- 开发出技术来制造尺寸均匀的20微米或更小的微胶囊，这在以前是困难的，只使用生物安全的材料而不使用油或表面活性剂
- 无需特殊设备或复杂的操作。利用硅橡胶微通道的脱水特性，只需将其留在原处即可自行形成微胶囊
- 可含有细胞、核酸、抗体、纳米颗粒等，有助于开发更安全、更高附加值的产品，如药品、再生医学、食品和化妆品
在不使用油或表面活性剂的情况下，由两种水溶液的混合物制造可容纳药物成分、细胞等的微胶囊
米乐m6官方网站（以下简称“AIST”）健康与医学工程研究部平野实验室。首席研究员与同志社大学生命医学部客座教授吉川健一、同学部理工学部盐井明久教授、庄野麻友研究员（研究时）合作。表面活性剂
在我们熟悉的药品、食品、化妆品等产品中，成分被封装在小到肉眼看不见的胶囊中，以保持其质量并增强其效果微胶囊技术被广泛使用。特别是，20微米或更小的微胶囊在投入实际使用时在功能性和易用性方面预计是有用的。然而，传统的通用制造方法经常使用油和表面活性剂，这会带来产品残留和环境影响等问题。
这一次，生物相容性水溶液来制造尺寸均匀的微胶囊。由于它不使用油或表面活性剂，是一种对人和环境友好的生产方法。此外，只需将其放置在适当的位置即可自动产生液滴，因此无需特殊设备或复杂的操作。此外，细胞、核酸、抗体、纳米颗粒等可以被捕获在这些微胶囊内。预计将应用于需要更安全、更可持续的产品开发的各种领域，例如药品、再生医学、食品和化妆品。
该技术的详细信息将于 2025 年 6 月 8 日公布。小方法
在我们的日常生活中，许多产品都使用“微胶囊技术”，将各种成分限制在看不见的液滴中。例如，我们确保药物在体内缓慢起效，确保化妆品中的美容成分在使用前保持新鲜，或者确保食物的风味和营养成分持续更长时间。通过以这种方式将特定成分封装在微胶囊中，可以保持产品成分的质量并提高其有效性。
为了最大限度地发挥这些微胶囊的作用，关键是保持它们的尺寸均匀并尽可能小。例如，在药品中，活性成分被有效地输送到目标细胞和组织，而在化妆品中，美容成分不仅能更好地融入皮肤，而且使用起来感觉更顺滑。在食品中，它还可以改善质感，例如令人愉悦的质感。然而，尽管“尺寸均匀且尽可能小”在许多领域具有优势，但传统制造方法存在两个主要问题。
首先，在使用普通油和表面活性剂的生产方法中，人们担心产品中的残留物可能会降低安全性并给环境造成负担。此外，使用仅使用安全水溶液的生产方法，在技术上很难制造出小且尺寸均匀的微胶囊，并且特别难以可靠地制造直径小于20微米（约为人类头发厚度的四分之一）的微胶囊。
在此背景下，人们对使用更安全的材料、更简单的制造工艺、对人类和环境更友好的新型微胶囊技术的期望越来越高，特别是在我们消费的药品和食品以及与我们的皮肤直接接触的化妆品中。近年来，消费者对食品和化妆品成分信息的透明度和安全性越来越感兴趣，这也支持了新技术的发展。
AIST 正在开发一种先进的“微流体装置进行研究和开发。这项研究的重点是硅橡胶（PDMS)忽视的“脱水”的独特性质。
通常，仅使用水溶性材料很难制造均匀的微胶囊。然而，我们提出了这样的假设：利用这种脱水特性，只需将两种低浓度水溶液混合并将其引入流道中，溶液内部就会自然发生浓缩，并且只需将它们留在原处即可自行形成微胶囊，无需使用油或表面活性剂。这一结果证明了这一独特的想法。
在这项研究中，我们使用硅橡胶 (PDMS) 制造了一种具有精细流道的微流体装置，硅橡胶是一种高度安全的材料，具有经证实的生物相容性。该技术的关键点是利用该装置中硅橡胶的“脱水”特性。
