微粒子の均一化処理機構を有する吸入試験装置
【課題】粉砕により均一化した粒径の微細な微粒子を得ることができる粒子粉砕装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る粒子粉砕装置１は、筒状のドラム１１を備えており、ドラム１１内に入れられた粉砕ビーズ５１および重合している微粒子５２を攪拌することにより重合している微粒子５２を微細な微粒子５３に粉砕する粒子粉砕装置であって、ドラム１１は、ドラム１１内に浮遊する微細な微粒子５３をドラム１１の外部へ送り出す送風入口１２および送風出口１３を有している。
【解決手段】本発明に係る粒子粉砕装置１は、筒状のドラム１１を備えており、ドラム１１内に入れられた粉砕ビーズ５１および重合している微粒子５２を攪拌することにより重合している微粒子５２を微細な微粒子５３に粉砕する粒子粉砕装置であって、ドラム１１は、ドラム１１内に浮遊する微細な微粒子５３をドラム１１の外部へ送り出す送風入口１２および送風出口１３を有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被粉砕粒子を微細粒子に粉砕する粒子粉砕装置および粒子粉砕方法、ならびにこの粒子粉砕装置を備えた吸入試験装置に関する。具体的には、筒状容器内で粉砕用粒子とともに攪拌することにより被粉砕粒子を微細粒子に粉砕する粒子粉砕装置および粒子粉砕方法、ならびにこの粒子粉砕装置を備えており被験動物に微細粒子を曝露させる吸入試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、農薬または医薬品として利用される新規化学物質については、その安全性および効果を調査し、生体への影響を評価することが求められている。この安全性等の評価方法としては、新規化学物質をマウス、ラットおよびモルモット等の実験動物に対して呼吸器経由で新規化学物質の微粒子を与え、その生体への影響を評価する方法が実施されている。新規化学物質を実験動物に吸入させて、効率よく試験物質の評価を実施し得る装置がこれまで開発されており、例えば、特許文献１および２に開示されている。
【０００３】
特許文献１に開示されている吸入試験装置では、試験物質が含まれたエアーを実験動物に供給するラインと、呼気の排気ラインとが別々なものとなっている。これにより、実験動物がスムーズに呼吸を行えるようになり、自然呼吸状態における正確なデータの取得が可能になっている。特許文献２に開示されている吸入毒性試験装置では、試験物質のダストまたはミストを吸入曝露チャンバー内の被試験動物に供給しており、さらにチャンバー内の環境を検出、表示している。これにより、試験実施状況を常にリアルタイムで把握できるものとしている。
【０００４】
ところで、近年、工業製品およびドラッグデリバリーシステム等への用途として、ナノサイズの微細微粒子の利用価値が高まってきている。このため、粒子原料を微細微粒子に粉砕し、微粒子を分離する装置の開発がなされている。例えば特許文献３に開示されている粉砕装置では、粉砕媒体からの剪断作用により粒子が粉砕され、遠心力を利用して粒子を分離している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１８７１９２号公報（１９９７年７月２２日公開）
【特許文献２】特開２００７−２３２４５３号公報（２００７年９月１３日公開）
【特許文献３】特開２００７−８３２４１号公報（２００７年４月５日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のように、近年、ナノサイズの微細粒子の利用価値が高まってきていることから、微細微粒子が生体へ与える影響を評価するための手段および装置が求められている。ここで特許文献１および２に開示されている試験装置には、微粒子を粉砕または細分化する機構が備わっていない。そのため、これらの試験装置を利用して、微細微粒子および重合しやすい微粒子の正確な吸入試験をおこなうことは困難である。
【０００７】
なお、微粒子の重合が正確な吸入試験を妨げる理由として、以下の点が挙げられる。
（ｉ）粒子は重合すると表面積が変化し、粒子表面での化学的性質が変化する。
（ｉｉ）曝露される粒子の数が変化する。
（ｉｉｉ）粒子は生体内において粒径依存的な挙動を示す。例えばミリサイズの粒子は鼻から侵入すると、気管通過中にトラップされる。一方、マイクロサイズ、ナノサイズの粒子は肺まで到達する。さらにナノサイズの粒子は肺から全身血液に循環される。
【０００８】
また、粒子を粉砕した後に、得られた微粒子を気相中に散布するためには、微粒子が乾燥した状態でなければならない。気相中または真空中で粒子を粉砕、細分化する従来の乾式法により微粒子を得れば、微粒子はすでに乾燥した状態であるため、直ちに吸入試験に用いることができる。しかしながら従来の乾式法においては、均一化した粒径の微粒子が得られるものの、ナノサイズまで粉砕できないといった問題がある。
【０００９】
スラリー中で粒子を粉砕、細分化する湿式法では、乾式法に比べてより微小な微粒子を得ることができ、粒子をナノサイズまで粉砕できるものの、均一化した粒径の微粒子を得ることが困難であるという問題がある。また、湿式法により微粒子を得た場合には、微粒子を乾燥させるための手間と時間とが必要となる。特許文献３に開示された粉砕装置は、スラリー中の被粉砕粒子を粉砕する湿式法に適した装置である。そのため、この従来の粉砕装置を用いた場合には、上述の通り微粒子を乾燥させるための手間と時間とが必要となる。
【００１０】
仮に特許文献３に開示された粉砕装置を乾式法に適用した場合には、以下の理由から微粒子を細かく分離することが難しい。この粉砕装置は、遠心分離により微粒子をサイズ分離する構造となっている。遠心分離とは、移動相の粘度および密度に依存する沈降速度の差を利用して粒子を分離する方法である。移動相が液体であると、その粘度および密度が大きくなり沈降速度が遅くなる。この場合には、粒子を細かく分離することが可能となる。一方、移動相が空気などの気体であると、その粘度および密度が非常に小さくなり沈降速度が非常に速くなる。この場合には、粒子をサイズごとに細かく分離することが困難となる。このため、遠心分離を利用した上記粉砕装置を乾式に適用すると、微粒子の沈降速度が速くなり、微粒子を細分化して分離することが困難となる。
【００１１】
そこで、本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、粉砕により均一化した微細な微粒子を得ることができる粒子粉砕装置およびこれを備えた吸入試験装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る粒子粉砕装置は、上記課題を解決するために、筒状の容器を備えており、該容器内に入れられた粉砕用粒子および被粉砕粒子を攪拌することにより該被粉砕粒子を微細粒子に粉砕する粒子粉砕装置であって、上記容器は、上記容器内に浮遊する上記微細粒子を上記容器の外部へ送り出す送風手段または上記容器から吸引する吸気手段を有している。
【００１３】
上記構成によれば、筒状の容器内に粉砕用粒子および被粉砕粒子を入れ、被粉砕粒子を粉砕用粒子とともに容器内で攪拌することによって、被粉砕粒子を微細粒子に粉砕することができる。また、送風手段または吸気手段が容器に設けられているため、攪拌を停止した後、送風手段を用いて容器内に送風し、容器の内部に浮遊している微細粒子を容器の外部へ送り出すことができ、これにより粉砕により生じた微細粒子を回収することができ、粉砕により粒径が均一となった微細粒子を得ることができる。または、吸気手段を用いて容器内の気体を吸引することにより、容器内に浮遊している粉砕により生じた微細粒子を回収することができ、粉砕により粒径が均一となった微細粒子を得ることができる。
【００１４】
ここで、容器内への送風または容器内からの吸気により、微細粒子を選択的に回収できることについて説明する。攪拌装置による攪拌を停止すると、粉砕用粒子、粉砕により生じた微細粒子および残存する被粉砕粒子は、容器内で鉛直下方に自由落下する。このときの各粒子における自由落下の速度は、ストークスの法則に従い、粒子の粒径により異なる。すなわち、粒径が大きい粒子ほど落下速度が大きく、早く容器底部に落下し終わる。一方、粒径が小さい粉砕後の微粒子は落下速度が小さく、粒径が大きい粒子が落下し終わった後も、容器内に浮遊し続ける。そこで、粒径が大きい粒子が落下した後に、送風または吸気をおこなうことにより、容器の内部に浮遊し続ける粒径の小さい微粒子を回収することができる。すなわち、粉砕により生じた微細粒子を選択的に得ることができる。
【００１５】
また、本発明に係る粒子粉砕装置において、上記容器は、筒状構造の中心軸を回転軸として上記容器を回転させる回転手段を有していることが好ましい。
【００１６】
上記構成によれば、回転手段を用いて、筒状構造の中心軸を回転軸として容器を回転させることができ、これにより、粉砕用粒子および被粉砕粒子を攪拌することができる。また、回転軸をほぼ水平にして容器を回転させるとことができ、これにより容器に入れられた粉砕用粒子および被粉砕粒子ならびに攪拌により生じた微粒子は容器内壁との摩擦力によって鉛直上方に移動し、その後落下する。したがって、効率的に攪拌をおこなうことができ、さらに、攪拌により生じた微細粒子を容器内部に浮遊させることができる。
【００１７】
また、本発明に係る粒子粉砕装置においては、上記容器の内壁に、上記回転軸と平行に延伸する羽根が設けられていることが好ましい。
【００１８】
上記構成によれば、容器が回転することにより、容器底部に溜まる粉砕用粒子、被粉砕粒子および粉砕により生じた微細粒子が羽根によりすくい上げられ、回転の途中で落下する。これにより、粉砕用粒子および被粉砕粒子を効率よく攪拌することができる。また、粉砕により生じた微細粒子を容器内のより上方から落下させることができるので、微細粒子をより長い時間浮遊させることができ、より微小な微細粒子を回収することができる。
【００１９】
本発明に係る吸入試験装置は、上記課題を解決するために、被験動物に試験物質を吸入曝露させる吸入試験装置において、上述した粒子粉砕装置の何れかと、曝露チャンバーと、上記粒子粉砕装置から回収された上記微細粒子を上記曝露チャンバー内に供給する供給手段とを備えている構成である。
【００２０】
上記構成によれば、本発明に係る粒子粉砕装置により得られた均一な微細粒子を、供給手段により粒子粉砕装置の容器から直接曝露チャンバーに供給することができる。これにより、粉砕により生じた粒径の小さい微細粒子を選択的に曝露チャンバーに供給することができる。したがって、微細な粒子についての吸入試験を実施することができる。また、回収された微細粒子は供給手段によりそのまま曝露チャンバーに供給されるため、微細粒子が再び重合する前に、微細粒子を曝露チャンバーに供給することができる。これにより、微細な粒子について正確な吸入試験を実施することができる。
【００２１】
また、本発明に係る吸入試験装置において、上記粒子粉砕装置は、上記送風手段を備えており、上記供給手段は、送風により上記微細粒子を供給するものであることが好ましい。
【００２２】
上記構成によれば、仮に筒状の容器に構造上の隙間があったとしても、外気中の粒子が吸い込まれることはなく、外部粒子の混入が抑えられる。これにより、実験結果に悪影響を及ぼす、外気中の粒子による不要なノイズの発生を防ぐことができ、正確な吸入試験を実施することができる。
【００２３】
また、本発明に係る吸入試験装置において、上記容器は、筒状構造の中心軸を回転軸として上記容器を回転させる回転手段を有しており、上記粒子粉砕装置は、上記回転軸が略水平となるように配設されていることが好ましい。
【００２４】
上記構成によれば、容器の筒状構造の中心軸を回転軸とし、かつ、この回転軸が略水平となるように容器が回転することになる。これにより、粉砕用粒子および被粉砕粒子の攪拌がより効率よく行われる。したがって、より均一な微細粒子を曝露チャンバーに供給することができる。これにより、より正確な吸入試験を実施することができる。
