Development of novel technque to prepare capsules from acoustically levitated liquid droplets

开发声悬浮液滴制备胶囊的新技术

• 批准号: 21K04753
• 负责人: 武井 孝行
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Kagoshima University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04753/
• 关键词: カプセル; 音響; 浮揚; 気相; 音波

本研究では、カプセル内にあらゆる有用物質を高含有させることができ、かつ、そのカプセルに意図した機能を付与できる、極めて汎用性の高いカプセル調製法の確立を目指している。それを達成するために、音響浮揚技術を採用している。初年度は、同技術を利用することで、様々な有価物質を超高効率でカプセル内に包括可能であることを示した。そこで2年目は単核型カプセル調製のための指針を確立することを目指した。一般的なカプセル調製場である液中でカプセルを作製する場合、拡張係数を用いた界面熱力学構造制御法が広く採用されている。気相中でカプセルを作製する場合においても、理論上、その制御法を適用できると考えられるため、その制御法を適用した。まず最初に、従来の界面熱力学構造制御法では、界面自由エネルギーの算出時に表面/界面張力のみ考慮しており、界面積を考慮していない。そこで界面積を考慮したモデルを提案し、その有効性を示した。次に、そのモデルを利用して理論上、単核型カプセルになるカプセル壁材と内包する有価物質の組み合わせにおいて、カプセルを作製したところ、有価物質がカプセルの外に排出されてしまい、単核型カプセルを作製することができなかった。その原因を詳細に調査したところ、音響浮揚により液滴内部に発生する音響流れが原因の一つであることが判明した。また、液滴の固化中にカプセル壁材の表面張力が変化し、それも構造制御時に考慮する必要があることが判明した。その変化を考慮することで、一定の割合で単核型カプセルを調製できることを見出した。

这项研究旨在建立一种非常通用的胶囊制备方法，该方法允许胶囊包含大量有用的物质，并允许胶囊具有预期的功能。为了实现这一目标，采用了声悬浮技术。在第一年，该技术被用来证明各种有价值的材料可以以超高的效率在胶囊中富集。因此，在第二年，我们旨在建立制备单核胶囊的准则。当在典型的胶囊制备设施的液体中制备胶囊时，使用膨胀系数的界面热力学结构控制方法将被广泛采用。控制方法在理论上被认为适用于在气相中制备胶囊的情况，因此应用了控制方法。首先，在常规的界面热力学结构控制方法中，在计算界面自由能时仅考虑表面/界面张力，并且没有考虑到界面区域。因此，我们提出了一个将边界区域考虑并证明其有效性的模型。接下来，使用该模型，使用理论上的胶囊壁材料的组合制备了胶囊，该胶囊材料成为单核胶囊和其中包含有价值的物质，并且在胶囊外面排出了有价值的物质，从​​而无法产生单核胶囊。经过对原因的详细研究，发现其中一个原因是由于声悬浮而导致的液滴内产生的声流。还发现，胶囊材料的表面张力在液滴的固化过程中发生变化，并且在控制结构时也需要考虑这一点。考虑到这一变化，发现可以以一定速度制备单核胶囊。

项目成果

リキッドマーブルを用いた疎水性のコアと親水性のシェルを持つミリカプセルの作製

液态大理石制备疏水核亲水壳微胶囊

• 发表时间: 2022
• 作者: 小瀬戸 翔;大角 義弘;吉田 昌弘;武井 孝行
• 通讯作者: 武井 孝行

Optimized hydrophobically modified chitosan cryogels for strength and drug delivery systems

• DOI: 10.1016/j.jbiosc.2021.03.008
• 发表时间: 2021-06-16
• 期刊: JOURNAL OF BIOSCIENCE AND BIOENGINEERING
• 影响因子: 2.8
• 作者: Evans, Courtney;Morimitsu, Yuto;Takei, Takayuki
• 通讯作者: Takei, Takayuki

音響浮揚技術を利用した高効率での有用物質の内包が可能なカプセル作製法

利用声悬浮技术高效封装有用物质的胶囊生产方法

• 发表时间: 2022
• 作者: 山崎 皓平;大角 義浩;吉田 昌弘;武井 孝行
• 通讯作者: 武井 孝行