各種界面活性物質によるマクロおよびマイクロエマルションの調製並びに物性に関する物理化学的研究
東京理科大学理工学部

阿

部

正

彦

Properties of the o/w type microemulsion with dimyristoylphosphatidylcholine,
properties of the microemulsion with anionic/cationic mixed surfactants, phase behav­
ior of amphoteric surfactant multi-phase microemulsion, binding constants ofinorganic electrolytes and aggregation numbers of the o/w type microemulsion with anamphoteric surfactant, and molecular interactions between lipid and some steroids in amonolayer and in a bilayer (w/o/w type macroemulsion) were investigated from thepoint of colloid and surface chemistry. The properties of microemulsion were dependent
extensively on both salinity and pH values. The middle-phase microemulsion with mix­tures of anionic/cationic surfactants was independent of both temperature and salinity.
The formation of the DMLL microemulsion was strongly depend both on pH and on
salinity. The DMLL microemulsion near the isoelectric point was found to have some at­
tractive features compared with other surfactants such as sulfonates and/or nonionics.
The adsorption density of DMLL molecules on the surfaces of o/w type microemulsions
increased as the pH approached that of the isoelectric region ; then the surfactant num­
ber on the surface of unit microemulsion was able to be obtained if we specified the di­ameter of the microemulsion. The interaction between hydrophobic groups of DPPC andsteroids in both the monolayer and the bilayer membranes (w/o/w type macroemul­sion) was found to increase with decreases in the number of side chains and double
bonds in the steroid molecules involved.

しかし、 マクロエマルションは熱力学的非平衡系

1 . 天然界面活性物質による0/W型マイクロエマルションの物性 1 )であるため静置安定性が悪く、 やがては相分離を起こす系である。
“マイクロ

1. 1緒 言一”

一方、 熱力学的平衡系である

エマルションは、 “マクロ”エマルションのように水と油をかなり高い比率で含んだ般に、 水と油との界面張力は大きい （約50

系でありながら、粒子径が非常に小さく(10-mN/m)ため混じり合わないが、 界面活性剤な100nm程度）、 外観は透明で（勿論、 透明でない

どの両親媒性物質を添加すると、 その界面張力はものもある）、 しかも安定な 一液相であることか大幅に低下して相互溶解 し、 “マクロ”エマル

ションとして分散させることが可能である

2)0

Physicochemical Studies on Preparation andProperties of Microemulsions
with Various Surface Active
AgentsMasahiko Abe
Faculty of Science and Technol­ogy Science University of Tokyo

ら高付加価値を有する系としてかなり多くの研究がなされている 3 -6} 0
エマルションが、 食品、 化粧品あるいは医薬品等の分野において利用される場合、 その可溶化能、生体適合性、 生体内分解性等を考慮し、 使用する界面活性剤の選択に十分注意を払わなければならない。 生体膜構成成分であるホスファチジルコリ
ンは、 ドラッグキャリア ー を目的とした二分子膜（リポソ ー ム） 7, 8} や脂肪乳剤（リピッドマイク-29-ロスフェア ）9, 10) などの研究に用いら れており、定装置(Zetasizer III、 MALVERN社製）を用

また工業的には、 化粧品あるいは食品用乳化製品

いて、 フリンジモ ー ドのレ ー ザドップラ ー 電気泳等に広く利用されている安全性の高い天然の界面動法により行った。

活性物質である。 し かし、 このホスファチジル コリンを用いた研究の多くは、 “マクロ" エマルションに関するものであり、 “マイクロ" エマル1 . 3 結果および考察
1 . 3. 1

マイクロエマルションの生成： 一般。 そこで本研に、 ジミリストイルホスファチジルコリンなどの究では、 ジミリストイルホスファチジルコリン

レシチンは疎水性ならびに疎油性が強く、 また水ションに関するものは少ない

11 1
.

2)

(DMPC)を 用いた0/W型マイクロエマル

に対する溶解度が極めて小さく(cmcは25℃で、ションを調製し、 その物性に及ぼす飽和炭化水素

10 7 -10 10 mol/dm3 程度 13 l)水にも油にもの炭化水素鎖長、塩濃度、 pH等の影響を、粒子溶けにくい物質であることから、 マイクロエマル――

ションを生成するためにはコ ー サー ファクタント

ー径ならびにゼ タ電位の測定により検討した。

の添加が不可欠である。 そこで、 コー サー ファク
1 .2

実

1 .2. 1

験

タントとして、 両親媒性物質であるプロパノ ー ル

マイクロエマルションの鯛製：所定を加えたところ、0/W(Oil-in-Water)型マ

濃 度 の塩 水 と DMPC (L- a -Dimyris­

イクロエマルションの生成が確認された。 図1に、

t oyl phosphatidylcholine : DMPC)との混合

DMPCを用いたマイクロエマルション生成に及液に、所定量のアル コー ルおよび飽和炭化水素をぼすプロパノ ー ルおよびテトラデカンの添加濃度

添加し て十分に振とうした後、 30℃の恒温 槽にの影響を示す。

静置することにより、0/W型マイクロエマル
ションを調製した。
1 . 2.224

相状態の判定および粘度の測定：相状態の観察は、 1.2.1項で調製した試料をテフロ
ンライナ ー キャップ付きネジロ試験管に封入し、O+Wm

試験管ミキサ ー により充分振とうした後、 30℃（土0.1℃)の恒温水槽中で静置して行った。 相状態の判定は、 分離相の有無、溶解状態や流動性の確認、 並びに偏光顕微鏡を用いて行った。 また、粘度の測定にはウベロー デ粘度計を用い、 30℃
恒温下で測定を行った。
1 .2. 3 粒子径の測定：マイクロエマルショ
ンの粒子径 の測定は、 光 散乱測定装置(4700
Submicron particle analyzer、 MALVERN
社製）を用いて動的光散乱法により行った。 光源

