(57)【要約】【課題】所定の硬さを有するゲルを製造すること。【解決手段】０．３〜１０重量％のアルギン酸ナトリウムと、４〜６０重量％のグリセリンと、を含むゲル形成性溶液と、前記ゲル形成性溶液を、１．０重量％以上の塩化カルシウムを含む塩化カルシウム水溶液及び１．０重量％以上の酢酸カルシウムを含む酢酸カルシウム水溶液のいずれか一方に噴射してゲルを形成させる液体噴射装置と、を備えるゲル製造装置。【選択図】図４
2012105564.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
０．３〜１０重量％のアルギン酸ナトリウムと、４〜６０重量％のグリセリンと、を含
むゲル形成性溶液と、
前記ゲル形成性溶液を、１．０重量％以上の塩化カルシウムを含む塩化カルシウム水溶
液及び１．０重量％以上の酢酸カルシウムを含む酢酸カルシウム水溶液のいずれか一方に
噴射してゲルを形成させる液体噴射装置と、
を備えるゲル製造装置。
【請求項２】
前記ゲル形成性溶液は、前記グリセリンを４０〜５０重量％含む、請求項１に記載のゲ
ル製造装置。
【請求項３】
前記液体噴射装置は、
前記ゲル形成性溶液が充填される容積室であって、容積が変化させられる容積室と、
前記容積室から前記ゲル形成性溶液を噴射するノズルと、
を備える、請求項１又は２に記載のゲル製造装置。
【請求項４】
前記液体噴射装置は、前記容積室の容積を変化させるダイアフラムと該ダイアフラムに
接する圧電素子とを備える、請求項３に記載のゲル製造装置。
【請求項５】
前記圧電素子にはパルス状の電圧が印加される、請求項４に記載のゲル製造装置。
【請求項６】
前記ゲル形成性溶液は脱気処理がされている、請求項１〜５のいずれかに記載のゲル製
造装置。
【請求項７】
０．３〜１０重量％のアルギン酸ナトリウムと、４〜６０重量％のグリセリンと、を含
むゲル形成性溶液を、１．０重量％以上の塩化カルシウムを含む塩化カルシウム水溶液及
び１．０重量％以上の酢酸カルシウムを含む酢酸カルシウム水溶液のいずれか一方に噴射
してゲルを形成することと、
形成した前記ゲルの硬さを測定することと、
前記ゲルの硬さに応じて、前記ゲル形成性溶液に含まれるグリセリンの重量％を調整す
ることと、
調整した前記ゲル形成性溶液を前記塩化カルシウム水溶液及び前記酢酸カルシウム水溶
液のいずれか一方に噴射してゲルを形成することと、
を含むゲル製造方法。
【請求項８】
０．３〜１０重量％のアルギン酸ナトリウムと、４〜６０重量％のグリセリンと、を含
むゲル形成性溶液を、１．０重量％以上の塩化カルシウムを含む塩化カルシウム水溶液及
び１．０重量％以上の酢酸カルシウムを含む酢酸カルシウム水溶液のいずれか一方に噴射
してゲルを形成することと、
形成した前記ゲル内の薬剤の徐放時間を測定することと、
前記薬剤の徐放時間に応じて、前記ゲル形成性溶液に含まれるグリセリンの重量％を調
整することと、
調整した前記ゲル形成性溶液を前記塩化カルシウム水溶液及び前記酢酸カルシウム水溶
液のいずれか一方に噴射してゲルを形成することと、
を含むゲル製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゲル製造装置及びゲル製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルギン酸ナトリウム水溶液を塩化カルシウム水溶液に滴下してゲル状の物質を製造す
る方法が知られている。このとき、インクジェットプリンターからアルギン酸ナトリウム
水溶液を塩化カルシウム水溶液に噴射することによって、マイクロスフィアと呼ばれる小
さなゲルを製造することができる。特許文献１には、インクジェット装置を用いてマイク
ロビーズを製造することが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１１１５９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、製造されるゲルに所定の硬さが要求される場合がある。例えば、ゲルを模擬
赤血球とした場合、そのゲルの硬さを実際の赤血球の硬さに調整する必要があるが、この
