柔軟性を容易にし得る。例えば、この技術は、コア−シェル構造の製造を可能にし、これらのコア−シェル構造は、カプセルに転化することができる。
【００２８】
本明細書に記載された系は、例えば同心導管配列を有する、真に三次元の微小流体装置であってよいので、内部流体は、あるいくつかの実施形態において外部流体から完全に遮断され得る。このことは、内部流体および外部流体が、固体表面において、またはその近くで、例えば二次元系において互いに接触し得る時、他の系において発生し得る問題を減少させ得るか、または排除し得る。
【００２９】
流経路が、内部導管中に存在してよく、第二流経路が、以下に詳細に考察されているように、内側導管の外壁と外側導管の内壁との間の共軸空間に形成されてよい。これら２つの導管は、いくつかの場合、異なる断面形状を有していてよい。１つの実施形態において、内側導管の１または複数の部分は、流経路を共軸空間中に依然として維持しつつ、外側導管の１または複数の部分と接触してよい。同じ装置中に用いられる異なる導管は、同様な材料または異なる材料からできていてよい。例えば、特定の装置中のこれらの導管のすべては、ガラス毛細管であってよく、または１つの装置中のこれらの導管のすべては、以下に考察されているように、ポリマー、例えばポリジメチルシロキサンから形成されていてよい。
【００３０】
共軸流を与える幾何学形状はまた、本発明のあるいくつかの実施形態にしたがって、その流れの流体力学的集束を与えることもできる。これらの液滴の多くのパラメーター、内部液滴および中間層液滴（外部液滴）の両方は、流体力学的集束を用いて制御することができる。例えば、液滴直径、外部液滴厚さ、および外部液滴あたりの内部液滴の総数を制御することができる。
【００３１】
多重エマルジョンパラメーターはまた、例えば系幾何学形状、内部流体の流量、中間流体の流量、および／または外部流体の流量を調節することによって作り替える（ｅｎｇｉｎｅｅｒ）こともできる。これら３つの流量を独立して制御することによって、内部液滴の数、および外部液滴（中間流体）のシェル厚さは、断定的に（ｐｒｅｄｉｃａｔｉｖｅｌｙ）選択することができる。
【００３２】
図１に図解されている概略図は、外部導管１１０、第一内部導管（または注入管）１２０、および第二内部導管（または収集管）１３０を有する装置１００を含む、本発明の１つの実施形態を示している。内部流体１４０は、右から左の方向に流れるのが示されており、中間流体１５０は、注入管１２０の外側の空間において、および導管１１０内で、右から左の方向に流れる。外部流体１６０は、外部導管１１０と収集管１３０との間に備えられた経路において、左から右の方向に流れる。外部流体１６０が中間流体１５０と接触した後、これは方向を変え、内部流体１４０および中間流体１５０と実質的に同じ方向に、右から左へ流れ始める。注入管１２０は、テーパー状部分１７０の末端において、出口オリフィス１６４を備える。収集管１３０は、入口オリフィス１６２、内部にテーパー状になった表面１７２、および出口通路１６８を備える。このようにして、注入管１２０の内径は、示されているように右から左の方向に減少し、収集管１３０の内径は、入口オリフィスから、右から左の方向に増大する。これらの狭窄またはテーパーは、一貫した多重エマルジョンの生成を補助する幾何学形状を与えることができる。狭窄率は、線形または非線形であってよい。
【００３３】
図１に図解されているように、オリフィス１６４から出る内部流体１４０は、中間流体１５０によって完全に囲まれていてよいが、それは、注入管１２０からそれが出た後、導管１１０の内部表面と接触する内部流体１４０の部分が存在しないからである。このようにして、出口オリフィス１６４から収集管１３０の内側のポイントまで（入口オリフィス１６２の左まで）の間の一部分について、流体１４０のストリームは、流体１５０のストリームによって同心的に囲まれている。さらには、中間流体１５０は、少なくとも多重エマルジョンが形成されるまで、収集管１３０の表面と接触しなくてもよいが、その理由は、これが収集管１３０に入る時、外部流体１６０によって同心的に囲まれているからである。このようにして、出口オリフィス１６４の左のポイントから、収集管１３０の内側のポイントまで、３つの流体ストリームの複合ストリームが形成され、これは、中間流体１５０のストリームによって同心的に囲まれた内部流体１４０を含み、中間流体１５０自体は、外部流体１６０のストリームによって同心的に囲まれている。内部流体および中間流体は、これらが収集管１３０の内側（入口オリフィス１６２の左）に来るまで、典型的には液滴として破壊されない。「ドリップ」条件下、これらの液滴は、オリフィスのより近くに形成されるが、「ジェット」条件下、これらの液滴は、さらに下流に、すなわち図１に示されているように左へ形成される。
【００３４】
例えば中間流体１５０の液滴（外部液滴）が、内部流体１４０の液滴と同じ速度で形成されるいくつかの例では、その場合、内部流体液滴と中間流体液滴との間に１：１の対応があり、内部流体の各液滴は、中間流体の液滴に囲まれ、中間流体の各液滴は、内部流体の単一内部液滴を含有する。本明細書において用いられるとき、「外部液滴」という用語は典型的には、異なる流体を含む内部流体液滴を含有する流体液滴を意味する。多重エマルジョン生成のために３つの流体を用いる多くの実施形態において、外部液滴は、中間流体から形成されるのであって、この用語が暗に示し得るように外部流体からではない。上記図面は、例示目的であり、他の装置もまた本発明の範囲内で考えられることに注目すべきである。例えば、図１の装置は、例えばより高度にネスティングされた液滴を生成するために、追加の同心管を備えるように変更されてもよい。例えば図１７において、３つの同心管を有する装置が図示されており、これは、内部流体、内部流体を囲んでいる第一中間流体、および第一中間流体を囲んでいる第二内部流体を生成するために用いられてよい。より高度のネスティングでさえ可能である。例えば４つの同心管、５つの同心管などである。本明細書において用いられるとき、「同心」とは、必ずしも厳密に共軸である管のことを言うのではなく、共通の中心線を共有しない、ネスティングされているか、または「中心から外れた」管も包含することに注目すべきである。
【００３５】
液滴形成および形態には、いくつかの方法で影響を与えることができる。例えば１つの外部導管および２つの内部導管の関係を備える装置の幾何学形状は、所望サイズ、回数、および含量の多重エマルジョンの開発において有用であり得る。例えば、オリフィス１６２のサイズ、および収集管１３０の内部テーパーは、３つの流体を定位置に維持するのを助けることができ、液滴１８０が形成することを可能にする。また、液滴形成は、内部流体の流速、中間流体の流速、外部流体の流速、および流れの総量、またはこれらの比の変化、および／またはこれらの流量のいずれかの組み合わせによって影響されることがある。いくつかの実施形態において、内部流体の多重液滴は、中間流体の単一液滴内に形成され得る。例えば、内部流体の２、３、４、５、１０、３０、１００、３００、１，０００またはそれ以上の液滴が、内部流体または中間流体のどちらか（または両方）の液滴形成の回数を、内部流体または中間流体の他方のものに対して変えることによって、中間流体の液滴内に形成され得る。例えば内部流体の速度が、中間流体の単一液滴と同じ時間にわたって５液滴が形成されるように変えられるならば、その場合には中間流体の液滴は、平均して、中間流体の５液滴を含有してもよい。流体流特徴に応じて、中間流体液滴のいくつかは、内部流体のより多くの液滴またはより少ない液滴を含有してもよいことに注目すべきである。ただし、平均は、この例で考察されているように５液滴である。これら３流体の絶対的および相対的流量が、本明細書に記載された装置を用いて注意深く制御され得るので、特定数の内部流体液滴を含有する中間流体液滴が、一貫してかつ反復して形成され得る。いくつかの実施形態において、中間流体液滴あたりの内部流体液滴の目標数からの標準偏差は、例えば１未満の内部液滴、または中間流体液滴あたり内部液滴の数の２０％未満であってもよい。他の実施形態において、標準偏差は例えば、中間流体液滴あたり内部液滴の数の１５％未満、１２％未満、１０％未満、８％未満、または６％未満であってよい。
【００３６】
ドリップ条件は、単一オリフィス直径内の収集管１３０（図１）の入口近くで液滴を生成し；これは、ドリップ蛇口になぞらえることができる。ドリップによって生成された液滴は典型的には、高度に単分散である。それに対して、ジェット条件下では、図３Ｂに図解されているように、長いジェットを生成し、これは、３またはそれ以上のオリフィス直径だけ下流へ収集管内に延び、液滴として破壊される。開口部からの距離は、ジェット方式下、より大きくてもよいが、どちらかの方法によって形成された液滴は典型的には、収集管の内側に形成される。ジェット方式は典型的には全く不規則であり、結果として多分散液滴を生じ、これらの半径は、ジェットの半径よりもはるかに大きい。ジェット形成は、中間流体上の外部流体の粘性応力によって引き起こされると考えられる。粘性作用が、慣性効果を支配する時、レイノルズ数は低い。多重エマルジョンの形成は、単一エマルジョンの形成と類似している。しかしながら、共軸に流れる少なくとも２つの流体が存在し、これらの各々は、どちらかのメカニズムを通して液滴を形成することができる。
【００３７】
多重エマルジョンのサイズ分布は、崩壊メカニズムによって決定されると考えられ、一方で、最も内部の液滴（内部流体）の数は、内部および中間流体の液滴形成の相対速度に応じ得る。その結果、非常に多様な液滴形態が生成され得る。例えば、図５Ａ〜５Ｆは、異なるサイズの単分散および多分散多重エマルジョンを示している。崩壊速度と形成速度とが等しい時、共軸ジェットの輪形およびコアは、同時に崩壊し得る。これは、単一内部滴を有する多重エマルジョンを発生させるために用いることができる。これらの型の多重エマルジョンは、両方の流体が同時にドリップしているか（図３Ａ）または同時にジェットしている（図３Ｂ）ときに発生させることができる。ドリップおよびジェットメカニズムは、密接な関連があり、これらの間の転移は、最も外側の流体の流量を変えることによって誘発することができる。ドリップ方式は、より低い外部流量で発生し、一方、流量の増加は、共軸ジェットをより強力に収束させ、内部ストリームを薄化し、初めに、より小さい多重エマルジョン液滴をもたらす。
【００３８】
内部流体液滴と中間流体液滴との相対サイズもまた、注意深く制御することができる。すなわち、内部液滴および外部液滴のサイズの比は、断定的に制御することができる。例えば内部流体液滴は、中間流体（外部）液滴の小さい部分の多く、または小さい部分のみを満たしてもよい。内部流体液滴は、外部液滴の容積の９０％未満、８０％未満、７０％未満、６０％未満、５０％未満、３０％未満、２０％未満、または１０％未満を満たしてもよい。あるいはまた内部流体液滴は、外部液滴の容積の１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、９０％、９５％、または９９％超を形成してもよい。いくつかの場合では、外部液滴は、内部液滴を含有するとき、流体シェルまたはコーティングと考えられる。それは、外部液滴容積のいくらか、または大部分が、内部液滴によって満たされてよいからである。中間流体液滴半径に対する中間流体シェル厚さの比は、例えば５％、４％、３％、または２％に等しいかまたはそれ以下であってよい。このことは、いくつかの実施形態において、２つの混和性流体を分離し、よって安定化させる材料の非常に薄い層のみを有する多重エマルジョンの形成を可能にし得る。中間シェル材料はまた、中間流体液滴半径の例えば１０％、２０％、３０％、４０％、または５０％よりも大きいか、またはこれに等しくなるまで厚くしてもよい。一定サイズの外部液滴を有する異なるサイズの内部液滴の例が、図２Ａ〜２Ｄに示されている。例えば図２Ｅおよび２Ｆは、複数の内部流体液滴を含有する単一中間流体液滴を図解している。
【００３９】
図３は、ドリップ領域（図３Ａ）およびジェット領域（図３Ｂ）における単分散液滴の形成を示している２つの顕微鏡写真を示す。両方の場合、単分散液滴は、収集管１３０への入口オリフィスの下流に形成される。しかしながら、この系は、ジェット条件下で操作されるときよりもドリップ領域において操作されるときの方が、より入口オリフィスの近くで液滴が崩壊する（ｂｒｅａｋ  ｏｆｆ）ことは、注目に値する。示されている例では、同じ装置を用いて、外部流体の流れにおける変更は、ジェット作用またはドリップ作用のどちらが利用されるかを制御するために用いることができる。この実施例では、ドリップ領域は、結果として約１％未満の多分散度を生じ、一方で、ジェット領域において、多分散度は約３％であった。図３Ａに示されている目盛り線は、２００マイクロメートルを表わす。両方の実施例において、外部流体および内部流体は、シリコン油であり、中間流体は、グリセロール／水混合物であった。内部流体および中間流体は、実質的に等しい粘度を有し、外部流体は、内部流体または中間流体のどちらかの粘度よりも大きい規模の約１程度の粘度を示した。
【００４０】