【００２５】
また、本発明に係る吸入試験装置は、上記粒子粉砕装置を複数個備えており、複数の上記粒子粉砕装置の各は互いに独立して設けられていることが好ましい。
【００２６】
なお、ここで「互いに独立」とは、ある粒子粉砕装置から微細粒子が供給される際に、別の粒子粉砕装置の微細粒子および被粉砕粒子が影響を及ぼさないことをいい、より具体的には、複数の粒子粉砕装置のそれぞれが互いに直列にはつながっていないことを意味する。
【００２７】
上記構成によれば、供給手段により、複数ある粒子粉砕装置のうちの１つから被験動物に対して微細粒子が供給されている間、別の粒子粉砕装置において被粉砕粒子の粉砕をおこなうことができる。また、別の粒子粉砕装置において粒子粉砕装置の静置による微小な微細粒子の分離をおこなうことができる。すなわち、被粉砕粒子の粉砕およびサイズによる分離をおこなっている間、別の粒子粉砕装置を用いて微細粒子の供給をおこなうことができる。また、各粒子粉砕装置は独立して設けられているため、何れか１つから微細粒子が供給される際に、他の粒子粉砕装置内の被粉砕粒子および微細粒子の影響を受けることはない。そのため、常時、均一な微細粒子を一定量供給し続けることができる。
【００２８】
本発明に係る粒子粉砕方法は、上記課題を解決するために、筒状の容器内に入れられた粉砕用粒子および被粉砕粒子を攪拌することにより、該被粉砕粒子を微細粒子に粉砕する粉砕工程と、上記粉砕工程の後に、上記容器内に送風をおこなうか、または上記容器内に対して吸気をおこなうことにより、上記容器内に浮遊する上記微細粒子を回収する回収工程とを含んでいる。
【００２９】
上記構成によれば、粉砕工程では、筒状の容器内に粉砕用粒子および被粉砕粒子を入れ、被粉砕粒子を粉砕用粒子とともに容器内で攪拌することによって、被粉砕粒子を微細粒子に粉砕することができる。また、粉砕が終了した後の回収工程では、容器内に送風をおこなうことで、容器の内部に浮遊している微細粒子を容器の外部へ送り出すことができ、これにより微細粒子を回収することができる。または、容器内に対して吸気をおこなう、すなわち容器内の気体を吸引することにより、容器内に浮遊している微細粒子を回収することができる。粉砕終了後に容器内に浮遊している微細粒子は、上述の通り、粉砕により生じた粒径の小さい微細粒子である。したがって、本発明に係る粒子粉砕方法によれば、粉砕により生じた微細粒子を選択的に回収することができ、均一な微細粒子を得ることができる。
【００３０】
また、本発明に係る粒子粉砕方法において、上記粉砕工程では、回転軸を略水平にして上記容器を回転させることにより、上記粉砕用粒子および上記被粉砕粒子の攪拌をおこなうことが好ましい。
【００３１】
上記構成によれば、粉砕用粒子および被粉砕粒子が入れられている容器は回転軸を略水平にして回転する。これにより、容器に入れられた粉砕用粒子および被粉砕粒子ならびに攪拌により生じた微粒子は容器内壁との摩擦力によって鉛直上方に移動し、その後落下する。したがって、効率的に攪拌をおこなうことができ、攪拌により生じた微細粒子を容器内部に浮遊させることができる。
【００３２】
また、本発明に係る粒子粉砕方法では、上記粉砕工程と上記回収工程との間に、回収する上記微細粒子の大きさに基づいて予め設定した時間、上記容器を静置させることが好ましい。
【００３３】
上述のように、攪拌を停止した後、微細粒子が容器内に浮遊し続ける時間は、微細粒子の粒径に依存する。そのため、回収すべき大きさの粒子が浮遊し続ける時間、およびその大きさよりも大きい粒子が落下し終わる時間を予め算出することができる。したがって、攪拌を停止した後、微細粒子を回収するまでの時間を、予め算出した時間に設定することにより、所望の粒径の微細粒子を選択的に回収することができる。
【００３４】
また、本発明に係る粒子粉砕方法において、上記粉砕工程では、粒径が互いに異なる２種類以上の上記粉砕用粒子を混合して用いることが好ましい。
【００３５】
粒径が大きい粉砕用粒子は、被粉砕粒子に対して強い粉砕力または剪断力を加えることができる。一方、粒径が小さい粉砕用粒子は、被粉砕粒子をきめ細かく粉砕できる。
【００３６】
したがって、上記構成によれば、相対的に粒径が大きい粉砕用粒子および相対的に粒径が小さい粉砕用粒子を混合して粉砕をおこなうので、粉砕力ときめ細かさを兼ね備えた効率的な粉砕を実現することができる。
【００３７】
本発明に係る吸入試験方法は、上記容器を複数個使用し、複数の上記容器の各における上記回収工程の時期が互いにずれており、上記複数の容器のうち何れか１つの容器が上記回収工程にあり、上記何れか１つにおける上記回収工程では、上記回収工程にない上記複数の容器のうちの他の容器を介さずに、上記微細粒子を回収することが好ましい。
【００３８】
上記構成によれば、複数ある容器における回収工程の時期がそれぞれ互いにずれているため、複数ある容器のうちの１つから被験動物に対して微細粒子を供給している間、別の容器において被粉砕粒子の粉砕をおこなうことができる。あるいは別の容器において容器の静置による微小な微細粒子の分離をおこなうことができる。すなわち、複数の容器のうちの少なくとも１つの容器において被粉砕粒子の粉砕およびサイズによる分離をおこなっている間、別の容器から微細粒子の供給をおこなうことができる。そのため、常時一定量の微細粒子を供給し続けることができる。また、粉砕粒子を回収する際、粉砕工程にある容器および静置状態にある容器を介さずに回収するため、均一な粒子を回収することができる。これにより、常時、均一な微細粒子を一定量供給し続けることができる。
【００３９】
本発明に係る吸入試験方法は、上記課題を解決するために、上述の粒子粉砕方法の何れかにより粉砕した上記微細粒子を、非ヒト被験動物に曝露する構成である。
【００４０】
上記構成によれば、粒径の小さな均一な微細粒子を非ヒト被験動物に吸入曝露させることができるため、微細粒子についてより正確な吸入試験および評価をおこなうことができる。
【発明の効果】
【００４１】
以上のように本発明に係る粒子粉砕装置は、内部に入れられた粉砕用粒子および被粉砕粒子を攪拌させるための筒状の容器を備えており、容器内に浮遊する微細粒子を容器の外部へ送り出す送風手段または容器から吸引する吸気手段が容器に設けられているので、均一な微細粒子を得ることができる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係る粒子粉砕装置の一実施形態における概略図である。
【図２】図１に示す粒子粉砕装置の使用時におけるドラムの回転軸に垂直な面でのドラムの断面図である。
【図３】図１に示す粒子粉砕装置のドラムの回転軸を含む面でのドラムの断面図である。
【図４】本発明に係る吸入試験装置の一実施形態において一部を分解して示す部分分解概略図である。
【図５】本発明に係る吸入試験装置により得られた微粒子の走査型電子顕微鏡写真の図である。
【図６】粉砕前の二酸化チタン粒子の粒径と存在頻度との関係を表す図である。
【図７】粉砕後の二酸化チタン粒子の粒径と存在頻度との関係を表す図である。
【図８】本発明に係る吸入試験装置の別の実施形態において一部を分解して示す部分分解概略図である。
【図９】図８に示す吸入試験装置における各ドラムの送風を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
本発明の一実施形態について、図１〜図４、図８および図９に基づいて説明すれば以下の通りである。
【００４４】
〔実施の形態１〕
（粒子粉砕装置の構成）
図１は本発明に係る粒子粉砕装置の一実施形態の構成を表す概略図である。説明の便宜上、一部を透明に表し、内部を見せて表している。また、図１では、粉砕を行っている状態を表している。図１に示すように粒子粉砕装置１は、ドラム（容器）１１より構成されている。粒子粉砕装置１は、後述する回転用部材２０を介して回転装置（不図示）と連結しており、また後述する送風入口１２を介して送風装置（不図示）と連結している。
【００４５】
ドラム１１は、中空の円筒状の容器であり、攪拌および粉砕させる粒子を入れるための容器である。ドラム１１は、円筒の曲面を挟み込む二つの平面の一方の平面の中心部に送風入口（送風手段、吸気手段）１２を有しており、他方の平面の中心部に送風出口（送風手段、吸気手段）１３を有している。また、円筒形状の中心軸を回転軸としてドラム１１を回転させるための回転用部材２０を有している。ドラム１１の内壁には、後述する内羽根（羽根）１６が、回転軸と平行に延伸して設けられている。また、ドラム１１の側面には、攪拌および粉砕させる粒子を入れるための扉（図示せず）が設けられている。
【００４６】
送風入口１２は、送風装置からの送風をドラム１１内部に送り込むための部材であり、本実施形態では、排出口部分および筒状構造部分からなる。送風出口１３は、送風により生じた気流の出口であり、本実施の形態では、送風入口１２と同じ構造となっている。気流にのった粒子も送風出口１３から排出される。図１では、紙面右側から左側に向かう気流が生じている。
【００４７】
回転用部材２０は、ドラム１１を回転装置と連結させるための部材である。ドラム１１は、回転用部材２０を介して回転装置から回転動力が伝えられ、円筒形状の中心軸を回転軸として、その周りをドラム１１のみが回転するような構造になっている。
【００４８】
図２は、使用時におけるドラム１１の回転軸に垂直面での断面図である。図２では、回転軸を水平にして粒子粉砕装置１を使用している状態である。矢印ｇは重力方向を示し、矢印ｒはドラム１１の回転方向を示している。図１および図２に示すように、ドラム１１の内部の壁面には、ドラム１１内に入れられた粉砕ビーズ（粉砕用粒子）５１、重合した微粒子（被粉砕粒子）５２および粉砕後の微細な微粒子５３（微細粒子）をドラム１１自身の回転によりすくい上げるための内羽根（羽根）１６が設けられている。内羽根１６は効率的に攪拌をおこなうため、かつ粉砕により生じた微細な微粒子５３を浮遊させるための部材である。本実施の形態において内羽根１６の数は一つであるが、複数の内羽根１６がドラム１１の内部に設けられていてもよい。ドラム１１の回転により内羽根１６が上方にくると、すくい上げられていた粉砕ビーズ５１、微粒子５２、５３が内羽根１６から落下する。
【００４９】
本実施形態においてドラム１１の直径は１０ｃｍ以上５０ｃｍ以下であり、望ましくは３０ｃｍ以上４０ｃｍ以下である。またドラム１１の幅は５ｃｍ以上５０ｃｍ以下であり、望ましくは、２０ｃｍ以上３０ｃｍ以下の範囲内である。また、内羽根１６の高さ（ドラム１１の内壁との接触部分から回転軸に向かう方向の長さ）は３ｃｍである。ドラム１１の素材は、ドラム１１の内部の微粒子５２、５３が静電気を帯びないステンレスなどの素材が望ましい。ドラム１１の側面に設けられた扉の大きさは、５ｃｍ×５ｃｍである。
【００５０】
図３は、ドラム１１の別の実施形態であるドラム１１’の回転軸を含む或る面における断面図である。図中の矢印は、気流の方向を示している。図３に示すように、ドラム１１’内における送風入口１２の排出口１８および送風出口１３の排出口１９の向きが、図１に示すドラム１１の送風入口１２および送風出口１３とは異なるものとなっている。具体的には、ドラム１１の内部で回転軸と垂直な方向に気体が送り込まれるように隔壁１７および送風入口１２の排出口１８が設けられており、送風入口１２とは反対の方向に面するように送風出口１３の排出口１９が設けられている。送風入口１２からドラム内に送風をおこなうと、ドラム１１では、主として、送風入口１２から送風出口１３に向かう直進的な気流が生じる。これに対し、ドラム１１’では、ドラム１１’の内部を循環する気流が生じる。これにより、ドラム内に浮遊するより多くの微粒子５３が気流にのり、その結果、より多くの微粒子５３を排出させることができる。
【００５１】
