JP2008194573A - Lipid double film forming method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、イオンチャンネルをはじめとする膜タンパク解析に用いられる脂質二重膜の形成方法に関する。 The present invention relates to a method for forming a lipid bilayer membrane used for analysis of membrane proteins including ion channels.
細胞内と細胞外の間の物質輸送は膜貫通性タンパクを通じて行われる。なかでもイオンチャンネルはイオンの透過により膜電位の変化を生ずるので、神経の活動電位のような信号発生による情報伝達に重要な役割を果たすことが知られており、近年研究が盛んに進められている。 Mass transport between intracellular and extracellular cells is performed through transmembrane proteins. Among them, ion channels cause changes in membrane potential due to ion permeation, and are known to play an important role in information transmission by signal generation such as nerve action potentials, and research has been actively promoted in recent years. Yes.
イオンチャンネル研究を進める上で不可欠なのがパッチクランプ法と呼ばれる実験手法であり、1976年にNeherとSakmannによって開発された。パッチクランプ法では、まずパッチ電極と呼ばれる微小ガラス管の先端を細胞膜表面に密着させる。その先端開口部の微小膜領域を電気的に他の領域から絶縁した状態で電位固定し、微小膜領域に含まれるイオンチャンネルを通るイオン電流を計測する。この方法の開発は、チャンネルタンパク分子の機能エレメントの同定、その動作メカニズムや構造解明に役立ち、生理学研究に大きな革新をもたらした。 An indispensable tool for conducting ion channel research is an experimental technique called the patch clamp method, which was developed in 1976 by Neher and Sakmann. In the patch clamp method, the tip of a micro glass tube called a patch electrode is first brought into close contact with the cell membrane surface. The potential is fixed in a state in which the micromembrane region at the tip opening is electrically insulated from other regions, and the ion current passing through the ion channel included in the micromembrane region is measured. The development of this method has helped to identify functional elements of channel protein molecules, elucidate their working mechanisms and structures, and brought great innovation in physiological research.
しかしながら、パッチクランプ法は上述の通り生理学研究において極めて有効な方法であるにもかかわらず適用できない場合がある。例えば解剖学的にアクセスが困難な場合、すなわち細胞小器官上のチャンネルやシナプス前膜のような微小構造体上のチャンネルを解析する場合が、これに該当する。また、チャンネルの基本構造や詳細な構造機能相関研究を深めるためには単純な構成で実験を行う必要がある場合も適用できない。このときにはチャネル分子を単純な系、つまり水、塩類、リン脂質、チャンネルで構成される系で解析しなければならない。 However, the patch clamp method may not be applied although it is a very effective method in physiological research as described above. For example, this is the case when it is difficult to access anatomically, that is, when analyzing a channel on an organelle or a channel on a microstructure such as a presynaptic membrane. In addition, in order to deepen the basic structure of the channel and detailed structure-function correlation research, it is not applicable to the case where it is necessary to conduct an experiment with a simple configuration. At this time, the channel molecule must be analyzed in a simple system, that is, a system composed of water, salts, phospholipids, and channels.
これらのようにパッチクランプ法を適用できない時に有効な手段として脂質平面膜法が開発された。脂質平面膜法には大きく分けて、ペインティング法と貼り合わせ法がある(たとえば非特許文献1)。 As described above, the planar lipid membrane method has been developed as an effective means when the patch clamp method cannot be applied. The lipid planar membrane method is roughly classified into a painting method and a bonding method (for example, Non-Patent Document 1).
図11はペインティング法による従来の脂質二重膜の形成方法を示す。図11において、容器10をテフロン(登録商標)、ポリスチレンなどの疎水性表面を有する樹脂からなる平板11で仕切り、平板11で仕切られた空間へ電解液12を満たし、平板11に開けられた微小孔13へ、脂質分子と有機溶媒との混合液14を刷毛15で塗布する。微小孔13へ塗布された混合液14に含まれる余剰な有機溶媒は微小孔13の周辺縁を徐々に伝わって取り除かれるため、30分から3時間程度待てば脂質二重膜が形成される。
FIG. 11 shows a conventional method for forming a lipid bilayer membrane by a painting method. In FIG. 11, a
一方、図12(a)、(b)、(c)は貼り合わせ法による従来の脂質二重膜の形成方法を示す。図12(a)において、容器20はテフロン(登録商標)、ポリスチレンなどの疎水性表面を有する樹脂からなる平板21で仕切られている。まず前処理として平板21に開けた微小孔22へスクアレンを塗布しておく。容器20の一方のチャンバーへ、電解液23の液面の高さが微小孔22下端の高さを越えない程度に、電解液23を注入口24から加える。次に電解液23へ、脂質分子25と有機溶媒との混合液を滴下して数分間放置すると、図12(a)に示すように電解液23の気−液界面には脂質単分子膜が形成される。脂質分子25は親水性部と疎水性部を有しており、脂質分子25の親水性部が電解液23の方へ向くように配向する。
On the other hand, FIG. 12 (a), (b), (c) shows the formation method of the conventional lipid bilayer membrane by the bonding method. In FIG. 12A, the
そして図12(b)に示すように電解液23の液面の高さが微小孔22上端の高さを通過するまで、電解液23を加える。
Then, as shown in FIG. 12B, the
次に、図12(c)において、容器20の他方のチャンバーで同様の操作を行なう。すなわち、液面の高さが微小孔22下端の高さを越えない程度に、電解液26を加える。次に電解液26へ脂質分子と有機溶媒との混合液を加えて数分間放置すると、電解液26の気−液界面には脂質単分子膜が形成される。そして電解液26の液面の高さが微小孔22上端の高さを通過するまで、電解液26を加える。以上の操作を行なうことにより、先に微小孔22に形成された脂質単分子膜にもう一方の脂質単分子膜が貼り合わされて、その結果として脂質二重膜が形成される。
Next, in FIG. 12C, the same operation is performed in the other chamber of the
上述の2つの方法によって安定で再現性のある脂質二重膜を形成するには、かなりの熟練を要する。より簡便な脂質二重膜を形成する方法としては、マイクロ・ナノ加工技術を利用して小型チップ上に脂質二重膜を形成するという方法があった(たとえば特許文献1参照)。 Forming a stable and reproducible lipid bilayer membrane by the two methods described above requires considerable skill. As a simpler method for forming a lipid bilayer membrane, there has been a method of forming a lipid bilayer membrane on a small chip using micro / nano processing technology (see, for example, Patent Document 1).
図13は、特許文献1に記載された従来の脂質二重膜形成装置を示す。図13において、基板31の表裏にマイクロチャンバー32とマイクロチャンネル33を設け、マイクロチャンバー32とマイクロチャンネル33を貫通する微小孔34を設ける。マイクロチャンバー32へは電解液を注入し、マイクロチャンネル33へは電解液、脂質二重膜の原料と有機溶媒の混合液、電解液を順次注入する。マイクロチャンバー32の電解液に圧力を印加可能にするためにマイクロチャンバー32の壁35を貫通する通路36を設け、マイクロチャンバー32の圧力を調整することにより、微小孔34に脂質二重膜を形成する。
特許文献1では、脂質二重膜を薄膜化するには前記マイクロチャンバー32の圧力調整を行うため、前記マイクロチャンバー32の外部に設けられたシリンジポンプやダイアフラムポンプ、ペリスタティックポンプなどの加圧手段を用いていた。また前記マイクロチャンネル33に電解液および脂質二重膜の原料と有機溶媒との混合液を搬送するため、前記マイクロチャンネル33の外部に設けられたシリンジポンプやダイアフラムポンプ、ペリスタティックポンプなどの加圧手段を用いていた。
In Patent Document 1, in order to reduce the thickness of the lipid bilayer membrane, the pressure of the
しかし、脂質二重膜形成の度に前記マイクロチャンバー32およびマイクロチャンネル33と加圧手段とをそれぞれ接続しなければならないという課題を有していた。
However, each time the lipid bilayer membrane is formed, the
本発明は、前記従来の課題を解決し、初心者でも簡便に脂質二重膜を形成する方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems and to provide a method for easily forming a lipid bilayer even for beginners.