上に記載されているように、本発明はまた、あるいくつかの態様において、三重エマルジョンまたは他のより高次の多重エマルジョンも提供する。例えば図１７において、三重エマルジョンの生成用装置が図解されている。図１７において、装置１００は、外部導管１１０、第一内部導管（または注入管）１２０、第二内部導管（または注入管）１２５、および第三内部導管（または収集管）１３０を有する。内部流体１４０は、導管１２５内で左から右の方向に流れ、ならびに第一中間流体１５０が導管１２５の外側の空間内で、導管１２０内にあるのが示されている。第二中間流体１５５はまた、図１７において、導管１２０の外側で、導管１１０内を左から右方向に流れる。外部流体１６０は、外部導管１１０と収集管１３０との間に備えられている経路において、右から左方向に流れる。外部流体１６０が第二中間流体１５５と接触した後、これは方向を変え、内部流体１４０ならびに中間流体１５０および１５５と実質的に同じ方向に、すなわち左から右へ流れ始める。この作用を通して、一連のネスティングされたエマルジョン１８０が形成される。ここで、内部流体１４０は、第一中間流体１５０に囲まれており、これ自体は、第二中間流体１５５に囲まれ、これは外部流体１６０内に含まれている。注入管１２５は、テーパー状部分１７０の末端に出口オリフィス１６４を含み、一方で、注入管１２５は、テーパー状部分１７７の末端に出口オリフィス１６９を備える。収集管１３０は、入口オリフィス１６２および内部がテーパー状の表面１７２、ならびに出口１６８を備える。注入管１２０の内径は一般に、示されているように左から右の方向に減少し、注入管１２５の内径もまた、示されているように左から右の方向に減少し、収集管１３０の内径は、入口オリフィスから、左から右の方向に増加する。これらの狭窄またはテーパーは、一貫した多重エマルジョンの生成を補助する幾何学形状を与え得る。
【００４１】
このような多重エマルジョンの例は、図１８Ａ−１８Ｇに図解されている。図１８Ａは、図１８Ｂ−１８Ｇに示されている多重エマルジョンを生成するために用いられた装置の一例を図解している。図１８Ａにおいて、先端部の寸法は、１００ｍｍ程度である。図１８Ｂ−１８Ｄは、様々な水／油／水／油（「ｗ／ｏ／ｗ／ｏ」）エマルジョンを図解している。図１８Ｂにおいて、水／シリコン油／水／シリコン油エマルジョンが示され、一方、図１８Ｃにおいて、水／トルエン／水／シリコン油エマルジョンが示されている。上に記載されているように、多重エマルジョン中の各成分の容積は、様々な流量を制御することによって調整することができ、いくつかの場合、多重液滴が、単一液滴中に含有されていてよい。例えば図１８Ｅにおいて、流体液滴内に、別の内部流体液滴が含まれ、一方、図１８Ｆおよび図１８Ｇにおいて、いくつかの内部流体液滴が、外部流体液滴内に含まれている。
【００４２】
多重エマルジョン液滴の生成速度は、液滴形成回数によって決定され得る。これは、多くの条件下、約１００Ｈｚ〜５，０００Ｈｚの間で様々に変えることができる。いくつかの場合、液滴生成速度は、少なくとも約２００Ｈｚ、少なくとも約３００Ｈｚ、少なくとも約５００Ｈｚ、少なくとも約７５０Ｈｚ、少なくとも約１，０００Ｈｚ、少なくとも約２，０００Ｈｚ、少なくとも約３，０００Ｈｚ、少なくとも約４，０００Ｈｚ、または少なくとも約５，０００Ｈｚであってよい。
【００４３】
多量の多重エマルジョン生成物、例えばポリマーソームまたはコロイドソームの生成は、いくつかの事例において多重装置の平行使用によって容易にすることができる。いくつかの場合では、相対的に多数の装置が平行して用いられもよい。例えば少なくとも約１０装置、少なくとも約３０装置、少なくとも約５０装置、少なくとも約７５装置、少なくとも約１００装置、少なくとも約２００装置、少なくとも約３００装置、少なくとも約５００装置、少なくとも約７５０装置、または少なくとも約１，０００装置、またはそれ以上が、平行して操作されてよい。これらの装置は、異なる導管（例えば同心管）、オリフィス、微小流体などを含んでいてよい。いくつかの場合では、一連のこのような装置は、これらの装置を水平におよび／または垂直に積み重ねることによって形成されていてよい。これらの装置は、共通して制御されるか、または別々に制御されてもよく、用途に応じて、内部流体、中間流体、および外部流体の共通源または別個の源が備えられていてよい。
【００４４】
本発明のいくつかの実施形態において、硬化されたシェルは、例えば固化またはゲル化され得る中間流体を用いることによって、内部液滴の周りに形成されていてよい。このようにして、カプセルは、一貫したおよび反復されたサイズの内部液滴、ならびに一貫したおよび反復されたサイズの外部シェルを用いて形成することができる。いくつかの実施形態において、これは、中間流体における相転移によって達成することができる。「相転移」流体は、例えば液体から固体へ相を変えることができる流体である。相転移は、例えば温度変化によって開始させることができ、いくつかの場合では、相転移は、可逆性である。例えばワックスまたはゲルが、ワックスまたはゲルを流体として維持する温度で、中間流体として用いられてよい。冷却の際、ワックスまたはゲルは、固体または半固体シェルを形成することができ、例えば、結果としてカプセルを生じる。シェルはまた、例えば２層の界面活性剤から形成することができるような二層であってもよい。
【００４５】
別の実施形態において、シェルは、中間流体液滴を重合することによって形成することができる。このことは、いくつかの方法で達成することができる。この方法は、固体ポリマーシェルを形成するために、例えば化学的に、熱を通して、または電磁放射線（例えば紫外放射線）を介して触媒することができるプレポリマーを用いることを包含する。
【００４６】
本発明の１つの態様において、両親媒性種、例えば両親媒性ポリマーおよび脂質を含む多重エマルジョンを形成することができ、両親媒性種は典型的には、比較的親水性の部分、および比較的疎水性の部分を含む。例えば親水性部分は、帯電した分子の部分であってもよく、分子の疎水性部分は、炭化水素鎖を含む分子の部分であってよい。ポリマーソームは例えば、装置、例えば多重エマルジョンに関して上記されたものにおいて形成されてもよい。上に記載されているように、多重エマルジョンを形成する１またはそれ以上の流体は、ポリマー、例えばコポリマーを含んでいてよく、これらはその後、重合されてよい。このような系の一例は、ノルマルブチルアクリレートおよびアクリル酸であり、これは重合されて、ポリ（ノルマル−ブチルアクリレート）−ポリ（アクリル酸）のコポリマーを形成し得る。
【００４７】
脂質が用いられるとき、結果として生じるエマルジョン液滴は典型的には、小胞または脂質小胞と呼ばれる。両親媒性ポリマー、例えばジブロックコポリマーが用いられるとき、結果として生じる液滴は、ポリマーソームと呼ぶことができる。本明細書において用いられるとき、「ポリマー」は、ポリマー化合物、ならびにポリマー化合物例えばプレポリマーを形成し得る化合物および種を包含し得る。プレポリマーは、例えばモノマーおよびオリゴマーを包含する。しかしながらいくつかの場合では、ポリマー化合物のみが用いられ、プレポリマーは適切でないことがある。
【００４８】
多重エマルジョンの形成の際、このエマルジョン中に含まれるか、溶解されるか、または縣濁される両親媒性種は、いくつかの場合では、親水性／疎水性界面に沿って自然に会合し得る。例えば、両親媒性種の親水性部分は、水相中に広がることがあり、疎水性部分は、非水相中に広がることがある。このようにして、両親媒性種は、ある条件下で、自然に組織化することができ、したがって両親媒性種分子は、互いに対して実質的に平行に向き、２つの隣接する流体間、例えば内部液滴と外部液滴との間、または外部液滴と外部流体との間の界面に対して実質的に垂直に配向される。両親媒性種が組織化されるにつれて、これらは、疎水性表面および反対側の親水性表面を有するシート、例えば実質的に球形のシートを形成し得る。流体の配列に応じて、疎水性側は、内側または外側へ向いていてよく、親水性側は、内側または外側へ向いていてもよい。その結果として生じた多重エマルジョン構造は、二層または多重膜構造であってよい。
【００４９】
一組の実施形態において、両親媒性種、例えばポリマー小胞または「ポリマーソーム」を含有する多重エマルジョン構造の形成方法は、多重エマルジョンの形成後、中間流体の一部分の除去を含む。例えば中間流体の一成分、例えば溶媒またはキャリアは、蒸発または拡散を通して、部分的にまたは全体として流体から除去することができる。中間流体の１または複数の残存成分は、以前に記載された方法と類似した、中間流体中の溶媒またはキャリアの量の減少の結果として、自己組織化するか、あるいはまた硬化し得る。このシェル形成は例えば、中間流体中に溶解されたポリマーの結晶化または自己集合を通して起こり得る。例えば、１または複数の界面活性剤を用いることができ、したがって、中間流体中の界面活性剤濃度が（例えば溶媒濃度の減少と同時に）増加するとき、界面活性剤分子が、界面活性剤の領域のように内部液滴および／または外部流体と会合されるように配向されるように、界面活性剤を用いることができる。シェルそれ自体（すなわち中間流体）内で、界面活性剤分子の異なる領域が互いに会合し、その結果として物質の濃縮が生じ、これはついで、主としてまたは実質的に界面活性剤から構成された１またはそれ以上の層状シートの膜を形成し得る。この膜は、いくつかの場合では、固体または半固体であってよい。非界面活性剤を用いることもできる。
【００５０】
いくつかの場合では、中間流体は、キャリアとして用いられる溶媒系、および溶解または縣濁されたポリマー、例えばジブロックコポリマーを含む。これは両親媒性であってよい。多重エマルジョンの形成後、溶媒は、例えば蒸発または拡散などの技術を用いて、シェルから除去することができ、ジブロックコポリマーを後に残す。溶媒が中間流体層を離れるにつれて、これらのポリマーは、内部および／または外部表面上の単一層または多重層中に自己集合し、その結果ポリマーソームを生じ得る。このことは結果として、内部液滴を運び、保護し、かつ送達し得る薄膜を生じ得る。これらのポリマーソームは、ひとたび形成されたら、外部流体から除去、乾燥、貯蔵などを行なうことができる。
【００５１】
例えば自己集合を通してシェルを形成するとき、外部滴から中間流体の一部分を除去することが望ましくあり得る場合、中間流体の成分のいくつかは、少なくとも部分的に外部流体中に混和し得る。このことによって、これらの成分を経時的に外部溶媒中に拡散させることが可能であり、外部液滴中の成分の濃度を減少させる。これは、外部液滴を含む不混和性成分、例えばポリマーまたは界面活性剤のいずれかの濃度を効果的に増加させ得る。これは、いくつかの実施形態において、ポリマーまたは他のシェル先駆物質の自己集合またはゲル化をもたらすことができ、その結果として固体または半固体シェルの形成を生じ得る。液滴形成の間、中間流体は、少なくとも外部流体と実質的に不混和性であることが、依然として好ましいことがある。この不混和性は、例えばポリマー、界面活性剤、溶媒、または中間流体の一部分を形成するが、少なくとも全部が、液滴形成後に外部流体中に容易に拡散し得ない他の成分によってもたらされ得る。このようにして、中間流体は、あるいくつかの実施形態において、液滴形成後に外部流体中に拡散し得る混和性成分、および液滴形成を促進するのを補助する不混和性成分の両方を含んでいてよい。
【００５２】
ジブロックコポリマーに加えて、他の両親媒性種を用いることもできる。例えば、他のポリマー、または他の種、例えば脂質またはリン脂質が、本発明とともに用いられてよい。例えばリポソームはまた、リン脂質および／または他の脂質から形成されてもよい。例えば、脂質またはリン脂質は、上に記載された方法において、ポリマーの代わりに供給されてもよい。他の方法はまた、頑丈なカプセル化剤、例えば内部界面または外部界面のどちらかの表面誘発重合、または内部流体または中間流体の温度誘発ゲル化をもたらすために用いられてもよい。
【００５３】
１つの実施形態において、不斉リポソームが提供される。すなわち、第一脂質組成物を含む第一内部表面、および第一脂質組成物と識別し得る第二脂質組成物を含む第二外部表面を有する脂質二層を含んでいるリポソームであって、第一内部表面および第二外部表面が、リポソームを画定する脂質二層膜、またはリポソームが多重膜リポソームである場合にはリポソームの少なくとも１つのシェルをともに形成するリポソームである。このようなリポソームは、例えば第一液滴中の第一脂質、および多重エマルジョン中の第一液滴を囲んでいる第二液滴中の第二脂質を組み込むことによって形成されていてよく、ついで溶媒は、例えば蒸発または拡散などの技術を用いてシェルから除去することができ、脂質を後に残す。記載されているように、より高度のネスティング、すなわち多重膜リポソームを生成するためのネスティングもまた、製造することができる。例えばリポソームの第一シェルは、第一脂質組成物を含む第一内部表面、および第一脂質組成物と識別し得る第二脂質組成物を含む第二外部表面を含んでいてよく、第二シェルは、第三脂質組成物を含む第一内部表面、および第三脂質組成物と識別し得る第四脂質組成物を含む第二外部表面を含んでいてよい。
【００５４】
不斉リポソームを作製するために用いられるこのようなプロセスの一例が、図１９に示されている。この図において、内部流体３０１、第一中間流体３０２（第一脂質３１２を含有する）、第二中間流体３０３（第二脂質３１３を含有する）、および外部流体３０４が、微小流体装置３２０、例えば本明細書において、例えば図１７に記載されているような装置内で組み合わされ、三重エマルジョン３３０を生成する。図１９に図示されているように、脂質３１２を含有する第一中間流体３０２は、三重エマルジョン内の１つの位置に存在していてよく、一方で、脂質３１３を含有する第二中間流体３０３は、三重エマルジョンをともなわない異なる位置内に存在していてよく、例えば脂質３１２は、三重エマルジョンの周辺に配列されていてよく、一方で、脂質３１３は、三重エマルジョン３３０の中心界面へ（第二中間流体と内部流体との間で）引き付けられる。その後、中間流体の１またはそれ以上の蒸発の際、不斉小胞３４０、例えば不斉リポソームが形成され得る。ここで、脂質３１２は、脂質二層膜の外側部分を形成し、一方で、脂質３１３は、不斉リポソームを画定する脂質二層膜の内側部分を形成する。