首先，两种类型的水溶液（此处聚乙二醇 (PEG)和右旋糖酐 (DEX))以低浓度均匀混合，不会引起相分离。该混合水溶液微信时，混合水溶液中只有水缓慢地穿过硅橡胶通道壁，通道内PEG和DEX的浓度逐渐增加。当浓度超过一定水平时，均匀混合的水溶液开始分离成两种水溶液。水-水相分离现象发生。结果，以DEX为主要成分的微小液滴（微胶囊）自身形成。此时，由于相分离溶液被限制在微通道内，当液滴达到与通道宽度相同的尺寸时，它们的运动受到限制，并且抑制了微胶囊不必要的聚结。结果，尺寸均匀的微胶囊稳定地排列成一条线（图1）。无需特殊设备或复杂的操作即可实现使用水-水相分离的传统方法难以稳定生产的尺寸均一的20微米或更小的微胶囊。
图 1 延时荧光显微镜图像显示由于脱水而形成的微胶囊。水溶液在20微米宽的微通道中静止（25分钟后），通过脱水，其浓度逐渐增加，引起相分离（4至10分钟后），最后稳定成排成一排的大小均匀的微胶囊（15分钟后）。
*原始论文中的数字被引用或修改。 （许可证：CC BY 40）
我们还证明，只需改变微通道的宽度即可将所生产的胶囊的尺寸精确控制在 5 至 20 微米的范围内（图 2）。
图2 微胶囊尺寸的精确控制。只需设置微通道的宽度即可控制胶囊尺寸。每个通道宽度（5、10、15、20 微米）的平均粒径图（左）和荧光显微镜图像（右）
*原始论文中的数字被引用或修改。 （许可证：CC BY 40）
该方法的主要优点在于，在形成微胶囊的同时，可以将添加到混合水溶液中的各种物质有效地封装在微胶囊内部。在这项研究中，我们证实它实际上可以封装核酸、抗体、纳米颗粒（200纳米），甚至以大肠杆菌为例（图3）。特别是对于核酸和纳米颗粒，我们实现了接近100%的高封装效率。
图 3 各种物质中的夹杂物示例。我们成功地将 DNA、抗体、纳米粒子和大肠杆菌封装到使用该技术创建的微胶囊中。微通道宽度为20微米。每个内含物均以绿色显示。荧光显微镜图像。
*这是对原始论文中的数字的引用或修改。 （许可证：CC BY 40）
这样，该研究利用“硅橡胶脱水”的物理现象，在世界上首次成功地大大简化了工艺，并通过水-水相分离稳定地生产了20微米以下的微胶囊，这在以前是很困难的。该技术（1）仅使用安全的水溶性材料，（2）通过简单的工艺自行形成均匀且精细的微胶囊，（4）内部含有各种功能成分，有望作为一项基础技术为广泛的工业领域做出贡献。
该技术解决了传统微胶囊生产技术面临的问题，例如由于使用油和表面活性剂而导致残留物安全性降低，以及对环境影响的担忧。预计它在需要清洁和安全制造工艺的制药、再生医学、食品和化妆品等领域特别有用。
未来，我们将继续完善技术，使微胶囊变得更小，并有针对性地、高效地封装更多种类的活性成分。此外，该技术不仅可以应用于PEG/DEX体系，还可以应用于各种其他聚合物材料的组合。利用其可扩展性，我们还将致力于开发可根据预期用途优化其功能的微胶囊。此外，每个微通道都非常薄，可以在邮票大小的基板上排列（并行）数百个或更多。我们还旨在建立大规模生产技术，集成和堆叠许多微通道，以一次制造大量微胶囊（图4）。
通过这些技术的发展，我们将满足各种行业的需求，积极推进与广大企业的联合研究，加速该技术的实际应用和社会落地。
图4通过并行化和增加微通道规模来大规模生产该技术的图像
已出版的杂志：小方法
论文标题：一种通过微流体中脱水驱动的相分离一步生成均匀微滴的简便平台
作者：Ken Hirano、Mayu Shono、Akihisa Shioi、Kenichi Yoshikawa
DOI：101002/smtd202500387