送風装置は、ドラム１１の送風入口１２からドラム１１の内部に送風するための装置である。送風装置が生じさせる気流によりドラム１１内部に浮遊している微粒子５３をドラム１１の外部に送り出すことができる。送風装置では、送風の強さ、時間などが制御可能となっている。送風装置としては、例えば、送風ファンを用いることができる。この場合、送風入口１２を介してドラム１１の反対側に送風ファンを設置すればよい。
【００５２】
なお、粒子粉砕装置１では、ドラム１１の内部に浮遊する微粒子５３をドラム１１の外部に送り出すために送風装置を使用しているが、気流を生じさせるものであればよく、気体を吸引する吸引装置を使用してもよい。送風装置が作り出す気流と同方向の気流を作り出すように送風出口１３側に送風ファンを設けることにより、送風ファンを吸引装置として使用できる。例えば、後述する吸入試験装置の排気口３４より下流に送風ファンを設置することにより、吸引装置として使用できる。この場合、空気圧の調整のために送風入口をフィルター等を設けて開放しておくことが好ましい。
【００５３】
回転装置は、ドラム１１の回転用部材２０を介してドラム１１を回転させる装置である。回転装置は、ドラム１１の円筒形状の中心軸を回転軸として、この回転軸が水平になるようにドラム１１を回転させている。回転装置では、回転の速度、時間などが調節可能である。
【００５４】
ドラム１１では、超音波破砕機のプローブをドラム内の中心軸にぶら下がるような形で設置してもよい。これにより粉砕効率を上げることができる。なお、プローブへの電源コードは中心軸の排出口１８を介して送気管内を通し、送風入口１２から外部に出せばよい。
【００５５】
（吸入試験装置の構成）
図４は本発明に係る吸入試験装置の一実施形態の構成を表す部分分解概略図である。図４に示すように吸入試験装置３は、粒子粉砕装置１と、飼育ユニット（曝露チャンバー）３１と、粒子粉砕装置１のドラム１１に連結されている供給管（供給手段）３２とを備えている。すなわち、吸入試験装置３は、微粒子の均一化処理機構を有する吸入試験装置である。粒子粉砕装置１は、ドラム１１の回転軸が略水平になるように吸入試験装置３に備え付けられている。さらに吸入試験装置３には、供給口３３から送り出された気体および微粒子５３を排出するための排気管３９および排気口３４、ならびに排水溝３５が設けられている。排気管３９には、吸気口４２が形成されている。図中の矢印ｆ１は、微細な微粒子５３を含む気体の流れを示している。
【００５６】
粒子粉砕装置１は、ドラム１１の回転軸が水平となるように、吸入試験装置３に配設されている。なお、粒子粉砕装置１は、回転用部材２０を介して回転装置と連結しており、送風入口を介して送風装置と連結している。
【００５７】
飼育ユニット３１は、マウス、ラットおよびモルモットなどの被験動物に微粒子５３を吸入曝露するためのチャンバーである。飼育ユニット３１には、マウスなどの被験動物を留めておくための複数のマウスケージ３６がケージ固定棚板３８に固定され入れられている。
【００５８】
マウスケージ３６は、底がフィルター３７で構成されており、微粒子５３が上から下へ通り抜ける構造となっている。これにより、微粒子５３がマウスケージ３６内に堆積すること、飼育ユニット３１内に滞留することを防ぐことができる。したがって、常に一定の濃度の微粒子５３を被験動物に曝露することができる。この効果が得られる点、およびマウスの居住に適している点から、フィルター３７は目の粗いスポンジおよび厚手の空調用フィルター部材等が好ましい。
【００５９】
飼育ユニット３１はパンチング棚板４０で覆われている。図４では、説明のため、飼育ユニット３１内にあるマウスケージ３６などを吸入試験装置３の外に図示している。気流中の微粒子５３を飼育ユニット３１内に送り込むことにより、飼育ユニット３１内に入れられた被験動物に微粒子５３を吸入曝露させている。
【００６０】
供給管３２は、ドラム１１から送風により送り出される微粒子５３を飼育ユニット３１の近傍まで運搬し、微粒子５３を飼育ユニット３１に供給するための管である。供給管３２は、飼育ユニット３１の近い側の先端部に、運搬された微粒子５３を飼育ユニット３１に供給するための供給口（供給手段）３３を有している。
【００６１】
吸入試験装置３では、飼育ユニット３１の上部に供給口３３が設けられ、かつ飼育ユニット３１の下部に排気口３４が設けられている。したがって、鉛直方向上部から下部に向かう気体の流れが生じる構成となっている。しかしながら、飼育ユニット３１と、供給口３３と、排気口３４との位置関係は、飼育ユニット３１の内部に対して気体の流れが生じるものであれば、本実施形態に限定されるものではない。
【００６２】
吸入試験装置３において、ドラム１１から送り出された微粒子５３の運搬は、粒子粉砕装置１に連結している送風装置の送風によりなされている。しかしながら、別に吸引装置を設け、排気口３４が設けられている側から、吸引装置により微粒子５３とともに気体を吸引することによって気体および微粒子５３の流れを作り出すものであってもよい。この場合には、送風装置の代わりに吸引装置と連結している粒子粉砕装置１を使用することが好ましい。粒子粉砕装置１と連結させる吸引装置を吸入試験装置３の排気口３４側に設けることにより、この吸引装置を用いて、微粒子５３の運搬および供給を同時におこなうことが可能となる。
【００６３】
（粉砕後の微細な微粒子の回収方法）
粒子粉砕装置１を用いて微粒子５２を粉砕し、ドラム１１から粉砕後の微細な微粒子５３を選択的に回収する本発明に係る方法について、以下に説明する。
【００６４】
＜粉砕工程＞
まず、粉砕ビーズ５１および粉砕すべき微粒子５２を、ドラム１１の側面に設けられた扉（図示せず）からドラム１１内に導入する。
【００６５】
導入後、回転装置を駆動させてドラム１１を回転させることにより、ドラム１１の内部で、粉砕ビーズ５１と重合している微粒子５２とを攪拌する。このときのドラム１１の回転速度は、１秒／１回転〜２０秒／１回転程度であることが望ましい。この速度においては、ドラム１１内部の微粒子５２および粉砕ビーズ５１を十分に攪拌することができる。重合している微粒子５２が粉砕ビーズ５１と接触しながら攪拌されることにより、重合している微粒子５２が粉砕され、微細な微粒子５３が生じる。ドラム１１の内壁には回転軸に平行な内羽根１６が設けられているため、ドラム１１の回転により、ドラム１１の底部にある粉砕ビーズ５１と重合している微粒子５２とがすくい上げられる。そして、ある程度の高さまですくい上げられると、粉砕ビーズ５１、重合している微粒子５２および粉砕された微細な微粒子５３が内羽根１６から落下する。これにより、粉砕ビーズ５１および微粒子５２の攪拌が効率よく行われる。
【００６６】
粉砕に用いられる粉砕ビーズ５１に、特に制限はないが、攪拌により粉砕されることのない硬い材質、攪拌停止後に浮遊することのない粒径、重合している微粒子５２を効率よく粉砕できる粒径が望ましい。粉砕ビーズ５１の粒径が微粒子５２に対して大きすぎると、粉砕のパワーは大きいものの粉砕ビーズ５１と粉砕ビーズ５１との隙間に微粒子５２が入り込んでしまい、効率よく粉砕を行えない。一方、粉砕ビーズ５１の粒径が微粒子５２に対して小さすぎると、きめ細かな粉砕を行えるものの粉砕のパワーが小さくなってしまう。このような観点から、粉砕ビーズ５１の粒径は、０．１ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることが望ましい。より望ましくは、１ｍｍ以上５ｍｍ以下である。
【００６７】
また、粉砕には、粒径が互いに異なる複数種類の粉砕ビーズ５１を混合して用いることができる。これにより、粉砕のパワーと、粉砕のきめ細かさ（ムラの無さ）とを兼ね備えた効率的な粉砕を達成することができる。たとえば、粒径１ｍｍの粉砕ビーズ５１および粒径５ｍｍの粉砕ビーズ５１を混合することによって、粉砕の効果をより高めることができる。
【００６８】
粉砕ビーズ５１の材質としては、硬度の観点から、ジルコニウム、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム、トレセラム（酸化イットリウムを添加した酸化ジルコニウム）、アルミナ、天然ケイ石、窒化珪素およびダイヤモンドなどを用いることが望ましく、中でもジルコニウムが望ましい。互いに硬度が異なる粉砕ビーズ５１を混合して利用した場合、粉砕ビーズ５１同士で粉砕し合って、微細化してしまい、微細化した粉砕ビーズ５１が実験に影響を与えてしまう可能性がある。そのため、上記何れかの材質からなる粉砕ビーズ５１を単独で用いることが好ましい。
【００６９】
＜回収工程＞
攪拌が終了したら、ドラム１１の回転を停止し、ドラム１１を静置させる。ドラム１１の回転が停止すると、ドラム１１の内部の粉砕ビーズ５１、重合している微粒子５２および粉砕により生じた微細な微粒子５３が鉛直下方に落下する。このときの落下は、自由落下であり、その速度は、ストークスの法則に従う。
【００７０】
ここで、それぞれの粒子の落下速度について説明する。各落下速度は、ストークスの法則に従うため、それぞれの粒径に依存する。すなわち、粒径が大きい粒子は落下速度が速く、早く落下し終わる。一方、粒径が小さい微粒子は、落下速度が小さく、粒径が非常に小さい微粒子では、実質上浮遊し続けることになる。表１は、ストークスの式によって求められる、直系４０ｃｍの回転ドラム中の微粒子の浮遊時間（落下時間）と粒径との関係を示す表である。表１に示すように、粒径が１μｍの粒子では、落下速度が極めて小さく、長時間、ドラムの内部を浮遊し続ける。
【００７１】
【表１】
【００７２】
本実施の形態において、粒径が大きい粉砕ビーズ５１および重合している微粒子５２の落下速度は速く、粉砕ビーズ５１および微粒子５２は、ドラム１１の静置後、早い時間で落下し終わる。一方、粉砕により生じた微細な微粒子５１の粒径は、粉砕ビーズ５１および重合している微粒子５２の粒径よりも小さく、落下速度は、重合している微粒子５２の落下速度よりも遅い。したがって、ドラム１１の回転を停止した後、ドラム１１を静置することにより、粒径の大きい粉砕ビーズ５１および重合している微粒子５２はドラム１１の底部に落下させ、微細な微粒子５３のみをドラム１１の内部を浮遊させることができる。
【００７３】
所定の時間、静置させた後、送風装置を稼動させ、送風入口１２からドラム１１の内部に送風する。これにより、ドラム１１の内部を浮遊している微細な微粒子５３が送風出口１３から排出される。これにより、粉砕された微細な微粒子５３を選択的に回収することができる。
【００７４】
上述の通り、ドラム１１の内部における微細な微粒子５３の浮遊時間は、微粒子５３の粒径に依存する。そのため、ドラム１１を静置する時間を長くするほど、粒径がより大きい微粒子５３はドラム１１の底部に落下し終わり、粒径がより小さい微細な微粒子５３が浮遊することになる。したがって、ドラム１１の回転を停止してから、送風を開始するまでの時間を調節することにより、より微細な微粒子５３を選択的に回収することができる。
【００７５】
微粒子５３の回収は、吸引よりも送風によりおこなうことが好ましい。吸引、すなわちドラム１１内を一時的に外気と比して陰圧にする場合、ドラム１１に構造上の隙間があると、微粒子５３だけでなく、隙間から外気中の粒子（実験に不要な、ノイズとして悪影響を及ぼす）を吸い込んでしまう可能性がある。一方、送風の場合、仮に隙間があっても、外気中の粒子が吸い込まれることはない。
【００７６】
以上のように、本発明に係る粒子粉砕装置１を用いる方法では、微粒子の落下時間の違いを利用して粒径の異なる微粒子を選択的に回収している。また、粉砕から回収までの時間を長くおくだけで、より粒径の小さい微粒子５３を回収することが可能となる。したがって、粒子粉砕装置１によれば、より簡易な機構で、より粒径の小さな微粒子を得ることができる。
【００７７】
（吸入試験方法）
本発明に係る吸入試験方法は、本発明に係る粒子粉砕処理方法により調製した微粒子５３を被験動物に吸入曝露させるものであれば、他の工程および具体的手段は特に限定されない。しかしながら、本発明に係る吸入試験装置を用いて実施することが好ましい。これにより、より微細な微粒子について吸入試験を実施することができ、さらに、微粒子５３が再び合成する前に被験動物に吸入曝露させることができるため、より正確な評価をおこなうことができる。