【００５５】
別の実施形態において、コロイドソーム、すなわちコロイド粒子のシェルに囲まれている流体液滴が生成される。このようなコロイドソームは、例えば、多重エマルジョン液滴（例えば外部液滴）のシェル中にコロイド粒子を供給することによって生成することができ、ついで溶媒は、例えば蒸発または拡散などの技術を用いて、シェルから除去することができ、コロイドを後に残し、コロイドソームが形成される。ネスティングされたコロイドソームもまた、いくつかの場合において生成することができる。すなわち、少なくとも第一粒子シェル、および第一粒子シェルを囲んでいる第二粒子シェルを有するコロイドソームである。これらのシェルは、同じコロイド組成物を有してもよく、有していなくてもよい。このようなネスティングされたコロイドソームは、一組の実施形態にしたがって、内部液滴、中間液滴、および外部液滴（より高度のネスティングが望まれる場合は、さらに他の液滴など）を有する多重エマルジョンを生成することによって、生成することができる。この場合、１または複数の中間液滴および外部液滴のいくつかまたはすべてが、コロイド粒子を含有する。次に、これらの溶媒は、蒸発または拡散などの技術を用いて、シェルから除去することができ、コロイドの多重層を後に残し、ネスティングされたコロイドソームを形成する。
【００５６】
さらに他の実施形態において、上記系のあらゆる組み合わせが用いられてもよい。例えば１つの実施形態において、脂質二層およびコロイド層（どの順序でも）、脂質二層およびポリマー層、コロイド層およびポリマー層などを含む粒子が生成され得る。
【００５７】
別の組の実施形態において、流体は、例えば内部液滴中に含有されることがあるあらゆる種を濃縮するために、内部液滴から除去することができる。流体は、内部液滴から除去されてよく、または内部液滴は、外部液滴から流体を除去するために、本明細書に記載されている技術と同様な技術を用いて濃縮されてよい。例えば流体は、内部液滴のサイズを減少させるために、内部液滴から拡散するかまたは蒸発させることができ、したがって実質的に拡散も蒸発もしない内部液滴のあらゆる成分を濃縮させることができる。例えば内部液滴の容積は、５０％、７５％、９０％、９５％、９９％、または９９．９％超を減少させることができる。このようにして内部液滴のコア半径は、例えば、いくつかの場合では、係数２、５、１０、またはそれ以上を減少させることができる。
【００５８】
流体成分は、特定の拡散または蒸発特性について、当業者が選択することができる。中間流体（外部液滴）はまた、中間流体が、中間流体中へ、またはこれを通って内部流体の移動を与えるように選択することもできる。外部液滴のサイズ（厚さ）はまた、内部液滴からの移動率に影響を与えることもあり、いくつかの場合では、外部液滴の厚さは、内部流体が内部液滴から除去される速度を制御するために選択することができる。当業者なら、特定の用途に応じて、所望の拡散または蒸発特性を得るために、日常的な技術のみを用いて、このような系を最適化することができるであろう。
【００５９】
別の態様において、本発明の方法および装置は、種を含有する液滴を形成するため、およびこのような種を送達する方法を提供するために用いることができる。種は、この液滴のあらゆる部分に含有され得るあらゆる物質であってもよく、液滴流体から区別することができる。種は、液滴内、例えば内部液滴、および／または外部液滴内などのあらゆる流体中に存在し得る。種は、例えば製薬剤、薬品、ＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質、香料、反応性作用物質、殺生剤、防カビ剤、防腐剤、化学物質、または細胞を包含し得る。細胞は例えば、流体多重エマルジョン中に縣濁されてもよく、またはポリマーソーム中に含有されていてよい。１またはそれ以上の細胞、および１またはそれ以上の細胞型は、液滴中に含有されていてよい。内部流体は、例えば水性緩衝液であってよい。これらの液滴の多分散度およびサイズは、厳密に制御することができるので、１液滴あたり特定数の種または粒子を含むエマルジョンを形成することができる。例えば単一液滴は、１、２、３、４、またはそれ以上の種を含有してよい。エマルジョンは、形成された液滴の９０％、９５％、または９９％超が、同数の種を含有するように、低多分散度をともなって形成することができる。例えば、形成された液滴の約９５％超が、このレベルの分散度を得るために、エマルジョンを分離するか、あるいはまた精製する必要性をともなわずに、液滴生成の時点で単一細胞を含有するエマルジョンを形成することができる。典型的には、細胞を支持する流体は、内部流体であり、水性ベースである。中間流体は、非水性流体であってよく、外部流体は、水性流体であってよい。ポリマーソームが用いられるとき、シェルは、細胞を保護し得る材料から形成されてもよい。シェルは、例えば湿分を保持するのを助けることができ、ポリマーソーム内の細胞の寿命をほぼ最大限にするようなサイズにすることができる。例えばシェル（外部液滴）は、特定の容積、例えば１０ｎＬの内部流体、ならびに単一細胞、または選ばれた数の細胞を含有するようなサイズであってよい。同様に、細胞は、バルク内部流体中に縣濁されてよく、したがって統計的には１つの細胞は、内部流体が液滴を形成するために用いられるとき、内部流体の各アリコート（例えば１０ｎＬ）とともに含まれるであろう。
【００６０】
さらに別の組の実施形態によれば、特定のシェル材料は、あるいくつかの条件下でその内容物を溶解するか、破壊するか、あるいはまた放出するように選択されてよい。例えば、ポリマーソームが薬品を含有するとき、シェル成分は、あるいくつかの生理学的条件（例えばｐＨ、温度、浸透強度）下で溶解するように選択されてよく、薬品が選択的に放出されることを可能にする。これらの「スマートカプセル」において有用な材料は、当業者に公知である。内部種が乾燥されることが望まれるとき、シェル材料は、水分子に対して浸透性である物質を有していてよい。
【００６１】
本発明のあるいくつかの態様による多様な材料および方法は、本発明の系および装置の上記構成要素のいずれかを形成するために用いることができる。いくつかの場合、選択された様々な材料は、様々な方法に役立つ。例えば、本発明の多様な構成要素は、固体材料から形成することができ、これらの材料において、チャネルは、ミクロ機械加工、フィルム付着プロセス、例えばスピンコーティングおよび化学蒸着、レーザー製造、フォトリソグラフィー技術、湿潤化学またはプラズマプロセスを包含するエッチング方法などによって形成することができる。例えばＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ａｍｅｒｉｃａｎ，２４８：４４−５５，１９８３（Ａｎｇｅｌｌ，ら）を参照されたい。１つの実施形態において、流体系の少なくとも一部分は、シリコンチップ中の機構（ｆｅａｔｕｒｅｓ）をエッチングすることによってシリコンから形成される。シリコンからの本発明の様々な流体系および装置の正確かつ効率的な製造のための技術は、公知である。別の実施形態において、本発明の系および装置の様々な構成要素は、ポリマー、例えばエラストマーポリマー、例えばポリジメチルシロキサン（「ＰＤＭＳ」）、ポリテトラフルオロエチレン（「ＰＴＦＥ」またはテフロン（登録商標））などから形成することができる。
【００６２】
異なる構成要素は、異なる材料から製造することができる。例えば、底部壁および側壁を含むベース部分は、不透明材料、例えばシリコンまたはＰＤＭＳから製造することができ、頂部部分は、流体プロセスの観察および／または制御のために、透明、または少なくとも部分的に透明な材料、例えばガラスまたは透明ポリマーから製造することができる。構成要素は、ベース支持材料が、正確な所望の機能性を有していない内側チャネル壁と接触する流体へ所望の化学的機能性を暴露するようにコーティングすることができる。例えば構成要素は、図解されているように、内部チャネル壁を別の材料でコーティングして製造することができる。本発明の系および装置の様々な構成要素を製造するために用いられる材料、例えば流体チャネルの内壁をコーティングするために用いられる材料は望ましくは、有害な作用を与えるか、またはこの流体系を通って流れる流体によって影響されるような材料、例えばこの装置内で用いられる流体の存在下で化学的に不活性な１または複数の材料の中から選択されてもよい。
【００６３】
１つの実施形態において、本発明の様々な構成要素は、ポリマーおよび／または可撓性および／またはエラストマー性材料から製造され、好都合なことに、硬化性流体から形成することができ、成形（例えばレプリカ成形、射出成形、流し込み成形など）を介して製造を容易にする。硬化性流体は本質的には、固化するよう誘発することができるか、または自然に固化して、流体ネットワーク中において、これとともに使用することが考えられている流体を含有および／または輸送し得る固体にすることができるあらゆる流体であってよい。１つの実施形態において、硬化性流体は、ポリマー液体または液体ポリマー先駆物質（すなわち「プレポリマー」）を含む。適切なポリマー液体は、例えば熱可塑性ポリマー、熱硬化ポリマー、またはこれらの融点以上に加熱されたこのようなポリマーの混合物を含んでいてよい。別の例として、適切なポリマー液体は、適切な溶媒中の１またはそれ以上のポリマーの溶液を含んでいてよく、この溶液は、例えば蒸発によって溶媒を除去する際、固体ポリマー材料を形成する。例えば溶融状態から、または溶媒蒸発によって固化することができるこのようなポリマー材料は、当業者に周知である。その多くがエラストマー性である多様なポリマー材料が適切であり、金型マスターの１つまたは両方がエラストマー材料から構成されている実施形態については、金型または金型マスターを形成するのにも適している。このようなポリマーの例の非限定的なリストは、シリコーンポリマー、エポキシポリマー、およびアクリレートポリマーの一般的な種類のポリマーを包含する。エポキシポリマーは、エポキシ基、１，２−エポキシド、またはオキシランと通常呼ばれている３員環式エーテル基の存在を特徴とする。例えば、ビスフェノールＡのジグリシジルエーテルが、芳香族アミン、トリアジン、および脂環式主鎖に基づいた化合物に加えて用いることができる。別の例は、周知のノボラックポリマーを包含する。本発明による使用に適したシリコーンエラストマーの非限定例は、クロロシラン、例えばメチルクロロシラン、エチルクロロシラン、フェニルクロロシランなどを包含する先駆物質から形成されたものを包含する。
【００６４】
シリコーンポリマーが、一組の実施形態において好ましい。例えばシリコーンエラストマーポリジメチルシロキサンである。ＰＤＭＳポリマーの非限定例は、Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ．，Ｍｉｄｌａｎｄ，ＭＩによって、商品名Ｓｙｌｇａｒｄ、特にＳｙｌｇａｒｄ  １８２、Ｓｙｌｇａｒｄ  １８４、およびＳｙｌｇａｒｄ  １８６として販売されているものを包含する。ＰＤＭＳを含むシリコーンポリマーは、本発明の微小流体構造の製造を単純化するいくつかの有利な特性を有する。例えばこのような材料は安価であり、容易に入手可能であり、熱での硬化を介してプレポリマー液体から固化することができる。例えばＰＤＭＳは典型的には、プレポリマー液体を、例えば約１時間の暴露時間、例えば約６５℃〜約７５℃の温度への暴露によって硬化可能である。同様にシリコーンポリマー、例えばＰＤＭＳは、エラストマー性であってよく、このようにして、本発明のあるいくつかの実施形態において必要な比較的高いアスペクト比で、非常に小さい機構を形成するのに有用であることがある。可撓性（例えばエラストマー性）金型またはマスターは、この点に関して有利であり得る。
【００６５】
シリコーンポリマー、例えばＰＤＭＳからの構造、例えば本発明の微小構造の形成の１つの利点は、例えば酸素含有プラズマ、例えばエアプラズマへの暴露によってこのようなポリマーが酸化される能力であり、したがってこれらの酸化構造は、これらの表面において、他の酸化シリコーンポリマー表面へ、または多様な他のポリマーおよび非ポリマー材料の酸化表面へ架橋し得る化学基を含有する。このようにして、構成要素は製造され、ついで酸化され、他のシリコーンポリマー表面へ、または酸化されたシリコーンポリマー表面と反応性がある他の基体の表面へ、別個の接着剤または他のシール手段の必要もなく、本質的に不可逆的にシールされ得る。多くの場合では、シーリングは、シールを形成するために補助的圧力を加える必要がなく、単に酸化シリコーン表面を別の表面へ接触させることによって完了することができる。すなわち、予め酸化されたシリコーン表面は、適切な合わせ表面に対して接触接着剤として作用する。具体的には、それ自体へ不可逆的にシール可能であることに加えて、酸化されたシリコーン、例えば酸化ＰＤＭＳもまた、それ自体以外の一連の酸化材料へ不可逆的にシールすることもできる。これらの材料は、例えばガラス、シリコン、酸化ケイ素、石英、窒化ケイ素、ポリエチレン、ポリスチレン、グラッシーカーボン、およびエポキシポリマーを包含し、これらは、ＰＤＭＳ表面と同様な方法で（例えば酸素含有プラズマへの暴露を介して）酸化されている。本発明の状況において有用な酸化およびシール方法、ならびに全体の成形技術は、当業界において、例えば参照して本発明に組み込まれている、“Ｒａｐｉｄ  Ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ”，Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．，７０：４７４−４８０，１９９８（Ｄｕｆｆｙ，ら）というタイトルの論文に記載されている。