ときゲルに所定の硬さが要求される場合がある。また、ゲルを所望の硬さに調整すること
でゲルにおける架橋度を調整でき、ゲル中の薬剤の徐放性を制御することができるが、こ
のときもゲルに所定の硬さが要求される場合がある。よって、所定の硬さを有するゲルを
製造できることが望ましい。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、所定の硬さを有するゲルを製
造することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための主たる発明は、
０．３〜１０重量％のアルギン酸ナトリウムと、４〜６０重量％のグリセリンと、を含
むゲル形成性溶液と、
前記ゲル形成性溶液を、１．０重量％以上の塩化カルシウムを含む塩化カルシウム水溶
液及び１．０重量％以上の酢酸カルシウムを含む酢酸カルシウム水溶液のいずれか一方に
噴射してゲルを形成させる液体噴射装置と、
を備えるゲル製造装置である。
【０００７】
本発明の他の特徴については、本明細書及び添付図面の記載により明らかにする。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】ゲル製造装置を示す概略側面図である。
【図２】ゲル製造装置を示す概略平面図である。
【図３】噴射ヘッド１２の構造を説明する図である。
【図４】グリセリン添加量とゲル粒子の硬さとの関係を示す表である。
【図５】グリセリン添加量とゲル強度との関係を示すグラフである。
【図６】グリセリン添加量と吐出ノズル率との関係を表すグラフである。
【図７】アルギン酸ナトリウムの説明図である。
【図８】アルギン酸ナトリウムからアルギン酸カルシウムゲルへと変化する中間の様子を示す説明図である。
【図９】アルギン酸カルシウムゲルの説明図である。
【図１０】ゲルの硬さ調整方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本明細書及び添付図面の記載により、少なくとも、以下の事項が明らかとなる。
【００１０】
０．３〜１０重量％のアルギン酸ナトリウムと、４〜６０重量％のグリセリンと、を含
むゲル形成性溶液と、
前記ゲル形成性溶液を、１．０重量％以上の塩化カルシウムを含む塩化カルシウム水溶
液及び１．０重量％以上の酢酸カルシウムを含む酢酸カルシウム水溶液のいずれか一方に
噴射してゲルを形成させる液体噴射装置と、
を備えるゲル製造装置。
このようにすることで、所定の硬さを有するゲルを製造することができる。
【００１１】
かかるゲル製造装置であって、前記ゲル形成性溶液は、前記グリセリンを４０〜５０重
量％含むことが望ましい。
このようにすることで、より硬いゲルに調整することができるようになる。
【００１２】
また、前記液体噴射装置は、前記ゲル形成性溶液が充填される容積室であって、容積が
変化させられる容積室と、前記容積室から前記ゲル形成性溶液を噴射するノズルと、を備
えることが望ましい。
このようにすることで、ノズルからゲル形成性溶液を断続的に噴射してサイズの小さい
ゲルを製造することができる。また、このように適切な量のグリセリンを添加することで
、ノズルにおけるゲル形成性溶液の乾燥及び固化を抑制して、適切にゲル形成性溶液を噴
射することができる。
【００１３】
また、前記液体噴射装置は、前記容積室の容積を変化させるダイアフラムと該ダイアフ
ラムに接する圧電素子とを備えることが望ましい。
このようにすることで、圧電素子を伸縮させることで容積室の容積を変化させ、ゲル形
成性溶液を断続的に噴射することができる。
【００１４】
また、前記圧電素子にはパルス状の電圧が印加されることが望ましい。
このようにすることで、ゲル形成性溶液を断続的に噴射してゲルを量産することができ
る。
【００１５】
また、前記ゲル形成性溶液は脱気処理がされていることが望ましい。
このようにすることで、容積室の容積変化によってゲル形成性溶液に気泡を生じないよ
うにして、適切にゲル形成性溶液を噴射することができる。
【００１６】
また、本明細書及び添付図面の記載により、少なくとも、以下の事項も明らかとなる。
