JP5942593B2 - カプセル製造装置及びカプセル製造方法 - Google Patents
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Description
一方、近年において、1つのコアに対して複数のシェルが重ねて形成されるような所謂多重カプセルの需要が高まっている。多重カプセルを形成する方法として、コア材を複数回シェルで被覆する方法がある。具体的には、コア材によってシェル材の液膜を複数回貫通させることによって多重カプセルを生成することが可能と考えられる。しかし、特許文献1では、コア材を吐出させる工程と、シェル材の液膜によってコア材を被覆させる工程とが同時に行われている。すなわち、コアの形成とシェルの形成とが同一のタイミングで行なわれている。したがって、1つのコアが複数の液膜を貫通するような動作を行うことは非常に難しい。
このようなカプセル製造装置によれば、コアに複数の液膜を貫通させることによってカプセルを生成することができる。
このようなカプセル製造装置によれば、第2のシェルが硬化された状態の多重カプセルを生成することができる。さらに、第2のシェルと第4の液体とが接触する時間を変更することにより、シェルの厚さや硬さを調整することが可能である。なお、硬化するとは、液体の粘度が高くなることや、液体状のものが固体状に性状変化することなどを含み、特に固体特有の強度変化に限定されるものではない。
このようなカプセル製造装置によれば、人体に無害で医療分野等に対する応用性が高いカプセルを生成することができる。また、親水性のゲルによるシェルを形成することが可能であるため、保水性能が高く、また、外部環境とカプセルとの間で皮膜を介しての浸透圧調整が容易なカプセルを生成することができる。
このようなカプセル製造装置によれば、適切な硬さを持つ硬化されたシェルを有するカプセルを生成することができる。さらに、第3の液体の液膜を変更することにより、シェルの厚さや硬さを調整することが可能である。
このようなカプセル製造装置によれば、複数のシェルのそれぞれが硬化された多重カプセルを生成することができる。複数のシェルのそれぞれに異なる機能を持たせることによって、用途に応じて様々な機能を有するカプセルを生成することができる。また、気相中でカプセルのシェルが硬化されるため、完成後のカプセル回収に要する手間を少なくすることができる。
このようなカプセル製造装置によれば、人体に無害で医療分野等に対する応用性が高いカプセルを生成することができる。また、親水性のゲルによるシェルを形成することが可能であるため、保水性能が高く、また、外部環境とカプセルとの間で皮膜を介しての浸透圧調整が容易なカプセルを生成することができる。
このような医療用カプセルによれば、所望のサイズや硬さの微小カプセルが製造できるため、DDS(ドラックデリバリーシステム)のように、薬剤などのコアとそれを被覆するシェルなどを構成することにより、途中で吸収・分解されることなく患部に到達させ、患部で薬剤を放出することができる。
<カプセルとは>
図1Aに、本実施形態で生成されるカプセルの概念図を示す。本実施形態におけるカプセルは、図1Aのように「コア」、及びそれを内包する「シェル」によって構成され、球状の外形を有する。「コア」を形成するコア材は、有効成分(例えば、ハイドロキノン、セラミド、牛血清アルブミン、γ−グロブリン、リピオドール、ビフィズス菌、ビタミン、ヒアルロン酸、IPS細胞等)を含んだ物質である。コア材には当該有効成分が溶解していているもの、有効成分が分散しているもの、また、有効成分が固体もしくは気体状で存在しているものが含まれる。このようなカプセルは、食料、医薬部外品、医薬品等、種々の分野で使用されており、カプセルの大きさ(内包物の容量)や、シェルの厚さはその用途に応じて様々である。
本明細書中で、1つの「コア」に対して1以上の「シェル」を有するカプセルを「多重カプセル」とも呼ぶ。