0

0.2

0.4

0.6

0. 8

1.0

1.2

l.4

Concentration of n-tetradecane I wt%
Fig.1 Phase diagram of DMPC/n-tetradecane/1-propanol/water microem u ls ion systems
at 30℃ and pH=5. The concentration of
DMPC is 0.5 wt%

としてアルゴンレ ー ザ(COHERENT社製：最大出力5W、 波長488nm)を用い、 30土0.1℃

度(wt%)を表わし、 横軸は系全体に対する飽

恒温水槽中において測定した。
1 .2.4ゼー

タ電位およびpHの測定：マイクロエマルションの(-電位測定は、 〖ここで、たて軸は水相に対するプロパノ ー ル 濃

ー

電位測

-30-

和炭化水素 濃度(wt%)を表わす。 また、 図中の●印は飽和炭化水素の可溶化限界領域（二相分各種界面活性物質によるマクロおよびマイクロエマルションの調製並びに物性に関する物理化学的研究

離領域）、 〇印は液晶相から一液相0/W型マイク

化水素の添加量が低い領域では、 DMPCの炭化

ロエマルションに変化する領域を示す。この二つ水素鎖同士の疎水基間相互作用により運動が束縛の曲線の交点における飽和炭化水素の添加量が、された、 いわゆる層 状のラメラ構造を形成してい0/W型マイクロエマルション中に可溶化できるるため粘性は大きくなる。しかし、 飽和炭化水素

油の最大可溶化量に相当し、 テトラデカンの場合の添加量の増加に伴い、 このラメラ構造の疎水部

0.82wt%であることが分かった。

分に油分子が入り込み層間隔が徐々に広がり、 炭

1 . 3. 2

マイクロエマルションに及ぼす飽和

化水素鎖同士の相互作用が弱まる。その結果、 あ

炭化水素の影響：飽和炭化水素の添加農度を図lる濃度（図2では0.4 wt%)以上の油を添加したの破線A Cプロパノ

ール濃度が14.5wt%

一定のときに油／水界面が曲率を持つようになり、 球状場合）に沿って増加させると、 溶液は半透明で粘のマイクロエマルションヘ構造変化したものと考桐な状態から、 透明で流動性に富んだ状態へと変えられる。

化した。この飽和炭化水素の添加量の低い領域で

1 . 3. 3 マイクロエマルションに及ぼすコ ー

得られる粘稲な溶液を、 偏光板を用いて直行ニコ

サ ー ファクタントの影響：マイクロエマルション

ル下で観察したところ光学的に異方性を示し、 まの粒子径に及ぽすプロパノ ー ルの添加濃度の影響

た偏光顕微鏡によりラメラ(lamellar)液晶特を図3に示す。図3から明らかなように、 プロパ

有の組織像が観察された。そこで、 この溶液の粘ノ ー ル濃度の増加に伴いマイクロエマルションの性に及ぼす飽和炭化水素の添加濃度の影響につい粒子径は減少した。一般に、 プロパノ ー ルなどのて図2に示す。図2から明らかなように、 溶液のアルコ ー ルは、 界面活性剤分子と共に油／水界面

粘性は飽和炭化水素濃度の増加に伴い徐々に減少に配向して界面張力を低下させる働きのあることし、 油の農度が0.4wt%以上でほぼ一一定となった。

が知られている。例えば、 非イオン系界面活性剤

421

般に、 分散溶液の粘性はその構成分子間の相互作用に依存すると考えられる。すなわち、 飽和炭

0
•�2.
>姜一

4
3

gNI
S ap !}
JCJ

··--

8
3

mu

2.5

b

1.5
O

0.1

30
1
4.0

0.2 0.3 0.4 0.5

0.6 0.7
Concentration of n-tetradecane / wt%
Fig.2 Effect of the concentration of n-tetrade­cane on viscosity for DMP C/1-propanol/
water systems at 30℃ and pH=5. The con­centrations of DM PC and 1-propanol are
0.5 wt% and 14.5 wt%, respectively

15.0

1 0
6.

17.0

Concentration of co-surfactant I wt%
Fig.3 Effect of the concentration of cosurfactant
on particle size for DMP C/n-tetradecane/water microemulsion systems at 30℃ and
pH=5. The concentrations of DMPC and n-tetradecane are both 0.5wt %

-31-

I
0•

8

の添加と同様にDMPCマイクロエマルション系＼ー。

れらの結果から、 NaClの添加は、プロパノ ー ル\

増加に伴い粒子径は減少することが分かった。 こ

6ずれのプロパノ ー ル濃度においても添加塩濃度の゜゜4を検討するため粒子径の測定を行ったところ、い[度の増加に伴い減少した。 さらに、塩濃度の影響

2

ぼす添加塩の影響：油の最大可溶化量は NaCl濃g

マイクロエマルションの相挙動に及UO;J

1 . 3. 4A0ンの粒子径は減少したものと考えられる。

卜の界面張力が低下したため、マイクロエマルショ

゜

液滴粒子の大きさの減少をもたらすと述べていることから、プロパノ ー ルの添加により油／水界面

80

UJO Ucng §m 'Harkins 16'は、油／水の界面張力の低下は分散

Q
.
-

また、

2
1

らl.80mN/m に 低下す る 14. l 5)。

言パノ ー ルを加えると、界面張力は6.67mN/mか6
1;
こ a uc:>
ク
l
ゞ ー

―

水ーベンゼン系に、 1 X 10 5 mol/dm3 の1ー プロ

0
2

CC1sPOE30 ; 1 X 10-3mol/dmりを添加した

10pH

F ig.4 The maximum concentration of n-tetrade­cane for the microemulsion formation in
DMPC/1-propanol/brine microemu lsion
systems at 30℃ • The concentrations of
DMPC and 1-propanol are 1.0wt % and14.0wt % , respectivelyの親水性を高める働きがあるものと考えられる。
a

aー
ジメチルー

N" ー ラマイクロエマルション表面におけるDMPCの極

ウロイルリジン（合成両性界面活性剤）マイクロ性基の挙動を詳細に検討するため、pH変化によこの様な傾向は、 N 、 N

r- 電位を測

エマルション系 l 7 l にも認められることから、両る0/W型マイクロエマルションの性界面活性剤の等電領域における特異的な現象で定した。 この際、DMPCおよびプロパノ ー ルのあると考えられる。 両性界面活性剤では、塩添加