すなわち、
０．３〜１０重量％のアルギン酸ナトリウムと、４〜６０重量％のグリセリンと、を含
むゲル形成性溶液を、１．０重量％以上の塩化カルシウムを含む塩化カルシウム水溶液及
び１．０重量％以上の酢酸カルシウムを含む酢酸カルシウム水溶液のいずれか一方に噴射
してゲルを形成することと、
形成した前記ゲルの硬さを測定することと、
前記ゲルの硬さに応じて、前記ゲル形成性溶液に含まれるグリセリンの重量％を調整す
ることと、
調整した前記ゲル形成性溶液を前記塩化カルシウム水溶液及び前記酢酸カルシウム水溶
液のいずれか一方に噴射してゲルを形成することと、
を含むゲル製造方法。
このようにすることで、所定の硬さに調整したゲルを製造することができる。
【００１７】
また、本明細書及び添付図面の記載により、少なくとも、以下の事項も明らかとなる。
すなわち、
０．３〜１０重量％のアルギン酸ナトリウムと、４〜６０重量％のグリセリンと、を含
むゲル形成性溶液を、１．０重量％以上の塩化カルシウムを含む塩化カルシウム水溶液及
び１．０重量％以上の酢酸カルシウムを含む酢酸カルシウム水溶液のいずれか一方に噴射
してゲルを形成することと、
形成した前記ゲル内の薬剤の徐放時間を測定することと、
前記薬剤の徐放時間に応じて、前記ゲル形成性溶液に含まれるグリセリンの重量％を調
整することと、
調整した前記ゲル形成性溶液を前記塩化カルシウム水溶液及び前記酢酸カルシウム水溶
液のいずれか一方に噴射してゲルを形成することと、
を含むゲル製造方法。
このようにすることで、適切に徐放時間を調整したゲルを製造することができる。
【００１８】
＝＝＝実施形態＝＝＝
図１は、ゲル製造装置を示す概略側面図であり、図２は、ゲル製造装置を示す概略平面
図である。ゲル製造装置１０は、噴射機構１と、流動機構２と、ゲル回収機構３と、噴射
計測機構４と、ゲル計量機構５と、観察機構６とを備えている。
【００１９】
ゲル製造装置１０は、流動機構２を流動する塩化カルシウム水溶液（以下、「第２溶剤
Ｌ２」ともいう）に向けて、噴射機構１からゲル形成性溶液（以下、「第１溶剤Ｌ１」と
もいう）を噴射させることで、排出部２２において、第１溶剤Ｌ１と第２溶剤Ｌ２とが化
学反応して生成されたゲルＧを得る。本実施形態では、第１溶剤Ｌ１としてアルギン酸ナ
トリウムとグリセリンを含む水溶液を用いる。これにより、アルギン酸ナトリウムと塩化
カルシウムとが化学反応し、アルギン酸カルシウムゲルが生成される。尚、これらの濃度
については後述する。
【００２０】
噴射機構１は、第１溶剤Ｌ１を収納する第１タンク１１と、噴射ヘッド１２と、第１タ
ンク１１から噴射ヘッド１２へ第１溶剤Ｌ１を供給する供給配管１４と、ギャッププレー
ト１６と、補強プレート１９と、固定柱１５と、固定治具１５ａとを備えている。
【００２１】
噴射ヘッド１２には、ノズル１３が形成されたノズルプレート１３ａを備えている。ノ
ズル１３は、例えば直径２０μｍであり、噴射周波数１０Ｈｚ以上で第１溶剤Ｌ１はノズ
ル１３から噴射される。ノズル１３は、噴射ヘッド１２に１つ形成されている様子を図示
したが、これに限られず、複数形成されていてもよい。また、噴射ヘッド１２は、噴射機
構１に１個配置していると図示したが、これに限るものではなく、噴射機構１に複数配置
している構成としてもよい。
【００２２】
ギャッププレート１６は、貫通孔１７と溝１８とを備えている。ギャッププレート１６
は、たとえば透明なアクリルからなる。透明なギャッププレート１６を用いることにより
、顕微鏡などを用いて、目視により確認してノズル１３と貫通孔１７との位置合わせを容
易にする。貫通孔１７とノズル１３とは連通されるように配置されている。これにより、
ノズル１３から噴射される第１溶剤Ｌ１が、貫通孔１７を通り抜ける構成となっている。
貫通孔１７には、フッ素系やシリコン系などの撥水コーティングが施されている。同様に
、ギャッププレート１６には、フッ素系やシリコン系などの撥水コーティングが施されて
いる。ノズル１３と面する側の貫通孔１７の直径は、ノズル１３の直径と同等またはそれ
以上とする。そして、貫通孔１７のもう一方側の直径は、ノズル１３と面する側の貫通孔
