KR20230106667A - 봉입 오일 코어 마이크로캡슐 - Google Patents
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Abstract
오일 코어를 봉입하는 매트릭스 쉘을 갖는 캡슐을 생성하는 방법이 개시되며, 이 방법은 오일상 중 수성 분산상의 코어 형성 에멀젼을 제1 챔버에 제공하는 단계- 수성 분산상은 물 및 용해된 겔화 유도제를 포함하고, 에멀젼은 제1 계면활성제를 더 포함함 -; 제2 챔버에 물 및 제2 계면활성제를 포함하는 제2 수용액을 제공하는 단계- 제1 챔버와 상기 제2 챔버는 하나 이상의 채널, 바람직하게는 마이크로 채널에 의해 유체 연결됨 -; 단계 a의 코어 형성 에멀젼을 제1 챔버로부터 하나 이상의 채널을 통해 제2 챔버로 안내하여 단계의 수용액 중 코어 형성 에멀젼의 분산액을 형성하는 단계; 형성된 분산액을 물 및 수용성 매트릭스 형성제를 포함하는 수성 쉘 형성 용액과 혼합하는 단계- 겔화 유도제 및 매트릭스 형성제는 서로 화학 반응을 일으켜 비수용성 매트릭스 쉘을 형성할 수 있도록 구성됨 -; 형성된 분산액에서 겔화 유도제 및 매트릭스 형성제를 반응시켜 오일 코어를 봉입하는 비수용성 매트릭스 쉘의 캡슐을 형성하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 캡슐, 특히 오일 코어를 봉입하는 쉘을 갖는 마이크로캡슐 및 미세액적의 분산액을 생성하는 방법에 관한 것이다.
캡슐, 특히 입자 크기가 1 mm 미만인 마이크로캡슐은 제약, 화장품, 진단, 식품 및 재료 과학 분야에서 널리 응용되고 있다. 이러한 캡슐은 연속상의 단분산 액적의 에멀젼으로부터 생성될 수 있다. 단분산성은 안정성을 증가시키고 다수의 화학 또는 생물학적 반응에서 체적을 정확하게 제어할 수 있게 하며 주기적 구조의 생성을 가능하게 한다. 미소유체기술은 단분산 액적을 정확하게 형성하는 절묘한 플랫폼을 제공한다. 단분산 액적은 약물, 방향제, 향료, 펩티드, 박테리아 또는 파지 등과 같은 살아있는 재료, 비료, 살충제 및 웰빙을 위한 기타 활성 물질과 같은 활성 성분의 캡슐화를 위한 마이크로캡슐을 생성하기 위해 경화될 수 있다.
많은 응용에 대해, 적절한 쉘에 의해 봉입된 오일 코어를 갖는 캡슐을 제공하는 것이 바람직하다. 이는 주로 예를 들어, 향료, 방향제, 제약 활성 성분, 비타민 등과 같은 많은 관심 화합물이 소수성이고 및/또는 오일상에서만 잘 용해되고 물에는 잘 용해되지 않는다는 사실에 기인한다. 이는 오일 코어가 이러한 관심 화합물에 대한 우수한 캐리어가 되게 한다. 더욱이, 여러 오일이 이러한 화합물의 작용 메커니즘을 개선시킨다. 예를 들어, 비타민과 같은 일부 화합물은 오일의 존재시 몸에 충분한 양만 흡수된다.
캡슐의 구조적 무결성을 유지하는 것 외에도, 이러한 캡슐의 코어를 봉입하는 쉘은 특정 조절 가능한 특성을 추가로 가질 수 있다. 예를 들어, 쉘이 타액과 접촉할 때에는 분해되는 것을 피하고, 단지 위에서만 관심 화합물을 방출하는 것이 바람직할 수 있다. 대안적으로, 특정 관심 화합물, 특히 활성 제약 성분이 장에서만 방출되고 입이나 위에서는 방출되지 않는 것도 고려할 수 있다. 또한, 일부 경우에는 관심 화합물의 방출을 더 잘 제어하기 위해 점막 접착 특성을 가진 캡슐을 제공하는 것이 바람직할 수 있다.
단분산 액적에서 캡슐을 생성하는 지금까지 알려진 방법은 상당한 한계를 나타낸다. 알려진 방법은 심각하게 제한된 전체 작업 용량 및/또는 열악한 재현성 및 크기 제어로 인해 어려움을 겪고 있다. 그러나, 캡슐의 크기를 제어하는 것은 다양한 응용, 특히 제약, 방향제 및 향료 산업의 응용에서 가장 중요하다. 더욱이, 쉘 두께가 오일 코어에 봉입된 관심 화합물의 방출 프로파일에 직접적인 영향을 미치기 때문에 쉘의 두께를 정확하게 제어할 수 있는 것도 중요하다. 따라서, 일반적인 쉘 두께를 제어하는 것이 중요할뿐만 아니라 또한 캡슐 전체에 걸쳐 쉘 두께의 균일한 분포를 확보하는 것도 중요하다.
따라서, 오일 코어 및 오일 코어를 봉입하는 쉘을 갖는 캡슐, 특히 마이크로캡슐을 생성하는 최신 기술을 발전시키고 바람직하게는 종래 기술의 단점을 완전히 또는 부분적으로 극복하는 것이 일반적인 목적이다. 유리한 실시예에서, 캡슐 크기 및 크기 분포의 정확한 제어를 가능하게 하는 이러한 캡슐을 생성하는 방법이 제공된다. 추가적인 유리한 실시예에서, 이러한 캡슐을 생성하는 방법이 제공되어 쉘 두께를 제어할 수 있게 한다.
제1 양태에서, 일반적인 목적은 오일 코어를 봉입하는 매트릭스 쉘을 갖는 캡슐을 생성하는 방법에 의해 달성되며, 이 방법은 다음 단계를 포함한다:
a.
오일상 중 수성 분산상의 코어 형성 에멀젼을 제1 챔버에 제공하는 단계- 수성 분산상은 물 및 겔화 유도제를 포함하고, 에멀젼은 제1 계면활성제를 더 포함함 -;
b.
제2 수용액을 제2 챔버에 제공하는 단계- 수용액은 물 및 제2 계면활성제를 포함함 -.
제1 챔버 및 제2 챔버는 하나 이상의 채널, 바람직하게는 마이크로 채널에 의해 유체 연결된다. 이 방법은 다음 단계를 더 포함한다:
c.
단계 a의 코어 형성 에멀젼을 제1 챔버로부터 하나 이상의 채널을 통해 제2 챔버로 안내하여 단계 b의 제2 수용액 중 단계 a의 코어 형성 에멀젼의 분산액을 형성하는 단계;
d.
단계 c에서 형성된 분산액을 수성 쉘 형성 용액과 혼합하는 단계- 수성 쉘 형성 용액은 물 및 수용성 매트릭스 형성제를 포함함 -.
겔화 유도제와 매트릭스 형성제는 서로 화학 반응을 일으켜 비수용성 매트릭스 쉘을 형성할 수 있도록 구성된다. 이 방법은 다음 단계를 더 포함한다:
e.
단계 c에서 형성된 분산액에서 겔화 유도제 및 매트릭스 형성제를 반응시켜 오일 코어를 봉입하는 비수용성 매트릭스 쉘의 캡슐을 형성하는 단계.
단계 a 및 b는 반드시 이 순서대로 수행할 필요는 없는 것으로 이해된다. 또한, 단계 b를 먼저 수행한 다음 단계 a를 수행하거나 또는 이들을 동시에 수행하는 것도 가능할 수 있다.
단계 c에서 형성된 분산액은 연속상으로서 제2 수용액 내에 단계 a의 코어 형성 에멀젼을 포함하는 복수의 단분산 액적을 포함하는 것으로 이해된다.
비수용성 매트릭스 쉘에 의해 봉입되는 형성된 오일 코어는 소량의 잔류 수성 분산상, 즉, 소량의 물을 함유할 수 있음이 추가로 이해된다. 그러나, 코어의 대부분은 오일상으로 구성된다. 전형적으로, 60 중량% 초과, 특히 70 중량% 초과, 특히 80 중량% 초과, 특히 90 중량% 초과, 특히 95 중량% 초과, 특히 99 중량% 초과이다.
더욱이, 코어 형성 에멀젼은 최종 캡슐의 코어와 같은 코어를 형성하는 에멀젼이 아니라, 코어로부터 반응 및/또는 확산하는 시약을 전달하기도 한다. 따라서, 단계 a의 코어 형성 에멀젼은 특히 최종 제품의 오일 코어에 대한 그 조성과 관련하여 완전히 동일할 필요는 없다.
본 발명에 따른 방법의 이점은 단계 c가 수중 에멀젼의 미세 분산을 생성한다는 것이다. 따라서, 단계 c에서, 생성된 각각의 액적은 대부분 단계 a의 오일상의 오일을 포함할 뿐만 아니라 또한 단계 a의 겔화 유도제를 갖는 수성 분산상도 포함한다. 따라서, 단계 c에서 형성된 분산액은 수중유중수 분산액이다. 단계 유화의 사용, 즉, 단계 a의 코어 형성 에멀젼을 마이크로 채널을 통해 안내하는 것은 크기를 정확하게 제어하고 단계 c에서 형성된 분산액의 균일한 크기 분포를 보장할 수 있다. 더욱이, 이 방법은 종래 기술에 알려진 방법보다 훨씬 더 신속한 캡슐 생성을 가능하게 한다. 본 출원에 개시된 방법은 100 g/h 이상 또는 심지어 최대 500 g/h의 캡슐 생성을 가능하게 한다. 형성된 액적은 제2 계면활성제에 의해 안정화되고 따라서 그의 크기는 단계 d에서 분산액을 수성 쉘 형성 용액과 혼합하여 비수용성 매트릭스의 형성을 유도할 때 본질적으로 일정하게 유지된다. 따라서, 매트릭스는 각각의 액적 내에 존재하는 겔화 유도제와 수성 쉘 형성 용액에 존재하는 매트릭스 형성제 사이의 화학 반응에 의해 안정한 코어 주위에서 성장한다.
일부 실시예에서, 겔화 유도제는 단계 a의 수성 분산상의 물에 용해된다. 용해된 겔화 유도제의 이점은 채널 막힘을 방지할 수 있다는 것이다. 특히, 카보네이트는 채널 내에 불용성 염의 축적을 초래할 수 있다.
단계 a에서 제공되는 코어 형성 에멀젼은 60분 내지 600분, 바람직하게는 100분 내지 500분 동안 안정할 수 있다. 이러한 안정성은 특히 단계 c 동안 액적이 직접 파괴되지 않는 것을 보장한다. 그러나, 액적 안정성은 또한 쉘 형성, 즉, 단계 e의 효율을 감소시킬 정도로 너무 높지는 않다.
단계 d의 매트릭스 형성제는 전형적으로 수성 쉘 형성 용액에 용해된다.
겔화 유도제와 매트릭스 형성제는 서로 화학 반응을 일으켜 비수용성 매트릭스 쉘을 형성할 수 있도록 구성된다. 이들은 예를 들어 착물화 반응, 이온 교환 반응 또는 간기 제한 중합 반응이 적용되도록 구성될 수 있다.
본 출원에 사용될 때, 용어 "마이크로캡슐"은 일반적으로 입자 크기가 4 mm 미만, 바람직하게는 1 μm 내지 < 4 mm, 더욱 바람직하게는 1 μm 내지 < 1 mm인 캡슐을 지칭한다. 동시에, 미세액적은 액적 크기, 즉, 직경이 4 mm 미만, 바람직하게는 1μm 내지 <4 mm, 더욱 바람직하게는 1μm 내지 <1 mm이고, 마이크로채널은 전형적으로 직경이 4 mm 미만, 바람직하게는 1μm 내지 < 4 mm, 더욱 바람직하게는 1μm 내지 < 1 mm이다.
제1 챔버와 제2 챔버는 전형적으로 제1 챔버와 제2 챔버를 연결하는 하나 이상의 채널을 제외하고는 서로 분리되어 있다. 본 출원에 사용되는 챔버는 용액으로 채워지도록 구성된다. 전형적으로, 챔버는 입구, 채널 및 출구를 제외하면 폐쇄되어 있다.
제1 챔버는 전형적으로 단계 a에서 코어 형성 에멀젼을 제1 챔버에 도입하기 위한, 특히 연속적으로 도입하기 위한 제1 유체 입구를 갖고, 제2 챔버는 제2 수용액을 단계 b에서 제2 챔버에 도입하기 위한, 특히 연속적으로 도입하기 위한 제2 입구를 갖는다. 제2 챔버는 또한 제2 챔버로부터 단계 c 동안 형성된 분산액을 제거하기 위한, 바람직하게는 연속적으로 제거하기 위한 분산액 출구를 갖는다.
하나 이상의 채널은 각각 제1 챔버로 진입하는 입구 개구 및 제2 챔버로 진입하는 출구 개구를 포함하는 것으로 이해된다. 따라서, 하나 이상의 채널은 제1 챔버 및 제2 챔버에 직접 연결된다. 전형적으로, 제1 챔버 및 제2 챔버는 다수의 채널, 즉, 적어도 10개, 적어도 20개, 적어도 30개, 적어도 50개 또는 적어도 100개의 채널에 의해 유체 연결된다. 바람직하게는, 제1 챔버 및 제2 챔버는 1 내지 10,000,000, 바람직하게는 20 내지 500,000 채널에 의해 유체 연결된다. 전형적으로, 채널은 본질적으로 서로 평행하게 배열된다.
예를 들어, 하나 이상의 채널은 0.25 내지 2000μm, 바람직하게는 2 내지 800μm 범위의 직경을 가질 수 있다. 멤브레인의 다수의 채널은 전형적으로 마이크로 채널이다. 예를 들어, 각각의 채널은 0.04μm2 내지 4,000,000μm2, 바람직하게는 4μm2 내지 640,000μm2의 단면적을 가질 수 있다.
추가적인 실시예에서, 채널 길이/최소 직경으로 정의되는 각각의 채널의 종횡비는 5 내지 1000, 특히 10 내지 500, 더 구체적으로 10 내지 50이다. 일부 실시예에서, 채널의 길이는 0.05 mm 내지 20 mm, 특히 0.1 mm 내지 20 mm, 특히 0.1 mm 내지 5 mm, 특히 0.5 내지 20 mm 범위일 수 있다.
