| 研究課題/領域番号 |
21J10991
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 国内 |
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| 審査区分 |
小区分27010:移動現象および単位操作関連
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| 研究機関 | 早稲田大学 |
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研究代表者 |
海野 城衣 早稲田大学, 理工学術院, 特別研究員(DC2)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-28 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
1,500千円 (直接経費: 1,500千円)
2021年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
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| キーワード | 晶析 / 粒径分布 / 冷却 / 種晶添加 / 最適化 / シミュレーション / インライン測定 / 確率論的核化 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
医薬品等の高付加価値結晶の製造では、精製過程において晶析により純度や結晶品質を高めている。結晶品質については、下流プロセスの効率や純度の観点から、粒径分布が単分散かつ大粒径であることが望ましい。品質向上には、晶析操作で粒径分布を制御する必要がある。冷却晶析においては、種晶添加法（析出させる結晶をあらかじめ加えておく方法）や冷却法を最適化することで粒径分布制御が可能となる。
本研究では、パーシャルシーディング（少量の種晶を添加して核発生を誘発すること）とプログラム冷却（品質最適化のために冷却方式を工夫すること）の操作条件をコンビナトリアル（組み合わせ論的）手法によって最適化することを目指す。
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| 研究実績の概要 |
申請者がこれまでに晶析速度論モデルを取得したL－アルギニン水溶液系とアセトアミノフェンエタノール溶液系を実験の対象物質とし、硫酸カリウム水溶液ベースの物質系を晶析速度論モデルが既知の仮想の対象物質とした。
まず、アセトアミノフェンエタノール溶液系の晶析速度論モデルを用いて最適なプログラム冷却の冷却方式を探索したところ、過冷却で未析出の溶液に種晶を添加することが最適であることが示唆された。そのため、この冷却方式とパーシャルシーディングのコンビナトリアル最適化を計算と実験の両手法から検討した。結果として、計算では粒径分布を最良にするような最適な操作条件の組み合わせが存在したが、実験では計算値からのズレやランダム誤差が大きく、その存在を確認できなかった。この原因として、第一に、これまでの研究で取得した速度論モデルにおいて考慮していない、結晶の破砕や凝集といった現象が発生していることが考えられる。第二に、新たに結晶核が発生する核化現象が確率論的挙動を示すことが考えられる。
第一の要因に関して、破砕や凝集がパーシャルシーディングに影響を与える可能性を仮想系の計算によって検証した。結果として、破砕や凝集はパーシャルシーディングの最適な操作条件に影響を与えるだけでなく、最適化の可否にすら影響を与えることが示唆された。
第二の要因に関して、確率論的核化がパーシャルシーディングに与える影響について仮想系の計算によって検証した。結果として、うまく制御されたパーシャルシーディングでは確率論的核化の影響は小さくなることが示唆されたが、ラボスケールでは確率論的核化の影響が無視できないことが示唆された。そのため、本手法の実験的検証のためには、スケールアップした実験系でコンビナトリアル最適化を行う必要があることが示唆された。
また、粒径分布の測定・予測・制御に関して得られた知見を学位論文及び著書として発表した。
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| 現在までの達成度 (段落) |
翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
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