JP2526401B2 - 環境応答性薬物徐放制御透過膜の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は絹フィブロインからなる
環境応答性薬物徐放制御透過膜の製造方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年各種高分子膜が開発され、そのガス
透過膜、水蒸気透過性、溶質透過性を利用して各種分野
に応用されている。それらの高分子膜のうち、薬物透過
性を有するものは、医薬品や農薬、肥料などの徐放等に
応用されている。医薬品の投与や農薬、肥料の散布は副
作用の軽減や環境汚染の観点から必要最小限であること
が望ましい。従来一般に知られている薬物徐放膜は常に
一定速度で薬物を徐放させる特性をもつ膜であるが、薬
物が徐放されることが不必要になった場合にも放出を止
めることができないという問題がある。そこで薬物が必
要なときのみ薬物が徐放され、不必要になったとき薬物
放出が止まる仕組みをもつ膜、すなわち、環境変化（刺
激）に伴って薬物放出がＯＮ−ＯＦＦ制御される膜の開
発が望まれている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は前記の如き問
題を含まない、新しい素材からなる環境応答性薬物徐放
制御透過膜の製造方法を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者は、前記課題を
解決すべく鋭意研究を重ねた結果本発明を完成するに至
った。本発明によれば、絹フィブロイン水溶液を製膜し
て非晶質で水溶性の絹フィブロイン膜を得、次いで該膜
を、絹フィブロインに対する貧溶媒と水の混合溶液中で
浸漬処理することを特徴とする、結晶質を含む、水不溶
性の環境応答性薬物徐放制御透過膜の製造方法が提供さ
れ、特に該制御透過膜が、１０〜６０重量％の水分を含
むことを特徴とする前記環境応答性薬物徐放制御透過膜
の製造方法が提供される。

【０００５】本発明の環境応答性薬物徐放制御透過膜の
製造方法において、先ず絹フィブロイン水溶液を製膜
し、絹フィブロイン膜を得る。この膜は非晶質で水溶性
を示す。本発明では、この膜を結晶化し、その膜中に結
晶質を含有させ、水不溶性のものとする。絹フィブロイ
ン膜を結晶質化させるにはエタノールやメタノール等の
絹フィブロインに対する貧溶媒を用いて行うことができ
る。

【０００６】原料として用いる絹フィブロインは、家蚕
あるいは野蚕由来のものでよい。また絹フィブロイン溶
液は、熟蚕体内の絹糸腺より取出した液状絹フィブロイ
ンを用いることができるし、生糸から再生した絹フィブ
ロインを溶液化したものでもよい。

【０００７】絹フィブロイン膜の結晶化処理は、溶媒と
水からなる混合溶液中で、絹フィブロイン膜を浸漬処理
した後、乾燥することによって実施することができる。
この場合、混合溶液の組成、温度、処理時間を変えるこ
とによって、膜の薬物徐放制御性能を変えることができ
る。乾燥温度は５〜８０℃である。本発明において、絹
フィブロイン膜を結晶化させて薬物徐放制御膜とする場
合、その結晶化度は少なくとも１０％、好ましくは１５
〜５０％の範囲に規定するのがよい。また本発明の製造
方法により得られる環境応答性薬物徐放制御透過膜の膜
中の水分は１０〜６０重量％が好ましい。水分含量が１
０重量％より少ないと、薬物が徐放されにくくなるた
め、好ましくなく、また６０重量％を超えると薬物が自
由に徐放されるための環境応答性が発揮されにくくな
り、やはり好ましくない。膜中の水分含量を１０〜６０
重量％とするには、膜の結晶化度を変えればよい。