濃度は一定とし、 さらにイオン強度を一定とするによる現象としてKrafft点の低下が知られていため、 NaClを5 X 10 3mol/d町添加した。 こるが 18) 、このことも系の親水性が増加したことのを意味しており、本研究における粒子径、あるいの表面電荷密度(az)を、図5に示す。 図5か一―

r- 電位の値から求めたマイクロエマルション

は最大可溶化量が減少する要因の つであると考ら明らかなように、DMPCによる0/W型マイ

えられる。

クロエマルションの表面電荷密度は、pHの増加

1 . 3. 5

マイクロエマルションの相挙動に及ーに伴い正の値から負の値へと変化し、pH3.2付

タ電位：飽和炭化水素の最近でゼロとなった。 これは、DMPCが親水韮内

大可溶化量に及ぼすpHの影響を図4に示す。 図にトリメチルアンモニウム基とリン酸基を持つこ

4から明らかなように、マイクロエマルション中とから、酸性側ではトリメチルアンモニウム基のに取り込まれる油の最大可溶化量は、pH7付近

正電荷が、また、アルカリ性側ではリン酸基の負から急激に減少した。 これは、pH7以上のアル電荷の寄与が強くなるためであると考えられる。

ぼすpHの影響とゼカリ性側では、pHの増加に伴い系全体の親油性

次に、0/W型マイクロエマルション粒子径にが減少する傾向にあることを示唆している。 この及ぼすpHの影響について検討した（医6)。 図6

ような現象は、マイクロエマルションの表面に配から明らかなように、粒子径はpH3�7の等電点向したDMPCの親水基のイオン性がpHに依存

領域で極大を示した。 この領域では、表面電荷密することに起因するものと考えられる。 そこで、度の絶対値が特に低い（図5)ことから、他の-32-

各種界面活性物質によるマクロおよびマイクロエマルションの調製並びに物性に関する物理化学的研究

062

゜’ ’ l

-2

30

'c;

Surface charge density of DMPC/ n­t e t r a d e c a n e /1 - p r o p a n o l / b r i n e
microemulsion systems at 5 x 10-'M of
NaCl aqueous solution as a function of
pH at 30℃ . The concentrations of OMPC and 1-propanol are 1.0wt % and 14.0
wt%, respectively

Fig.6

8

pH

゜

6

20

10

2

8

6

4

2

Fig.5

゜

4

-3

0
4

Q,J

e.o -1
....

0
5

<l)

゜

゜

.::'

mu-gN
!
S�P!
PCJ

�

10

pH

Effect of pH on particle size for DMPC/n-tetradecane/ 1-propanol/brinemi­croemulsion systems at 30℃. The con­centrations of DMPC and 1-propanolare 1.0wt% and 14.0wt%、respectively

オン界面活性剤であるアルキル硫酸ナトリウムとカチオン界面活性剤である塩化アルキルトリメチ

pH領域に比ベマイクロエマルション表面に配向した親水基同士の反発（イオンーイルアンモニウムを用いて、 それらの混合界面活性オン相互作剤／油／アルコ ー ル／水系の多相マイクロエマル用）が弱まり、 相対的に疎水性が強まるため、粒ションを調製し、 油／水界面における親水性相互

子径が大きくなったものと考えられる。

作用と親油性相互作用のバランス並びにそれらの強度からマイクロエマルションの生成を考察する

2. アニオン／カチオン界面活性剤混合系
1

マイクロエマルションの物性 9)とともに、 ミドル相マイクロエマルションの可溶
化パラメ ー タ ー 、 流体力学的粒子径、 界面張力について検討した。

2. 1

緒 言

一般に、 二種類以上の界面活性剤を混合した場

2.2

合、 その組み合わせにより界面活性剤単独系では

実

2. 2. 1

験
界面活性剤：アニオン界面活性剤は認められない優れた機能や複合効果の現れること

日本サ ー ファクタント（樹から提供されたアルキルが知られている 20 lが、 アニオン界面活性剤とカ

硫酸ナトリウム（炭化水素鎖長が10,12,14,16)

チオン界面活性剤を混合すると沈殿物が生成したをエタノ ー ル再結晶、 エ ー テル抽出した後、 試料り、 界面活性が失われることが多い。 しかし、混に供した。 また、 カチオン界面活性剤は塩化アル合方法によっては優れた特性を発揮することが可

キルトリメチルアンモニウム（炭化水素鎖長が2能となる I) 。 そこで本研究では、 典型的なアニ

10,12,14,16)を用いた。 これは、 東京化成（株）製-33-

特級品を数回アセトンで再結晶した後、 試料に供なように、 両者の混合モル比が1 : 1付近で 形成した錯体のクラフト点は100℃以上になることがした。
2.2.2実験方法：マイクロエマルションの分かる。 このことから、 SDSと DTACの混合モ