上述のようなコアとシェルとを有するカプセルを生成する方法の概要について簡単に説明する。本実施形態では、複数種類の液体を原材料としてカプセルが生成される。コアを形成するコア形成材(コア材)として第1の液体が用いられ、第1のシェルを形成する第1シェル形成材(第1シェル材)として第2の液体が、第2のシェルを形成する第2シェル形成材(第2シェル材)として第3の液体が用いられるものとする。第1の液体、及び、第2・第3の液体は、生成されるカプセルの機能や用途に応じてそれぞれ最適な液体材料が選択される。
逆に、「コア」または「シェル(複数のシェル)」の全てが硬化していない(硬くなっていない)状態を「多重液滴」と言う。例えば、「2重液滴」とは、コア材の液滴、及び、第1のシェルのいずれも硬化していない状態のことを言う。
また、「硬化」とは、後述するように、液体の粘度が高くなることや、液体状のものが固体状に性状変化することなどを含み、特に固体特有の強度変化に限定されるものではない。
発明を実施するためのカプセル製造装置の形態として、液体噴射装置を用いたカプセル製造装置1を例に挙げて説明する。
図3は、第1実施形態におけるカプセル製造装置1の基本的な構成を説明する概略図である。カプセル製造装置1は、液体噴射部10と、第2液体保持部30と、第3液体保持部40とを備える。
液体噴射部10は、第1の液体(コア材)を噴射することによってマイクロカプセルのコアを形成するコア形成部である。液体噴射部10は噴射ヘッド11と第1液体タンク12とヘッド制御部HC(不図示)とを有する。
第2液体保持部30は、液膜保持枠31と液膜形成機構(不図示)とを有する。
第3液体保持部40は、第2液体保持部30と略同様の構成であり、液膜保持枠41及び必要に応じて液膜形成機構(不図示)を有する。
続いて、カプセル製造装置1を用いて多重液滴を生成する際の具体的動作について説明する。図5に、第1実施形態においてカプセル製造装置1を用いて多重液滴を生成する工程のフローを表す図を示す。本実施形態では、コア形成工程(S101)、第1のシェル形成工程(S102)、第2のシェル形成工程(S103)の3つの工程により多重液滴が生成される。
まず、液体噴射部10から噴射されるコア材(第1の液体)の液滴(ドット)によってコアが形成される。コア材としては、有効成分(例えば、ハイドロキノン、セラミド、牛血清アルブミン、γ−グロブリン、リピオドール、ビフィズス菌、ビタミン、ヒアルロン酸、IPS細胞等)を含んだ物質(水溶液)が用いられる。
S101で形成されたコアは、第2液体保持部30に保持された第2の液体の液膜に突入する。そして、コアが第2の液体の液膜を貫通する際に、第2の液体(第1シェル材)によって当該コアが覆われることによって、第1のシェルが形成される(図2の(A)〜(D)参照)。
第1シェル材によって被覆されたコアは、第3液体保持部40に保持された第3の液体の液膜に突入する。そして、第3の液体の液膜を貫通する際に、第3の液体(第2シェル材)によって覆われることによって、第2のシェルが形成される(図2の(D)〜(E)参照)。
第1実施形態の変形例として、カプセル製造装置1を用いて硬化されたシェルを有するカプセルを生成する方法について説明する。
本変形例で生じる化学反応について説明する。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。
2C6H7O6Na+CaCl2=(C6H7O6−Ca−C6H7O6)+2NaCl
第1実施形態では、液体噴射部10から噴射された第1の液体の液滴が第2液体保持部30に保持された第2の液体の液膜を貫通する際に、当該液滴が第2の液体によって被覆されることにより、第1のシェルが形成される。そして、第2の液体によって被覆された液滴が第3液体保持部40に保持された第3の液体の液膜を貫通する際に、第3の液体によって被覆される。