１７の直径と同等またはそれ以上とする。つまり、貫通孔１７は、同一直径または、ノズ
ル１３と面する側からもう一方側へ大きくなるテーパー形状である。このテーパー形状の
角度は、９０度から１８０度の範囲で適宜決定される。そして、貫通孔１７の流動部２１
側は、Ｒ形状に加工されている。
【００２３】
ギャッププレート１６は、枠状に形成された補強プレート１９に、接着剤などにより固
定されている。補強プレート１９により、ギャッププレート１６の機械的強度を補強させ
る。ギャッププレート１６及び補強プレート１９の外径は、補強プレート１９からギャッ
ププレート１６にかけて、細く形成されている。
【００２４】
流動機構２は、第２溶剤Ｌ２を収納する第２タンク２０と、第２溶剤Ｌ２が流動される
流動部２１および排出部２２と、溶剤循環部２３とを備えている。第２タンク２０は、フ
ィルター２５および流動部２１に連通されている。排出部２２は、流動部２１と連通され
ている。第２タンク２０に収納された第２溶剤Ｌ２は、フィルター２５で濾過され、流動
部２１及び排出部２２へ流動される。そして、排出部２２は、流動部２１を流動した第２
溶剤Ｌ２及び生成されたゲルＧを通過させる。溶剤循環部２３は、例えば、ポンプ２４を
備えている。排出部２２を通過した第２溶剤Ｌ２は、溶剤循環部２３により回収され、ポ
ンプ２４により第２タンク２０へ循環される。
【００２５】
第２タンク２０は、例えば透明又は半透明なポリエチレンなどからなる。流動部２１及
び排出部２２は、例えば透明なアクリルなどからなり、管状に形成されている。排出部２
２は、Ｌ字形に形成されており、流動部２１から流動した第２溶剤Ｌ２が、排出部２２か
ら飛散しないようにされている。
【００２６】
流動部２１とギャッププレート１６との間に、第２溶剤Ｌ２を流動させることにより、
ギャッププレート１６の貫通孔１７内部は負圧になるため、これを生かして、溝１８から
貫通孔１７へ空気（気体）の流れを生じさせる。これにより、第２溶剤Ｌ２が、流動機構
２からギャッププレート１６の貫通孔１７へ流入することを防止することができる。さら
には、噴射ヘッド１２のノズル１３から噴射される第１溶剤Ｌ１の噴射速度を維持又は補
助させることができる。
【００２７】
また、噴射機構１において、貫通孔１７の流動部１２側は、Ｒ形状に加工されているの
で、第２溶剤Ｌ２が、ギャッププレート１６の貫通孔１７から、噴射ヘッド１２のノズル
１３へ入り込んでしまうことを抑制し、第２溶剤Ｌ２によりノズル１３が塞がれることを
防ぐ。
【００２８】
溶剤循環部２３は、流動部２１、排出部２２、及び後述するゲル回収機構３を流動した
第２溶剤Ｌ２を回収し、第２タンク２０へ循環させる。
【００２９】
ゲル回収機構３は、流動された第２溶剤Ｌ２に第１溶剤Ｌ１を噴射させることにより生
成されるゲルＧを回収する。
【００３０】
噴射測定機構４は、噴射機構１の第１タンク１１の重量を計測する。第１溶剤Ｌ１を収
納する第１タンク１１の重量を計測することにより、噴射される前後の重量差から、ノズ
ル１３から噴射される第１溶剤Ｌ１の重さを計測する。
【００３１】
ゲル計量機構５は、レーザー光源５１と光電検出器５２とを備えている。レーザー光源
５１から投射された投射光を、第２溶剤Ｌ２及びゲルＧが流動される流動部２１に照射す
る。そして、流動部２１において、投射光が反射された反射光を光電検出器５２により受
光することにより、生成されたゲルＧの数量、形状、及び大きさを計量する。
【００３２】
観察機構６は、ゲル回収機構３で回収されたゲルＧの状態、例えば形状及び大きさなど
を観察する、又は計測する。観察機構６は、カメラ６１を備えている。カメラ６１を用い
て、回収ネット３１でとらえられたゲルＧを撮像することにより、生成されたゲルＧの状
態、例えば形状及び大きさなどを観察する、または計測する。
【００３３】
図３は、噴射ヘッド１２の構造を説明する図である。図には、ノズル１３、ピエゾ素子
ＰＺＴ、液体供給路４０２、ノズル連通路４０４（容積室に相当する）、及び、弾性板４
０６（ダイアフラムに相当する）が示されている。
【００３４】
液体供給路４０２には、第１タンクから第１溶剤Ｌ１が供給される。そして、これらの