【００６６】
いくつかの実施形態において、本発明のあるいくつかの微小流体構造（または内側流体接触表面）は、あるいくつかの酸化シリコーンポリマーから形成されていてよい。このような表面は、エラストマーポリマーの表面よりも親水性であってよい。このような親水性チャネル表面は、このようにして、水溶液でより容易に充填され、湿潤され得る。
【００６７】
１つの実施形態において、本発明の微小流体装置の底部壁は、１またはそれ以上の側壁、または上部壁、または他の構成要素から形成される。例えば底部壁の内側表面は、シリコンウエハまたはマイクロチップ、または他の基体を含んでいてよい。他の構成要素は、上に記載されているように、このような代替基体へシールされ得る。シリコーンポリマー（例えばＰＤＭＳ）を含む構成要素を、異なる材料の基体（底部壁）へシールすることが望まれる場合、この基体は、酸化シリコーンポリマーが不可逆的にシールし得る材料群（例えばガラス、シリコン、酸化ケイ素、石英、窒化ケイ素、ポリエチレン、ポリスチレン、エポキシポリマー、および酸化されているグラッシーカーボン表面）から選択されてよい。あるいはまた、当業者へ明白であるような、他のシーリング技術を用いることができる。これは、別個の接着剤、熱接着、溶媒接着、超音波溶接などの使用を包含するが、これらに限定されない。
【００６８】
以下の出願は、各々参照して本発明に組み込まれる：Ｗｅｉｔｚらによって２００５年３月４日に出願された米国仮特許出願第６０／６５９，０４５号；Ｌｉｎｋらによって２００３年８月２７日に出願された米国仮特許出願第６０／４９８，０９１号；Ｓｔｏｎｅらによって２００２年６月２８日に出願された米国仮特許出願第６０／３９２，１９５号；Ｌｉｎｋらによって２００２年１１月５日に出願された米国仮特許出願第６０／４２４，０４２号；Ｋｕｍａｒらへ１９９６年４月３０日に発行された米国特許第５，５１２，１３１号；Ｗｈｉｔｅｓｉｄｅｓらによる、１９９６年６月２６日に公開された国際特許公報第ＷＯ９６／２９６２９号；Ｋｉｍらへ２００２年３月１２日に発行された米国特許第６，３５５，１９８号；Ａｎｄｅｒｓｏｎらによって２００１年５月２５日に出願され、２００１年１１月２９日に第ＷＯ０１／８９７８７号として公開された国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ０１／１６９７３号；Ｓｔｏｎｅらによって２００３年６月３０日に出願され、２００４年１月８日に第ＷＯ２００４／００２６２７号として公開された国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ０３／２０５４２号；Ｌｉｎｋらによって２００４年４月９日に出願された国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０１０９０３号；Ｌｉｎｋらによって２００３年４月１０日に出願された米国仮特許出願第６０／４６１，９５４号；Ｌｉｎｋらによって２００４年８月２７日に出願された国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０２７９１２号；Ｇａｒｓｔｅｃｋｉらによって２００５年３月４日に出願された、“Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｏｆ  Ｆｏｒｍｉｎｇ  Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ”という発明の名称の米国仮特許出願第６０／６５９，０４６号；およびさらにこれと同じ日付で出願された、Ｇａｒｓｔｅｃｋｉらによる、“Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｏｆ  Ｆｏｒｍｉｎｇ  Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ”という発明の名称の米国一般特許（ｕｔｉｌｉｔｙ  ｐａｔｅｎｔ）出願。
【００６９】
以下の実施例は、本発明のあるいくつかの実施形態を説明することを意図しているが、本発明の範囲全体を例示するわけではない。
【実施例】
【００７０】
実施例１
カプセル生産を実証するために、剛性球形シェルを、中間流体中に含有されているポリマー（Ｎｏｒｌａｎｄ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｄｈｅｓｉｖｅ，ＮＪ）を光重合することによって製造した。接着剤を、その粘度を３０％減少させるためにアセトンで希釈した。中間流体としてアセトン／接着剤溶液を用いて多重エマルジョンを生成させた後、多重エマルジョン液滴が収集管を横断するにつれて、約１０秒間、結果として生じた液滴を紫外線源で重合することによって、シェルを形成した。多重エマルジョンおよび結果として生じた固体シェルの光沢領域の画像が、それぞれ図５Ａおよび５Ｂに示されている。外部液滴（中間流体）が固体シェルを形成したことを確認するために、球体を、２つの顕微鏡カバースライド間で押し潰した。押し潰したポリマーシェルは、図５Ｃに示されている走査電子顕微鏡画像において明らかである。
【００７１】
実施例２
ポリマーソームの形成のための別の技術において、多重エマルジョンを、単一内部滴を用いて作製し、ジブロックコポリマーを、中間体、または中間流体中に溶解した。揮発性流体を、中間相の一成分として用い、その後蒸発させ、ジブロックコポリマーが層状および／または多重膜シェル中に組織化することを可能にし、このようにしてポリマーソームを形成した。多重エマルジョン液滴形態は注意深く制御することができるので、制御可能なポリマーソームを、図解されているように作製することができる。例えばポリマーソームは、一貫して単分散にすることができる。例えば一貫したサイズ、および／または一貫したシェル厚さのものにすることができる。この一貫性は、この実施例において示されているように、多重エマルジョンを単一工程で形成し、ついでその後シェルを硬化することによって得ることができる。
【００７２】
このレベルの制御を説明するために、７０％トルエンおよび３０％テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）からなる中間流体を有する水中油中水多重エマルジョンを生成した。この中間流体の成分は、ジブロックコポリマー、すなわちポリ（ブチルアクリレート）−ｂ−ポリ（アクリル酸）のためのキャリア流体として役立った（図５Ｄ）。溶媒は、多重エマルジョンの形成後に蒸発したので、両親媒性ポリマーは、両方の界面において層中に自己集合し、ポリマーソームを形成した。ポリマー層は、極度に薄くすることができ、光沢領域顕微鏡写真において解像することを困難にする。典型的なポリマー小胞の相対比画像が、図５Ｅに示されている。これらの構造が実際にポリマーソームであることを確認するために、これらを、連続流体へのスクロース溶液（０．１Ｍ）の添加を通して、浸透応力で「収縮した（ｄｅｆｌａｔｅｄ）」。このようにして収縮された、図５Ｅからのポリマーソームが、図５Ｆに示されている。この手順の間、内部流体と外部流体とは、分離したままであり、効率的で頑丈なカプセル化を与える。このようにして、内部流体と外部流体との間のあらゆる接触または汚染は、これら２つの流体が一部または全部混和性であるときでさえ、避けることができる。
【００７３】
外部液滴から中間流体の一部分を除去することが望ましい場合、中間流体の成分のいくつかは、外部流体中に少なくとも部分的に混和されてもよい。このことは、これらの成分を経時的に外部溶媒中に拡散することを可能にし、外部液滴中の成分の濃度を減少させ、あらゆる不混和性成分、例えば外部液滴を含むポリマーまたは界面活性剤の濃度を効果的に増加させる。これは、ポリマー成分のより緊密な組織化、および場合によりシェルの形成をもたらし得る。液滴形成の間、中間流体が外部流体と実質的に不混和性であることが依然として望ましいことがある。この不混和性は、例えば、ポリマー、界面活性剤、溶媒、または液滴形成後に外部流体中に少なくとも全部、拡散し得ない中間流体の一部分を形成する他の成分によって与えることができる。このようにして中間流体は、例えば液滴形成後に外部流体中に拡散し得る混和性成分、および液滴形成を促進するのを助ける不混和性成分の両方を含み得る。
【００７４】
ポリマーソームに加えて、リポソームもまた同様な方法で、リン脂質から形成することができる。あるいはまた、頑丈なカプセル化剤を生成するための他の方法は、例えば、内部界面または外部界面のどちらかまたは両方の表面誘発重合化、および／または内部流体および／または中間流体の温度誘発ゲル化を包含し得る。
【００７５】
実施例３
この実施例は、多重エマルジョンのサイズ分布を、本発明の１つの実施形態にしたがって崩壊メカニズムによって制御し得ることを例証する。
【００７６】
図１に示されている幾何学形状を有する装置において、多重エマルジョンを生成させることができる。これらを、この装置を通過する流体が、ドリップ方式（図３Ａ）またはジェット方式（図３Ｂ）にある際に発生させることができる。ドリップおよびジェットメカニズムは、密接な関係があり、これらの間の転移は、装置を通る流体の流量を制御することによって、例えば最も外側の流体の流量を制御することによって管理することができる。
【００７７】
図６Ａおよび６Ｂは、総流量に対する外部流量ＱＯＦの変化が、生成される外部エマルジョン液滴のサイズにどのようにして影響を与え得るかを図解している。外部エマルジョン液滴の半径Ｒｄｒｏｐは、図６Ａの円によって示されているように、ＱＯＦとともに線形に減少する。しかしながらＱＯＦを閾値以上に増加させることは、ジェットの長さを急激に延ばし、このことはジェット方式への転移を表わす。この流量において、Ｒｄｒｏｐの不連続増加が、図６Ａにおける三角形によって示されているように発生した。これに対して、出口オリフィスの近くで測定された共軸ジェットの半径Ｒｊｅｔは、図６Ｂに示されているように、この転移を通して単調に減少した。液滴生成回数もまた、これに対応して減少した。
【００７８】
図３は、単一内部液滴を有する単分散多重エマルジョンを結果として生じ得る定常状態液滴形成メカニズムを示す顕微鏡写真である。すなわち（Ａ）ドリップおよび（Ｂ）ジェット。両方の場合では、液滴形成の速度は、内部流体および中間流体について同じであったが、このことは、各内部液滴が、単一外部液滴中に含有されていたことを意味する。ドリップとジェットと間の転移は、内部流体および中間流体の固定総流量について、外部流体の流量ＱＯＦによって制御された。（Ａ）における多重エマルジョンは、約１％未満の多分散度を示し、一方、（Ｂ）における多重エマルジョンは、約３％の多分散度を有した。図３Ｂ中の嵌め込み図は、共軸ジェットからの多重エマルジョン液滴の「ピンチオフ（ｐｉｎｃｈ−ｏｆｆ）」を示している。同じ装置および同じ流体を、図３、４、および６に記載された実験のために用いた。用いられた外部流体は、粘度ηＯＦ＝０．４８Ｐａ・ｓを有するシリコン油であり、中間流体は、粘度ηＭＦ＝０．０５Ｐａ・ｓを有するグリセロール−水混合物であり、内部流体は、粘度ηＩＦ＝０．０５Ｐａ・ｓを有するシリコン油であった。界面活性剤を有していない水性混合物およびシリコン油についての界面張力は、約２０ｍＮ／ｍであった。（Ａ）における流体の流量は、ＱＯＦ＝２，５００マイクロリットルｈｒ−１、ＱＭＦ＝２００マイクロリットルｈｒ−１、およびＱＩＦ＝８００マイクロリットルｈｒ−１であった。（Ｂ）における流量は、ＱＯＦ＝７，０００マイクロリットルｈｒ−１、ＱＭＦ＝２００マイクロリットルｈｒ−１、およびＱＩＦ＝８００マイクロリットルｈｒ−１であった。
【００７９】
以下の分析は、観察された結果のいくつかを説明するために示されている。しかしながら、この数学的分析は、結合されることが意図されているのではなく、単に観察された現象の提案された説明でしかないと理解すべきである。最も内側の流体および中間流体の粘度のマッチング、すなわちηＩＦ＝ηＭＦによって、共軸ジェットの粘度プロフィールは、同じ粘度を有する単一流体のものと同等にされ得るであろう。摂動の成長率は、界面に垂直なその速度νｉ≒γ／ηＯＦ（ここで、γは界面張力である）によって決定することができるであろうし、これは、ｔｐｉｎｃｈ＝ＣＲｊｅｔηＯＦ／γの液滴ピンチオフ時間につながるであろう；数値計算は、ηＩＦ／ηＯＦ＝０．１であるとき、Ｃ≒２０を生じた。単一流体の円柱に対して厳密に有効であるが、共軸流体スレッドについては、有効界面張力は、２つの界面があるという事実によって修正されてもよい。しかしながら、Ｒａｙｌｅｉｇｈ−Ｐｌａｔｅａｕ不安定度は、ジェットの長さがその半径に匹敵するほど大きくなるまで発生し得ない。これは、ｔｇ≒Ｒ３ｊｅｔ／Ｑｓｕｍ（ここで、Ｑｓｕｍは、２つの内部流体の正味の流速である）の時間がかかる。例えばピンチオフ時間が成長時間よりも小さいとき、液滴は、ジェットが不安定度を持ちこたえるのに十分なほど大きくなるやいなや形成されるであろう。これは、出口のちょうど内側で発生するであろう。これは図３Ａに図解されているように、ドリップ方式につながる。これに対して、ｔｐｉｎｃｈ＞ｔｇであるとき、これらの液滴が形成し得るジェットは、より早く成長するであろうし、ジェット方式につながるであろう。この場合、液滴は、図３Ｂに図解されているように、下流で、さらに出口の内側で形成される。この界面の有効毛管数（Ｃａ）は、
【００８０】
【数１】
2008535644.tif 000003
（式中、νは、内部流体の下流速度である）によって決定することができる。これは、Ｃａ≒１であるときに発生する、ドリップとジェットとの間の転移を支配する。毛管数に関する対照パラメーターの表示は、ドリップからジェットへの転移が、流体流による界面への粘性応力が大きくなりすぎて、Ｒａｙｌｅｉｇｈ−Ｐｌａｔｅａｕ不安定度がこれらの系幾何学において抑えられるときに発生するという、物理的に観察された現象の画像を捉えるのを助ける。
