微粉化

微粒子化とは、固体材料の粒子の平均直径を縮小するプロセスです。微粒子化の従来の技術は、粉砕や研削などの機械的手段に重点を置いています。現代の技術は、超臨界流体の特性を利用し、溶解度の原理を操作します。

微粒子化という用語は、通常、平均粒子径をマイクロメートルの範囲に縮小することを意味しますが、ナノメートルスケールまでさらに縮小することを指す場合もあります。一般的な用途には、有効化学成分、食品成分、医薬品の製造が含まれます。これらの化学物質は、効能を高めるために微粒子化する必要があります。

従来の微粉化技術は、摩擦を利用して粒子サイズを小さくするものです。このような方法には、粉砕、叩き、粉砕などがあります。典型的な工業用ミルは、通常鋼球が入った円筒形の金属ドラムで構成されています。ドラムが回転すると、内部の球が固体粒子と衝突し、粒子を小さな直径に押しつぶします。粉砕の場合、固体粒子は、装置の粉砕ユニットが互いに擦れ合い、その間に固体粒子が閉じ込められることで形成されます。

粉砕や切断などの方法も粒子の直径を小さくするのに使用されますが、前の 2 つの技術に比べて粗い粒子が生成されます (したがって、これらは微粉化プロセスの初期段階です)。粉砕では、ハンマーのようなツールを使用し、衝撃によって固体を小さな粒子に砕きます。切断では、鋭い刃を使用して粗い固体片を小さなものに切断します。

現代の方法では、超臨界流体を微粉化プロセスに使用します。これらの方法では、超臨界流体を使用して過飽和状態を誘発し、個々の粒子を沈殿させます。このカテゴリで最も広く適用されている技術には、RESSプロセス（超臨界溶液の急速膨張）、SAS法（超臨界反溶媒）、およびPGSS法（ガス飽和溶液からの粒子）があります。これらの最新の技術により、プロセスの調整可能性が向上します。超臨界二酸化炭素（scCO ₂）は、微粉化プロセスで一般的に使用される媒体です。^[1]これは、scCO _{2 の}反応性があまり高くなく、臨界点状態パラメータに簡単にアクセスできるためです。その結果、scCO2は純粋な結晶または非晶質の微粉化形態を得るために効果的に使用できます。^[2]相対圧力と温度、溶質濃度、反溶媒と溶媒の比率などのパラメータは、生産者のニーズに合わせて出力を調整するために変更されます。微粒子化における粒子サイズの制御は、噴霧ノズルや流量の幾何学的パラメータ、および状態パラメータの調整による分子レベルの変化などのマクロ要因によって影響を受ける可能性があります。これらの調整により、多形または非晶質変態によってさまざまなサイズの粒子の核生成が発生する可能性があり、凝集プロセスの特性によっても発生する可能性があります。凝集プロセスの特性は、場合によっては立体配座平衡の変化を伴います。^{[3] [4] [5]}超臨界流体法では、粒子の直径、粒子サイズの分布、および形態の一貫性をより細かく制御できます。^{[6] [7] [8]}比較的低い圧力が関係するため、多くの超臨界流体法では熱に不安定な材料を組み込むことができます。現代の技術では、再生可能、不燃性、無毒の化学物質が使用されます。^[9]

RESS（超臨界溶液の急速膨張）の場合、超臨界流体を使用して高圧高温下で固体材料を溶解し、均質な超臨界相を形成します。その後、混合物はノズルを通して膨張し、より小さな粒子を形成します。ノズルから出るとすぐに急速膨張が起こり、圧力が低下します。圧力が超臨界圧力以下に低下し、超臨界流体（通常は二酸化炭素）がガス状態に戻ります。この相変化により混合物の溶解度が大幅に低下し、粒子が沈殿します。^[10]溶液が膨張して溶質が沈殿するのにかかる時間が短いほど、粒度分布は狭くなります。沈殿時間が短いほど、粒子径も小さくなる傾向があります。^[11]

SAS法（超臨界反溶媒法）では、固体材料を有機溶媒に溶解します。次に、超臨界流体を反溶媒として添加し、システムの溶解度を低下させます。その結果、小径の粒子が形成されます。^[8] SASには、超臨界流体を有機溶液に導入する方法が異なるさまざまなサブメソッドがあります。^[12]

PGSS法（ガス飽和溶液からの粒子生成法）では、固体材料が溶融され、その中に超臨界流体が溶解されます。^[13]しかし、この場合、溶液はノズルを通して強制的に膨張し、このようにしてナノ粒子が形成されます。PGSS法の利点は、超臨界流体により固体材料の融点が低下することです。そのため、固体は常圧での通常の融点よりも低い温度で溶融します。

微粒子化が利用されている主な産業は、医薬品と食品原料です。粒子の直径が小さくなると溶解速度が速くなり、効能が高まります。^[9] たとえば、プロゲステロンは、プロゲステロンの非常に小さな結晶を作ることで微粒子化できます。 ^{[14]微粒子化されたプロゲステロンは、植物から研究室で製造されます。これは、} HRT 、不妊治療、閉経前女性の機能不全子宮出血を含むプロゲステロン欠乏症の治療に使用できます。調剤薬局は、舌下錠、オイルカプセル、または経皮クリームの形で微粒子化されたプロゲステロンを供給できます。^[15] クレアチンは、微粒子化された他の薬剤の1つです。^[11]

• 微粉化ミルの例 McCrone 微粉化ミル