液体等は、ノズル連通路４０４に供給される。ピエゾ素子ＰＺＴには、駆動信号として複
数のパルスが印加される。駆動信号が印加されると、駆動信号に従ってピエゾ素子ＰＺＴ
が伸縮し、弾性板４０６を振動させる。そして、ノズル連通路４０４の容積を変化させ、
駆動信号の振幅に対応するように液体を移動させる。
【００３５】
上記の液体の移動を具体的に説明する。本願実施形態のピエゾ素子ＰＺＴは、電圧を印
加すると図３の上下方向に収縮する特性を有する。駆動信号としてある電圧からより大き
い電圧を印加した場合、ピエゾ素子ＰＺＴは図３の上下方向に収縮してノズル連通路４０
４の容積を拡大する方向に弾性板４０６を変形させる。このとき、ノズル１３における液
体表面はノズル１３の内側（図３の上側）方向に移動する。逆に、ある電圧からより小さ
い電圧を印加した場合、ピエゾ素子ＰＺＴは図３の上下方向に伸長し、ノズル連通路４０
４の容積を縮小する方向に弾性板４０６を変形させる。このとき、ノズル１３の液体表面
はノズル１３の外側（図３の下側）方向に移動する。このようにすることにより、ノズル
連通路４０４に充填された液体をノズル１３から噴射することができる。噴射された液体
は、その表面張力により球形となり第２溶剤Ｌ２に着弾する。
【００３６】
このように、ノズル連通路４０４の容積を変化させるとノズル連通路４０４における圧
力が変動する。第１溶剤Ｌ１に酸素分子が溶け込んでいると、この圧力変動の際、ノズル
連通路４０４において気泡が生じてしまう。よって、本実施形態において使用される第１
溶剤Ｌ１は予め中空糸などを用いて脱気されていることが望ましい。
【００３７】
図４は、グリセリン添加量とゲル粒子の硬さとの関係を示す表である。表には、第１溶
剤に添加したグリセリンの重量％と、ゲルの状態と、ゲルの強度が示されている。ここで
「強度」は、硬さの意味で用いている。また、後に説明を行う間歇性が示されている。図
５は、グリセリン添加量とゲル強度との関係を示すグラフである。ここでは、これらの図
を参照しつつ、グリセリンの添加量に対するゲルの強度について説明を行う。
【００３８】
本実施形態で用いられる第１溶剤は、前述の通り、グリセリンをアルギン酸ナトリウム
水溶液に添加したものである。ここでは、グリセリンの添加量を変化させたアルギン酸ナ
トリウム水溶液を塩化カルシウム水溶液においてゲル化させた。生成されるゲルは球形で
あり、１個の直径は１．５ｍｍである。ゲル製造装置１０を用いて製造するゲルの大きさ
は、これよりも小さいものであるが、少なくとも直径を１．５ｍｍとしてゲルの強度が確
認できれば、これよりも小さいゲルに関してもその強度が確保できると考えられるため、
１．５ｍｍの直径のゲルを製造して評価を行ったものである。
【００３９】
また、第１溶剤Ｌ１におけるアルギン酸ナトリウムの濃度であるが、アルギン酸ナトリ
ウムが０．３重量％〜１０重量％のいずれの水溶液においても図４の結果が得られている
。尚、この中でも、アルギン酸ナトリウムの濃度は、０．５重量％〜１．５重量％である
ことが望ましい。
【００４０】
ゲルの硬さは、生成されたゲルを電子天秤に載せ、秤上のゲルに、秤の反対側から秤の
方向へ指などで押圧し、ゲルが破壊された際の荷重を記録する手順により測定した。図４
における「強度」は、このときの荷重を示す。
【００４１】
また、図４において、「軟らかい」と示されているのは、球形を維持できない程度の硬
さであることを示す。つまり、自重により変形してしまう程度の硬さであることを示して
いる。「硬い」と示されているのは、球形を維持できる程度の硬さであることを示す。す
なわち、自重により球形が変形しない硬さを有していることを示している。「非常に硬い
」は、球形で強固なゲルの状態であることを示している。
【００４２】
図４に示すように、グリセリンを添加することで、生成されたゲルの硬さが増加するこ
とがわかる。つまり、グリセリンの添加量を調整することにより、ゲルを所望の硬さに調
整することができることになる。表を参照すると、球形を維持できる程度の硬さのゲルを
生成するためのグリセリン濃度は、４重量％以上６０重量％以下である。また、非常に硬
