液体の分離が生み出す、特異な溶液組成と操作条件の影響とはWhat are the effects of the unique solution composition and operating conditions resulting from liquid-liquid phase separation?
■背景と問題意識
医薬品や食品などの製造プロセスでは、溶液から目的の固体を回収する「非溶媒晶析」と呼ばれる技術が広く用いられています。このプロセスにて、目的物質が固体として発生せず、溶液中に別の液相が生じて2つの液体に分かれる現象は「オイルアウト（油状分離）」と呼ばれます。
オイルアウトは結晶化を阻害し、製品の品質安定性や再現性を低下させることが多いため、これまでの研究では主にオイルアウトを回避・防止する手法が検討されてきました。しかし、オイルアウト発生時に形成される局所的な溶液組成やその環境を活用した結晶化に関する知見は十分に整理されていませんでした。
■研究の工夫と新しい点
本研究では、通常は回避されるオイルアウトを、逆に活用する視点に立ち、オイルアウトによって
生じる特異な溶液組成や、攪拌の回転速度・温度といった操作条件が結晶粒子の特性（一次粒子径、二次粒子径、凝集挙動など）に及ぼす影響を系統的に調査しました。
特異な溶液組成の影響：オイルアウト時に形成される液滴内部の高い過飽和度が核生成を促進し、一次粒子径の減少や凝集粒子数の変化に影響を及ぼしていることが実験結果から示されました。
操作条件（回転速度・温度）の影響：回転速度の上昇や温度の低下に伴い、せん断応力や過飽和度の変化を通じて一次粒子径が減少することや、回転速度や温度の変更により一次粒子径および二次粒子径を
約2倍の範囲で変化させ得ることが確認されました。
まとめ
本研究により、オイルアウトを伴う非溶媒晶析での結晶粒子のサイズや凝集挙動について、過飽和度の指標や操作条件との関係性が示されました。
これらの結果は、これまで回避の対象となっていたオイルアウト現象を、逆に利用することで結晶粒子の特性を制御する新たな知見を与えるものとして示されています。
10.1016/j.molliq.2025.128603 Full Article
Characterization of Crystal Particles Utilizing the Oil-Out Phenomenon in Non-Solvent-Addition Crystallization
■ Background and Problem Statement
“Non-solvent crystallization” is a widely used technique in the manufacturing processes of pharmaceuticals and foods to recover a target solid from a solution. During this process, a phenomenon sometimes occurs where the target substance does not immediately form a solid; instead, a separate liquid phase emerges within the solution, resulting in a separation into two liquid phases. This phenomenon is known as “oil-out” (or oily phase separation).
Since oil-out often hinders crystallization and compromises product quality stability and reproducibility, previous research has primarily focused on methods to avoid or prevent it. However, there has been insufficient understanding regarding crystallization processes that leverage the unique local solution compositions and environments formed during oil-out.
■ Research Approach and Novelty
This study adopts a perspective that actively utilizes oil-out—a phenomenon typically avoided—to systematically investigate how the unique solution compositions generated by oil-out and operational conditions (such as stirring speed and temperature) affect crystal particle characteristics (e.g., primary particle size, secondary particle size, and aggregation behavior).
Impact of unique solution composition: Experimental results demonstrated that the high degree of supersaturation within the droplets formed during oil-out promotes nucleation, thereby influencing the reduction in primary particle size and changes in the number of aggregated particles.
Impact of operational conditions (stirring speed and temperature): It was confirmed that primary particle size decreases as stirring speed increases or temperature drops—changes driven by variations in shear stress and supersaturation levels. Furthermore, the study demonstrated that primary and secondary particle sizes could be varied by approximately twofold through adjustments to stirring speed and temperature.
Summary
This study has demonstrated the relationships between crystal particle size and aggregation behavior in non-solvent crystallization involving oil-out and parameters such as the degree of supersaturation and operating conditions.
These results provide new insights into controlling crystal particle characteristics by actively utilizing the oil-out phenomenon—a process previously regarded as something to be avoided.
本記事は、公開済み論文に基づき学科広報用に編集した紹介文です。This article is an outreach-style summary prepared for the department website based on the published paper.