前記従来の課題を解決する本発明は、脂質二重膜形成装置を用いて脂質二重膜を形成する方法であって、前記脂質二重膜形成装置は、基材と、前記基材の内部に設けられた第1チャンバーと、前記基材の内部に設けられた第2チャンバーと、前記第1チャンバーと前記基材の外周面とを接続する孔とを備え、前記第1チャンバーと前記第2チャンバーとは、脂質二重膜形成部を介して接続されており、前記脂質二重膜形成部の断面積は、前記第1チャンバーの断面積および前記第2チャンバーの断面積のいずれよりも小さく、前記第1チャンバーと回転中心との間の距離は、前記第2チャンバーと回転中心との間の距離よりも小さく、前記方法は、前記第1チャンバーまたは前記第2チャンバーのどちらか一方に電解液を満たす電解質第1充填工程、前記脂質二重膜形成部に、脂質二重膜の原料と有機溶媒との混合液を配置させる原料充填工程、他方のチャンバーに電解液を満たす電解質第2充填工程、および前記回転中心を回転軸として前記脂質二重膜形成装置を遠心することによって、前記脂質二重膜形成部に前記脂質二重膜を形成する遠心工程を順に包含する。 The present invention that solves the conventional problem is a method of forming a lipid bilayer membrane using a lipid bilayer membrane formation apparatus, the lipid bilayer membrane formation apparatus comprising: a base material; and an interior of the base material A first chamber provided in the substrate, a second chamber provided in the substrate, and a hole connecting the first chamber and the outer peripheral surface of the substrate, the first chamber and the first chamber The two chambers are connected via a lipid bilayer formation part, and the cross-sectional area of the lipid bilayer formation part is greater than the cross-sectional area of the first chamber and the cross-sectional area of the second chamber. The distance between the first chamber and the center of rotation is smaller than the distance between the second chamber and the center of rotation, and the method can be applied to either the first chamber or the second chamber. 1st electrolyte filling electrolyte A raw material filling step in which a mixed liquid of a lipid bilayer membrane raw material and an organic solvent is disposed in the lipid bilayer membrane forming part, an electrolyte second filling step in which the other chamber fills the electrolytic solution, and the rotation center A centrifugal process of forming the lipid bilayer membrane in the lipid bilayer membrane formation part by sequentially centrifuging the lipid bilayer membrane formation apparatus as a rotation axis is included.
前記基材は樹脂またはガラスであることが好ましい。 The substrate is preferably a resin or glass.
前記基材の外周面における前記孔の断面積は前記第1チャンバーにおける前記孔の断面積よりも小さいことが好ましい。 The cross-sectional area of the hole on the outer peripheral surface of the base material is preferably smaller than the cross-sectional area of the hole in the first chamber.
前記孔の容積は、前記第1チャンバーおよび前記第2チャンバーの容積よりも大きいことが好ましい。 It is preferable that the volume of the hole is larger than the volumes of the first chamber and the second chamber.
前記脂質二重膜形成部は撥水性表面を有することが好ましい。 The lipid bilayer membrane-forming part preferably has a water-repellent surface.
前記脂質二重膜形成部は少なくとも一つのくびれを有することが好ましい。 The lipid bilayer membrane-forming part preferably has at least one constriction.
前記脂質二重膜形成部は少なくとも一本の支柱を有することが好ましい。 The lipid bilayer membrane forming part preferably has at least one strut.
前記第2チャンバーは、前記基材の外周面と接続する孔を有していることが好ましい。 The second chamber preferably has a hole connected to the outer peripheral surface of the base material.
前記第1チャンバーおよび前記第2チャンバーは前記電解液および前記混合液の充填を検知するための電極を有することが好ましい。 It is preferable that the first chamber and the second chamber have electrodes for detecting filling of the electrolytic solution and the mixed solution.
前記第1チャンバーおよび前記第2チャンバーは脂質二重膜に流れる膜電流を検出するための電極を有することが好ましい。 The first chamber and the second chamber preferably have electrodes for detecting a membrane current flowing through the lipid bilayer.
前記第2チャンバーおよび前記脂質二重膜形成部が回転中心に対して放射状に複数配置されていることが好ましい。 It is preferable that a plurality of the second chambers and the lipid bilayer-forming portions are arranged radially with respect to the rotation center.
前記電解質第1充填工程では前記第2チャンバーに電解液を満たし、前記電解質第2充填工程では前記第1チャンバーに電解液を満たすことが好ましい。 In the first electrolyte filling step, the second chamber is preferably filled with an electrolytic solution, and in the second electrolyte filling step, the first chamber is preferably filled with an electrolytic solution.
前記電解質第1充填工程または前記電解質第2充填工程では、前記第1チャンバーおよび前記第2チャンバーの内部にそれぞれ設けられた電極を用いて電解液の充填を検知することが好ましい。 In the first electrolyte filling step or the second electrolyte filling step, it is preferable to detect filling of the electrolytic solution using electrodes provided in the first chamber and the second chamber, respectively.
前記原料充填工程では、前記電解液の満たされた前記他方のチャンバーおよび前記混合液の配置された前記脂質二重膜形成部から気泡を取り除くことが好ましい。 In the raw material filling step, it is preferable that air bubbles be removed from the other chamber filled with the electrolyte and the lipid bilayer membrane forming portion where the mixed solution is arranged.
前記電解質第2充填工程での前記脂質二重膜形成装置の回転速度は、前記遠心工程での脂質二重膜形成装置の回転速度よりも小さいことが好ましい。 It is preferable that the rotation speed of the lipid bilayer membrane formation apparatus in the electrolyte second filling step is smaller than the rotation speed of the lipid bilayer membrane formation apparatus in the centrifugation step.
前記遠心工程では、前記第1チャンバーおよび前記第2チャンバーの内部にそれぞれ設けられた電極から得られる電気信号により脂質二重膜の形成を検知することが好ましい。 In the centrifugation step, it is preferable that the formation of a lipid bilayer is detected by an electrical signal obtained from an electrode provided in each of the first chamber and the second chamber.
前記第1チャンバーおよび前記第2チャンバーの内部にそれぞれ設けられた電極から得られる電気信号により、前記脂質二重膜形成装置の回転速度および回転時間を制御することが好ましい。 It is preferable to control the rotation speed and the rotation time of the lipid bilayer membrane formation device by means of electrical signals obtained from electrodes provided inside the first chamber and the second chamber, respectively.
前記第2チャンバーおよび前記脂質二重膜形成部を回転中心に対して放射状に複数配置した前記脂質二重膜形成装置において、作成された複数の脂質二重膜はそれぞれ電気的に独立していることが好ましい。 In the lipid bilayer membrane forming apparatus in which the second chamber and the lipid bilayer membrane formation section are arranged radially with respect to the rotation center, the plurality of lipid bilayer membranes created are electrically independent from each other. It is preferable.
前記脂質二重膜形成装置を電磁シールドボックス内で動作させることが好ましい。 The lipid bilayer membrane forming device is preferably operated in an electromagnetic shield box.
請求項1に記載の脂質二重膜形成方法をイオンチャンネル解析装置で用いることが好ましい。 The lipid bilayer membrane formation method according to claim 1 is preferably used in an ion channel analyzer.
本構成によって、脂質二重膜の原料と有機溶媒との混合液から余剰な有機溶媒を取り除くための圧力は、電解液自身にかかる遠心力を用いることができるため、外部に加圧手段を設けることなく簡便に脂質二重膜を形成することができる。 With this configuration, the pressure for removing excess organic solvent from the mixed liquid of the lipid bilayer membrane raw material and the organic solvent can use the centrifugal force applied to the electrolyte itself, so external pressure means are provided. A lipid bilayer membrane can be easily formed without any problems.
