(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
微粒子の表面をコーティングする流体機器装置において、ほぼ鉛直方向に配置され、微粒子がコーティング材の溶液中に分散浮遊した分散液を噴出させるノズルと、このノズルから噴出される分散液の外側を覆うシース流れを発生させる手段と、前記ノズルから下方に噴出させた分散液が下方へ移動中に微粒子の表面をコーティングし、コーティングされた微粒子を含む分散液を収納するリザーバータンクと、このリザーバータンクに接続され配管口を除いて密閉容器を形成する濃縮ユニットと、この濃縮ユニットを減圧環境に保つ真空ポンプとを設けたことを特徴とする流体機器装置。
【請求項２】
前記ノズルから噴出される分散液に微小な擾乱を与える機構を設けたことを特徴とする請求項１に記載の流体機器装置。
【請求項３】
前記ノズルを複数個並列に接続し、処理量をスケールアップしたことを特徴とする請求項1または2に記載の流体機器装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微粒子状原料をこの微粒子状原料とは異なる原料でコーティングする流体機器装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
微粒子あるいは微粒液の表面をコーティングする、いわゆるエンカプセレーション技術は、生分解性ポリマーでコーティングした微粒子あるいは微粒液滴状の薬液を作成し、体内で薬液を徐放制御するＤＤＳ（ドラッグ・デリバリー・システム）や、機能性食品成分または栄養成分を体内に分布させるＮＤＳ（ニュートリション・デリバリー・システム）、食品の風味・食感を制御する糖衣技術において、有効な手段となりうる。これら医薬品や食品以外にも、新しい電子材料や高機能な遮光特性を実現する光学材料としての応用も期待できる。
【０００３】
このような従来の微小粒子のエンカプセレーション技術の例が、特許文献１や非特許文献１、２に記載されている。この中で、特許文献１に記載のマイクロカプセルでは、微小流路構造体を用いて、連続相液体中に分散相流体を均一に液滴化し、その後液滴表面に膜を形成して微小なカプセルを製造している。微小流路構造体においては、連続相流体流路と分散相流体流路とを合流流路で合流させている。合流流路には、凸構造物が間隔をおいて複数配置されており、これにより凹凸周期構造となり、合流流路の断面積が変化して連続相および分散相の２流体の界面に擾乱が誘起され、分散相流体が液滴化する。
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２１６２０６号公報
【非特許文献１】C. Berkland et al.,  Journal of Controlled Release  vol.73   (2001)  pp.59-74
【非特許文献２】Anna, Bontoux and Stone,  Appl. Phys. Lett.  vol. 82-3 (2003)  pp.364-366
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に記載のマイクロカプセルでは、分散相流体の表面に膜を形成することが記載されているが、微小粒子の表面にどのようにして膜を形成するか、また膜を形成する際に微小粒子をどのように保持するかについてはまったく記載が無い。したがって、マイクロカプセルの具体的な形成については、十分な考慮がなされていない。
【０００６】
本発明は上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、微小粒子を表面コーティング材でコーティングした微小粒子を製作可能にすることを目的とする。また、表面コーティングする際に、コーティング材の厚さを制御可能にすることも目的とする。さらに、コーティングした微小粒子の処理量を従来に比して増大させることも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成する本発明の特徴は、微粒子の表面をコーティングする流体機器装置において、ほぼ鉛直方向に配置され、微粒子がコーティング材の溶液中に分散浮遊した分散液を噴出させるノズルと、このノズルから噴出される分散液の外側を覆うシース流れを発生させる手段と、前記ノズルから下方に噴出させた分散液が下方へ移動中に微粒子の表面をコーティングし、コーティングされた微粒子を含む分散液を収納するリザーバータンクと、このリザーバータンクに接続され配管口を除いて密閉容器を形成する濃縮ユニットと、この濃縮ユニットを減圧環境に保つ真空ポンプとを設けたことにある。
【０００８】