특정 실시예에서 각각의 채널은 각각의 채널의 잔여 부분의 단면적보다 더 큰 단면적을 갖는 채널 출구를 포함한다. 종방향, 즉, 유동 방향에서 채널 출구는 수 마이크로미터, 예를 들어 200μm 내지 20 mm, 바람직하게는 500μm 내지 5 mm의 전형적인 길이를 갖는다. 채널 출구는 예를 들어 깔때기 형상, V자 형상 또는 U자 형상일 수 있다. 일부 실시예에서 채널 출구는 타원형 윤곽을 가질 수 있다. 특히, 채널 출구는 회전 대칭성이 아니며, 따라서, 길이/폭의 비율이 3 이상이다. 따라서, 채널 출구는 원형 또는 정사각형 형상 단면을 가질 수 없다. 이러한 채널 출구는 외력 없이 액적의 분리를 가능하게 한다. 그 결과, 제2 수용액에서 코어 형성 에멀젼의 액적 형성이 분리되고 따라서 본질적으로 유량과 무관하다. 영-라플라스 방정식에 따라서, 비혼화성 액체 계면의 압력은 제2 저장소보다 채널 출구에서 더 높다. 따라서, 유동 방향을 따라 압력 구배가 생성되고, 이는 유체 스레드가 개별 액적으로 분리되게 한다. 따라서, 채널의 단부에서 압력 구배가 생성되며, 이는 유체 경계층의 분리, 그리고, 따라서, 개별 액적의 형성을 용이하게 한다. 채널 출구에 도달하면 채널 내부 및 외부의 분산상의 압력 구배로 액적이 외력 없이 분리된다. 이러한 노즐은 유화 프로세스로부터 유량을 분리하므로 유리하다.
전형적으로, 각각의 채널은 채널 벽에 의해 정의된다. 채널 벽은 곡선일 수 있고, 즉, 채널 벽은 채널 출구를 향해 볼록하거나 오목 형상일 수 있다. 더욱이, 각각의 채널은 나머지 채널의 단면보다 더 작은 단면을 갖는 수축부를 포함할 수 있으며, 여기서, 수축부는 채널 출구에 인접하게 배열된다. 따라서, 수축부는 채널 출구와 채널의 잔여 부분 사이에 배열된다.
추가적인 실시예에서, 각각의 채널 출구의 단면적은 0.12 내지 36,000,000μm2, 바람직하게는 12 내지 5,760,000μm2이다. 특히, 멤브레인의 제2 측면의 총 개방 면적은 메인 섹션 및/또는 채널 입구 같은 임의의 다른 주어진 위치에서 채널의 총 개방 면적보다 300% 내지 1500%, 바람직하게는 400% 내지 900% 더 클 수 있다.
일부 실시예에서, 하나 이상의 채널이 제1 챔버와 제2 챔버를 분리하는 멤브레인에 포함될 수 있다. 이러한 실시예에서, 멤브레인은 평탄할 수 있고, 예를 들어 디스크 형상일 수 있다. 멤브레인은 전형적으로 제1 챔버를 향하는 제1 측면 및 제1 측면과 반대이고 제2 챔버를 향하는 제2 측면을 갖는다. 따라서, 멤브레인의 제1 측면은 제1 챔버를 부분적으로 제한할 수 있고 멤브레인의 제2 측면은 제2 챔버를 부분적으로 제한할 수 있다. 하나 이상의 채널, 전형적으로 다수의 채널은 멤브레인을 통해 제1 측면에서 제2 측면으로 연장된다. 각각의 채널은 제1 측면에 배열된 채널 입구, 제2 측면에 배열된 채널 출구와 채널 입구와 채널 출구 사이에 배열된 메인 섹션을 포함하고, 채널 출구는 메인 섹션의 형상으로부터 벗어난 형상을 포함한다.
멤브레인은 전형적으로 단층 멤브레인일 수 있다. 즉, 멤브레인은 단일 단편으로 형성된다. 바람직하게는, 이러한 멤브레인은 거대한 재료로 형성되며 멤브레인의 다수의 채널에 더하여 어떠한 상 계면 또는 전이 영역도 함유하지 않는다. 이러한 멤브레인은 생성된 액적의 품질에 유리하며, 그 이유는 임의의 상 계면 및 전이가 액적 형성 및 액적 안정성에 유해하기 때문이다.
일부 실시예에서, 멤브레인은 교환가능할 수 있다. 멤브레인의 다수의 채널은 전형적으로 마이크로 채널이다. 예를 들어, 각각의 채널은 0.04μm2 내지 4,000,000μm2, 바람직하게는 4μm2 내지 640,000μm2의 단면적을 가질 수 있다.
추가적인 실시예에서, 채널 출구는 쐐기 형상일 수 있다. 특히, 채널 출구는 연장 채널에 수직인 횡방향 평면에 대해 타원형 단면을 포함할 수 있으며, 즉, 채널 출구는 제2 방향보다 제1 방향에서 더 클 수 있다.
추가적인 실시예에서, 멤브레인의 제2 측면은 제1 측면의 총 개방 면적보다 더 큰 총 개방 면적을 포함한다. 이러한 멤브레인은 심지어 최대 5 l/h의 유량에서도 고품질 액적이 생성된다는 이점이 있다. 일부 실시예에서, 채널당 유량은 1μl/h 내지 50 ml/h, 바람직하게는 10μL/h 내지 5 ml/h일 수 있다.
특정 실시예에서, 각각의 채널 출구는 타원형 윤곽을 가질 수 있다. 따라서, 채널 출구는 연장 채널에 횡방향이면서 멤브레인의 제1 또는 제2 측면에 평행한 평면에 대해 타원형 단면을 가질 수 있다. 타원형 윤곽을 갖는 채널 출구는 형성된 액적의 품질에 유익한 효과를 미치며, 그 이유는 채널 내의 임의의 에지가 불안정하고 균일하지 않은 액적으로 이어질 수 있기 때문이다.
일부 실시예에서, 멤브레인은 디스크 형상이다. 이러한 멤브레인은 원형 윤곽을 가질 수 있다. 대안적으로, 멤브레인은 각진, 특히 삼각형 또는 직사각형 윤곽을 가질 수 있다.
추가적인 실시예에서, 멤브레인은 0.06 내지 600,000 채널/cm2, 바람직하게는 20 내지 30,000 채널/cm2를 포함한다.
일부 실시예에서, 멤브레인은 유리 또는 폴리메틸(메트)아크릴레이트 또는 PTFE와 같은 폴리머 재료 또는 강철과 같은 금속 재료로 제조된다.
일부 실시예에서, 단계 a의 오일상은 적어도 하나의 관심 화합물을 추가로 포함한다. 관심있는 화합물은 단백질, 소분자 특히 방향제 또는 향료, 카나비노이드, 대마 추출물, 카페인, 멜라토닌 또는 히알루론산과 같은 활성 제약 성분; 항체, 펩티드, 효소, RNA, DNA, 비타민 및 미생물로부터 선택될 수 있다. 관심 화합물은 예를 들어 적절한 농도로 오일상에 혼합될 수 있다.
일부 실시예에서, 단계 a는 겔화 유도제를 물에 용해시켜 용액을 형성하고 형성된 용액을 오일상 및 제1 계면활성제와 혼합하는 것을 포함한다. 적어도 하나의 관심 화합물은 이들 실시예에서 오일상에 이미 혼합될 수 있거나 또는 또한 형성된 수중 겔화 유도제의 용액이 오일상과 혼합된 후에만 첨가될 수 있다. 일부 실시예에서, 수중 겔화 유도제의 형성된 용액을 오일상 및 제1 계면활성제와 혼합하는 것은 적어도 8,000 rpm, 바람직하게는 10,000 rpm 내지 20,000 rpm, 예를 들어 13 000rpm 내지 15,000rpm으로 교반기로 교반하는 것을 포함한다.
특정 실시예에서, 코어 형성 에멀젼, 특히 오일상 또는 수성 분산상 중 적어도 하나의 관심 화합물은 살아있는 유기체, 특히, 미생물, 예컨대 박테리아, 바이러스이며, 파지 또는 단일 세포를 포함한다. 일부 실시예에서, 살아있는 유기체는 특히 오일상 또는 수성 분산상 중 코어 형성 에멀젼으로 휴면 상태로 제공될 수 있다. 살아있는 유기체의 휴면 상태는 비활성 상태와 관련한 것으로 이해된다.
본 발명에 따른 방법은 이 방법이 종래 기술의 방법과 비교할 때 단지 미미한 전단력만을 인가하기 때문에 살아있는 유기체를 캡슐화하는 데 특히 적합하다. 더욱이, 캡슐화 효율은 종래 기술에서 알려진 방법보다 훨씬 더 높다. 살아있는 유기체에 대해 최대 90% 또는 심지어 최대 95%의 캡슐화 효율에 도달하는 것이 가능하다.
일부 실시예에서, 방법은 실온에서 수행되며, 이는 살아있는 유기체를 캡슐화하는 데 매우 유익하며, 그 이유는 생존력이 증가되기 때문이다.
더욱이, 하나 이상의 채널을 통해 코어 형성 에멀젼을 안내함으로써 채널 치수, 특히 채널 직경은 액적당 살아있는 유기체의 양과 따라서 형성된 캡슐당 유기체의 양을 지정한다. 따라서, 미리 정의된 채널 치수를 선택하면 캡슐당 유기체 로딩의 정확한 제어가 가능하다.
적어도 하나의 관심 화합물이 살아있는 유기체인 일부 실시예에서, 세포 또는 박테리아와 같은 살아있는 유기체는, 특히 오일상 또는 수성 분산상 중의 코어 형성 에멀젼에 첨가되기 이전에 배양에 의해 제공된다. 예를 들어, 한천과 같은 적절한 영양배지에서 배양이 수행될 수 있다. 특정 실시예에서, 살아있는 유기체의 생존력은 배양 동안 모니터링되고 살아있는 유기체는 생존력이 그 최대에 도달할 때 동결 건조되고 이어서 특히 오일상 또는 수성 분산상 중의 코어 형성 에멀젼에 첨가된다.
특정 실시예에서, 오일상 또는 수성 분산상 및/또는 제2 수용액과 같은 코어 형성 에멀젼 또는 그 성분을 탈산소화하는 것이 유익하다. 탈산소화는 아르곤이나 질소와 같은 불활성 가스를 사용한 탈기 또는 동결-펌프-해동 기술과 같은 일반적인 실험실 기술을 통해 달성할 수 있다. 이러한 탈산소화는 유익하며, 그 이유는 살아있는 유기체가 그 휴면 상태로 유지될 수 있기 때문이다.
일부 실시예에서, 특히 오일상 또는 수성 분산상 중의 코어 형성 에멀젼은 당, 전해질 용액 등과 같은 살아있는 미생물을 위한 영양 성분을 추가로 포함한다.
특정 실시예에서, 특히 오일상 또는 수성 분산상 중의 코어 형성 에멀젼은 대응하는 살아있는 유기체에 적절한 pH를 유지하도록 구성된 완충 용액을 추가로 포함한다.
일부 실시예에서, 단계 c에서 형성된 분산액은 단계 c 후에 단계 d의 수성 쉘 형성 용액을 함유하는 겔화 용기로 전달된다. 따라서, 제2 챔버는 겔화 용기에 유체 연결되는 출구를 포함할 수 있다. 특히, 단계 c에서 형성된 분산액은 제2 챔버로부터 겔화 용기로 연속적으로 전달된다. 대안적으로, 단계 c에서 형성된 분산액은 제2 챔버로부터 중간 저장 용기로 연속적으로 전달되고, 여기서, 저장될 수 있으며, 겔화 용기에 전달되기 전에 미리 결정된 양의 분산액이 수집될 수 있다. 이들 실시예에서, 제2 챔버의 출구는 중간 저장 용기에 유체 연결될 수 있는 것으로 이해된다. 중간 저장 용기는 겔화 용기에 유체 연결될 수 있다.
겔화 용기를 갖는 실시예에서, 겔화 용기는 전형적으로 단계 c에서 형성된 분산액이 겔화 용기로 전달되기 전에 단계 d의 수성 쉘 형성 용액을 함유하는 것으로 이해된다.
특정 실시예에서, 단계 b의 제2 수용액 중 단계 a의 코어 형성 에멀젼의 전달된 분산액 및 수성 쉘 형성 용액은 겔화 용기 내에서 교반기, 바람직하게는 기계적 교반기로 교반된다. 단계 e동안, 교반은 바람직하게는 50 rpm 내지 150 rpm, 바람직하게는 100 내지 120 rpm으로 수행될 수 있다. 이러한 교반 속도는 형성된 캡슐의 응집을 방지하고 캡슐의 균일한 크기 분포를 보장하지만, 또한, 성장하는 캡슐 또는 생성된 캡슐이 파괴되지 않도록 충분히 낮기 때문에 최적인 것으로 밝혀졌다.
일부 실시예에서, 오일상은 중쇄 트리글리세라이드(MCT), 멘톨, 해바라기유 등을 포함하거나 이로 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 제1 계면활성제는 비이온성 계면활성제, 예컨대, 폴리글리세롤 폴리리시놀리에이트(PGPR) 또는 Span 유도체 예컨대 Span 80 또는 Span 85 또는 그 조합이다. 더욱이, 제1 계면활성제는 응용에 따라 바람직하게는 소수성 친수성 또는 야누스형 입자인 피커링 에멀젼을 제공하도록 구성된 고체 입자일 수 있다. 예를 들어, 고체 입자는 콜로이달 실리카일 수 있다.
바람직하게는 제1 계면활성제, 특히 비이온성 계면활성제는 600 내지 120,000 g/mol, 바람직하게는 800 내지 80,000 g/mol의 분자량을 갖는다.
비이온성 계면활성제는 코어 형성 에멀젼에서 수성 분산상의 미세액적에 충분한 안정화를 제공하기에 적절한 것으로 밝혀졌다. PGPR은 특히 채널을 통해 에멀젼을 안내하는 동안 수성 분산상의 미세분산 액적이 즉시 파괴되지 않도록 코어 형성 에멀젼을 충분히 안정화시키지만, 또한, 안정화가 단계 e에서 액적의 계면으로의 겔화 유도제의 확산 프로세스의 효율을 감소시키므로, 매트릭스 형성제와 반응할 수 있도록 미세액적을 너무 많이 안정화시키지는 않기 때문에 유리한 것으로 밝혀졌다. 단계 c 동안, 미세액적이 상당한 전단력에 노출되어 코어 형성 에멀젼에서 수성 분산상의 미세액적을 파괴할 수 있으므로 안정화가 중요하다.
일부 실시예에서, 코어 형성 에멀젼 내의 제1 계면활성제의 양은 0.01 중량% 내지 0.80 중량%, 바람직하게는 0.05 중량% 내지 0.12 중량%이다.
일부 실시예에서, 제2 수용액 중 제2 계면활성제의 양은 0.5 중량% 내지 5 중량%, 특히 1 중량% 내지 2 중량%이다.
일부 실시예에서, 제2 계면활성제는 600 내지 120,000 g/mol, 바람직하게는 800 내지 80,000 g/mol의 분자량을 갖는다.
전형적으로, 제1 계면활성제와 제2 계면활성제는 상이하며, 따라서, 동일하지 않다.
