からだに安全な材料だけで微小液滴「マイクロカプセル」をつくる~油・界面活性剤を使わず、機能性成分を内包した液滴をつくる新手法を開発~

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2025-06-25 産業技術総合研究所

産総研と同志社大学の研究チームは、油や界面活性剤を一切使わず、生体に安全な材料だけで直径20マイクロメートル以下の微小液滴(マイクロカプセル)を形成する新技術を開発した。シリコーンゴム製マイクロ流路の脱水特性を利用し、水溶液を置いておくだけで相分離が起き、カプセルが自然に形成される。従来困難だった均一で微細なマイクロカプセルの簡便かつ安全な製造が可能になり、核酸や抗体、ナノ粒子、細胞などの内包にも成功。医薬品や食品、化粧品、再生医療など幅広い分野への応用が期待される。

からだに安全な材料だけで微小液滴「マイクロカプセル」をつくる~油・界面活性剤を使わず、機能性成分を内包した液滴をつくる新手法を開発~油や界面活性剤を使わず、2種類の水溶液の混合液から、薬剤成分や細胞などを内包できる微小なカプセルをつくる

<関連情報>

マイクロ流体における脱水駆動相分離による均一な微小液滴のワンステップ生成のための簡便なプラットフォーム A Facile Platform for One-Step Generation of Uniform Microdroplets through Dehydration-Driven Phase Separation in Microfluidics

Ken Hirano, Mayu Shono, Akihisa Shioi, Kenichi Yoshikawa
Small Methods  Published: 08 June 2025
DOI:https://doi.org/10.1002/smtd.202500387

Abstract

Microdroplet generation with the desired size is essential in various fields; however, conventional methods require complex equipment and precise flow control, limiting their accessibility. To address this challenge, this research introduces a novel and straightforward method for one-step generation of uniform, cell-sized droplets using a simple microfluidic channel made of polydimethylsiloxane (PDMS). This approach exploits the inherent water-absorption properties of PDMS to induce phase separation in a homogeneous aqueous two-phase system comprising polyethylene glycol (PEG) and dextran (DEX). Injecting a homogeneous PEG/DEX mixture below the critical concentration for phase separation into the PDMS microchannel resulted in gradual dehydration, inducing microphase separation and generating linearly arranged DEX-rich droplets within a PEG-rich continuous phase. Time-lapse observations revealed that this dehydration-driven process is gradual and controlled, producing uniform droplet sizes. The key aspects of the observed phenomena are replicated through numerical simulations using a modified Cahn–Hilliard equation that accounts for the inherent water absorption characteristics of PDMS. Furthermore, the versatility of this method is demonstrated by the successful encapsulation of various materials, such as Escherichia coli, DNA, antibodies, and nanoparticles, within the droplets. This effective technique holds promise for a wide range of applications, such as drug delivery and artificial cell engineering.

0505化学装置及び設備
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