本発明に係る脂質二重膜形成方法によれば、まず第1チャンバーまたは第2チャンバーへ電解液を充填し、次に脂質二重膜形成部へ脂質二重膜の原料と有機溶媒との混合液を配置し、さらに他方のチャンバーへ電解液を充填し、さらに脂質二重膜形成装置の回転を続ければ脂質二重膜を簡便に形成することができる。したがって従来技術のように脂質二重膜を形成する度にチャンバーと加圧手段を接続するという煩わしい作業を行なわなくて良い。 According to the method for forming a lipid bilayer membrane according to the present invention, first, the first chamber or the second chamber is filled with an electrolyte solution, and then the lipid bilayer membrane formation part is mixed with a lipid bilayer membrane raw material and an organic solvent. A lipid bilayer membrane can be easily formed by placing the solution, filling the other chamber with the electrolyte, and continuing to rotate the lipid bilayer membrane formation apparatus. Therefore, the cumbersome work of connecting the chamber and the pressurizing means each time a lipid bilayer membrane is formed as in the prior art does not have to be performed.
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1(a)、(b)、(c)、(d)は、本発明の実施の形態における脂質二重膜形成装置の斜視図および断面図である。 1 (a), (b), (c), and (d) are a perspective view and a cross-sectional view of a lipid bilayer membrane forming apparatus according to an embodiment of the present invention.
本実施の形態において、図1(a)に示すように基材であるマイクロチップ100は基板101および上蓋102を接合することにより作製される。基板101および上蓋102は樹脂が好ましいがガラスでもよい。マイクロチップ100は回転中心103を中心軸として回転させることができる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 1A, a
マイクロチップ100の内部には、電解液を充填するための容器として第1チャンバー105および第2チャンバー107が設けられている。第1チャンバー105および第2チャンバー107の内壁は平滑であることが好ましい。なお、第1チャンバー105および第2チャンバー107の内壁の中心線平均粗さ(Ra)は100nm以下が好ましいが、特に限定しない。また第1チャンバー105の一端にはマイクロチップ100の外周面と接続する孔104が設けられており、この孔104から第1チャンバー105へ電解液を充填することができる。孔104の位置は第1チャンバー105の一端であれば特に限定しないが、回転中心103に近い方が好ましい。
Inside the
第1チャンバー105および第2チャンバー107は、脂質二重膜形成部として設けられたくびれ106を介して接続されている。
The
図1(b)、(c)、(d)は、図1(a)でのA−B、C−DおよびE−F間の断面図を示す。断面積110、111、112はそれぞれ第1チャンバー105、くびれ106の最狭部、第2チャンバー107の断面積を表している。断面積111は小さければ小さいほど脂質二重膜が長時間安定に形成されるが、小さすぎると脂質二重膜の取り扱いが困難となるので、0.0001mm2以上0.1mm2以下が好ましい。
1B, 1C, and 1D are cross-sectional views taken along the lines AB, CD, and EF in FIG. The
また、くびれ106の断面の形状は図1(c)に示すように正方形でも良いし、長方形、円形、楕円形などでも良いが、円形や正方形など対称性のある形状がより好ましい。
Further, the shape of the cross section of the
さらに、図1(a)に示されるように、第1チャンバー105および第2チャンバー107はいずれもテーパー形状を有し、これによってくびれ106が形成されている。すなわち、回転中心103からの距離が遠ざかるにつれて、第1チャンバー105の断面積110は徐々に小さくなっていき、逆に第2チャンバー107の断面積112は大きくなっている。
Furthermore, as shown in FIG. 1A, both the
第1チャンバー105と回転中心103との間の距離は、第2チャンバー107と回転中心103との間の距離よりも小さくなるよう配置する。第1チャンバー105と回転中心103との間の距離は大きければ大きいほど、大きな遠心力が得られるので、その距離は15mm以上が好ましい。また、本発明の脂質二重膜形成装置の取り扱いを容易にするため、第2チャンバー107と回転中心103との間の距離は200mm以下が好ましい。
The distance between the
第1チャンバー105および第2チャンバー107にはそれぞれ電極109a、bが設けられている。電極109a、bを用いて、電解液の充填や脂質二重膜の形成を電気信号として検知する。なお図1(a)には代表的な電極を図示したが、電極の位置と形状と数はこれに限られない。
The
次に脂質二重膜形成の手順を説明する。図2(a)〜(e)は本発明の実施の形態における脂質二重膜形成装置の動作図である。 Next, a procedure for forming a lipid bilayer membrane will be described. FIGS. 2A to 2E are operation diagrams of the lipid bilayer membrane forming apparatus according to the embodiment of the present invention.
まず電解質第1充填工程では、図2(a)に示すように、マイクロチップ200に設けられた孔201からピペット202を用いて電解液を注入し、図2(b)に示すように、回転中心203を中心としてマイクロチップ200を回転させ、遠心力により電解液204を第2チャンバー205へ充填する。
First, in the electrolyte first filling step, as shown in FIG. 2 (a), the electrolyte is injected from the
このとき電解液として100mMのKCl水溶液を用いる。なお電解液はKCl水溶液に限定されず、NaCl、CaCl2などの水溶液でも良いし、PBS(リン酸緩衝液)、HEPESなどの緩衝液でも良い。また複数の電解質を混合しても良い。さらにイオンチャンネルを流れるイオン電流計測実験を行うときに一般的に用いられる電解液でも良い。また電解液の濃度は1mM以上1M以下が好ましい。さらに電解液の注入にはピペットを用いたが、注射器、チューブ、スポイド、オートサンプラー等を用いても良い。 At this time, a 100 mM KCl aqueous solution is used as the electrolytic solution. The electrolytic solution is not limited to an aqueous KCl solution, and may be an aqueous solution such as NaCl or CaCl 2 , or a buffer solution such as PBS (phosphate buffer solution) or HEPES. A plurality of electrolytes may be mixed. Further, an electrolytic solution generally used when performing an ion current measurement experiment flowing through the ion channel may be used. The concentration of the electrolytic solution is preferably 1 mM or more and 1 M or less. Further, although a pipette is used for injecting the electrolytic solution, a syringe, a tube, a spoid, an autosampler, or the like may be used.
なお電解質第1充填工程では、第2チャンバー205内に気泡が残らないよう電解液204を充填することが好ましい。また第2チャンバー205以外の領域に電解液204が残らないよう充填することが好ましい。
In the electrolyte first filling step, it is preferable to fill the
次に原料充填工程では、図2(c)に示すように、孔201から脂質二重膜の原料と有機溶媒との混合液206を注入し、回転中心203を中心としてマイクロチップ200を回転させ、遠心力により混合液206をくびれ207へ配置する。
Next, in the raw material filling step, as shown in FIG. 2C, a
このとき脂質二重膜の原料としてアゾレクチンが好ましい。なお、本発明は、脂質二重膜の原料がアゾレクチンに限定されず、その他の天然由来の脂質であっても良いし、合成脂質でも良い。合成脂質は高純度で化学的に安定なものが得やすいのでより好ましい。具体的にはリン酸脂質であるジフィタノイルフォスファジルコリン、ホスファチジルコリン、ホスファチジルエタノールアミン、ホスファチジルセリン、ジパルミトイルホスファチジルコリンでも良いし、その他のリン酸脂質でも良い。また脂質分子の脂肪酸部分は炭素数が10から20の飽和脂肪酸または不飽和脂肪酸が好ましい。これらの脂質は単独で用いても良いし、2種類以上混合して用いても良い。また有機溶媒に対する脂質の濃度は3〜50mg/mLが好ましい。 At this time, azolectin is preferred as a raw material for the lipid bilayer membrane. In the present invention, the raw material of the lipid bilayer membrane is not limited to azolectin, and may be other naturally derived lipids or synthetic lipids. Synthetic lipids are more preferred because they are easy to obtain highly pure and chemically stable. Specifically, it may be phospholipid diphytanoylphosphadylcholine, phosphatidylcholine, phosphatidylethanolamine, phosphatidylserine, dipalmitoylphosphatidylcholine, or other phospholipids. The fatty acid portion of the lipid molecule is preferably a saturated or unsaturated fatty acid having 10 to 20 carbon atoms. These lipids may be used alone or in combination of two or more. The lipid concentration relative to the organic solvent is preferably 3 to 50 mg / mL.