第2実施形態では、噴射されたコア材が、進行方向に対して最下流側の液膜(第1実施形態における第3の液体の液膜に相当)を貫通した後で、最外郭に形成されたシェル(第1実施形態における第2のシェルに相当)を硬化させる。具体的には、シェル硬化材である第4の液体を第2のシェル(第3の液体)と接触させることによって化学反応を生じさせ、第2のシェルを硬化させる。これにより、シェルを適切に硬化させた多重カプセルを生成することができるようになる。
第2実施形態では、カプセル製造装置2を用いてカプセルを生成する。
図10は、第2実施形態におけるカプセル製造装置2の基本的な構成を説明する概略図である。カプセル製造装置2は、液体噴射部10と、第2液体保持部30と、第3液体保持部40と、液体接触部50とを備える。また、図10のように、第1実施形態と同様の座標軸を設定する。
液体接触部50は、第4の液体を液体状に貯留し、該液体接触部50において第4の液体と第3の液体とを接触させることにより化学反応を生じさせる。
図11に、第2実施形態においてカプセル製造装置2を用いてカプセルを生成する工程のフローを表す図を示す。本実施形態では、コア形成工程(S201)、第1のシェル形成工程(S202)、第2のシェル形成工程(S203)、シェル硬化工程(S204)の4つの工程によりカプセルが生成される。
S203でコア及び第1のシェルを被覆する第2のシェルが形成された後、液体接触部50において当該第2のシェルが硬化される。本実施形態では、液体接触部50の液体貯留槽51が液体噴射部10、第2液体保持部30、及び、第3液体保持部40の鉛直下側に設置されおり(図10参照)、Z軸方向(鉛直下方向)に噴射されたコア材(第1の液体)は、第2の液体の液膜及び第3の液体の液膜を貫通した後、そのまま液体貯留槽51内に進入する。そして、液体貯留槽51内に貯留された第4の液体と第2のシェル(第3の液体)とが接触することで化学反応を生じ、第2のシェル(第3の液体)が硬化する。
本実施形態では、所定のシェル(第2のシェル)が硬化された状態の多重カプセルを生成することができる。さらに、形成されるシェルの厚さや硬さを調整することが可能である。例えば、第3の液体と第4の液体との接触時間を変更する。第3の液体の液膜を貫通することにより第2のシェルが形成された多重液滴が、液体貯留槽51内に貯留された第4の液体に進入した後、すぐにカプセルを回収したとする。この場合、第3の液体と第4の液体との接触時間が短いため、化学反応は第2のシェルの表面では進行するが、シェルの内側では十分に進行しない。これにより、シェルが薄く、硬さの低いカプセルを生成することができる。逆に、第3の液体の液膜を貫通した多重液滴が液体貯留槽51に進入した後、十分な時間が経過した後にカプセルを回収した場合、化学反応は第2のシェル(第3の液体)の内側まで十分に進行し、シェルが厚く、硬さの高いカプセルを生成することができる。また、化学反応の進行速度は液体の濃度などによっても影響されるため、第3の液体及び第4の液体の濃度を調整することによっても、シェルの硬さを変えることができる。
第3実施形態では、複数のシェルのそれぞれを硬化させて多重カプセルを生成する。
第2実施形態では最外郭部分のシェルのみが硬化されたカプセルが生成されていた。これに対して、第3実施形態では最外郭以外のシェルも硬化させることにより、カプセルにより多くの機能をもたせることができる。第3実施形態では、カプセル製造装置3を用いてカプセルを生成する。
図12は、第3実施形態におけるカプセル製造装置3の基本的な構成を説明する概略図である。カプセル製造装置3は、液体噴射部10と、第2液体保持部30と、第3液体保持部40と、第4液体保持部60と、第5液体保持部70とを備える。また、図12のように、第1実施形態と同様の座標軸を設定する。
図13に、第3実施形態においてカプセル製造装置3を用いてカプセルを生成する工程のフローを表す図を示す。本実施形態では、コア形成工程(S301)、第1のシェル形成工程(S302)、第1のシェル硬化工程(S303)、第2のシェル形成工程(S304)、第2のシェル硬化工程(S205)の5つの工程によりカプセルが生成される。