【００８１】
この物理画像を用いて、ＲｊｅｔおよびＲｄｒｏｐは、ジェットおよびドリップ方式の両方における速度流プロフィールを考察することによって、ＱＯＦの関数として決定され得るであろう。しかしながらこれらの速度プロフィールは、流体が収集管を通って入り、下流に移動するにつれて発展することがあり、したがって各メカニズムについての異なる処理は、有用であることが証明され得る。
【００８２】
共軸ジェットが最初に出口オリフィスに入るとき、これらの流体の速度プロフィールは、図６Ｂ中の右側の嵌め込み図に描かれているように、この通路を通してほぼ平らである。これは、レイノルズ数のオリフィス半径倍に匹敵し得る距離についてこのようなままである。このようにして、ドリップ方式において、液滴がオリフィスの非常に近くに形成される場合、マスフラックスは、次のように断面積と関連付けることができる：
【００８３】
【数２】
2008535644.tif 000004
（式中、Ｒｏｒｉｆｉｃｅは、出口オリフィスの半径である）。この方程式から予想されたＲｊｅｔ／Ｒｏｒｉｆｉｃｅの値は、調節可能なパラメーターをともなわず、図６Ｂ（点線）に示されているように、ドリップ方式における測定値と良好な一致にあった。液滴の測定された半径と共軸ジェットとの比較は、Ｒｄｒｏｐ＝１．８７Ｒｊｅｔであることを示した。この経験的関係は、ηＩＦ／ηＯＦ＝０．１の場合の周囲流体中の無限に長い円筒形スレッドの崩壊についての液滴サイズの理論的計算と一貫性があった。これから、Ｒｄｒｏｐが予測され、図６Ａ中の実線によって表わされているように、このデータと良好な一致にあることを発見した。転移の近くの小さい食い違いはおそらく、平らな速度プロフィールからの逸脱の結果であると考えられる。
【００８４】
ジェット方式において、液滴が十分に下流で、および十分に内部導管の入口オリフィスの中で形成される場合、流体流は、層パイプ流の従来の放物線速度プロフィールに発展した。流体間の粘度差は、内部共軸ジェットが外部流体のものと異なる速度プロフィールを生じるようにさせる。完全なプロフィールは、低いレイノルズ数限界においてＮａｖｉｅｒ−Ｓｔｏｋｅｓ方程式を解くことによって決定することができる。ジェットは、収集管の広くなるテーパーによってわずかに拡張し、流れプロフィールを修正する。この系を用いて、ジェット半径は、調節可能なパラメーターを用いずに予測され、図６Ｂ中のダッシュ−点線によって示されているように、ジェットが拡張してしまう前に測定された値で、良好な一致が得られた。
【００８５】
ジェット方式における液滴形成は、一般に不規則であることがあり、より多分散のサイズ分布をもたらす。しかしながらいくつかの場合では、安定な液滴形成を得ることができ、ジェット上の固定位置において発生する。このレベルの制御は、少なくとも一部、収集管の幾何学形状の結果であり、具体的には狭いオリフィスの下流の漸増する内径の結果であると考えられる。図１および３に図解されているように、収集管（内部管）は、出口オリフィスにおいて一般に小さいものから始まり、オリフィスの下流で次第に拡張する内部テーパーを含んでいてもよい。直径におけるこの減少は、連続的であってもよく、または段階的であってもよく、導管の外部直径に、対応減少を含んでいてもよく、含んでいなくてもよい。これは、流体が漸増する内径の区域を通って下流に流れるにつれて、ジェット直径の拡張につながってもよく、速度における随伴する減少が結果として生じる。Ｃａが、Ｒａｙｌｅｉｇｈ−Ｐｌａｔｅａｕ不安定度を持ちこたえるのに十分なほど減少するやいなや、ジェットは崩壊し、この位置を固定し、その結果として実質的に単分散の液滴を生じる。このようにして、本明細書に記載された系は、ジェット方式において、多重エマルジョンを含む、実質的に単分散の液滴を生成するためのメカニズムを提供し得る。ジェット方式において、崩壊回数が減少し、ジェットのサイズよりも実質的に大きいことがある液滴を生成する。すなわち、これらの液滴は、例えば図４Ａに図解されているように、ジェット半径の１×、２×、または３×よりも大きい直径を有し得る。これらのより大きい液滴の容積を満たすのに時間がかかり、分散された相の質量保存（ｍａｓｓ  ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ）および液滴崩壊に特徴的なタイムスケールが、
【００８６】
【数３】
2008535644.tif 000005
を得るために用いることができる。液滴半径についての解法は、次の式を与える：
【００８７】
【数４】
2008535644.tif 000006
。
【００８８】
この予測は、図４Ａ中の破線によって示されているような経験的結果と良好な適合を与える。
【００８９】
実施例４
ポリマー小胞を発生させるためのジブロックコポリマーの使用は、カプセル化のために新しい構造を作製するための魅力的な戦略である。これらの構造は、ポリマーソームと呼ばれ、リン脂質の二層から形成されたより伝統的な小胞のように、これらは流体のナノリットル〜ピコリットルの容積をカプセル化し得る。これに加えて、あるいくつかのジブロックコポリマーの低毒性は、これらの構造を、薬品送達用途のために有望なものにする。コポリマーの長さおよび化学的性質に応じて、結果として生じたポリマーソームは、匹敵し得るサイズのリポソームよりもはるかに頑丈になり得る。ジブロックコポリマーの使用によって与えられる可撓性は、ポリマーソームの特性に対する制御を有意に増加し得る。これらのジブロックの各ブロックの特徴は、所望の用途に適合するように調整することができる。例えば膜の厚さは、個々のジブロック分子の重合度を変えることによって制御することができ、一方、この膜の流動性および透過性は、疎水性ブロックのガラス転移温度を変えることによって調節することができる。同様に、個々のポリマーブロックの性質に対する制御は、放出を引き起こすための代替メカニズムに導き得る。
【００９０】
ポリマーソームは、これらのジブロックの１つに対して貧溶媒を添加することにより、ブロックコポリマーを沈殿させることによって自然に形成され得る。あるいはまたこれらは、これらのコポリマーの乾燥フィルムを再水和することによって形成され得る。ジブロックの層状構造の再水和は、他の秩序立った構造、例えばミセルまたは虫様ミセルの中に、しわが寄って融合し、小胞を形成する層中にこれらを集合させることができる。しかしながら結果として生じたポリマーソームは、多分散である場合がある。
【００９１】
カプセル化およびフィルム再水和は、カプセル化される所望の材料を含有する水溶液で、これらの乾燥されたフィルムを再水和することによって、一工程に組み合わせることができる。ポリマーソームが形成するにつれて、これらは、周りの流体のいくつかを中に捕らえる。あるいはまた、これらのポリマーソームは、所望の材料を浸透圧により内側へ駆動することによって形成された後で充填されてよい。しかしながらこれらの場合では、カプセル化効率は一般的に低い。さらには、どちらのカプセル化技術も、疎水性材料、またはこの膜を通して駆動することができない材料をカプセル化するときに困難を示す。このようにして、異なるカプセル化技術工学におけるポリマーソームの効率的な使用は、新しい製造方法を必要とする。
【００９２】
この実施例は、内部流体および外部流体が、完全に別個のストリームとして維持される一工程プロセスを用いて、高度に均一なポリマーソームを作製するための新しい方法について記載する。これは、高度に効率的なカプセル化を保証する。微小流体技術が、有機溶媒層に囲まれた水滴の均一な二重エマルジョンを発生するために用いられる。これらの滴中滴またはコア−シェル構造は、連続水相中に分散されてよい。これらのジブロックコポリマーは、有機溶媒中に溶解される。これらは、二重エマルジョンの同心界面上に自己集合する。ポリマーソームはついで、シェルからの有機溶媒を完全に蒸発させることによって形成する。この技術は、ポリマーソームのサイズの制御を可能にし、このプロセス全体で、外部流体からの内部流体の分離を維持し、高度に効率的なカプセル化を提供する。
【００９３】
二重エマルジョンを形成するために、外部正方形管内にネスティングされた２つの丸いガラス毛細管を有する微小流体装置を用いた。これらの丸い管は、図７に示されているように末端でテーパー状になっている。外部正方形管の内部寸法は、この実施例における丸い内部管の外部寸法に等しかった。このことは、アラインメントを単純化した。丸い管の外径は１ｍｍであり、テーパー状オリフィスの半径は、２０〜１００マイクロメートルであった。３つの異なる流体を、制御された流量でこの系中に同時に汲み入れた。最も内側の流体を、内部管を介して汲み上げ、一方で、中間流体を、同じ方向に外部正方形毛細管を介して汲み上げた（図７Ａ）。これは、テーパー状の第一毛細管の出口において共軸流を生成した。最も外側の流体を、反対方向から、外部正方形毛管を介して汲み上げた。これは、図７Ａに示されているように、丸い第二毛細管を通って中間流体および内部流体を水力学的に集中させる作用をした。図７Ａは側面図であり、図７Ｂはこの装置の正面図である。この装置内の３つの異なる流体を、ｆ１、ｆ２、およびｆ３と表示し、この装置中に汲み入れ、半径ａを有する狭窄部を通って強制的に流した。内部流体の共軸流は、第二オリフィスを通るように維持され、ここで、表面張力は、流体ストリームが液滴として壊れるようにし、驚くべきことに、共軸幾何学形状が維持され、外部流体への内部流体への漏れをともなわずに二重エマルジョンを形成した。
【００９４】
液滴形成の位置は、最も外側の流体の流量に応じた。低い外部流量において、二重エマルジョン液滴を、入口の約１オリフィス直径内に形成した。これに対して、より高い流量において、頸状部は、さらに下流で壊れる共軸スレッド中に延ばした。比較的近くでの液滴形成は、オリフィスドリップと呼ばれ、一方、比較的長いスレッドの末端での液滴形成は、ジェットと呼ばれる。ドリップメカニズムを通して形成された液滴は、比較的単分散であり、一方、ジェットメカニズムを通して形成された液滴は、幾分大きい多分散度を有していた。
【００９５】
典型的には、ドリップメカニズムを通して形成された液滴は、図８Ａにおいて観察されているように、約３％未満の非常に低い多分散度を有していた。大きい方の油滴内に含有された小さい水性液滴の数は、最も内側の流体および中間流体について液滴形成の相対周波数に応じた。最も内側の流体が、中間流体よりも迅速に液滴として壊れると、多くの小さい水性液滴を含有する大きい油滴が得られた。しかしながら、液滴形成速度がほぼ同じであると、単一内部液滴を有する二重エマルジョンを形成した。
【００９６】
この技術は、内部流体および外部流体の完全な分離を維持し、これを、カプセル幾何学形状、例えばポリマーソームを発生させるのに有用なものにした。ドリップ方式における液滴生成の全体的周波数は、約１００Ｈｚ〜約７，０００Ｈｚの範囲にあってもよいであろう。これは、１時間あたり約１０７までの二重エマルジョン液滴の形成を可能にした。
【００９７】
ポリマーソームを発生させために、二重エマルジョンのコア−シェル構造を開発する戦略が用いられた。ジブロックコポリマーが中間疎水性流体中に溶解されて、水中油中水二重エマルジョンが発生した。内部水相は、蒸留水（Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ）であり、外部相は、蒸留水中の８０％（ｖ／ｖ）グリセロールの混合物であった。その粘度を増すために、グリセロールを外部流体に添加し、これは、流の集中効率を改善した。中間相は、揮発性有機溶媒であった。有機溶媒の蒸発は、両親媒性ブロックコポリマーを自己集合させ、ポリマーソームを形成した。これらの実験において、ジブロックコポリマーであるポリ（ノルマル−ブチルアクリレート）−ポリ（アクリル酸）（ＰＢＡ−ＰＡＡ）を用いた。ＰＢＡは、比較的疎水性のブロックであり、約４，０００の分子量（ＭＷ）を有したが、一方、ＰＡＡは、比較的親水性のブロックであり、約１，５００の分子量を有していた。この実施例における溶解されたジブロックは、大部分ユニマー（ｕｎｉｍｅｒ）（より大きい凝集体に対して）であった。その理由は、これらの凝集体が、外部相との合体に対して内部液滴を効率的に安定するようには見えず、このようにして二重エマルジョンの崩壊が発生し得るからである。
【００９８】
テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）は、ジブロックが、ユニマーとしてその中に溶解するので、ＰＢＡおよびＰＡＡブロックの両方のための溶媒として用いた。しかしながらＴＨＦは、水と高度に混和性であったので、これは、有機溶媒として単独では用いることはできないであろう。その理由は、液滴形成が、中間流体と２つの他の流体との間の界面張力を必要としたからである。したがって、ＴＨＦとトルエンとの助溶媒混合物を用いた。この混合物は、ジブロックにとって依然として良好な溶媒であるが、一方、同時に、液滴形成を可能にするのに十分なほど大きい界面張力を有する。それぞれ５０−５０重量％〜８０−２０重量％で様々であり、かつ０．１重量％〜５重量％のＰＢＡ−ＰＡＡを有する、トルエンとＴＨＦとの助溶媒混合物を用いた。有機混合物の極性特徴を減少させる多量のトルエンの添加にもかかわらず、これらのジブロックは、図８Ａに示されているように、これらの両親媒性を保持し、二重エマルジョンを安定化した。この図面は、高速ビデオカメラを用いて得られた、毛細管中の二重エマルジョン形成の顕微鏡画像である。対照実験において、これらのジブロックによって二重エマルジョンへ付与された安定性が重要であろうと確認された。これらがない場合、内部水滴は、その一体性を十分に維持せず、図８Ｂに示されているように、中間疎水相を通して単純に壊れた。このようにして図８Ａにおいて、このコポリマーの０．８重量％を、助溶媒溶液ｆ２に添加した。図８Ｂにおいては、ジブロックを助溶媒溶液ｆ２にまったく添加しなかった。安定二重エマルジョンが、図８Ａにおいて発生し、一方、図８Ｂにおいて、内部相が、有機相を通して壊れ、連続水相中の中間流体の単純なエマルジョンのみが観察された。狭窄部の半径は、図８Ａおよび図８Ｂの両方について、７０マイクロメートルであった。