調製は、 1.2.1 項に準じた。 多相マイクロエマル

ル比が等モルに近づくほど、 水への溶解性は著しションの各相中のアニオン界面活性剤はエチルバく低下するものと考えられる。

イオレット抽出分光法により定量し、 カチオン界

2. 3.2 マイクロエマルションの生成：イオ

面活性剤はオレンジII抽出法により定量した。 流

ン 性界面活性剤は親水基がイオン解離するため、体力学的粒子径の測定は1.2.3項に準じた。 界面

親水性と親油性のバランスはかなり親水性側に張力の測定は、 スビニングドロップ界面張力計

偏っ てい る 。 こ の た め 、 SDS 単 独あるいは(Texas大学製）を用いて行った。

DTAC単独の界面活性剤を用いてマイクロエ マ
ルションを調製したところ、 添加したアルコ ー ル

2.3 結果および考察の炭化水素鎖長(CCN)が4以上、 すなわち比一般に、 アニオン界面

較的親油性の強いアルコ ー ルを用いたときにマイ活性剤とカチオン界面活性剤を混合した場合、 反

クロエマルションは相変化を示し、 ミドル相マイ2.3. 1

錯休の生成；

対の電荷を持つ親水部同士が結合して錯体を生成

クロエマルションを生成した。 このマイクロエマする。 そこでまず、 アルキル鎖長が12のSDSとルション相は、 アルコ ー ル濃度の増加に伴い下相DTACの混合モル比と混合の際生成する錯体の(0/W型）から過剰の油相と水相を伴うミドル

溶解温度（クラフト点）との関係を検討した（図相を経て、 上相(W/0型）へと連続的に変化し7)。 SDSのクラフト点は15℃、 DTACのクラた。

フト点は0℃以下である

22)が、 図7から明らか

一方、 SDS水溶液に DTAC水溶液を混合した

場合、 不溶性の白色結晶（錯体）が析出したが、この系にアルコ ー ルを添加したところ錯体は溶解120.0した。 そこで 、 各種アルコ ー ルを添加してSDS/DTAC界面活性剤混合系マイクロエマルション

100.0＾ 80.0の調製を試みたところ、 CCNが3以下の アルu

コ ー ルを用いた場合のみ、 ミドル相マイクロエマ
ルションの生成が確認で きた。 また、 プロパノ ー゜

ル添加に伴う界面活性剤混合系の多相マイクロエo.. 60.0

豆

マ ル シ ョ ン の 相 挙 動 は 、 SDS 単独あるい は¢:;DTAC単独系の相挙動とは異なり、 プロパノ ー40.0

ル濃度増加に伴い上相マイクロエマルション、 ミ

�o

ドル相マイクロエマルション、 下相マイクロエマ

20.0 I― 、 '゜゜

ルションヘと変化した。 すなわち、 SDSあるいは DTAC単独系の場合、 界面活性剤自身の親水
0.2

l.0

性が強くそれぞれ水中でミセルを形成し易いため、Molar fraction of SDS
Fig.? Relationship between Krafft Point and Mo­
lar Fraction of SOS for Mixed Aqueous So­
lution of SOS and OT AC

系全体の親水性と親油性のバランスをつり合わせ

0.4

0.6

0.8

るには親油性の強いアルコ ー ル( CCN�4)の添加が必要となる。 一方、 SDSと DTACを混合した際に生成する錯体は疎水性が強いことから、-34-

各種界面活性物質によるマクロおよびマイクロエマルションの調製並びに物性に関する物理化学的研究

ミドル相マイクロエマルションを生成するためには親水性の強いアルコー

性界面活性剤と考えることができるので、SDS/ル(CCN;;;; 3)の添加

DTAC混合界面活性 剤によ るマイクロエマル

が必要となったものと考えられる。 ただし、界面

ションの相挙動（ミドル相マイクロエマルション

活性剤単独系の場 合、添加されたア ルコ ー ルはの最適プロパノ ー ル濃度と可溶化パラメ ー タ ー ）コ ー サ ー ファクタントとしての機能を発揮する が、に及ぼす温度の影響を検討した（図9)。 図9からー

明ら か なように、最適プロパノ ール濃度や 可溶化

ルはコ ー サ ー ファクタントとしてでは なくコ ー ソ

パラメ ー タ ー は温度に依存せず一定となった。 まルベントとして作用 し、不溶性の界面活性剤錯体

た、メタノ ールやエタノ ールを用いて同様な実験

界面活性剤混合系の場合には添加されたアルコ

2.3.3 塩濃度の影響：種々の混合モル比において生成するミドル相マイクロエマルションの
流体力学的粒子径CHo )に及ぼす塩濃度の影響を図8に示す。 SDS ならびに DTAC単独系（ペ

uo�
1
1
:u
1
ud:
m 0:)w nw pdo

100

SDS:DTAC() 0 :10(I J: 7
O l: 1• 7: Jo lO: 0

80

0
4

(
Eu
)OH

0
6

2

゜゜

--·•―: ．

→―←0--0-

8.0

ニ---

ェ

1.0

．

ンタノ ール濃度4wt%)の場合、高塩濃度領域に

10.0

．

IJO
$ 6) 1om �
d0Jd,の溶解度を増加さ せるものと思われる。

0.5

．

6.0·一

JO

40

50

60

70

80

6.0
4.0
5.0
3.0
Salinity(%)
Fig.8 Relationship between Hydrodynamic D1 ーameter (Ho) of Middle Phase Mi­
croemulsion and Salinity for Various Mix­
ing Ratio of SDS and OT AC/n-Decane/1Propanol/Brine Systems an 30℃

Fig.9 Effect of Temperature on Optimum Con­
centration of 1-Propanol and Solubiliz6 ーtion Parameter (a) of Middle Phase Mi­
croemulsion for SOS/OT AC/n-Decane/1Propanol/Brine Systems

おいてのみ、ミドル相マイクロエマルション が生を行ったところ、 同じ傾向を示した。

1.0

2.0

°

Temperature ( C)成し、 そのH叫ま塩濃度に大きく依存した。 一 方、

これらのことか ら、生成したマ イクロエマル

SDSとDTACを等モル混合 した場合、ミドル相

ションの相挙動は、界面活性剤、飽和炭化水素、

マイクロエマルションは低い塩濃度領域においてアルコ ールの 炭化水素鎖長に依存することが分かも生成し、 そのHoは塩濃度にほとんど依存し なり、特に界面活性剤混合系によるマイクロエマル