일부 실시예에서, 제2 계면활성제는 폴리비닐알콜(PVA), 폴리소르베이트, 예컨대 트윈 20 또는 트윈 80, 사포닌, 사포게닌, 즉, 퀼라자 추출물, 아라비아 고무, 베타 락토글로불린, 소듐 도데실 설페이트, 대두 레시틴, 소듐 카에시네이트, 감자 단백질 단리물(예를 들어, Solanic 300, Avebe®), 유청 단백질 단리물, 전분 옥테닐 숙시네이트 또는 그 조합으로부터 선택된다. 바람직하게는 폴리비닐알콜, 트윈 20 또는 트윈 80과 같은 폴리소르베이트, 베타 락토글로불린 및 전분 옥테닐 숙시네이트로부터 선택된다. 폴리비닐알콜을 사용하여 트윈 20 또는 트윈 80, 베타 락토글로불린 및 전분 옥테닐 숙시네이트와 같은 폴리소르베이트를 사용하여 다른 제2 계면활성제에 비교하여 상대적으로 두껍고 안정적인 쉘을 획득할 수 있다. 폴리비닐알콜은 추가로 제2 수용액에서 코어 형성 에멀젼의 액적의 우수한 단분산성을 제공했다. 더욱이, 제2 계면활성제는 응용에 따라 바람직하게는 피커링 에멀젼을 제공하도록 구성된 소수성 친수성 또는 야누스형 입자인 고체 입자일 수 있다. 예를 들어, 고체 입자는 콜로이달 실리카일 수 있다. PVA를 피해야 하는 경우, 아라비아 고무, 트윈 20, 감자 단백질, 펙틴 또는 그 혼합물을 PVA 대체물로서 또는 제2 계면활성제로서 사용할 수 있다. 특히, 적절한 예는 제2 수용액 중 제2 계면활성제로서 0.25 중량% 내지 4 중량%, 특히 1 중량% 내지 2 중량%의 트윈 20과 함께 1 중량% 내지 5 중량%, 특히 2 중량% 내지 4 중량%의 아라비아 고무(예를 들어, Agri-Spray Acacia RE, Agrigum®)의 사용; 또는 제2 수용액 중 제2 계면활성제로서 0.5 중량% 내지 5 중량%, 특히 1 중량% 내지 3 중량%의 감자 단백질 단리물(예를 들어, Solanic 300, Avebe®)의 사용; 또는 제2 수용액 중 제2 계면활성제로서 0.25 중량% 내지 4 중량%, 특히 1 중량% 내지 2 중량%의 트윈 20과 함께 0.5 중량% 내지 5 중량%, 특히 0.5 중량% 내지 2 중량%의 펙틴(예를 들어, 사탕무 펙틴: Swiss Beta Pectin, Schweizer Zucker AG®)의 사용을 포함한다. 제2 계면활성제로서 이러한 예를 사용하면 10% 미만의 변동 계수를 갖는 크기 분포가 쉽게 가능하다. 감자 단백질 단리물이 제2 계면활성제로 사용되는 일부 실시예에서, 제2 수용액의 pH는 pH 9-11, 바람직하게는 pH 10으로 조절된다.
일부 실시예에서, 매트릭스 형성제는 다당류 또는 이의 적절한 염이다. 적절한 염은 물에 완전히 용해될 수 있는 염 형태이다. 전형적으로, 다당류 염은 음이온성 다당류 성분 및 적절한 카운터 양이온으로 구성된다. 적절한 다당류는 키토산, 셀룰로스, 알기네이트, 특히 알긴산나트륨, 카라기난, 한천, 아가로스, 펙틴, 젤란, 전분 등으로부터 선택된다. 바람직한 다당류는 알기네이트, 바람직하게는 알긴산나트륨, 키토산, 카라기난 및 셀룰로스, 더욱 바람직하게는 알기네이트, 바람직하게는 알긴산나트륨, 키토산이다. 일부 실시예에서, 다당류는 pH를 조절함으로써, 예를 들어 수성 쉘 형성 용액의 pH를 염기성화함으로써 가용화될 수 있다.
일부 실시예에서, 매트릭스 형성제 및 겔화 유도제는 형성된 비수용성 매트릭스가 적어도 80℃, 특히 적어도 90℃의 온도에서 파괴 및/또는 용융되도록 선택된다. 이러한 실시예는 캡슐 내의 관심 화합물이 특정한 미리 결정된 온도에서 방출된다는 이점을 갖는다. 이는 예를 들어 식품 첨가제로 사용되는 캡슐에 대한 특히 유익하다. 이러한 캡슐은 손상되지 않았을 때 완전히 무취일 수 있지만 조리되면 파괴되고, 따라서, 관련 냄새가 조리 동안에만 방출된다. 특정 실시예에서, 겔화 유도제는 알칼리 토금속 염, 특히 CaCl2와 같은 칼슘 염 또는 KCl과 같은 알칼리 금속 염일 수 있으며, 매트릭스 형성제는 카라기난, 또는 카라기난과 알긴산나트륨의 혼합물, 바람직하게는 2:1 내지 1:2 비율의 혼합물일 수 있다. 대안적으로, 알긴산나트륨과 선택적으로 조합된 한천이 이러한 실시예에서 매트릭스 형성제로 사용될 수 있다. 바람직하게는, 0.25 중량% 내지 2 중량%, 특히 0.5 중량% 내지 1.5 중량%의 카라기난이 수성 쉘 형성 용액에 사용된다. 예를 들어, 수중 1.5 중량%의 카라기난이 수성 쉘 형성 용액으로 단계 d에서 사용되면 80℃에서 녹기 시작하는 캡슐이 형성된다. 반면에, 수중 0.5 중량% 알긴산나트륨과 함께 0.75 중량% 카라기난이 단계 d에서 수성 쉘 형성 용액으로 사용되면, 이때, 더 안정하고 약 80℃에서 파괴 개방되지만 아직 완전히 녹지는 않는 캡슐이 형성된다.
대안적으로, 매트릭스 형성제는 폴리카르복실레이트일 수 있다. 이 경우, 겔화 유도제는 폴리카르복실레이트와 이온 교환시 비수용성 매트릭스를 형성할 수 있는 앞서 설명한 바와 같은 무기 염일 수 있다. 대안적으로, 겔화 유도제는 폴리암모늄 염, 즉, 복수의 폴리암모늄 기를 포함하는 폴리머일 수 있다.
대안으로서, 매트릭스 형성제는 수상에는 가용성이지만 오일에는 가용성이 아닌 단량체일 수 있다. 이러한 단량체는 예를 들어 디아민과 같이 단계 성장 중합이 적용될 수 있도록 선택되어야 한다. 이 경우, 겔화 유도제는 이산 클로라이드와 같이 오일상에는 가용성이지만 물에는 가용성이 아닌 단량체이며, 이에 의해 비수용성 매트릭스를 형성하기 위한 단계 e 동안 계면 중합을 가능하게 한다.
일부 실시예에서, 수성 쉘 형성 용액 중 매트릭스 형성제의 양은 0.1 중량% 내지 2 중량%, 바람직하게는 0.5 중량% 내지 1.0 중량%이다.
일부 실시예에서, 제3 계면활성제, 예를 들어 트윈 20과 같은 폴리소르베이트가 단계 d 이전에 수성 쉘 형성 용액에 존재하거나 첨가될 수 있다. 이러한 제3 계면활성제는 겔화 반응을 개선시키는 것으로 밝혀졌다.
일부 실시예에서, 겔화 유도제는 무기 염, 특히 알칼리 토금속 염, 특히 알칼리 토금속 할로겐화물, 알칼리 토금속 슈도할라이드, 알칼리 토금속 카르복실레이트 또는 알칼리 토금속 질산염, 또는 알칼리 금속 할로겐화물, 알칼리 금속 슈도할라이드, 알칼리 금속 카르복실레이트 또는 알칼리 금속 질산염이다. 겔화 유도제가 무기 염인 일부 실시예에서, 상기 약술한 바와 같이, 단계 e에서 겔화 유도제와 매트릭스 형성제 사이의 반응은 이온 교환 반응, 즉, 이온성 겔화(ionotropic gelation)이다. 따라서, 무기 염(및 그 반대의 매트릭스 형성제)은 매트릭스 형성제와의 그 반응이 비수용성 반응 생성물을 생성하도록 선택된다. 따라서, 특히 다당류에 특히 적절한 염은 K, Mg, Sr 또는 Ca 염일 수 있다. 본 기술 분야의 숙련자는 "슈도할로게나이드"라고도 지칭되는 용어 "슈도할라이드"를 화학이 실제 할로겐과 유사한 할로겐의 다원자 유사체로서 이해한다. 비제한적인 예는 시아나이드, 이소시아나이드, 시아네이트, 이소시아네이트, 메틸술포닐 및 트리플릴을 포함한다. 카르복실레이트의 비제한적인 예는 아세테이트, 포르메이트, 락테이트, 옥살레이트, 부티레이트, 숙시네이트 등이다. 겔화 유도제는 전형적으로 실온에서 물에 완전히 용해되도록, 즉, >10 g/100mL, 바람직하게는 >20 g/100mL, 특히 >50 g/100mL의 수중 용해도를 갖도록 선택된다. 적절한 겔화 유도제의 비제한적인 예는 다음과 같다: CaCl2, CaF2, 락트산칼슘, MgCl2, Sr(OAc)2.
무기 염은 전형적으로 수용성 염이다. 그러나, 겔화 유도제로서 비수용성 염의 분말을 사용하는 것도 고려할 수 있다. 예를 들어, 특히 분말로서 CaCO3 또는 MgCO3를 사용하는 것이 가능할 수 있다.
일부 실시예에서, 겔화 유도제는 광산 발생제, 즉, 조사, 바람직하게는 UV 조사 시에 산을 생성하도록 구성되는 화합물, 예컨대 디페닐요오도늄 질산염, 및 무기 염, 특히 알칼리 토금속 염 또는 알칼리 금속 염의 킬레이트의 조성물이다. 킬레이트는 예를 들어 카르복실산의 킬레이트일 수 있다. 적절한 예는 스트론튬과 에틸렌 글리콜 테트라아세트산의 킬레이트일 수 있다. 단계 e에서 수행될 수 있는 UV 광 조사시, 광산 발생제는 산을 생성하고, 이어서 스트론튬 이온을 방출하고, 이는 차례로 매트릭스 형성제, 예를 들어 알긴산나트륨과 반응하여 비수용성 매트릭스 쉘을 형성한다.
일부 실시예에서, 겔화 유도제는 CO2 또는 CO2 발생제이다. CO2 발생제는 특정 조건 하에 CO2를 방출할 수 있다. 예를 들어, 중탄산염은 산의 존재시 CO2를 방출할 수 있다.
일부 실시예에서, 겔화 유도제는 브뢴스테드 산, 예를 들어 무기산 또는 카르복실산일 수 있다. 이 경우, 매트릭스 형성제는 알기네이트, 키토산 등과 같은 다당류와 Ca-Na2-EDTA, Mg-Na2-EDTA, Sr-Na2-EDTA 등과 같은 적절한 수용성 알칼리 금속 착물 또는 알칼리 토금속 착물의 조성물일 수 있다.
일부 실시예에서, 코어 형성 에멀젼 내의 겔화 유도제의 양은 1.5 중량% 내지 7.0 중량%, 바람직하게는 2.0 중량% 내지 5.0 중량%이다.
일부 실시예에서, 알콜, 특히 메탄올, 에탄올 또는 프로판올은 단계 d 이전에 수성 쉘 형성 용액에 첨가된다. 알콜은 미세액적의 계면을 향한 겔화 유도제의 확산을 개선시키는 것으로 밝혀졌다. 알콜은 전형적으로 수성 쉘 형성 용액의 10 중량% 내지 30 중량%의 양으로 존재한다. 알콜 양이 10 중량% 내지 20 중량%, 바람직하게는 13 중량% 내지 17 중량%인 경우, 캡슐의 코어 크기, 즉, 코어 직경은 더 많은 에탄올이 사용되는 경우보다 더 크다는 것이 관찰되었다. 예를 들어, 300μm보다 더 큰 마이크로캡슐 직경이 달성될 수 있다. 알콜의 양이 20 중량% 내지 30 중량%, 바람직하게는 23 중량% 내지 27 중량%인 경우 (다른 것은 동일한 조건 하에서) 캡슐의 코어 크기, 즉, 코어 직경은 더 작다. 예를 들어, 300μm 미만의 마이크로캡슐 직경을 달성할 수 있다.
일부 실시예에서, 삼투압 조절제가 단계 d 이전에 수성 쉘 형성 용액에 첨가된다. 삼투압 조절제는 미세액적의 계면을 향한 겔화 유도제의 확산을 개선시키고, 이에 의해, 캡슐의 쉘 두께와 안정성을 증가시키도록 구성된다. 삼투압 조절제는 앞서 설명한 바와 같은 알콜 또는 당, 예를 들어 단당류 또는 이당류, 즉, 글루코스 또는 프럭토스일 수 있다. 이러한 당 유도체는 단독으로 또는 앞서 설명한 바와 같이 알콜과 함께 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 구조적 안정제가 단계 d 이전에 수성 쉘 형성 용액에 첨가 되거나 존재할 수 있다. 구조적 안정제는 쉘의 구조적 안정성을 개선시키기 위해 구성된 화합물이다. 예는 아가로스뿐만 아니라 크산탄 검 또는 셀룰로스 및 유도체, 예를 들어 메틸셀룰로스 또는 미정질 셀룰로스 등을 포함한다. 이들은 전형적으로 쉘 형성 용액에 존재할 수 있고, 그 후 단계 e 동안 성장하는 쉘에 통합된다.
일부 실시예에서, 단계 d의 수성 쉘 형성 용액은 매트릭스 형성제에 더하여, 펙틴(예를 들어, GENU® 펙틴 유형 LM-104 AS-FG)과 같은 구조적 안정제로서 추가적인 바이오폴리머를 포함한다. 바람직하게는, 추가적인 바이오폴리머가 또한 매트릭스 쉘을 형성할 수 있을 수 있다.
특정 실시예에서, 추가적인 바이오폴리머는 고체 바이오폴리머 입자, 예를 들어 전분일 수 있다. 이러한 추가적인 바이오폴리머 및 특히 고체 바이오폴리머 입자를 제공하면 생성된 캡슐의 기계적 강도가 증가한다.
일부 실시예에서, 추가적인 바이오폴리머, 특히 수성 쉘 형성 용액 내의 고체 바이오폴리머 입자의 농도는 1 중량% 내지 10 중량%, 특히 3 중량% 내지 7 중량%이다. 특히, 적절한 고체 입자는 옥수수 전분 입자와 같은 전분 입자이다.
일부 실시예에서, 고체 입자의 입자 크기는 20μm 이하, 특히 15μm 이하이다.
일부 실시예에서, 생성된 마이크로캡슐의 오일 코어 직경 대 고체 바이오폴리머 입자의 입자 크기의 비율은 10:1 내지 100:1, 바람직하게는 20:1 내지 60:1이다.
일부 실시예에서, 단계 e는 실온 초과, 특히 25℃ 내지 95℃, 특히 40℃ 내지 85℃, 특히 50℃ 내지 80℃, 특히 65℃ 내지 80℃, 특히 70℃ 내지 80℃의 온도에서 수행된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 단계 e 후에 형성된 캡슐은 실온 초과, 특히 25℃ 내지 95℃, 특히 40℃ 내지 85℃, 특히 50℃ 내지 80℃, 특히 65℃ 내지 80℃, 특히 70℃ 내지 80℃의 온도에 노출된다. 예를 들어, 이러한 온도에 대한 노출은 5분 내지 60분, 특히 15분 내지 30분 동안 수행될 수 있다. 단계 e 동안 또는 이후에 온도를 증가시키는 것은 입자의 기계적 강도에 상당한 영향을 미친다는 것이 밝혀졌다. 이론에 얽매이지 않고, 예를 들어 고체 전분 입자와 같은 바이오폴리머는 승온시 젤라틴화 후에 더 광범위한 네트워크를 형성하고, 이는 캡슐의 더 높은 기계적 강도를 수반하는 것으로 가정된다.