そしてこの特徴において、ノズルから噴出される分散液に微小な擾乱を与える機構を設けてもよく、ノズルを複数個並列に接続し、処理量をスケールアップしてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、先窄まり形状ノズルまたはシースフローを併用したノズルを用いているので、微小粒子を含む原料液中の微小粒子にコーティングが可能になるとともに、コーティング膜厚さを所期の範囲に制御可能となる。また、コーティングした微小粒子の処理量を従来に比して増大させることも容易に可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明に係る流体機器のいくつかの実施例を、図面を用いて説明する。本発明は、コーティング材やエンカプセレーション材を適当な溶剤に溶解させた溶液中に、コーティングやエンカプセレーションしたい微小原料を分散させるものである。そして、この溶液をノズルから噴出させ、表面張力の不安定性によって引き起こされる液体の分裂現象を利用して、個々のコンテンツにコーティングする量を制御し、最終的にコーティング層の厚みを制御するものである。その具体例を、以下に説明する。
【００１１】
図１は、流体機器が製造する最終生成物１０５の縦断面図である。固体あるいは液体状態の微小な原料１０１の表面を、この原料１０１とは異なる他の原料１０２でコーティングして、エンカプセレーションしている。原料１０２のコーティング層の厚さ１０３は、予め定めた範囲に制御されている。
【００１２】
本実施例では、溶媒抽出法と呼ばれる製法を利用して、図１に示す最終生成物１０５を得ている。溶媒抽出法では、コーティング材１０２を、このコーティング材１０２が溶解可能な溶媒に溶解させる。コーティング材１０２が溶解した溶液を、コンテンツ１０１に塗布し、溶液中の溶媒を拡散または蒸発等により抽出し、コーティング材１０２を硬化させる。したがって、塗布するコーティング材１０２の量を制御すれば、コーティング材１０２の厚さ１０３を所定厚さに制御することができる。
【００１３】
図２に、流体機器２１０の一実施例の主要部を拡大断面図で示す。流体機器２１０は、コーティング材１０２が溶解した溶液を噴出するノズル２０４を有している。ノズル２０４から噴出される溶液のジェットには、レイリー不安定理論により、界面張力不安定性が生じている。この界面張力不安定性を利用して、微小粒子を形成する。
【００１４】
具体的には、前処理で、コーティングあるいはエンカプセレーションしたいコンテンツ２０１をコーティング材が希釈された溶媒２０２に分散させて、溶液（原料液）を生成する。コンテンツ２０１を含む調整された原料液は、図示しないポンプ等により加圧されて、矩形断面または円形断面を有するノズル２０４に導かれる。ノズル２０４には、コーティング材２０２が溶解した原料液が流通する下流部に、先窄まりの縮小部２０３が形成されている。この縮小部２０３を経て、コンテンツ２０１とコーティング材２０２が混合した原料液は、ノズル２０４外にジェットとして気相中に噴出する。
【００１５】
その際、縮小部２０３の形状に応じて、原料液中のコンテンツ２０１の濃度を予め調製しておく。これにより、ノズル２０４から噴出するコンテンツ２０１の空間的な間隔２０５を制御する。コンテンツ２０１とコーティング材２０２が混合した原料液が、ジェットとして噴出した後に、液滴に分裂する空間的な間隔２０６は、原料液の表面張力とジェットの径とジェットの流速に依存する。
【００１６】
そこで、ノズル２０４の内径と原料液の送液速度を予め調整し、必要に応じてジェットに擾乱を与えて液滴の空間的な間隔２０６を制御する。ノズル２０４から噴出するコンテンツ２０１、２０１間の空間的な間隔２０５と、液滴が分裂する空間的な間隔２０６の双方を制御して、原料液からコンテンツ２０１を１個だけ有する液滴２０７を分裂させる。
【００１７】
分裂した液滴２０７では、表面張力の効果により、コンテンツ２０１の表面上を溶媒であるコーティング材２０２の希釈液が均一に覆う。それとともに、コーティング材２０２の希釈液内部では、コーティング材２０２以外の溶媒成分が蒸発２０８し硬化する。本実施例によれば、各コンテンツ２０１に所期の量だけコーティング材２０２を付加させることができるので、最終的に各コンテンツ２０１のコーティング層の厚さ１０３を制御することができる。なお、溶媒としては、アセトン等が挙げられる。 
上記図２に示した方法は、比較的粒径の大きなコンテンツ２０１を、コーティング材２０２でコーティングするのに有効である。その理由は、ノズル２０４から気相中に噴出した原料液のジェットは、気相中でコンテンツ２０１を１個だけ含む液滴に分裂可能になっているからである。液滴に含まれる溶媒の蒸発成分の蒸発速度は、コンテンツの蒸発速度より速いので、溶媒の蒸発成分が蒸発してコーティング成分が抽出される。その際、コンテンツよりも蒸発成分の蒸発速度が速いから、溶媒中のコーティング成分は速やかに抽出されて硬化される。