なお有機溶媒は非極性有機溶媒が好ましい。特にデカンが好ましいが、ヘキサデカン、ヘキサンを用いても良いし、その他の飽和炭化水素などを用いても良い。また複数の有機溶媒を混合しても良い。 The organic solvent is preferably a nonpolar organic solvent. Although decane is particularly preferable, hexadecane or hexane may be used, or other saturated hydrocarbons may be used. A plurality of organic solvents may be mixed.
さらに電解質第2充填工程では、図2(d)に示すように、孔201から注入する電解液208を遠心力により第1チャンバー209へ充填する。なお電解液208は電解液204と同じ種類、濃度であっても良いし異なっても良い。
Further, in the electrolyte second filling step, as shown in FIG. 2D, the
最後に遠心工程では、図2(e)に示すように、電解液208にかかる遠心力により、図2(c)に示す混合液206は加圧され、余剰な有機溶媒が排出されて脂質二重膜210が形成される。
Finally, in the centrifugation step, as shown in FIG. 2 (e), the
脂質二重膜210の形成の検知は、電極211a、bを用いて脂質二重膜210に流れる膜電流を測定することで行うことができる。電極211a、bにプリアンプ、電流計、パッチクランプ用アンプなどイオンチャンネル解析で一般的に用いられる計測器を接続することで膜電流が測定できる。
Detection of the formation of the
かかる構成と動作の手順によれば、遠心力を用いて脂質二重膜を形成するので、混合液から余剰の有機溶媒を除去するためのポンプが不要となり、脂質二重膜形成の度にポンプと接続しなくても良く、簡便に脂質二重膜を形成することができる。 According to such a configuration and operation procedure, a lipid bilayer membrane is formed using centrifugal force, so that a pump for removing excess organic solvent from the mixed solution becomes unnecessary, and a pump is formed each time a lipid bilayer membrane is formed. The lipid bilayer membrane can be easily formed.
本発明の特長は、図1(a)に示すように第2チャンバー107の開口部がくびれ106のみであるため、電解液の充填はくびれ106を通過して行われることである。かかる構成は従来技術には見られない。つまり、ペインティング法や貼り合わせ法を始めとする従来技術は、くびれ106を単なる脂質二重膜の原料と有機溶媒との混合液を保持するための手段としてしか用いていなかった。
The feature of the present invention is that since the opening of the
しかし本願発明においては、くびれ106を電解液の搬送経路としても用いることにより、第2チャンバー107に電解液の搬送経路を別途設ける必要がなくなる。ひいては搬送用のポンプそしてバルブを不要とすることが可能となる。
However, in the present invention, the use of the
さらに図1(a)に示すように本装置全体の開口部は孔104のみとすることが可能であり、孔104を通過して電解液および混合液の注入が行われる。かかる構成は従来技術には見られない。つまり、ペインティング法や貼り合わせ法を始めとする従来技術は溶液注入や圧力印加、電極挿入のために開口部が複数あり、溶液が漏出、飛散することも起こりうる。
Further, as shown in FIG. 1 (a), the opening of the entire apparatus can be only the
しかし本願発明の構成であればかかる溶液の漏出や飛散の抑制に有効である。加えて本願発明の構成によれば、脂質二重膜の形成に必要な試薬、すなわち電解液、脂質二重膜の原料の量が少なくて済む。なぜなら脂質二重膜の形成の際には、必要最小量だけ孔104から注入すればよいからである。これにより廃棄物の量を削減できるという効果も得られる。
However, the configuration of the present invention is effective for suppressing the leakage and scattering of the solution. In addition, according to the configuration of the present invention, the amount of reagents necessary for forming the lipid bilayer membrane, that is, the electrolyte solution and the raw material of the lipid bilayer membrane can be reduced. This is because, when forming the lipid bilayer membrane, it is sufficient to inject from the
なお、本実施の形態において、本装置全体の開口部を孔104の他に設けても良い。例えば第2チャンバー107の一端に孔を設けても良い。
In this embodiment mode, the opening of the entire apparatus may be provided in addition to the
ここで第2チャンバー107の一端に孔を設けた場合の脂質二重膜形成手順を図3(a)〜(e)に説明する。なお、図2(a)〜(e)と同様の構成および手順を有するものについては、同一符号を付し、その説明を省略する。
Here, the procedure for forming a lipid bilayer when a hole is provided at one end of the
まず電解質第1充填工程では、図3(a)に示すように、第2チャンバー205に設けられた孔212からピペット202を用いて電解液を注入し、図3(b)に示すように、電解液204を第2チャンバー205へ充填する。この充填が完了した後、孔212から電解液が漏出しないように孔212を封止することが好ましい。
First, in the electrolyte first filling step, as shown in FIG. 3A, an electrolyte solution is injected from the
次の原料充填工程から遠心工程までは図3(c)〜(e)に示すように、図2(c)〜(e)と同じ手順である。 From the next raw material filling process to the centrifugation process, as shown in FIGS. 3C to 3E, the procedure is the same as in FIGS. 2C to 2E.
以上図3(a)〜(e)に示す手順で脂質二重膜を形成すると、電解質第1充填工程では電解液を充填するための遠心操作が不要になるので好ましい。 When the lipid bilayer membrane is formed according to the procedure shown in FIGS. 3A to 3E, the centrifugal operation for filling the electrolytic solution is unnecessary in the first electrolyte filling step, which is preferable.
なお、本実施の形態において、基材は樹脂またはガラスが好ましい。樹脂はポリエチレンテレフタレート、塩化ビニル、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリプロピレン、アクリル、シクロオレフィン等が好ましい。ただし基材はこれらに限定しない。射出成型法やナノインプリント法、ホットエンボス法、切削加工、エッチング法、フォトリソグラフィー法、スクリーン印刷など一般的な加工方法が適用できる部材であれば良い。さらに、電解液の充填工程や遠心工程を含む脂質二重膜形成工程を光学的に観察できるよう、透光性が高く自家蛍光の少ない部材であればなお良い。 In the present embodiment, the substrate is preferably resin or glass. The resin is preferably polyethylene terephthalate, vinyl chloride, polyethylene, polycarbonate, polypropylene, acrylic, cycloolefin, or the like. However, the substrate is not limited to these. Any member to which a general processing method such as injection molding, nanoimprinting, hot embossing, cutting, etching, photolithography, or screen printing can be applied may be used. Furthermore, a member having high translucency and low autofluorescence is more preferable so that the lipid bilayer formation step including the electrolyte filling step and the centrifugation step can be optically observed.
また、ガラスは石英ガラスが好ましいが、電解液および有機溶媒を充填、保持できれば、その他のガラス、例えば硼珪酸ガラス、ソーダガラス、低融点ガラス等を用いても良い。あるいはシリコン、窒化シリコン、アルミナなど他の無機材料を用いても良い。 The glass is preferably quartz glass, but other glasses such as borosilicate glass, soda glass, low melting point glass and the like may be used as long as they can be filled and retained with an electrolyte and an organic solvent. Alternatively, other inorganic materials such as silicon, silicon nitride, and alumina may be used.