【０００８】本発明の製造方法によって得られる環境応
答性薬物徐放制御透過膜は、薬物透過機能が環境変化
（刺激）に応じて変わる膜を意味するものである。具体
的には、絹フィブロイン膜に接触した水溶液のｐＨが変
わることによって薬物が徐放、透過されやすくなった
り、あるいは徐放、透過されにくくなったりすることで
ある。このような機能の発現には、本発明の製造方法に
よって得られる環境応答性薬物徐放制御透過膜が、前記
特定の製造方法によって得られるものであること、その
膜中に結晶質を含むこと、及び絹フィブロインがタンパ
ク質であるためアミノ基、カルボキシル基、イミダゾー
ル基、水酸基、グアニジノ基などの極性基をもってお
り、これらの極性基がｐＨによってその解離度を変え
ること、及びこれらの極性基と薬物自身がもつ極性基
との間に相互作用を生じること等に起因する。

【０００９】薬物としては、抗悪性腫瘍剤、ビタミン
剤、消毒剤などの医薬品や、抗菌剤、殺虫剤などの農
薬、肥料、色素などが含まれる。

【００１０】膜の形状としては、平板状、カプセル状、
球状、円筒状などの種々の形状が含まれ、薬物を外界か
ら隔離する隔壁としての働きをもつ。

【００１１】

【実施例】次に本発明を実施例によりさらに詳細に説明
する。

【００１２】実施例１ 絹フィブロインをＣａＣｌ_２：Ｃ_２Ｈ_５ＯＨ：Ｈ_２Ｏ＝
１：２：８（モル比）の混合溶液中にて７０℃で、２時
間溶解させた。溶解したフィブロイン水溶液を濾過した
あと、濾過液をセルロース半透膜によりイオン交換水に
対して３日間透析した。濃縮したフィブロイン溶液をポ
リスチレンのシャーレの上にキャストし、３０℃で約４
８時間乾燥させ製膜した。膜の厚みは約２７μｍであっ
た。さらにこれらの作成した膜を７５％メタノール水溶
液中にて１５分間処理した。この膜の結晶化度はＸ線回
析法によれば１８％であった。

【００１３】膜を各種ｐＨ値の水溶液中に３日間浸漬
し、真空乾燥器で７６℃にて２４時間乾燥させ、含水率
を測定した。その結果、含水率はｐＨによって異なり、
３３．９％（ｐＨ３）、３２．３％（ｐＨ５）、２９．
９％（ｐＨ６）、３２．６％（ｐＨ８）であった。

【００１４】薬物として、抗悪性腫瘍剤として使われて
いる５−フルオロウラシル（略称５ＦＵ）、ビタミンＣ
（略称Ｖｃ）、消毒剤や皮膚病用薬であるレゾルシン
（略称Ｒｅｓ）、防腐剤であるフェノールスルホン酸ナ
トリウム（略称ＳＰＳ）、消毒剤である塩化ベンジルト
リメチルアンモニウム（略称ＢＴＡＣ）を使用した。

【００１５】膜透過測定装置として２室式セルを使い、
両セルの間に膜をはさみ、右側のセルに１０^−３ｍｏｌ
／ｌの濃度Ｃ_Ｏの薬物水溶液を入れ、左側のセルに純水
を入れておく。純水側の溶液を一時間毎に３．４ｍｌ抜
き取り、透過した薬物の濃度Ｃ_ｄを測定するため、紫外
分光光度計により吸光度を測定した。あらかじめ作成し
た吸光度ＡＢＳと薬物濃度との換算曲線により薬物濃度
を決定した。抜き取った水溶液と等量の純水を左側のセ
ルに補給した。測定は８時間行い、測定温度は２５℃
で、膜の有効直径は３０ｍｍであった。種々のｐＨでの
透過実験ではＨＣｌあるいはＮａＯＨを用いて水溶液の
ｐＨ値を調節し、実験開始時、セル両側のｐＨ濃度を同
じにした。

【００１６】本膜の等電点は約ｐＨ＝４．５であり、等
電点以下では膜は弱正荷電膜であり、等電点以上では膜
は弱負荷電膜である。各種の薬物の透過曲線を図１に示
す。いずれの薬物についても時間に対して直線的に濃度
が増加したが、それぞれの薬物の透過速度は異なってい
た。