いゲルを製造するためのグリセリン濃度は、４０重量％以上５０重量％以下である。つま
り、安定的なゲルを製造するには、４重量％以上６０重量％以下のグリセリン濃度とする
ことが望ましく、特に安定的なゲルを製造するには、４０重量％以上５０重量％以下のグ
リセリン濃度とすることが望ましいことが分かる。
【００４３】
このようにグリセリンを添加することによりゲルの強度が増加する理由については、後
述する。
【００４４】
尚、上記のゲル形成において用いられる第２溶剤としての塩化カルシウム水溶液の濃度
であるが、１．０重量％〜１０重量％の塩化カルシウムを含むいずれの塩化カルシウム水
溶液においても図４の結果が得られる。
【００４５】
後述するようにゲル生成過程では、塩化カルシウムのカルシウムイオンにより２つのア
ルギン酸間が橋架けされる架橋凝縮が生ずる。よって、塩化カルシウムの濃度は高い方が
ゲルを生成しやすい。その一方で、塩化カルシウム濃度が高すぎるとゲル製造装置を錆さ
せるなどの影響があるため、塩化カルシウム濃度を低くすることが望ましい。そこで、ゲ
ルを適切に形成できる塩化カルシウム濃度を検証するために、異なる濃度の塩化カルシウ
ム水溶液の中に前述の第１溶剤を吐出させてゲルを形成する試験を行った。前述のように
、塩化カルシウム濃度を高くするほどゲル化は起こりやすいため、ここでは塩化カルシウ
ム濃度の下限値が以下のような試験で検証された。
【００４６】
試験では、塩化カルシウムが１．０重量％、３．０重量％、５．０重量％、及び、７．
０重量％の塩化カルシウム水溶液に上記の第１溶剤を吐出してゲルが形成されるかどうか
、及び、形成されたゲル形状が変化するかどうかを粒度分布の測定も含めて検証した。
【００４７】
その結果、これらの塩化カルシウムの濃度の全てにおいてゲル化することが確認された
。また、７．０重量％の塩化カルシウム水溶液における粒度分布の標準偏差は０．０６４
であった。これに対し、塩化カルシウムが５．０重量％のときにおける標準偏差は０．０
５８であり、塩化カルシウムが３．０重量％のときにおける標準偏差は０．０６２であり
、塩化カルシウムが１．０重量％のときにおける標準偏差は０．０６８であった。すなわ
ち、塩化カルシウム濃度を変化させた場合であっても粒度分布にほとんど変化は見られな
かった。つまり、塩化カルシウムが１．０重量％のときにおいても、濃度の高い７．０重
量％のときと同様に、粒度等にも問題なく適切にゲルを形成することが確認されたことに
なる。
【００４８】
上記検証を踏まえて本実施形態では、１．０重量％以上の塩化カルシウムを含む塩化カ
ルシウム水溶液が用いられる。尚、前述のように錆等の諸問題のため、塩化カルシウム濃
度は１．０重量％〜１０重量％であることが望ましい。
【００４９】
図６は、グリセリン添加量と吐出ノズル率との関係を表すグラフである。以下、図６に
加え前述の図４も参照しつつグリセリン添加量と吐出ノズル率との関係について説明する
。
【００５０】
まず、図４を参照すると、間歇３０秒時とした間歇性が示されている。ここで、「間歇
３０秒時とした間歇性」は、第１溶剤Ｌ１をノズルから噴射した後３０秒経過したときに
おいて、適切に再度、第１溶剤Ｌ１を噴射できたノズルの割合を示している。例えば、１
００個のノズルから第１溶剤Ｌ１を噴射させる。噴射完了後、さらに３０秒経過時に第１
溶剤Ｌ１を噴射させる。このとき、５０個のノズルから適切に噴射ができたとすれば、間
歇性として５０％の吐出ノズル率を有することになる。
【００５１】
図を参照すると分かるように、グリセリンを添加しない場合だと、間歇性は０％である
。すなわち、噴射完了後３０秒経過時には、第１溶剤Ｌ１を噴射できなくなっている。こ
れは、乾燥などの要因により、第１溶剤Ｌ１が固化してしまうためである。
【００５２】
これに対し、グリセリンの濃度を上げると間歇性が改善される。例えばグリセリン添加
量を４重量％以上とした場合、間歇３０秒時の間歇性は１００％（すなわち、全てのノズ
ルから再度適切に第１溶剤Ｌ１を噴射できる）となっている。
【００５３】
図６には、グリセリン濃度を０重量％、１重量％、３重量％、４重量％、５重量％、１