図12で説明した例では、第2の液体及び第4の液体をシェル形成材とし、第3の液体及び第5の液体をシェル硬化材としてカプセルを生成しているが、カプセル製造装置3の各液膜に保持される液体の種類を変更することで、様々な種類のカプセルを生成することができる。例えば、第2〜第4の液体をシェル形成材として、第5の液体をシェル硬化材とすれば、最外郭のシェルのみが硬化された多重カプセルを生成することができる。
他にも、各液膜に保持される液体の種類や性質を適当に選択することによって、所望の機能を有する多重カプセルを生成しやすくなる。
本実施形態では、多重カプセルを構成する複数のシェルのうち、それぞれのシェルを硬化させることにより、各シェル間で混合が生じにくくなり、カプセルを生成する液体材料の選択性を広くすることができる。そして、各シェルについて異なる機能を持たせることで、より多くの機能を有するカプセルを生成することができる。
第4実施形態では、紫外線を照射してシェルを硬化させることによって、多重カプセルを生成する。
光照射部80は、UV照射装置81を備える。UV照射装置81は、UV(紫外線)を照射可能な照射器であり、UV光源として、例えば発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)を備える。UV照射装置81は第2液体保持部30の下方に設けられ、液体噴射部10から噴射されて第2の液体の液膜を貫通した後の2重液滴(第1のシェルに被覆された状態のコア材液滴)に対して、UVを照射することができる。図15ではUV照射装置81が2つ設置されているが、UV照射装置81の設置個数や設置位置は、必要なUV照射量に応じて調整される。ただし、第2液体保持部30に保持された第2の液体の液膜にUVが照射されないように留意する。
なお、光照射部80が、UV以外の電磁波を照射可能な照射器(不図示)を備える構成としてもよい。
図16に、第4実施形態においてカプセル製造装置4を用いてカプセルを生成する工程のフローを表す図を示す。本実施形態では、コア形成工程(S401)、第1のシェル形成工程(S402)、第1のシェル硬化工程(S403)によってカプセルが生成される。
第1のシェル形成工程(S402)も第1実施形態(S102)とほぼ同様である。ただし、本実施形態では、シェル形成材料である第2の液体(第1シェル材)として、UV(紫外線)等の光の照射を受けることによって硬化する液体(以下、UV硬化材とも呼ぶ)が用いられる。
続いて、UV硬化材からなる第1のシェルが硬化される(S403)。
このとき、UVの照射量を変更することで、シェルの硬さを調整することができる。例えば、シェルを硬く形成したい場合には、UV照射装置81の照射エネルギーを大きくしたりUV照射装置81の設置個数を増やしたりする。これにより、カプセルの照射されるUVの総量を大きくして、シェルの表面から内部まで十分に光重合反応を進行させ、シェルを硬くすることができる。
一実施形態としてのカプセル製造装置を説明したが、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。以下に述べる実施形態であっても、本発明に含まれるものである。
上述の各実施形態では、第1の液体〜第5の液体についてそれぞれ具体例が例示されていたが、例示された以外のカプセル生成材料を用いてカプセルを生成することも可能である。
上述の各実施形態では、液体噴射部、複数の液膜保持部、液体接触部等が鉛直方向に沿って直線状に並ぶように配置されていたが、各機器の配置はこの限りではない。例えば、液体噴射部によってコア(第1の液体)が鉛直に対して斜めの方向に噴射されるような場合には、当該コアの移動方向(進路)に沿って各機器が配置されればよい。
上述の各実施形態で生成されるマイクロカプセル(多重カプセル)をEPDに応用することが可能である。EPD(Electrophoretic Display)とは、電気泳動ディスプレイの略で、電子インクによる表示方法の1つである。