いことが分かった。 これは、 SDSとDTAC間のションは塩濃度や温度に影響を受けにくい特異な

静電的相互作用により親水部に存在する 電荷の中系であることが分かった。

和が起こるため、塩の添加に伴うイオン強度の変化に影響を受け な かったものと考えられる。
2.3.4

温度の影響： SDSとDTACを混合すると電荷の中和が起こるため、一種の非イオン

-35-

1.0

多相マイクロエマルションに関する研究は、 ア
ニオン界面活性剤や非イオン界面活性剤について

4
．
0

言

6
．
0

緒

U OflJU.IJ ajOJ-IJ

3.1

0
0
。

3. 両性界面活性剤を用いたマイクロエマ
17)
ルションの物性

O.l

数 多く行われているが、 両性界面活性剤について
4はほとんどない。 そこで本研究では、 アミノ酸から誘導され、 生体や環境に対する安全性 の高いア

JO

12

14

マルションを調製し、 その生成条件に及ぼすpH、pH
F 1g .10 Effect of pH on mole fraction of each typeof DM LL at 25℃

塩濃度、 温度の影響を検討した。

3.3.2

ミノ酸系両性界面活性剤を用いて多相マイクロエ

DMLLの溶解温度：塩濃度が変化しても溶解温度は等電点領域に近づくほど増加した。 また、中性 領域において塩濃度の増加に伴い

3.2 実 験3.2.1

界面活性剤：アミノ酸系界面活性剤

a

a

e

であるN 、 N ージメチルーN ーラウロイルリ

溶解温度は減少することが分かった。
3.3.4

DMLLマイクロエマルションに及ジン(DMLL)は、 味の素闊中央研究所から提ぼすpHの影響：コ ー サ ー ファクタント濃度増加

供されたものをそのまま用いた。

に伴う 相挙動はWinsor型の相変化 23) を示した。

3. 2. 2 実験方法： DMLLの酸解離指数 はそれぞれ電位差滴定により求めた I 7 >。 多相マイ

図11に、 塩濃度が0.3%の時の各マイクロエマル
ションを生成するコ ー サ ー ファクタント濃度領域

クロエマルション の調製 および物性測定 は1.2項とpHの関係を示す。 図11から明らかなように、に準じた。

DMLLの酸解離定数および等電型）をとるので、 それらの酸解離定数を求めたと電点pH i = 6.0 となった。 そこで、 各pHにおけ
LLのモル分率を求めたところ、 図10に示す関係

モル分率 がほぼ 1となる等電領域 はpH5-7の範囲に存在することが分かった。

-36-

4

6

8

pH7以上の領域においてアニオン型／双イオン型混合系となることが分かった。 また、 両性型の2下の領域においてカチオン型／双イオン型混合系、Lower ph11se。

が得られた。 DMLL単独水溶液の場合、 pH5以uる双イオン型、 カチオン型、 アニオン型のDM­

01

ころ、 pKa1 =2.2、 pK.2 = 9.8となり、 また、 等

Upper ph心51異なる構造（カチオン型、 双イオン型、 アニオン;
)UO
I JO UO!le.llU;}

点： DMLLは水溶液のpHに依存して3種類の

0
2

果

^
,

3.3.1

(
OUl?
lU;}

3.3結

25

10

pH
Fig.11 The range of cosurfactant concentrations
which lead to multiphase microemulsion
formation for solutions containing 0.3%
NaC I, as a function of pH (at 25℃)．

各種界面活性物質によるマクロおよびマイクロエマルションの調製並びに物性に関する物理化学的研究

Winsor型の相変化は広いpH範囲で起こり、 ミ

サ ー ファクタント濃度が大きい系ほど親水性相互ドル相マイクロエマルションを生成するためのペ作用は大きくなる。 さらに、可溶化パラメ ー タ ー

ンタノ

は、最適コ ー サ ー ファクタント濃度におけるミドー

ルの必要量は酸性側あるいはアルカリ性側の方が等電点領域よりも大きかった。 図12に、塩濃度が0.3%の時の最適コール相マイクロエマルションヘの水と油の相互可溶示す。 可溶化パラメ ー タ ー は等電点領域に近づくに従い減少したが、pH3およびpH8において極

うときほど、この可溶化パラメ ー タ ー は大きくなる24 . 2 5 >。 したがって、最適コ ー サ ー ファクタン

小を示すことが分かった。 それらのpHではまた

卜濃度および可溶化パラメ ー タ ー が極小を示したになるものと考えられる。 また、pH変化により
最適コ ー サ ー ファクタント濃度が変化したのは、

）
5
2

ー
｀
．
、

¢ /1

，

）
8

）

ー，

るものと考えられる。特に、pH3およびpH8においてDMLLの双極子ーイ オン間の相互作用により膜に凝集力が働き、DMLL分子が油／水界叩

20． l ___

22

ー�，�唸

24

•
••
,- •

g
/

」313日g ed uonezm qn1os

面（マイクロエマルションの表面）に密に配向するため、系の親油性相互作用が増加（親水性相互
,
1
8

l6

上4

'2

゜

pH3およびpH8において親水性相互作用が極小

DMLLの 3種類の型のモル分率の変化に起因す(11.1)

181-16

唸ー

化能力を示す指標として用いられるが、親水性相
互作用と親油性相互作用が共に大きな値でつり合

ぃ△

ファクタント濃度における可溶化パラメ ー タ ー とpHの関係を

26

サ

ー

作用が減少）したものと考えられる。
10

pH
Fig.12 pH-dependence of optimum concentra­tion of cosurfactant at 25℃ (NaCl 0.3%).