일부 실시예에서, 캡슐은 단계 e 이후에 추가적인 다당류의 용액에 노출될 수 있다. 전형적으로, 이는 단계 d의 매트릭스 형성제와는 상이한 다당류일 수 있다. 적절한 다당류는 키토산, 셀룰로스, 알기네이트, 특히 알긴산나트륨, 카라기난, 한천, 아가로스, 펙틴, 젤란, 전분 등으로부터 선택되며, 바람직하게는 키토산이다.
추가적인 실시예에서, 1.01bar 내지 1.15bar, 바람직하게는 1.03bar 내지 1.07bar의 압력이 특히 단계 c 동안 제1 챔버에 인가되고 및/또는 1.02bar 내지 1.2bar, 바람직하게는 1.05bar 내지 1.1bar의 압력이 특히 단계 c 동안 제2 챔버에 인가된다. 이러한 압력 값은 절대 압력과 관련된 것으로 이해되며, 즉, 1.01bar의 압력은 대기압에 대해 0.01bar의 과압을 구성하는 압력이다.
일부 실시예에서, 제1 챔버에 인가되는 압력은 제2 챔버에 인가되는 압력보다 더 작다. 제1 챔버의 제1 유체 입구를 통해 코어 형성 에멀젼이 제1 챔버로 제공되는 압력에 의해 제1 압력이 조절될 수 있고 및/또는 단계 b의 제2 수용액이 제2 챔버의 제2 유체 입구를 통해 제2 챔버로 제공되는 압력에 의해 제2 압력이 조절될 수 있는 것으로 이해된다.
일부 실시예에서, 단계 d에서의 혼합은 10rpm 내지 800rpm, 바람직하게는 50rpm 내지 700rpm으로 교반하는 교반기로 수행된다. 단계 d 동안의 혼합은 단계 c에서 형성된 분산액의 단분산 액적 및/또는 형성된 캡슐의 응집을 추가로 방지하기 때문에 유익하다. 따라서, 이는 캡슐의 균일한 크기 분포를 추가로 보장한다. 전형적으로, 오버헤드 교반기가 사용될 수 있다.
특정 실시예에서, 수성 쉘 형성 용액은 단계 d 이전에 500 rpm 내지 800 rpm에서 교반기로 교반되고, 단계 d 동안, 50 rpm 내지 150 rpm, 바람직하게는 100 내지 120 rpm으로 교반된다. 따라서, 단계 c에서 형성된 분산액을 수성 쉘 형성 용액과 혼합하기 전에, 수성 쉘 형성 용액의 균일성을 보장하기 위해 수성 쉘 형성 용액이 보다 격렬하게 교반된다. 첨가 동안, 교반 속도가 감소하며, 따라서, 성장하는 캡슐 또는 생성된 캡슐이 파괴되지 않도록 충분히 낮다.
일부 실시예에서, 단계 e는 5분 내지 25분 동안, 바람직하게는 8분 내지 12분 동안 또는 15분 내지 20분 동안 수행된다. 단계 e의 반응 시간, 즉, 예를 들어 수성 쉘 형성 용액으로부터 캡슐을 분리 또는 단리함으로써 반응이 중단될 때까지의 시간은 캡슐의 입자 크기 및 코어 크기에 직접적인 영향을 미친다. 예를 들어, 단계 e를 8분 내지 12분 동안 수행하면 평균 직경이 600μm 미만인 오일 코어를 달성할 수 있고, 단계 e를 15분에서 20분 동안 수행하면 평균 직경이 600μm보다 더 큰 오일 코어를 달성할 수 있다. 본 기술 분야의 숙련자는 입자 크기를 결정하기 위한 여러 방법, 예를 들어 상이한 메시 크기를 갖는 체로 체질하는 방법을 알고 있다.
일부 실시예에서, 방법은 단계 e 이후에 특히 침지 코팅을 포함할 수 있는 추가적인 봉입 단계를 더 포함한다. 추가적인 봉입 단계는 일부 실시예에서 다음 단계를 포함할 수 있다:
a.
단계 e에서 형성된 캡슐을 추가 수성 쉘 형성 용액에 침지시키는 단계, 추가 쉘 형성 용액은 전형적으로 단계 d의 쉘 형성 용액과 상이하다. 추가 쉘 형성 용액은 물 및 pH 의존성 매트릭스 형성제 및 선택적으로 무기 염, 바람직하게는 알칼리 토금속 염 또는 알칼리 금속 염을 포함한다;
b.
매트릭스 형성제, 즉, 단계 f의 pH 의존성 매트릭스 형성제가 추가 쉘로 캡슐을 코팅, 바람직하게는 추가 쉘로 캡슐을 완전히 코팅하는 비수용성 매트릭스로 변환되도록 pH를 조절하는 단계. 따라서, 생성된 캡슐은 단계 e에서 형성된 매트릭스에 의해 직접 봉입되는 오일 코어를 구성할 수 있고, 이는 차례로 단계 g에서 형성된 바람직하게는 상이한 재료의 매트릭스에 의해 봉입되어 다중 코팅된 캡슐을 생성한다.
매트릭스 형성제는 다당류일 수 있다. 전형적으로, 이는 단계 d의 매트릭스 형성제와는 상이한 다당류일 수 있다. 적절한 다당류는 키토산, 셀룰로스, 알기네이트, 특히 알긴산나트륨, 카라기난, 한천, 아가로스, 펙틴, 젤란, 전분 등으로부터 선택된다. 바람직한 다당류는 알기네이트, 바람직하게는 알긴산나트륨, 키토산, 카라기난 및 셀룰로스, 더욱 바람직하게는 알기네이트, 바람직하게는 알긴산나트륨, 키토산이다. 바람직하게는, 단계 d의 매트릭스 형성제는 알긴산나트륨일 수 있고, 단계 f의 매트릭스 형성제는 키토산 또는 미정질 카르복시메틸 셀룰로스일 수 있다.
전형적으로, pH 조절은 산성화, 즉, pH를 낮추는 것을 구성한다. 예를 들어, pH를 7 이상 내지 5 이하, 바람직하게는 pH 4-5로 낮출 수 있다.
일부 실시예에서, 캡슐은 2개 이상의 추가 층에 의해 코팅된다. 따라서, 침지 코팅은 상이한 매트릭스 형성제를 사용하여 반복될 수 있다. 특히, 단계 f 및 g는 동일한 매트릭스 형성제 또는 상이한 매트릭스 형성제, 예컨대, 상이한 다당류 또는 pH 보호 코팅, 예컨대, Eudragit® 또는 Eudraguard®을 사용하여 적어도 한 번 반복될 수 있다.
일부 실시예에서, 특히 단계 e 후 또는 선택적으로 단계 g 후, 형성된 캡슐은 단리, 경화 및/또는 보존된다. 캡슐의 단리는 예를 들어 수성 쉘 형성 용액으로부터 캡슐을 분리하기 위한 여과 또는 체질, 및 선택적으로 텐사이드, 예컨대, 소듐 라우릴설페이트(SDS), 트윈 유도체, 예컨대, 트윈 20 또는 80 또는 PVA를 포함하는 물을 사용한 캡슐의 선택적 세정을 포함할 수 있다. 경화는 예를 들어 결합되지 않은 물의 전부 또는 적어도 대부분을 증발시키기 위해, 예를 들어 기류에 의한 또는 동결 건조에 의한 캡슐의 건조를 포함할 수 있다. 경화는 또한 CaCl2 또는 MgCl2 용액, 바람직하게는 1-10, 더욱 바람직하게는 1 중량% 내지 5 중량%의 무기 염 수용액 같은 수성 무기 염 용액에서 캡슐을 추가로 교반하는 것을 포함할 수 있다. 이는 캡슐, 특히 쉘의 안정성과 구조적 무결성을 더욱 증가시킨다. 보존은 캡슐을 증류수 또는 수성 무기 염 용액, 예컨대, CaCl2 또는 MgCl2 용액, 바람직하게는 1-10, 더욱 바람직하게는 1 중량% 내지 5 중량%의 무기 염 수용액에 캡슐을 침지함으로써 달성될 수 있다. 이러한 보존은 캡슐의 벤치 안정성을 증가시키는 것으로 밝혀졌다.
일부 실시예에서, 특히 단계 e 이후 또는 선택적으로 단계 g 이후 캡슐은 용매 중 킬레이트제의 용액에 노출된다. 킬레이트제는 겔화 유도제와 킬레이트 착물을 형성할 수 있도록 구성된다. 예를 들어, 킬레이트화 유도제가 CaCl2와 같은 칼슘 염인 경우, 킬레이트제는 Ca2+와 킬레이트화 착물을 형성할 수 있다. 적절한 킬레이트제는 루이스 염기, 예컨대, EDTA, GLDA(테트라소듐 N,N-비스(카르복시메틸)-L-글루타메이트), MGDA(트리소듐 디카르복시메틸 알라니네이트), 시트레이트산 염, 타르타르산 염 등이다. 용매는 전형적으로 킬레이트제가 그 안에서 가용성이고, 형성된 캡슐 또는 비수용성 매트릭스는 용해되지 않도록 선택된다. 따라서, 적절한 용매는 물일 수 있다. 미리 결정된 기간 동안 캡슐을 이러한 용액에 노출시킴으로써, 킬레이트제가 일부 겔화 유도제 또는 그 유도체와 킬레이트를 형성하기 때문에 캡슐 쉘이 약화된다. 예를 들어, 겔화 유도제가 CaCl2이고 킬레이트화 유도제가 구연산나트륨이면 시트르산칼슘이 형성되고, 이는 형성된 캡슐의 쉘을 약화시킨다. 이점은 쉘의 약화, 그리고, 따라서 기계적 강도를 정확하게 제어할 수 있다는 것이다. 예를 들어, 피부 크림과 같은 화장품 제품에서 쉘이 다소 신속하게 파괴 또는 분해되어야 하는 제품의 경우 약화가 바람직할 수 있다. 예로서 0.001 중량% 내지 0.4 중량%, 특히 0.01 중량% 내지 0.1 중량%의 구연산나트륨 및 선택적으로 구연산나트륨의 0.6배 양의 NaCl을 물에 용해시킬 수 있다. 캡슐을 이 용액에서 10분 내지 50분 동안, 특히 20분 내지 40분 동안 교반한다. NaCl을 첨가하면 연화 효과가 캡슐마다 보다 균일한 방식으로 관찰되고 캡슐 파손이 덜 발생하는 효과가 있다.
일부 실시예에서, 단계 c는 제2 수용액에서 코어 형성 에멀젼의 분산액을 생성하기 위한 디바이스로, 즉, 그 내부에서 수행되며, 이 디바이스는 제1 챔버로 개방되는 단계 a의 코어 형성 에멀젼을 공급하기 위한 제1 입구, 제2 챔버로 개방되는 제2 수용액을 공급하기 위한 제2 입구, 및 분산액을 수집하기 위한 분산액 출구를 포함한다. 더욱이, 디바이스는 제1 챔버와 제2 챔버를 분리하고 제1 챔버를 향하는 제1 측면 및 제2 챔버를 향하는 제2 측면을 포함하는 멤브레인, 특히 앞서 설명한 바와 같은 멤브레인을 포함한다. 멤브레인은 제1 측면에서 제2 측면으로 연장되는, 즉, 제1 챔버와 제2 챔버의 유체 연결을 제공하는 다수의 채널을 포함한다. 각각의 채널은 제1 측면에 배열된 채널 입구 및 제2 측면에 배열된 채널 출구를 포함한다. 제1 챔버는 전형적으로 모든 개별 채널을 통한 코어 형성 에멀젼의 유량이 본질적으로 동일하도록 구성될 수 있다. 최신 기술에서, 특히 코어 형성 에멀젼의 비균일 압력 분포는 작은 비율의 채널만이 액적을 능동적으로 생성할 수 있게 한다. 그러나, 제1 측면에 걸친 동일한 압력 분포는 코어 형성 에멀젼이 제2 수용액으로 안정적으로 유동하고 시간당 최대 5리터의 높은 처리량으로 재현 가능한 품질의 액적 생성을 허용한다.
특정 실시예에서, 제2 챔버는 유리 또는 PTFE, 폴리메틸(메트)아크릴레이트 또는 폴리옥시메틸렌과 같은 투명 폴리머, 또는 강철, 알루미늄 또는 티타늄과 같은 금속으로 형성될 수 있다. 일반적으로, 디바이스는 부분적으로 제2 챔버를 형성하는 유리 컨테이너와 같은 컨테이너를 포함할 수 있다. 멤브레인과 함께 컨테이너는 제2 챔버를 형성할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 챔버는 예를 들어 알루미늄 또는 강철과 같은 금속 또는 PTFE, 폴리메틸(메트)아크릴레이트 또는 폴리옥시메틸렌과 같은 투명 폴리머로 형성될 수 있다.
분산액 출구는 예를 들어 겔화 용기 또는 중간 저장 용기와 유체 연통할 수 있다.
일부 실시예에서, 제1 챔버는 작동 상태에서, 멤브레인의 제1 측면을 따른 압력이 본질적으로 등압이도록 구성된다. 예를 들어, 제1 입구는 멤브레인의 제1 측면에 걸쳐 등압 압력 분포를 제공하기 위한 노즐을 포함할 수 있다. 특히, 스프레이 노즐이 사용될 수 있다. 대안적으로, 제1 챔버는 멤브레인의 제1 측면에 걸쳐 등압 압력 분포가 제공되도록 형상화될 수 있다.
추가적인 실시예에서, 제1 챔버는 멤브레인에 수직이고 중심 종방향 축에 대해 회전 대칭인 단면 평면에 대해 둥근 단면을 갖는다. 본 출원에 사용되는 용어 "둥근 단면"은 증분이 없는 연속 곡선, 특히 멤브레인에 수직인 단면 평면에서 반경이 적어도 1 mm, 특히 적어도 5 mm, 특히, 적어도 10 mm인 곡선을 의미한다. 단면도에서 곡률은 상기 반경을 갖는 원의 일부로 설명될 수 있는 것으로 이해된다. 따라서, 제1 챔버의 측벽은 상류 방향에서 서로를 향해 연속적으로 수렴될 수 있다. 중심 종방향 축은 디바이스의 종방향으로 연장되는 축이며, 이는 디바이스의 중심 및/또는 멤브레인에 수직이고 멤브레인의 중심과 교차하는 축에 배열된다. 예를 들어, 제1 챔버는 U-형상 단면을 가질 수 있거나 오목하게 둥글거나 반원형일 수 있다. 둥근 단면은 전형적으로 에지가 없으며, 따라서, 에지를 배제하고, 에지는 코어 형성 에멀젼이 멤브레인을 통해 강제될 때 비균일 압력 분포를 초래할 것이다. 바람직하게는, 제1 챔버는 구형 돔 형상을 가질 수 있다. 제1 챔버의 형상은 일반적으로 바람직하게는 중심 종방향 축에 대해 본질적으로 회전 대칭일 수 있다.