【００１８】
ところで、液滴に含まれる溶媒が蒸発するときに、溶媒が蒸発しやすいものであればあるほど、ノズル先端部周り２０９に付着した原料液から溶媒成分だけが速やかに蒸発し、ノズル先端部周り２０９にコーティング材２０２が固着して閉塞を引き起こしやすくなる。特に、コンテンツ２０１の粒径が小さくなればなるほど、ノズル２０４の径を細くする必要があるから、コーティング材２０２の硬化によるノズル２０４の閉塞が発生しやすい。このような、粒径の小さなコンテンツ２０１を使用した場合における不具合を解消するための一例を、図３に示す。
【００１９】
図３は、本発明に係る流体機器３１０の他の実施例の要部拡大断面図である。図２に示したコンテンツ２０１よりも微小なコンテンツ２０１を、コーティング材２０２でコーティングする場合に使用する。原料液３０２が流通する中空円筒状のノズル３０１の周囲部であって下部に、切頭円錐を逆さにしたコーン状の孔が形成された縮小流路部材３０８を配置する。縮小流路部材３０８の上面は、ノズル３０１の先端部３０６よりも上に位置している。さらに、ノズル３０１の先端部３０６では半径方向に、縮小流路部材３０８とノズル３０１間の隙間が形成されている。縮小流路部材３０８の上方には、原料液３０２とは異なる溶媒抽出相３０３を流通させる円筒形の容器３０９が配置されている。
【００２０】
このように構成した本実施例では、ノズル３０１から原料液３０２が縮小流路部材３０８側に噴出されて、原料液３０２の下方への流れが形成される。それとともに、ノズル３０１を収容する容器３０９内を、原料液から溶媒を抽出するのに適した溶媒抽出相３０３が流通する。溶媒抽出相３０３は、容器３０９から縮小流路部材３０８に流入する。縮小流路部材３０８に流入した溶媒抽出相３０３は、縮小流路部材３０８の内面である縮小流路部３０５に沿って下側に流れる。
【００２１】
溶媒抽出相３０３は、縮小流路部材３０８を流下する際に、ノズル３０１を出た原料液３０２の流れとその内周側で接触し、縮小流路部材３０８の縮小流路部３０５で半径方向幅を狭められる。それとともに、ノズル３０１から出た原料液３０２の流れの半径方向幅をも狭める。溶媒抽出相３０３が縮小流路部材３０８から流出するときには、溶媒抽出相３０３は原料液３０２の周囲を覆うシース流れ３０４を形成する。
【００２２】
縮小流路部材３０８から流出する原料液３０２は、ノズル先端部３０６の流れよりさらに細く縮流される。本実施例によれば、原料液３０２中の溶媒を蒸発させ、原料液３０２に残るコーティング材を硬化させる状態を、原料液３０２をシース流れ３０４で包囲して、流れの下流側に遅らせているので、寸法の小さな縮小流路部３０５に原料液３０２が直接触れることを回避できる。縮流された原料液３０２の径３０７は、縮小流路部材３０８の縮小流路部３０５の断面の面積比により変化するが、原料液３０２と溶媒抽出相３０３の流量比でも変化する。したがって、より小さなコンテンツ２０１をコーティングする場合でも、原料液３０２が硬化して縮小流路部材３０８やノズル３０１を閉塞するのを、回避できる。
【００２３】
本実施例では、原料液３０２が流下するのに従って液滴が分裂するようにしているが、この液滴の分裂の際に、溶媒は液滴から溶媒抽出相のシース流れ３０４へ拡散していく。シース流れ３０４へ溶媒を拡散させて溶媒を蒸発させると、気相中で蒸発させる場合に比べ、コーティング材の硬化時間が長くなる恐れが生じる。しかしながら、本実施例では細いノズルを使用することからも分かるように、気相中で蒸発させる場合に比べて少量の原料液３０２しか使用しないので、溶媒抽出の時間を全体として短くできる。
【００２４】
シース流れ３０４の流量を調整して、分裂される液滴の量を制御するのは、以下の方法による。本流体機器３１０で得られたコーティングされたコンテンツ２０１の分散液の濃度が、所望の濃度より高い場合には、溶媒抽出相３０３の流量を増し、濃度を下げる。一方、得られた分散液の濃度が低い場合には、図示しない濃縮機器を本流体機器３１０の下流側に設ける。ここで、分散液の濃度とは、粒子が分散した溶媒抽出相の濃度であり、例えば、粒子と液体の体積比で表される。
【００２５】
この図３で示した流体機器を複数個有することにより、処理量を増大させた例を、図４に模式図で示す。図４は、スケールアップした流体機器の図である。図３の実施例で示したノズルが並列に、複数、本実施例では３個設けられている。直方体状の容器であるリザーバータンク４０２の上下方向中間部には、中空円筒状のノズル４０１が横方向に並んで３個配置されている。ノズル４０１の上方であってリザーバータンク４０２の側面部には、原料液を供給する配管４０３が接続されている。リザーバータンク４０２の天井面には、圧電素子等から構成される振動発生素子４０４が取り付けられている。