【００７８】
なお、非ヒト被験動物としては、非ヒト哺乳動物を用いることができ、マウス、ラットおよびモルモットなど試験物質の毒性吸入試験に一般的に用いられている非ヒト哺乳動物を用いることが好ましい。
【００７９】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【００８０】
〔実施の形態２〕
本発明に係る他の実施形態について、図８および図９に基づいて説明すれば以下のとおりである。なお、本実施の形態では、上記実施の形態１との相違点について説明するため、説明の便宜上、実施の形態１において説明した部材と同一の機能を有する部材には同一の部材番号を付し、その説明を省略する。
【００８１】
まず本実施の形態における吸入試験装置の構成について図８を用いて説明する。
【００８２】
実施の形態１と異なり、吸入試験装置３は、２つの粒子粉砕装置１ａおよび１ｂが設けられている。粒子粉砕装置１ａはドラム１１ａ、送風入口１２ａおよび送風出口１３ａを含む部分であり、粒子粉砕装置１ｂはドラム１１ｂ、送風入口１２ｂおよび送風出口１３ｂを含む部分である。粒子粉砕装置１ａと粒子粉砕装置１ｂとは、直列にはつながっておらず、切り替え器４１を介して並列につながっている。また、切り替え器４１を介して供給管３２とつながっている。
【００８３】
切り替え器４１は、粒子粉砕装置１ａおよび粒子粉砕装置１ｂの何れか一方からの微粒子５３を供給管３２へと送るように切り替えるものであり、かつ粒子粉砕装置１ａからの微粒子５３が粒子粉砕装置１ｂへ向かうこと、およびその逆が起こることを防止するための部材である。
【００８４】
次に、吸入試験装置を２つ備えている吸入試験装置３の送風方法について図９を参照して説明する。
【００８５】
微粒子５２の粉砕および各ドラム１１ａおよび１１ｂからの微粒子５３の回収は、上記実施の形態１における方法と同様である。図９（ａ）は、粒子粉砕装置１ａのドラム１１ａに対して送風ｆ２がおこなわれ、微粒子５３を含む気流ｆ３が供給管３２に送られている状態を表している。この間、ドラム１１ｂに対しては送風をおこなわない。ドラム１１ｂでは回転による攪拌および粉砕がおこなわれ、次いで静置状態となり、微細な微粒子５３がドラム１１ｂ内を浮遊している状態となる。これにより、粒子粉砕装置１ａから微粒子５３を供給している間に、粒子粉砕装置１ｂのドラム１１ｂ内に、供給用の微粒子５３を準備できる。
【００８６】
次いで、切り替え器４１を切り替えるとともに、送風先をドラム１１ａからドラム１１ｂに替える。これにより、図９（ｂ）に示すように、粒子粉砕装置１ｂのドラム１１ｂに対して送風ｆ２がおこなわれ、微粒子５３を含む気流ｆ３が供給管３２に送られる状態となる。この間、ドラム１１ａに対しては送風をおこなわない。ドラム１１ａでは回転による攪拌および粉砕がおこなわれ、次いで静置状態となり、微細な微粒子５３がドラム１１ａ内を浮遊している状態となる。これにより、今度は、粒子粉砕装置１ｂから微粒子５３を供給している間に、粒子粉砕装置１ａのドラム１１ａ内に、供給用の微粒子５３を準備できる。したがって、再び、切り替え器４１を切り替えて図９（ａ）の状態にすることにより、微粒子５３の供給を続けることができる。
【００８７】
すなわち、各ドラムからの微粒子５３の回収・供給の時期が互いにずれており、一方が微粒子５３を回収・供給している間、他方は、粉砕および静止の状態にある。また、一方のドラムから微粒子５３を回収・供給する際、他方のドラムを介さずに回収・供給される。
【００８８】
本発明に係る吸入試験方法は、（１）ドラムの回転、（２）ドラムの静止、および（３）ドラムに対する送風、により微粒子５３を被験動物に曝露するものである。そのため、被験動物へ常時、微粒子５３を暴露する実験を計画したとき、（１）ドラムの回転、（２）ドラムの静止、および（３）ドラムに対する送風、を繰り返さなければならない。ドラムの回転および静止中は、被験動物に微粒子５３を暴露することができないため、ドラムを１個のみ含む吸入試験装置を用いた場合、被験動物に常時微粒子５３を暴露するということができない。
【００８９】
本実施の形態に示す吸入試験装置３では、２つのドラム１１ａ、１１ｂについて交互に「送風」と「回転、静止」とを進めれば、飼育ユニット３１には常時、微粒子５３を暴露することができる。
【００９０】
なお、本実施の形態では粒子粉砕装置が２つ設けられた吸入試験装置３について説明したが、粒子粉砕装置の数は２つに限られるものではなく、３つ以上であってもよい。
【実施例】
【００９１】
次に、上述した第１の実施形態に係る吸入試験装置３の具体的な数値実施例について図５〜図７に基づき説明する。なお本発明は以下に記載する実施例に限定されるものではない。
【００９２】
粒子粉砕装置１のドラム１１として、直径４０ｃｍおよび幅２０ｃｍのステンレス製のドラムを使用した。粉砕ビーズ５１には、２種類の粉砕用ジルコニウムビーズ（直径５ｍｍ、重量３００ｇ、および直径１ｍｍ、重量２１８ｇ）を使用した。ドラム１１内部にこれら粉砕用ジルコニウムビーズを入れ、粉砕する微粒子として二酸化チタンをドラム１１内部に入れた。
【００９３】
ドラム１１を１０秒／１回転の回転スピードで１５分間回転させた。次いで回転を止め、２分間静止させた。２分経過後、送風入口１２から送風出口１３に向けてドラム１１内部への送風を開始した。送風出口１３から排出され、飼育ユニット３１に供給される微粒子を回収した。
【００９４】
図５は、送風出口１３から排出された微粒子を走査型電子顕微鏡で観察した様子を示す図である。図中右側は、図中左側の四角枠で囲んだ部分の拡大図である。図５に示すように、飼育ユニット３１において被験動物に曝露する微粒子の粒径が１０００ｎｍ未満であることが確認された。
【００９５】
また、粉砕をおこなう前および粉砕後に二酸化チタン粒子を散布し、飼育ユニット３１のマウスケージ３６に堆積した微粒子を光学顕微鏡下で観察し、粒径の分布を測定した。図６および７は、測定された粒子直径とその出現頻度の関係を示すグラフであり、横軸は粒径（μｍ）、縦軸は出現頻度（％）を表す。図６は、粉砕前の散布粒子での結果を示すグラフであり、図７は、粉砕後の散布粒子での結果を示すグラフである。表２は、測定された微粒子の直径の範囲と測定された粒子の平均粒子直径をまとめた表である。図７に示すように、粉砕後では、粒径が５μｍ以上である粒子がカウントされる頻度が粉砕前と比較して減少していることが分かる。また表２に示すように、粉砕処理後では全体的に粒子の直径が小さくなり、粒径のばらつきが小さくなっている。すなわち、微粒子が均一化されている。
【００９６】
【表２】
【００９７】
（付記事項）
なお、本発明を以下のように表現することも可能である。
（第１の構成）
微粒子と微粒子を粉砕する粉砕用粒子を攪拌することによって微粒子を細分化する手段を備えた微粒子処理装置。
（第２の構成）
攪拌する動力が回転装置を利用した回転力によることを特徴とする第１の構成に記載の微粒子処理装置。
（第３の構成）
粉砕用粒子が二つ以上の粒径を有することを特徴とする第１の構成または第２の構成に記載の微粒子処理装置。
（第４の構成）
粉砕用粒子が二つ以上の材質からなることを特徴とする第１の構成から第４の構成の何れかに記載の微粒子処理装置。
（第５の構成）
第１の構成から第５の構成の何れかの微粒子処理装置を備え、微粒子処理装置で生成した微粒子を送風によって動物に曝露する吸入試験装置であって、送風に静止時間を設けることにより細分化できていない微粒子を落下させた後、浮遊する微粒子を送風によって運搬する吸入試験装置。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
本発明によれば、均一なナノサイズ微粒子を得ることができ、ナノサイズ微粒子の安全性評価に必要な吸入試験をより正確に実施することができる。したがって、本発明は、製薬業界、医療業界および農薬製造業界などに好適に利用され得る。
【符号の説明】
【００９９】
１ 粒子粉砕装置
３ 吸入試験装置
１１，１１’，１１ａ，１１ｂ ドラム（容器）
１２，１２ａ，１２ｂ 送風入口（送風手段、吸気手段）
１３，１３ａ，１３ｂ 送風出口（送風手段、吸気手段）
１６ 内羽根（羽根）
１８ 排出口（送風手段、吸気手段）
１９ 排出口（送風手段、吸気手段）
２０，２０ａ，２０ｂ 回転用部材（回転手段）
３１ 飼育ユニット（曝露チャンバー）
３２ 供給管（供給手段）
３３ 供給口（供給手段）
３４ 排出口
３６ マウスケージ
４１ 切り替え器
５１ 粉砕ビーズ（粉砕用粒子）
５２ 微粒子（被粉砕粒子）
５３ 微粒子（微細粒子）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被粉砕粒子を微細粒子に粉砕する粒子粉砕装置および粒子粉砕方法、ならびにこの粒子粉砕装置を備えた吸入試験装置に関する。具体的には、筒状容器内で粉砕用粒子とともに攪拌することにより被粉砕粒子を微細粒子に粉砕する粒子粉砕装置および粒子粉砕方法、ならびにこの粒子粉砕装置を備えており被験動物に微細粒子を曝露させる吸入試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、農薬または医薬品として利用される新規化学物質については、その安全性および効果を調査し、生体への影響を評価することが求められている。この安全性等の評価方法としては、新規化学物質をマウス、ラットおよびモルモット等の実験動物に対して呼吸器経由で新規化学物質の微粒子を与え、その生体への影響を評価する方法が実施されている。新規化学物質を実験動物に吸入させて、効率よく試験物質の評価を実施し得る装置がこれまで開発されており、例えば、特許文献１および２に開示されている。
【０００３】
特許文献１に開示されている吸入試験装置では、試験物質が含まれたエアーを実験動物に供給するラインと、呼気の排気ラインとが別々なものとなっている。これにより、実験動物がスムーズに呼吸を行えるようになり、自然呼吸状態における正確なデータの取得が可能になっている。特許文献２に開示されている吸入毒性試験装置では、試験物質のダストまたはミストを吸入曝露チャンバー内の被試験動物に供給しており、さらにチャンバー内の環境を検出、表示している。これにより、試験実施状況を常にリアルタイムで把握できるものとしている。
【０００４】
ところで、近年、工業製品およびドラッグデリバリーシステム等への用途として、ナノサイズの微細微粒子の利用価値が高まってきている。このため、粒子原料を微細微粒子に粉砕し、微粒子を分離する装置の開発がなされている。例えば特許文献３に開示されている粉砕装置では、粉砕媒体からの剪断作用により粒子が粉砕され、遠心力を利用して粒子を分離している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１８７１９２号公報（１９９７年７月２２日公開）
【特許文献２】特開２００７−２３２４５３号公報（２００７年９月１３日公開）
【特許文献３】特開２００７−８３２４１号公報（２００７年４月５日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のように、近年、ナノサイズの微細粒子の利用価値が高まってきていることから、微細微粒子が生体へ与える影響を評価するための手段および装置が求められている。ここで特許文献１および２に開示されている試験装置には、微粒子を粉砕または細分化する機構が備わっていない。そのため、これらの試験装置を利用して、微細微粒子および重合しやすい微粒子の正確な吸入試験をおこなうことは困難である。
【０００７】
なお、微粒子の重合が正確な吸入試験を妨げる理由として、以下の点が挙げられる。
（ｉ）粒子は重合すると表面積が変化し、粒子表面での化学的性質が変化する。
（ｉｉ）曝露される粒子の数が変化する。