4. 両性界面活性剤を用いた 0/W 型マイ

界面張力は極大値 を示したが、マイ クロエマル

4. 1

クロエマルションの会合数と結合定

数 2 6)緒呂

ションの粒子径は極小値を示した。 また、いずれ

前節で、DMLLによる多相マイクロエマルのpHにおいても、マイクロエマルションの生成

ションの相挙動を検討したところ、マイクロエマ

領域に及ぼす温度の影響は小さく、酸性側におけルションの生成条件は親水基からのプロトンの解

る最適コ ー サ ー ファクタントは温度の上昇に伴い離、または親水基へ対イオンの結合に影響される

増加したが、アルカリ性側では減少し、等電点領ことが示唆された。 すなわち、この親水基の解離域付近においては温度にほとんど影響しなかった。

によって油／水界面における親水性相互作用が変化すると考えられることから、マイクロエマル

3.4

考

ションの生成並びに相挙動を解釈するには、親水察
一

紙面の関係で詳細は省略するが、イオン強度

基の荷電状態の検討が不可欠である。 そこで本研

定におけるDMLLマイクロエマルションのpH

究では、下相マイクロエマルションの移動度の測依存性も、前述したWinsorのR理論できる。 最適コ

ー

サ

ー

23)

で解釈

定を行い、pHによるマイクロエマルション表面

ファクタント濃度においての荷電状態の変化についてDLVO理論を用いて親水性相互作用と親油性相互作用のバランスはつ検討した。

り合い、 Rは1となる。 したがって、最適コ ー-37-

4.2 実 験
実験方法：モビリティ ー の測定は、4.2. 1ゼー

タサイザ ー 皿を用い、フリンジモ ー ドのレ ー

ザ ー ドップラ ー 電気泳動法により行った。 その他

＾s

c::
、-

の測定については、前述した通りである。

i.

4. 3

ell
•"0
—

結

果

図13に、 下相マイクロエマルションの ゼータ電位とpHの関係を示す。 なお、 ゼ ー タ電位はモ
ビリティ ー の値からHenryの式27 lにより求めた。

20

pHの増加に伴いゼ ー タ電位は正の値から負の値

....

•

7.5%
o : 8.0%
o : 8.5%
●

も

:

-10
0

40

20

。

pH

8

10

Fig.14 Hydrodynamic diameter of the lower
phase (0/W type) microemulsion as afunction of pH at various concentrationsof cosurfactant (25℃, NaCI0.3%).

゜

-5

60

〇

Cosurfactant

R

6

5

. ...

l

80

4

ヽ
日

臼

7.5%
: 8.0%
O: 8.5%()l＾ > 10 ト々つ．

Cosurfactant

っ

15 t-

•一

10 0
1

表面電荷密度を算出できる 2 8 l。 得られた表面電
荷密度とpHの関係を図15に示す。 いずれのコ ー
サ ー ファクタント濃度においても表面電荷密度はpHの増加に伴い正の値から負の値へと変化し、

pH

8

6

た。 このことから、 DMLL分子が電気的に中性

4

Fig.13 t; -potential of the lower phase (0/W
type) microemulsion as a function of
pH at various concentrations of cosurfac­
tant (25℃, NaCl 0.3%) .

2

10

pH3.9 に お い てゼ ロ となることが分か った。
DMLLの等電点はpH6であるので、 pH6においてDMLLに由来する正味の電荷はゼロとなるものと考えられるが、 表面電荷密度は負の値を示しとなる等電点領域においても、 マイクロエマル
ション表面には溶媒中のアニオンが吸着しているものと考えられる。 等電点領域において、 特に電へと変化した。 また、 いずれのコ ー サ ー ファクタ

解質として加えたNaCl濃度が高いことから、 マント濃度においてもゼ ー タ電位はpH3.9でゼロ

イクロエマルションの表面には塩素イオンの方がとなった。 図14に、 下相マイクロエマルション

ナトリウムイオンよりも優先的に吸着しているもの粒子径とpHの関係を示す。 ゼ ー タ電位を表面のと考えられる。 また、 コ ー サ ー ファクタント濃ー

電位に等しいと仮定すると、 ゼ タ電位および粒度の増加に伴い下相マイクロエマルションの粒子

子径の値により0/W型マイクロエマルションの径は増加した。 これは、 コ ー サ ー ファクタント濃-38-

各種界面活性物質によるマクロおよびマイクロエマルションの調製並びに物性に関する物理化学的研究

度が変化する。 すなわち、 ccoo-J の吸着点にはプロトンとナトリウムイオンが競争的に結合し、一方、 [ N (CHs入］の吸着点には、まずプロ

Cosurfactant● : 7.5%
o : 8.0%
o : 8.5%105トンが結合した後、正に帯電した親水基[HNを考える。

イオンの結合によるヘルムホルツ自由エネル
ギ ー 変化は、静電的な正味の仕事、イオンの吸着（結合） による仕事および配置エントロビ ー の寄ー

与を考える式を出発として、 [COO ］へのプロトンとナトリウムイオンの単位面積当たりの最大吸着数、 [HN3-5+(CHs入］にのみ塩素イオンが結合するモデル

，

J」ns
翌
3 eク 3 g e

゜At,m 3 C,OIX) }!SUJp
(

15

+

(CHり』へのプロトンと塩素イオンの単位面積当たりの最大吸着数、各イオンのマイクロエマルション表面における電気化学

8

6

4

0

2

-10

ポテンシャルエネルギ ー 、 DMLL の吸着密度、10pH

酸解離定数を考慮すると、最終的に次式が得られる（詳細は参考論文26)参照）。
― H

KNa-Kc1= (1/C) [ (1/ (1+10 p /
― H
―p a
a
10 k2)_ (l/ (l+lO-pK2/ 1Q p )]Fig .15 Surface charge density of the lower phase(0/W type) microemulsion as a func­tion of pH at various concentrations ofcosurfactant (25 ℃, NaCl 0.3%).