【００２６】
リザーバータンク４０２の上下方向中間部の側面であってノズル４０１の側方位置には、シース流れを形成する溶媒抽出相をリザーバータンク４０２に供給するための配管４０５が接続されている。この配管４０５取り付け位置よりも下方であってリザーバータンク４０２内部には、縮小流路部材４０７が配置されている。縮小流路部材４０７よりも下方であってリザーバータンク４０２の側面には、通気孔４１１が形成されている。リザーバータンク４０２の下部は回収タンク４０９として用いられ、底面近くの側面には、コーティングされたコンテンツ２０１を回収するための配管４１２が接続されている。
【００２７】
リザーバータンク４０２の下流側には、濃縮ユニット４１３が配置されており、濃縮ユニット４１３の一方の側面の下部に設けた配管口４１７とリザーバータンク４０２の下部に設けた回収用の配管口４１２とが連結されている。濃縮ユニットの他方の側面であって下部には、濃度が調整された分散液を回収するための配管口４１６が接続されている。濃縮ユニット４１３は配管口４１６、４１７の部分を除いて密閉容器となっており、稼働中は真空ポンプ４１４により真空排気されて、減圧環境に保たれている。
【００２８】
このように構成した本実施例の流体機器装置４５０では、配管４０３から原料液が、配管４０５から溶媒抽出相（シース液）が多量に送り込まれる。これら２種の液は縮小流路部材４０７を経ることにより同心状の２層流れとしてリザーバータンク４０２内を流下し、その途中で液滴に分裂する。なお、リザーバータンク４０２の天井に設けた振動発生素子４０４は、振動によりノズル４０１から噴出される原料液のジェットに擾乱を与える。
【００２９】
原料液から分裂して形成された液滴から溶媒が蒸発し、コーティングされたコンテンツ４０８が形成される。このコンテンツ４０８は、シース液と共に回収タンク４０９内に落下する。回収タンク４０９内にはマグネチックスターラー等の攪拌機構４１０が設けられている。コーティングされたコンテンツ４０８は、攪拌機構４１０により分散液内に均一に分布する。なお、縮小流路部材４０７よりも下方に設けた通気孔４１１は、シース液内部に拡散した溶媒が継続して蒸発できるように、溶媒をリザーバータンク４０２外に導くのに用いる。
【００３０】
回収タンク４０９に収容された均一化された分散液は、図示しないポンプにより、配管口４１７から濃縮ユニット４１３に導かれる。濃縮ユニット４１３に接続された真空ポンプ４１４で濃縮ユニット４１３を減圧環境とすることにより、濃縮ユニット４１３内の分散液４１５は必要濃度まで濃縮される。濃度が調製された分散液を、図示しないポンプを用いて、配管口４１６から取り出す。または、濃縮ユニット４１３内で全ての溶媒抽出相を蒸発させ、微粒子として取り出す。
【００３１】
上記各実施例によれば、研究室での開発レベルからプラントでの量産レベルまでの製造量のスケールアップが容易になる。また、試験的に用いる原料の消費量を抑えて効率よくコーティングあるいはエンカプレーションプロセスを実行できる。さらに、コーティングする原料の厚みを制御することが可能となり、生分解性材料のエンカプセレーションの場合、エンカプセレーションされたコンテンツの除放特性を容易に制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る流体機器で製造する最終生成物を説明する図。
【図２】本発明に係る流体機器の一実施例の要部拡大断面図。
【図３】本発明に係る流体機器の他の実施例の要部拡大断面図。
【図４】図３に示した流体機器を複数搭載した流体機器装置の模式図。
【符号の説明】
【００３３】
１０１…原料、１０２…コーティング原料、１０３…厚み、１０５…最終生成物、２０１…コンテンツ（微小原料）、２０２…溶液、２０３…縮小部、２０４…ノズル、２０５、２０６…間隔、２０７…液滴、２０８…蒸発、２０９…ノズル先端部の周囲、２１０…流体機器、３０１…ノズル、３０２…原料液、３０３…溶媒抽出相、３０４…シース流れ、３０５…縮小流路部、３０６…ノズル先端部、３０７…ジェット径、３０８…縮小流路部材、３１０…流体機器、４０１…ノズル、４０２…リザーバータンク、４０３…配管、４０４…振動発生素子、４０５…配管、４０６…リザーバー、４０７…縮小流路部材、４０８…コンテンツ、４０９…回収タンク、４１０…攪拌装置、４１１…通気孔、４１２…排出口、４１３…濃縮ユニット、４１４…真空ポンプ、４１５…分散液、４１６…配管口、４１７…配管口、４５０…流体機器装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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