生体材料開発における溶解度パラメータ (SP値・HSP値) の応用ノウハウ最前線

J.H.Hildebrandが正則溶液理論の研究において定義した溶解度パラメータ (Solubility Parameter:δ[J/cm3]1/2) は、物質 (気体・液体・固体) の凝集エネルギー密度の平方根で示される物質固有の物性値であり、SP値として一般に知られています。現在でも、SP値は、物質-物質間の溶解度、ぬれ性、接着性、溶媒中微粒子の分散性の評価に多用されています。C.M.Hansenは、Hildebrand が提案したSP値の凝集エネルギーの項を、それぞれの物質の分子間に働く相互作用エネルギーの種類によって分割し、SP値を、分散力項 (δd) 双極子間力項 (δp) 、水素結合力項 (δh) として表し、Hansen溶解度パラメータ (以下:HSP値) として提案しました。 　現在、HSP値は高分子-溶媒間、高分子-高分子間などの相溶性評価、ナノ粒子の溶媒中での凝集・分散性評価、樹脂の溶媒に対する耐性評価など広く用いられています。また、HSP値は、化学製品の製造工程において、溶質に対する最適溶媒の選択や混合溶媒の最適な組み合わせの選定、さらに、最適混合比などにも有効であることが報告されています。近年、Hansenの研究グループは、分子構造が未知である高分子や微粒子・ナノ粒子表面のHSP値を実験的に求める新しい手法として、Hansen solubility sphere法 (以下Hansen溶解球法) を提案しており、その汎用性の高さから現在多くの研究者から注目されています。 　ここでは、SP値の基礎としてHildebrand (δ) およびHansen (δd,δp,δh) 溶解度パラメータの計算方法およびHSP値を用いた物質-物質間の溶解性、ぬれ性、溶媒中の微粒子の分散性評価の方法についての基礎的な概念の紹介と、分子構造や組成が明らかでない物質のHSP値をHansen球法により求める応用法や、各種材料・分野におけるHansen溶解球およびHSP値利用の最前線から実際の活用手法を解説します。 　本セミナーでは、これまで報告の少ない、天然由来の機能性物質のHansen溶解度パラメータ (HSP) の測定・評価 (天然高分子・高分子ポリフェノール、リモネン、カプサイシン、イソフラボン等) および生体材料表面のHansen溶解度パラメータ (HSP) の測定・評価の最前線について講義します。具体的には、皮膚、爪、眼、毛髪、アミノ酸、タンパク質、花粉、ダニ、ゴキブリの表面のHSPの測定方法について接触角法、浸透速度法、IGC法などを利用したHSP測定法についても解説します。最後に、新しい展開として、生体材料・医薬品・化粧品開発におけるHansen溶解度パラメータ (HSP) の将来展望についても解説します。

• はじめに
  • Hildebrand溶解度パラメータについて (原著より) ”
  • 正則溶液理論から導かれた溶解度パラメータの意味
  • 物性値としての溶解度パラメータの価値
  • 一般的な物質 (気体・液体・固体) の溶解度パラメータの総論
  • HildebrandおよびHansen溶解度パラメータの相互関係

1. 溶解度パラメータ (SP、HSP値) の種々物性からの計算方法
   1. Hansen溶解度パラメータの基礎と考え方
   2. Hansen溶解球の考え方
   3. 表面張力からのδtの計算方法
   4. 屈折率からのδdの計算方法
   5. 誘電率からのδpの計算方法
   6. 溶媒極性パラメータからのδhの計算方法
   7. Hansen溶解度パラメータと物性値 (沸点、融点、比熱、熱伝導度など) の相関
   8. 2成分溶液の溶解度パラメータの計算方法
   9. 多成分溶液の溶解度パラメータの計算方法
   10. HSP値を用いた溶解のための最適混合比の考え方
   11. 4次元型HSP値の定義と応用
2. 溶解度パラメータ (SP値) の分子グループ寄与法 (分子構造) による計算
   1. Fedors の計算方法
   2. K&H法の計算方法
   3. Hoyの計算方法
   4. Stefanis&Panayiotou法 (S&P法)
   5. HSPiPプログラム (相溶性、接触角、浸透性、分散性) への応用
   6. 関西大学JKU-HSPプログラム
3. Hansen球の考え方およびHSP値の3Dグラフの意味
   1. Hansen Solubility Sphere Methodの原理と考え方
   2. 3Dグラフ上での相溶性・溶解性の評価
   3. 3Dグラフ上での多成分系混合溶媒の評価
   4. Hansen溶解球法の応用利用
      (相溶性・溶解度・吸光度・親和性評価)
4. HSP値計算ソフトHSPiPプログラムおよびJKU-HSPプログラム
   1. HSPiPプログラムの紹介
   2. JKU-HSPプログラムの紹介
   3. JKU-HSPプログラムの新しいパラメータの開発状況
   4. JKU-HSPプログラムの推算精度と応用
   5. JKU-HSPプログラムおよびHSPiPプログラムの応用
5. 溶解度パラメータ (HSP値) を用いた微粒子・ナノ粒子の凝集・分散性評価
   1. 微粒子・ナノ粒子表面のHSP値の測定方法
   2. シリカ粒子および表面を改質したシリカ粒子表面HSP値の変化
   3. Hansen溶解度パラメータを用いた樹脂のHSP値測定および透明性評価
   4. 浸透性評価によるナノ粒子表面のHSP値の測定
   5. 接触角法によるフィルム表面のHSP値測定
   6. IGC (逆相クロマトグラフ法) によるHSP値測定
   7. その他の物性値からのHansen溶解球法の測定
6. 炭素材料のHSP値の測定および溶解性評価
   1. 種々の炭素材料のHSP値の測定方法
   2. フラーレン (C60) のHSP値の測定
   3. 石油から分離された種々のアスファルテンのHSP値の測定
   4. 炭素材料のHSP値の評価
7. Hansen溶解球法による天然物および生体材料のHSP値の測定
   1. Hansen球法によるHSP値の測定方法 (固体・液体・気体)
   2. ポリマー、樹脂類のHSP値の測定
   3. 天然資源に含まれる機能性高分子のHSP値の計算
      (イソフラボン、ポリフェノール、イソフラボン、食品)
   4. アミノ酸類・タンパク質のHSP値の測定および評価
   5. 目、皮膚、髪の毛の表面のHSP値の測定と評価
   6. 界面活性剤のHSP値とHansen溶解球 (2球) の考え方と測定例
   7. イオン液体のHSP値のHansen溶解球 (2球) の考え方と測定例
   8. UVフィルター、パヒューム類のHSP値の測定と応用
8. おわりに
   • 溶ける、溶けないを、見極 (予測) する意味
   • Hildebrand溶解度パラメータの応用と限界
   • Hansen溶解度パラメータの幅広い応用と将来展望
   • 将来期待されているHSP値の応用分野 (医学、食品、薬学)
   • 現場における溶解性評価の高度化・迅速化に対するHSP値の価値
   • 溶解に係る新規材料開発のHSP値高度利用の方向性
• 質疑応答