微粒子を分散させる第1の液体(コア材)として、キシレン、トルエン、流動パラフィン、シリコンオイル、塩化有機物、各種炭化水素、及び、各種芳香族炭化水素等を用いることができる。また、白の微粒子として、酸化チタン、アルミナ粒子、酸化亜鉛等を用いることができ、黒の微粒子として、カーボンブラック等を用いることができる。
第2の液体(シェル材)としては、上述の各実施形態で説明された材料液体を用いることができる。第3の液体以降についても、上述各実施形態で説明された材料液体を用いることができる。
10 液体噴射部、11 噴射ヘッド、12 第1液体タンク、
30 第2液体保持部、31 液膜保持枠、
40 第3液体保持部、41 液膜保持枠、
50 液体接触部、51 液体貯留槽、
60 第4液体保持部、61 液膜保持枠、
70 第5液体保持部、71 液膜保持枠、
80 光照射部、81 UV照射装置、
111 ノズル、112 液体供給路、114 ノズル連通路、116 弾性板、
PZT ピエゾ素子、
Claims (9)
- 第1の液体の液滴を噴射する液体噴射部と、
第2の液体を膜状に保持する第2液体保持部と、
第3の液体を膜状に保持する第3液体保持部と、
を備え、
前記第2の液体の液膜及び前記第3の液体の液膜が、前記液体噴射部から噴射された前記液体の移動経路において配置されるように、前記第2液体保持部と前記第3液体保持部が設けられ、
前記液体噴射部から噴射された前記第1の液体の液滴が前記第2の液体の液膜を貫通する際に、前記液滴が前記第2の液体によって被覆され、
前記第2の液体によって被覆された前記液滴が前記第3の液体の液膜を貫通する際に、前記第2の液体によって被覆された前記液滴が前記第3の液体によって被覆される、カプセル製造装置。 - 請求項1に記載のカプセル製造装置であって、
前記第2の液体によって被覆された前記液滴が、前記第3の液体によって被覆されることにより形成されるシェルに、第4の液体を接触させる液体接触部を備える、
ことを特徴とするカプセル製造装置。 - 請求項2に記載のカプセル製造装置であって、
前記第3の液体は多糖類または蛋白質類を含む水溶液であり、
前記第4の液体は多価金属塩を含む水溶液である、ことを特徴とするカプセル製造装置。 - 請求項1に記載のカプセル製造装置であって、
前記第1の液体の液滴によってコアが形成され、
前記コアを被覆する前記第2の液体によって第1のシェルが形成され、
前記第1のシェルが前記第3の液体と接触し、前記第1のシェルが硬化されること、を特徴とするカプセル製造装置。 - 請求項4に記載のカプセル製造装置であって、
第4の液体を膜状に保持する第4液体保持部と、
第5の液体を膜状に保持する第5液体保持部と、
を備え、
前記第3の液体によって前記第1のシェルが硬化された前記コアが、前記第4液体保持部に保持される前記第4の液体によって被覆されることにより第2のシェルが形成され、
前記第5液体保持部に保持される前記第5の液体によって、前記第2のシェルが硬化されること、を特徴とするカプセル製造装置。 - 請求項4または5に記載のカプセル製造装置であって、
前記第2の液体は多糖類または蛋白質類を含む水溶液であり、
前記第3の液体は多価金属塩を含む水溶液であることを特徴とするカプセル製造装置。 - 膜状に保持された第2の液体の液膜及び第3の液体の液膜を貫通するように、第1の液体の液滴を噴射し、
前記第1の液体の液滴が前記第2の液体の液膜を貫通する際に、前記液滴が前記第2の液体によって被覆され、
前記第2の液体によって被覆された前記液滴が前記第3の液体の液膜を貫通する際に、前記第2の液体によって被覆された前記液滴が前記第3の液体によって被覆される、カプセル製造方法。 - 請求項7に記載のカプセル製造方法であって、
前記第3の液体によって被覆された液滴に第4の液体を接触させる、カプセル製造方法。 - 請求項8に記載のカプセル製造方法であって、
前記第3の液体は多糖類または蛋白質類を含む水溶液であり、
前記第4の液体は多価金属塩を含む水溶液である、カプセル製造方法。
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