（ｉｉｉ）粒子は生体内において粒径依存的な挙動を示す。例えばミリサイズの粒子は鼻から侵入すると、気管通過中にトラップされる。一方、マイクロサイズ、ナノサイズの粒子は肺まで到達する。さらにナノサイズの粒子は肺から全身血液に循環される。
【０００８】
また、粒子を粉砕した後に、得られた微粒子を気相中に散布するためには、微粒子が乾燥した状態でなければならない。気相中または真空中で粒子を粉砕、細分化する従来の乾式法により微粒子を得れば、微粒子はすでに乾燥した状態であるため、直ちに吸入試験に用いることができる。しかしながら従来の乾式法においては、均一化した粒径の微粒子が得られるものの、ナノサイズまで粉砕できないといった問題がある。
【０００９】
スラリー中で粒子を粉砕、細分化する湿式法では、乾式法に比べてより微小な微粒子を得ることができ、粒子をナノサイズまで粉砕できるものの、均一化した粒径の微粒子を得ることが困難であるという問題がある。また、湿式法により微粒子を得た場合には、微粒子を乾燥させるための手間と時間とが必要となる。特許文献３に開示された粉砕装置は、スラリー中の被粉砕粒子を粉砕する湿式法に適した装置である。そのため、この従来の粉砕装置を用いた場合には、上述の通り微粒子を乾燥させるための手間と時間とが必要となる。
【００１０】
仮に特許文献３に開示された粉砕装置を乾式法に適用した場合には、以下の理由から微粒子を細かく分離することが難しい。この粉砕装置は、遠心分離により微粒子をサイズ分離する構造となっている。遠心分離とは、移動相の粘度および密度に依存する沈降速度の差を利用して粒子を分離する方法である。移動相が液体であると、その粘度および密度が大きくなり沈降速度が遅くなる。この場合には、粒子を細かく分離することが可能となる。一方、移動相が空気などの気体であると、その粘度および密度が非常に小さくなり沈降速度が非常に速くなる。この場合には、粒子をサイズごとに細かく分離することが困難となる。このため、遠心分離を利用した上記粉砕装置を乾式に適用すると、微粒子の沈降速度が速くなり、微粒子を細分化して分離することが困難となる。
【００１１】
そこで、本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、粉砕により均一化した微細な微粒子を得ることができる粒子粉砕装置およびこれを備えた吸入試験装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る粒子粉砕装置は、上記課題を解決するために、筒状の容器を備えており、該容器内に入れられた粉砕用粒子および被粉砕粒子を攪拌することにより該被粉砕粒子を微細粒子に粉砕する粒子粉砕装置であって、上記容器は、上記容器内に浮遊する上記微細粒子を上記容器の外部へ送り出す送風手段または上記容器から吸引する吸気手段を有している。
【００１３】
上記構成によれば、筒状の容器内に粉砕用粒子および被粉砕粒子を入れ、被粉砕粒子を粉砕用粒子とともに容器内で攪拌することによって、被粉砕粒子を微細粒子に粉砕することができる。また、送風手段または吸気手段が容器に設けられているため、攪拌を停止した後、送風手段を用いて容器内に送風し、容器の内部に浮遊している微細粒子を容器の外部へ送り出すことができ、これにより粉砕により生じた微細粒子を回収することができ、粉砕により粒径が均一となった微細粒子を得ることができる。または、吸気手段を用いて容器内の気体を吸引することにより、容器内に浮遊している粉砕により生じた微細粒子を回収することができ、粉砕により粒径が均一となった微細粒子を得ることができる。
【００１４】
ここで、容器内への送風または容器内からの吸気により、微細粒子を選択的に回収できることについて説明する。攪拌装置による攪拌を停止すると、粉砕用粒子、粉砕により生じた微細粒子および残存する被粉砕粒子は、容器内で鉛直下方に自由落下する。このときの各粒子における自由落下の速度は、ストークスの法則に従い、粒子の粒径により異なる。すなわち、粒径が大きい粒子ほど落下速度が大きく、早く容器底部に落下し終わる。一方、粒径が小さい粉砕後の微粒子は落下速度が小さく、粒径が大きい粒子が落下し終わった後も、容器内に浮遊し続ける。そこで、粒径が大きい粒子が落下した後に、送風または吸気をおこなうことにより、容器の内部に浮遊し続ける粒径の小さい微粒子を回収することができる。すなわち、粉砕により生じた微細粒子を選択的に得ることができる。
【００１５】
また、本発明に係る粒子粉砕装置において、上記容器は、筒状構造の中心軸を回転軸として上記容器を回転させる回転手段を有していることが好ましい。
【００１６】
上記構成によれば、回転手段を用いて、筒状構造の中心軸を回転軸として容器を回転させることができ、これにより、粉砕用粒子および被粉砕粒子を攪拌することができる。また、回転軸をほぼ水平にして容器を回転させるとことができ、これにより容器に入れられた粉砕用粒子および被粉砕粒子ならびに攪拌により生じた微粒子は容器内壁との摩擦力によって鉛直上方に移動し、その後落下する。したがって、効率的に攪拌をおこなうことができ、さらに、攪拌により生じた微細粒子を容器内部に浮遊させることができる。
【００１７】
また、本発明に係る粒子粉砕装置においては、上記容器の内壁に、上記回転軸と平行に延伸する羽根が設けられていることが好ましい。
【００１８】
上記構成によれば、容器が回転することにより、容器底部に溜まる粉砕用粒子、被粉砕粒子および粉砕により生じた微細粒子が羽根によりすくい上げられ、回転の途中で落下する。これにより、粉砕用粒子および被粉砕粒子を効率よく攪拌することができる。また、粉砕により生じた微細粒子を容器内のより上方から落下させることができるので、微細粒子をより長い時間浮遊させることができ、より微小な微細粒子を回収することができる。
【００１９】
本発明に係る吸入試験装置は、上記課題を解決するために、被験動物に試験物質を吸入曝露させる吸入試験装置において、上述した粒子粉砕装置の何れかと、曝露チャンバーと、上記粒子粉砕装置から回収された上記微細粒子を上記曝露チャンバー内に供給する供給手段とを備えている構成である。
【００２０】
上記構成によれば、本発明に係る粒子粉砕装置により得られた均一な微細粒子を、供給手段により粒子粉砕装置の容器から直接曝露チャンバーに供給することができる。これにより、粉砕により生じた粒径の小さい微細粒子を選択的に曝露チャンバーに供給することができる。したがって、微細な粒子についての吸入試験を実施することができる。また、回収された微細粒子は供給手段によりそのまま曝露チャンバーに供給されるため、微細粒子が再び重合する前に、微細粒子を曝露チャンバーに供給することができる。これにより、微細な粒子について正確な吸入試験を実施することができる。
【００２１】
また、本発明に係る吸入試験装置において、上記粒子粉砕装置は、上記送風手段を備えており、上記供給手段は、送風により上記微細粒子を供給するものであることが好ましい。
【００２２】
上記構成によれば、仮に筒状の容器に構造上の隙間があったとしても、外気中の粒子が吸い込まれることはなく、外部粒子の混入が抑えられる。これにより、実験結果に悪影響を及ぼす、外気中の粒子による不要なノイズの発生を防ぐことができ、正確な吸入試験を実施することができる。
【００２３】
また、本発明に係る吸入試験装置において、上記容器は、筒状構造の中心軸を回転軸として上記容器を回転させる回転手段を有しており、上記粒子粉砕装置は、上記回転軸が略水平となるように配設されていることが好ましい。
【００２４】
上記構成によれば、容器の筒状構造の中心軸を回転軸とし、かつ、この回転軸が略水平となるように容器が回転することになる。これにより、粉砕用粒子および被粉砕粒子の攪拌がより効率よく行われる。したがって、より均一な微細粒子を曝露チャンバーに供給することができる。これにより、より正確な吸入試験を実施することができる。
【００２５】
また、本発明に係る吸入試験装置は、上記粒子粉砕装置を複数個備えており、複数の上記粒子粉砕装置の各は互いに独立して設けられていることが好ましい。
【００２６】
なお、ここで「互いに独立」とは、ある粒子粉砕装置から微細粒子が供給される際に、別の粒子粉砕装置の微細粒子および被粉砕粒子が影響を及ぼさないことをいい、より具体的には、複数の粒子粉砕装置のそれぞれが互いに直列にはつながっていないことを意味する。
【００２７】
上記構成によれば、供給手段により、複数ある粒子粉砕装置のうちの１つから被験動物に対して微細粒子が供給されている間、別の粒子粉砕装置において被粉砕粒子の粉砕をおこなうことができる。また、別の粒子粉砕装置において粒子粉砕装置の静置による微小な微細粒子の分離をおこなうことができる。すなわち、被粉砕粒子の粉砕およびサイズによる分離をおこなっている間、別の粒子粉砕装置を用いて微細粒子の供給をおこなうことができる。また、各粒子粉砕装置は独立して設けられているため、何れか１つから微細粒子が供給される際に、他の粒子粉砕装置内の被粉砕粒子および微細粒子の影響を受けることはない。そのため、常時、均一な微細粒子を一定量供給し続けることができる。
【００２８】
本発明に係る粒子粉砕方法は、上記課題を解決するために、筒状の容器内に入れられた粉砕用粒子および被粉砕粒子を攪拌することにより、該被粉砕粒子を微細粒子に粉砕する粉砕工程と、上記粉砕工程の後に、上記容器内に送風をおこなうか、または上記容器内に対して吸気をおこなうことにより、上記容器内に浮遊する上記微細粒子を回収する回収工程とを含んでいる。
【００２９】
上記構成によれば、粉砕工程では、筒状の容器内に粉砕用粒子および被粉砕粒子を入れ、被粉砕粒子を粉砕用粒子とともに容器内で攪拌することによって、被粉砕粒子を微細粒子に粉砕することができる。また、粉砕が終了した後の回収工程では、容器内に送風をおこなうことで、容器の内部に浮遊している微細粒子を容器の外部へ送り出すことができ、これにより微細粒子を回収することができる。または、容器内に対して吸気をおこなう、すなわち容器内の気体を吸引することにより、容器内に浮遊している微細粒子を回収することができる。粉砕終了後に容器内に浮遊している微細粒子は、上述の通り、粉砕により生じた粒径の小さい微細粒子である。したがって、本発明に係る粒子粉砕方法によれば、粉砕により生じた微細粒子を選択的に回収することができ、均一な微細粒子を得ることができる。
【００３０】
また、本発明に係る粒子粉砕方法において、上記粉砕工程では、回転軸を略水平にして上記容器を回転させることにより、上記粉砕用粒子および上記被粉砕粒子の攪拌をおこなうことが好ましい。
【００３１】
上記構成によれば、粉砕用粒子および被粉砕粒子が入れられている容器は回転軸を略水平にして回転する。これにより、容器に入れられた粉砕用粒子および被粉砕粒子ならびに攪拌により生じた微粒子は容器内壁との摩擦力によって鉛直上方に移動し、その後落下する。したがって、効率的に攪拌をおこなうことができ、攪拌により生じた微細粒子を容器内部に浮遊させることができる。
【００３２】
また、本発明に係る粒子粉砕方法では、上記粉砕工程と上記回収工程との間に、回収する上記微細粒子の大きさに基づいて予め設定した時間、上記容器を静置させることが好ましい。
【００３３】
上述のように、攪拌を停止した後、微細粒子が容器内に浮遊し続ける時間は、微細粒子の粒径に依存する。そのため、回収すべき大きさの粒子が浮遊し続ける時間、およびその大きさよりも大きい粒子が落下し終わる時間を予め算出することができる。したがって、攪拌を停止した後、微細粒子を回収するまでの時間を、予め算出した時間に設定することにより、所望の粒径の微細粒子を選択的に回収することができる。
【００３４】
また、本発明に係る粒子粉砕方法において、上記粉砕工程では、粒径が互いに異なる２種類以上の上記粉砕用粒子を混合して用いることが好ましい。
【００３５】
粒径が大きい粉砕用粒子は、被粉砕粒子に対して強い粉砕力または剪断力を加えることができる。一方、粒径が小さい粉砕用粒子は、被粉砕粒子をきめ細かく粉砕できる。
【００３６】
したがって、上記構成によれば、相対的に粒径が大きい粉砕用粒子および相対的に粒径が小さい粉砕用粒子を混合して粉砕をおこなうので、粉砕力ときめ細かさを兼ね備えた効率的な粉砕を実現することができる。