０重量％、２０重量％、及び、３０重量％としたときの吐出ノズル率が示されている。図
を参照すると、０重量％のものは間歇時間が３０秒において吐出ノズル率が０％となって
いる。１重量％のものは間歇時間が３０秒で吐出ノズル率が５０％にまで低下し、６０秒
にて吐出ノズル率が０％となっている。３重量％のものは間歇時間が３０秒で吐出ノズル
率が８０％にまで低下し、９０秒にて吐出ノズル率が０％となっている。
【００５４】
一方、４重量％以上のものは間歇時間３０秒を超えても吐出ノズル率１００％を維持し
ている。このグラフからも分かるように、間歇時間が３０秒を超えても吐出ノズル率が１
００％を維持できれば、間歇時間がこれよりも長くなっても吐出ノズル率１００％を維持
できるものと考えられる。すなわち、図４及び図６から導き出せる結果として、グリセリ
ンを４重量％以上添加すると、ゲルの硬さ改善のみならず、吐出ノズル率に関しても改善
できることがわかる。
【００５５】
次に、グリセリンを添加した場合において、アルギン酸カルシウムゲルの硬さが増加す
る理由について説明する。
【００５６】
図７は、アルギン酸ナトリウムの説明図である。図８は、アルギン酸ナトリウムからア
ルギン酸カルシウムゲルへ変化する中間の様子を示す説明図である。図９は、アルギン酸
カルシウムゲルの説明図である。
【００５７】
図７に示されるように、アルギン酸ナトリウム（Ｃ６Ｈ７Ｏ６Ｎａ）はアルギン酸に１
価のナトリウムイオンが結合している。このアルギン酸ナトリウムが塩化カルシウム（Ｃ
ａＣｌ２）水溶液に噴射され、２価のカルシウムイオン（Ｃａ２＋）が、アルギン酸ナト
リウムのナトリウムイオン（Ｎａ＋）と置換されることで、ゲル化が進行する（図８）。
このとき、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）は１価であり、カルシウムイオン（Ｃａ２＋）は
２価であるので、２個のナトリウムイオン（Ｎａ＋）に対して、１個のカルシウムイオン
（Ｃａ２＋）が置換される。このとき、アルギン酸ナトリウムは、２つのアルギン酸ナト
リウム間において、２つのナトリウムイオン（Ｎａ＋）が脱離して、２価の金属イオンで
ある１つのカルシウムイオン（Ｃａ２＋）に置換される（図９）。そして、２つのアルギ
ン酸間を橋架けする架橋凝縮が生じ、ゲル化する。このときの反応式は次のようであると
考えられる。
２Ｃ６Ｈ７Ｏ６Ｎａ＋ＣａＣｌ２＝（Ｃ６Ｈ７Ｏ６−Ｃａ−Ｃ６Ｈ７Ｏ６）＋２Ｎａ
Ｃｌ
【００５８】
ところで、図９には、破線で囲われた領域が示されている。グリセリンが添加されてい
ない場合には、この破線で囲われた領域を通じてゲルの内部から外部へ水分子が移動した
り、外部から内部へと水分子が移動したりする。このように破線で囲われた領域に水分子
が存在することにより、弾力性のあるゲルが実現されている。そして、ゲルにおける水分
子の流入量と流出量は均衡している。
【００５９】
一方、グリセリンが添加されている場合には、水分子の流入量と流出量との均衡が崩れ
、より水分子が外部に流出しやすくなる。破線で囲われた領域にグリセリンも存在するの
であるが、このグリセリンが外部に流出する際、この破線で囲われた領域の網目が収縮す
る。そうすると、アルギン酸カルシウムの密度が高まることから、ゲルが硬くなる。また
、グリセリンはゲル化の反応速度を速くすることに貢献していると考えられ、このためゲ
ルが硬くなるとも考えられる。
【００６０】
尚、グリセリンは人体に与える影響が少ないため薬剤を含むゲルを製造する際の添加剤
として有利であるとともに、グリセリンは密度が高く水の中では沈みやすいという性質を
もつ。そのため、グリセリンを含むゲルを製造した場合には、短時間でゲルが沈降し、第
２溶剤Ｌ２の液面上でゲル同士が結びつくことが少なくなり、形状の安定したゲルを製造
することができるとともに、連続して第１溶剤Ｌ１を第２溶剤Ｌ２に噴射することができ
るため、生産性も向上する。また、沈降するのに時間が短くなるため、第２溶剤Ｌ２とゲ
ルとの分離が容易になり、回収がしやすくなるという利点もある。
【００６１】