【００９９】
実施例５
この実施例において、二重エマルジョン（実施例４のように調製された）からのＰＢＡ−ＰＡＡポリマーソームの形成は、図９の顕微鏡画像によって示されているように、中間相からの助溶媒混合物の蒸発をモニターすることによって追跡した。有機流体の薄いシェルによって分離された二重エマルジョンの２つの界面を観察することができ（図９Ａ）、ここに中間流体層が見えた。有機溶媒が周りの水中に溶解し、最終的に蒸発されるにつれて、シェルは次第に薄くなり、界面は消滅する傾向があった。底部は、上部のあとで消滅するように見えた。これは、有機流体シェルの厚さにおける不均質性によることがある（図９Ｂおよび９Ｃ）。図９Ａ−９Ｃは、３分だけ離れている。図９Ａにおける目盛り線は、４０マイクロメートルを表わす。光沢領域顕微鏡下において、溶媒が蒸発した後で形成するように見えた小胞の薄い壁は、容易に観察することはできないであろうが、その理由は、内部流体と外部流体との屈折率が、ほぼ等しかったからである。しかしながら、相対比顕微鏡法が、図９Ｄに示されているように、膜と周りの流体との間の屈折率のミスマッチを強めるために用いることができるであろう。図９Ｄの目盛り線は、３０マイクロメートルを表わす。
【０１００】
実施例６
この実施例において、ポリマーソームの膜の性質を特徴決定するために、少量のＣｄＳｅ量子ドットを、二重エマルジョンの形成前に内部流体に添加した。これらは、ポリマーソームの壁の内側で捕らえることができるような蛍光マーカーとして役立ち、この膜を視覚化する方法を提供した。７０マイクロメートル小胞の相対比画像が、図１０Ａに示されている。比較のために、４８８ｎｍにおける励起での蛍光画像が、図１０Ｂに示されている。この膜の壁中に捕らえられた、蛍光を発する量子ドットの輪が容易に観察される。
【０１０１】
このシェルの当初厚さは約３０マイクロメートルであり、当初ジブロック濃度は０．５重量％であった。シェルの半径は同じままであるので、最終厚さは、この溶媒のすべてが蒸発されるならば約１．５マイクロメートルであろう。これは、数ミクロンの測定された膜厚さと一貫性がある。しかしながら少量の溶媒が、たとえ少量にすぎなくても残存する可能性がある。この膜は、単層状であるようには見えない。これらのジブロックの二層の予想された厚さは約４０ｎｍであり、このシェルは、この場合では、少なくとも１００層程度の厚さにあることを示唆している。しかしながらこの壁の厚さは、助溶媒混合物中のジブロックコポリマーの当初濃度を調節することによって制御され得るであろう。ポリマーソームの壁を通る蛍光粒子の漏れは、少なくとも数日間観察されず、この自己集合膜が安定であることを確認した。
【０１０２】
実施例７
中間流体と、内部流体および外部流体の両方の間の界面張力は、二重エマルジョンを形成するＲａｙｌｅｉｇｈ−Ｐｌａｔｅａｕ不安定度を駆動するのに重要であり得る。しかしながらポリマーソームは、この膜が真に可撓性であるとき、消滅性の表面張力を有すべきである。この実施例において、これは、ポリ（ブチルアクリレート）を用いて示されている。これは、−３５℃のガラス転移温度を有し、したがって小胞膜は流体である。これは、シェル中の溶媒の実質的にすべてが蒸発するときに発生することがあり、ジブロックコポリマーからなる膜を残す。
【０１０３】
このことが発生するかどうかを決定するために、これらのポリマーソームを、約１００ｍＭの最終濃度で、基点（ｏｒｉｇｉｎ）として取られた時間に、外部連続相へグルコースを導入することによって、浸透圧衝撃へ付した。スクロースの最終濃度は、約１００ｍＭであった。スクロースの添加前（ｔ＜０）、小胞半径は一般に一定であった。スクロースの添加後（ｔ＞０）、結果として生じた浸透圧は、水をポリマーソームから「汲み出し」、小胞は、図１０Ａ−１０Ｆにおける一連の画像において示されているように、外部環境と内部環境との浸透圧差によって収縮した。２つの連続画像間の間隔は、最後の２つの画像（これらは５分だけ離れている）以外、６０秒である。
【０１０４】
ポリマーソームの収縮および潰れは、残存表面張力がなかったこと、および有機溶媒のほぼすべてが蒸発してしまったことを確認しているように見える。しかしながらリポソームおよびポリマーソームは、環境中の浸透圧が変えられるにつれて、よく画定された形状の変換を受けることが知られている。最後の画像の潰れた形態は、報告されたことがない。これは、膜の不均質性、またはこの膜の不完全な乾燥の指標であり得る。
【０１０５】
この膜の透過度Ｐは、次の方程式を用いて、ポリマーソーム半径Ｒの当初変化率から決定した：
【０１０６】
【数５】
2008535644.tif 000007
（式中、α（アルファ）は、水のモル容積であり（アルファ＝１８×１０−３Ｌ／モル）、Δｃ（デルタ−ｃ）（モル／Ｌ）は、内部溶液と外部溶液との間のグルコースの濃度差である。Ｒは、２つの異なる小胞について、図１０Ｇにおいて示されているように、時間が経つと線形で減少するように見えた。図１０Ｇにおいて、大雑把に同じ当初半径の２つのポリマーソームの半径は、時間の関数として表示されている。これら２つのポリマーソームは、これらを１００ｍＭグルコース溶液中に入れることによって、浸透圧衝撃に付された。これらポリマーソームの透過度は、次のように、上記方程式を用いて、これら２つの小胞について観察された線形方式の傾斜から推論した。この傾斜から、Ｐ≒７±１マイクロメートル／ｓを決定した。ここで、誤差は、グルコース濃度の不確実さを反映している。透過度のこの値は、他のポリマーソームについて測定された値、すなわちＰが〜１０マイクロメートル／ｓに匹敵し得るものであり、リン脂質小胞について測定した値、すなわちＰが〜１５〜１５０マイクロメートル／ｓよりも約１０倍小さい。これに加えて、これらの結果は、この透過度が他のポリマーソームのものに匹敵し得るので、ポリマーソームの膜厚さはおそらく過剰に大きくはないことを示唆した。それにもかかわらず、これらの膜は、依然として幾分不均質であることがあり、均一でない厚さの領域が、いくつかのポリマーソームにおいて観察される。さらには、溶媒のいくつかは、膜のなかに依然として捕らえられたままであることがあり、これらは、透過度に影響を与えることがある。
【０１０７】
実施例８
上の実施例に記載された合成技術は、当然ながら、単純なポリマーソームに限定されるわけではない。単一の内部水液滴よりも多くを含有する二重エマルジョン液滴を、形成することもできる。これらは、新しい種類のポリマーソーム構造を形成するために用いることができる。この実施例は、多くの内部水液滴を有する二重エマルジョン液滴を例証する。
【０１０８】
図１０Ａにおいて、有機相は、蛍光顕微鏡法による視覚化を可能にするために、量子ドットで標識されている。驚くべきことに、内部水液滴は、有機流体が蒸発するにつれて、これらの一体性を保持した。これは結果として、フォーム様構造の形成を生じ、最終ポリマーソームは、図１０Ｂにおける相対比画像、および図１０Ｃにおける蛍光画像によって示されているように、多くの内部区画を有する。目盛り線は、３０マイクロメートルである。これらの構造は、内部水液滴が、上記合成技術においてポリマーソームを作製するための「テンプレート」として作用することを確認した。さらには、この方法によって生じた可撓性は、新しい種類の構造の作製を可能にした。これは、カプセル化構造としての追加の用途を見出し得る。
【０１０９】
実施例９
ポリマー小胞、またはポリマーソームは、活性成分のカプセル化および送達にとって有利である。これらは、脂質小胞と比較して、向上した安定性およびより低い透過度を提供し、合成ポリマー化学の汎用性は、特性、例えば膜厚、表面機能性、および劣化動力学を調節する能力を与える。この実施例において例証された、１０マイクロメートル〜１００マイクロメートルの直径の大きいポリマーソームを形成するための１つの研究方法は、制御された構成（ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ）の水中油中水二重エマルジョン液滴のテンプレートとしての使用である。両親媒性ジブロックコポリマーを含有する揮発性有機溶媒は、図１３に概略的に示されているように、中間相として用いた。この技術は、高いカプセル化効率および制御可能な小胞サイズおよび構成の利点を提供する。
【０１１０】
図１３は、水中油中水液滴からのポリマーソームの形成の概略図である。初めに、有機溶媒の液滴中の単一水性液滴の二重エマルジョンを、微小毛管装置を用いて調製した。両親媒性ジブロックコポリマーを中間相中に溶解し、揮発性有機溶媒が、油−水界面において単層中に集合される。ついで中間相の蒸発は、ポリマー二層（ポリマーソーム）の形成につながる。
【０１１１】
この研究方法において、有機相中のポリマーの濃度は、重要な変数である。これが、油−水界面を十分にコーティングするのに必要とされる量よりも低いとき、これらのポリマーソームは安定でない場合がある。実際、過剰濃度を用いて作業するのは都合がよい。実際、この過剰は、多層コポリマー界面の形成を通じてポリマーソーム壁の厚さおよび構造を調節するために用いてもよい。
【０１１２】
驚くべきことに、比較的厚い壁（約１．５マイクロメートル）を有するポリ（ブチルアクリレートブロック−アクリル酸）（ＰＢＡ−ＰＡＡ）を有する二重エマルジョンから形成されたポリマーソームは、一層ポリマーソーム（約１０ｎｍ〜２０ｎｍ厚さ）のものに匹敵し得る透過度を有していた。このことは、不均質厚さの形態にあることがある、コポリマー層中に「欠陥」が存在し得ることを示唆した。よく制御された構造を有する均一ポリマーソームを調製するために、これらの厚さの不均質性がどのように現われるか、およびこれらの形成がどのようにポリマー濃度に依存するかを理解することが、一般に重要である。
【０１１３】
この実施例において、ポリスチレン−ブロック−ポリ（酸化エチレン）（ＰＳ−ＰＥＯ）ジブロックコポリマーによって安定化された二重エマルジョン液滴からの溶媒蒸発の間の構造的推移を調査した。蒸発の間、有機相の大部分が、内部水相と外部水相とを分けている薄い有機フィルムから脱湿潤し、最終的には、その表面の大部分にわたって比較的薄いポリマーソームを生成することが分かった。脱湿潤とは、水中油および油中水の両方の単一エマルジョン系において以前に観察されたように、界面張力に匹敵し得る水相間の接着性相互作用の存在を暗に意味する。このことは、有機相中の過剰なジブロックコポリマーによる枯渇効果から生じることがあり、したがってその強度は、ポリマー濃度とともに増加することがある。このようにしてこれらの結果は、エマルジョン技術を用いた均一ポリマーソームの入手が、ポリマー濃度の制御を必要とすることを示唆している。
【０１１４】
制御された構成の二重エマルジョン液滴を、既に記載されているようにガラス微小毛細管装置を用いて生成した。内部相は、水中の５容量％グリセロールであり、中間疎水性相は、トルエン、クロロホルム、またはこれらの混合物中の０．０１重量％〜１．５重量％ポリマーであった。ＰＥＯは、トルエン中に凝集体を形成することができ、したがってこれらの溶液は、使用前に〜３５℃に加温された。これは、動的光散乱によって、溶液中のあらゆる凝集体を崩壊することが発見された。
【０１１５】
ほかに記載されていなければ、これらの実験は、不斉ポリスチレン−ブロック−ポリ（酸化エチレン）ジブロックコポリマー（ＰＳ−ＰＥＯ；Ｍｎ＝１９ｋｇ／モル−６．４ｋｇ／モル）を用いて実施された。対称ＰＳ−ＰＥＯブロックコポリマー（９．５ｋ−９．５ｋのＭｎ）およびポリブタジエン−ブロック−ＰＥＯポリマー（５．５ｋ−５．０ｋのＭｎ）もまた、観察された挙動の一般性をテストするために用いた。外部相は、５０容量％グリセロール、５０容量％水、および５ｍｇ／ｍＬポリビニルアルコール（ＰＶＡ；Ｍｎ約１３ｋ〜２３ｋ、８７％〜８９％加水分解）であった。これらのジブロックコポリマーは、外側水相との合体に対して内部液滴を安定させ、一方、ＰＶＡは、油液滴の合体を防いだ。これらのジブロックコポリマーは、Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅから入手し、一方、すべての他の化学物質は、Ａｌｄｒｉｃｈから入手した。
【０１１６】
二重エマルジョン液滴は、脱イオン水中に収集して外側相を生じ、これは〜５％グリセロールであった。二重エマルジョンの外径Ｒｏは、約２５マイクロメートル〜約１００マイクロメートルの様々なものであり、一方、内部液滴半径Ｒｉは、約１５マイクロメートル〜約５０マイクロメートルの様々なものであった。これらの値は、用いられた毛細管のサイズによって調節することができるであろう。ガラススライド上に置かれた二重エマルジョンからの溶媒の蒸発は、光学顕微鏡法を介して観察された。特徴的な界面張力は、ポリマー溶液中に浸漬された鈍いステンレス鋼針の先端において水の懸垂水滴を形成し、この測定された液滴形状へ、ラプラスの方程式を当てはめることによって測定した。
【０１１７】
