マイクロ流体デバイスを用いて食品添加物由来の均一ポリマーカプセルを作製 ~PCRや細菌培養に利用可能な微小バイオリアクターを実現~

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2026-09-08 中央大学,東京大学

食品添加物として利用される両親媒性高分子TGPRを材料に、マイクロ流体デバイスで粒径約20~35μmの均一なポリマーカプセルを高速作製する技術が開発された。中央大学と東京大学の研究グループは、流路内で形成した水中油滴を油水界面を通過させることで、外側が水相のW/O/W型カプセルを連続生成し、毎秒約160個の高い生産速度を実現した。カプセルはリポソームより保存安定性・耐熱性に優れ、95℃を含むPCRの熱サイクル後も構造を維持し、内部でDNA増幅に成功。さらに大腸菌を24時間以上培養でき、微小バイオリアクターとしての機能も実証した。水中分散型のためフローサイトメーターとの互換性もあり、単一細胞解析、微生物スクリーニング、分子診断、人工細胞などへの高スループット応用が期待される。

マイクロ流体デバイスを用いて食品添加物由来の均一ポリマーカプセルを作製 ~PCRや細菌培養に利用可能な微小バイオリアクターを実現~
図1 マイクロ流体デバイスを用いたTGPRカプセルの作製。

<関連情報>

生物学的応用を目的とした、単分散性食品添加物ポリマーカプセルのマイクロ流体製造 Microfluidic production of monodisperse food-additive polymer capsules for biological applications

Yuki Gondo, Daiki Miyashita, Kazu Toyota, Mamiko Tsugane, Taro Toyota, Hiroaki Suzuki
Droplet  Published: 02 September 2026
DOI:https://doi.org/10.1002/dro2.70086

Abstract

Water-in-oil (W/O) droplets are widely used as microcompartments for high-throughput biological assays, yet the continuous oil phase renders them incompatible with standard aqueous analytical instruments such as flow cytometers. To address this limitation, we present a robust microfluidic strategy for generating monodisperse water-in-oil-in-water (W/O/W) polymer capsules stabilized by food-grade amphiphile tetraglycerol polyricinoleate (TGPR). Using a polydimethylsiloxane microfluidic device that we previously developed to generate monodisperse giant lipid vesicles, we achieved reliable capsule formation via interfacial transfer. Optimization of the channel height and operating pressures facilitated spontaneous W/O droplet splitting during the transfer process, significantly increasing the generation frequency to approximately 160 Hz while maintaining high monodispersity. The resulting TGPR capsules exhibited superior long-term stability and thermal resistance compared to lipid vesicles. We demonstrated the utility of these capsules as robust bioreactors through successful in-capsule PCR amplification and the cultivation of Escherichia coli. These findings establish TGPR-stabilized capsules as a scalable, aqueous-compatible alternative to conventional W/O droplets for synthetic biology and high-throughput screening applications.

生物化学工学
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