특정 실시예에서, 분산액 출구는 본질적으로 중심 종방향 축 및/또는 멤브레인에 수직이고 멤브레인의 중심과 교차하는 축에 배열될 수 있다. 바람직하게는, 제2 챔버는 분산액 출구를 향해 테이퍼진다. 예를 들어, 제2 챔버의 적어도 일부는 분산액 출구를 향하여 아치형 또는 원추형 형상일 수 있다. 이들 실시예는 어떤 액적도 포획되지 않고 모든 액적이 분산액 출구를 통해 직접적으로 수집될 수 있음을 보장한다.
일부 실시예에서, 제1 챔버는 반구형 또는 원추대 형상을 갖는다. 전형적으로, 반구 또는 원추대는 멤브레인을 향해 개방되고, 즉, 가장 큰 반경이 전형적으로 멤브레인에 가장 가깝다. 본 출원에 사용되는 "반구형"이라는 용어는 또한 구의 1/3과 같은 다른 구형 세그먼트를 포함한다. 따라서, 일부 실시예에서, 제1 챔버의 형상은 구형 돔 또는 구형 캡이다. 바람직하게는, 제1 챔버가 구형 돔의 형상 및/또는 특히 반구형 형상을 갖는 경우, 제1 입구는 제1 챔버, 특히 반구형 형상의 제1 챔버의 구형 돔의 극에 인접하거나 그 구역 내에 배열될 수 있다. 이러한 형상은 코어 형성 에멀젼의 물질 유동이 멤브레인의 제1 측면에 걸쳐 균등하게 분포되어 개별 채널에 인접한 동일한 압력 분포를 제공하는 데 도움이 된다는 이점이 있다. 제1 입구는 예를 들어 중심 종방향 축에 본질적으로 수직으로, 즉, 멤브레인의 제1 측면에 본질적으로 평행하게, 또는 또한 중심 종방향 축에 평행하게, 즉, 멤브레인의 제1 측면에 대해 수직으로 배열될 수 있다.
일부 실시예에서, 제1 입구는 멤브레인의 채널에 대해 본질적으로 90° 이하의 각도로 배열된다. 전형적으로, 모든 채널은 본질적으로 서로 병렬로 배열된다. 이는 코어 형성 에멀젼이 멤브레인에 직접적으로 강제되지 않으며, 이에 의해, 추가로 멤브레인의 각각의 채널에 걸쳐 균일한 압력 분포를 제공하는 것을 가능하게 한다는 유익한 효과를 갖는다. 예를 들어, 제1 입구와 멤브레인의 채널 사이의 각도는 60° 내지 90°, 특히 75° 내지 90°일 수 있다. 바람직하게는, 제1 입구는 멤브레인의 다수의 채널에 본질적으로 횡방향으로, 바람직하게는 수직으로 배열된다. 따라서, 이러한 실시예에서, 제1 입구는 멤브레인의 제1 측면과 평행할 수 있다.
추가적인 실시예에서, 디바이스는 멤브레인을 장착하기 위한 멤브레인 홀더를 포함한다.
특정 실시예에서, 디바이스는 부분적으로 제2 챔버를 형성하는 컨테이너를 보유하기 위한 컨테이너 홀더를 포함한다. 컨테이너 홀더는 멤브레인 홀더에 고정 및 해제 가능하게 연결될 수 있다. 컨테이너 홀더 및/또는 멤브레인 홀더 및/또는 베이스는 PTFE, 폴리메틸(메트)아크릴레이트 또는 폴리옥시메틸렌과 같은 플라스틱 재료 또는 금속, 바람직하게는 강철과 같은 임의의 적절한 재료로 형성될 수 있다.
바람직하게는, 컨테이너가 유리 컨테이너인 경우, 유리 컨테이너의 손상을 피하고 밀봉하기 위해 유리 컨테이너와 컨테이너 홀더 사이에 댐핑 패드가 배열될 수 있다.
일부 실시예에서 멤브레인 홀더는 멤브레인을 장착하기 위한 클램핑 수단을 포함하고, 멤브레인 홀더 및/또는 클램핑 수단은 다양한 두께를 갖는 멤브레인을 수용하도록 구성된다. 전형적으로, 클램핑 수단은 조절 가능할 수 있다. 클램핑 수단의 예는 나사, 클램프, 볼트, 로킹 장치 등을 포함한다.
일부 실시예에서, 디바이스는 베이스를 포함하고, 바람직하게는 제1 챔버는 베이스에 의해 부분적으로 형성된다.
추가적인 실시예에서, 베이스 및/또는 멤브레인 홀더는 멤브레인을 베이스 및/또는 멤브레인 홀더에 대해 밀봉하기 위한 적어도 하나의 밀봉부를 포함한다. 밀봉 링은 멤브레인의 주연부를 원주방향으로 완전히 둘러싸도록 구성될 수 있다. 밀봉 링은 또한 제1 챔버와 유체 연통하고 제1 챔버 외부로 제1 챔버에 존재하는 임의의 가스를 배출하도록 구성되는 가스 출구를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 베이스 및/또는 멤브레인 홀더는 스페이서 링을 포함한다. 이러한 스페이서 링은 상이한 두께의 멤브레인을 사용할 수 있게 한다.
일부 실시예에서, 제1 챔버는 가스 출구, 특히 예를 들어 밸브와 같은 유체 스위치를 포함한다. 가스 출구 및 멤브레인은 제1 챔버 내의 가스가 코어 형성 에멀젼을 제1 챔버에 공급하는 동안, 특히 코어 형성 에멀젼으로 제1 챔버를 처음/초기 충전하는 동안, 가스 출구를 향해 지향되고 가스 출구를 통해 제1 챔버로부터 제거되도록 배열된다. 일부 예에서, 멤브레인은 디바이스의 중심 종방향 축에 대해 경사져 있다. 따라서, 중심 종방향 축과 멤브레인의 제1 및/또는 제2 측면 사이의 중심 종방향 축을 따른 단면도에서의 각도는 90°와 상이하다. 예를 들어, 멤브레인의 제2 측면과 중심 종방향 축 사이의 예각은 45° 내지 89°, 바람직하게는 70° 내지 88°, 더욱 바람직하게는 78° 내지 87°일 수 있다. 이러한 실시예에서, 가스 출구는 제1 챔버의 상단 에지에 배열될 수 있으며, 이는 멤브레인과 또 다른 챔버 벽에 의해 형성된다. 이는 예를 들어 디바이스를 사용하기 이전에 제1 챔버에 존재하는 임의의 잔류 가스, 특히 공기가 멤브레인으로 상승하고, 멤브레인의 경사진 배열로 인해 상단 에지로, 그리고, 따라서, 가스 출구로 지향되는 것을 보장한다. 일반적으로, 멤브레인의 채널은 공기가 통과하기에는 너무 좁고, 따라서, 위의 실시예에 설명된 가스 출구는 모든 잔여 가스를 제거할 수 있게 하며, 이는 그렇지 않으면 균일한 액적 크기 및 분포에 부정적인 영향을 미치거나 제1 유체가 모든 마이크로 채널에 도달하는 것을 차단하며, 따라서 처리량을 감소시킬 것이다. 전형적으로, 가스 출구는 디바이스의 환경과 유체 연통할 수 있다.
일부 실시예에서, 디바이스는 코어 형성 에멀젼 및/또는 제2 수용액을 가열하기 위한 적어도 하나의 가열기 및/또는 코어 형성 에멀젼 및/또는 제2 수용액을 냉각하기 위한 적어도 하나의 냉각기를 포함한다. 상 중 어느 하나를 가열하거나 냉각시키는 것이 유익할 수 있으며, 그 이유는 생성된 분산 액적의 경화는 예를 들어 분산액을 냉각시키는 것을 가능하게 함으로써 온도 변화에 의해 쉽게 영향을 받을 수 있기 때문이다. 전형적으로, 적어도 하나의 가열기는 코어 형성 에멀젼 및/또는 제2 수용액을 최대 100℃, 최대 125℃, 또는 최대 150℃까지 가열하기에 충분한 열 에너지를 제공할 수 있다. 가열기는 예를 들어 수조 또는 유조와 같은 가열조를 포함할 수 있다. 대안적으로, 가열기는 IR-라디에이터, 가열 코일 또는 임의의 다른 적절한 가열기일 수 있다.
추가적인 실시예에서 디바이스는 코어 형성 에멀젼을 위한 제1 저장소 및/또는 제2 수용액을 위한 제2 저장소를 포함한다. 제1 및 제2 저장소 모두 가압될 수 있다. 예를 들어, 저장소는 압축기와 같은 압력원에 유체 연결될 수 있다. 대안적으로, 저장소는 주사기일 수 있고 일반적인 주사기 펌프 및/또는 플런저 또는 연동 펌프, 기어 펌프 또는 임의의 다른 펌핑 시스템에 의해 가압될 수 있다.
일부 실시예에서, 유동 제한기가 제2 수용액용 제2 저장소와 제2 챔버 사이에 배열된다. 이러한 제한기는 제2 챔버가 전형적으로 제2 수용액에 대한 상당한 유동 저항을 제공하지 않기 때문에 유익하다. 따라서, 유동 제한기를 사용하면 예를 들어 기압 변동에 의한 비의도적 압력 차이를 피할 수 있으므로 디바이스가 더 안정적이다.
추가적인 실시예에서, 제2 입구는 중심 종방향 축 또는 멤브레인의 제1 및 제2 측면에 수직이면서 멤브레인의 중심과 교차하는 축 주위에 적어도 부분적으로 원주방향으로 배열된 공급 채널을 포함한다. 공급 채널은 제2 챔버로의 하나 이상의 개구를 포함한다. 앞서 설명한 축 주위에 적어도 부분적으로 원주방향으로 배열된다는 것은 공급 채널이 반원 또는 원의 1/3 등과 같은 부분 원의 윤곽을 가질 수 있음을 의미한다. 바람직하게는, 공급 채널은 중심 종방향 축 또는 멤브레인에 수직이면서 멤브레인의 중심과 교차하는 축 주위에 완전히 원주방향으로 배열된다. 이러한 실시예에서, 공급 채널은 링형 구조를 형성한다. 바람직하게는, 공급 채널은 제2 챔버로의 다수의 개구를 포함하고, 개구는 특히, 공급 채널의 둘레를 따라 본질적으로 균등하게 분포된다. 전형적으로, 공급 채널의 하나 이상의 개구는 분산액 출구 방향으로, 즉, 개구가 분산액 출구를 향하도록 배열될 수 있다. 공급 채널을 포함하는 실시예는 생성된 미세액적의 균일한 형상 및 크기 분포에 부정적인 영향을 미치는 유해한 난류를 유발하지 않고 제2 수용액이 제2 챔버 내로 균일하고 원활하게 도입될 수 있다는 이점을 갖는다. 일부 실시예에서, 공급 채널의 하나 이상의 개구는 제2 수용액이 제2 챔버에 제공될 때 와류가 생성되도록 배열된다. 특히, 하나 이상의 개구는 관형일 수 있고 각각의 관형 개구의 종방향 축은 디바이스의 중심 종방향 축에 대해 경사질 수 있다. 전형적으로, 모든 관형 개구는 균일하게 경사져 있다. 와류의 생성은 첫째로, 일반적으로, 제1 및/또는 제2 수용액에 포함될 수 있는 표면 안정제가 보다 균등하게 분포될 수 있고, 따라서 형성된 분산액의 안정성을 개선시킬 것이며, 두 번째로, 생성된 분산액의 분산액 출구를 향한 이동이 가속되고 이는 제1 수용액과 제2 수용액의 밀도가 본질적으로 동일한 경우에 특히 유익하기 때문에 유익하다.
전형적으로, 공급 채널은 제2 챔버의 바닥, 즉, 멤브레인에 인접하여 배열된다. 공급 채널은 또한 예를 들어 멤브레인 주위에 원주방향으로 배열될 수 있다. 공급 채널의 직경은 2 mm 내지 100 mm, 바람직하게는 5 mm 내지 20 mm일 수 있다.
대안적으로, 제2 입구는 바람직하게는 제2 챔버의 측방향 측면으로부터 제2 챔버로 직접 개방되는 단일 입구를 구성할 수 있다.
제2 양태에서, 전체적인 일반적 목적의 기술적 문제는 본 출원에 설명된 임의의 실시예의 방법에 따라 생성된 복수의 캡슐을 포함하는 캡슐, 특히 마이크로캡슐의 어셈블리에 의해 달성된다.
캡슐 어셈블리의 일부 실시예에서, 캡슐은 10% 이하, 특히 8% 이하, 특히 6% 이하, 특히 5% 이하, 특히 4% 이하의 변동 계수를 갖는 동일한 크기 분포를 갖는다.
본 기술 분야의 숙련자는 변동 계수가 평균 μ에 대한 표준 편차 σ의 비율, 즉, 어셈블리의 캡슐의 평균 캡슐 크기에 의해 계산될 수 있음을 이해한다.
일부 실시예에서, 캡슐의 어셈블리는 본 출원에 설명된 임의의 실시예에 따른 방법에 따라 생성된 50개 초과의 캡슐, 특히 100개 초과의 캡슐, 특히 500개 초과의 캡슐, 특히 1000개 초과의 캡슐, 특히 10,000개 초과의 캡슐을 포함한다.
일부 실시예에서, 캡슐 어셈블리의 각각의 캡슐은 4 mm 미만, 바람직하게는 1 μm 내지 < 4 mm, 더욱 바람직하게는 1 μm 내지 < 1 mm의 입자 크기를 갖는다.
일부 실시예에서, 어셈블리의 캡슐, 특히 어셈블리의 모든 캡슐은 완전한 구형에 대해 1%의 최대 차이를 갖는다. 특히, 캡슐의 표면은 완전한 구형에 대해 5%의 또는 심지어 최대 1%의 최대 차이를 갖는다.
일부 실시예에서, 어셈블리의 캡슐은 적어도 80℃, 특히 적어도 90℃, 바람직하게는 80℃ 내지 100℃, 바람직하게는 70℃ 내지 90℃의 온도에서 파괴 및/또는 용융되는 비수용성 매트릭스를 포함한다. 이러한 실시예는 캡슐 내의 관심 화합물이 특정한 미리 결정된 온도에서 방출된다는 이점을 갖는다. 이는 예를 들어 식품 첨가제로 사용되는 캡슐에 대한 특히 유익하다. 이러한 캡슐은 손상되지 않았을 때 완전히 무취일 수 있지만 조리되면 파괴되고, 따라서, 관련 냄새가 조리 동안에만 방출된다. 특정 실시예에서, 비수용성 매트릭스는 칼슘 카라기난, 칼슘 알기네이트 알기네이트 칼륨, 및/또는 칼륨 카라기난으로 구성되거나 이를 포함할 수 있다.