中間相中のジブロックコポリマーの濃度が低すぎる時、安定ポリマーソームを形成することはできないであろう。その代わり、溶媒蒸発は、有機相の破壊、および内部水相と外部相との合体につながる。典型的な液滴サイズ（Ｒｉ＝５０マイクロメートル、Ｒｏ＝７０マイクロメートル）について、０．０１重量％ポリマーにおいて、油−水界面におけるＰＳ−ＰＥＯの完全吸着は、１ポリマー鎖あたり約３０ｎｍ２の面積に対応した。この表面密度は、当初、二重エマルジョンを安定化するのに十分であったが、これは、安定ポリマーソームを形成するには希薄すぎるように見えた。
【０１１８】
同じ液滴サイズについて、０．１重量％のポリマー濃度は、約３ｎｍ２の１鎖あたりの面積に対応する。これは大雑把には、この分子量のジブロックコポリマーの二層における予想された表面密度である。これらの条件下、安定ポリマーソームが形成され得るであろうことが観察された。しかしながら、形状における明らかな不均一性が、溶媒蒸発の間に観察された。有機相の大部分が内部水性液滴から脱湿潤され、内部水相と外部水相とを分ける薄い有機フィルムのみを後に残した。接触角度は低いが、図１４Ａに見られるように、有機液滴と薄い有機フィルムとの間に明確な接触線があった。薄い有機フィルムの１つが壊れるとき、これは液体として後退し（ｒｅｔｒａｃｔ）、これは溶媒和されたままであることを暗に意味することがある。完全な溶媒蒸発後、ほぼ均一の厚さを有するポリマーソーム、および過剰ポリマーのより厚い小さいパッチが、図１４Ｂにおいて示されているように発生した。ポリマーソームの破壊がここで破砕によって発生し、これは、非溶媒和ＰＳブロックのガラス性によることがある。
【０１１９】
有機相中のジブロックコポリマーの大過剰に対応する、１．０重量％〜１．５重量％のより大きいポリマー濃度について、溶媒蒸発は、より大きい接触角度での脱湿潤につながる（図１４Ｃ）。最終的には、過剰ポリマーのより厚いパッチを有するポリマーソームが形成される（図１４Ｄ）。脱湿潤現象は、対称ＰＳ−ＰＥＯポリマー（９．５ｋ−９．５ｋのＭｎ）およびポリブタジエン−ＰＥＯジブロックコポリマー（５．５ｋ−５．０ｋのＭｎ）がほぼ同一の挙動を示すので、見たところまったく一般的であった。このようにして同じメカニズムが、ＰＢＡ−ＰＡＡポリマーソームにおける不均質厚さの原因であり得る。
【０１２０】
図１４Ａは、トルエン／クロロホルム混合物（２：１容量）中に溶解した、１．０重量％ＰＳ−ＰＥＯジブロックコポリマーのシェルに囲まれた水性液滴から初めに形成された、二重エマルジョン液滴からの溶媒蒸発の間の脱湿潤を明らかにしている光学顕微鏡写真である。矢印は、側面への有機相の排水が明らかな湿潤線を浮き彫りにした液滴を示している。完全な溶媒蒸発後、図１４Ｂは、この結果が過剰ポリマーのパッチを有する薄いポリマーソームであることを示している。より高い当初ポリマー濃度（１．５重量％）において、図１４Ｃは、より大きい接触角度が明白であることを示している。図１４Ｄは、１．０重量％当初ポリマー含量で形成された均質ポリマーソーム構造を示している。図１４Ｅは、溶媒和ブロックコポリマーブラシ（ｂｒｕｓｈ）の薄層上の有機相の一部湿潤を有する二重エマルジョン液滴の構造の概略図である。
【０１２１】
中間相として用いられた有機溶媒もまた、重要であり得る。脱湿潤は、有機溶媒が純粋にトルエンであるときに発生し、一方、純粋なクロロホルムを用いた場合、内部水相および外部水相の破壊および合体は、ほとんどいつも見られた。ＰＳ−ＰＥＯジブロックコポリマーは、おそらくはクロロホルム中のＰＥＯの高い溶解度によって、水−トルエン界面においてのように水−クロロホルム界面において、界面活性剤ほど効果的ではなかった。
【０１２２】
これらの結果は、油相が、溶媒蒸発の間、コポリマー−水界面から部分的に脱湿潤することを示した。これは、図１４Ｅに示されているように、薄い有機相、おそらくは石鹸の泡の中に見られる「ニュートンブラック」フィルムと同様な、ジブロックコポリマーの油−溶媒和二層と、有機相の液滴との間の共存として現われることがある。これは、内部水相と外部水相との間、または会合ポリマー層間に接着エネルギーＷａｄｈがあることを意味する：
【０１２３】
【数６】
2008535644.tif 000008
（式中、γｂは、溶媒和二層フィルムの界面エネルギーを表わし、γｉｍおよびγｏｍはそれぞれ、吸着されたポリマー単層を有する、内部および外部油−水界面の界面エネルギーである。γｉｍ＝γｏｍと仮定して、接触角度θｏｃを決定するＹｏｕｎｇ−Ｄｕｐｒｅ方程式は、次のようになる：
【０１２４】
【数７】
2008535644.tif 000009
（実際、γｏｍの値は、外部界面におけるＰＶＡの存在、および溶媒蒸発の間の外部界面の圧縮によって、γｉｍの値よりも幾分低いと予想される。その結果、その中の数値因子は、１〜２のどこかにあるべきである）。図１４Ｃにおいて、θｏｃの値は、３５°の大きさにもなり、Ｗａｄｈ＝０．３６γｏｍに相当する。このようにして接着性相互作用は、γｏｍと同程度の規模を有していなければならない。
【０１２５】
脱湿潤のための駆動力は、有機相中の過剰ブロックコポリマーの存在による、内部および外部油−水界面間の枯渇相互作用であってよい。枯渇効果の規模は、溶解されたポリマーの濃度とともに増加する。このようにして、溶媒蒸発が進行するにつれて、これはより重要になるであろうし、観察されたように、より高い当初ポリマー濃度についてはより明白になるであろう。平面の硬い壁については、ポリマー溶液の枯渇による接着は、次のとおりである：
【０１２６】
【数８】
2008535644.tif 000010
（式中、πｏｓｍは、浸透圧であり、ζは、ポリマーのサイズ尺度であり、ａは、濃縮方式による数値係数である）。希釈ポリマー溶液において、ζは、旋回（ｇｙｒａｔｉｏｎ）の鎖半径Ｒｇであり、
【０１２７】
【数９】
2008535644.tif 000011
（式中、ｃは、ポリマー鎖の数密度である）である。半希釈方式において、ａ≒５であり、ζは、メッシュサイズに相当し、これは、ｃ−３／４として縮尺され（ｓｃａｌｅ）、一方、πｏｓｍは、良好な溶媒中でｃ９／４として縮尺される。その結果、希釈方式において、Ｗａｄｈ〜ｃであり、一方、半希釈方式において、Ｗａｄｈ〜ｃ３／２である。
【０１２８】
枯渇相互作用の規模を評価するために、過剰ＰＳ−ＰＥＯジブロックコポリマーは、同じ分子量のポリスチレンホモポリマーとして処理する。トルエンおよびクロロホルムは一般に、ＰＳおよびＰＥＯブロックの両方にとって良好な溶媒であり、このようにしてＰＥＯブロックは、溶液中に潰されると予想されなかった。１．０重量％の過剰濃度において、以前の方程式は、πｏｓｍ＝８５０Ｐａを生じる。Ｒｇ≒４．９ｎｍを用いて、Ｗａｄｈ＝０．００９４ｍＮ／ｍである。これは比較的小さい相互作用エネルギーである。しかしながら、溶媒が二重エマルジョン液滴から蒸発するにつれて、遊離ＰＳ−ＰＥＯの濃度は増加し、枯渇効果は強くなる。例えば１７重量％（半希釈方式）の濃度において、ζの値＝３．２ｎｍ、およびπｏｓｍ＝６５ｋＰａは、トルエン中のポリスチレンについてのデータから計算することができ、Ｗａｄｈ＝１．０ｍＮ／ｍを生じる。
【０１２９】
枯渇相互作用のこの議論は、硬質基体、および個々に溶媒和されたポリマー鎖に当てはまる。しかしながらこの系において、２つの重要な違いがあった。すなわち、これらの表面は「硬質」でなく、吸着された「ブラシ様」ポリマー層によって覆われ、これらのコポリマー鎖は凝集することがあり、これによってζを増加させるが、凝集体の数密度をより急速に減少させ、Ｗａｄｈの減少につながる。
【０１３０】
同じポリマーの末端グラフト化「ブラシ」上に広がっているポリマー溶液は、ポリマー濃度およびブラシグラフト化密度に応じて、部分湿潤（有限接触角度）または完全湿潤を示すことがある。これらの系における脱湿潤のための駆動力は、ここで考察されたものと同様な枯渇効果である。さらにはこの枯渇相互作用は、ブラシ様ポリマー基体上で実際に向上させられることがあるが、その理由は、排除帯域の厚さが、より大きいからである。すなわち、遊離鎖寸法とブラシ層との合計である。それに対して、ＰＳ−ＰＥＯジブロックコポリマーのあらゆる凝集は、Ｗａｄｈを減少させるであろう。凝集体についてチェックするために、動的光散乱（ＤＬＳ）を用いた。トルエン中の５ｍｇ／ｍＬのＰＳ−ＰＥＯの希釈溶液は、水力学的半径Ｒｈ〜４ｎｍを有するユニマーから主として形成されていることが見出された。この値は、このような小さいサイズを決定するためのＤＬＳの不正確さがあると考えて、枯渇効果の規模の計算に用いられたＲｇ＝４．９ｎｍの推定値と比べて勝るとも劣らなかった。
【０１３１】
しかしながら、水と接触した後、Ｒｈ〜３５ｎｍ付近に集中した凝集体の集団（おそらくはマイクロエマルジョン液滴）が現われ、ならびにＲｈ＞１００ｎｍのより大きい凝集体の分布が現われた。これに加えて、光学顕微鏡法は、油相中の約１マイクロメートル〜５マイクロメートルの大きい凝集体を明らかにした。これらは見たところ、自然に形成された油中水エマルジョン液滴である。この凝集は、枯渇相互作用の強度を減少させることがある。
【０１３２】
この挙動の重要な特徴は、接着性相互作用が、ブロックコポリマーで覆われた油−水界面の界面張力に匹敵し得ることがあることである。したがって、枯渇相互作用のこれらの推定値は、水と、トルエン中のＰＳ−ＰＥＯの溶液との間の界面張力γの独立した測定値と比較された。０．１重量％および１重量％ポリマーにおいて、γの値は、３０分以内に１ｍＮ／ｍ〜２ｍＮ／ｍに安定した。０．０１重量％において、同様な値が４時間以内に得られた。限定値は、測定値間で幾分様々であった（±０．５ｍＮ／ｍ）が、０．０１重量％〜１重量％の範囲内のブロックコポリマー濃度に強力に依存しなかった。このようにして、測定された表面張力の値は、実際、半希釈方式における枯渇相互作用の推定値と同じ規模を有していたが、ただし、大きい凝集体は形成されなかったという条件下においてである。
【０１３３】
二重エマルジョン液滴からの溶媒蒸発の間、外部油−水界面の収縮区域は、非平衡効果をもたらすことがあり、これはさらに界面張力を低下させる。界面区域が収縮するにつれて、どのようにしてブロックコポリマーが応答するかを理解するために、ポリマーは、５分間懸垂水液滴へ吸着するままにされ、その後、一定容積率で水の除去を行なった。液滴の表面積が減少するにつれて、界面張力も同様に減少することが観察された。圧縮を、１ｍＮ／ｍ以上のγで停止するならば、拡張は、ヒステリシスをほとんどともなわずに圧縮経路を遡る。しかしながら液滴表面をさらに圧縮したとき、γにおける水平状態（ｐｌａｔｅａｕ）には、図１５Ａに見られるように、〜１ｍＮ／ｍで到達した。水平状態は、１鎖あたり平衡区域以下に駆動されたとき、界面からのポリマーの脱着を反映し得る。水平状態領域中への圧縮は、図１５Ａに見られるように、ヒステリシスを生じさせ、これは、ポリマーを圧縮中に界面から除去し得ることを示している。より具体的には、図１４Ａは、２つの異なる圧縮−拡張等温線について、標準化された液滴表面積の関数として（Ａ／Ａ０）、水と、０．１重量％ＰＳ−ＰＥＯを含有するトルエンとの間の界面張力（γ）を図解している。開いた記号は圧縮に対応し、閉じた記号は、拡張に対応する。正方形については、表面張力において水平状態に達する前に停止したが、一方、円については、圧縮は、水平状態の始まりを過ぎて続行した。
【０１３４】
圧縮（または蒸発）速度もまた重要であり得る。より迅速な圧縮は、図１５Ｂに示されているように、より低い水平状態の値につながる。二重エマルジョン液滴からの溶媒蒸発は典型的には、１０−４Ｈｚ〜１０−２Ｈｚの特徴的な変形率に相当する。このようにして、二重エマルジョン系の場合、収縮する油−水界面の界面張力は、その平衡値の幾分下へ駆動されてもよいが、ＰＳ−ＰＥＯの低い濃度において、０．５ｍＮ／ｍ〜１ｍＮ／ｍの範囲内にとどまると予想することができる。外部油−水界面におけるＰＶＡの存在もまた、二重エマルジョン液滴からの溶媒蒸発の間、重要であり得る。しかしながら、ＰＶＡおよびＰＳ−ＰＥＯの両方が存在する圧縮等温線は、ＰＳ−ＰＥＯが、表面挙動を支配することを示唆している。より具体的には、図１５Ｂは、５マイクロリットル液滴からの異なる水の引き出し率での圧縮等温線を図解している：０．１マイクロリットル／分（円）、１マイクロリットル／分（正方形）、１０マイクロリットル／分（菱形）。表面変形率の大雑把な特徴決定は、水平状態領域の真ん中の面積によって標準化された、圧縮に対する面積の平均変化率によって示されている。これらの値は、〜０．００２Ｈｚ（円）、〜０．０２Ｈｚ（正方形）、および〜０．２Ｈｚ（菱形）に対応する。誤差線は、非線形最小２乗法分析によって合わして（ｆｉｔ）いるように、表面張力の値の９５％信頼区間を表わしている。
【０１３５】
いくつかの場合では、有機相は、溶媒蒸発の間、内部水液滴を本質的に完全に脱湿潤し得る。有機水滴からの続行された溶媒蒸発は、図１５に示されているように、界面安定性につながり、ここで、大きい液滴が自然に、多くのより小さい液滴に崩壊した。見たところ、十分に高いポリマー濃度および溶媒蒸発速度において、γの値は、任意に小さくなることがあり、マイナスになることさえあり得る。このような消滅性界面張力の場合には、非常に小さい接着性相互作用の存在でさえ、脱湿潤を駆動するのに十分であることがある。例えばファン・デル・ワールス相互作用は、Ｗａｄｈ＝Ａ／（１２πｈ２）の１単位面積あたりの接着エネルギーを生じさせ得る（式中、ＡはＨａｍａｋｅｒ定数であり（水−炭化水素−水系について約１０〜２０Ｊ）、ｈは、油膜の厚さである）。ｈについての推定値として１５ｎｍを用いると、Ｗａｄｈ＝０．００１ｍＮ／ｍを生じる。これは、次数（ｏｒｄｅｒ）１ｍＮ／ｍのγの特徴的値、ならびに枯渇相互作用の推定された規模よりも小さい。しかしながら、消滅性界面張力の観察は、ファン・デル・ワールス力でさえ、いくつかの条件下、脱湿潤を駆動するのに十分な大きさになり得ることを示唆している。