【００１７】薬物の透過しやすさを表す透過係数Ｐは次
式により計算した。 Ｐ＝Ｖｄ（ΔＣ_ｄ／Δｔ）Ｓ（Ｃ_ｏ−Ｃ_ｄ）

【００１８】 Ｓ：膜の面積、Ｖ：低濃度側の水の体積、ｄ：膜厚 ΔＣ_ｄ／Δ_ｔ：低濃度側溶液の単位時間あたりの濃度変
化（図１の直線の傾き）

【００１９】各種ｐＨのもとで測定した透過係数を図２
に示す。ＳＰＳでは水中でアニオンになるためｐＨの増
加とともに透過係数が著しく減少した。一方ＢＴＡＣで
は、水中でカチオンになるため、ＳＰＳの場合とは逆の
傾向が見られた。Ｒｅｓは実験したｐＨの範囲では中性
の分子なのでｐＨの変化にかかわらず透過係数がほぼ一
定であった。５ＦＵは酸性と中性の場合透過係数がほぼ
同じであるが、約ｐＨ＝７．０以上で減少した。ｐＨ７
以上での５ＦＵの透過係数の著しい減少は、５ＦＵが負
荷電基をもつ（ｐＫ_ａ＝８．０）ようになるためであ
る。Ｖｅは酸性（ｐＨ＜４．５）の時透過係数が比較的
大きいが、ｐＨ＞４．５の時急激に下がった。Ｖｃのｐ
Ｋ_ａは４．２５であり、Ｖｃは負荷電基をもつようにな
るためである。

【００２０】以上述べたように、正荷電基をもつ薬物
は、酸性になる程、徐放されにくくなり、一方負荷電基
をもつ薬物はアルカリ性になる程、徐放されにくくな
り、正荷電基あるいは負荷電基をもつ各種薬物の膜徐放
速度を水溶液のｐＨを変えることにより変化させること
ができる。

【００２１】実施例２ 実施例１と同様の方法で絹フィブロイン膜を調製し、膜
透過測定装置の両セル間にその膜をはさみ、右側のセル
に１０^−３ｍｏｌ／ｌの濃度の薬物ＢＴＡＣ水溶液を入
れ、左側のセルに純水を入れておく。透過した薬物の濃
度を測定するため、実施例１の一時間毎に溶液を抜き取
るかわりに、光ファイバーをもつ紫外分光光度計で左側
のセルの薬物濃度を直接時々刻々測定した。測定開始
後、図３に示すように、薬物濃度は増大した。１５分
後、左側のセルに０．１Ｍの塩酸を０．４ｍｌれてｐＨ
＝３．９にすると薬物濃度の増大は止まった。３０分
後、０．１Ｍ水酸化ナトリウムを左側セルに０．５ｍｌ
入れてｐＨ＝７．２にすると再び薬物濃度が増大し始め
た。これを何度も繰り返すことができた。つまり環境
（ｐＨ）変化に応答して薬物の徐放速度をＯＮ−ＯＦＦ
制御できた。

【００２２】実施例３ 実施例２の薬物ＢＴＡＣの替わりにＳＰＳを用い、実施
例２と同様に実験を行った。図４に示すようにｐＨ＝
３．７〜３．９では薬物が透過したが、ｐＨ＝６．８〜
７．１では透過速度は低下した。また、実施例２とは逆
の右側セルｐＨを変化させて同様に実験を行うと、図５
に示すようにｐＨ＝３．５〜３．９では薬物が透過した
が、ｐＨ＝８．４〜８．９では薬物の透過はほぼ止まっ
た。

【００２３】実施例４ 実施例２の薬物ＢＴＡＣの替わりに５ＦＵを用い、実施
例２と同様に実験を行うと、図６に示すようにｐＨ＝
６．９〜７．３では薬物が透過したが、ｐＨ＝８．９〜
９．１では、薬物透過は止まった。

【００２４】実施例５ 実施例１と同様に作成した絹フィブロイン膜（乾燥時の
膜厚０．０２８ｍｍ）１０ｍｇを１ｍｌ（１００倍量）
のカルミン酸溶液に浸し、８０℃で３０分間加熱した。
食用色素であるカルミン酸の溶液は貝殻虫の死骸１ｇを
１００ｍｌの水で３０分間１００℃にて色素抽出し、瀘
過して調製したものであり、その溶液に酢酸１％を加え
た。