また本実施の形態において、図1(a)に示すマイクロチップ100の外周面における孔104の断面積は第1チャンバー105における孔104の断面積よりも小さいことが好ましい。孔104をテーパー形状にすることで、マイクロチップ100を回転する時に、孔104へ注入した電解液がマイクロチップ100の外部へ飛散するのを抑制できる。孔104の外周面における断面積は小さければ小さいほど電解液の飛散が抑制されるが、一方、小さすぎると電解液の注入が困難なばかりか、気−液交換がスムーズに行われないため第1チャンバーおよび第2チャンバーへの電解液の充填が難しい。孔104の外周面における断面積は0.01mm2以上1mm2以下が好ましい。孔104の第1チャンバー105における断面積は1.5mm2以上4mm2以下が好ましい。
In the present embodiment, the cross-sectional area of the
さらに本実施の形態において、図1(a)に示す孔104の容積は第1チャンバー105および第2チャンバー107の容積よりも小さいことが好ましい。孔104の容積は第1チャンバー105および第2チャンバー107の容積の1.5倍以上5倍以下が好ましく、2倍以上3倍以下がより好ましい。なお第2チャンバー107に孔を設けた場合も同様である。
Further, in the present embodiment, the volume of the
また本実施の形態において、図1(a)に示すくびれ106は疎水性表面を有していることが好ましい。一般に樹脂の表面は疎水性を示すので、マイクロチップ100を樹脂で形成すればくびれ106の表面も疎水的であるが、より効果的に脂質二重膜を形成するために、さらに疎水性の高い高分子、例えばフッ素樹脂をくびれ106の表面に塗布しても良い。一方、マイクロチップ100をガラスや窒化シリコンなどの無機材料で形成する場合、くびれ106の表面は一般には親水性であるため、撥水処理を行うことが好ましい。HMDS(ヘキサメチレンジシラザン)をコートしても良いし、テフロン(登録商標)薄膜をコートしても良いし、プラズマ重合でフロロカーボン膜を成膜しても良い。なお本発明において撥水処理方法は限定されず、その他の撥水処理に関する公知技術を用いても良い。
In the present embodiment, the
さらに本実施の形態において、図1(a)に示す第1チャンバー105および第2チャンバー107はいずれもテーパー形状を有し、これによってくびれ106が形成されている。
Further, in the present embodiment, both the
すなわち、回転中心103からの距離が遠ざかるにつれて、第1チャンバー105の断面積110は徐々に小さくなっていき、逆に第2チャンバー107の断面積111は大きくなっている。
That is, as the distance from the
くびれ106は他の形状に置換され得る。図4に他の形状の例を示す。図4に示すように第1チャンバー105および第2チャンバー107はいずれも矩形形状を有し、これによってくびれ301が形成されている。なお、くびれ301の長さ302が非常に長い場合、すなわち一般的なバイオチップにおける「流路」形状のような場合であっても脂質二重膜を形成することは可能であるが、脂質二重膜の位置が定まらないのでくびれ301の長さ302は0.01mm以上1mm以下が好ましい。
The
また本実施の形態において、図1(a)に示すくびれ106の途中に突起を設けても良い。すなわち図5に示すように突起401を複数並べることで、くびれ群402を形成しても良い。なお図5において前述の図1(a)に示した実施の形態と同様の構成を有するものについては、同一符号を付し、その説明を省略する。
In the present embodiment, a protrusion may be provided in the middle of the
さらに本実施の形態において、脂質二重膜形成部は図6に示すように支柱501を複数並べた支柱群502でも良い。なお図6において前述の図1(a)に示した実施の形態と同様の構成を有するものについては、同一符号を付し、その説明を省略する。支柱の形状は円柱が好ましいが、四角柱、三角柱、六角柱、星型柱など他の形状でも良い。なお支柱の数、大きさ、配置は限定しない。
Furthermore, in this embodiment, the lipid bilayer membrane forming unit may be a
なお脂質二重膜形成部は、図6に示す支柱群502と図1(a)に示すくびれ106とを組み合わせて形成しても良いし、他の形状のくびれと組み合わせて形成しても良い。
The lipid bilayer membrane forming part may be formed by combining the
また本実施の形態において、図1(a)に示す基材はチューブ状であっても良い。図7に基材としてチューブ601を用いた例を示す。なお図7において前述の図1(a)に示した実施の形態と同様の構成を有するものについては、同一符号を付し、その説明を省略する。チューブの材料は樹脂が好ましいがガラスでも良いし、その他の無機材料でも良い。チューブの直径は0.01mm以上3mm以下が好ましく、0.2mm以上1mm以下がより好ましい。くびれ106の断面積は0.0001mm2以上0.1mm2以下が好ましい。第1チャンバー105の断面積はくびれ106の最狭部の断面積の少なくとも2倍以上が好ましい。また第2チャンバー107の断面積はくびれ106の最狭部の断面積の少なくとも2倍以上が好ましい。
In the present embodiment, the substrate shown in FIG. 1A may be tube-shaped. FIG. 7 shows an example in which a
さらに本実施の形態において、図1(a)に示す第1チャンバー105および第2チャンバー107への電解液の充填は、電極109a、bを用いて電気的に検出することが好ましい。図8に電解液の充填を検出する原理図を示す。例えば図8に示すように第2チャンバー107に一対の電極109c、109dを設ける。電極109cと電極109dとの間に電圧を印加してイオン電流が流れるならば、電極109cと電極109dは電解液602で浸されていることを示している。第1チャンバー105についても同様である。また、第1チャンバー105および第2チャンバー107の内壁に電極を格子状に配置すればどの位置まで電解液が充填されたかを詳細に検出でき、より好ましい。なお、電極の形状、数、配置はこれに限定されず、同様の効果が得られるならばそれらは本発明の範囲に含まれる。
Furthermore, in the present embodiment, it is preferable that the filling of the electrolyte into the
さらに、本実施の形態において、図2(c)に示す原料充填工程では、電解液の満たされたチャンバーおよび混合液の配置された脂質二重膜形成部から、気泡を取り除くことが好ましい。なぜなら電解質第1充填工程および原料充填工程では、液中に気泡が混入する場合があるからである。なお気泡が除去されたことを検出するには、図1(a)に示す電極109a、bを用いて電気的に検出しても良いし、脂質二重膜形成装置の外部に光学観察部を別途設けて、光吸収、光散乱、イメージングなど光学的に検出しても良い。
Furthermore, in the present embodiment, in the raw material filling step shown in FIG. 2 (c), it is preferable to remove air bubbles from the chamber filled with the electrolyte and the lipid bilayer forming part where the mixed solution is arranged. This is because bubbles may be mixed in the liquid in the electrolyte first filling step and the raw material filling step. In order to detect the removal of bubbles, the
また、本実施の形態において、図2(d)に示す電解質第2充填工程での脂質二重膜形成装置の回転速度は、図2(e)に示す遠心工程での脂質二重膜形成装置の回転速度よりも小さいことが好ましい。たとえば電解液であるKCl水溶液の比重は約1であり、有機溶媒であるデカンに比重は約0.7である。したがって、脂質二重膜の原料と有機溶媒との混合液は遠心力によって脂質二重膜形成部から脱離し易い。ゆえに電解質第2充填工程での脂質二重膜形成装置の回転速度は、脂質二重膜の原料と有機溶媒との混合液が遠心力によって脂質二重膜形成部から脱離しない回転速度が好ましい。一方、遠心工程における脂質二重膜形成装置の回転速度は、脂質二重膜の原料と有機溶媒との混合液が遠心力によって脂質二重膜形成部から脱離せず、しかも余剰な有機溶媒を排出できる回転速度が好ましい。 Moreover, in this Embodiment, the rotational speed of the lipid bilayer membrane formation apparatus in the electrolyte 2nd filling process shown in FIG.2 (d) is the lipid bilayer membrane formation apparatus in the centrifugation process shown in FIG.2 (e). It is preferable that it is smaller than the rotational speed. For example, the specific gravity of an aqueous solution of KCl that is an electrolytic solution is about 1, and the specific gravity of decane that is an organic solvent is about 0.7. Therefore, the liquid mixture of the lipid bilayer membrane raw material and the organic solvent tends to be detached from the lipid bilayer membrane formation portion by centrifugal force. Therefore, the rotation speed of the lipid bilayer membrane formation apparatus in the electrolyte second filling step is preferably a rotation speed at which the liquid mixture of the lipid bilayer membrane raw material and the organic solvent does not desorb from the lipid bilayer membrane formation section by centrifugal force. . On the other hand, the rotational speed of the lipid bilayer membrane formation apparatus in the centrifugation step is such that the mixture of the lipid bilayer membrane raw material and the organic solvent is not detached from the lipid bilayer membrane formation part by centrifugal force, and excess organic solvent is removed. A rotation speed that can be discharged is preferred.