【００３７】
本発明に係る吸入試験方法は、上記容器を複数個使用し、複数の上記容器の各における上記回収工程の時期が互いにずれており、上記複数の容器のうち何れか１つの容器が上記回収工程にあり、上記何れか１つにおける上記回収工程では、上記回収工程にない上記複数の容器のうちの他の容器を介さずに、上記微細粒子を回収することが好ましい。
【００３８】
上記構成によれば、複数ある容器における回収工程の時期がそれぞれ互いにずれているため、複数ある容器のうちの１つから被験動物に対して微細粒子を供給している間、別の容器において被粉砕粒子の粉砕をおこなうことができる。あるいは別の容器において容器の静置による微小な微細粒子の分離をおこなうことができる。すなわち、複数の容器のうちの少なくとも１つの容器において被粉砕粒子の粉砕およびサイズによる分離をおこなっている間、別の容器から微細粒子の供給をおこなうことができる。そのため、常時一定量の微細粒子を供給し続けることができる。また、粉砕粒子を回収する際、粉砕工程にある容器および静置状態にある容器を介さずに回収するため、均一な粒子を回収することができる。これにより、常時、均一な微細粒子を一定量供給し続けることができる。
【００３９】
本発明に係る吸入試験方法は、上記課題を解決するために、上述の粒子粉砕方法の何れかにより粉砕した上記微細粒子を、非ヒト被験動物に曝露する構成である。
【００４０】
上記構成によれば、粒径の小さな均一な微細粒子を非ヒト被験動物に吸入曝露させることができるため、微細粒子についてより正確な吸入試験および評価をおこなうことができる。
【発明の効果】
【００４１】
以上のように本発明に係る粒子粉砕装置は、内部に入れられた粉砕用粒子および被粉砕粒子を攪拌させるための筒状の容器を備えており、容器内に浮遊する微細粒子を容器の外部へ送り出す送風手段または容器から吸引する吸気手段が容器に設けられているので、均一な微細粒子を得ることができる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係る粒子粉砕装置の一実施形態における概略図である。
【図２】図１に示す粒子粉砕装置の使用時におけるドラムの回転軸に垂直な面でのドラムの断面図である。
【図３】図１に示す粒子粉砕装置のドラムの回転軸を含む面でのドラムの断面図である。
【図４】本発明に係る吸入試験装置の一実施形態において一部を分解して示す部分分解概略図である。
【図５】本発明に係る吸入試験装置により得られた微粒子の走査型電子顕微鏡写真の図である。
【図６】粉砕前の二酸化チタン粒子の粒径と存在頻度との関係を表す図である。
【図７】粉砕後の二酸化チタン粒子の粒径と存在頻度との関係を表す図である。
【図８】本発明に係る吸入試験装置の別の実施形態において一部を分解して示す部分分解概略図である。
【図９】図８に示す吸入試験装置における各ドラムの送風を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
本発明の一実施形態について、図１〜図４、図８および図９に基づいて説明すれば以下の通りである。
【００４４】
〔実施の形態１〕
（粒子粉砕装置の構成）
図１は本発明に係る粒子粉砕装置の一実施形態の構成を表す概略図である。説明の便宜上、一部を透明に表し、内部を見せて表している。また、図１では、粉砕を行っている状態を表している。図１に示すように粒子粉砕装置１は、ドラム（容器）１１より構成されている。粒子粉砕装置１は、後述する回転用部材２０を介して回転装置（不図示）と連結しており、また後述する送風入口１２を介して送風装置（不図示）と連結している。
【００４５】
ドラム１１は、中空の円筒状の容器であり、攪拌および粉砕させる粒子を入れるための容器である。ドラム１１は、円筒の曲面を挟み込む二つの平面の一方の平面の中心部に送風入口（送風手段、吸気手段）１２を有しており、他方の平面の中心部に送風出口（送風手段、吸気手段）１３を有している。また、円筒形状の中心軸を回転軸としてドラム１１を回転させるための回転用部材２０を有している。ドラム１１の内壁には、後述する内羽根（羽根）１６が、回転軸と平行に延伸して設けられている。また、ドラム１１の側面には、攪拌および粉砕させる粒子を入れるための扉（図示せず）が設けられている。
【００４６】
送風入口１２は、送風装置からの送風をドラム１１内部に送り込むための部材であり、本実施形態では、排出口部分および筒状構造部分からなる。送風出口１３は、送風により生じた気流の出口であり、本実施の形態では、送風入口１２と同じ構造となっている。気流にのった粒子も送風出口１３から排出される。図１では、紙面右側から左側に向かう気流が生じている。
【００４７】
回転用部材２０は、ドラム１１を回転装置と連結させるための部材である。ドラム１１は、回転用部材２０を介して回転装置から回転動力が伝えられ、円筒形状の中心軸を回転軸として、その周りをドラム１１のみが回転するような構造になっている。
【００４８】
図２は、使用時におけるドラム１１の回転軸に垂直面での断面図である。図２では、回転軸を水平にして粒子粉砕装置１を使用している状態である。矢印ｇは重力方向を示し、矢印ｒはドラム１１の回転方向を示している。図１および図２に示すように、ドラム１１の内部の壁面には、ドラム１１内に入れられた粉砕ビーズ（粉砕用粒子）５１、重合した微粒子（被粉砕粒子）５２および粉砕後の微細な微粒子５３（微細粒子）をドラム１１自身の回転によりすくい上げるための内羽根（羽根）１６が設けられている。内羽根１６は効率的に攪拌をおこなうため、かつ粉砕により生じた微細な微粒子５３を浮遊させるための部材である。本実施の形態において内羽根１６の数は一つであるが、複数の内羽根１６がドラム１１の内部に設けられていてもよい。ドラム１１の回転により内羽根１６が上方にくると、すくい上げられていた粉砕ビーズ５１、微粒子５２、５３が内羽根１６から落下する。
【００４９】
本実施形態においてドラム１１の直径は１０ｃｍ以上５０ｃｍ以下であり、望ましくは３０ｃｍ以上４０ｃｍ以下である。またドラム１１の幅は５ｃｍ以上５０ｃｍ以下であり、望ましくは、２０ｃｍ以上３０ｃｍ以下の範囲内である。また、内羽根１６の高さ（ドラム１１の内壁との接触部分から回転軸に向かう方向の長さ）は３ｃｍである。ドラム１１の素材は、ドラム１１の内部の微粒子５２、５３が静電気を帯びないステンレスなどの素材が望ましい。ドラム１１の側面に設けられた扉の大きさは、５ｃｍ×５ｃｍである。
【００５０】
図３は、ドラム１１の別の実施形態であるドラム１１’の回転軸を含む或る面における断面図である。図中の矢印は、気流の方向を示している。図３に示すように、ドラム１１’内における送風入口１２の排出口１８および送風出口１３の排出口１９の向きが、図１に示すドラム１１の送風入口１２および送風出口１３とは異なるものとなっている。具体的には、ドラム１１の内部で回転軸と垂直な方向に気体が送り込まれるように隔壁１７および送風入口１２の排出口１８が設けられており、送風入口１２とは反対の方向に面するように送風出口１３の排出口１９が設けられている。送風入口１２からドラム内に送風をおこなうと、ドラム１１では、主として、送風入口１２から送風出口１３に向かう直進的な気流が生じる。これに対し、ドラム１１’では、ドラム１１’の内部を循環する気流が生じる。これにより、ドラム内に浮遊するより多くの微粒子５３が気流にのり、その結果、より多くの微粒子５３を排出させることができる。
【００５１】
送風装置は、ドラム１１の送風入口１２からドラム１１の内部に送風するための装置である。送風装置が生じさせる気流によりドラム１１内部に浮遊している微粒子５３をドラム１１の外部に送り出すことができる。送風装置では、送風の強さ、時間などが制御可能となっている。送風装置としては、例えば、送風ファンを用いることができる。この場合、送風入口１２を介してドラム１１の反対側に送風ファンを設置すればよい。
【００５２】
なお、粒子粉砕装置１では、ドラム１１の内部に浮遊する微粒子５３をドラム１１の外部に送り出すために送風装置を使用しているが、気流を生じさせるものであればよく、気体を吸引する吸引装置を使用してもよい。送風装置が作り出す気流と同方向の気流を作り出すように送風出口１３側に送風ファンを設けることにより、送風ファンを吸引装置として使用できる。例えば、後述する吸入試験装置の排気口３４より下流に送風ファンを設置することにより、吸引装置として使用できる。この場合、空気圧の調整のために送風入口をフィルター等を設けて開放しておくことが好ましい。
【００５３】
回転装置は、ドラム１１の回転用部材２０を介してドラム１１を回転させる装置である。回転装置は、ドラム１１の円筒形状の中心軸を回転軸として、この回転軸が水平になるようにドラム１１を回転させている。回転装置では、回転の速度、時間などが調節可能である。
【００５４】
ドラム１１では、超音波破砕機のプローブをドラム内の中心軸にぶら下がるような形で設置してもよい。これにより粉砕効率を上げることができる。なお、プローブへの電源コードは中心軸の排出口１８を介して送気管内を通し、送風入口１２から外部に出せばよい。
【００５５】
（吸入試験装置の構成）
図４は本発明に係る吸入試験装置の一実施形態の構成を表す部分分解概略図である。図４に示すように吸入試験装置３は、粒子粉砕装置１と、飼育ユニット（曝露チャンバー）３１と、粒子粉砕装置１のドラム１１に連結されている供給管（供給手段）３２とを備えている。すなわち、吸入試験装置３は、微粒子の均一化処理機構を有する吸入試験装置である。粒子粉砕装置１は、ドラム１１の回転軸が略水平になるように吸入試験装置３に備え付けられている。さらに吸入試験装置３には、供給口３３から送り出された気体および微粒子５３を排出するための排気管３９および排気口３４、ならびに排水溝３５が設けられている。排気管３９には、吸気口４２が形成されている。図中の矢印ｆ１は、微細な微粒子５３を含む気体の流れを示している。
【００５６】
粒子粉砕装置１は、ドラム１１の回転軸が水平となるように、吸入試験装置３に配設されている。なお、粒子粉砕装置１は、回転用部材２０を介して回転装置と連結しており、送風入口を介して送風装置と連結している。
【００５７】
飼育ユニット３１は、マウス、ラットおよびモルモットなどの被験動物に微粒子５３を吸入曝露するためのチャンバーである。飼育ユニット３１には、マウスなどの被験動物を留めておくための複数のマウスケージ３６がケージ固定棚板３８に固定され入れられている。
【００５８】
マウスケージ３６は、底がフィルター３７で構成されており、微粒子５３が上から下へ通り抜ける構造となっている。これにより、微粒子５３がマウスケージ３６内に堆積すること、飼育ユニット３１内に滞留することを防ぐことができる。したがって、常に一定の濃度の微粒子５３を被験動物に曝露することができる。この効果が得られる点、およびマウスの居住に適している点から、フィルター３７は目の粗いスポンジおよび厚手の空調用フィルター部材等が好ましい。
【００５９】
飼育ユニット３１はパンチング棚板４０で覆われている。図４では、説明のため、飼育ユニット３１内にあるマウスケージ３６などを吸入試験装置３の外に図示している。気流中の微粒子５３を飼育ユニット３１内に送り込むことにより、飼育ユニット３１内に入れられた被験動物に微粒子５３を吸入曝露させている。
【００６０】
供給管３２は、ドラム１１から送風により送り出される微粒子５３を飼育ユニット３１の近傍まで運搬し、微粒子５３を飼育ユニット３１に供給するための管である。供給管３２は、飼育ユニット３１の近い側の先端部に、運搬された微粒子５３を飼育ユニット３１に供給するための供給口（供給手段）３３を有している。
【００６１】
吸入試験装置３では、飼育ユニット３１の上部に供給口３３が設けられ、かつ飼育ユニット３１の下部に排気口３４が設けられている。したがって、鉛直方向上部から下部に向かう気体の流れが生じる構成となっている。しかしながら、飼育ユニット３１と、供給口３３と、排気口３４との位置関係は、飼育ユニット３１の内部に対して気体の流れが生じるものであれば、本実施形態に限定されるものではない。