図１０は、ゲルの硬さ調整方法のフローチャートである。以下、本図を参照しつつ、硬
さを調整したゲルの製造方法について説明を行う。
【００６２】
まず、前述のゲル製造装置１０に第１溶剤Ｌ１と第２溶剤Ｌ２をセットする。そして、
第１溶剤Ｌ１を第２溶剤Ｌ２に噴射してゲルを製造する（Ｓ１０２）。最初に製造する際
の第１溶剤Ｌ１に対するグリセリンの添加量は４重量％とする。
【００６３】
次に、製造したゲルの硬さを測定する（Ｓ１０４）。ゲルの硬さの測定は、前述の説明
と同様の手法を用いることができる。次に、ゲルの硬さに応じてグリセリンの添加量を調
整する（Ｓ１０６）。具体的には、グリセリンの添加量を少しずつ増やすことになる。そ
して、グリセリンの添加量を増やした第１溶剤Ｌ１を第２溶剤Ｌ２に再度噴射してゲルを
生成する（Ｓ１０８）。ここで、生成したゲルが所望の硬さを得られない場合には、ステ
ップＳ１０６に戻り、グリセリンの添加量を再度調整することとしてもよい。
【００６４】
アルギン酸は高分子であるため、分子量を正確に調整することが困難であり、実際にゲ
ルを製造してみないと、どの程度の硬さでゲルを製造できるのかかが予想できない。この
ため、上述のように一度ゲルを製造し、製造したゲルの硬さを測定してからグリセリンの
添加量を調整して硬さを調整する。このように、アルギン酸の分子量を正確に調整できな
い場合であっても、本実施形態ではグリセリンの添加量によりゲルの硬さを調整すること
ができる。
【００６５】
このようにゲルの硬さを調整できるようになると、例えば、模擬赤血球としてのゲルの
硬さを実際の赤血球の硬さに近づけるように調整することができる。また、硬さを調整す
ることは、アルギン酸カルシウムによる高分子の網目の密度を調整することでもある。す
ると、グリセリンの濃度を調整することで薬剤の徐放性を調整することができるようにも
なる。薬剤の徐放性を調整する場合には、前述のステップＳ１０４においてゲルの硬さを
測定する代わりにゲルに含まれる薬剤の徐放性を測定する。そして、ステップＳ１０６に
おいて、薬剤の徐放性に応じてグリセリンの添加量を調整する。このようにすることで、
薬剤の徐放性を調整することができるようになる。
【００６６】
尚、上述の第２溶剤は、塩化カルシウム水溶液が用いられていたが第２溶剤として酢酸
カルシウム水溶液を用いることとしてもよい。酢酸カルシウム水溶液の場合であっても、
酢酸カルシウム濃度は１．０重量％以上の酢酸カルシウム水溶液であれば適切にゲルを製
造することができることが、上記塩化カルシウム水溶液の濃度の検証と同様の方法によっ
て確かめられる。よって、第２溶剤としては、１．０重量％以上の塩化カルシウムを含む
塩化カルシウム水溶液及び１．０重量％以上の酢酸カルシウムを含む酢酸カルシウム水溶
液のいずれか一方とすることができる。
【００６７】
上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解
釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得
ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００６８】
１  噴射機構、２  流動機構、３  ゲル回収機構、
４  噴射計測機構、５  ゲル計量機構、６  観察機構、
１０  ゲル製造装置、１１  第１タンク、１２  噴射ヘッド、
１３  ノズル、１４  供給配管、１６  ギャッププレート、
１７  貫通孔、１８  溝、１９  補強プレート、
２０  第２タンク、２１  流動部、２２  排出部、
２３  溶剤循環部、２４  ポンプ、２５  フィルター、
３１  回収ネット、６０  コントローラー、６１  カメラ、
４０２  液体供給路、４０４  ノズル連通路、４０６  弾性板、
Ｇ  ゲル、Ｌ１  第１溶剤、Ｌ２  第２溶剤、
ＰＺＴ  ピエゾ素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図６】
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