さらに、本実施の形態において、図2(e)に示す遠心工程では、第1チャンバー209および第2チャンバー205の内部にそれぞれ設けられた電極211a、bから得られる電気信号により脂質二重膜の形成を検知することが好ましい。電気信号は脂質二重膜を流れる電流であることが好ましいが、脂質二重膜の両端にかかる電圧でも良いし、脂質二重膜の電気容量でも良い。また、電気信号は交流信号であることが好ましいが、直流信号でも良い。さらに電極211a、bからプリアンプまでの距離は短いほうがノイズを低減できるため好ましい。また脂質二重膜形成装置にプリアンプを設けて電気信号を増幅すればなお好ましい。また、この電気的な検出に加えて、脂質二重膜形成装置の外部に光学観察部を別途設けて、光吸収、光散乱、イメージングなど光学的な検出を行っても良い。
Further, in the present embodiment, in the centrifugation step shown in FIG. 2 (e), the lipid bilayer membrane is formed by electrical signals obtained from the
さらに、本実施の形態において、図1(a)に示す第1チャンバー105および第2チャンバー107の内部にそれぞれ設けられた電極109a、bから得られる電気信号により、各工程における脂質二重膜形成装置の回転速度および回転時間を制御することが好ましい。電気信号の解析には脂質二重膜形成装置の外部に設けたコンピュータを用いても良い。回転速度の計測には、脂質二重膜形成装置の外部に光学観察部を設けて光学的に行っても良いし、脂質二重膜形成装置を回転させるためのモーターにより機械的に行っても良い。
Further, in the present embodiment, lipid bilayer formation in each step is performed by electrical signals obtained from the
また、本実施の形態において、脂質二重膜形成装置を電磁シールドボックス内で動作させることが好ましい。高周波から低周波までの広範囲のノイズを除去できることが好ましい。磁気シールドについて、低周波磁場減衰(静磁場)は0.1Hz以下の周波数では29dB以上が好ましく、1Hzでは50dBが好ましく、25Hz以上では80dB以上が好ましく、DC(直流)では40dBが好ましい。また電磁シールドについて、遮蔽率は100Hz〜1MHzの周波数では80dB以上が好ましく、1Hz〜1MHzでは60dB以上が好ましい。なお、本発明はこれに限定されず、一般的なシールド特性を示す電磁シールドボックスの使用は本発明の範囲に含まれる。また脂質二重膜形成装置を回転させるためのモーターは、この電磁シールドボックスの外に設けることが好ましいが、中に設けても良い。 Moreover, in this Embodiment, it is preferable to operate a lipid bilayer membrane formation apparatus within an electromagnetic shielding box. It is preferable that a wide range of noise from high frequency to low frequency can be removed. Regarding the magnetic shield, the low frequency magnetic field attenuation (static magnetic field) is preferably 29 dB or more at a frequency of 0.1 Hz or less, preferably 50 dB at 1 Hz, preferably 80 dB or more at 25 Hz or more, and 40 dB at DC (direct current). Regarding the electromagnetic shield, the shielding rate is preferably 80 dB or more at a frequency of 100 Hz to 1 MHz, and preferably 60 dB or more at a frequency of 1 Hz to 1 MHz. In addition, this invention is not limited to this, Use of the electromagnetic shielding box which shows a general shield characteristic is included in the scope of the present invention. The motor for rotating the lipid bilayer membrane forming apparatus is preferably provided outside the electromagnetic shield box, but may be provided inside.
さらに、本発明の実施において、図1(a)に示す第2チャンバー107およびくびれ106を回転中心に対して放射状に複数配置することが好ましい。これにより複数の脂質二重膜を同時に形成することができる。図1(a)に示すマイクロチップ100を複数配置しても良いし、円板状の基材上に一括して第1チャンバー105、第2チャンバー107およびくびれ106などを配置しても良い。図9(a)、(b)、(c)には、円板状の基材上に一括して配置した脂質二重膜形成装置の正面図、断面図および脂質二重膜形成後の装置の拡大図を示す。なお図1(a)と同様の構成を有するものについては、同一符号を付し、その説明を省略する。
Furthermore, in the practice of the present invention, it is preferable that a plurality of
図9(a)において、図1(a)に示す実施の形態と相違する点は、複数の第2チャンバー107およびくびれ106を回転中心103に対して放射状に設けることである。
9A is different from the embodiment shown in FIG. 1A in that a plurality of
なお、図9(a)および図9(b)に示すように、第1チャンバー105の底面にガイド溝701を設けても良い。これにより効率的に第2チャンバー107および第1チャンバー105へ電解液を分配、充填することができる。
Note that, as shown in FIGS. 9A and 9B, a
さらに、本実施の形態において、図9(a)に示す脂質二重膜形成装置を用いて作成される複数の脂質二重膜は、それぞれ電気的に独立していることが好ましい。図9(c)には脂質二重膜形成装置の一部の拡大図を示す。電解液702a、b、cがそれぞれ互いに接触しないよう、各チャンバーへ適量を充填することができる。この構成であれば従来技術のように空気や有機溶液などの絶縁物等を用いることなく、複数の脂質二重膜を電気的に独立させることができる。
Furthermore, in the present embodiment, it is preferable that the plurality of lipid bilayer membranes created using the lipid bilayer membrane formation apparatus shown in FIG. FIG. 9C shows an enlarged view of a part of the apparatus for forming a lipid bilayer membrane. An appropriate amount can be filled in each chamber so that the
また、本実施の形態において、本発明にかかる脂質二重膜形成方法は、脂質二重膜へイオンチャンネルを組み込んで、イオンチャンネル解析装置に用いることが好ましい。またイオンチャンネルの機能解析装置、膜タンパク−イオンチャンネル間相互作用の解析装置、バイオセンシング装置などに用いても良い。 Moreover, in this Embodiment, it is preferable that the lipid bilayer membrane formation method concerning this invention incorporates an ion channel in a lipid bilayer membrane, and uses it for an ion channel analyzer. Moreover, you may use for the functional analysis apparatus of an ion channel, the analysis apparatus of the interaction between a membrane protein-ion channel, a biosensing apparatus, etc.
(実施例)
次に以上のように構成された図1に示す脂質二重膜形成装置の製造方法について説明する。図10(a)〜(d)は脂質二重膜形成装置の製造方法例を示す工程図である。
(Example)
Next, a method for producing the lipid bilayer membrane forming apparatus shown in FIG. 1 configured as described above will be described. FIGS. 10A to 10D are process diagrams showing an example of a method for producing a lipid bilayer membrane forming apparatus.
基板と上蓋はポリエチレンテレフタレート(PET)を用いた。図10(a)に示すように、ホットエンボス法により金型801を用いて、上蓋802にチャンバー803を形成した。ホットエンボスは110℃、0.2MPaの加熱加圧下において3分間保持して行なった。本製造方法例では金型はリソグラフィーとドライエッチングによりシリコンで作製したが、ステンレス製の金型でも良いし、石英、炭化シリコン、アルミナ、サファイア、ダイアモンド等でも良い。
Polyethylene terephthalate (PET) was used for the substrate and the upper lid. As shown in FIG. 10A, a
上蓋の大きさは長さが22mmで幅は22mmで厚みは0.5mmとした。また基板の大きさは長さが26mmで幅は22mmで厚みは0.5mmとした。なお、図10(a)には示していないがチャンバーと同時にくびれも形成した。チャンバーおよびくびれの深さは100μmであった。なお、チャンバーとくびれの深さは同じでなくても良い。くびれの幅は200μmであった。 The size of the upper lid was 22 mm in length, 22 mm in width, and 0.5 mm in thickness. The substrate was 26 mm long, 22 mm wide and 0.5 mm thick. Although not shown in FIG. 10A, a constriction was formed at the same time as the chamber. The depth of the chamber and the constriction was 100 μm. The depth of the constriction and the chamber need not be the same. The width of the constriction was 200 μm.
次に図10(b)に示すように、ボール盤を用いて孔804を開けた。開口部の孔の直径は1.5mmとした。孔を開ける方法は上記のボール盤に限定するものではなく、パンチング、エンドミルを用いても良い。さらに孔の内壁表面を親水性にすると、電解液は濡れ性が良くなり、脂質溶液は内壁表面への付着を抑制できるのでより好ましい。なお、図10(a)と図10(b)の工程は順序が逆になっても良い。
Next, as shown in FIG. 10B, a
また、チャンバー、くびれ、孔を射出成型により一括して形成すれば、安価で大量に製造できるのでより一層好ましい。 Further, it is more preferable to form the chamber, the constriction, and the holes collectively by injection molding because they can be manufactured in large quantities at a low cost.