―I=-0.20 CM )ここで、C=CNa =CcI=O.lOMとした。 また、度の増加に伴い疎水性が増加するため、1 粒子当pH6付近において DMLL に由来する正味の電荷たりに可溶化される油の量が増加するものと考えはゼロとなることから、次式が得られる。

られる。 さらに、粒子径はpH3およびpH8におKNaexp

いて極大を示したが、これは前節で述べたように、(-et;/kT)-Kctexp(et;/kT)= (a leC ) ( 1/ N)

DMLL 分子間の凝集力によ り親水性相互作用が減少し、親油性相互作用が増加するためと考えら

これらの式を用いてナトリウムイオン、塩素イオれる。

ンの結合定数、 DMLL の吸着密度 (N) を求めたところ、次の関係が得られた。

4.4

考

察

O<KNaく0.91

0/W 型 DMLL マイクロエマルションの表面

0.2Q<Kc I <1.11

電荷密度は、 DMLL 分子の吸着密度やプロトン、

Kci-KNa =0.20

ナトリウムイオン、塩素イオンの DMLL の親水

N>0.79基への結合に依存する。 まず、対イオンがすべてとれた構造を有するアニオン型の DMLL が均一

吸着密度N を0.8とし、図14 の粒子径を基にしてに吸着するようなマイクロエマルションを考える。

マイクロエマルション単位当たりの DMLL 分子

さらに、その DMLL の親水基にプロトン、ナトの会合数は約4000 であることが分かった。

リウムイオン、塩素イオンが結合して表面電荷密-39-5. W/0/W 型マクロエマルション（リポソ ー ム）中におけるリン脂質とステロ
29イドの相互作用 )グルコー スのリポソ ー ムからの放出の経時変化か
ら検討した。
5.3結果と考察

5. 1

緒 言

5.3. 1気／液界面における混合単分子膜の一般に、 W/0/W型マクロエマルション（リポ挙動：脂質二分子膜の横方向の分子間相互作用は、ーム）の安定性を向上させるために、 リン脂質

気／液界面に形成する単分子膜のそれと類似した／ コレステロ ー ル／荷電物質の3成分系で調製さ傾向を持つので、 まずリン脂質とステロイド類のソれているものが多い

30>。 リポソー

ムをドラッグキャリヤ ー として応用するため r;; は、 リポソ ー ム

モル比を7 : 3 (動物細胞の細胞膜 と 同一 の組
2成）3 l にした場合の7[ ー A曲線を図16に、 またの膜としての安定性および安全性の向上、 また、100

徐放などの処方の融通性を高めることが不可欠でな種々のステロイドおよび半合成されたステロイ
ドを用いて、 単分子膜を生体膜の最小単位と考え、リン脂質／ステロイド混合単分子膜の物性並びにリポソ ー ムの安定性に及ぼすステロイドのセグメ
ントおよび側鎖構造の影響を検討した。
5 .2

実

験

5.2. 1

試

0
gn1
go
旦 g38

る。 そこで本研究では、 自然界に存在する代表的）各種ステロイドの影響を検討することは重要であ（苓あるため、 界面化学および物理化学的観点からのDPPC:steroid:DCP=7:3:l

80
60
40
20
10

20

30

40

50

60

70

Incubation time (hours)

料：リン脂質として日本油脂（樹から提供されたL-a ー ジパルミトイルホスファ
チジルコリン（純度99.6%以上）を、 荷電物質

Fig.16 Time dependence of glucose leakage(DPPC: steroid: DCP = 7: 3: 1) : �.
without steroid; e, 4,22-stigmastadien-3-one; ● ， stigmasterol; 0, /3 ー s1tos­
terol ; f), /3 -cholestanol ; 0, choles­
terol.

として市販品のリン酸水素ジヘキシルを、 ステロ

その組成比を5 : 5 (動物の赤血球と同 一 の組

イドとしてコレステロ ー ル、成）3 3 ) を図17に示す。 図から明らかなように、

f3

ー コレスタノ ール、/3 ー シトステロ ー ル、 スチグマステロ ー ル、 4,22リン脂質とステロイドとからなる混合単分子膜はースチグマスタジエン ー ー

3 オンを用いた。 内水相ステロイドの種類に依存せず凝縮膜を形成した。

マ ー カ ー 物質としてグルコー スを、 緩衝塩溶液と図には示していないが、 混合単分子膜の圧縮弾性して調製したリン酸緩衝化生理食塩水を、 蛍光プ

率は同 一 親水基（水酸基）をもつ4種類のステロ

ロ ー プとしてピレンを用いた。

イドの場合ほとんど同じであったが、 親水基が異

5.2.2

実験方法

なるスタジエンを用いた場合はかなり異なった。

気／液界面におけるリン脂質とステロイドの混本研究で得られた見かけの1 分子当たりの分子占

合単分子膜の表面膜圧の測定は、 協和界面科学（樹有面積および圧縮弾性率などから、 気／液界面に製の表面膜圧計を用いて、 Wilhelmy法によりおけるステロイドの配向状態をモデル化すると図行った。 リポソ ー ムの調製はSzokaらの方法 31

18となった。 スタジエンを用いた混合単分子膜

に従って逆相蒸発法(REV)により行った。 膜の場合(5 : 5)、 明確な二段階の崩壊を示したこ

透過性の測定は、 リポソーム内水相に保持された-40-とから、 混合単分子膜中で相分離 3 4) しているも各種界面活性物質によるマクロおよびマイクロエマルションの調製並びに物性に関する物理化学的研究

（
苓）
品gsn
g
1
0g

100.____

造の違いによるリン脂質とステロイドの疎水基間相互作用が大きいステロイドほど低下した。 一方、_ -- _ _80

ステロイド環部の構造が異なる場合は、前述した傾向とは異なることが分かった。 また、 リン脂質に対するコレステロール のモル比が5 : 5のとき、

60
40

゜゜

膜は最も安定になると言われているが、 ステロイ

20

ドの種類によりそのモル比は異なることが分かっ

た。
10

20

30

40

50

Incubation time (hours)

60

70

Fig.17 Time dependence of glucose leakage(DPPC: steroid: DCP = 5: 5: 1) : --.
without steroid ; ● ， stigmasterol ; (),/3 -sitosterol; 0, /3 -cholestanol; 0,cholesterol.