제3 양태에서, 전체적 일반적인 목적하는 기술적 문제는 미세액적의 분산액에 의해 달성된다. 분산액은 수성 연속상과 분산상의 미세액적을 포함한다. 전형적으로, 분산액은 본 발명의 제1 양태의 임의의 실시예에 따른 방법의 단계 a 내지 c에 의해 형성될 수 있다. 분산상의 각각의 미세액적은 오일상 중 수성 분산상의 마이크로-에멀젼이다. 따라서, 각각의 미세액적의 대부분의 물질은 오일상에 의해 형성된다. 일반적으로, 오일상은 코어 형성 에멀젼의 적어도 50 중량%, 또는 적어도 60 중량% 또는 적어도 70 중량%를 구성할 수 있다. 각각의 미세액적의 수성 분산상은 물과 용해된 겔화 유도제를 포함한다. 더욱이, 각각의 미세액적은 제1 계면활성제를 더 포함한다. 수성 분산상은 전형적으로 본 발명의 제1 양태의 임의의 실시예에 따른 방법의 단계 a에서 제공되는 수성 분산상일 수 있다. 미세액적의 분산액은 제2 계면활성제를 더 포함한다.
일부 실시예에서, 오일상은 적어도 하나의 관심 화합물을 포함한다. 관심있는 화합물은 단백질, 소분자 특히 방향제 또는 향료, 카나비노이드, 대마 추출물, 카페인, 멜라토닌 또는 히알루론산과 같은 활성 제약 성분; 항체, 펩티드, 효소, RNA, DNA, 비타민 및 미생물로부터 선택될 수 있다.
일부 실시예에서, 제1 계면활성제는 비이온성 계면활성제, 예컨대, 폴리글리세롤 폴리리시놀리에이트(PGPR) 또는 Span 유도체 예컨대 Span 80 또는 Span 85 또는 그 조합이다. 더욱이, 제1 계면활성제는 응용에 따라 바람직하게는 소수성 친수성 또는 야누스형 입자인 피커링 에멀젼을 제공하도록 구성된 고체 입자일 수 있다. 예를 들어, 고체 입자는 콜로이달 실리카일 수 있다.
바람직하게는 제1 계면활성제, 특히 비이온성 계면활성제는 600 내지 120,000 g/mol, 바람직하게는 800 내지 80,000 g/mol의 분자량을 갖는다.
비이온성 계면활성제는 코어 형성 에멀젼에서 수성 분산상의 미세액적에 충분한 안정화를 제공하기에 적절한 것으로 밝혀졌다. PGPR은 특히 채널을 통해 에멀젼을 안내하는 동안 수성 분산상의 미세분산 액적이 즉시 파괴되지 않도록 코어 형성 에멀젼을 충분히 안정화시키지만, 또한, 안정화가 단계 e에서 액적의 계면으로의 겔화 유도제의 확산 프로세스의 효율을 감소시키므로, 매트릭스 형성제와 반응할 수 있도록 미세액적을 너무 많이 안정화시키지는 않기 때문에 유리한 것으로 밝혀졌다.
일부 실시예에서, 코어 형성 에멀젼 내의 제1 계면활성제의 양은 0.03 중량% 내지 0.15 중량%, 바람직하게는 0.05 중량% 내지 0.10 중량%이다.
일부 실시예에서, 제2 계면활성제는 600 내지 120,000 g/mol, 바람직하게는 800 내지 80,000 g/mol의 분자량을 갖는다.
전형적으로, 제1 계면활성제와 제2 계면활성제는 상이하며, 따라서, 동일하지 않다.
일부 실시예에서, 제2 계면활성제는 폴리비닐알콜(PVA), 폴리소르베이트, 예컨대 트윈 20 또는 트윈 80, 사포닌, 사포게닌, 즉, 퀼라자 추출물, 아라비아 고무, 베타 락토글로불린, 소듐 도데실 설페이트, 대두 레시틴, 감자 단백질(예를 들어, Solanic 300 Avebe®), 소듐 카에시네이트, 감자 단백질 단리물, 유청 단백질 단리물, 전분 옥테닐 숙시네이트 또는 그 조합으로부터 선택된다. 바람직하게는 폴리비닐알콜, 트윈 20 또는 트윈 80과 같은 폴리소르베이트, 베타 락토글로불린 및 전분 옥테닐 숙시네이트로부터 선택된다. 폴리비닐알콜을 사용하여 트윈 20 또는 트윈 80, 베타 락토글로불린 및 전분 옥테닐 숙시네이트와 같은 폴리소르베이트를 사용하여 다른 제2 계면활성제에 비교하여 상대적으로 두껍고 안정적인 쉘을 획득할 수 있다. 폴리비닐알콜은 추가로 제2 수용액에서 코어 형성 에멀젼의 액적의 우수한 단분산성을 제공했다. 더욱이, 제2 계면활성제는 응용에 따라 바람직하게는 피커링 에멀젼을 제공하도록 구성된 소수성 친수성 또는 야누스형 입자인 고체 입자일 수 있다. 예를 들어, 고체 입자는 콜로이달 실리카일 수 있다.
일부 실시예에서, 겔화 유도제는 본 발명의 제1 양태에 대해 개시된 바와 같은 제제이다. 따라서, 일부 실시예에서, 겔화 유도제는 본 발명의 제1 양태에 대해 개시된 바와 같은 무기 염, 특히 알칼리 토금속 염, 특히 알칼리 토금속 할로겐화물, 알칼리 토금속 슈도할라이드, 알칼리 토금속 카르복실레이트 또는 알칼리 토금속 질산염이다.
제4 양태에서, 본 발명은 오일 코어를 봉입하는 매트릭스 쉘을 갖는 캡슐을 생성하기 위한 디바이스를 포함하며, 디바이스는 다음을 포함한다:
a.
오일상 중 수성 분산상의 코어 형성 에멀젼을 공급하기 위한 제1 입구(2)- 수성 분산상은 물 및 용해된 겔화 유도제를 포함하고, 에멀젼은 제1 계면활성제를 더 포함하고, 제1 입구(2)는 제1 챔버(4)로 개방됨 -
b.
제2 수용액을 공급하는 제2 입구(3)- 제2 수용액은 물과 제2 계면활성제를 포함하고, 제2 입구(3)는 제2 챔버(5)로 개방됨 -;
c.
제2 챔버(5)로부터 분산액 또는 미세액적을 수집하기 위한 분산액 출구(6);
d.
하나 이상의 채널(10), 바람직하게는 마이크로 채널- 하나 이상의 채널(10)은 제1 챔버(4)를 상기 제2 챔버(5)와 유체 연결함 -;
e.
바람직하게는 분산액 출구(6)에 유체 연결되는 겔화 용기(105)- 겔화 용기는 수성 쉘 형성 용액을 포함하고, 수성 쉘 형성 용액은 물 및 수용성 매트릭스 형성제를 포함함 -.
본 발명의 제4 양태의 디바이스는 또한 본 발명의 제1 양태에 대해 설명된 디바이스, 즉, 본 발명의 제1 양태에 따른 방법에 사용될 수 있는 디바이스에 대한 실시예를 포함할 수 있는 것으로 이해된다.
일부 실시예에서, 디바이스는 오일상 중 수성 분산상의 코어 형성 에멀젼의 혼합을 위한, 바람직하게는 교반기를 포함하는 혼합 용기를 포함할 수 있고, 수성 분산상은 물 및 용해된 겔화 유도제를 포함하고, 에멀젼은 제1 계면활성제를 더 포함한다. 혼합 용기는 디바이스의 제1 챔버로 진입하는 제1 입구 개구에 유체 연결될 수 있다. 바람직하게는, 혼합 용기는 적어도 오일상 및 선택적으로 이미 오일상에 수성 분산상의 코어 형성 에멀젼을 포함한다.
제5 양태에서, 전체적인 목적 기술적 문제는 본 발명의 제1 양태의 방법의 임의의 실시예에 의해 생성된 캡슐에 의해 해결된다.
제6 양태에서, 일반적인 목적은 오일 코어를 봉입하는 매트릭스 쉘을 갖는 캡슐을 생성하는 방법에 의해 달성되며, 이 방법은 다음 단계를 포함한다:
a.
오일상 중 수성 분산상의 코어 형성 에멀젼을 제1 챔버에 제공하는 단계- 수성 분산상은 물 및 용해된 매트릭스 형성제를 포함하고, 에멀젼은 제1 계면활성제를 더 포함함 -;
b.
제2 수용액을 제2 챔버에 제공하는 단계- 수용액은 물 및 제2 계면활성제를 포함함 -.
제1 챔버 및 제2 챔버는 하나 이상의 채널, 바람직하게는 마이크로 채널에 의해 유체 연결된다. 이 방법은 다음 단계를 더 포함한다:
c.
단계 a의 코어 형성 에멀젼을 제1 챔버로부터 하나 이상의 채널을 통해 제2 챔버로 안내하여 단계 b의 제2 수용액 중 단계 a의 코어 형성 에멀젼의 분산액을 형성하는 단계;
d.
단계 c에서 형성된 분산액을 수성 쉘 형성 용액과 혼합하는 단계- 수성 쉘 형성 용액은 물 및 수용성 겔화 유도제를 포함함 -.
겔화 유도제와 매트릭스 형성제는 서로 화학 반응을 일으켜 비수용성 매트릭스 쉘을 형성할 수 있도록 구성된다. 이 방법은 다음 단계를 더 포함한다:
e.
단계 c에서 형성된 분산액에서 겔화 유도제 및 매트릭스 형성제를 반응시켜 오일 코어를 봉입하는 비수용성 매트릭스 쉘의 캡슐을 형성하는 단계.
본 발명의 제6 양태에 따른 방법은 또한 본 발명의 제1 양태에 대해 설명된 실시예를 포함할 수 있는 것으로 이해된다.
본 출원에 설명된 발명은 첨부된 청구범위에 설명된 본 발명을 제한하는 것으로 고려되어서는 안 되는 첨부 도면 및 하기에서 본 출원에 제공된 상세한 설명으로부터 더욱 완전히 이해될 것이다. 도면은 다음을 도시한다:
도 1은 본 발명에 따른 방법의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제2 수용액에서 코어 형성 에멀젼의 분산액을 생성하기 위한 디바이스의 개략도이다.
도 3은 도 2에 도시된 디바이스의 단면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 디바이스의 분해 부분 절결도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 디바이스(1')의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 멤브레인의 제2 측면의 개략적인 확대도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 디바이스의 부분 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 디바이스의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 방법에서 사용될 수 있는 다른 디바이스를 도시한다.
도 10은 본 발명에 따른 방법에 의해 생성된 캡슐의 현미경 이미지를 도시한다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 캡슐 어셈블리의 크기 분포를 도시한다.
도 12는 고체 전분 입자가 수성 쉘 형성 용액에 첨가된 캡슐과 이러한 입자가 없는 캡슐의 기계적 특성의 비교를 도시한다.
도 13은 펙틴이 수성 쉘 형성 용액에 첨가된 캡슐과 이러한 첨가가 없는 캡슐의 기계적 특성의 비교를 도시한다.
도 1은 본 발명에 따른 방법의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제2 수용액에서 코어 형성 에멀젼의 분산액을 생성하기 위한 디바이스의 개략도이다.
도 3은 도 2에 도시된 디바이스의 단면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 디바이스의 분해 부분 절결도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 디바이스(1')의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 멤브레인의 제2 측면의 개략적인 확대도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 디바이스의 부분 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 디바이스의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 방법에서 사용될 수 있는 다른 디바이스를 도시한다.
도 10은 본 발명에 따른 방법에 의해 생성된 캡슐의 현미경 이미지를 도시한다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 캡슐 어셈블리의 크기 분포를 도시한다.
도 12는 고체 전분 입자가 수성 쉘 형성 용액에 첨가된 캡슐과 이러한 입자가 없는 캡슐의 기계적 특성의 비교를 도시한다.
도 13은 펙틴이 수성 쉘 형성 용액에 첨가된 캡슐과 이러한 첨가가 없는 캡슐의 기계적 특성의 비교를 도시한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 방법을 개략적으로 예시한다. 제1 단계에서, 겔화 유도제 및 물을 포함하는 용액(101)을 오일상(102)과 혼합함으로써 코어 형성 에멀젼이 생성된다(도 1의 a)). 이는 예를 들어 교반기(103)로 수행될 수 있다. 도 1의 a)는 또한 에멀젼 내의 용액(101)의 액적의 확대도를 도시한다. 액적의 직선은 물과 그 안에 용해된 겔화 유도제, 예를 들어 무기 염 A+B-을 포함하는 액적을 나타낸다. 따라서, 도 1의 a)에 도시된 모든 액적은 겔화 유도제의 수용액이다. 그 다음, 오일상(102) 중의 겔화 유도제의 수용액(101)의 형성된 에멀젼이 적절한 디바이스의 제1 챔버(4)에 제공된다(도 1의 b)). 디바이스의 제2 챔버(5)는 물 및 제1 계면활성제를 포함하는 제2 수용액(104)을 포함한다. 알 수 있는 바와 같이, 제1 챔버(4) 및 제2 챔버(5)는 다수의 채널(10)에 의해 유체 연결된다. 도시된 실시예에서, 제1 챔버와 제2 챔버는 제1 측면(8)이 제1 챔버를 향하고 제2 측면(9)이 제2 챔버를 향하는 멤브레인(7)에 의해 분리된다. 채널(10)은 제1 측면(8)으로부터 제2 측면(9)을 향해 연장된다. 일반적으로, 제1 챔버 4에서 코어 형성 에멀젼에 적절한 압력이 인가된다. 그 후, 제1 챔버(4)의 에멀젼은 채널(10)을 통해 안내된다. 에멀젼은 일반적으로 주요 성분으로서 오일상(102)을 포함하기 때문에, 에멀젼이 제2 챔버(5)로 개방되는 채널 출구에 도달함에 따라 단계 유화가 발생하여 코어 형성 에멀젼의 분산액, 즉, 제2 수성상(104) 내의 단분산 액적(103)을 형성한다. 액적의 크기는 명확성을 위해 과장된 것임을 유의해야 한다. 더욱이, 액적(103 및/또는 106)에 대한 액적(101)의 상대적 크기는 실제와 유사하지 않다. 제2 챔버(5) 내의 각각의 단분산 액적(103)은 이제 액적의 확대도에 예시된 바와 같이 오일상(102) 중에 분산되는 하나 이상의 액적(101)을 포함한다. 따라서, 제2 챔버(5)에서의 분산액은 "수중유중수 에멀젼(W/O/W 에멀젼)"으로 고려될 수 있다. 그 다음, 이 분산액은 물과 수용성의 용해된 매트릭스 형성제를 포함하는 수성 쉘 형성 용액(108)과 혼합된다. 수성 쉘 형성 용액(108)은 교반기(107)가 장착된 겔화 용기(105)에 수용된다. 코어 형성 에멀젼의 분산액, 즉, 제2 수성상(104) 내의 단분산 액적(103)이 수성 쉘 형성 용액(108)과 혼합될 때, 액적(103) 내의 겔화 유도제는 액적 표면을 향해 확산된 다음 매트릭스 형성제와 계면에서 화학적으로 반응하여 비수용성 매트릭스 쉘을 형성하고, 비수용성 매트릭스 쉘은 각각의 액적 주위에서 완전히 성장하여 오일 코어를 봉입하는 비수용성 매트릭스 쉘의 캡슐(106)을 형성한다.