次に図10(c)に示すように基板805上に電極806を形成した。電極806は銀・塩化銀であることが最も好ましいが、金、白金、グラッシーカーボンなど一般的に電気化学計測に用いられる電極材料であれば特に限定しない。また電極の形成方法はフォトリソグラフィー法を用いることが好ましいが、スクリーン印刷やインクジェット印刷など電極形成方法として知られているその他の公知技術を用いても良い。
Next, an
最後に図10(d)に示すように、上蓋802と基板805を75℃、0.15MPaの加熱加圧下において5分間保持して接合した。本製造方法例では熱圧着を用いたが、2枚の基板の接合方法として知られているその他の公知技術を用いても良い。
Finally, as shown in FIG. 10 (d), the
以上のように製造された脂質二重膜形成装置において、以下にその動作について図2を用いて説明する。 The operation of the lipid bilayer membrane production apparatus manufactured as described above will be described below with reference to FIG.
まず、図2(a)に示すように、マイクロチップ200に設けられた孔201からピペット202により電解液2μLを注入した。このとき電解液として100mMのKCl水溶液を用いた。なお電解液の量および濃度は限定しない。
First, as shown in FIG. 2A, 2 μL of an electrolyte solution was injected from a
次に、図2(b)に示すように、回転中心203を中心軸としてマイクロチップ200を3000rpmの回転速度で3秒間回転させ、遠心力により電解液204を第2チャンバー205へ充填した。回転速度は大きいほど電解液の充填が速やかに完了するので、3000〜6000rpmが好ましいが、本発明ではこれに限定しない。また回転時間については、充填の完了を検知するまで行えば良い。なお第2チャンバー205と回転中心203との間の距離は35mmとした。
Next, as shown in FIG. 2B, the
次に、図2(c)に示すように、孔201へ脂質二重膜の原料と有機溶媒との混合液0.2μLを注入した。このとき脂質溶液としてアゾレクチン50mgとデカン1mLとの混合液を用いた。回転中心203を中心としてマイクロチップ200を3000rpmの回転速度で3秒間回転させ、混合液206をくびれ207へ配置した。
Next, as shown in FIG. 2 (c), 0.2 μL of a mixed solution of the lipid bilayer membrane raw material and the organic solvent was injected into the
さらに、図2(d)に示すように、孔201へ電解液1.5μLを注入した。そして回転中心203を中心軸としてマイクロチップ200を3000rpmの回転速度で3秒間回転させ、電解液208を第1チャンバー209へ充填した。
Further, as shown in FIG. 2 (d), 1.5 μL of electrolyte was injected into the
最後に、図3(e)に示すように、マイクロチップ200を回転させた。電解液208にかかる遠心力が混合液206を加圧し、余剰な有機溶媒が排出されて脂質二重膜210が形成された。このときの回転速度は3500rpmであった。3000rpm以下の回転速度では、電解液208にかかる遠心力が不足するために、余剰な有機溶媒を排出できなかった。また、4000rpm以上の回転速度では、電解液208にかかる遠心力が強すぎるため、混合液206をくびれ207に保持することができず脂質二重膜は形成されなかった。
Finally, as shown in FIG. 3E, the
本発明にかかる脂質二重膜形成装置は、遠心力を利用して脂質二重膜を形成するため外部に加圧手段を設ける必要がない。したがって脂質二重膜を形成する度に外部の加圧手段へ接続しなくても良いという効果を有し、簡便な脂質二重膜の形成方法として有用である。また本装置は樹脂で製造されるのでディスポーザブルにでき、廃棄物の処理を簡単化し、廃棄物の量を減量化することができる。 Since the lipid bilayer membrane formation apparatus concerning this invention forms a lipid bilayer membrane using a centrifugal force, it is not necessary to provide a pressurizing means outside. Therefore, it has the effect that it does not have to be connected to an external pressurizing means each time a lipid bilayer membrane is formed, and is useful as a simple method for forming a lipid bilayer membrane. Moreover, since this apparatus is manufactured with resin, it can be made disposable, simplifying the disposal of waste and reducing the amount of waste.
本発明の脂質二重膜作成方法により作成する脂質二重膜へイオンチャンネル、受容体などの膜タンパクを組み込めば、膜タンパクの基本構造解析、機能解明および膜タンパク−膜タンパク間の相関研究への用途に応用できる。さらにイオンチャンネルに起因する疾患の診断や新薬開発のスクリーニングなどの医療、製薬分野への産業応用の可能性もある。また膜タンパクが有する特異的な分子認識性を利用すればバイオセンサに応用することが可能である。 If membrane proteins such as ion channels and receptors are incorporated into the lipid bilayer membrane prepared by the lipid bilayer membrane preparation method of the present invention, the basic structure analysis of membrane proteins, elucidation of functions, and correlation studies between membrane proteins and membrane proteins It can be applied to In addition, there is a possibility of industrial application to medical and pharmaceutical fields such as diagnosis of diseases caused by ion channels and screening for new drug development. In addition, if a specific molecular recognition property of a membrane protein is used, it can be applied to a biosensor.
10 容器
11 平板
12 電解液
13 微小孔
14 混合液
15 刷毛
20 容器
21 平板
22 微小孔
23 電解液
24 注入口
25 脂質分子
26 電解液
31 基板
32 マイクロチャンバー
33 マイクロチャンネル
34 微小孔
35 壁
36 通路
100 マイクロチップ
101 基板
102 上蓋
103 回転中心
104 孔
105 第1チャンバー
106 くびれ
107 第2チャンバー
109a〜d 電極
110 第1チャンバーの断面積
111 くびれの最狭部の断面積
112 第2チャンバーの断面積
200 マイクロチップ
201 孔
202 ピペット
203 回転中心
204 電解液
205 第2チャンバー
206 混合液
207 くびれ
208 電解液
209 第1チャンバー
210 脂質二重膜
211a、b 電極
212 孔
301 くびれ
302 長さ
401 突起
402 くびれ群
501 支柱
502 支柱群
601 チューブ
602 電解液
701 ガイド溝
702a〜c 電解液
801 金型
802 上蓋
803 チャンバー
804 孔
805 基板
806 電極
DESCRIPTION OF
Claims (20)
前記脂質二重膜形成装置は、
基材と、
前記基材の内部に設けられた第1チャンバーと、
前記基材の内部に設けられた第2チャンバーと、
前記第1チャンバーと前記基材の外周面とを接続する孔とを備え、
前記第1チャンバーと前記第2チャンバーとは、脂質二重膜形成部を介して接続されており、
前記脂質二重膜形成部の断面積は、前記第1チャンバーの断面積および前記第2チャンバーの断面積のいずれよりも小さく、
前記第1チャンバーと回転中心との間の距離は、前記第2チャンバーと回転中心との間の距離よりも小さく、
前記方法は、
前記第1チャンバーまたは前記第2チャンバーのどちらか一方に電解液を満たす電解質第1充填工程、
前記脂質二重膜形成部に、脂質二重膜の原料と有機溶媒との混合液を配置させる原料充填工程、
他方のチャンバーに電解液を満たす電解質第2充填工程、および
前記回転中心を回転軸として前記脂質二重膜形成装置を遠心することによって、前記脂質二重膜形成部に前記脂質二重膜を形成する遠心工程
を順に包含する脂質二重膜形成方法。 A method of forming a lipid bilayer using a lipid bilayer formation device,
The lipid bilayer membrane formation device is
A substrate;
A first chamber provided inside the substrate;
A second chamber provided inside the substrate;
A hole connecting the first chamber and the outer peripheral surface of the substrate;
The first chamber and the second chamber are connected via a lipid bilayer formation part,
The lipid bilayer membrane forming section has a cross-sectional area smaller than both the cross-sectional area of the first chamber and the cross-sectional area of the second chamber,
The distance between the first chamber and the rotation center is smaller than the distance between the second chamber and the rotation center,
The method
A first electrolyte filling step of filling one of the first chamber and the second chamber with an electrolyte;
Raw material filling step of arranging a mixed liquid of a raw material of lipid bilayer membrane and an organic solvent in the lipid bilayer membrane forming part,
Forming the lipid bilayer membrane in the lipid bilayer membrane formation part by centrifuging the lipid bilayer membrane formation device with the second chamber filling step of filling the other chamber with the electrolyte and the rotation center as the rotation axis A method for forming a lipid bilayer membrane, which in turn includes a centrifugation step.