5. 3. 3脂質二分子膜中の微視的流動性および極性：リン脂質とステロイドの疎水基間相互作
用が弱いものほど膜がルーズとなるために流動性が増加し、 膜透過性も増加すること等が分かった。

謝 辞
当財団からの研究助成のお蔭で、参考文献に記載し てあるNo.l、 No.17、 No.19、 No.26、

No.29を研究成果とすることができました。 ここに、 感謝の意表します。

参考文献
1)阿部正彦、 矢島勲 、 荻野圭三、 椿信之 、 中野善

air phasewater phase�-s1tosにrolcholesterol
4,22-stigmastad.icncsb邸lllStcrol
玲nc
�-cholestanol

郎、 色材協会誌、 65, 212 (1992).

2 )荻野圭三 ， 太田基巳 ， 油化学， 23 , 28 (1974).

3) J. H. Schulman, D. P. Riley,J. Colloid Inter­Fig.18 Model of orientation of steroids at air/water interface.

face Sci.,3,833 (1948).

4)国枝博信 ， 篠田耕三 ， 日本化学会誌 ， 11 , 2001のと考えられる。 これらのことから、 混合単分子(1972).

膜中におけるリン脂質とステロイドの疎水基間の5) M. Nakamae, M. Abe, K. Ogino, J. Colloid

なく、 かつ、 側鎖の枝分かれが少ないほど大きくなり、 スチグマスタジエン< (3-シトステロール

6) B. H. Robinson, Chem. Britain, 26, 342

相互作用（凝集力）は、 ステロイドの二重結合がInterface Sci., 135, 449 (1990).
(1990).

くコレステロール< (3-コレステロールの順にな

7)菊池

ることが分かった。

寛 ， 井上圭三 ， 油化学， 34. 784 C 1985).

8)北野博己 ． 表面. 25. 231 (1987).

脂質二分子膜の膜透過性：グルコー

9 ) A. Wretlind, J. Parenteral Enteral Nutri., 5,より低下し、 膜が安定になることが分かった。 ま10) F. Ishii, I. Sasaki, H. Ogata, J. Pharm.

5. 3. 2ス放出率（膜透過性）は各種ステロイドの添加にた、 膜透過性はステロイドの種類に依存し、 コレ
ステロー ル< (3-コレスタノー ル< (3-シトステ
ロールくスチグマスタジエンの順となり、 側鎖構

230 (1981).

Pharmacol., 42,513 (1990).

11)金子晃久 ， 篠田耕三 ， 油化学, 37 , 740 (1988).

12) D. Capitani, A. L. Segre, R. Sparapani,-41-

Langmuir,7,250 (1991).

13)野島庄七， 砂本順三 ， 井上圭三 ，

24)仲前昌人 ． 阿部正彦， 荻野圭三 ， 石油学会誌. 31.
458 (1988).

“リポソ ー ム",

p.9. 南江堂C 1988).

25) K. Ogino, M. Abe, M. Nakamae, J. Phys.

14)荻野圭三 ， 阿部正彦 ， 西野 宏 ， 燃料協会誌 ， 67.
167 (1988).

15)阿部正彦 ， 西野 宏 ， 荻野圭三 ， 燃料協会誌 ， 67 ,856 C 1988).

Chem.,93,3714 (1989).

26) M. Abe, A. Kuwahara, K. Yoshihara, K.

Ogino,M. J. Kim, T. Kondo, H. Ohshima, J.
Phys. Chem., 98, 2991 (1994) .

16) W. D. Harkins, F. E. Brown, J. Am. Chem.

27) D. Henry, Proc. Roy. Soc. London, A133, 10617) M. Abe, A. Kuwahara, K. Ogino, H. Ohshi­28) H. Ohshima,T. W. Healy,L. R. White,J. Col­

Soc., 41,499 (1919).

ma, T. Kondo, M. J. Kim, J. Surface Sci.

Technol.,8,155 C 1992).

18)辻井 薫 ， 油化学 ， 29 . 662 C 1980).

(1931)

loid Interface Sci.,90,17 (1982).

29) H. Yamauchi, Y. Takao, M. Abe, K. Ogmo,
Langmuir,9,300 (1993).

19)阿部正彦、 矢島 勲、荻野圭三、 石油学会誌 ， 36,30) M. Nishijima, M. Nojima, Farumashia, 22,20) K. Ogino, M. Abe, "Mixed Surfactant Sys­

31 ) F. Szoka, D. Papahadjopoulos, Proc. Natl.

326 C 1993).

tems",Marcel Dekker,New York (1992).

21)鈴木洋 ，＂“界面と界面活性物質 ， 産業図書 ， p.

119 (1990).

22)関根正巳 他、料ー＂“ハンドプック ー 化粧品・製剤原改訂版 ， 日光ケミカルズ ， p.299 C 1977).

23) P. A. Winsor,Chem. Rev.,68,1 (1968).

-42-1329 (1988).

Acad. Sci. USA,75,4194 (1978).

32)井上圭三 ， ファルマシア, 22,1329 (1988).

33)今泉勝巳 ． 油化学 ， 40, 869 (1991).

34 ) M. Nakagaki, T. Handa, Bull. Chem. Soc.
Jpn.,49,880 (1976).