微小液滴を利用したDNA修飾金ナノ粒子結晶の均一生成に成功 結晶サイズのばらつきを従来法の約9分の1に低減–次世代光学材料やナノデバイスへの応用に期待–

2026-08-10 九州大学

九州大学などの研究グループは、DNAで表面修飾した金ナノ粒子(DNA-AuNP)が規則的に配列した超格子結晶を、均一なサイズで作製する新たな手法を開発した。研究では、熱制御型の液滴マイクロ流体システムを構築し、均一な微小液滴を結晶化の場として利用した。高温下でDNA修飾金ナノ粒子を液滴内に封入した後、極めてゆっくり冷却することで結晶化を制御した結果、液滴が小さいほど単一結晶体が形成されやすく、特に液滴径23μm以下では単一結晶体が主に形成されることが分かった。従来のバッチ法と比較して、結晶サイズのばらつきを約9分の1まで低減することにも成功した。DNA配列によってナノ粒子間の結合を制御できるDNA修飾ナノ粒子は、特異な光学特性を持つ超格子材料として注目されており、本技術は次世代光学材料や機能性ナノデバイスのほか、さまざまなナノ粒子材料の均一な製造への応用が期待される。


マイクロ流路を用いた液滴生成と液滴内の生成結晶の様子。

<関連情報>

温度制御型液滴マイクロ流体技術により、均一でサイズ制御可能なDNAナノ粒子超格子構造を実現 Thermally Regulated Droplet Microfluidics Enables Uniform, Size-Controllable DNA-Nanoparticle Superlattices

Naotomo Tottori, Miho Tagawa, Azusa Takao, Lidong Zhang, Maasa Yokomori, Shinya Sakuma, Yoko Yamanishi
Small  Published: 10 August 2026
DOI:https://doi.org/10.1002/smll.74787

ABSTRACT

DNA-functionalized nanoparticles (DNA-NPs) can self-assemble into superlattices with unique optical and electronic properties, and their ability to encapsulate macromolecular cargo makes them promising carriers for molecular delivery. To support such applications, crystals with uniform size and high lattice order are required. However, conventional batch crystallization can be affected by heterogeneous nucleation, convection, and aggregation, leading to broad size distributions and poor structural order. In this paper, we present a thermally regulated droplet-microfluidic strategy that produces uniform, size-controllable, single-crystallite DNA-functionalized gold nanoparticles (DNA-AuNPs) superlattices in monodisperse water-in-oil droplets. Droplets are produced at 65°C to suppress premature hybridization, and then ultra-slowly cooled to promote near-equilibrium assembly. We identify a predominantly single-crystallite regime in smaller droplets (≈9–23 µm) and achieve a ninefold reduction in size variability compared to batch processing.  Small-angle X-ray scattering analysis indicates that the characteristic domain size remains approximately constant across droplet sizes, suggesting that differences in crystallization behavior arise from size-dependent nucleation statistics rather than intrinsic improvements in crystal quality. Confinement may suppress multi-nucleation and convective perturbations, potentially providing a route to DNA-AuNP superlattices with controllable size, number, and order under confined conditions, which could enable dose-quantized delivery and applications in plasmonic and electronic materials.

0500化学一般
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