【０１３６】
図１６は、いくつかの条件下、溶媒蒸発は、接触角度が１８０°に近づき、有機相の脱湿潤につながることを示している（右上）。内部水性液滴から完全に脱離した有機液滴からのさらなる溶媒蒸発は、界面不安定性につながり、より小さい液滴への崩壊を引き起こす（左側）。
【０１３７】
結論として、二重エマルジョンテンプレートからポリマーソームを形成するとき、油−水界面においてポリマーブラシ上の有機相の湿潤を考察することは重要であり得る。過剰ポリマーの存在下における脱湿潤不安定性を避けるために、油−水界面におけるポリマーの吸着強度および溶媒蒸発速度を調節することによって、界面張力を注意深く制御することが必要なことがある。これに加えて、溶媒蒸発が不揮発性成分の濃度を、例えばこれらのサイズまたは凝集状態を通して増加させるにつれて、有機相の浸透圧を独立して制御することが重要であり得る。
【０１３８】
この発明は、その適用において、次の説明において示されているか、または図面において図解された構成要素の構成および配列の詳細に限定されない。この発明は、他の実施形態が可能であり、様々な方法で実施されるか、または実行されることが可能である。また、本明細書において用いられている語法および用語法は、説明を目的とするものであり、限定的であると見なされるべきではない。このようにして、本発明のいくつかの実施形態が記載され、本明細書において例証されているが、当業者なら、これらの機能を実施するため、および／またはこれらの結果、および本明細書に記載された利点の１またはそれ以上を得るための多様な他の手段および／または構造を容易に思い描くであろうし、このような変形例および／または修正例の各々は、本発明の範囲内にあると判断される。より一般的には、当業者なら、本明細書に記載されたすべてのパラメーター、寸法、材料、および相対的配置が、例として意図されていること、および実際のパラメーター、寸法、材料、および相対的配置は、本発明の教示が用いられる１または複数の特定の用途に応じるであろうことを容易に理解するであろう。当業者なら、日常的な実験しか用いずに、本明細書に記載された発明の特定の実施例の多くの同等物を認めるか、または確認することができるであろう。したがって、前記の実施形態は、例としてのみ提示されていること、および添付特許請求の範囲およびこれと同等物の範囲内で、本発明は、具体的に記載され、特許請求されている以外の方法で実施されてもよいことを理解すべきである。本発明は、本明細書に記載された各々の個々の機能、系、物品、材料、キット、および／または方法を目的とする。これに加えて、２またはそれ以上のこのような機能、系、物品、材料、キット、および／または方法のあらゆる組み合わせは、このような機能、系、物品、材料、キット、および／または方法が相互に非一貫性でないとき、本発明の範囲内に含まれる。
【０１３９】
本明細書において規定され、かつ用いられているようなすべての定義は、辞書の定義、参照して組み込まれた文献中の定義、および／または定義された用語の通常の意味を統御すると理解されるべきである。
【０１４０】
本発明において明細書および特許請求の範囲の中で用いられているような不定冠詞「１つの（ａおよびａｎ）」は、明らかに反対のことが指摘されているのでなければ、「少なくとも１つの」という意味であると理解すべきである。
【０１４１】
本発明において明細書および特許請求の範囲の中で用いられているような語句「および／または」は、そのように結合された要素、すなわち接合的に存在する場合もあり、離接的に存在することもある要素の、「どちらかまたは両方」を意味すると理解すべきである。「および／または」とともに列挙された多重要素は、同じように、すなわちそのように結合された要素の「１またはそれ以上」と考えられるべきである。具体的に同一視されたこれらの要素に関連していても、関連していなくても、「および／または」の節によって具体的に同一視された要素以外の他の要素が、場合により存在してもよい。このようにして非限定例として、「Ａおよび／またはＢ」への言及は、非制限言語、例えば「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」と関連して用いられる時、１つの実施形態において、Ａのみ（場合によりＢ以外の要素を含む）；別の実施形態においてＢのみ（場合によりＡ以外の要素を含む）；さらに別の実施形態において、ＡおよびＢの両方（場合により他の要素を含む）などのことを言うことがある。
【０１４２】
本発明において明細書および特許請求の範囲の中で用いられているように、「または」は、上に規定された「および／または」と同じ意味を有すると理解すべきである。例えばリスト中の品目を分ける時、「または」または「および／または」は、包含的であると解釈されるであろう。すなわち、いくつかの要素または要素のリストの、および場合により列挙されていない追加品目の少なくとも１つの包含であるが、これの１以上も含む。その反対であると明らかに指摘されている用語のみ、例えば「の１つだけ」、または「の正確に１つ」、または特許請求の範囲において用いられているときの「からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｏｆ）」はいくつかの要素または要素のリストの正確に１つの要素の包含のことを言う。一般に、本明細書において用いられているような「または」という用語は、排他性の用語、例えば「どちらか」、「の１つだけ」、または「の正確に１つ」が先行している時、排他的な代替物（すなわち、一方または他方であるが、両方ではない）を示すものとのみ解釈されるものとする。「から本質的になる」は、特許請求の範囲において用いられる時、特許法の分野で用いられているような通常の意味を有するものとする。
【０１４３】
本発明において明細書および特許請求の範囲の中で用いられているように、１またはそれ以上の要素のリストに関連して、「少なくとも１つ」という語句は、要素のリスト中のこれらの要素のいずれか１つまたはそれ以上から選択された少なくとも１つの要素を意味すると理解すべきであるが、要素のリストの中に具体的に列挙された各要素およびすべての要素の少なくとも１つを必ずしも包含するわけではなく、要素のリスト中の要素のあらゆる組み合わせを除外するわけでもない。この定義はまた、具体的に同一視されている要素に関連していても、関連していなくても、「少なくとも１つ」という語句が言及する要素のリストの中で具体的に同一視された要素以外の要素が、場合により存在してもよいということも可能にする。このようにして非限定例として、「ＡおよびＢの少なくとも１つ」（または同意義的に「ＡまたはＢの少なくとも１つ」、または同意義的に「Ａおよび／またはＢの少なくとも１つ」）は、１つの実施形態において、少なくとも１つの、場合により１超を包含するＡであって、Ｂが存在しない（および場合によりＢ以外の要素を包含する）ことを言い；別の実施形態において、少なくとも１つの、場合により１超を包含するＢであって、Ａが存在しない（および場合によりＡ以外の要素を包含する）ことを言い；さらにもう１つの実施形態において、少なくとも１つの、場合により１超を包含するＡ、および少なくとも１つの、場合により１超を包含するＢ（および場合により他の要素を包含する）などのことを言うこともある。
【０１４４】
同様に、その反対のことが明らかに指摘されていなければ、１以上の工程または活動を含む、本発明において特許請求されたあらゆる方法において、この方法の工程または活動の順序は、この方法の工程または活動が挙げられている順序に必ずしも限定されないことも理解すべきである。
【０１４５】
特許請求の範囲において、ならびに上の明細書において、すべての移行句、例えば「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「包含する（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「運んでいる（ｃａｒｒｙｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「含有する（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」、「ともなう（ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ）」、「保持する（ｈｏｌｄｉｎｇ）」、「からなる（ｃｏｍｐｏｓｅｄ  ｏｆ）」などは、制限のない、すなわち包含するが、限定されるわけではないことを意味すると理解すべきである。「からなる」および「本質的にからなる」という移行句のみが、Ｕｎｉｔｅｄ  Ｓｔａｔｅｓ  Ｐａｔｅｎｔ  Ｏｆｆｉｃｅ  Ｍａｎｕａｌ  ｏｆ  Ｐａｔｅｎｔ  Ｅｘａｍｉｎｉｎｇ  Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ，Ｓｅｃｔｉｏｎ  ２１１１．０３に示されているように、それぞれ、排他的（ｃｌｏｓｅｄ）であるか、または半排他的移行句であるものとする。
【図面の簡単な説明】
【０１４６】
【図１】本発明の１つの実施形態による、多重エマルジョンの作製において有用な微小流体装置の概略図である。
【図２】図２Ａ−２Ｇは、本発明の別の実施形態である、異なる多重エマルジョンを示している顕微鏡写真のコピーである。
【図３】図３Ａおよび３Ｂは、本発明のなお別の実施形態による、ドリップ（Ａ）方式（ｒｅｇｉｍｅ）およびジェット（Ｂ）方式における液滴の形成を図解している顕微鏡写真のコピーである。
【図４】本発明の他の実施形態における多様な多重エマルジョンの形成を示す様々な顕微鏡写真を図解している。
【図５】図５Ａ−５Ｆは、本発明のさらに他の実施形態における様々な硬化シェルポリマーソームを示している顕微鏡写真のコピーである。
【図６】図６Ａ−６Ｂは、本発明の別の実施形態による、液滴サイズと流量との間の関係を示しているデータをグラフで図解している。
【図７】図７Ａ−７Ｂは、本発明の別の実施形態による微小流体装置の概略図である。
【図８】図８Ａ−８Ｂは、本発明の別の実施形態における、多重エマルジョンに対するジブロックコポリマーの影響を図解している顕微鏡写真のコピーである。
【図９】図９Ａ−９Ｄは、本発明の別の実施形態による、ＴＨＦ−トルエン混合物の蒸発および溶解を図解している。
【図１０】図１０Ａ−１０Ｂは、本発明のさらに別の実施形態における、疎水性量子ドットのカプセル化を図解している。
【図１１】図１１Ａ−１１Ｇは、本発明のさらに別の実施形態における、浸透圧衝撃下のポリマーソームの推移を図解している。
【図１２】図１２Ａ−１２Ｃは、多くの内部液滴および多区画小胞構造を含有するあるいくつかの二重エマルジョンを図解している。
【図１３】本発明のなお別の実施形態による、ポリマーソームの形成を図解している概略図である。
【図１４Ａ】本発明のなお別の実施形態による、あるいくつかの脱湿潤（ｄｅｗｅｔｔｉｎｇ）実験を図解している。
【図１４Ｂ】本発明のなお別の実施形態による、あるいくつかの脱湿潤（ｄｅｗｅｔｔｉｎｇ）実験を図解している。
【図１４Ｃ】本発明のなお別の実施形態による、あるいくつかの脱湿潤（ｄｅｗｅｔｔｉｎｇ）実験を図解している。
【図１４Ｄ】本発明のなお別の実施形態による、あるいくつかの脱湿潤（ｄｅｗｅｔｔｉｎｇ）実験を図解している。
【図１４Ｅ】本発明のなお別の実施形態による、あるいくつかの脱湿潤（ｄｅｗｅｔｔｉｎｇ）実験を図解している。
【図１５】図１５Ａ−１５Ｂは、本発明の別の実施形態における界面張力実験を図解しているグラフである。
【図１６】本発明のあるいくつかの脱湿潤された液滴を示している顕微鏡写真のコピーである。
【図１７】本発明の別の実施形態による、多重エマルジョンの作製において有用な別の微小流体装置の概略図である。
【図１８】図１８Ａ−１８Ｇは、本発明の様々な実施形態による、様々な多重エマルジョンを示している顕微鏡写真のコピーである。
【図１９】本発明のさらに別の実施形態による、不斉リポソームの形成を図解している概略図である。
【図１】
2008535644.tif 000012
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図２Ｇ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１１Ｅ】
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【図１１Ｆ】
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【図１１Ｇ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１４Ｄ】
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【図１４Ｅ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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【図１８Ｄ】
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【図１８Ｅ】
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【図１８Ｆ】
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【図１８Ｇ】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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