Generating Uniform DNA Droplets with Fluid Vortices: A New Tool for Programmable Smart Materials
In modern biomaterials science, “DNA droplets” formed by custom-designed DNA nanostructures are drawing attention as smart materials that can be programmed with specific properties and functions. However, because these molecular components naturally clump together in a random, unpredictable manner, creating uniform droplets of a consistent size has been a major engineering roadblock.
To solve this, researchers developed a microfluidic platform that uses gentle physical vibrations to create tiny, highly ordered fluid vortices between micro-sized pillars. These microscopic whirlpools act as “virtual compartments” that trap floating DNA strands, drawing them rapidly toward the center to form perfectly uniform, spherical droplets. By simply adjusting the DNA concentration or the spacing of the micropillars, the size of the droplets can be precisely controlled and scaled up. This platform also allows scientists to directly watch the formation and internal mixing of these materials in real time under a microscope, offering a powerful new framework for studying cellular phase separation and building artificial cell components from the bottom up.
ミクロの「渦」で均一なDNAドロップレットカプセルを作る！人工細胞やスマート材料の創出へ一歩
近年、特定の形にデザインされたDNA分子同士が引き合い、水中で油滴のように集まってできる「DNAドロップレット（凝集体）」が、性質や機能を自由に設計できる次世代のスマート材料として注目されています。しかし、分子がバラバラに集まる性質があるため、これまでは形や大きさが不揃いになりやすく、サイズが均一なドロップレットを狙い通りに作製することは技術的な難題でした。
本研究では、微小な柱（マイクロピラー）を並べたチップに細かな振動を加えることで、柱の間に規則正しい「ミクロの渦」を発生させる新しい技術を開発しました。この渦が目に見えない「仮想のカプセル（小胞）」として働き、周囲に漂うDNA分子を瞬時に中心へと閉じ込めます。集まったDNA分子は時間の経過とともにきれいな球体のドロップレットになり、入れるDNAの濃度や柱の大きさを変えるだけで、狙ったサイズに美しく揃えることに成功しました。さらに、異なる性質のDNAを組み合わせて、まだら模様（パッチ状）の複雑なドロップレットを作ることも可能です。ポンプなどを使わず顕微鏡下でその形成プロセスをリアルタイムに観察できるため、細胞内での分子の集まり方の解明や、材料をボトムアップで組み立てる人工細胞開発の画期的な基盤技術として期待されます。
Z. Huang, K. Kaneko, R. Yoneyama, T. Maruyama, T. Hayakawa, M. Takinoue, H. Suzuki, “A platform for the formation of uniform DNA condensate droplets using vibration-induced local vortices,” Mater. Horiz., 13, 1777-1786, 2026.