도 2는 본 발명에 따른 방법, 특히 제2 수용액에서 코어 형성 에멀젼의 분산액을 생성하기 위해 사용될 수 있는 디바이스(1)를 도시한다. 디바이스(1)는 유리로 형성된 컨테이너(19) 및 금속으로 형성된 베이스(14)를 포함한다. 베이스(14)는 코어 형성 에멀젼을 공급하기 위한 제1 입구(도시되지 않음, 도 2 참조)를 포함하고, 이는 제1 챔버로 개방된다. 제1 챔버는 베이스(14) 및 멤브레인(7)에 의해 부분적으로 형성될 수 있다(도 3 참조). 컨테이너(19)는 제2 챔버로 개방되는, 제2 수용액(104)을 공급하기 위한 제2 입구(3) 및 제2 챔버 내에서 생성된 분산액을 수집하기 위한 분산액 출구(6)를 포함한다. 제2 챔버는 컨테이너(19)와 멤브레인(7)으로 형성된다(도 3 참조). 디바이스(1)는 베이스(14)에 고정식으로 연결된 멤브레인 보유 구조(20)를 더 포함한다. 더욱이, 디바이스는 클램핑 수단(18)을 통해 멤브레인 보유 구조(20)에 고정식으로 연결된 컨테이너 보유 구조(21)를 함유한다. 그 결과, 컨테이너(19)는 베이스(14)에 고정식으로 연결된다.
도 3은 도 2의 디바이스(1)의 단면도를 나타낸다. 디바이스(1)는 코어 형성 에멀젼을 공급하기 위한 제1 입구(2)를 갖는 베이스(14)를 포함한다. 입구(2)는 베이스(14)에 의해 부분적으로 형성된 제1 챔버(4)로 개방된다. 디바이스(1)는 제2 수용액(104)을 공급하기 위한 제2 입구(3) 및 제2 수용액에서 코어 형성 에멀젼의 분산액을 수집하기 위한 분산액 출구(6)를 갖는 컨테이너(19)를 더 함유한다. 제2 입구(3)는 컨테이너(19)에 의해 부분적으로 형성된 제2 챔버(5)로 개방된다. 제1 챔버와 제2 챔버는 멤브레인(7)에 의해 분리된다. 도 2에서 쉽게 알 수 있는 바와 같이, 제1 챔버는 중심 종방향 축(15)을 따라 대응하는 단면 평면에 대해 둥근 단면을 가지며 멤브레인(7)에 수직이다. 도시된 특정 실시예에서, 제1 챔버(4)는 반원형 단면을 갖고 따라서 반구의 형상을 가질 수 있다. 제1 입구(2)는 반구의 극(13)의 구역에 배열된다. 제2 챔버(5)는 분산액 출구(6)를 향해 테이퍼지고, 이는 디바이스의 종방향을 따라 연장되는 종방향 축(15) 상에 배열되고, 제1 및 제2 챔버의 중심과 교차하고, 멤브레인(7)에 수직이며 멤브레인의 중심과 교차한다. 알 수 있는 바와 같이, 종방향 축(15)은 디바이스의 종방향 중심축을 구성한다. 도시된 실시예에서, 제2 챔버는 분산액 출구(6)를 향한 아치형 형상이다. 따라서, 제2 챔버(6)는 U-형상 단면을 갖는다. 제1 입구(2)는 중심축(15) 및 멤브레인의 채널에 대해 본질적으로 90°의 각도 α로 배열되며, 멤브레인의 채널은 일반적으로, 축(15)에 평행하다. 디바이스(1)는 멤브레인 홀더(20) 및 컨테이너 홀더(21)를 포함하고, 이들은 해제 가능한 클램핑 수단(18)을 통해 서로 고정식으로 연결된다. 멤브레인(7)은 멤브레인 홀더(7)와 베이스(14) 사이에 멤브레인을 클램핑함으로써 멤브레인 홀더(20)에 장착된다. 멤브레인 홀더(20)는 클램핑 수단(18)을 통해 베이스(14)에 고정식으로 연결된다. 멤브레인 홀더(20)와 컨테이너 홀더(21) 사이에 유리 컨테이너(19)를 안전하게 고정하기 위해, 특정한 경우 폼 패드인 패드(23)가 컨테이너(19)와 컨테이너 홀더(21) 사이에 배열될 수 있다. 멤브레인 홀더(20)는 컨테이너(19)를 수용하기 위한 홈(22)을 포함한다.
도 4는 도 2의 부분적으로 절단된 디바이스(1)의 분해도를 나타낸다. 알 수 있는 바와 같이, 제1 챔버는 베이스(14)에 의해 부분적으로 형성되고 반구의 형상을 갖는다. 중심축(15)에 대해 본질적으로 90°의 각도로 배열되는 제1 입구(2)는 반구의 극에 배열된다. 베이스(14)는 두께가 다른 다양한 멤브레인의 사용을 가능하게 하는 스페이서 링(16)을 포함하고, 멤브레인 홀더(20)는 밀봉 링(17)을 포함한다. 멤브레인(7)은 링들(16, 17) 사이에 배열된다. 조절 가능한 클램핑 수단(18)을 갖는 디바이스(1)의 설계는 다양한 두께의 멤브레인을 사용할 수 있게 한다. 멤브레인 홀더(20)는 컨테이너(19)의 하단을 수용하기 위한 원주형 홈(22)을 더 포함한다. 클램핑 수단(18)은 멤브레인 홀더(20)를 컨테이너 홀더(21)와 고정 및 해제 가능하게 연결한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 사용될 수 있는 디바이스(1)의 개략도를 도시한다. 제2 챔버(5)는 컨테이너(19) 및 제1 챔버(4)를 제2 챔버(5)로부터 분리하는 멤브레인(7)에 의해 형성된다. 컨테이너(19)는 분산액 출구(6)를 포함하고, 이는 생성물 용기(29) 및 폐기물 용기(30)와 유체 연결되어 있다. 일반적으로, 유체 유동은 3방향 밸브와 같은 밸브에 의해 제어될 수 있다. 디바이스(1)는 제1 입구(2)를 통해 제1 챔버(4)에 코어 형성 에멀젼을 제공하기 위한 저장소의 역할만할 수 있거나, 또한, 코어 형성 에멀젼을 제조하기 위한 혼합 용기의 역할을 할 수 있는 제1 챔버(4)와 유체 연통하는 제1 저장소(24)를 더 포함한다. 코어 형성 에멀젼의 유체 유동을 측정하기 위한 유량계가 제1 저장소(24)와 제1 입구(2) 사이에 배열된다. 제1 저장소(24)는 압력원(32)과 유체 연결되어 있다. 더욱이, 압력 조절기(27a)는 제1 저장소(24)와 압력원(32) 사이에 배열된다. 제1 저장소(24)에 더하여, 디바이스(1)는 헹굼 저장소(31)를 포함하고, 이는 또한 제1 챔버(4) 및 압력원(32) 둘 모두와 유체 연통한다. 헹굼 저장소(31)는 그 의도된 사용 후에 디바이스(1)를 세정하기 위해 헹굼액을 제1 챔버(4)로 제공하도록 구성된다. 일반적으로, 제1 챔버(4)에 헹굼액을 제공하는 경우, 생성물 용기(29)와 폐기물 용기(30) 및 분산액 출구(6) 사이에 배열된 3방향 밸브는 헹굼액이 폐기물 용기(30)로 유동할 수 있도록 구성된다. 생성물 용기(29)는 예를 들어 직접적으로 겔화 용기로서의 역할을 할 수 있다. 대안적으로, 이는 형성된 분산액이 수성 쉘 형성 용액과 혼합되기 전에 중간 저장 용기 역할을 할 수 있다. 디바이스(1)는 분산상의 생성 동안 제1 및 제2 챔버를 가열하도록 구성된 가열기(33)를 더 포함한다. 더욱이, 제2 챔버(5)는 제2 수용액을 제2 챔버(5)에 공급하기 위해 제2 저장소(25)와 유체 연통한다. 유동 제한기(26) 및 유량계(28)는 제2 챔버(5)와 제2 저장소(25) 사이에 배열된다. 도시된 실시예에서, 유동 제한기(26)는 유동 방향으로 유량계(28) 후방에 배열된다. 제2 저장소(25)는 추가로 압력원(32)과 유체 연결되어 있다. 추가로, 제2 압력 조절기(27b)는 제2 저장소(25)와 압력 조절기(27a) 사이에 배열된다.
도 6은 제2 수용액에서 코어 형성 에멀젼의 분산액을 생성하기 위한 단층 멤브레인(7)을 도시하며, 이는 본 출원에 개시된 실시예 중 임의의 것에 설명된 바와 같은 방법 및/또는 디바이스에서 사용될 수 있다. 멤브레인(7)은 제1 측면(8)(도시되지 않음) 및 제2 측면(9)을 가지며, 이는 작동 상태에서 제2 챔버와 마주한다. 다수의 마이크로 채널(10)은 멤브레인(7)을 통해 연장된다. 각각의 채널(10)은 타원형 윤곽을 갖는다. 또한, 멤브레인(7)은 멤브레인의 주연부를 원주방향으로 완전히 둘러싸는 멤브레인 밀봉 링(44)을 포함한다.
도 7은 본 발명의 실시예에서 사용될 수 있는 디바이스의 부분 단면도를 도시한다. 디바이스(1)는 둥근 단면을 갖는 제1 챔버(4)로 개방되는 코어 형성 에멀젼을 공급하기 위한 제1 입구(2)를 갖는다. 도시된 실시예에서, 제1 챔버(4)는 대응하는 가상의 전체 구의 반경보다 더 작은 돔의 베이스에서의 반경을 갖는 구형 돔의 형상을 갖는다. 제2 챔버(5)는 컨테이너(19)에 의해 적어도 부분적으로 정의된다. 디바이스는 생성된 코어 형성 에멀젼의 분산액을 제2 수용액에 수집하기 위한 분산액 출구(6)를 더 포함한다. 대응 멤브레인은 더 나은 시각화를 위해 도시되지 않는다. 제2 챔버(5)를 향한 제2 입구 개구는 도시된 실시예에서 중심 종방향 축(15) 주위에 원주방향으로 배열된 공급 채널(34) 및/또는 멤브레인의 제1 및 제2 측면에 수직하고 멤브레인의 중심과 교차하는 축을 포함한다. 공급 채널(34)은 제2 챔버(5)로의 복수의 개구(35)를 포함한다. 개구(35)는 공급 채널의 둘레를 따라 균일하게 분포되고 분산액 출구(7) 방향으로 배열된다. 도시된 실시예에서, 공급 채널(34)은 제2 챔버(5)의 바닥, 즉, 멤브레인 및 컨테이너(19)의 에지에 배열되는 링형 구조를 형성한다. 도시된 실시예에서, 공급 채널은 각진 단면을 갖는다. 대안적으로, 공급 채널은 둥근, 특히 원형 단면을 가질 수 있다.
도 8은 도 7에 도시된 디바이스의 다른 실시예의 단면도를 도시한다. 디바이스(1)는 둥근 단면을 갖는 제1 챔버(4)로 개방되는 코어 형성 에멀젼을 공급하기 위한 제1 입구(2)를 갖는다. 도시된 실시예에서, 제1 챔버(4)는 구형 돔의 형상을 갖는다. 멤브레인(7)은 제1 챔버(4)를 제2 챔버(5)로부터 분리한다. 도 2에 도시된 실시예와 대조적으로, 멤브레인은 디바이스(1)의 중심 종방향 축(15)에 대해 경사져 있다. 중심 종방향 축과 멤브레인의 제2 측면 사이의 중심 종방향 축을 따른 단면도에서 예각 β는 45° 내지 89°, 바람직하게는 70° 내지 88°, 더욱 바람직하게는 78° 내지 87°이다. 디바이스(1)는 추가로 가스 출구(36)를 포함한다. 가스 출구 및 멤브레인은 제1 챔버 내의 가스가 코어 형성 에멀젼을 제1 챔버에 공급하는 동안, 특히 제1 충전 중에 가스 출구를 향해 지향되고 가스 출구(36)를 통해 제1 챔버(4)로부터 제거되도록 배열된다. 알 수 있는 바와 같이, 가스 출구(36)는 제1 챔버(4)의 상단 에지에 배열되고, 이는 멤브레인(7)과 챔버 벽에 의해 형성되며, 챔버 벽은 베이스(14)의 일부이다. 코어 형성 에멀젼으로 제1 챔버(4)를 초기 충전하기 전에, 가스, 특히 공기가 제1 챔버에 존재한다. 코어 형성 에멀젼으로 제1 챔버(4)를 충전할 때, 공기는 가스 출구(36) 외부로 밀려난다. 멤브레인(7)과 가스 출구(36)의 배열로 인해, 본질적으로 모든 가스가 제1 챔버(4)로부터 제거될 수 있다. 잔여 가스, 특히 가스 기포는 압력 분포에 악영향을 미치므로, 크기 및 입자 분포가 보다 균일해진다.
도 9는 본 발명에 따른 방법에 사용될 수 있는 다른 디바이스의 단면도를 나타낸다(도 1의 b) 참조). 디바이스는 마이크로 채널(10)을 통해 제2 챔버(5)와 유체 연결되는 제1 챔버(4)를 포함한다. 따라서, 제1 챔버에는 오일상 중 수성 분산상의 코어 형성 에멀젼이 제공될 수 있으며, 수성 분산상은 물 및 용해된 겔화 유도제를 포함하고, 에멀젼은 제1 계면활성제를 더 포함한다. 그 다음, 이 에멀젼은 마이크로 채널(10)을 통해 제1 챔버로부터 제2 수용액을 함유하는 제2 챔버(5)로 안내되고, 수용액은 물과 제2 계면활성제를 포함한다. 거기에서, 에멀젼은 그 후 수성 쉘 형성 용액을 함유하는 겔화 용기(도시되지 않음)로 이송된다.
도 10a는 평균 코어 직경이 270μm인 균일한 크기 분포를 갖는 본 발명에 따른 방법에 의해 생성된 캡슐의 현미경 이미지를 도시한다. 도 10b는 평균 코어 직경이 550μm인 균일한 크기 분포를 갖는 본 발명에 따른 방법에 의해 생성된 캡슐의 현미경 이미지를 도시한다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 MCT 오일 코어를 갖는 알기네이트 캡슐 어셈블리의 크기 분포를 도시한다. 좌측의 크기 분포는 캡슐에 걸친 쉘 두께의 분포를 도시한다. 어셈블리 캡슐의 평균 쉘 두께는 94μm이다. 중앙 그래프는 265μm의 각각의 캡슐 오일 코어의 평균 직경과 2.4%의 변동 계수를 도시한다. 우측 그래프는 어셈블리 캡슐의 총 크기 분포, 즉, 쉘 두께와 오일 코어 직경의 두 배를 도시한다. 캡슐의 평균 입자 크기는 453μm이고 변동 계수는 3.9%이다.
