国立产业技术综合研究所［会长：中钵良二］（以下简称“AIST”）功能化学研究部[研究部主任Dai Kitamoto]界面材料组首席研究员Maki Ogiso、研究员Takehiro Ding及其同事开发出一种新药，可响应水释放药物有机纳米胶囊
这种纳米胶囊（直径100-150纳米）是氨基酸衍生物和酒精中的锌化合物。通过在制造时简单地混合药物等内容物，可以在封装的同时将它们封装。如果能与酒精混合，无论是亲水性还是疏水性都可以进行封装。纳米胶囊在干燥条件和有机溶剂中是稳定的，但在水性溶剂中，它们会响应水的刺激而改变结构并释放其内容物。它有望成为一种水响应胶囊，当被汗水、雨水、海水等弄湿时，它会释放其内容物。
该研究成果详细发表于2016年10月日本石油化学会会刊（日本时间）油科学杂志
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| 封装与释放示意图。纳米胶囊是通过将三种原材料混合在有机溶剂中形成的，并在重新分散在水性溶剂中时释放其内容物。 |
人们对在潮湿时发挥其功能的水响应材料的需求很高。例如，众所周知，浸水检测贴纸和婴儿尿布具有彩色墨水，可以在弄湿时通知您。在化妆品领域，当皮肤被汗水或雨水弄湿时，化妆品就会脱落，成分也会变质，因此开发了通过弄湿来强化薄膜的技术。现已开发出通过用海水洗脱防污物质来防止海洋生物附着的船底涂料，据报道，与普通类型相比，可以减少 4% 以上的二氧化碳排放量。
需要进一步改进水响应材料的功能。例如，不与湿气或光发生反应的保护功能，以及允许在所需时间段内释放的缓释功能。胶囊材料有望解决这些问题，但存在几个问题，而且其应用实例也很少。例如，制造尺寸均匀的纳米胶囊需要特殊的工艺，这使得大规模生产变得困难。此外，还存在其他问题，例如亲水性物质的包封率高但疏水性物质的包封率低，以及在干燥条件或有机溶剂中不稳定。
AIST拥有纳米尺寸的棒状空间有机纳米管我们一直在开发材料。到目前为止，我们已经开发了两种主要类型。一方面，大规模生产是可能的，但它不具备响应外界刺激而释放其内容物的能力。另一种具有利用光或pH释放其内容物的功能，但其结构复杂，难以大规模生产。因此，我们开发了一种易于批量生产并且可以响应刺激释放其内容物的有机纳米胶囊材料。
通过简单地在室温下将封装剂（氨基酸衍生物）和锌化合物在酒精等有机溶剂中混合，我们就能够生产出直径为 100 至 150 纳米的均匀尺寸的有机纳米胶囊。每升溶剂可以在几个小时内获得超过 100 克的纳米胶囊。这些纳米胶囊可以通过过滤与溶剂分离并干燥，即使干燥后胶囊结构也保持稳定。通过在生产过程中混合所需的物质，可以在胶囊形成过程中将它们封装起来（图 1）。只要能溶解或分散在有机溶剂中，无论是亲水性还是疏水性都可以进行封装。
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| 图1蓝色颜料亚甲基蓝（左）制造过程中，（中）过滤、洗涤和干燥后的粉末。 （右）粉末的电子显微镜图像。 |
这种纳米胶囊是一种水响应性纳米胶囊，在受到水刺激时会释放其内容物。据推测，锌离子（形成纳米胶囊壁的成分之一）的水合作用改变了胶囊壁的结构并释放内容物。在醇以外的有机溶剂中稳定，即使分散在甲苯或丙酮中一天也不会发生变化。
当封装亚甲基蓝的纳米胶囊干粉分散在中性水溶液中时，证实亚甲基蓝可以在24小时内逐渐释放20%，在72小时内释放略低于40%（图2）。在酸性水溶液中，24小时释放量超过80%，且壁结构发生较大变化促进释放。当分散在乙醇中时，变化比水性溶剂中的变化慢得多，因此即使在3天后，也仅释放了约10%。可以通过使用溶剂等来控制释放。
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图 2（左）绘制亚甲基蓝释放速率与经过时间的关系图。将纳米胶囊分散在各溶剂中，在室温下振荡一定时间，然后过滤除去胶囊。从滤液的吸收光谱计算释放到溶剂中的亚甲基蓝的量。
（右）照片显示分散在中性水溶液中时的颜色变化。去除纳米胶囊后的滤液。 |
如果将含有芳香物质的胶囊添加到化妆品或止汗剂中，当产品被汗水或雨水弄湿时，可能会释放出所需的香味。此外，当将含有自修复物质的胶囊添加到油漆中时，可以预期，当漆膜被划伤且水进入油漆时，目标物质将被释放，漆膜将被修复。
未来，我们计划开发更有效地封装药物等的技术，并向公司提供样品以评估释放特性并开发新应用。
国立产业技术综合研究所
功能科学研究部界面材料组
首席研究员 Maki Ogiso 电子邮件：m-kogiso*aistgojp（发送前请将 * 更改为 @。）