【００６２】
吸入試験装置３において、ドラム１１から送り出された微粒子５３の運搬は、粒子粉砕装置１に連結している送風装置の送風によりなされている。しかしながら、別に吸引装置を設け、排気口３４が設けられている側から、吸引装置により微粒子５３とともに気体を吸引することによって気体および微粒子５３の流れを作り出すものであってもよい。この場合には、送風装置の代わりに吸引装置と連結している粒子粉砕装置１を使用することが好ましい。粒子粉砕装置１と連結させる吸引装置を吸入試験装置３の排気口３４側に設けることにより、この吸引装置を用いて、微粒子５３の運搬および供給を同時におこなうことが可能となる。
【００６３】
（粉砕後の微細な微粒子の回収方法）
粒子粉砕装置１を用いて微粒子５２を粉砕し、ドラム１１から粉砕後の微細な微粒子５３を選択的に回収する本発明に係る方法について、以下に説明する。
【００６４】
＜粉砕工程＞
まず、粉砕ビーズ５１および粉砕すべき微粒子５２を、ドラム１１の側面に設けられた扉（図示せず）からドラム１１内に導入する。
【００６５】
導入後、回転装置を駆動させてドラム１１を回転させることにより、ドラム１１の内部で、粉砕ビーズ５１と重合している微粒子５２とを攪拌する。このときのドラム１１の回転速度は、１秒／１回転〜２０秒／１回転程度であることが望ましい。この速度においては、ドラム１１内部の微粒子５２および粉砕ビーズ５１を十分に攪拌することができる。重合している微粒子５２が粉砕ビーズ５１と接触しながら攪拌されることにより、重合している微粒子５２が粉砕され、微細な微粒子５３が生じる。ドラム１１の内壁には回転軸に平行な内羽根１６が設けられているため、ドラム１１の回転により、ドラム１１の底部にある粉砕ビーズ５１と重合している微粒子５２とがすくい上げられる。そして、ある程度の高さまですくい上げられると、粉砕ビーズ５１、重合している微粒子５２および粉砕された微細な微粒子５３が内羽根１６から落下する。これにより、粉砕ビーズ５１および微粒子５２の攪拌が効率よく行われる。
【００６６】
粉砕に用いられる粉砕ビーズ５１に、特に制限はないが、攪拌により粉砕されることのない硬い材質、攪拌停止後に浮遊することのない粒径、重合している微粒子５２を効率よく粉砕できる粒径が望ましい。粉砕ビーズ５１の粒径が微粒子５２に対して大きすぎると、粉砕のパワーは大きいものの粉砕ビーズ５１と粉砕ビーズ５１との隙間に微粒子５２が入り込んでしまい、効率よく粉砕を行えない。一方、粉砕ビーズ５１の粒径が微粒子５２に対して小さすぎると、きめ細かな粉砕を行えるものの粉砕のパワーが小さくなってしまう。このような観点から、粉砕ビーズ５１の粒径は、０．１ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることが望ましい。より望ましくは、１ｍｍ以上５ｍｍ以下である。
【００６７】
また、粉砕には、粒径が互いに異なる複数種類の粉砕ビーズ５１を混合して用いることができる。これにより、粉砕のパワーと、粉砕のきめ細かさ（ムラの無さ）とを兼ね備えた効率的な粉砕を達成することができる。たとえば、粒径１ｍｍの粉砕ビーズ５１および粒径５ｍｍの粉砕ビーズ５１を混合することによって、粉砕の効果をより高めることができる。
【００６８】
粉砕ビーズ５１の材質としては、硬度の観点から、ジルコニウム、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム、トレセラム（酸化イットリウムを添加した酸化ジルコニウム）、アルミナ、天然ケイ石、窒化珪素およびダイヤモンドなどを用いることが望ましく、中でもジルコニウムが望ましい。互いに硬度が異なる粉砕ビーズ５１を混合して利用した場合、粉砕ビーズ５１同士で粉砕し合って、微細化してしまい、微細化した粉砕ビーズ５１が実験に影響を与えてしまう可能性がある。そのため、上記何れかの材質からなる粉砕ビーズ５１を単独で用いることが好ましい。
【００６９】
＜回収工程＞
攪拌が終了したら、ドラム１１の回転を停止し、ドラム１１を静置させる。ドラム１１の回転が停止すると、ドラム１１の内部の粉砕ビーズ５１、重合している微粒子５２および粉砕により生じた微細な微粒子５３が鉛直下方に落下する。このときの落下は、自由落下であり、その速度は、ストークスの法則に従う。
【００７０】
ここで、それぞれの粒子の落下速度について説明する。各落下速度は、ストークスの法則に従うため、それぞれの粒径に依存する。すなわち、粒径が大きい粒子は落下速度が速く、早く落下し終わる。一方、粒径が小さい微粒子は、落下速度が小さく、粒径が非常に小さい微粒子では、実質上浮遊し続けることになる。表１は、ストークスの式によって求められる、直系４０ｃｍの回転ドラム中の微粒子の浮遊時間（落下時間）と粒径との関係を示す表である。表１に示すように、粒径が１μｍの粒子では、落下速度が極めて小さく、長時間、ドラムの内部を浮遊し続ける。
【００７１】
【表１】
【００７２】
本実施の形態において、粒径が大きい粉砕ビーズ５１および重合している微粒子５２の落下速度は速く、粉砕ビーズ５１および微粒子５２は、ドラム１１の静置後、早い時間で落下し終わる。一方、粉砕により生じた微細な微粒子５１の粒径は、粉砕ビーズ５１および重合している微粒子５２の粒径よりも小さく、落下速度は、重合している微粒子５２の落下速度よりも遅い。したがって、ドラム１１の回転を停止した後、ドラム１１を静置することにより、粒径の大きい粉砕ビーズ５１および重合している微粒子５２はドラム１１の底部に落下させ、微細な微粒子５３のみをドラム１１の内部を浮遊させることができる。
【００７３】
所定の時間、静置させた後、送風装置を稼動させ、送風入口１２からドラム１１の内部に送風する。これにより、ドラム１１の内部を浮遊している微細な微粒子５３が送風出口１３から排出される。これにより、粉砕された微細な微粒子５３を選択的に回収することができる。
【００７４】
上述の通り、ドラム１１の内部における微細な微粒子５３の浮遊時間は、微粒子５３の粒径に依存する。そのため、ドラム１１を静置する時間を長くするほど、粒径がより大きい微粒子５３はドラム１１の底部に落下し終わり、粒径がより小さい微細な微粒子５３が浮遊することになる。したがって、ドラム１１の回転を停止してから、送風を開始するまでの時間を調節することにより、より微細な微粒子５３を選択的に回収することができる。
【００７５】
微粒子５３の回収は、吸引よりも送風によりおこなうことが好ましい。吸引、すなわちドラム１１内を一時的に外気と比して陰圧にする場合、ドラム１１に構造上の隙間があると、微粒子５３だけでなく、隙間から外気中の粒子（実験に不要な、ノイズとして悪影響を及ぼす）を吸い込んでしまう可能性がある。一方、送風の場合、仮に隙間があっても、外気中の粒子が吸い込まれることはない。
【００７６】
以上のように、本発明に係る粒子粉砕装置１を用いる方法では、微粒子の落下時間の違いを利用して粒径の異なる微粒子を選択的に回収している。また、粉砕から回収までの時間を長くおくだけで、より粒径の小さい微粒子５３を回収することが可能となる。したがって、粒子粉砕装置１によれば、より簡易な機構で、より粒径の小さな微粒子を得ることができる。
【００７７】
（吸入試験方法）
本発明に係る吸入試験方法は、本発明に係る粒子粉砕処理方法により調製した微粒子５３を被験動物に吸入曝露させるものであれば、他の工程および具体的手段は特に限定されない。しかしながら、本発明に係る吸入試験装置を用いて実施することが好ましい。これにより、より微細な微粒子について吸入試験を実施することができ、さらに、微粒子５３が再び合成する前に被験動物に吸入曝露させることができるため、より正確な評価をおこなうことができる。
【００７８】
なお、非ヒト被験動物としては、非ヒト哺乳動物を用いることができ、マウス、ラットおよびモルモットなど試験物質の毒性吸入試験に一般的に用いられている非ヒト哺乳動物を用いることが好ましい。
【００７９】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【００８０】
〔実施の形態２〕
本発明に係る他の実施形態について、図８および図９に基づいて説明すれば以下のとおりである。なお、本実施の形態では、上記実施の形態１との相違点について説明するため、説明の便宜上、実施の形態１において説明した部材と同一の機能を有する部材には同一の部材番号を付し、その説明を省略する。
【００８１】
まず本実施の形態における吸入試験装置の構成について図８を用いて説明する。
【００８２】
実施の形態１と異なり、吸入試験装置３は、２つの粒子粉砕装置１ａおよび１ｂが設けられている。粒子粉砕装置１ａはドラム１１ａ、送風入口１２ａおよび送風出口１３ａを含む部分であり、粒子粉砕装置１ｂはドラム１１ｂ、送風入口１２ｂおよび送風出口１３ｂを含む部分である。粒子粉砕装置１ａと粒子粉砕装置１ｂとは、直列にはつながっておらず、切り替え器４１を介して並列につながっている。また、切り替え器４１を介して供給管３２とつながっている。
【００８３】
切り替え器４１は、粒子粉砕装置１ａおよび粒子粉砕装置１ｂの何れか一方からの微粒子５３を供給管３２へと送るように切り替えるものであり、かつ粒子粉砕装置１ａからの微粒子５３が粒子粉砕装置１ｂへ向かうこと、およびその逆が起こることを防止するための部材である。
【００８４】
次に、吸入試験装置を２つ備えている吸入試験装置３の送風方法について図９を参照して説明する。
【００８５】
微粒子５２の粉砕および各ドラム１１ａおよび１１ｂからの微粒子５３の回収は、上記実施の形態１における方法と同様である。図９（ａ）は、粒子粉砕装置１ａのドラム１１ａに対して送風ｆ２がおこなわれ、微粒子５３を含む気流ｆ３が供給管３２に送られている状態を表している。この間、ドラム１１ｂに対しては送風をおこなわない。ドラム１１ｂでは回転による攪拌および粉砕がおこなわれ、次いで静置状態となり、微細な微粒子５３がドラム１１ｂ内を浮遊している状態となる。これにより、粒子粉砕装置１ａから微粒子５３を供給している間に、粒子粉砕装置１ｂのドラム１１ｂ内に、供給用の微粒子５３を準備できる。
【００８６】
次いで、切り替え器４１を切り替えるとともに、送風先をドラム１１ａからドラム１１ｂに替える。これにより、図９（ｂ）に示すように、粒子粉砕装置１ｂのドラム１１ｂに対して送風ｆ２がおこなわれ、微粒子５３を含む気流ｆ３が供給管３２に送られる状態となる。この間、ドラム１１ａに対しては送風をおこなわない。ドラム１１ａでは回転による攪拌および粉砕がおこなわれ、次いで静置状態となり、微細な微粒子５３がドラム１１ａ内を浮遊している状態となる。これにより、今度は、粒子粉砕装置１ｂから微粒子５３を供給している間に、粒子粉砕装置１ａのドラム１１ａ内に、供給用の微粒子５３を準備できる。したがって、再び、切り替え器４１を切り替えて図９（ａ）の状態にすることにより、微粒子５３の供給を続けることができる。
【００８７】
すなわち、各ドラムからの微粒子５３の回収・供給の時期が互いにずれており、一方が微粒子５３を回収・供給している間、他方は、粉砕および静止の状態にある。また、一方のドラムから微粒子５３を回収・供給する際、他方のドラムを介さずに回収・供給される。
【００８８】
本発明に係る吸入試験方法は、（１）ドラムの回転、（２）ドラムの静止、および（３）ドラムに対する送風、により微粒子５３を被験動物に曝露するものである。そのため、被験動物へ常時、微粒子５３を暴露する実験を計画したとき、（１）ドラムの回転、（２）ドラムの静止、および（３）ドラムに対する送風、を繰り返さなければならない。ドラムの回転および静止中は、被験動物に微粒子５３を暴露することができないため、ドラムを１個のみ含む吸入試験装置を用いた場合、被験動物に常時微粒子５３を暴露するということができない。
【００８９】
本実施の形態に示す吸入試験装置３では、２つのドラム１１ａ、１１ｂについて交互に「送風」と「回転、静止」とを進めれば、飼育ユニット３１には常時、微粒子５３を暴露することができる。