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Cited By (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011506994A (en) * | 2007-12-19 | 2011-03-03 | オックスフォード ナノポア テクノロジーズ リミテッド | Formation of amphiphilic molecular layers |
WO2011043008A1 (en) * | 2009-10-07 | 2011-04-14 | パナソニック株式会社 | Method for forming artificial lipid membrane |
JP2011167609A (en) * | 2010-02-17 | 2011-09-01 | Japan Science & Technology Agency | Method for forming planar lipid-bilayer film |
US8062489B2 (en) | 2009-10-07 | 2011-11-22 | Panasonic Corporation | Method for forming artificial lipid membrane |
JP2012081405A (en) * | 2010-10-10 | 2012-04-26 | Kanagawa Acad Of Sci & Technol | Method for forming lipid bilayer membrane, and apparatus for the same |
WO2013002339A1 (en) * | 2011-06-28 | 2013-01-03 | 株式会社フジクラ | Substrate for forming lipid membrane and method for producing substrate |
JP2014161821A (en) * | 2013-02-27 | 2014-09-08 | Univ Of Tokyo | Lipid double membrane device, lipid double membrane device array, apparatus for manufacturing lipid double membrane device and method for manufacturing lipid double membrane device |
JP2016101629A (en) * | 2014-11-28 | 2016-06-02 | デクセリアルズ株式会社 | Micro channel preparing master disk, transcript and manufacturing method of micro channel preparing master disk |
JP2017158464A (en) * | 2016-03-08 | 2017-09-14 | 公益財団法人神奈川科学技術アカデミー | Method for forming ion permeable lipid bilayer membrane and current measurement apparatus for forming ion permeable lipid bilayer membrane |
WO2018159795A1 (en) * | 2017-03-03 | 2018-09-07 | 国立大学法人 東京大学 | Microreactor chip and manufacturing method for same |
US10215768B2 (en) | 2007-02-20 | 2019-02-26 | Oxford Nanopore Technologies Ltd. | Lipid bilayer sensor system |
US10338056B2 (en) | 2012-02-13 | 2019-07-02 | Oxford Nanopore Technologies Ltd. | Apparatus for supporting an array of layers of amphiphilic molecules and method of forming an array of layers of amphiphilic molecules |
US10549274B2 (en) | 2014-10-17 | 2020-02-04 | Oxford Nanopore Technologies Ltd. | Electrical device with detachable components |
US10814298B2 (en) | 2012-10-26 | 2020-10-27 | Oxford Nanopore Technologies Ltd. | Formation of array of membranes and apparatus therefor |
US11596940B2 (en) | 2016-07-06 | 2023-03-07 | Oxford Nanopore Technologies Plc | Microfluidic device |
US11789006B2 (en) | 2019-03-12 | 2023-10-17 | Oxford Nanopore Technologies Plc | Nanopore sensing device, components and method of operation |
-
2007
- 2007-02-09 JP JP2007029994A patent/JP2008194573A/en active Pending
Cited By (25)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10215768B2 (en) | 2007-02-20 | 2019-02-26 | Oxford Nanopore Technologies Ltd. | Lipid bilayer sensor system |
US11898984B2 (en) | 2007-12-19 | 2024-02-13 | Oxford Nanopore Technologies Plc | Nanopore arrays for sequencing nucleic acids |
US10416117B2 (en) | 2007-12-19 | 2019-09-17 | Oxford Nanopore Technologies Ltd. | Formation of layers of amphiphilic molecules |
JP2011506994A (en) * | 2007-12-19 | 2011-03-03 | オックスフォード ナノポア テクノロジーズ リミテッド | Formation of amphiphilic molecular layers |
US9927398B2 (en) | 2007-12-19 | 2018-03-27 | Oxford Nanopore Technologies Ltd. | Formation of layers of amphiphilic molecules |
WO2011043008A1 (en) * | 2009-10-07 | 2011-04-14 | パナソニック株式会社 | Method for forming artificial lipid membrane |
JP4717961B2 (en) * | 2009-10-07 | 2011-07-06 | パナソニック株式会社 | Artificial lipid membrane formation method |
US8062489B2 (en) | 2009-10-07 | 2011-11-22 | Panasonic Corporation | Method for forming artificial lipid membrane |
JP2011167609A (en) * | 2010-02-17 | 2011-09-01 | Japan Science & Technology Agency | Method for forming planar lipid-bilayer film |
JP2012081405A (en) * | 2010-10-10 | 2012-04-26 | Kanagawa Acad Of Sci & Technol | Method for forming lipid bilayer membrane, and apparatus for the same |
JPWO2013002339A1 (en) * | 2011-06-28 | 2015-02-23 | 株式会社フジクラ | SUBSTRATE FOR FORMING LIPID MEMBRANE AND METHOD FOR PRODUCING THE SUBSTRATE |
WO2013002339A1 (en) * | 2011-06-28 | 2013-01-03 | 株式会社フジクラ | Substrate for forming lipid membrane and method for producing substrate |
US11561216B2 (en) | 2012-02-13 | 2023-01-24 | Oxford Nanopore Technologies Plc | Apparatus for supporting an array of layers of amphiphilic molecules and method of forming an array of layers of amphiphilic molecules |
US11913936B2 (en) | 2012-02-13 | 2024-02-27 | Oxford Nanopore Technologies Plc | Apparatus for supporting an array of layers of amphiphilic molecules and method of forming an array of layers of amphiphilic molecules |
US10338056B2 (en) | 2012-02-13 | 2019-07-02 | Oxford Nanopore Technologies Ltd. | Apparatus for supporting an array of layers of amphiphilic molecules and method of forming an array of layers of amphiphilic molecules |
US10814298B2 (en) | 2012-10-26 | 2020-10-27 | Oxford Nanopore Technologies Ltd. | Formation of array of membranes and apparatus therefor |
JP2014161821A (en) * | 2013-02-27 | 2014-09-08 | Univ Of Tokyo | Lipid double membrane device, lipid double membrane device array, apparatus for manufacturing lipid double membrane device and method for manufacturing lipid double membrane device |
US10549274B2 (en) | 2014-10-17 | 2020-02-04 | Oxford Nanopore Technologies Ltd. | Electrical device with detachable components |
US10850273B2 (en) | 2014-11-28 | 2020-12-01 | Dexerials Corporation | Master for micro flow path creation, transfer copy, and method for producing master for micro flow path creation |
JP2016101629A (en) * | 2014-11-28 | 2016-06-02 | デクセリアルズ株式会社 | Micro channel preparing master disk, transcript and manufacturing method of micro channel preparing master disk |
JP2017158464A (en) * | 2016-03-08 | 2017-09-14 | 公益財団法人神奈川科学技術アカデミー | Method for forming ion permeable lipid bilayer membrane and current measurement apparatus for forming ion permeable lipid bilayer membrane |
US11596940B2 (en) | 2016-07-06 | 2023-03-07 | Oxford Nanopore Technologies Plc | Microfluidic device |
JPWO2018159795A1 (en) * | 2017-03-03 | 2019-12-12 | 国立大学法人 東京大学 | Microreactor chip and manufacturing method thereof |
WO2018159795A1 (en) * | 2017-03-03 | 2018-09-07 | 国立大学法人 東京大学 | Microreactor chip and manufacturing method for same |
US11789006B2 (en) | 2019-03-12 | 2023-10-17 | Oxford Nanopore Technologies Plc | Nanopore sensing device, components and method of operation |
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