マイクロチャネルアレイ装置を用いた均一径非球形微小液滴の作製

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要約

サイズが均一な非球形微小液滴の作製が可能なマイクロチャネルアレイ装置を開発した。均一径非球形微小液滴を本装置の中で固体化・カプセル化処理を行うことにより、均一径非球形微粒子・微小カプセルの作出が可能となる。

  • キーワード:マイクロチャネル、非球形微小液滴、液滴作製、温度制御
  • 担当:食総研・食品工学研究領域・先端加工技術ユニット
  • 代表連絡先:電話029-838-8025
  • 区分:食品試験研究
  • 分類:研究・参考

背景・ねらい

食品等で利用されている微粒子や微小カプセルの形状は表面積が最小となる球形である場合が多いが、中心部における内包成分の利用効率が表面部と比べてかなり低いという課題がある。微粒子や微小カプセルを非球形化すると、表面積が相対的に増大し、なおかつ中心と表面間の距離が短縮されるため、内包成分の利用効率が系内全域で大幅に向上するものと予想される。とりわけ、サイズが均一な非球形微粒子・微小カプセルは、内包成分の徐放を精密に制御可能であると考えられるため、食品成分等の高機能微小キャリアとしての応用が期待される。そこで本研究では、均一径微粒子・微小カプセルの基材として有用な食品用素材の均一径微小液滴の作製が可能なマイクロチャネル(MC)アレイ装置を開発する。

成果の内容・特徴

  • 単結晶シリコン製のチップ(図1)には、液滴作製用MCアレイ(600本)と液滴変形用MCアレイ(400本)が加工されている。液滴作製用MCアレイは、並列矩形MC、テラス、ステップ、および井戸部から構成される(図2)。井戸部の深さはMC深さの2倍である。また、チップの表面はプラズマ酸化により親水性処理が施されている。
  • 本研究で開発したMCアレイ装置は、MCアレイチップ、温度制御が可能なホルダー、液体供給部、顕微鏡観察装置から構成される。微小液滴は、MCアレイを介して分散相(油)を連続相(乳化剤水溶液)に圧入して作製される(図2)。
  • 加圧された分散相(精製大豆油)はMCを通過し始めた後、テラスで扁平に膨張する。その後、分散相の一部が井戸部に進入し、界面が分裂して均一径の円盤状微小油滴(平均直径14.5 μm、高さ7.8 μm)が作製される(図3)。
  • MCアレイ装置の一部を65°Cに加温して液滴作製すると、高融点脂質であるトリパルミチン(融点58°C)を素材とした均一径の円盤状微小油滴が作製できる。
  • 3.で作製された円盤状微小液滴が下流部のMCアレイに進入する際、栓状微小油滴(平均長さ24.1 μm,高さ7.8 μm,長さ8.0 μm)に変形し、その後MCの中を前進していく。栓状微小油滴の形状は、MCの中で固体化することにより形状が維持された栓状微粒子となる。

成果の活用面・留意点

  • 本研究により食品用素材の均一径非球形微小液滴の作製が可能であるが、MCアレイ装置を用いた均一径非球形微小液滴の微粒子化や微小カプセル化について今後検討していく必要がある。
  • 本装置は均一径非球形微小水滴の作製も可能であり、天然物由来の水溶性素材を利用した均一径非球形微小材料の作出も期待される。

具体的データ

図1 MCアレイチップの模式図

図2 MCアレイを介した非球形微小液滴作製の拡大模式図

図3 MCアレイを介した均一径円盤状微小油滴の作製(分散相操作圧力:5.2 kPa)

図4 MCアレイを介した非球形微小油滴の形状制御

その他

  • 研究課題名:マイクロ/ナノカプセルの作製と特性解明
  • 課題ID:313-d
  • 予算区分:競争的研究資金(倉田記念日立科学技術財団)
  • 研究期間:2006～2010年度
  • 研究担当者:小林 功、植村邦彦
  • 発表論文等:1. Kobayashi I. et al. (2008) Food Biophysics, 3(2), 132-139.
                       2. Kobayashi I. et al. (2008) MicroTAS2008, 760-762.
                       3. Kobayashi I. et al. (2006) Langmuir, 22(26), 10893-10897.