【００９０】
なお、本実施の形態では粒子粉砕装置が２つ設けられた吸入試験装置３について説明したが、粒子粉砕装置の数は２つに限られるものではなく、３つ以上であってもよい。
【実施例】
【００９１】
次に、上述した第１の実施形態に係る吸入試験装置３の具体的な数値実施例について図５〜図７に基づき説明する。なお本発明は以下に記載する実施例に限定されるものではない。
【００９２】
粒子粉砕装置１のドラム１１として、直径４０ｃｍおよび幅２０ｃｍのステンレス製のドラムを使用した。粉砕ビーズ５１には、２種類の粉砕用ジルコニウムビーズ（直径５ｍｍ、重量３００ｇ、および直径１ｍｍ、重量２１８ｇ）を使用した。ドラム１１内部にこれら粉砕用ジルコニウムビーズを入れ、粉砕する微粒子として二酸化チタンをドラム１１内部に入れた。
【００９３】
ドラム１１を１０秒／１回転の回転スピードで１５分間回転させた。次いで回転を止め、２分間静止させた。２分経過後、送風入口１２から送風出口１３に向けてドラム１１内部への送風を開始した。送風出口１３から排出され、飼育ユニット３１に供給される微粒子を回収した。
【００９４】
図５は、送風出口１３から排出された微粒子を走査型電子顕微鏡で観察した様子を示す図である。図中右側は、図中左側の四角枠で囲んだ部分の拡大図である。図５に示すように、飼育ユニット３１において被験動物に曝露する微粒子の粒径が１０００ｎｍ未満であることが確認された。
【００９５】
また、粉砕をおこなう前および粉砕後に二酸化チタン粒子を散布し、飼育ユニット３１のマウスケージ３６に堆積した微粒子を光学顕微鏡下で観察し、粒径の分布を測定した。図６および７は、測定された粒子直径とその出現頻度の関係を示すグラフであり、横軸は粒径（μｍ）、縦軸は出現頻度（％）を表す。図６は、粉砕前の散布粒子での結果を示すグラフであり、図７は、粉砕後の散布粒子での結果を示すグラフである。表２は、測定された微粒子の直径の範囲と測定された粒子の平均粒子直径をまとめた表である。図７に示すように、粉砕後では、粒径が５μｍ以上である粒子がカウントされる頻度が粉砕前と比較して減少していることが分かる。また表２に示すように、粉砕処理後では全体的に粒子の直径が小さくなり、粒径のばらつきが小さくなっている。すなわち、微粒子が均一化されている。
【００９６】
【表２】
【００９７】
（付記事項）
なお、本発明を以下のように表現することも可能である。
（第１の構成）
微粒子と微粒子を粉砕する粉砕用粒子を攪拌することによって微粒子を細分化する手段を備えた微粒子処理装置。
（第２の構成）
攪拌する動力が回転装置を利用した回転力によることを特徴とする第１の構成に記載の微粒子処理装置。
（第３の構成）
粉砕用粒子が二つ以上の粒径を有することを特徴とする第１の構成または第２の構成に記載の微粒子処理装置。
（第４の構成）
粉砕用粒子が二つ以上の材質からなることを特徴とする第１の構成から第４の構成の何れかに記載の微粒子処理装置。
（第５の構成）
第１の構成から第５の構成の何れかの微粒子処理装置を備え、微粒子処理装置で生成した微粒子を送風によって動物に曝露する吸入試験装置であって、送風に静止時間を設けることにより細分化できていない微粒子を落下させた後、浮遊する微粒子を送風によって運搬する吸入試験装置。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
本発明によれば、均一なナノサイズ微粒子を得ることができ、ナノサイズ微粒子の安全性評価に必要な吸入試験をより正確に実施することができる。したがって、本発明は、製薬業界、医療業界および農薬製造業界などに好適に利用され得る。
【符号の説明】
【００９９】
１ 粒子粉砕装置
３ 吸入試験装置
１１，１１’，１１ａ，１１ｂ ドラム（容器）
１２，１２ａ，１２ｂ 送風入口（送風手段、吸気手段）
１３，１３ａ，１３ｂ 送風出口（送風手段、吸気手段）
１６ 内羽根（羽根）
１８ 排出口（送風手段、吸気手段）
１９ 排出口（送風手段、吸気手段）
２０，２０ａ，２０ｂ 回転用部材（回転手段）
３１ 飼育ユニット（曝露チャンバー）
３２ 供給管（供給手段）
３３ 供給口（供給手段）
３４ 排出口
３６ マウスケージ
４１ 切り替え器
５１ 粉砕ビーズ（粉砕用粒子）
５２ 微粒子（被粉砕粒子）
５３ 微粒子（微細粒子）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の容器を備えており、該容器内に入れられた粉砕用粒子および被粉砕粒子を攪拌することにより該被粉砕粒子を微細粒子に粉砕する粒子粉砕装置であって、
上記容器は、上記容器内に浮遊する上記微細粒子を上記容器の外部へ送り出す送風手段または上記容器から吸引する吸気手段を有していることを特徴とする粒子粉砕装置。
【請求項２】
上記容器は、筒状構造の中心軸を回転軸として上記容器を回転させる回転手段を有していることを特徴とする請求項１に記載の粒子粉砕装置。
【請求項３】
上記容器の内壁に、上記回転軸と平行に延伸する羽根が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の粒子粉砕装置。
【請求項４】
被験動物に試験物質を吸入曝露させる吸入試験装置において、
請求項１から３までの何れか１項に記載の粒子粉砕装置と、
曝露チャンバーと、
上記粒子粉砕装置から回収された上記微細粒子を上記曝露チャンバー内に供給する供給手段とを備えていることを特徴とする吸入試験装置。
【請求項５】
上記粒子粉砕装置は、上記送風手段を備えており、
上記供給手段では、送風により上記微細粒子を供給することを特徴とする請求項４に記載の吸入試験装置。
【請求項６】
上記容器は、筒状構造の中心軸を回転軸として上記容器を回転させる回転手段を有しており、
上記粒子粉砕装置は、上記回転軸が略水平となるように配設されていることを特徴とする請求項４または５に記載の吸入試験装置。
【請求項７】
上記粒子粉砕装置を複数個備えており、複数の上記粒子粉砕装置の各は互いに独立して設けられていることを特徴とする請求項４から６までの何れか１項に記載の吸入試験装置。
【請求項８】
筒状の容器内に入れられた粉砕用粒子および被粉砕粒子を攪拌することにより、該被粉砕粒子を微細粒子に粉砕する粉砕工程と、
上記粉砕工程の後に、上記容器内に送風をおこなうか、または上記容器内に対して吸気をおこなうことにより、上記容器内に浮遊する上記微細粒子を回収する回収工程とを含むことを特徴とする粒子粉砕方法。
【請求項９】
上記粉砕工程では、回転軸を略水平にして上記容器を回転させることにより、上記粉砕用粒子および上記被粉砕粒子の攪拌をおこなうことを特徴とする請求項８に記載の粒子粉砕方法。
【請求項１０】
上記粉砕工程と上記回収工程との間に、回収する上記微細粒子の大きさに基づいて予め設定した時間、上記容器を静置させることを特徴とする請求項９に記載の粒子粉砕方法。
【請求項１１】
上記粉砕工程では、粒径が互いに異なる２種類以上の上記粉砕用粒子を混合して用いることを特徴とする請求項９または１０に記載の粒子粉砕方法。
【請求項１２】
上記容器を複数個使用し、複数の上記容器の各における上記回収工程の時期が互いにずれており、上記複数の容器のうち何れか１つの容器が上記回収工程にあり、
上記何れか１つの容器における上記回収工程では、上記回収工程にない上記複数の容器のうちの他の容器を介さずに、上記微細粒子を回収することを特徴とする請求項８から１１までの何れか１項に記載の粒子粉砕方法。
【請求項１３】
請求項８から１２までの何れか１項に記載の粒子粉砕方法により粉砕した上記微細粒子を、非ヒト被験動物に曝露することを特徴とする吸入試験方法。
【請求項１】
筒状の容器を備えており、該容器内に入れられた粉砕用粒子および被粉砕粒子を攪拌することにより該被粉砕粒子を微細粒子に粉砕する粒子粉砕装置であって、
上記容器は、上記容器内に浮遊する上記微細粒子を上記容器の外部へ送り出す送風手段または上記容器から吸引する吸気手段を有していることを特徴とする粒子粉砕装置。
【請求項２】
上記容器は、筒状構造の中心軸を回転軸として上記容器を回転させる回転手段を有していることを特徴とする請求項１に記載の粒子粉砕装置。
【請求項３】
上記容器の内壁に、上記回転軸と平行に延伸する羽根が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の粒子粉砕装置。
【請求項４】
被験動物に試験物質を吸入曝露させる吸入試験装置において、
請求項１から３までの何れか１項に記載の粒子粉砕装置と、
曝露チャンバーと、
上記粒子粉砕装置から回収された上記微細粒子を上記曝露チャンバー内に供給する供給手段とを備えていることを特徴とする吸入試験装置。
【請求項５】
上記粒子粉砕装置は、上記送風手段を備えており、
上記供給手段では、送風により上記微細粒子を供給することを特徴とする請求項４に記載の吸入試験装置。
【請求項６】
上記容器は、筒状構造の中心軸を回転軸として上記容器を回転させる回転手段を有しており、
上記粒子粉砕装置は、上記回転軸が略水平となるように配設されていることを特徴とする請求項４または５に記載の吸入試験装置。
【請求項７】
上記粒子粉砕装置を複数個備えており、複数の上記粒子粉砕装置の各は互いに独立して設けられていることを特徴とする請求項４から６までの何れか１項に記載の吸入試験装置。
【請求項８】
筒状の容器内に入れられた粉砕用粒子および被粉砕粒子を攪拌することにより、該被粉砕粒子を微細粒子に粉砕する粉砕工程と、
上記粉砕工程の後に、上記容器内に送風をおこなうか、または上記容器内に対して吸気をおこなうことにより、上記容器内に浮遊する上記微細粒子を回収する回収工程とを含むことを特徴とする粒子粉砕方法。
【請求項９】
上記粉砕工程では、回転軸を略水平にして上記容器を回転させることにより、上記粉砕用粒子および上記被粉砕粒子の攪拌をおこなうことを特徴とする請求項８に記載の粒子粉砕方法。
【請求項１０】
上記粉砕工程と上記回収工程との間に、回収する上記微細粒子の大きさに基づいて予め設定した時間、上記容器を静置させることを特徴とする請求項９に記載の粒子粉砕方法。
【請求項１１】
上記粉砕工程では、粒径が互いに異なる２種類以上の上記粉砕用粒子を混合して用いることを特徴とする請求項９または１０に記載の粒子粉砕方法。
【請求項１２】
上記容器を複数個使用し、複数の上記容器の各における上記回収工程の時期が互いにずれており、上記複数の容器のうち何れか１つの容器が上記回収工程にあり、
上記何れか１つの容器における上記回収工程では、上記回収工程にない上記複数の容器のうちの他の容器を介さずに、上記微細粒子を回収することを特徴とする請求項８から１１までの何れか１項に記載の粒子粉砕方法。
【請求項１３】
請求項８から１２までの何れか１項に記載の粒子粉砕方法により粉砕した上記微細粒子を、非ヒト被験動物に曝露することを特徴とする吸入試験方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−２０３９１３（Ｐ２０１０−２０３９１３Ａ）
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−４９６１４（Ｐ２００９−４９６１４）
【出願日】平成２１年３月３日（２００９．３．３）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【出願人】（５０４１７６９１１）国立大学法人大阪大学 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月３日（２００９．３．３）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【出願人】（５０４１７６９１１）国立大学法人大阪大学 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
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