鋳型不要プロセスによる構造・サイズが制御された高分子微粒子の製造

Kazuhisa Omi — Fri, 17 Apr 2026 12:48:10 +0000

Abdurashitov, A.S.; Proshin, P.I.; Sukhorukov, G.B. “Template-Free Manufacturing of Defined Structure and Size Polymeric Microparticles.” Nanomaterials 2023, 13, 2976. https://doi.org/10.3390/nano13222976

背景

　薬物を標的部位へ選択的に届ける標的型薬物送達システムは、がん治療や慢性疾患管理において副作用の低減と治療効果の向上を両立できることから、次世代医療の中核技術として急速に研究が進められている。その担体として注目されるのが、高分子微粒子（ポリマー微粒子）である。これは直径数マイクロメートル程度の高分子からなる粒子で、内部に薬物を封入し、外殻の透過性を制御することで放出速度を調節できる。特に数週間にわたる長期持続的な薬物放出は、短期投与向けのゲル系製剤では対応が難しく、粒子構造の精密な設計が不可欠である。高分子微粒子は医薬品・バイオ技術・材料科学など多分野にわたる応用が期待されており、均一なサイズ・形状・内部構造を持つ粒子を再現性よく大量に製造する技術が強く求められている。

従来の問題点

　しかし、従来の製造手法にはそれぞれ固有の課題がある。乳化溶媒蒸発法や噴霧乾燥法は操作が比較的簡便で量産性があるものの、粒子サイズ分布の制御精度が低く、バッチ間のばらつきが生じやすい。微細流路を利用したマイクロ流体デバイスは高精度な粒子形成が可能だが、装置の作製に専門的技術が必要で生産速度が著しく低い。鋳型を用いる手法は形状・サイズの制御性に優れる一方、微細加工された専用鋳型の作製が必要であり、鋳型除去の困難さや量産スケールへの展開に問題がある。すなわち、サイズ・形状・内部構造の精密制御、高い量産性、鋳型不要性、という要件を同時に満たす製造法が存在しないことが共通の問題点であった。

解決方法と結果

　そこで本研究では、表面エネルギーの低いフッ素化エチレンプロピレン（FEP）基板上に高分子薄膜を積層成膜し、Cobolt社製532nmパルスレーザー（Cobolt Tor XS、繰り返し周波数1 kHz）を用いて薄膜を所定サイズの矩形片に精密切断したのち、加熱処理によって表面張力を駆動力として半球状粒子へと変形させる鋳型不要の新製造法を開発し、上記の問題点を解決した。レーザーは薄膜を目的の寸法（25〜70 µm角）に高精度で切り出すために使用された。粒子サイズは切断寸法で一意に決定され、バッチ内の直径ばらつきはほぼゼロであった。さらに、不透過性ポリカプロラクトン（PCL）外殻を持つ核・殻構造粒子では薬物放出がほぼ完全に遮断され、PCLとポリビニルピロリドン（PVP）を混合した半透過性外殻では4日間にわたる持続的な放出が確認された。加えて、PCLとポリ乳酸（PLA）からなる二成分非対称（ヤヌス）粒子の作製にも成功し、本手法の汎用性が実証された。

※本要約は、オープンアクセス論文（CC BY 4.0）に基づいています。

使用された532nmパルスレーザー

532nmパルスレーザー

その他の論文要約はCobolt論文検索ページをご覧ください。

コリメート3軸ズームシステムによる干渉ベッセルビームのサイドローブキャンセル

Kazuhisa Omi — Mon, 05 Aug 2024 12:03:53 +0000

Marco Schnieder, Anna Niemann, Jana Hüve, Jürgen Klingauf, “Collimating three-axicon zoom system for interferometric Bessel beam side lobe cancellation.” Optical and Quantum Electronics, 2024, 56:716. https://doi.org/10.1007/s11082-023-06229-y

背景

　ベッセルビーム（Bessel Beam）は、光トラッピング、材料加工、蛍光顕微鏡など多くの応用分野で利用される非回折ビームである。従来のBB生成方法としては、アニュラースリットやアキシコン、空間光変調器（SLM）がある。アキシコンはコストが低く透過率が高いという利点があり、SLMは多段階位相プロファイルと動的制御が可能である。例えば、SLMを用いることで、マルチレベルの位相プロファイルを得ることができ、動的なビーム制御が可能となる。しかし、SLMは低いダメージ閾値と低い反射率という欠点があるため、従来のアキシコンは依然として良い選択肢である。特に、迅速なパラメータ変更や軸方向の強度分布の工学的改変が不要な場合、アキシコンはより適した選択肢となる。また、アキシコンを用いたBB生成法の改善例としては、調整可能なBBを生成する流体アキシコンや、特定のBBパターン用に設計された可変メタアキシコンなどがある。
　また、従来の光学システムでは、ベッセルビームのサイドローブが実験過程で干渉することがあり、これを解決するために多くの方法が開発されている。例えば、ベッセルビームの側波帯を抑制する検出方法や、ビームとサンプル間の相互作用を直接適応させる方法がある。これには、非線形励起やサイドローブによる励起の抑制、ビームシェーピングが含まれる。

従来の問題点

　しかし、SLMは低いダメージ閾値と低い反射率という問題点がある。また、アキシコンを用いたベッセルビーム生成法は、パラメータ変更や軸方向の強度分布の工学的改変が難しいという課題がある。さらに、ベッセルビームのサイドローブが実験過程で干渉し、ノイズレベルを増加させることがある。

解決方法と結果

　そこで、本研究では、3つのアキシコンと2つのレンズを用いた新しい光学システム（SWANシステム）を提案した。このシステムは、コリメートされたアニュラーリング強度パターンを生成し、リングの直径を調整可能とする。さらに、マイケルソン干渉計を用いてベッセルビームのサイドローブを一方向にキャンセルする方法を紹介した。このシステムにより、ベッセルビームのパラメータを柔軟に調整でき、サイドローブを効率的に抑制することが可能となる。具体的には、二つのベッセルビームをコヒーレントに重ね合わせることで、一方の方向でサイドローブが強調され、他方の方向でキャンセルされることを理論的に示し、実験的に検証した。SWANシステムは、SLMやカスタム光学素子を使用する方法に比べて低コストであり、コリメートされた出力ビームを生成するため、干渉に有利である。

3つのアキシコンと2つのレンズを用いた新しい光学システム　SWAN

SWANを利用したたマイケルソン干渉計

※この要約は、オープンアクセス論文（CC BY 4.0）に基づいています。

論文で使用されたCoboltのレーザー

491nmレーザー Calypso