【００２５】以上の手順で処理した膜を取り出し、４種
類の緩衝液 ｐＨ３．７、５．８、７．４、８．８を用
いて溶出実験を行った。ｐＨ３．７は酢酸−水酸化ナト
リウム緩衝液、ｐＨ５．８とｐＨ７．４はリン酸緩衝
液、ｐＨ８．８はピロリン酸緩衝液を用いた。カルミン
酸包含膜を緩衝液３ｍｌ（３００倍量）にそれぞれ入
れ、スターラーで攪拌しながら酸性側で４５０ｎｍ、ア
ルカリ側で５５０ｎｍにおけるカルミン酸の紫外吸収強
度を時間経過とともに測定した。充分時間が経過した
後、膜に包含したカルミン酸をすべて取り出して吸光度
を測定し、全溶出量を求めた。４種類の緩衝液中でのカ
ルミン酸の溶出実験を行った結果を図７に示す。溶出率
は各染色膜の全溶出量の紫外吸収強度を１００％として
表した。アルカリ側では溶出が速く９５％以上の溶出率
でほぼ平衡に達しているが、ｐＨが低い程、溶出速度が
抑制された。

【００２６】これはカルミン酸がカルボキシル基を有す
ること、さらにこの絹フィブロイン膜は、等電点（ｐＨ
４．５）よりもアルカリ側ではｐＨが高いほど負電荷
を、それよりも酸性側ではｐＨが低いほど正電荷を帯び
ていることがこれらの挙動に大きく起因していると考え
られる。絹フィブロイン膜はｐＨ環境応答性薬物徐放制
御透過膜として有望であることが明らかになった。

【００２７】

【発明の効果】本発明の製造方法によって得られる環境
応答性薬物徐放制御透過膜は優れた薬物徐放機能を発現
するのみならず、機械的強度に優れ、かつ人体に対して
高い安全性を示すとともに、微生物などにより生分解さ
れるため農場に散布しても問題ない、など人及び地球に
もやさしい材料である。

【００２８】本発明の製造方法によって得られる環境応
答性薬物徐放制御透過膜の具体的活用例として、次のよ
うなものが考えられる。下水道の廃水のｐＨが中性では
雑菌などが繁殖しやすいため消毒剤が必要になるが、実
施例１で述べたように、消毒剤（例えばＢＴＡＣのよう
に水中でカチオンになる）が本発明の絹フィブロイン膜
から放出される。一方、廃水のｐＨが酸性になれば雑菌
は繁殖しなくなるため、消毒剤の放出は不必要となる
り、実施例２で述べたように消毒剤の放出は止まる。

【００２９】

【図面の簡単な説明】

【図１】透過した薬物の濃度と時間の関係

【図２】透過係数のｐＨ依存性

【図３】左側セルの溶液のｐＨ及び透過した薬物（ＢＴ
ＡＣ）の濃度と時間との関係

【図４】左側セルの溶液のｐＨ及び透過した薬物（ＳＰ
Ｓ）の濃度と時間との関係

【図５】右側セルの溶液のｐＨ及び透過した薬物（ＳＰ
Ｓ）の濃度と時間との関係

【図６】左側セルの溶液のｐＨ及び透過した薬物（５Ｆ
Ｕ）の濃度と時間との関係

【図７】各種緩衝液中でのカルミン酸の溶出率の経時変
化

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絹フィブロイン水溶液を製膜して非晶質
   で水溶性の絹フィブロイン膜を得、次いで該膜を、絹フ
   ィブロインに対する貧溶媒／水混合溶液中で浸漬処理す
   ることを特徴とする、結晶質を含む、水不溶性の環境応
   答性薬物徐放制御透過膜の製造方法。
2. 【請求項２】 前記制御透過膜が、１０〜６０重量％の
   水分を含むことを特徴とする請求項１記載の環境応答性
   薬物徐放制御透過膜の製造方法。