도 12는 (a) 본질적으로 칼슘 알기네이트로 구성된 쉘을 제공하는 단지 1 중량% Na-알기네이트를 포함하는 단계 d에서의 수성 쉘 형성 용액을 사용하여 제조된 캡슐의 측정된 탄력성(◆), 유지력(●) 및 피크 힘(▲); (b) 입자 크기가 15μm 이하인 1 중량% Na-알기네이트 및 5 중량% 옥수수 전분 고체 입자를 포함하는 단계 d에서의 수성 쉘 형성 용액을 사용하여 제조된 캡슐; (c) 입자 크기가 15μm 이하인 1 중량% Na-알기네이트 및 5 중량% 옥수수 전분 고체 입자를 포함하는 단계 d에서의 수성 쉘 형성 용액을 사용하여 제조된 캡슐- 캡슐의 템퍼링은 75℃에서 수행됨 -; (d) 28일 후의 (c)에 따른 캡슐을 도시한다. 알 수 있는 바와 같이, 전분과 같은 추가 바이오폴리머를 사용하면 쉘 형성제로서 알기네이트만을 사용하는 것에 비교하여 상당한 증가를 제공한다((a) 및 (b) 비교). 더욱이, 캡슐을 가열하면 사용된 전분이 자체적으로 보다 뚜렷한 네트워크를 생성하기 때문에 추가적인 기계적 강도를 제공한다((a)/(b) 및 (c) 비교). 또한, 관찰된 효과는 (d)에서 입증되는 바와 같이 시간 경과에 따라 안정적이다.
이러한 파라미터를 측정하기 위해 캡슐은 입자보다 직경이 더 큰 평탄한 기하형상을 갖는 압축 요소를 사용하여, 0.5 mm/s의 일정한 압축 속도(지점 1에서 지점 2까지)로 25% 변형률로 압축된 다음, 0.5 mm/s의 동일한 일정한 후퇴 속도(지점 2에서 지점 3까지)로 시작 위치로 복귀한다. 탄력성(즉, 캡슐의 탄성)은 후퇴 및 압축의 힘 거리 곡선하 면적의 비율이다(2:3 및 1:2). 피크 힘은 25% 변형률에서 최대 힘과 동일하다(지점 2).
보유된 에너지를 측정하기 위해, 캡슐은 0.5 mm/s의 일정한 압축 속도로 입자보다 더 큰 직경을 가진 평탄한 기하형상을 갖는 압축 요소로 25% 변형률로 압축된다. 압축 요소가 > 0.5 mm/s의 속도로 후퇴되기 전에 이 위치를 15초 동안 유지한다. 보유된 에너지, 즉, 유지력은 25% 변형률 압축의 단부와 시작 부분의 힘 사이의 비율이다.
도 13은 (a) 본질적으로 칼슘 알기네이트로 구성된 쉘을 제공하는 단지 1 중량% Na-알기네이트를 포함하는 단계 d에서의 수성 쉘 형성 용액을 사용하여 제조된 캡슐의 측정된 탄력성(◆), 유지력(■) 및 피크 힘(▲); (b) 0.67 중량% Na-알기네이트 및 1.33 중량% 펙틴을 포함하는 단계 d에서의 수성 쉘 형성 용액을 사용하여 제조된 캡슐; (c) 0.67 중량% Na-알기네이트 및 1.33 중량% 펙틴을 포함하는 단계 d에서의 수성 쉘 형성 용액을 사용하여 제조된 캡슐- 캡슐은 수성 키토산 용액(2 중량%)에 10분 내지 30분 동안 침지하여 추가로 키토산으로 코팅됨 -; (d) 0.67 중량% Na-알기네이트 및 1.33 중량% 펙틴을 포함하는 단계 d에서의 수성 쉘 형성 용액을 사용하여 제조된 캡슐- 캡슐은 수성 키토산 용액(2 중량%)에 10분 내지 30분 동안 침지하여 추가로 키토산으로 코팅되고, 캡슐의 템퍼링은 90℃에서 수행됨 -.
다음 표는 본 발명에 따른 방법에서 사용될 수 있는 적절한 레시피를 예시한다:
제2 수성상은 수중 PVA의 1 중량% 용액이다.
Claims (25)
- 오일 코어를 봉입하는 매트릭스 쉘을 갖는 캡슐을 생성하는 방법으로서, 상기 방법은
a. 오일상 중 수성 분산상의 코어 형성 에멀젼을 제1 챔버에 제공하는 단계로서, 상기 수성 분산상은 물 및 겔화 유도제를 포함하고, 상기 에멀젼은 제1 계면활성제를 더 포함하는, 상기 오일상 중 수성 분산상의 코어 형성 에멀젼을 상기 제1 챔버에 제공하는 단계;
b. 제2 챔버에 물 및 제2 계면활성제를 포함하는 제2 수용액을 제공하는 단계를 포함하고,
상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버는 하나 이상의 채널, 바람직하게는 마이크로 채널에 의해 유체 연결되고; 상기 방법은
c. 단계 a의 상기 코어 형성 에멀젼을 상기 제1 챔버로부터 상기 하나 이상의 채널을 통해 상기 제2 챔버로 안내하여 단계 b의 상기 제2 수용액 중 단계 a의 상기 코어 형성 에멀젼의 분산액을 형성하는 단계;
d. 단계 c에서 형성된 상기 분산액을 물 및 수용성 매트릭스 형성제를 포함하는 수성 쉘 형성 용액과 혼합하는 단계를 더 포함하고;
상기 겔화 유도제 및 상기 매트릭스 형성제는 서로 화학 반응을 일으켜 비수용성 매트릭스 쉘을 형성할 수 있도록 구성되고; 상기 방법은
e. 단계 c에서 형성된 상기 분산액에서 상기 겔화 유도제 및 상기 매트릭스 형성제를 반응시켜 오일 코어를 봉입하는 비수용성 매트릭스 쉘의 캡슐을 형성하는 단계를 더 포함하는, 오일 코어를 봉입하는 매트릭스 쉘을 갖는 캡슐을 생성하는 방법. - 제 1 항에 있어서, 단계 a의 상기 오일상은 적어도 하나의 관심 화합물을 추가로 포함하는, 오일 코어를 봉입하는 매트릭스 쉘을 갖는 캡슐을 생성하는 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 단계 a는 상기 겔화 유도제를 물에 용해시켜 용액을 형성하는 하위 단계(a1) 및 형성된 상기 용액을 상기 오일상 및 상기 제1 계면활성제와 혼합하는 하위 단계(a2)를 포함하는, 오일 코어를 봉입하는 매트릭스 쉘을 갖는 캡슐을 생성하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 c 후에, 단계 c에서 형성된 상기 분산액은 단계 d의 상기 수성 쉘 형성 용액을 함유하는 겔화 용기로 전달되는, 오일 코어를 봉입하는 매트릭스 쉘을 갖는 캡슐을 생성하는 방법.
- 제 4 항에 있어서, 상기 겔화 용기 내에서 단계 b의 상기 수용액 및 상기 수성 쉘 형성 용액 중의 단계 a의 상기 코어 형성 에멀젼의 전달된 상기 분산액을 교반하는 단계를 더 포함하는, 오일 코어를 봉입하는 매트릭스 쉘을 갖는 캡슐을 생성하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 계면활성제는 Span 80 또는 Span 85와 같은 Span 유도체 또는 폴리글리세롤 폴리리시놀리에이트(PGPR)와 같은 비이온성 계면활성제인, 오일 코어를 봉입하는 매트릭스 쉘을 갖는 캡슐을 생성하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 계면활성제는 폴리비닐알콜(PVA), 폴리소르베이트, 예컨대 트윈 20 또는 트윈 80, 사포닌, 사포게닌, 즉, 퀼라자 추출물, 아라비아 고무, 베타 락토글로불린, 소듐 도데실 설페이트, 대두 레시틴, 소듐 카에시네이트, 감자 단백질 단리물, 유청 단백질 단리물, 전분 옥테닐 숙시네이트로부터, 바람직하게는 폴리비닐알콜, 트윈 20 또는 트윈 80과 같은 폴리소르베이트, 베타 락토글로불린 및 전분 옥테닐 숙시네이트로부터 선택되는, 오일 코어를 봉입하는 매트릭스 쉘을 갖는 캡슐을 생성하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 매트릭스 형성제는 다당류 또는 그의 염인, 오일 코어를 봉입하는 매트릭스 쉘을 갖는 캡슐을 생성하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 겔화 유도제는 무기 염, 특히 알칼리 토금속 염, 특히 알칼리 토금속 할로겐화물, 알칼리 토금속 슈도할라이드, 알칼리 토금속 카르복실레이트 또는 알칼리 토금속 질산염, 또는 알칼리 금속 할로겐화물, 알칼리 금속 슈도할라이드, 알칼리 금속 카르복실레이트 또는 알칼리 금속 질산염인, 오일 코어를 봉입하는 매트릭스 쉘을 갖는 캡슐을 생성하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 알콜 또는 당과 같은 삼투압 조절제가 단계 d 이전에 상기 수성 쉘 형성 용액에 첨가되는, 오일 코어를 봉입하는 매트릭스 쉘을 갖는 캡슐을 생성하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 1.01bar 내지 1.15bar, 바람직하게는 1.03bar 내지 1.07bar의 압력이 상기 제1 챔버에 인가되고 및/또는 1.02bar 내지 1.2bar, 바람직하게는 1.05bar 내지 1.1bar의 압력이 상기 제2 챔버에 인가되는, 오일 코어를 봉입하는 매트릭스 쉘을 갖는 캡슐을 생성하는 방법.
- 제 11 항에 있어서, 상기 제1 챔버에 인가되는 압력은 상기 제2 챔버에 인가되는 압력보다 더 작은, 오일 코어를 봉입하는 매트릭스 쉘을 갖는 캡슐을 생성하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단계 d의 혼합은 10rpm 내지 800rpm, 바람직하게는 50rpm 내지 700rpm으로 교반하는 교반기로 수행되는, 오일 코어를 봉입하는 매트릭스 쉘을 갖는 캡슐을 생성하는 방법.
- 제 13 항에 있어서, 상기 단계 d 이전에 상기 수성 쉘 형성 용액은 교반기로 500rpm 내지 800rpm으로 교반되고, 단계 d 동안 50 rpm 내지 150 rpm, 바람직하게는 100 내지 120 rpm으로 교반되는, 오일 코어를 봉입하는 매트릭스 쉘을 갖는 캡슐을 생성하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 e는 5분 내지 25분 동안, 바람직하게는 8분 내지 12분 동안 또는 15분 내지 20분 동안 수행되는, 오일 코어를 봉입하는 매트릭스 쉘을 갖는 캡슐을 생성하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 e 후에, 상기 캡슐은 침지 코팅에 의해 추가 층으로 코팅되는, 오일 코어를 봉입하는 매트릭스 쉘을 갖는 캡슐을 생성하는 방법.
- 제 16 항에 있어서, 상기 캡슐은 2개 이상의 추가 층으로 코팅되는, 오일 코어를 봉입하는 매트릭스 쉘을 갖는 캡슐을 생성하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 e 후에, 형성된 캡슐은 단리, 경화 및/또는 보존되는, 오일 코어를 봉입하는 매트릭스 쉘을 갖는 캡슐을 생성하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 따라 생성된 복수의 캡슐을 포함하는 캡슐, 특히 마이크로캡슐의 어셈블리.
- 제 19 항에 있어서, 상기 캡슐은 10% 이하의 변동 계수를 갖는 동일한 크기 분포를 갖는, 캡슐의 어셈블리.
- 미세액적의 분산액으로서, 상기 분산액은 수성 연속상 및 분산상의 미세액적을 포함하고;
상기 분산상의 각각의 미세액적은 오일상 중 수성 분산상의 마이크로-에멀젼이고, 상기 수성 분산상은 물 및 용해된 겔화 유도제를 포함하고, 각각의 미세액적은 제1 계면활성제를 더 포함하고;
상기 미세액적의 분산액은 제2 계면활성제를 더 포함하는, 분산액. - 제 21 항에 있어서, 상기 오일상이 적어도 하나의 관심 화합물을 포함하는, 분산액.
- 제 21 항 또는 제 22 항에 있어서, 상기 제1 계면활성제는 Span 80 또는 Span 85와 같은 Span 유도체 또는 폴리글리세롤 폴리리시놀리에이트(PGPR)와 같은 비이온성 계면활성제이고 및/또는 상기 제2 계면활성제는 폴리비닐알콜(PVA), 폴리소르베이트, 예컨대 트윈 20 또는 트윈 80, 사포닌, 사포게닌, 즉, 퀼라자 추출물, 아라비아 고무, 베타 락토글로불린, 소듐 도데실 설페이트, 대두 레시틴, 소듐 카에시네이트, 감자 단백질 단리물, 유청 단백질 단리물, 전분 옥테닐 숙시네이트로부터, 바람직하게는 폴리비닐알콜, 트윈 20 또는 트윈 80과 같은 폴리소르베이트, 베타 락토글로불린 및 전분 옥테닐 숙시네이트로부터 선택되는, 분산액.
- 제 21 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 겔화 유도제가 무기 염, 특히 알칼리 토금속 염, 특히 알칼리 토금속 할로겐화물, 알칼리 토금속 슈도할라이드, 알칼리 토금속 카르복실레이트 또는 알칼리 토금속 질산염인, 분산액.
- 오일 코어를 봉입하는 매트릭스 쉘을 갖는 캡슐을 생성하기 위한 디바이스로서, 상기 디바이스는
a. 오일상 중 수성 분산상의 코어 형성 에멀젼을 공급하기 위한 제1 입구(2)로서, 상기 수성 분산상은 물 및 용해된 겔화 유도제를 포함하고, 상기 에멀젼은 제1 계면활성제를 더 포함하고, 상기 제1 입구(2)는 제1 챔버(4) 내로 개방되는, 상기 제1 입구(2);
b. 제2 수용액을 공급하기 위한 제2 입구(3)로서, 상기 제2 수용액은 물과 제2 계면활성제를 포함하고, 상기 제2 입구(3)는 제2 챔버(5) 내로 개방되는, 상기 제2 입구;
c. 상기 제2 챔버(5)로부터 분산액 또는 미세액적을 수집하기 위한 분산액 출구(6);
d. 하나 이상의 채널(10), 바람직하게는 마이크로 채널로서, 상기 제1 챔버(4)를 상기 제2 챔버(5)와 유체 연결하는, 상기 하나 이상의 채널(10);
e. 바람직하게는 상기 분산액 출구(6)에 유체 연결되는, 겔화 용기(105)로서, 상기 겔화 용기는 수성 쉘 형성 용액을 포함하고, 상기 수성 쉘 형성 용액은 물 및 수용성 매트릭스 형성제를 포함하는, 상기 겔화 용기를 포함하는, 오일 코어를 봉입하는 매트릭스 쉘을 갖는 캡슐을 생성하기 위한 디바이스.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination |