JP2009022954A - Extraction system, extraction method and system and method for synthesizing protein - Google Patents

Extraction system, extraction method and system and method for synthesizing protein Download PDF

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  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an extraction system using a microreactor capable of easily manufacturing a stable molecular film and an analysis system, and to provide an extraction method and a system and a method for synthesizing protein. <P>SOLUTION: The extraction system is provided with: a forward extraction part 91 in which a substance such as a biologically-relevant substance is extracted forwardly in a reversed micelle solution and the refolding of the denatured protein is performed in a microextraction system (a reversed micelle type microreactor); a raw material recovery part 92 for recovering a raw material aqueous solution; a back extraction part 93 for subjecting the substance such as the biologically-relevant substance extracted by the forward extraction to back extraction; a circulation part 95 for circulating the reversed micelle solution; and a product recovery part 94 for recovering extraction products obtained by the back extraction. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、抽出システム、抽出方法、タンパク質合成システム及びタンパク質合成方法に関する。   The present invention relates to an extraction system, an extraction method, a protein synthesis system, and a protein synthesis method.

(1)マイクロリアクタの応用および脂質二分子膜の作製方法に関する背景技術
従来の大型反応系において、反応系のスケールアップにより、さまざまな反応工学的問題が生じる。これらの問題は例えば以下のように挙げることができる。攪拌混合による系内の均一化は濃度及び温度分布が生じやすい。反応系が大きいほど、不均一化が起こりやすい。管型反応において、管内での反応熱が高い場合、管内での温度分布が生じるので、反応速度の制御ができなくなり、さらに、副産物ができやすく、多量な副産物は環境にも大きな負荷をもたらす。又、系の温度と濃度の均一性を保つために、攪拌動力が大きくなるので、省エネルギー型ではない。
(1) Background Art Regarding Application of Microreactor and Method for Fabricating Lipid Bilayer Membrane In conventional large reaction systems, various reaction engineering problems arise due to scale-up of the reaction system. These problems can be cited as follows, for example. The homogenization in the system by stirring and mixing tends to cause concentration and temperature distribution. The larger the reaction system, the more likely it is that the heterogeneity will occur. In a tube-type reaction, when the heat of reaction in the tube is high, a temperature distribution is generated in the tube, so that the reaction rate cannot be controlled, and further, a by-product is easily formed, and a large amount of by-product causes a great load on the environment. Moreover, in order to maintain the uniformity of the temperature and concentration of the system, the agitation power becomes large, so it is not an energy saving type.

上記の諸問題を解決できる系として、マイクロリアクタ系が考えられる。マイクロリアクタの主な反応工学的特長を以下のように示す。   As a system that can solve the above problems, a microreactor system can be considered. The main reaction engineering features of the microreactor are as follows.

1)副反応が殆ど生じない。 1) Almost no side reaction occurs.

2)反応温度の制御は容易であり、反応速度の制御ができる。 2) The reaction temperature can be easily controlled and the reaction rate can be controlled.

3)濃度分布が生じにくいので、反応系のスケールアップが容易である。 3) Since the concentration distribution hardly occurs, it is easy to scale up the reaction system.

4)比表面積と比界面積が大きいため、分子拡散距離が短く、拡散律速反応が劇的に加速される。 4) Since the specific surface area and specific interface area are large, the molecular diffusion distance is short, and the diffusion-controlled reaction is dramatically accelerated.

5)強制対流を起こさせるための攪拌動力を必要としないため、省エネルギー型の反応システムを構築することができる。 5) Since an agitation power for causing forced convection is not required, an energy-saving reaction system can be constructed.

6)反応熱を素早く拡散させることができるため、急激な反応を起こさせることができる。 6) Since the reaction heat can be quickly diffused, a rapid reaction can be caused.

上述のように、マイクロリアクタは高効率、省エネルギー、低環境負荷及び迅速反応の特徴を有することで、環境、医療、製薬、食品産業や科学に関連した超微量試薬に含まれる超微量成分の反応の場として、非常に有用であると思われる。更に、マイクロリアクタの集積化は、有用物質の大量生産の実現が可能であるので、新たな有用物質の工業生産方法として、近年、非常に注目され、これらに関する研究が盛んに行われている。   As mentioned above, the microreactor has the characteristics of high efficiency, energy saving, low environmental load and rapid reaction, which enables the reaction of ultra-trace components contained in ultra-trace reagents related to environment, medicine, pharmaceutical, food industry and science. It seems to be very useful as a place. Furthermore, since integration of microreactors enables realization of mass production of useful substances, it has recently received much attention as an industrial production method for new useful substances, and research on these has been actively conducted.

一方、マイクロリアクタは化学反応の場として利用するためにマイクロチャンネル内への酵素固定化などの研究も行われている。例えば、マイクロチャンネル内の水/油の界面に界面重合により高分子膜の作製、高分子膜への酵素固定化及び酵素反応が試みられた(例えば、非特許文献1参照)。しかしながら、この方法では、多種酵素の固定化が困難であり、劣化膜の再生が困難である。又、高分子膜であるため、膜の流動がないなどの問題点もある。   On the other hand, in order to use a microreactor as a field for chemical reaction, researches such as enzyme immobilization in a microchannel are being conducted. For example, production of a polymer film, enzyme immobilization on the polymer film, and enzyme reaction have been attempted by interfacial polymerization at the water / oil interface in the microchannel (for example, see Non-Patent Document 1). However, in this method, it is difficult to immobilize various enzymes, and it is difficult to regenerate a deteriorated film. Further, since it is a polymer film, there is a problem that the film does not flow.

又、従来の生体高分子による有用物質の生産では、以下のような問題がある。   In addition, the production of useful substances using conventional biopolymers has the following problems.

1)目的物質の低い生産性。 1) Low productivity of the target substance.

2)産物の細胞内での蓄積。 2) Accumulation of products in cells.

3)不活性、不溶性凝集体の形成。 3) Formation of inert, insoluble aggregates.

4)目的物質の回収効率、選択性を低下させるさまざまな問題がある。 4) There are various problems that reduce the recovery efficiency and selectivity of the target substance.

他方、生体膜のモデルとして活躍する脂質二分子膜の成膜方法に関する研究開発も従来盛んに行われている。すでに、パッチクランプ法(patch-clamp)(例えば、非特許文献2参照)、筆塗布法(Brush Technique)、ディッピング法(Dipping Technique)、バブル法(Bubble Technique)、シリンジ法(Syringe technique)、単分子膜法(Monolayer Technique)の作製法が開発された(例えば、非特許文献2参照。)。その他に、自動脂質液滴吐出法などの方法より、脂質二分子膜の作製方法が開発されつつある(例えば、特許文献1参照)。しかしながら、これらの方法はいずれも、下記のような問題がある。   On the other hand, research and development on a method for forming a lipid bilayer membrane that plays an active role as a model of a biological membrane has been actively conducted. Already, patch-clamp (see Non-Patent Document 2, for example), brush technique, dipping technique, bubble technique, syringe technique, simple technique A method for producing a monolayer technique has been developed (see, for example, Non-Patent Document 2). In addition, a method for producing a lipid bilayer is being developed by a method such as an automatic lipid droplet discharge method (for example, see Patent Document 1). However, all of these methods have the following problems.

1)膜の自然薄化などによる脂質二分子膜の作製は時間がかかる。 1) It takes time to prepare a lipid bilayer by natural thinning of the membrane.

2)膜の面積が小さく、用途が限られる。 2) The area of the film is small, and its application is limited.

3)系のスケールダウン又はスケールアップが困難である。 3) It is difficult to scale down or scale up the system.

4)膜は不安定である。 4) The membrane is unstable.

5)膜の流動性がないため、膜の更新及び連続使用が困難である。 5) Since there is no fluidity of the membrane, it is difficult to renew and continuously use the membrane.

上述のような問題があるが、脂質二分子膜、逆二分子膜、単分子、ミセル、逆ミセルなどの分子膜はさまざまな手法で作製され、さまざまな分野、特にセンサ分野への応用が試みられている。又、マイクロリアクタ内での高分子膜の作製と高分子膜への酵素固定化についての研究が行なわれたが、マイクロチャンネル内での分子膜の形成、例えば、液/液層流界面および液/気層流界面などの間で作製される前例がまだない。又、生体膜である脂質二分子膜およびマイクロドメイン類似機能膜の迅速、大面積作製技術も又確立されていないのが現状である。
H.Hisamoto,et al., Anal. Chem., 2003, 75, 350-354. ネヘル・イー(Neher E.)、サックマン・ビー(Sakmann B.)「単一流路記録」(“Single Channel Recording”)、Plenum Press、 New York(1983) ティエン・エイチ・ティー(Tien H. T.)、「二分子膜:理論と実践」(“Bilayer Lipid Membranes(脂質二分子膜):Theory and Practice”)、Marcel Dekker、Inc.、NY、pp.672(1974) 特願2001−91494号(段落「0008」、第1図)(2)アミロイド型タンパク質およびウィルスを検出する背景技術 従来、ゲノム構造解析の目覚ましい進展により、様々な物質に関する塩基配列の情報を把握することが可能になった。しかしながら、ゲノムの構造解析が解明できるのは遺伝子候補及びその転写産物(タンパク質)の静的推定構造である。外界環境条件の変化に伴うタンパク質の高次構造変化などの動的情報を把握することは極めて困難である。換言すれば、DNAチップは同じ塩基配列を有する試料を検出の対象とし、同じ塩基配列すなわちこれより生合成されたタンパク質のアミノ酸配列(一次構造)が同じで、高次構造(二次構造、三次構造、四次構造)が異なるもの同士を検出することができないのが現状である。
Although there are problems as described above, molecular membranes such as lipid bilayer membranes, reverse bilayer membranes, monomolecules, micelles, reverse micelles, etc., are produced by various methods, and application to various fields, particularly sensor fields, is attempted. It has been. In addition, research on the preparation of polymer membranes in the microreactor and enzyme immobilization on the polymer membranes has been carried out. For example, the formation of molecular membranes in the microchannel, such as the liquid / liquid laminar interface and the liquid / There are no precedents created between gas-laminous interfaces and the like. Moreover, the present condition is that the rapid and large area preparation technique of the lipid bilayer membrane and microdomain-like functional membrane which are biological membranes is also not established.
H. Hisamoto, et al., Anal. Chem., 2003, 75, 350-354. Neher E., Sakmann B. “Single Channel Recording”, Plenum Press, New York (1983) Tien HT, “Bilayer Lipid Membranes: Theory and Practice”, Marcel Dekker, Inc., NY, pp.672 (1974) ) Japanese Patent Application No. 2001-91494 (paragraph “0008”, FIG. 1) (2) Background Technology for Detecting Amyloid-type Proteins and Viruses Conventionally, base sequence information relating to various substances is grasped by remarkable progress in genome structure analysis. It became possible. However, the structural analysis of the genome can be elucidated with the static putative structure of the gene candidate and its transcription product (protein). It is extremely difficult to grasp dynamic information such as protein conformational changes accompanying changes in external environmental conditions. In other words, the DNA chip targets samples having the same base sequence, the same base sequence, that is, the amino acid sequence (primary structure) of the protein biosynthesized therefrom is the same, and the higher order structure (secondary structure, tertiary structure). At present, it is impossible to detect different structures or quaternary structures.

一方、タンパク質の機能はその高次構造と密接に関わっており、外界環境条件によるタンパク質の構造変化は元の生体機能を損なう。例えば、タンパク質の構造異常に起因するアミロイド繊維の形成及びアミロイド繊維の沈着により、狂牛病、ヒトのクロイツフェルトヤコブ病、クールー病、羊のスクレイピーなどのプリオン病、アルツハイマー痴呆病、透析アミロイド-シス、甲状腺髄様がん、ALアミロイドーシス、家族性アミロイドポリニューロパチー、家族性アミロイド-シス、パーキンソン病、ハンチントン病などの病気を引き起こすことが知られている。   On the other hand, the function of a protein is closely related to its higher-order structure, and the structural change of the protein due to external environmental conditions impairs the original biological function. For example, amyloid fibril formation and amyloid fibril deposition due to protein structural abnormalities can cause mad cow disease, human Creutzfeldt-Jakob disease, Kuru disease, sheep scrapie and other prion diseases, Alzheimer's dementia, dialysis amyloid-cis It is known to cause diseases such as medullary thyroid cancer, AL amyloidosis, familial amyloid polyneuropathy, familial amyloidosis, Parkinson's disease, and Huntington's disease.

アミロイド繊維はアミロイド型タンパク質もしくは10残基程度のペプチドから形成され、アミロイド繊維の沈着により引き起こされた病気はアミロイド病(もしくはアミロイド-シス)と呼ばれている。   Amyloid fibers are formed from amyloid-type proteins or peptides of about 10 residues, and the disease caused by the deposition of amyloid fibers is called amyloid disease (or amyloid-cis).

アミロイド病の一種であるプリオン病は致死的な神経変性疾患で、未だに治療法が見つかっていない(Nature、 vol422、 2002)。アルツハイマー患者は米国だけでも400万人近くにのぼり、今後30年間にその3倍に増えると予想されている(Nature Medicine、 4、 2003.)。   Prion disease, a type of amyloid disease, is a fatal neurodegenerative disease, and no cure has yet been found (Nature, vol422, 2002). Alzheimer's has nearly 4 million people in the United States alone, and is expected to triple that in the next 30 years (Nature Medicine, 4, 2003.).

透析アミロイド-シスは10年以上、血液の長期透析治療を受ける患者に見られる“医原病”(医療行為が作り出した病気)の一つである。米国と日本では現在、各約20万人が血液透析の治療を受けている。この病気は手根管症候群という手首の痛みや運動障害を伴う症状が現れるが、未だに有効な治療法が確立されていない。   Dialysis amyloidosis is one of the “iatrogenic diseases” (diseases created by medical practice) seen in patients who have been on blood dialysis for more than 10 years. Currently, about 200,000 people each in the US and Japan are receiving hemodialysis treatment. Although this symptom manifests as wrist pain and movement disorder called carpal tunnel syndrome, an effective treatment has not yet been established.

他方、ヒト免疫不全ウィルス(HIV)などのウィルスはウィルスの遺伝子情報となる核酸と転写酵素が脂質膜で包まれており、ウィルス膜と細胞膜の融合により、ウィルス核酸と転写酵素が宿主の細胞内に放出される。そして、宿主の細胞内で、HIVの逆転写酵素によって、DNAを合成し、新たなHIVを体内で作り出す。このHIVは免疫をつかさどる重要なリンパ球(T細胞)と特異的に結合し、リンパ球の中で大量なコピーを作り出すとともに、リンパ球を破壊してしまい、やがて、ヒトは免疫不全に陥れ、死に至る。   On the other hand, viruses such as human immunodeficiency virus (HIV) contain a nucleic acid and a transcriptase that are viral genetic information and are encapsulated in a lipid membrane. By fusion of the viral membrane and cell membrane, the viral nucleic acid and the transcriptase become intracellular in the host cell. To be released. In the host cell, DNA is synthesized by HIV reverse transcriptase to produce new HIV in the body. This HIV specifically binds to important lymphocytes (T cells) that control immunity, making a large number of copies in the lymphocytes and destroying the lymphocytes, eventually humans become immune deficient, To death.

したがって、上記タンパク質の構造異常に伴った各種疾病ならびにHIVの早期迅速診断が不可欠であり、極めて重要であると考えられる。又、各種病気のメカニズム解明、新薬開発の加速も必要とされる。   Accordingly, early diagnosis of various diseases and HIV associated with structural abnormality of the protein and HIV is indispensable and considered to be extremely important. It is also necessary to elucidate the mechanisms of various diseases and accelerate the development of new drugs.

一方、生体試料を対象とする検出方法としては、従来では、生体分子間の相互作用による検出法がいろいろある。例えば、バイオアッセイ及び抗原又は抗体を酵素で標識化して対象物質を検出する方法(ELISA法)、水晶振動子法、ゲルシフトアッセイ法、表面プラズマ共鳴(SPR)法、マイクロカロリメトリー法などがある。これらの検出法の検出範囲は約10ng〜100pgである。この中で特にELISA法、ゲルシフトアッセイ法の測定時間は非常に長く、迅速、高感度測定、及びマイクロカロリメトリーと同様に経時変化の測定に適していない。表面プラズマ共鳴(SPR)法では試料の絶対量の検出は困難とされる。   On the other hand, as a detection method for a biological sample, there are conventionally various detection methods based on interactions between biomolecules. For example, there are a bioassay and a method for detecting a target substance by labeling an antigen or antibody with an enzyme (ELISA method), a quartz crystal resonator method, a gel shift assay method, a surface plasma resonance (SPR) method, a microcalorimetry method and the like. The detection range of these detection methods is about 10 ng to 100 pg. Among these, the measurement time of the ELISA method and the gel shift assay method is very long, and it is not suitable for the measurement of change with time like rapid measurement, high sensitivity measurement, and microcalorimetry. The surface plasma resonance (SPR) method makes it difficult to detect the absolute amount of the sample.

又、近年、センサとして期待されている水晶子振動子は、〜10ngの生体試料を検出できるが、センサとしての機能を持たせるために、一連の複雑な反応を施すことにより、水晶振動子の電極表面に色々な試料認識修飾基を修飾しなければならない。しかしながら、表面修飾による試料の検出は不可逆反応であり、電極の繰り返し使用は不可能であるなど、迅速性、簡便性、経済性および汎用性などの面においてなお未解決な問題が山積になっている。   In addition, in recent years, a quartz crystal resonator that is expected as a sensor can detect a biological sample of ˜10 ng, but in order to have a function as a sensor, a series of complicated reactions are performed. Various sample recognition modifying groups must be modified on the electrode surface. However, detection of samples by surface modification is an irreversible reaction, and it is impossible to repeatedly use electrodes, and there are still many unsolved problems in terms of speed, simplicity, economy, and versatility. Yes.

上記ように生体試料を対象とする従来の測定方法は又いろいろな問題が存在し、特に、アミロイド型タンパク質のようなタンパク質の構造異常を区別するための超微量、迅速、高感度、簡便、経済的な検知法は、未だに開発されていない。   As described above, conventional measurement methods for biological samples also have various problems, and in particular, ultra-trace, rapid, high sensitivity, simple, economical to distinguish structural abnormalities of proteins such as amyloid type proteins. No effective detection method has been developed yet.

(3)逆ミセルを利用した生体関連物質の抽出などに関する背景技術
バイオ生産物には、アミノ酸、蔗糖やエタノールなど低分子物質のものからタンパク質、デンプンやポリヌクレオチド(核酸)などの高分子物質まで多種多様な物質が存在する。これらの物質には、熱や圧力あるいは酸やアルカリなどにより容易に変性・失活して本来の生理機能等を失うものが多い。更に、これらは通常希薄な多成分混合溶液として存在するため、目的物質を安定かつ高選択的に分離・精製することは容易ではない。そこで、医薬品、食品、化成品などの製造工程において、いかに迅速、高効率ならび選択的にバイオ生産物から有用生体関連物質を分離・精製することが非常に重要とされている。
(3) Background technology related to bio-related substance extraction using reverse micelles Bioproducts range from low-molecular substances such as amino acids, sucrose and ethanol to high-molecular substances such as proteins, starches and polynucleotides (nucleic acids). There are a wide variety of substances. Many of these substances lose their original physiological functions by being easily denatured and deactivated by heat, pressure, acid or alkali. Furthermore, since these usually exist as a dilute multi-component mixed solution, it is not easy to separate and purify the target substance stably and highly selectively. Thus, it is very important to separate and purify useful biological substances from bioproducts in a manufacturing process for pharmaceuticals, foods, chemical products, etc., quickly, efficiently and selectively.

従来の逆ミセル抽出は注入法、液相接触法などがあるが、これらの系では通常、大型反応槽を用いて抽出を行なわせた場合、以下のような問題が生じる。   Conventional reverse micelle extraction includes an injection method, a liquid phase contact method and the like, but these systems usually have the following problems when extraction is performed using a large reaction tank.

1)抽出の速度が遅い。   1) The extraction speed is slow.

2)生体関連物質の変性・失活が起こりやすい。   2) Degeneration / inactivation of biological materials is likely to occur.

3)系の温度の温度制御が困難である。   3) It is difficult to control the temperature of the system.

4)抽出系が大きいほど、不均一化が起こりやすい。   4) The larger the extraction system, the more likely it becomes non-uniform.

即ち、抽出速度を高めるために、油水界面積を増やす必要があるので、攪拌を行わなければならない。攪拌動力が大きいとエマルジョンの分散滴径が小さくなり、油水界面積が大きくなる。そのことによって、油水界面での物質移動速度が速くなり、抽出速度が大きくなる。しかしながら、系内に界面活性剤が存在するため、攪拌により乳化が進み、相分離が困難になる。その原因で、逆ミセル抽出は規模可変性ではあるが、現状では大規模での抽出を行うのは困難である。又、攪拌により、特にタンパク質のずり変性が起こり、変性・失活してしまうなどの問題がある。   That is, in order to increase the extraction speed, it is necessary to increase the oil-water interface area, and thus stirring must be performed. When the stirring power is large, the dispersion droplet diameter of the emulsion is reduced, and the oil-water interface area is increased. This increases the mass transfer rate at the oil / water interface and increases the extraction rate. However, since a surfactant is present in the system, emulsification proceeds by stirring and phase separation becomes difficult. For this reason, reverse micelle extraction is variable in scale, but at present it is difficult to perform extraction on a large scale. In addition, there is a problem that stirring causes protein shearing denaturation and denaturation / inactivation.

逆ミセル抽出系は規模が大きければ大きいほど、安定な逆ミセル構造を再現することが困難である。更に、界面活性剤はさまざまな分子集合形態、例えば逆ベシクルなどをとりやすいので、逆ミセルのサイズを制御するのは困難であるのが現状である。   The larger the reverse micelle extraction system is, the more difficult it is to reproduce a stable reverse micelle structure. Furthermore, since surfactants easily take various molecular aggregate forms such as reverse vesicles, it is difficult to control the size of reverse micelles.

この他に、中空糸モジュール法があるが、この方法では、安定形状の逆ミセルを形成するための膜を介しての各相への送液圧力の調整が難しい。従って、未だにその実用化が実現されていない。   In addition to this, there is a hollow fiber module method, but in this method, it is difficult to adjust the liquid feeding pressure to each phase through a membrane for forming a stable reverse micelle. Therefore, its practical use has not been realized yet.

更に、遺伝子組換え技術を用いて、細胞内に封入体として生産された凝集状態のタンパク質は変性している。そこで、まず細胞を破壊し、変性剤を加えて、タンパク質を溶解させた後、崩れたタンパク質の立体構造を修復するために、リフォールディングを行わなければならないのが現状である。   Furthermore, aggregated proteins produced as inclusion bodies in cells are denatured using genetic recombination techniques. Therefore, the current situation is that cells must be first destroyed, a denaturant is added to dissolve the protein, and then refolding must be performed to restore the collapsed protein's three-dimensional structure.

(4)無細胞タンパク質合成の背景技術
生細胞は、タンパク質をコードしている伝令RNA(mRNA)から転移RNAやタンパク質性の翻訳因子群などの作用により目的とするタンパク質を生合成する。同様のタンパク質合成を生細胞由来の抽出液あるいは細胞破壊液を用いても試験管内で行うことができる。このような合成システムを無細胞タンパク質合成という。この系においては、鋳型としてDNAを用い転写と翻訳を共役させることもある。更に、生きた細胞の生命維持という制約がないので、系の自由度が飛躍的に増大する。したがって、以下のような特徴がある。
(4) Background art of cell-free protein synthesis Living cells biosynthesize target proteins from messenger RNA (mRNA) encoding proteins by the action of transfer RNA, proteinaceous translation factors, and the like. Similar protein synthesis can be performed in vitro using an extract derived from living cells or a cell disruption solution. Such a synthesis system is called cell-free protein synthesis. In this system, transcription and translation may be coupled using DNA as a template. Furthermore, since there is no restriction of life maintenance of living cells, the degree of freedom of the system is dramatically increased. Therefore, it has the following characteristics.

1)タンパク質に非天然型アミノ酸ならびに放射能標識したアミノ酸を構成成分として自由に取り組ませることができる。   1) Unnatural amino acids and radiolabeled amino acids can be freely used as constituents in proteins.

2)細胞においては毒性となるようなタンパク質もこの系で合成することができる。   2) Proteins that are toxic in cells can also be synthesized in this system.

3)複数の鋳型から迅速かつ同時にタンパク質を合成することができる。   3) Proteins can be synthesized quickly and simultaneously from multiple templates.

4)この系に添加する物質の種類と濃度の制約がない。   4) There are no restrictions on the type and concentration of substances added to this system.

5)合成反応にかかる時間は一般に短い。   5) The time required for the synthesis reaction is generally short.

しかしながら、従来の無細胞タンパク質合成系に使われる細胞液は細胞粉砕により細胞液を抽出するため、細胞液の濃度が低く、更に、抽出条件が過酷なため、細胞の防衛機構が起動され、タンパク質の翻訳因子群の1つであるリボソームなどの不活性化が生じる。したがって、実際の無細胞系でタンパク質を合成する場合、合成反応持続時間が短く、得られた収量は生細胞の約0.1%から1%までに留まり、タンパク質合成法として実用的ではないとされている。   However, since the cell fluid used in conventional cell-free protein synthesis systems is extracted by cell crushing, the concentration of the cell fluid is low and the extraction conditions are harsh. Inactivation of ribosome, which is one of the translation factor groups, occurs. Therefore, when synthesizing proteins in an actual cell-free system, the duration of the synthesis reaction is short, and the yield obtained is only about 0.1% to 1% of living cells, which is not practical as a protein synthesis method. Yes.

(1)そこで、本発明は、上記の従来技術における問題点に鑑み、マイクロリアクタ中に単分子膜、二分子膜、逆二分子膜、脂質二分子膜、分子多重層膜、逆ミセル、ミセルなど分子膜の自動、迅速、連続作製方法を提供するとともに、この系を用いた様々な迅速化学反応、バイオリアクタ、構造異常タンパク質および変性タンパク質のリフォールディング、分離(抽出)システムおよび分析システムを提供することを目的とするものである。   (1) Therefore, in view of the above-described problems in the prior art, the present invention includes a monolayer, a bilayer, a reverse bilayer, a lipid bilayer, a molecular multilayer, a reverse micelle, and a micelle in a microreactor. Providing automated, rapid, and continuous production methods of molecular membranes, as well as various rapid chemical reactions, bioreactors, structurally and denatured protein refolding, separation (extraction) systems and analysis systems using this system It is for the purpose.

(2)又、本発明は、構造異常タンパク質(アミロイド型タンパク質)或いはウィルスのマイクロリアクタ中に自動、迅速および連続的に作製される分子膜との相互作用により、これらの物質やウィルスの微量、簡便、迅速および高感度検出マイクロチップ、バイオセンシングシステムを提供し、もしくは分子膜を備えるマイクロリアクタを利用した構造異常タンパク質のリフォールディング、分離(抽出)を行うことで、難病の早期診断および治療システムを提供することを目的とするものである。   (2) In addition, the present invention provides a trace amount of these substances and viruses in a simple manner by interacting with a molecular film that is automatically, rapidly and continuously produced in a structurally abnormal protein (amyloid type protein) or virus microreactor. Providing rapid and sensitive detection microchips, biosensing systems, or providing early diagnosis and treatment systems for intractable diseases by refolding and separating (extracting) structurally abnormal proteins using microreactors equipped with molecular membranes It is intended to do.

(3)又、本発明は簡便、短時間、省エネルギー、且つ温和な反応・抽出条件で、物質の高効率および迅速抽出、タンパク質などの生体関連物質の高活性、高効率および迅速抽出、変性タンパク質の迅速リフォールディングを行なう逆ミセルによるマイクロ抽出システムを提供することを目的とするものである。   (3) In addition, the present invention is simple, short-time, energy-saving, and mild reaction / extraction conditions, high-efficiency and rapid extraction of substances, high activity, high-efficiency and rapid extraction of biological materials such as proteins, denatured proteins It is an object of the present invention to provide a micro-extraction system using reverse micelles that performs rapid refolding.

(4)又、本発明は分子膜を備えるマイクロリアクタ、逆ミセルによるマイクロ抽出システムを利用して、生体模擬タンパン質合成システムを提供することを目的とするものである。   (4) Another object of the present invention is to provide a biomimetic tampane synthesis system using a microreactor equipped with a molecular film and a microextraction system using reverse micelles.

上記目的を達成するため、本発明の第1の特徴は、マイクロチャンネルと、第1の流体をマイクロチャンネルに導入する第1の導入口と、第2の流体をマイクロチャンネルに導入する第2の導入口と、両親媒性分子を含む両親媒性分子混合液をマイクロチャンネルに導入する、第1の導入口と第2の導入口の間に設けられた第3の導入口とを備え、第1の流体と第2の流体との境界面に分子膜を形成するマイクロリアクタであることを要旨とする。   In order to achieve the above object, the first feature of the present invention is that a microchannel, a first inlet for introducing a first fluid into the microchannel, and a second for introducing a second fluid into the microchannel. An inlet, and a third inlet provided between the first inlet and the second inlet for introducing the amphiphilic molecule mixture containing the amphiphilic molecule into the microchannel; The gist is that the microreactor forms a molecular film on the boundary surface between the first fluid and the second fluid.

本発明の第2の特徴は、マイクロチャンネルと、第1の流体をマイクロチャンネルに導入する第1の導入口と、両親媒性分子を含む両親媒性分子混合液をマイクロチャンネルに導入する第3の導入口とを備え、第1の流体とマイクロチャンネルの壁面との境界面に分子膜を形成するマイクロリアクタであることを要旨とする。   The second feature of the present invention is that a microchannel, a first inlet for introducing a first fluid into the microchannel, and an amphiphilic molecule mixture containing amphipathic molecules are introduced into the microchannel. And a microreactor that forms a molecular film on the boundary surface between the first fluid and the wall surface of the microchannel.

第1及び第2の特徴に係るマイクロリアクタによると、単分子膜、二分子膜、逆二分子膜、脂質二分子膜、分子多重層膜、逆ミセル、ミセルなど分子膜の自動、迅速、連続作製を行うことができる。   According to the microreactor according to the first and second features, automatic, rapid and continuous production of molecular membranes such as monolayer, bilayer, reverse bilayer, lipid bilayer, molecular multilayer, reverse micelle and micelle It can be performed.

又、第1及び第2の特徴に係るマイクロリアクタ内に生成された分子膜は、単分子膜、二分子膜、脂質二分子膜、逆二分子膜、分子多重層膜、ミセル、逆ミセル、ベシクル、逆ベシクル、エマルジョン、LB膜のいずれか一つ、もしくはこれらが混在した構造であってもよい。   In addition, the molecular film generated in the microreactor according to the first and second features is a monomolecular film, a bimolecular film, a lipid bimolecular film, an inverted bimolecular film, a molecular multilayer film, a micelle, an inverted micelle, or a vesicle. , A reverse vesicle, an emulsion, an LB film, or a structure in which these are mixed.

又、第1及び第2の特徴に係るマイクロリアクタ内に生成された分子膜は、平面構造と立体構造が混在する形状を有してもよい。   Further, the molecular film generated in the microreactor according to the first and second features may have a shape in which a planar structure and a three-dimensional structure are mixed.

又、第1及び第2の特徴に係るマイクロリアクタ内の両親媒性分子混合液は、蛋白質、核酸、糖脂質、コレステロール、蛍光色素、リガンド、光感応性分子、架橋剤、イオンチャンネル、電子共役系物質、重合剤、助界面活性剤、クラウンエーテル、フラーレン、カーボンナノチューブ、ポルフィリン類、分子トング、酸化還元剤、ステロイド、シクロデキストリン、ポリペプチド、ペプチドを1種類以上含むことが望ましい。   In addition, the amphiphilic molecule mixture in the microreactor according to the first and second features includes proteins, nucleic acids, glycolipids, cholesterol, fluorescent dyes, ligands, photosensitive molecules, cross-linking agents, ion channels, and electron conjugate systems. It is desirable to include one or more substances, polymerizing agents, co-surfactants, crown ethers, fullerenes, carbon nanotubes, porphyrins, molecular tongs, redox agents, steroids, cyclodextrins, polypeptides, and peptides.

又、第1及び第2の特徴に係るマイクロリアクタのマイクロチャンネルは、直管、エルボ、或いはベンドのいずれか1つ、もしくはこれらが混在する構造であってもよい。   Further, the microchannel of the microreactor according to the first and second features may be any one of a straight tube, an elbow, a bend, or a structure in which these are mixed.

又、第1及び第2の特徴に係るマイクロリアクタのマイクロチャンネルの壁面は、平滑状、凹凸状、あるいは表面修飾のいずれか1つ、もしくはこれらが混在する構造であってもよい。   The wall surface of the microchannel of the microreactor according to the first and second features may be any one of a smooth shape, an uneven shape, a surface modification, or a structure in which these are mixed.

又、第1及び第2の特徴に係るマイクロリアクタのマイクロチャンネルを単独或いは複数集積してもよい。   Moreover, you may integrate the microchannel of the microreactor which concerns on the 1st and 2nd characteristic individually or in multiple numbers.

又、第1の特徴に係るマイクロリアクタは、第1の流体、前記第2の流体、前記両親媒性分子混合液をそれぞれの導入口から前記マイクロチャンネル内へ送り込む、もしくは引き出すための自動制御ポンプを備えてもよい。   The microreactor according to the first feature includes an automatic control pump for feeding or withdrawing the first fluid, the second fluid, and the amphiphilic molecule mixed solution into the microchannel from each inlet. You may prepare.

又、第2の特徴に係るマイクロリアクタは、第1の流体、両親媒性分子混合液をそれぞれの導入口からマイクロチャンネル内へ送り込む、もしくは引き出すための自動制御ポンプを備えてもよい。   The microreactor according to the second feature may include an automatic control pump for feeding or withdrawing the first fluid and the amphiphilic molecule mixed solution into the microchannel from each inlet.

又、第1の特徴に係るマイクロリアクタにおいて、マイクロチャンネル、あるいは第1の導入口、第2の導入口あるいは第3の導入口にバルブを1つ以上備えてもよい。   In the microreactor according to the first feature, one or more valves may be provided in the microchannel, the first inlet, the second inlet, or the third inlet.

又、第2の特徴に係るマイクロリアクタにおいて、マイクロチャンネル、あるいは第1の導入口、あるいは第3の導入口にバルブを1つ以上備えてもよい。   In the microreactor according to the second feature, one or more valves may be provided in the microchannel, the first inlet, or the third inlet.

又、第1及び第2の特徴に係るマイクロリアクタのマイクロチャンネルから分岐する分岐チャンネルと、試料を注入する注入口とを更に備えてもよい。   Moreover, you may further provide the branch channel branched from the microchannel of the microreactor which concerns on the 1st and 2nd characteristic, and the inlet which inject | pours a sample.

又、第1及び第2の特徴に係るマイクロリアクタのマイクロチャンネルの一部に電極を備えてもよい。   Moreover, you may provide an electrode in a part of microchannel of the microreactor which concerns on the 1st and 2nd characteristic.

又、第1及び第2の特徴に係るマイクロリアクタのマイクロチャンネル内の温度、圧力、pH、電流、電圧、磁場、超音波、あるいは応力を制御する手段を更に備えてもよい。   Further, a means for controlling the temperature, pressure, pH, current, voltage, magnetic field, ultrasonic wave, or stress in the microchannel of the microreactor according to the first and second features may be further provided.

又、第1及び第2の特徴に係るマイクロリアクタにおいて、光照射による、マイクロチャンネル内の温度変化、あるいは物質の分子膜への吸着、付着、沈着および透過の変化、あるいは光化学反応を制御する手段を更に備えてもよい。   In the microreactor according to the first and second features, there is provided means for controlling a temperature change in the microchannel due to light irradiation, a change in adsorption, adhesion, deposition and permeation of a substance to a molecular film, or a photochemical reaction. Further, it may be provided.

又、第1の特徴に係わるマイクロリアクタにおいて、塩橋を一つ以上更に備えてもよい。   The microreactor according to the first feature may further include one or more salt bridges.

本発明の第3の特徴は、マイクロチャンネルと、第1の流体をマイクロチャンネルに導入する第1の導入口と、第2の流体をマイクロチャンネルに導入する第2の導入口と、両親媒性分子を含む両親媒性分子混合液をマイクロチャンネルに導入する、第1の導入口と第2の導入口の間に設けられた第3の導入口とを備え、第1の流体と第2の流体との境界面に分子膜を形成するマイクロリアクタと、第1の流体、あるいは第2の流体、あるいは第1の流体および第2の流体に含まる物質と、分子膜との相互作用による膜への付着、吸着、沈着或いは透過によって、分子膜の表面状態の変化、もしくは分子膜或いは流体の化学的、或いは物理的特性の変化を引き起こす反応部と、反応部の条件を制御する条件制御部と、反応部の変化信号を検知するための検知部と、反応部で生成された生成物を分離・回収する分離・回収部と、流体及び両親媒性分子を循環する循環部と、分子膜を作製・再生する作製・再生部とを備える分析システムであることを要旨とする。   The third feature of the present invention is that the microchannel, the first inlet for introducing the first fluid into the microchannel, the second inlet for introducing the second fluid into the microchannel, and the amphiphilic property. A first inlet and a third inlet provided between the first inlet and the second inlet for introducing an amphiphilic molecule mixture containing molecules into the microchannel; A microreactor that forms a molecular film at a boundary surface with a fluid, a first fluid, or a second fluid, or a substance contained in the first fluid and the second fluid, and a membrane by interaction with the molecular film A reaction part that causes a change in the surface state of the molecular film or a change in the chemical or physical properties of the molecular film or fluid by the adhesion, adsorption, deposition or permeation of the liquid, and a condition control part that controls the conditions of the reaction part; Detects change signal in reaction area Detection unit, separation / recovery unit that separates and collects the product generated in the reaction unit, circulation unit that circulates fluid and amphiphilic molecules, and production / regeneration unit that creates and regenerates molecular membranes The gist is that the analysis system comprises

第3の特徴に係る分析システムによると、マイクロリアクタ中に単分子膜、二分子膜、逆二分子膜、脂質二分子膜、分子多重層膜、逆ミセル、ミセルなど分子膜の自動、迅速、連続作製方法を提供するとともに、この系を用いた様々な分析を行うことができる。   According to the analysis system according to the third feature, automatic, rapid, and continuous molecular membranes such as monolayer, bilayer, reverse bilayer, lipid bilayer, molecular multilayer, reverse micelle, and micelle in the microreactor. A manufacturing method is provided, and various analyzes using this system can be performed.

又、第3の特徴に係る分析システムの条件制御部は、マイクロチャンネル内の温度、圧力、pH、電流、電圧、磁場、超音波、光、あるいは応力を制御してもよい。   The condition control unit of the analysis system according to the third feature may control the temperature, pressure, pH, current, voltage, magnetic field, ultrasonic wave, light, or stress in the microchannel.

又、第3の特徴に係る分析システムの検出部は、マイクロチャンネル内、もしくはマイクロチャンネル外において、分子膜と前記物質との相互作用により、温度、濃度、pH、電気信号変化の検知、分子膜における表面状態変化の観測を行ってもよい。   In addition, the detection unit of the analysis system according to the third feature includes detecting a change in temperature, concentration, pH, and electric signal by the interaction between the molecular film and the substance in the microchannel or outside the microchannel. You may observe the surface state change in.

本発明の第4の特徴は、マイクロチャンネルと、第1の流体をマイクロチャンネルに導入する第1の導入口と、第2の流体をマイクロチャンネルに導入する第2の導入口と、両親媒性分子を含む両親媒性分子混合液をマイクロチャンネルに導入する、第1の導入口と第2の導入口の間に設けられた第3の導入口とを備えるマイクロリアクタ内で、第1の流体と第2の流体との境界面に分子膜を形成するステップと、第1の流体、あるいは第2の流体、あるいは第1の流体および第2の流体に含まれる物質と、分子膜との相互作用による膜への付着、吸着、沈着或いは透過によって引き起こされる分子膜の表面状態の変化、もしくは分子膜或いは流体の化学的、或いは物理的特性の変化を引き起こさせるステップと、物質の分子膜との相互作用の条件を制御するステップと、分子膜の表面状態の変化、分子膜或いは流体の化学的、或いは物理的特性の変化、或いは分子膜への物質の透過の変化を検知するステップと、反応部で生成された生成物を分離・回収するステップと、流体及び両親媒性分子を循環するステップと、分子膜を作製・再生するステップとを含む分析方法であることを要旨とする。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a microchannel, a first inlet for introducing a first fluid into the microchannel, a second inlet for introducing a second fluid into the microchannel, and an amphiphilic property. In a microreactor having a first inlet and a third inlet provided between the second inlet and introducing an amphiphilic molecule mixture containing molecules into the microchannel, the first fluid and The step of forming a molecular film at the interface with the second fluid, the interaction between the first fluid, the second fluid, or the substance contained in the first fluid and the second fluid, and the molecular film A step that causes a change in the surface state of a molecular film caused by adhesion, adsorption, deposition, or permeation to the film, or a change in chemical or physical properties of the molecular film or fluid, Action A step for controlling conditions, a step for detecting changes in the surface state of the molecular film, a change in chemical or physical properties of the molecular film or fluid, or a change in the permeation of the substance into the molecular film, and a reaction unit. The gist of the present invention is an analysis method including a step of separating and recovering the produced product, a step of circulating a fluid and an amphiphilic molecule, and a step of producing and regenerating a molecular film.

第4の特徴に係る分析方法によると、マイクロリアクタ中に単分子膜、二分子膜、逆二分子膜、脂質二分子膜、分子多重層膜、逆ミセル、ミセルなど分子膜の自動、迅速、連続作製方法を提供するとともに、この系を用いた様々な分析を行うことができる。   According to the analysis method according to the fourth feature, automatic, rapid and continuous molecular membranes such as monolayer, bilayer, reverse bilayer, lipid bilayer, molecular multilayer, reverse micelle and micelle in the microreactor. A manufacturing method is provided, and various analyzes using this system can be performed.

本発明の第5の特徴は、マイクロチャンネルと、第1の流体をマイクロチャンネルに導入する第1の導入口と、第2の流体をマイクロチャンネルに導入する第2の導入口と、両親媒性分子を含む両親媒性分子混合液をマイクロチャンネルに導入する、第1の導入口と第2の導入口の間に設けられた第3の導入口とを備え、第1の流体と第2の流体との境界面に分子膜を形成し、マイクロチャンネル内に存在する分子膜に固定化される酵素、もしくはマイクロチャンネルの一定空間内に固定化される酵素によって、マイクロチャンネル内の流体に含まれる基質の酵素反応が行われる反応部と、酵素反応の未反応の基質および酵素を循環する循環部と、酵素が固定化される分子膜を作製・再生する作製・再生部と、酵素反応によって生成される生成物を分離・回収する分離・回収部と、酵素反応の結果を検知する検知部とを備える反応システムであることを要旨とする。   According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a microchannel, a first inlet for introducing a first fluid into the microchannel, a second inlet for introducing a second fluid into the microchannel, and an amphiphilic property. A first inlet and a third inlet provided between the first inlet and the second inlet for introducing an amphiphilic molecule mixture containing molecules into the microchannel; A molecular film is formed at the interface with the fluid, and is contained in the fluid in the microchannel by an enzyme immobilized on the molecular film present in the microchannel or an enzyme immobilized in a certain space of the microchannel. Generated by the enzyme reaction, the reaction part where the enzyme reaction of the substrate is performed, the circulation part that circulates the unreacted substrate and enzyme of the enzyme reaction, the production / regeneration part that produces and regenerates the molecular film on which the enzyme is immobilized Life And separation and recovery unit to separate and recover objects, a gist that the reaction system comprising a detection unit for detecting the result of an enzymatic reaction.

第5の特徴に係る反応システムによると、マイクロリアクタ中に単分子膜、二分子膜、逆二分子膜、脂質二分子膜、分子多重層膜、逆ミセル、ミセルなど分子膜の自動、迅速、連続作製方法を提供するとともに、この系を用いた様々なバイオリアクタを行うことができる。   According to the reaction system according to the fifth feature, automatic, rapid, and continuous molecular membranes such as monolayer, bilayer, reverse bilayer, lipid bilayer, molecular multilayer, reverse micelle, and micelle in the microreactor. In addition to providing a production method, various bioreactors using this system can be performed.

本発明の第6の特徴は、マイクロチャンネルと、第1の流体をマイクロチャンネルに導入する第1の導入口と、第2の流体をマイクロチャンネルに導入する第2の導入口と、両親媒性分子を含む両親媒性分子混合液をマイクロチャンネルに導入する、第1の導入口と第2の導入口の間に設けられた第3の導入口とを備えるマイクロリアクタ内で、第1の流体と第2の流体との境界面に分子膜を形成するステップと、マイクロチャンネル内に存在する分子膜に固定化される酵素、もしくはマイクロチャンネルの一定空間内に固定化される酵素によって、マイクロチャンネル内の流体に含まれる基質の酵素反応を行うステップと、酵素反応の未反応の基質および酵素を循環するステップと、酵素が固定化される分子膜を作製・再生するステップと、酵素反応によって生成される生成物を分離・回収するステップと、酵素反応の結果を検知するステップとを含む反応方法であることを要旨とする。   According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a microchannel, a first inlet for introducing a first fluid into the microchannel, a second inlet for introducing a second fluid into the microchannel, and an amphipathic property. In a microreactor having a first inlet and a third inlet provided between the second inlet and introducing an amphiphilic molecule mixture containing molecules into the microchannel, the first fluid and A step of forming a molecular film at the interface with the second fluid, and an enzyme immobilized on the molecular film present in the microchannel or an enzyme immobilized in a constant space of the microchannel. A step of performing an enzyme reaction of a substrate contained in the fluid, a step of circulating unreacted substrate and enzyme of the enzyme reaction, a step of producing and regenerating a molecular film on which the enzyme is immobilized, And separating and recovering the product produced by the enzymatic reaction, is summarized in that a reaction method comprising the step of detecting a result of an enzymatic reaction.

第6の特徴に係る反応方法によると、マイクロリアクタ中に単分子膜、二分子膜、逆二分子膜、脂質二分子膜、分子多重層膜、逆ミセル、ミセルなど分子膜の自動、迅速、連続作製方法を提供するとともに、この系を用いた様々なバイオリアクタを行うことができる。   According to the reaction method according to the sixth feature, automatic, rapid and continuous molecular membranes such as monomolecular membrane, bilayer membrane, reverse bilayer membrane, lipid bilayer membrane, molecular multilayer membrane, reverse micelle and micelle in the microreactor. In addition to providing a production method, various bioreactors using this system can be performed.

本発明の第7の特徴は、マイクロチャンネルと、第1の流体をマイクロチャンネルに導入する第1の導入口と、第2の流体をマイクロチャンネルに導入する第2の導入口と、両親媒性分子を含む両親媒性分子混合液をマイクロチャンネルに導入する、第1の導入口と第2の導入口の間に設けられた第3の導入口とを備え、第1の流体と第2の流体との境界面に分子膜を形成し、マイクロチャンネル内の水相に含まれる構造異常タンパク質および変性タンパク質のリフォールディングが行われるリフォールディング部と、リフォールディングされたタンパク質を分離・回収する分離・回収部と、水相に含まれる未反応の構造異常タンパク質および変性タンパク質を循環する循環部と、分子膜を作製・再生する作製・再生部と、リフォールディングされたタンパク質を検知する検知部とを備える反応システムであることを要旨とする。   According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a microchannel, a first inlet for introducing a first fluid into the microchannel, a second inlet for introducing a second fluid into the microchannel, and an amphiphilic property. A first inlet and a third inlet provided between the first inlet and the second inlet for introducing an amphiphilic molecule mixture containing molecules into the microchannel; A refolding part that forms a molecular film at the interface with the fluid and refolds the structurally abnormal protein and denatured protein contained in the aqueous phase in the microchannel, and separation / recovery that separates and recovers the refolded protein. A recovery unit, a circulation unit for circulating unreacted structurally abnormal proteins and denatured proteins contained in the aqueous phase, a production / regeneration unit for producing / regenerating a molecular film, and refoldin And summarized in that a reaction system comprising a detector for detecting the protein.

第7の特徴に係る反応システムによると、構造異常タンパク質および変性タンパク質とマイクロリアクタ中に自動、迅速および連続的に作製される分子膜との相互作用により、構造異常タンパク質および変性タンパク質の微量、簡便、迅速および高感度検出マイクロチップ、バイオセンシングシステムを提供し、もしくは分子膜を備えるマイクロリアクタを利用して、簡便、短時間、省エネルギー、且つ温和な条件で構造異常タンパク質および変性タンパク質のリフォールディング、分離(抽出)を行うことができるので、難病の早期診断および治療システムを提供することができる。   According to the reaction system according to the seventh feature, due to the interaction between the structurally abnormal protein and the denatured protein and the molecular film that is automatically, rapidly and continuously produced in the microreactor, Provide fast and sensitive detection microchips, biosensing systems, or use microreactors equipped with molecular membranes to refold and separate structurally abnormal proteins and denatured proteins in a simple, short time, energy-saving and mild condition ( Extraction), an early diagnosis and treatment system for intractable diseases can be provided.

本発明の第8の特徴は、マイクロチャンネルと、第1の流体をマイクロチャンネルに導入する第1の導入口と、第2の流体をマイクロチャンネルに導入する第2の導入口と、両親媒性分子を含む両親媒性分子混合液をマイクロチャンネルに導入する、第1の導入口と第2の導入口の間に設けられた第3の導入口とを備えるマイクロリアクタ内で、第1の流体と第2の流体との境界面に分子膜を形成するステップと、マイクロチャンネル内の水相に含まれる構造異常タンパク質および変性タンパク質のリフォールディングを行うステップと、リフォールディングされたタンパク質を分離・回収するステップと、水相に含まれる未反応の構造異常タンパク質および変性タンパク質を循環するステップと、分子膜を作製・再生するステップと、リフォールディングされたタンパク質を検知するステップとを含む反応方法であることを要旨とする。   According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a microchannel, a first inlet for introducing a first fluid into the microchannel, a second inlet for introducing a second fluid into the microchannel, and an amphiphilic property. In a microreactor having a first inlet and a third inlet provided between the second inlet and introducing an amphiphilic molecule mixture containing molecules into the microchannel, the first fluid and A step of forming a molecular film at the interface with the second fluid, a step of refolding the structurally abnormal protein and the denatured protein contained in the aqueous phase in the microchannel, and separating and collecting the refolded protein A step of circulating unreacted structurally abnormal proteins and denatured proteins contained in the aqueous phase, a step of producing and regenerating a molecular film, And summarized in that a reaction method comprising the steps of detecting the Rudingu protein.

第8の特徴に係る反応方法によると、構造異常タンパク質および変性タンパク質とマイクロリアクタ中に自動、迅速および連続的に作製される分子膜との相互作用により、構造異常タンパク質および変性タンパク質の微量、簡便、迅速および高感度検出マイクロチップ、バイオセンシングシステムを提供し、もしくは分子膜を備えるマイクロリアクタを利用して、簡便、短時間、省エネルギー、且つ温和な条件で構造異常タンパク質および変性タンパク質のリフォールディング、分離(抽出)を行うことができるので、難病の早期診断および治療システムを提供することができる。   According to the reaction method according to the eighth feature, due to the interaction between the structurally abnormal protein and the denatured protein and the molecular film that is automatically, rapidly and continuously produced in the microreactor, Provide fast and sensitive detection microchips, biosensing systems, or use microreactors equipped with molecular membranes to refold and separate structurally abnormal proteins and denatured proteins in a simple, short time, energy-saving and mild condition ( Extraction), an early diagnosis and treatment system for intractable diseases can be provided.

本発明の第9の特徴は、流体の流れの方向に沿って、一定間隔を有する一対の電極、もしくは電極系を配置するマイクロチャンネルと、マイクロチャンネル内へ流体(61)、絶縁性媒体(62)、物質を含む流体(63)、両親媒性分子を含む両親媒性分子混合液(64)、物質を含む流体(65)、絶縁性媒体(66)、流体(67)の順で繰り返し流し、流体(63)と流体(65)の境界面に分子膜を形成するマイクロリアクタと、流体(63)および流体(65)に含まれる物質と分子膜との相互作用による膜への付着、吸着、沈着或いは透過によって、分子膜の表面状態の変化、もしくは分子膜或いは流体の化学的、或いは物理的特性の変化を引き起こす反応部と、反応部の条件を制御する条件制御部と、反応部の変化信号を検知するための検知部と、流体、両親媒性分子および絶縁性媒体を循環する循環部と分子膜を作製・再生する作製・再生部とを備える分析システムであることを要旨とする。   A ninth feature of the present invention is that a microchannel in which a pair of electrodes or electrode systems having a constant interval is arranged in the direction of fluid flow, a fluid (61) and an insulating medium (62) into the microchannel. ), A fluid containing a substance (63), an amphiphilic molecule mixed solution containing an amphiphilic molecule (64), a fluid containing a substance (65), an insulating medium (66), and a fluid (67) repeatedly. A microreactor that forms a molecular film on the boundary surface between the fluid (63) and the fluid (65), and adhesion to the film due to the interaction between the substance contained in the fluid (63) and the fluid (65) and the molecular film; Reaction part causing change in surface state of molecular film or chemical or physical property of molecular film or fluid by deposition or permeation, condition control part for controlling reaction part condition, change in reaction part Check the signal A detection portion for, and summarized in that an analytical system comprising a fluid, a prepared and reproducing unit to produce and reproduce circulation unit and molecular membrane circulating amphiphilic molecules and the insulating medium.

第9の特徴に係る分析システムによると、マイクロリアクタ中に単分子膜、二分子膜、逆二分子膜、脂質二分子膜、分子多重層膜、逆ミセル、ミセルなど分子膜の自動、迅速、連続作製方法を提供するとともに、この系を用いた様々な分析および電気化学反応を行うことができる。   According to the analysis system according to the ninth feature, automatic, rapid, and continuous molecular membranes such as monolayer, bilayer, reverse bilayer, lipid bilayer, molecular multilayer, reverse micelle, and micelle in the microreactor. A manufacturing method is provided, and various analyzes and electrochemical reactions using this system can be performed.

又、第9の特徴に係る分析システムは、マイクロチャンネル内の流体、両親媒性分子混合液、絶縁性媒体は、形成される分子膜の安定状態を保持するために、マイクロチャンネル内に滞留或いは流動してもよい。   The analysis system according to the ninth feature is that the fluid in the microchannel, the amphiphilic molecule mixture, and the insulating medium stay in the microchannel in order to maintain the stable state of the formed molecular film. It may flow.

又、第9の特徴に係る分析システムにおける絶縁性媒体は、イオンを透過せず、低誘電率を有し、流体、物質を含む流体と分子膜に起因する電極の汚れを洗浄してもよい。 In addition, the insulating medium in the analysis system according to the ninth feature does not transmit ions, has a low dielectric constant, and may clean a fluid, a fluid containing a substance, and electrode contamination caused by a molecular film. .

又、第9の特徴に係る分析システムにおける一定間隔を有する電極対はマイクロチャンネル内に、複数対を配置してもよい。   In addition, a plurality of pairs of electrodes having a constant interval in the analysis system according to the ninth feature may be arranged in the microchannel.

又、第9の特徴に係る分析システムにおける電極系は2電極系、3電極系もしくは4電極系であり、作用電極と対極は同じ流体側に配置、もしくは分子膜を隔てて、分別して配置されてもよい。   The electrode system in the analysis system according to the ninth feature is a two-electrode system, a three-electrode system, or a four-electrode system, and the working electrode and the counter electrode are arranged on the same fluid side, or are separated from each other with a molecular film. May be.

又、第9の特徴に係る分析システムにおける流体(67)は電極を洗浄するための純水、有機溶媒、硫酸、塩酸、フッ化水素酸および硝酸、もしくは過塩素酸および過酸化水素を少量に添加した酸溶液、アルカリ性溶液のいずれの溶液であり、一種類以上を連続して流してもよい。   The fluid (67) in the analysis system according to the ninth feature is a small amount of pure water, organic solvent, sulfuric acid, hydrochloric acid, hydrofluoric acid and nitric acid, or perchloric acid and hydrogen peroxide for cleaning the electrodes. Any of the added acid solution and alkaline solution, and one or more of them may be continuously flowed.

又、第9の特徴に係る分析システムにおける電極対もしくは電極系の電極は流体(67)において、化学的洗浄もしくは電気化学的洗浄により、リニューアルしてもよい。   The electrode pair or electrode system electrode in the analysis system according to the ninth feature may be renewed in the fluid (67) by chemical cleaning or electrochemical cleaning.

又、第9の特徴に係る分析システムにおける試料は、(63)および流体(65)が留まるところであって、マイクロチャンネルと連接する微細チャンネルにより流体(63)もしくは流体(65)に注入されてもよい。   The sample in the analysis system according to the ninth feature is where the sample (63) and the fluid (65) stay, and even if the sample is injected into the fluid (63) or the fluid (65) by the fine channel connected to the microchannel. Good.

又、第9の特徴に係る分析システムは、マイクロチャンネル内の温度、圧力、pH、電流、電圧、磁場、超音波、光、あるいは応力を制御する手段を更に備えてもよい。   The analysis system according to the ninth feature may further include means for controlling temperature, pressure, pH, current, voltage, magnetic field, ultrasonic wave, light, or stress in the microchannel.

又、第9の特徴に係る分析システムにおけるマイクロリアクタは、イオンチャンネルを含有する分子膜、もしくは塩橋を更に備えてもよい。   The microreactor in the analysis system according to the ninth feature may further include a molecular film containing an ion channel or a salt bridge.

又、第9の特徴に係る分析システムの検知部は、分子膜および流体の温度、濃度、
pH、電気信号の変化、前記分子膜の表面状態の変化をマイクロチャンネル内、もしくはマイクロチャンネル外で検知を行ってもよい。
The detection unit of the analysis system according to the ninth feature includes the temperature, concentration,
Changes in pH, electrical signals, and changes in the surface state of the molecular film may be detected inside or outside the microchannel.

本発明の第10の特徴は、流体の流れの方向に沿って、一定間隔を有する一対の電極、もしくは電極系を配置するマイクロチャンネルと、マイクロチャンネル内へ流体(61)、絶縁性媒体(62)、物質を含む流体(63)、両親媒性分子を含む両親媒性分子混合液(64)、物質を含む流体(65)、絶縁性媒体(66)、流体(67)の順で繰り返し流し、流体(63)と流体(65)の境界面に分子膜を形成するステップと、流体(63)および流体(65)に含まれる物質と分子膜との相互作用による膜への付着、吸着、沈着或いは透過によって、分子膜の表面状態の変化、もしくは分子膜或いは流体の化学的、或いは物理的特性の変化を引き起こさせるステップと、反応部の条件を制御するステップと、反応部の変化信号を検知するステップと、流体、両親媒性分子および絶縁性媒体を循環するステップと、分子膜を作製・再生するステップとを含む分析方法であることを要旨とする。   A tenth feature of the present invention is a microchannel in which a pair of electrodes or electrode systems having a constant interval is arranged in the direction of fluid flow, a fluid (61) and an insulating medium (62) into the microchannel. ), A fluid containing a substance (63), an amphiphilic molecule mixed solution containing an amphiphilic molecule (64), a fluid containing a substance (65), an insulating medium (66), and a fluid (67) repeatedly. , A step of forming a molecular film on the boundary surface between the fluid (63) and the fluid (65), and adhesion to the film by the interaction between the fluid (63) and the substance contained in the fluid (65) and the molecular film, adsorption, The step of causing the change of the surface state of the molecular film or the chemical or physical property of the molecular film or the fluid by the deposition or permeation, the step of controlling the conditions of the reaction part, and the change signal of the reaction part Detection A step that, fluid, comprising the steps of circulating the amphiphilic molecules and the insulating medium, and summarized in that a method of analysis comprising the steps of preparing and reproducing molecular film.

第10の特徴に係る分析方法によると、マイクロリアクタ中に単分子膜、二分子膜、逆二分子膜、脂質二分子膜、分子多重層膜、逆ミセル、ミセルなど分子膜の自動、迅速、連続作製方法を提供するとともに、この系を用いた様々な分析および電気化学反応を行うことができる。   According to the analysis method according to the tenth feature, in a microreactor, a molecular film such as a monolayer, a bilayer, a reverse bilayer, a lipid bilayer, a molecular multilayer, a reverse micelle, and a micelle is automatically, rapidly, continuously A manufacturing method is provided, and various analyzes and electrochemical reactions using this system can be performed.

本発明の第11の特徴は、マイクロチャンネルと、第1の流体をマイクロチャンネルに導入する第1の導入口と、第2の流体をマイクロチャンネルに導入する第2の導入口と、両親媒性分子を含む両親媒性分子混合液をマイクロチャンネルに導入する、第1の導入口と第2の導入口の間に設けられた第3の導入口とを備え、第1の流体と第2の流体との境界面に分子膜を形成し、マイクロチャンネル内の水相に含まれる構造異常タンパク質、もしくはウィルスと分子膜との相互作用を行う反応部と、反応部の変化信号を検知する検知部と相互作用によって分子膜への付着、吸着、沈着或いは透過により、構造異常タンパク質、もしくはあるいはウィルスを分離、除去する分離・回収部とを備える分離システムであることを要旨とする。   The eleventh feature of the present invention is a microchannel, a first inlet for introducing a first fluid into the microchannel, a second inlet for introducing a second fluid into the microchannel, and an amphipathic property. A first inlet and a third inlet provided between the first inlet and the second inlet for introducing an amphiphilic molecule mixture containing molecules into the microchannel; A reaction unit that forms a molecular film at the interface with the fluid, interacts with the structurally abnormal protein contained in the aqueous phase in the microchannel or virus and the molecular film, and a detection unit that detects the change signal of the reaction unit And a separation / recovery unit that separates and removes structurally abnormal proteins or viruses by adhesion, adsorption, deposition, or permeation to the molecular film by interaction with the above.

第11の特徴に係る分離システムによると、構造異常タンパク質(アミロイド型タンパク質)とウィルスのマイクロリアクタ中に自動、迅速および連続的に作製される分子膜との相互作用により、異常タンパク質やウィルスの微量、簡便、迅速および高感度検出マイクロチップおよびバイオセンシングシステムを提供し、もしくは分子膜を備えるマイクロリアクタを利用した構造異常タンパク質やウィルスの分離を行うことで、難病の早期診断および治療システムを提供することができる。   According to the separation system according to the eleventh feature, due to the interaction between the structurally abnormal protein (amyloid type protein) and the molecular membrane automatically, rapidly and continuously produced in the virus microreactor, Providing a simple, rapid and sensitive detection microchip and biosensing system, or providing an early diagnosis and treatment system for intractable diseases by separating structurally abnormal proteins and viruses using a microreactor equipped with a molecular film it can.

本発明の第12の特徴は、マイクロチャンネルと、第1の流体をマイクロチャンネルに導入する第1の導入口と、第2の流体をマイクロチャンネルに導入する第2の導入口と、両親媒性分子を含む両親媒性分子混合液をマイクロチャンネルに導入する、第1の導入口と第2の導入口の間に設けられた第3の導入口とを備えるマイクロリアクタ内で、第1の流体と第2の流体との境界面に分子膜を形成するステップと、マイクロチャンネル内の水相に含まれる構造異常タンパク質、もしくはウィルスと分子膜との相互作用を行うステップと、相互作用によって引き起こされる分子膜表面状態の変化、分子膜或いは流体の化学的、或いは物理的特性の変化、或いは分子膜への構造異常タンパク質、もしくはウィルスの吸着、付着、沈着および透過の変化を検知するステップと、相互作用によって分子膜への付着、吸着、沈着或いは透過により、構造異常タンパク質、もしくはウィルスを分離、除去するステップとを含む分離方法であることを要旨とする。   A twelfth feature of the present invention is a microchannel, a first inlet for introducing a first fluid into the microchannel, a second inlet for introducing a second fluid into the microchannel, and an amphiphilic property. In a microreactor having a first inlet and a third inlet provided between the second inlet and introducing an amphiphilic molecule mixture containing molecules into the microchannel, the first fluid and A step of forming a molecular film at the interface with the second fluid, a step of interacting with a structural abnormal protein or virus in the aqueous phase in the microchannel and the molecular film, and a molecule caused by the interaction Changes in membrane surface conditions, changes in chemical or physical properties of molecular membranes or fluids, or adsorption, attachment, deposition and permeation of structurally abnormal proteins or viruses into molecular membranes A step of detecting a change, attachment to the molecule membrane by interactions, adsorption, by deposition or transmitted, separating the structural abnormalities proteins or viruses, and summarized in that a separation method and removing.

第12の特徴に係る分離方法によると、構造異常タンパク質(アミロイド型タンパク質)とウィルスのマイクロリアクタ中に自動、迅速および連続的に作製される分子膜との相互作用により、構造異常タンパク質やウィルスの微量、簡便、迅速および高感度検出マイクロチップおよびバイオセンシングシステムを提供し、もしくは分子膜を備えるマイクロリアクタを利用した構造異常タンパク質或いはウィルスの分離を行うことで、難病の早期診断および治療システムを提供することができる。   According to the separation method according to the twelfth feature, the amount of structurally abnormal protein or virus can be traced by the interaction of the structurally abnormal protein (amyloid-type protein) and the molecular membrane that is automatically, rapidly and continuously produced in the virus microreactor. Provide an early diagnosis and treatment system for intractable diseases by providing a simple, rapid and highly sensitive detection microchip and biosensing system, or separating structurally abnormal proteins or viruses using a microreactor equipped with a molecular film Can do.

本発明の第13の特徴は、マイクロチャンネルと、逆ミセル溶液をマイクロチャンネルに導入する第6の導入口と、物質を含む原料水溶液をマイクロチャンネルに導入する第7の導入口と、酸化還元剤、分子シャペロン、水、金属イオンを含む逆ミセル溶液を導入する第10の導入口とを備え、マイクロリアクタ内で、逆ミセル溶液へ原料水相中の物質が正抽出され、もしくは抽出に伴う変性タンパク質のリフォールディングが行なわれる正抽出部と、原料水溶液の回収もしくは再循環を行う原料回収部と、マイクロチャンネルと、正抽出した逆ミセル溶液をマイクロチャンネルに導入する第11の導入口と、回収水溶液をマイクロチャンネルに導入する第12の導入口とを備え、マイクロリアクタ内で、正抽出した逆ミセル溶液から物質、あるいはリフォールディングされたタンパク質の逆抽出を行う逆抽出部と、逆ミセル溶液を循環させる循環部と、逆抽出された物質或いはリフォールディングされたタンパク質を回収する生成物回収部とを備える抽出システムであることを要旨とする。   The thirteenth feature of the present invention is that the microchannel, the sixth inlet for introducing the reverse micelle solution into the microchannel, the seventh inlet for introducing the raw material aqueous solution containing the substance into the microchannel, and the redox agent A tenth inlet for introducing a reverse micelle solution containing a molecular chaperone, water, and metal ions, and in the microreactor, a substance in the raw water phase is normally extracted into the reverse micelle solution, or a denatured protein accompanying the extraction A normal extraction section where refolding is performed, a raw material recovery section that recovers or recirculates the raw material aqueous solution, a microchannel, an eleventh inlet for introducing the reversely extracted reverse micelle solution into the microchannel, and a recovered aqueous solution A twelfth inlet for introducing the substance into the microchannel, and the substance from the reverse micelle solution extracted in the microreactor in the microreactor, Alternatively, an extraction system comprising a back extraction unit that performs reverse extraction of the refolded protein, a circulation unit that circulates the reverse micelle solution, and a product recovery unit that recovers the back extracted substance or the refolded protein. It is a summary.

第13の特徴に係る抽出システムによると、簡便、短時間、省エネルギー、且つ温和な反応・抽出条件で、物質の高効率および迅速抽出、タンパク質などの生体関連物質の高活性、高効率および迅速抽出、変性タンパク質の迅速リフォールディングを行なう逆ミセルによるマイクロ抽出システムを提供することができる。   According to the extraction system according to the thirteenth feature, highly efficient and rapid extraction of substances and high activity, high efficiency and rapid extraction of biologically related substances such as proteins with simple, short time, energy saving and mild reaction / extraction conditions. In addition, it is possible to provide a micro-extraction system using reverse micelles for rapid refolding of denatured proteins.

又、第13の特徴に係る抽出システムにおいて、逆ミセルは少なくとも一種類以上の両親媒性分子からなる逆ミセルと、少なくとも一種類以上の両親媒性分子と少なくとも一種類以上の助界面活性剤、リガンド、リン脂質、糖脂質、コレステロール、タンパク質、スフィンゴ脂質、酸化還元種、細胞認識分子、受容体からなる混合型逆ミセルであってもよい。   Further, in the extraction system according to the thirteenth feature, the reverse micelle is a reverse micelle comprising at least one kind of amphiphilic molecule, at least one kind of amphiphilic molecule and at least one kind of co-surfactant, It may be a mixed reverse micelle comprising a ligand, phospholipid, glycolipid, cholesterol, protein, sphingolipid, redox species, cell recognition molecule, and receptor.

又、第13の特徴に係る抽出システムにおいて、逆ミセルの中心に存在するウォータープールの中に、核酸関連物質、タンパク質がいずれか1つ、もしくはこれらが混在し、そこへ生体関連物質が取り込まれてもよい。   In the extraction system according to the thirteenth feature, the nucleic acid-related substance and / or protein are mixed in the water pool present at the center of the reverse micelle, or a living body related substance is incorporated therein. May be.

又、第13の特徴に係る抽出システムにおいて、変性タンパク質を含む逆ミセルのウォータープール中に酸化還元剤、分子シャペロン、金属イオンが取り込まれ、逆ミセルのウォータープール内で、タンパク質の立体構造および活性の回復を行ってもよい。   In the extraction system according to the thirteenth feature, the redox agent, molecular chaperone, and metal ion are incorporated into the reverse micelle water pool containing the denatured protein, and the three-dimensional structure and activity of the protein in the reverse micelle water pool. Recovery may be performed.

又、第13の特徴に係る抽出システムにおいて、逆抽出部は、回収水相のpH或いは塩濃度を制御する分岐チャンネル、あるいは親水性有機溶媒を添加する分岐チャンネルを具備し、さらに、マイクロチャンネルの温度条件を制御する装置を備えてもよい。   In the extraction system according to the thirteenth feature, the back extraction unit includes a branch channel for controlling the pH or salt concentration of the recovered aqueous phase, or a branch channel for adding a hydrophilic organic solvent. You may provide the apparatus which controls temperature conditions.

本発明の第14の特徴は、マイクロチャンネルと、逆ミセル溶液をマイクロチャンネルに導入する第6の導入口と、物質を含む原料水溶液をマイクロチャンネルに導入する第7の導入口と、酸化還元剤、分子シャペロン、水、金属イオンを含む逆ミセル溶液を導入する第10の導入口とを備え、マイクロリアクタ内で、逆ミセル溶液へ原料水相中の物質が正抽出され、もしくは抽出に伴う変性タンパク質のリフォールディングが行なわれるステップと、原料水溶液の回収もしくは再循環を行うステップと、マイクロチャンネルと、正抽出した逆ミセル溶液をマイクロチャンネルに導入する第11の導入口と、回収水溶液をマイクロチャンネルに導入する第12の導入口とを備え、マイクロリアクタ内で、正抽出した逆ミセル溶液から物質、あるいはリフォールディングされたタンパク質の逆抽出を行うステップと、逆ミセル溶液を循環させるステップと、逆抽出された物質或いはリフォールディングされたタンパク質を回収するステップとを含む抽出方法であることを要旨とする。   The fourteenth feature of the present invention is a microchannel, a sixth inlet for introducing a reverse micelle solution into the microchannel, a seventh inlet for introducing a raw material aqueous solution containing the substance into the microchannel, and a redox agent A tenth inlet for introducing a reverse micelle solution containing a molecular chaperone, water, and metal ions, and in the microreactor, a substance in the raw water phase is normally extracted into the reverse micelle solution, or a denatured protein accompanying the extraction The step of refolding, the step of collecting or recirculating the raw material aqueous solution, the microchannel, the eleventh inlet for introducing the reverse extracted micellar solution into the microchannel, and the recovered aqueous solution into the microchannel. A twelfth inlet for introducing substances from the reverse micelle solution extracted in the microreactor. Or an extraction method comprising a step of back-extracting the refolded protein, a step of circulating a reverse micelle solution, and a step of recovering the back-extracted substance or the refolded protein. To do.

第14の特徴に係る抽出方法によると、簡便、短時間、省エネルギー、且つ温和な反応・抽出条件で、物質の高効率および迅速抽出、タンパク質などの生体関連物質の高活性、高効率および迅速抽出、変性タンパク質の迅速リフォールディングを行なう逆ミセルによるマイクロ抽出システムを提供することができる。   According to the extraction method according to the fourteenth feature, high-efficiency and rapid extraction of substances and high-activity, high-efficiency and rapid extraction of biological substances such as proteins, with simple, short-time, energy-saving and mild reaction / extraction conditions In addition, it is possible to provide a micro-extraction system using reverse micelles for rapid refolding of denatured proteins.

本発明の第15の特徴は、細胞を供給する細胞供給系と、無細胞液を生成する無細胞液生成系と、アミノ酸を供給するアミノ酸供給系と、核酸を供給する核酸供給系と、エネルギ-を供給するエネルギ-供給系と、タンパク質を合成する無細胞タンパク質合成系と、無細胞タンパク質合成系で合成されたタンパク質の抽出或いはリフォールディングを行う抽出・リフォールディング系と、無細胞タンパク質合成系から、もしくは抽出・リフォールディング系からATPを回収・再生するATP再生系と、無細胞タンパク質合成系から、もしくは抽出・リフォールディング系からタンパク質を回収するタンパク質回収系とを備えるタンパク質合成システムであることを要旨とする。   A fifteenth feature of the present invention is a cell supply system for supplying cells, a cell-free liquid generation system for generating a cell-free liquid, an amino acid supply system for supplying amino acids, a nucleic acid supply system for supplying nucleic acids, and an energy -Energy supply system that supplies-, cell-free protein synthesis system that synthesizes protein, extraction / refolding system that extracts or refolds the protein synthesized in cell-free protein synthesis system, and cell-free protein synthesis system Or ATP regeneration system that recovers and regenerates ATP from the extraction / refolding system, and a protein recovery system that recovers protein from the cell-free protein synthesis system or from the extraction / refolding system Is the gist.

第15の特徴に係るタンパク質合成システムによると、分子膜を備えるマイクロリアクタ、逆ミセルによるマイクロ抽出システムを利用して、生体模擬タンパン質合成システムを提供することができる。   According to the protein synthesis system according to the fifteenth feature, a biomimetic tampagne synthesis system can be provided using a microreactor equipped with a molecular film and a microextraction system using reverse micelles.

又、第15の特徴に係るタンパク質合成システムは、無細胞液生成系は、分子膜を備えるマイクロリアクタ内で、細胞と分子膜、特に脂質二分子膜との静電的、疎水的、親水的およびイオン的相互作用、バイオアフィニティーによる膜融合によって、もしくは分子膜に刺激を与えることによって、細胞内の小器官及び細胞質基質を抽出してもよい。   The protein synthesis system according to the fifteenth feature is characterized in that the cell-free liquid generation system is a microreactor equipped with a molecular membrane, and electrostatic, hydrophobic, hydrophilic and Intracellular organelles and cytoplasmic substrates may be extracted by ionic interactions, membrane fusion by bioaffinity, or by stimulating molecular membranes.

又、第15の特徴に係るタンパク質合成システムにおいて、無細胞タンパク質合成系は、分子膜を備えるマイクロリアクタ内でタンパク質を合成し、合成されたタンパク質は分子膜との静電的、疎水的、親水的およびイオン的相互作用、バイオアフィニティーによって、分子膜への付着、吸着、沈着、透過もしくは分子膜の中に取り込まれることで抽出し、タンパク質の凝集によるタンパク質の変性を避けることができることとしてもよい。   Further, in the protein synthesis system according to the fifteenth feature, the cell-free protein synthesis system synthesizes a protein in a microreactor including a molecular film, and the synthesized protein is electrostatically, hydrophobically, and hydrophilically coupled with the molecular film. Furthermore, the protein may be extracted by adhesion, adsorption, deposition, permeation or incorporation into a molecular film by ionic interaction or bioaffinity, and protein denaturation due to protein aggregation may be avoided.

又、第15の特徴に係るタンパク質合成システムにおいて、タンパク質の抽出・リフォールディング系は、分子膜を備えるマイクロリアクタ、もしくは逆ミセルによるマイクロリアクタ抽出システムにおいて、タンパク質の抽出とリフォールディングを行ってもよい。   In the protein synthesis system according to the fifteenth feature, the protein extraction / refolding system may perform protein extraction and refolding in a microreactor having a molecular film or a microreactor extraction system using reverse micelles.

又、第15の特徴に係るタンパク質合成システムにおいて、ATP再生系は、分子膜を備えるマイクロリアクタ内で電気化学的反応、光電気化学反応、及び化学反応によってATPを再生してもよい。   In the protein synthesis system according to the fifteenth feature, the ATP regeneration system may regenerate ATP by electrochemical reaction, photoelectrochemical reaction, and chemical reaction in a microreactor including a molecular film.

本発明の第16の特徴は、無細胞液生成系へ細胞供給系から無細胞液を供給し、無細胞生成系において無細胞液を抽出・生成するステップと、無細胞タンパク質合成系へ無細胞液生成系から無細胞液と、アミノ酸供給系からアミノ酸と、核酸供給系から核酸と、ATP生成系からATPと、エネルギー供給系によるエネルギーを供給し、無細胞タンパク質合成系においてタンパク質を合成するステップと、無細胞タンパク質合成系によって合成されたタンパク質を抽出とリフォールディングを行うステップと、抽出・リフォールディング系からATPを回収・再生するステップと、抽出・リフォールディング系によって生成されたタンパク質を回収するステップとを含むタンパク質合成方法であることを要旨とする。   A sixteenth feature of the present invention is the step of supplying a cell-free solution from a cell supply system to a cell-free solution generation system, extracting and generating the cell-free solution in the cell-free generation system, and cell-free protein synthesis system. A step of synthesizing a protein in a cell-free protein synthesis system by supplying cell-free liquid from the liquid generation system, amino acid from the amino acid supply system, nucleic acid from the nucleic acid supply system, ATP from the ATP generation system, and energy from the energy supply system. Extracting and refolding the protein synthesized by the cell-free protein synthesis system, recovering and regenerating ATP from the extraction and refolding system, and recovering the protein generated by the extraction and refolding system The present invention is summarized as a protein synthesis method including a step.

第16の特徴に係るタンパク質合成方法によると、分子膜を備えるマイクロリアクタ、逆ミセルによるマイクロ抽出システムを利用して、生体模擬タンパン質合成システムを提供することができる。   According to the protein synthesizing method according to the sixteenth feature, a biomimetic tampagne synthesis system can be provided using a microreactor equipped with a molecular film and a microextraction system using reverse micelles.

(1)本発明によると、マイクロリアクタ中に単分子膜、二分子膜、逆二分子膜、脂質二分子膜、分子多重層膜、逆ミセル、ミセル、ベシクル、逆ベシクル、エマルジョン、LB膜などの分子膜の自動、迅速、連続作製方法を提供するとともに、この系を用いた様々な迅速化学反応、バイオリアクタ、構造異常タンパク質および変性タンパク質のリフォールディング、分離(抽出)システムおよび分析システムを提供することができる。   (1) According to the present invention, in the microreactor, monolayer, bilayer, reverse bilayer, lipid bilayer, molecular multilayer, reverse micelle, micelle, vesicle, reverse vesicle, emulsion, LB membrane, etc. Providing automated, rapid, and continuous production methods of molecular membranes, as well as various rapid chemical reactions, bioreactors, structurally and denatured protein refolding, separation (extraction) systems and analysis systems using this system be able to.

(2)又、本発明によると、構造異常タンパク質(アミロイド型タンパク質)或いはウィルスのマイクロリアクタ中に自動、迅速および連続的に作製される分子膜との相互作用により、これらの物質やウィルスの微量、簡便、迅速および高感度検出マイクロチップ、バイオセンシングシステムを提供し、もしくは分子膜を備えるマイクロリアクタを利用した構造異常タンパク質のリフォールディング、分離(抽出)を行うことで、難病の早期診断および治療システムを提供することができる。   (2) Also, according to the present invention, trace amounts of these substances and viruses can be obtained by interaction with molecular membranes that are automatically, rapidly and continuously produced in structurally abnormal proteins (amyloid-type proteins) or virus microreactors. Provide simple, rapid and sensitive detection microchips, biosensing systems, or perform refolding and separation (extraction) of structurally abnormal proteins using a microreactor equipped with molecular membranes, enabling early diagnosis and treatment systems for intractable diseases Can be provided.

(3)又、本発明によると、簡便、短時間、省エネルギー、且つ温和な反応・抽出条件で、物質の高効率および迅速抽出、タンパク質などの生体関連物質の高活性、高効率および迅速抽出、変性タンパク質の迅速リフォールディングを行なう逆ミセルによるマイクロ抽出システムを提供することができる。   (3) In addition, according to the present invention, high-efficiency and rapid extraction of substances, high-activity, high-efficiency and rapid extraction of biological substances such as proteins, under simple, short-time, energy-saving and mild reaction / extraction conditions, A micro-extraction system using reverse micelles for rapid refolding of denatured proteins can be provided.

(4)又、本発明によると、分子膜を備えるマイクロリアクタ、逆ミセルによるマイクロ抽出システムを利用して、生体模擬タンパン質合成システムを提供することができる。   (4) Moreover, according to the present invention, a biomimetic tampane synthesis system can be provided by using a microreactor equipped with a molecular film and a microextraction system using reverse micelles.

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。   Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic and ratios of dimensions and the like are different from actual ones. Accordingly, specific dimensions and the like should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.

(第1の実施の形態)
第1の実施の形態では単分子膜、二分子膜、脂質二分子膜、逆二分子膜、分子多重層膜、脂質多重層膜、ミセル、逆ミセル、ベシクル、逆ベシクル、エマルジョン、LB膜のいずれか一つ、もしくはこれらが混在した構造を有する分子膜を、自動的に、迅速に、連続的に作製することが可能なマイクロリアクタについて説明する。又、このマイクロリアクタを用いた様々な迅速化学反応、バイオリアクタ、構造異常タンパク質および変性タンパク質のリフォールディング、分離(抽出)システム及びバイオセンシングシステム(マイクロ分析システム)について説明する。
(First embodiment)
In the first embodiment, monolayer, bilayer, lipid bilayer, reverse bilayer, molecular multilayer, lipid multilayer, micelle, reverse micelle, vesicle, reverse vesicle, emulsion, LB membrane A microreactor capable of automatically, rapidly and continuously producing a molecular film having a structure in which any one or a mixture of these will be described. Various rapid chemical reactions using this microreactor, bioreactors, refolding of structurally abnormal proteins and denatured proteins, separation (extraction) systems, and biosensing systems (microanalysis systems) will be described.

(第1の実施の形態に係るマイクロリアクタの特徴)
第1の実施の形態では、マイクロチャンネル内で形成される液層流/液層流間、気相/液層流間及び液層流/固相間の安定な接触界面を利用し、これらの界面間の層流方向に沿って、分子膜を作製するための両親媒性分子混合液を連続又は断続的に流出させることで、従来、困難とされる大面積、異なる形状を有し、しかも容易に更新可能な安定な分子膜を作製することを特徴とするものである。
(Characteristics of the microreactor according to the first embodiment)
In the first embodiment, a stable contact interface between a liquid laminar flow / liquid laminar flow, a gas phase / liquid laminar flow, and a liquid laminar flow / solid phase formed in a microchannel is used. Along with the laminar flow direction between the interfaces, the amphiphilic molecule mixture for producing the molecular film is continuously or intermittently discharged, thereby having a large area and a different shape, which have been conventionally difficult, It is characterized by producing a stable molecular film that can be easily updated.

更に、マイクロ空間に存在する分子膜の特徴を生かし、さまざまな物質の透過、化学反応、膜と物質の相互作用によるマイクロリアクタを実現することを特徴とするものである。   Further, the present invention is characterized by realizing a microreactor based on the permeation of various substances, chemical reactions, and the interaction between films and substances by utilizing the characteristics of the molecular film existing in the microspace.

特に、マイクロチャンネル内で形成される脂質二分子膜は生体膜モデルとして利用可能なことを知見し、本発明を完成させるに至ったものである。   In particular, the present inventors have found that a lipid bilayer membrane formed in a microchannel can be used as a biological membrane model, and completed the present invention.

即ち、第1の実施の形態では、分子膜を備えるマイクロリアクタであって、マイクロリアクタは両親媒性分子混合液を導入する第3の導入口、水相、油相もしくは気相を導入する第1の導入口もしくは第2の導入口を具備し、これらの導入口はリング形状、楕円形状、半円形状、四角形状、不等辺多角形状であることを特徴とする。   That is, in the first embodiment, the microreactor is provided with a molecular film, and the microreactor has a third inlet for introducing an amphiphilic molecule mixed solution, a first phase for introducing an aqueous phase, an oil phase, or a gas phase. An introduction port or a second introduction port is provided, and these introduction ports have a ring shape, an elliptical shape, a semicircular shape, a quadrangular shape, and an unequal side polygonal shape.

第1の実施の形態に係るマイクロリアクタは、少なくとも一種類以上の蛋白質、核酸、糖脂質、コレステロール、蛍光色素、リガンド、光感応性分子、イオンチャンネル、電子共役系の物質、助界面活性剤、クラウンエーテル、フラーレン、カーボンナノチューブ、ポルフィリン類、シクロデキストリン、分子トング、酸化還元剤、ステロイド、ポリペプチド或いはペプチドなどの物質を含んでなる少なくとも一種類以上の両親媒性分子、脂質、スフィンゴ脂質、境界脂質と蛍光分子で修飾した脂質と有機溶媒からなる両親媒性分子混合液25を導入する第3の導入口21と、生体関連物質、各種物質を含んでなる第1の流体26及び第2の流体27を導入する第1の導入口22及び第2の導入口23を具備し、これらの導入口の一方は上記両親媒性分子混合液25、第1の流体26及び第2の流体27の注入チャンネル及び自動制御機能を有するポンプに連接し、もう一方は各種立体形状を有するマイクロチャンネルに連接し、マイクロチャンネル内の第1の流体26及び第2の流体27の層流間もしくは第1の流体26及び第2の流体27とマイクロチャンネル壁面間において、両親媒性分子混合液からなるマイクロチャンネルを貫通した二次元(平面)もしくは三次元(円筒状、楕円筒状など)構造を有する物質と分子を含んでなる分子膜が自動、迅速及び連続的に形成され、分子膜は静止もしくは流動状態に存在し、脂質二分子膜の場合は人工生体膜モデルとして機能し、物質透過及び化学反応の場もしくは両側に接した両流体の境界を提供し、マイクロリアクタはマイクロチャンネル内の温度、圧力、pH、電流、電圧、磁場、超音波、あるいは応力の実験条件を制御する機能を具備し、又はチャンネル内への光の入射、光照射に伴う物質の分子膜への吸着、付着、沈着および透過および化学反応を制御する機能を具備し、更にマイクロチャンネル内で起こるさまざまな化学反応を制御及び検知するための制御及び検出手段とを具備し、又は第1の流体26及び第2の流体27に含まれる一種類以上の物質の分子膜体との相互作用による膜への付着、吸着、沈着ならびにこれらの物質の膜への透過、もしくは第1の流体26及び第2の流体27に存在する小胞体の分子膜と融合によって、小胞体内に含まれる物質の放出の挙動を検知できる装置を具備することを特徴とするものである。   The microreactor according to the first embodiment includes at least one kind of protein, nucleic acid, glycolipid, cholesterol, fluorescent dye, ligand, photosensitive molecule, ion channel, electron conjugated substance, co-surfactant, crown Ether, fullerene, carbon nanotubes, porphyrins, cyclodextrins, molecular tongs, redox agents, steroids, polypeptides or peptides, including at least one amphiphilic molecule, lipid, sphingolipid, boundary lipid And a third inlet 21 for introducing an amphiphilic molecule mixed solution 25 composed of a lipid modified with a fluorescent molecule and an organic solvent, and a first fluid 26 and a second fluid containing biological substances and various substances. 27 is provided with a first inlet 22 and a second inlet 23, and one of these inlets is the above-mentioned both An infusion channel of the amphiphilic molecule mixture 25, the first fluid 26 and the second fluid 27 and a pump having an automatic control function are connected, and the other is connected to a microchannel having various three-dimensional shapes. Between the laminar flow of the first fluid 26 and the second fluid 27 or between the first fluid 26 and the second fluid 27 and the wall surface of the microchannel, two-dimensionally penetrating the microchannel made of an amphiphilic molecule mixture. (Planar) or a three-dimensional (cylindrical, elliptical cylindrical, etc.) structure and a molecular film containing molecules and molecules are formed automatically, rapidly and continuously. In the case of a bilayer membrane, it functions as an artificial biological membrane model, providing a field for material permeation and chemical reaction or a boundary between both fluids in contact with both sides. It has the function to control the experimental conditions of temperature, pressure, pH, current, voltage, magnetic field, ultrasonic wave, or stress in the channel, or the incident of light into the channel, the substance to the molecular film accompanying the light irradiation It has the function of controlling adsorption, deposition, deposition and permeation and chemical reaction, and further comprises control and detection means for controlling and detecting various chemical reactions occurring in the microchannel, or the first fluid 26 And adhesion of one or more substances contained in the second fluid 27 to the film by the interaction with the molecular film body, adsorption and deposition, and permeation of these substances into the film, or the first fluid 26 and the second fluid And a device capable of detecting the release behavior of the substance contained in the endoplasmic reticulum by fusing with the molecular membrane of the endoplasmic reticulum present in the fluid 27.

第1の実施の形態における分子膜は、生体関連物質、分子を含んでなる単分子膜、二分子膜、脂質二分子膜、逆二分子膜、分子多重層膜、脂質多重層膜、ミセル、逆ミセル、ベシクル、逆ベシクル、エマルジョン、LB膜のいずれか一つ、もしくはこれらが混在した構造で存在することを特徴とするものである。   The molecular film in the first embodiment is a biological material, a monomolecular film comprising a molecule, a bimolecular film, a lipid bimolecular film, an inverted bimolecular film, a molecular multilayer film, a lipid multilayer film, a micelle, Any one of reverse micelles, vesicles, reverse vesicles, emulsions, and LB films, or a structure in which these are mixed are characterized in that they exist.

又、第1の実施の形態における分子膜は二次元の平面状、三次元の柱状、円錐状、切頭円錐状、円筒状、楕円筒状、多角状の少なくとも一つ以上の形状を有することを特徴とするものである。   In addition, the molecular film in the first embodiment has at least one of a two-dimensional planar shape, a three-dimensional columnar shape, a conical shape, a truncated conical shape, a cylindrical shape, an elliptical cylindrical shape, and a polygonal shape. It is characterized by.

更に、第1の実施の形態における分子膜は脂質、境界脂質、蛍光分子で修飾した脂質、蛋白質(酵素、分子シャペロン、抗原、抗体)、核酸、糖脂質、コレステロール、蛍光色素、リガンド、スフィンゴ脂質、光感応性分子、イオンチャンネル、電子共役系の物質、助界面活性剤、クラウンエーテル、フラーレン、カーボンナノチューブ、ポルフィリン類、シクロデキストリン、分子トング、ポリペプチド或いはペプチドなどの物質を含んでなることを特徴とするものである。   Furthermore, the molecular film in the first embodiment is a lipid, boundary lipid, lipid modified with a fluorescent molecule, protein (enzyme, molecular chaperone, antigen, antibody), nucleic acid, glycolipid, cholesterol, fluorescent dye, ligand, sphingolipid. , Photosensitive molecules, ion channels, electron conjugated substances, co-surfactants, crown ethers, fullerenes, carbon nanotubes, porphyrins, cyclodextrins, molecular tongs, polypeptides or peptides. It is a feature.

第1の実施の形態における第1の導入口22、第2の導入口23および第3の導入口21は、リンク状、楕円状、角状、六角状、不等辺多角状などであることを特徴とするものである。   The first introduction port 22, the second introduction port 23, and the third introduction port 21 in the first embodiment are linked, elliptical, angular, hexagonal, unequal side polygonal, and the like. It is a feature.

なお、第3の導入口21、第1の導入口22、第2の導入口23は同じ平面に設計されなくてもよい。   In addition, the 3rd inlet 21, the 1st inlet 22, and the 2nd inlet 23 do not need to be designed on the same plane.

第1の実施の形態におけるマイクロリアクタの温度は、マイクロチャンネル内への光照射、ホットプレート、恒温槽もしくはマクロリアクタと一体化したマイクロ温度コントロールチップにより、系全体の温度を制御することできるシステムを具備することを特徴とするものである。   The temperature of the microreactor in the first embodiment includes a system capable of controlling the temperature of the entire system by light irradiation into the microchannel, a hot plate, a thermostat, or a micro temperature control chip integrated with the macro reactor. It is characterized by doing.

第1の実施の形態におけるマイクロチャンネル内に起こるさまざまな化学反応及び分子膜への物質透過を検知するための検知手段として、マイクロチャンネル内に形成される分子膜と水相、油相および気相内(第1の流体26及び第2の流体27)に含まれる物質成分との相互作用により引き起こされる電気信号変化の測定、pH、粘度、密度、屈折率、吸収スペクトル変化および蛍光スペクトル変化の測定、分子膜を透過した蛍光物質、イオン、酸化還元種、および分子の検出、分子膜における表面状態変化の観測、又は水相および油相(第1の流体26及び第2の流体27)中の温度変化の測定による各種変化信号を検出することを特徴とするものである。   As detection means for detecting various chemical reactions occurring in the microchannel and material permeation into the molecular film in the first embodiment, the molecular film formed in the microchannel, the aqueous phase, the oil phase, and the gas phase Measurement of electrical signal change caused by interaction with substance components contained in the first fluid 26 and second fluid 27, measurement of pH, viscosity, density, refractive index, absorption spectrum change and fluorescence spectrum change , Detection of fluorescent substances, ions, redox species and molecules that have passed through the molecular membrane, observation of surface state changes in the molecular membrane, or in the aqueous and oil phases (first fluid 26 and second fluid 27) It is characterized by detecting various change signals by measuring temperature changes.

第1の実施の形態における水相、油相もしくは気相(第1の流体26及び第2の流体27)は水媒体、有機媒体もしくは気体、超臨界流体であり、蛋白質、核酸、核酸関連物質、アミノ酸、リガンド、ポリペプチド、ペプチドおよび糖などの生体関連物質、もしくは、基質、無機物、蛍光物質、有機物などの非生体関連物質と、これら生体関連物質もしくは非生体関連物質を少なくとも一種類以上含んでなる小胞体とを、少なくとも一種以上を(水相、油相もしくは気相の各特性に応じて)含有することを特徴とするものである。   The water phase, oil phase, or gas phase (first fluid 26 and second fluid 27) in the first embodiment is an aqueous medium, an organic medium or gas, a supercritical fluid, and is a protein, nucleic acid, or nucleic acid-related substance. Biomaterials such as amino acids, ligands, polypeptides, peptides and sugars, or non-biological materials such as substrates, inorganic substances, fluorescent substances, organic substances, and at least one of these bio-related substances or non-biological substances It contains at least one or more vesicles (depending on the characteristics of the water phase, oil phase, or gas phase).

第1の実施の形態における第1の流体26及び第2の流体27は水と水、油と油、気体と気体、気体と水、水と超臨界流体、気体と油、又は水と油などで組み合わせた第1の流体26及び第2の流体27であることを特徴とするものである。   The first fluid 26 and the second fluid 27 in the first embodiment are water and water, oil and oil, gas and gas, gas and water, water and supercritical fluid, gas and oil, water and oil, etc. The first fluid 26 and the second fluid 27 are combined in the above.

第1の実施の形態における第1の流体26、第2の流体27および両親媒性分子混合液25のマイクロチャンネルの導入口と出口にバルブが設置され、安定した分子膜が形成された際、両端のバルブを同時に閉めることによって、もしくは導入口から流入される第1の流体26、第2の流体27、両親媒性分子混合液の流入圧力を制御することによって、静止系の溶液プールを提供することできることを特徴とするものである。   When a valve is installed at the inlet and outlet of the microchannel of the first fluid 26, the second fluid 27, and the amphiphilic molecule mixture 25 in the first embodiment, and a stable molecular film is formed, Providing a static solution pool by closing valves at both ends simultaneously or by controlling the inflow pressure of the first fluid 26, the second fluid 27, and the amphiphilic molecule mixture flowing from the inlet. It is characterized by being able to.

第1の実施の形態における透過及び化学反応を検出する手段のひとつとして、分子膜を境界に両側のマイクロチャンネルの内側に、もしくは第1の流体26及び第2の流体27に電気信号を検知できるマイクロ電極もしくは入射光を反射できる鏡面を設置することを特徴とするものである。   As one of the means for detecting permeation and chemical reaction in the first embodiment, an electrical signal can be detected inside the microchannels on both sides with the molecular film as a boundary, or in the first fluid 26 and the second fluid 27. A microelectrode or a mirror surface capable of reflecting incident light is provided.

第1の実施の形態におけるマイクロリアクタを構成する単マイクロチャンネルの幅、長さ及び形状は可変であり、単一マイクロチャンネルは一種類以上の立体構造から構成されることを特徴とするものである。   The width, length and shape of the single microchannel constituting the microreactor in the first embodiment are variable, and the single microchannel is composed of one or more types of three-dimensional structures.

第1の実施の形態における分子膜を備えるマイクロリアクタは、シングルマイクロチャンネルから、もしくはマルチマイクロチャンネルから構成・集積することを特徴とするものである。   The microreactor including the molecular film according to the first embodiment is configured and integrated from a single microchannel or a multimicrochannel.

第1の実施の形態における化学場は、第1の流体26及び第2の流体27で行われる酵素反応、タンパク質合成などの化学反応の生成物を、分子膜を境界としたその反対側の流体に抽出されることを特徴とするものである。   The chemical field in the first embodiment is a fluid on the opposite side of a product of a chemical reaction such as an enzymatic reaction or protein synthesis performed in the first fluid 26 and the second fluid 27 with a molecular film as a boundary. It is characterized by being extracted.

第1の実施の形態では、分子膜、特に、生体膜である脂質二分子膜は細胞融合において、小胞、生体膜を持つ生体関連物質との膜融合を行う際、膜の揺らぎが伴うことに着目し、膜の揺らぎをマイクロリアクタ内で再現することを特徴とする。   In the first embodiment, the molecular membrane, in particular, the lipid bilayer membrane that is a biological membrane is accompanied by fluctuations in the membrane when performing membrane fusion with a vesicle or a biological substance having a biological membrane in cell fusion. In particular, the fluctuation of the film is reproduced in the microreactor.

又、物質の分子膜5への拡散及び透過するドライビングフォースは、例えば、濃度勾配もしくは電位勾配がある。即ち、物質の濃度勾配による自然拡散と、膜の両側に印加される電圧に起因する電位勾配による物質移動の促進を利用して、物質は拡散、移動する。   The driving force that diffuses and permeates the substance into the molecular film 5 has, for example, a concentration gradient or a potential gradient. That is, the substance diffuses and moves by utilizing the natural diffusion due to the concentration gradient of the substance and the promotion of the mass transfer due to the potential gradient caused by the voltage applied to both sides of the membrane.

又、物質は以下のような方法で膜を透過することができる。   Moreover, the substance can permeate the membrane by the following method.

1)直接透過:分子膜(脂質二分子膜)を直接に透過する(有機物などの疎水性物質)。   1) Direct permeation: Directly permeates the molecular membrane (lipid bilayer membrane) (hydrophobic substance such as organic matter).

2)イオンチャンネルなどによる膜透過(各種イオン)。   2) Membrane permeation through ion channels (various ions).

3)膜受容体による膜透過(味物質)。   3) Membrane permeation (taste substance) by membrane receptors.

3)エレクトロポーレーションの技術を用いて、脂質二分子膜に電気的な刺激で小さな穴をあけ、物質(DNA、RANなどの核酸関連物質、タンパク質など)を膜の相反側に送り込む。   3) Using a technique of electroporation, a small hole is made in the lipid bilayer membrane by electrical stimulation, and a substance (a nucleic acid-related substance such as DNA or RAN, protein, etc.) is sent to the opposite side of the membrane.

又、第1の実施の形態においては、マイクロチャンネル内で形成された二分子膜を重合させることもできる。   In the first embodiment, the bimolecular film formed in the microchannel can be polymerized.

又、マイクロチャンネル内でマイクロドメインが部分的に形成される二分子膜を形成させることができる。もしくは、マイクロドメイン類似機能を有する二分子膜を層流間で形成させることもできる。特に、後者の場合は、膜全体はマイクロドメインの特性を有するので、生体膜より遥かにアミロイド型タンパク質及びウィルスなどの物質と感度よく作用することができる。従って、後者のマイクロドメイン類似膜を有するマイクロセンサを用いる場合、より高感度、迅速に試料を検知することができる。   In addition, a bimolecular film in which microdomains are partially formed in the microchannel can be formed. Alternatively, a bilayer film having a microdomain-like function can be formed between laminar flows. In particular, in the latter case, since the entire membrane has microdomain characteristics, it can act with sensitivity to substances such as amyloid-type proteins and viruses far more than biological membranes. Therefore, when the microsensor having the latter microdomain-like film is used, the sample can be detected with higher sensitivity and speed.

上記のマイクロドメイン類似膜はマイクロチャンネル内に限らず、溶液中に微小孔を有する基板に作製される場合も、同様に試料と相互作用する特性を有するので、これらの構成系でマイクロドメイン類似機能膜を構築した場合、同様にアミロイド型タンパク質もしくはウィルスなどのセンサとして応用することができる。   The above microdomain-like film is not limited to the microchannel, and even when it is made on a substrate having micropores in the solution, it has the property of interacting with the sample in the same way. When a membrane is constructed, it can be similarly applied as a sensor for amyloid protein or virus.

(マイクロリアクタの材料、作製方法及び大きさ)
第1の実施の形態に係るマイクロリアクタ1及びマイクロチャンネル3を構成する材料としは、絶縁性を有する1種類以上の材料を用いるならば特に限定されるものではない。
(Microreactor material, fabrication method and size)
The material constituting the microreactor 1 and the microchannel 3 according to the first embodiment is not particularly limited as long as at least one material having insulating properties is used.

例えば、パイレックス(登録商標)ガラス、石英ガラス、シリカ、高分子、セラミックス、SiCセラミックス、ゲル、フォトレジスト、プラスチック、シリコン樹脂を用いることができる。又、これらの材料を溶融と陽極接合などの方法で接合し、多層の材料からなる絶縁材料を用いることもできる。   For example, Pyrex (registered trademark) glass, quartz glass, silica, polymer, ceramics, SiC ceramics, gel, photoresist, plastic, and silicon resin can be used. Moreover, these materials can be joined by a method such as melting and anodic joining, and an insulating material made of a multilayer material can also be used.

マイクロチャンネルは鋳型法などにより作製することができる。又、化学的もしくは電気化学的な方法で作製することができる。又、上記の絶縁材料を用いて溶接、陽極接合もしくは張り合わせなどにより、異なる材料から成るマイクロチャンネルを作製することができる。更に、光反応性を有するフォトレジスト、又は熱可塑性を有するプラスチックを用いることにより、光照射や鋳型加熱等の方法でマイクロチャンネルを作製することができる。   The microchannel can be produced by a template method or the like. Further, it can be produced by a chemical or electrochemical method. In addition, microchannels made of different materials can be manufactured by welding, anodic bonding, or bonding using the above insulating materials. Furthermore, by using a photoreactive photoresist or a thermoplastic plastic, a microchannel can be produced by a method such as light irradiation or mold heating.

鋳型法などで作製したマイクロチャンネルは異なる材料からなる基板との張り合わせにより、マイクロリアクタを構成することもできる。   A microreactor can also be configured by bonding a microchannel manufactured by a mold method or the like to a substrate made of a different material.

上述のように、マイクロリアクタを作製する材料および方法がさまざまあるが、本発は特に、これらの材料および作製方法に限定されるものではない。   As described above, there are various materials and methods for fabricating the microreactor, but the present invention is not particularly limited to these materials and fabrication methods.

又、マイクロチャンネル3は、数10μm〜数1000μmの溝であり、マイクロチャンネル3が形成される流路基板は、数cm〜数10cm角のマイクロチップを使用することができるが、マイクロチャンネル3は、特に、上記の大きさに限定されるものではない。   The microchannel 3 is a groove of several tens of μm to several thousand μm, and the flow channel substrate on which the microchannel 3 is formed can use a microchip of several centimeters to several tens of centimeters. In particular, the size is not limited to the above.

(分子膜などの種類)
第1の実施の形態に係る分子膜5は、マイクロチャンネル内の液/液層流間、気/液層流間、もしくは液層流/壁面間で、二次元もしくは三次元的に、流動もしくは静止で分子膜は、単分子膜、二分子膜、脂質二分子膜、逆二分子膜、分子多重層膜、脂質多重層膜、ミセル、逆ミセル、ベシクル、逆ベシクル、エマルジョン、LB膜のいずれか一つ、もしくはこれらが混在した構造で構成される。
(Molecular film type)
The molecular film 5 according to the first embodiment flows two-dimensionally or three-dimensionally between the liquid / liquid laminar flow, the gas / liquid laminar flow, or the liquid laminar flow / wall surface in the microchannel. Static and molecular membrane is any of monolayer, bilayer, lipid bilayer, reverse bilayer, molecular multilayer, lipid multilayer, micelle, reverse micelle, vesicle, reverse vesicle, emulsion, LB membrane Or a structure in which these are mixed.

分子膜5は、少なくとも一種類以上の両親媒性分子、脂質、境界脂質、スフィンゴ脂質と蛍光分子で修飾した脂質からなり、もしくは蛋白質(酵素、分子シャペロン、抗原、抗体、ホルモン)、核酸、分子、糖脂質、コレステロール、蛍光色素、リガンド、光感応性分子、イオンチャンネル、電子共役系の物質、助界面活性剤、クラウンエーテル、フラーレン、カーボンナノチューブ、ポルフィリン類、シクロデキストリン、分子トング、酸化還元剤、ステロイド、ポリペプチド或いはペプチドなどの物質など少なくとも1種類以上の物質を含む膜である。   The molecular film 5 is composed of at least one kind of amphipathic molecule, lipid, boundary lipid, sphingolipid and lipid modified with a fluorescent molecule, or protein (enzyme, molecular chaperone, antigen, antibody, hormone), nucleic acid, molecule , Glycolipids, cholesterol, fluorescent dyes, ligands, photosensitive molecules, ion channels, electron conjugated substances, co-surfactants, crown ethers, fullerenes, carbon nanotubes, porphyrins, cyclodextrins, molecular tongs, redox agents A membrane containing at least one substance such as a substance such as steroid, polypeptide or peptide.

又、分子膜を構成する両親媒性分子として、例えば脂質を用いることができる。脂質として、特に脂質二分子膜を形成する脂質としては、トリオレイン、モノオレイン、卵黄レシチン、リン脂質類、合成脂質類、リゾリン脂質類、グリコシルジアシルグリセロール類、プラズマローゲン類、スフィンゴミエリン類、ガングリオシド類、蛍光脂質、スフィンゴ脂質、スフィンゴ糖脂質、レシチン、ステロイト、ステロール類、コレステロール、酸化コレステロール、シヒドロコレステロール、グリセリル・ジステアレート、グリセリル・モノオレアート、グリセリル・ジオレアート、イソソルベイト・モノブラシデイド、ソルビタン・トリステアレート、ソルビタン・モノオレアート、ソルビタン・モノパルミトレアート、ソルビタン・モノラウレート、ソルビタン・モノブラシデート、ドデシル酸・リン酸塩、ジオクタデシル・リン酸塩、トコフェノール、クロロフィル、キサントフィル、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、イノシトール、臭化へキサデシルトリメチルアンモニウム、ジグルコシル・ジグリセリド、ホスファチジル・コリン、レチナール/酸化コレステロール/レクチン/ロドプシン、脳全脂質、ヒト赤血球全脂質などを用いることができるが、その他、分子膜の形成が可能な脂質および合成脂質などのものならば、特に限定されるものではない。   For example, lipids can be used as the amphiphilic molecules constituting the molecular film. Examples of lipids that form lipid bilayers include triolein, monoolein, egg yolk lecithin, phospholipids, synthetic lipids, lysophospholipids, glycosyl diacylglycerols, plasmalogens, sphingomyelins, gangliosides , Fluorescent lipids, sphingolipids, glycosphingolipids, lecithins, sterolites, sterols, cholesterol, oxidized cholesterol, sihydrocholesterol, glyceryl distearate, glyceryl monooleate, glyceryl dioleate, isosorbate monobradede, sorbitan Tristearate, sorbitan monooleate, sorbitan monopalmitreato, sorbitan monolaurate, sorbitan monobrushdate, dodecylic acid / phosphate, dioctade Phosphate, tocophenol, chlorophyll, xanthophylls, phosphatidylethanolamine, phosphatidylserine, inositol, hexadecyltrimethylammonium bromide, diglucosyl diglyceride, phosphatidylcholine, retinal / cholesterol oxide / lectin / rhodopsin, brain Total lipids, human erythrocyte total lipids, and the like can be used, but other lipids and synthetic lipids that can form a molecular film are not particularly limited.

又、分子膜を作製するために、両親媒性分子(脂質)を溶解する溶媒としては、例えば、C4〜C6炭化水素、C6〜C12炭化水素、デカン、オクタン、ドデカン、ヘキサン、ブタノール、ヘキサンデカンおよびクロロホルムなどの疎水性溶媒、もしくはメタノール及びアセトニトリルなどの親水性溶媒を用いることができる。通常、クロロホルムなどの極性溶媒よりも、デカンなどの無極性溶媒を用いることが望ましい。又、上述の溶媒は、単独もしくは混合して用いることも可能であり、又、水溶性の生体関連物質を溶解させるために、少量の水を溶媒中に添加してもよい。両親媒性分子(脂質)を溶解、分散できる溶媒及び混合溶媒であれば、特に溶媒の種類、混合比及び混合状態に限定されるものではない。   In addition, as a solvent for dissolving amphiphilic molecules (lipids) in order to produce a molecular film, for example, C4 to C6 hydrocarbons, C6 to C12 hydrocarbons, decane, octane, dodecane, hexane, butanol, hexanedecane Hydrophobic solvents such as chloroform and hydrophilic solvents such as methanol and acetonitrile can be used. Usually, it is desirable to use a nonpolar solvent such as decane rather than a polar solvent such as chloroform. The above-mentioned solvents can be used alone or in combination, and a small amount of water may be added to the solvent in order to dissolve the water-soluble biological substance. As long as the solvent and the mixed solvent can dissolve and disperse the amphiphilic molecule (lipid), the type of the solvent, the mixing ratio, and the mixed state are not particularly limited.

又、分子膜の一種である逆ミセル型分子膜を形成するための界面活性剤として、陽イオン性界面活性剤、陰イオン性界面活性剤、両性界面活性剤、非イオン性界面活性剤があり、具体的、以下のようなものを挙げることができる。   In addition, there are cationic surfactants, anionic surfactants, amphoteric surfactants, and nonionic surfactants as surfactants for forming reverse micelle type molecular membranes that are a kind of molecular membranes. Specific examples include the following.

例えば、アルキル四級アンモニウム塩(CTAB、TOMAC等)、アルキルピリジニウム塩(CPC等)、ジアルキルスルホコハク酸塩(AOT等)、ジアルキルリン酸塩、アルキル硫酸塩(SDS等)、アルキルスルホン酸塩、ポリオキシエチレン系界面活性剤(Tween系、Brij系、Triton系等)、アルキルソルビタン(Span系等)、レシチン系界面活性剤、ベタイン系界面活性剤などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。   For example, alkyl quaternary ammonium salts (CTAB, TOMAC, etc.), alkyl pyridinium salts (CPC, etc.), dialkyl sulfosuccinates (AOT, etc.), dialkyl phosphates, alkyl sulfates (SDS, etc.), alkyl sulfonates, polysulfonates, Examples include, but are not limited to, oxyethylene surfactants (Tween, Brij, Triton, etc.), alkyl sorbitans (Span, etc.), lecithin surfactants, betaine surfactants, etc. Absent.

又、逆ミセル溶液を構成する溶媒としては、特に限定されないが、有機溶媒を用いる場合、例えば、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、イソオクタン、デカン等の脂肪族炭化水素、ベンゼン、トルエン等の芳香族炭化水素、シクロヘキサン等の脂環式炭化水素、クロロホルム、ジクロロエタン等のハロゲン化脂肪族炭化水素等を用いることができる。   Further, the solvent constituting the reverse micelle solution is not particularly limited. However, when an organic solvent is used, for example, aliphatic hydrocarbons such as hexane, heptane, octane, isooctane and decane, and aromatic hydrocarbons such as benzene and toluene. , Cycloaliphatic hydrocarbons such as cyclohexane, halogenated aliphatic hydrocarbons such as chloroform and dichloroethane, and the like can be used.

又、有機溶媒の代わりに、例えば、超臨界流体や高圧流体を用いて、逆ミセル溶液を調製することができる。例えば、エタン、プロパン、二酸化炭素などの超臨界流体や高圧流体を用いることができるが、特にこれらに限定されるものではない。   Moreover, a reverse micelle solution can be prepared using, for example, a supercritical fluid or a high-pressure fluid instead of an organic solvent. For example, a supercritical fluid such as ethane, propane, carbon dioxide, or a high-pressure fluid can be used, but it is not particularly limited thereto.

又、逆ミセルを安定化させるために助界面活性剤を添加する場合がある。例えば、オクタノールなどの高級アルコールが挙げられるが、これらに限定されるものではない。   In addition, an auxiliary surfactant may be added to stabilize the reverse micelle. Examples include higher alcohols such as octanol, but are not limited thereto.

又、分子膜に含まれる生体関連物質として、糖脂質、タンパク質、ポリペプチド、ペプチド、核酸、核酸関連物質、アミノ酸などがある。   In addition, examples of biological substances contained in the molecular membrane include glycolipids, proteins, polypeptides, peptides, nucleic acids, nucleic acid-related substances, and amino acids.

その中のタンパク質は、更に、酵素、糖タンパク質、分子シャペロン、ミオグロビン、ヘモグロビン、ATPアーゼ、抗原と抗体などに分類されることができる。以下、特に、本発明に係わるバイオリアクタ、バイオセンサで用いられる酵素、抗原及び抗体などのタンパク質を列挙して説明するが、本発明は特に、これらに限定されるものではない。   Proteins therein can be further classified into enzymes, glycoproteins, molecular chaperones, myoglobin, hemoglobin, ATPase, antigens and antibodies. Hereinafter, proteins such as enzymes, antigens, and antibodies used in bioreactors and biosensors according to the present invention will be described in particular, but the present invention is not particularly limited thereto.

分子膜の脂質分子間に取り込まれている酵素、分子膜の表面に静電的、親水的、疎水的相互作用およびイオン的相互作用、バイオアフィにティーなどにより固定化される酵素、マイクロチャンネルの一定空間内に存在する酵素として、酸化還元酵素、転移酵素、加水分解酵素、脱離酵素、異性化酵素、合成酵素を用いることができる。以下これらの種類を示すが、本発明に用いる酵素はこれらに限定されるものではない。   Enzymes incorporated between lipid molecules in molecular membranes, electrostatic, hydrophilic, hydrophobic and ionic interactions on the surface of molecular membranes, enzymes immobilized on bioaffinity by tees, microchannels As an enzyme existing in a certain space, an oxidoreductase, a transferase, a hydrolase, a desorption enzyme, an isomerase, and a synthase can be used. Although these types are shown below, the enzyme used for this invention is not limited to these.

例えば、アシル−CoAオキシダーゼ、アシル−CoAシンセターゼ、アスコルビン酸オキシダーゼ、アスパアラギン酸アミノトランスフェラーゼ、アスパラギン酸β−脱炭酸酵素、アスパルターゼ、アセテートキナーゼ、アミノアシラーゼ、アミノ酸オキシダーゼ、アミノペプチダーゼ、アミラーゼ、アラニン脱水素酵素、アラバナーゼ、アラビノシダーゼ、RNAポリメラーゼ、アルカリキシラナーゼ、アルカリセルラーゼ、アルカリプロテアーゼ、アルカリリパーゼ、アルコールデヒドロゲナーゼ、アルデヒドデヒドロゲナーゼ、アルドラーゼ、α−アセト乳酸脱炭酸酵素、α−キモトリプシン、イソアミラーゼ、イソクエン酸デヒドロゲナーゼ、インベルターゼ、ウリカーゼ、ウレアーゼ、ウロキナーゼ、エステラーゼ、N-アセチルノイラミン酸リアーゼ、エンド−β−グルカナーゼ、ω−ヒドロキシラーゼ、カタラーゼ、カルボキシルエステラーゼ、カルボキシペプチダーゼ、カルボニックアンヒドラーゼ、γ−グルタミントランスペプチダーゼ、キサンチンオキシダーゼ、ギ酸デヒドロゲナーゼ、キシラナーゼ、キシランアセチルエステラーゼ、キシロースイソメラーゼ、キモシン、グアノシン5’−リン酸シンセターゼ、クエン酸シンセターゼ、グリセロールオキシダーゼ、グリセロールキナーゼ、グリセロール3−リン酸オキシダーゼ、グルコアミラーゼ、グルコシダーゼ、グルコシルトランスフェラーゼ、グルコースイソメラーゼ、グルコース−1−オキシダーゼ、グルコースオキシダーゼ、グルコース脱水素酵素、グルコースデヒドロゲナーゼ、グルコース6−リン酸デヒドロゲナーゼ、グルタミン酸デカルボキシダーゼ、グルタミン酸デヒドロゲナーゼ、クレアチニナーゼ、クレアチニンデイミナーゼ、クレチナーゼ、クロロペルオキシダーゼ、5’−アデニル酸デアミナーゼ、コリパーゼ、コリンエステラーゼ、コリンオキシダーゼ、コレステロールオキシダーゼ、サーモライシン、ザルコシンオキシダーゼ、ザルコシンデヒドロゲナーゼ、3α−ヒドロキシステロイドデヒドロゲナーゼ、3−クロロ−D−アラニンクロリドリアーゼ、ジアホラーゼ、シアン酸アルドラーゼ、シクロデキストリングルコシルトランスフェラーゼ、ジヒドロピリミジナーゼ、ストレプトキナーゼ、スーパーオキシドジスムターゼ、スブチリシン、セファロスポリンアシラーゼ、セファロスポリンアミダーゼ、セルラーゼ、セロビオヒドロラーゼ、チトクロムC、チミディレートシンターゼ、DNAポリメラーゼ、デオキシリボース−5−リン酸アルドラーゼ、デキストラナーゼ、ドーパデカルボキシラーゼ、トランスグルタミナーゼ、トリオースリン酸イソメラーゼ、トリプシン、トリプトファナーゼ、トリプトファンシンセターゼ、ナリンギナーゼ、ニトリルヒドラターゼ、乳酸脱水素酵素、ノイラミニダーゼ、ハロヒドリンエポキシダーゼ、ハロヒドリンハロゲンハライドリアーゼ、ハロペルオキシダーゼ、ヒスチジンアンモニアリアーゼ、ヒダントイナーゼ、ピラノース−2−オキシダーゼ、ピルビン酸オキシダーゼ、フェニルアラニンアンモニアリナーゼ、フェノールオキシダーゼ、プトレッシンオキシダーゼ、フラビン酵素、プリンヌクレオシドホスホリラーゼ、プルラナーゼ、プロテアーゼ、プロウロキナーゼ、プロティナーゼ、プロリンイミノペプチダーゼ、ブロモペルオキシダーゼ、ヘキソキナーゼ、ペクチナーゼ、ペクチンエステラーゼ、ペクチントランスエリミナーゼ、β−エーテラーゼ、β−ガラクトシダーゼ、β−グルカナーゼ、β−グルコアミラーゼ、β−フルクトフラノシダーゼ、β−フラクトフラシノダーゼ、ペプチダーゼ、ヘミセルラーゼ、ペニシリンアミラーゼ、ペニシリンアミダーゼ、ペルオキシダーゼ、ペントサナーゼ、ホスホジエステラーゼ、ホスホリパーゼ、ホスホリラーゼ、ポリガラクツロナーゼ、マンナナーゼ、ムタナーゼ、ムタロターゼ、ラクターゼ、ラクトノヒドロラーゼ、ラクトペルオキシダーゼ、ラク又ゼ、ラセマーゼ、ラッカーゼ、リアーゼ、リガーゼ、リグニンペルオキシダーゼ、リジルエンドペプチダーゼ、リジンオキシダーゼ、リジンデカルボキシラーゼ、リゾチーム、リパーゼ、リブロース1、5−ビスホスフェイトカルボキシラーゼ、リポプロテインリパーゼ、リボヌクレアーゼA、リンゴ酸デヒドロキナーゼ、ルシフェラーゼ、ロイシンアミノペプチダーゼ、ロダナーゼなど酵素を用いることができ、又は、遺伝子組み替えで、新たに創出される、人工酵素を用いることのできるが、これらに限定されるものではない。   For example, acyl-CoA oxidase, acyl-CoA synthetase, ascorbate oxidase, aspartate aminotransferase, aspartate β-decarboxylase, aspartase, acetate kinase, aminoacylase, amino acid oxidase, aminopeptidase, amylase, alanine dehydrogenase Arabanase, arabinosidase, RNA polymerase, alkaline xylanase, alkaline cellulase, alkaline protease, alkaline lipase, alcohol dehydrogenase, aldehyde dehydrogenase, aldolase, α-acetolactic decarboxylase, α-chymotrypsin, isoamylase, isocitrate dehydrogenase, invertase , Uricase, urease, urokinase, esterase, N-acetylneuramin Lyase, endo-β-glucanase, ω-hydroxylase, catalase, carboxylesterase, carboxypeptidase, carbonic anhydrase, γ-glutamine transpeptidase, xanthine oxidase, formate dehydrogenase, xylanase, xylan acetylesterase, xylose isomerase, chymosin, guanosine 5'-phosphate synthetase, citrate synthetase, glycerol oxidase, glycerol kinase, glycerol 3-phosphate oxidase, glucoamylase, glucosidase, glucosyltransferase, glucose isomerase, glucose-1-oxidase, glucose oxidase, glucose dehydrogenase, glucose Dehydrogenase, glucose 6-phosphate dehydrogenase , Glutamate decarboxylase, glutamate dehydrogenase, creatininase, creatinine deiminase, creatinase, chloroperoxidase, 5'-adenylate deaminase, colipase, cholinesterase, choline oxidase, cholesterol oxidase, thermolysin, sarcosine oxidase, sarcosine dehydrogenase , 3α-hydroxysteroid dehydrogenase, 3-chloro-D-alanine chloride, diaphorase, cyanate aldolase, cyclodextrin glucosyltransferase, dihydropyrimidinase, streptokinase, superoxide dismutase, subtilisin, cephalosporin acylase, cephalosporin Amidase, cellulase, cellobiohydrolar , Cytochrome C, thymidylate synthase, DNA polymerase, deoxyribose-5-phosphate aldolase, dextranase, dopa decarboxylase, transglutaminase, triose phosphate isomerase, trypsin, tryptophanase, tryptophan synthetase, naringinase, nitrile hydra Tase, lactate dehydrogenase, neuraminidase, halohydrin epoxidase, halohydrin halogen halide lyase, haloperoxidase, histidine ammonia lyase, hydantoinase, pyranose-2-oxidase, pyruvate oxidase, phenylalanine ammonia linase, phenol oxidase, putre Synoxidase, flavin enzyme, purine nucleoside phosphorylase, pullulanase, Rotase, prourokinase, proteinase, proline iminopeptidase, bromoperoxidase, hexokinase, pectinase, pectinesterase, pectin transeliminase, β-etherase, β-galactosidase, β-glucanase, β-glucoamylase, β-fructofuranosidase, β-fructofuracinase, peptidase, hemicellulase, penicillin amylase, penicillin amidase, peroxidase, pentosanase, phosphodiesterase, phospholipase, phosphorylase, polygalacturonase, mannanase, mutanase, mutarotase, lactase, lactonohydrolase, lactoperoxidase, lacto , Racemase, laccase, lyase, ligase, lignin peroxy Enzymes such as oxidase, lysyl endopeptidase, lysine oxidase, lysine decarboxylase, lysozyme, lipase, ribulose 1, 5-bisphosphate carboxylase, lipoprotein lipase, ribonuclease A, malate dehydrokinase, luciferase, leucine aminopeptidase, rhodanase However, it is possible to use artificial enzymes newly created by gene recombination, but are not limited thereto.

又、アミノ酸としては、グリシン、アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、メチオニン、プロリン、フェニルアラニン、トリプトファン、セリン、トレオニン、アスパラギン、グルタミン、チロシン、システイン、リシン、アルギニン、ヒスチジン、アスパラギン酸、グルタミン酸などが用いられるが、これに限定されるものではない。   As amino acids, glycine, alanine, valine, leucine, isoleucine, methionine, proline, phenylalanine, tryptophan, serine, threonine, asparagine, glutamine, tyrosine, cysteine, lysine, arginine, histidine, aspartic acid, glutamic acid, etc. are used. However, the present invention is not limited to this.

又、ペプチドとしては、リジルリジルグリシルグルタミン酸、システイルセリルアスパラギニルオリシルセリルチロシルセリルバリルロイシルグリシルリジン、トリプトファニルグリシン、トリプトファニルグリシルグリシン、トリプトファニルフェニルアラニン、トリプトファニルトリプトファン、フェニルアラニルグリシン、フェニルアラニルグリシルグリシン、グリシルチロシン、チロシルグリシルグリシン、グリシルグリシン、グリシルグリシルグリシン、トリプトファニルグリシン、フェニルアラニルグリシン、チロシルグリシン、フェニルアラニルバリン、チロシルバリン、ロイシルグリシルグリシン、グリシルセリルフェニルアラニン、グリシルフェニルアラニルセリン、チロシルグリシルグリシン、グリシルフェニルアラニルアラニン、グリシルアラニルチロシン、グリシルフェニルアラニルフェニルアラニン、グリシルリシルフェニルアラニン、リシルセリルフェニルアラニン、フェニルアラニルフェニルアラニン、フェニルアラニルフェニルアラニルフェニルアラニン、リシルリシルチロシン、チロシルチロシルフェニルアラニン、チロシルチロシルチロシン、アラニルトリプトファン、グリシルフェニルアラニルフェニルアラニンなどが用いられるが、特にこれらに限定されるものではない。   Examples of peptides include lysyl lysyl glycyl glutamic acid, cysteyl seryl asparaginyl osyl seryl tyrosyl seryl valyl leucyl glycyl lysine, tryptophanyl glycine, tryptophanyl glycyl glycine, tryptophanyl phenylalanine, trypto Fanyltryptophan, phenylalanylglycine, phenylalanylglycylglycine, glycyltyrosine, tyrosylglycylglycine, glycylglycine, glycylglycylglycine, tryptophanylglycine, phenylalanylglycine, tyrosylglycine, phenylalanylvaline , Tyrosylvaline, leucylglycylglycine, glycylserylphenylalanine, glycylphenylalanylserine, tyrosylglycylglycine, glycylphenylalani Alanine, glycylalanyl tyrosine, glycylphenylalanylphenylalanine, glycyllysylphenylalanine, lysylserylphenylalanine, phenylalanylphenylalanine, phenylalanylphenylalanylphenylalanine, lysyllysyltyrosine, tyrosyltyrosylphenylalanine, tyrosyltylo Siltyrosine, alanyltryptophan, glycylphenylalanylphenylalanine and the like are used, but are not particularly limited thereto.

又、タンパク質としては、眼にある光情報を受け取るロドプシンからはじめ、体を疾病から守る免疫グロブリン、抗体などのタンパク質、ホルモン、外界のさまざまな味、においなどの情報を感知、伝達、処理及び記憶するタンパク質、消化タンパク質、輸送タンパク質、受容体タンパク質などが用いられる他、自然界に存在するヒトもくしは生物などに由来するタンパク質に係わらず、遺伝子組み替えにより、新たに創出された遺伝子組み替え人工タンパク質を用いることもできる。   In addition, as a protein, it begins with rhodopsin that receives light information from the eye, and it detects, transmits, processes and stores information such as immunoglobulins, antibodies and other proteins that protect the body from diseases, hormones, various tastes and smells in the outside world, etc. Proteins, digested proteins, transport proteins, receptor proteins, etc., and humans that exist in nature, regardless of whether they are derived from living organisms, etc. It can also be used.

又、分子膜に導入可能な光を感応する分子として、例えば、アゾベンゼン、スチルベン、アントラセン、ナフタレン、ピレン、カルバソールなどのさまざまなπ電子系発色団を持つものを用いることができる。又、光誘起電子移動反応が可能な分子として、例えば、トリス(2、2’ビピリジル)ルテニウムニ塩化物などのものを用いることができる。又、光異性化を行う誘導体として、例えば、光スピロピランなどを用いることができる。その他、ロドプシン、バクテリオロドプシン、葉緑素、クロロフィルなどの光感応性分子を用いることができるが、特に、これらに限定されるものではない。   In addition, as molecules sensitive to light that can be introduced into the molecular film, for example, those having various π-electron chromophores such as azobenzene, stilbene, anthracene, naphthalene, pyrene, and carbazole can be used. In addition, as a molecule capable of photoinduced electron transfer reaction, for example, a molecule such as tris (2,2′bipyridyl) ruthenium dichloride can be used. Moreover, as a derivative that performs photoisomerization, for example, optical spiropyran can be used. In addition, photosensitive molecules such as rhodopsin, bacteriorhodopsin, chlorophyll, and chlorophyll can be used, but are not particularly limited thereto.

又、核酸関連物質として、アデニン、グアニン、シトシン、チミン、ウラシル、アデノシン三リン酸、デオキシリボ核酸(DNA)、リボ核酸(RNA)などが用いられるが、特に、これらに限定されるものではない。   Examples of nucleic acid-related substances include adenine, guanine, cytosine, thymine, uracil, adenosine triphosphate, deoxyribonucleic acid (DNA), and ribonucleic acid (RNA), but are not particularly limited thereto.

脂質二分子膜を透過する有機物質の種類として、例えば、インドール-3-エタノール、インドール、5-ヒドロキシインドール、セロトニン、トリプトファン、プロカイン、p-アミノ安息香酸、サリチル酸、スルファニル酸、スルファニルアミド、3、4-ジヒドロキシフェニルアラニン、ピリドキサミン、ピリドキシン、キニジン、キューネ、アセチルコリン、サリシルアミド、エリスリトール、マンニトール、ソルビトール、グルコース、D-マンノース、D-リボース、D-フルクトース、2-デオキシ-D-グルコース、3-O―メチル-D-グルコースなどが用いられるが、特にこれらに限定されるものではない。   Examples of organic substances that permeate the lipid bilayer include, for example, indole-3-ethanol, indole, 5-hydroxyindole, serotonin, tryptophan, procaine, p-aminobenzoic acid, salicylic acid, sulfanilic acid, sulfanilamide, 3, 4-dihydroxyphenylalanine, pyridoxamine, pyridoxine, quinidine, quine, acetylcholine, salicylamide, erythritol, mannitol, sorbitol, glucose, D-mannose, D-ribose, D-fructose, 2-deoxy-D-glucose, 3-O-methyl Although -D-glucose and the like are used, it is not particularly limited to these.

(マイクロ分析システム)
次に、マイクチャンネル内で形成された単分子膜、二分子膜、脂質二分子膜、逆二分子膜及び分子膜にタンパク質(酵素、抗体)、核酸、スフィンゴ脂質と蛍光分子で修飾した脂質、糖脂質、コレステロール、蛍光色素、リガンド、光感応性分子、助界面活性剤、クラウンエーテル、フラーレン、カーボンナノチューブ、ポルフィリン類、シクロデキストリン、分子トング、酸化還元剤、ステロイド、ポリペプチドおよびペプチドなどを組み込んだバイオセンサチップ、マイクロリアクタ分析システム(バイオセンシングシステム)について、図1、図6〜図8を用いて説明する。
(Micro analysis system)
Next, lipids modified with proteins (enzymes, antibodies), nucleic acids, sphingolipids and fluorescent molecules on monolayers, bilayers, lipid bilayers, reverse bilayers and molecular membranes formed in the microphone channel, Incorporates glycolipids, cholesterol, fluorescent dyes, ligands, photosensitive molecules, co-surfactants, crown ethers, fullerenes, carbon nanotubes, porphyrins, cyclodextrins, molecular tongs, redox agents, steroids, polypeptides and peptides The biosensor chip and microreactor analysis system (biosensing system) will be described with reference to FIGS. 1 and 6 to 8.

(マイクロ分析システムの構造)
本発明の第1の実施の形態に係るマイクロ分析システムは、図1に示すように、分子膜を作製する作製・再生部11と、マイクロリアクタ1で起こる様々な反応の反応条件を制御する条件制御部12と、これらの反応及び変化の結果を検知、観測する検知部13と、さまざまな化学反応、物理的及び化学的現象を起こさせる反応部14と、反応の効率を上げる循環部15と、生成物を回収する分離・回収部16とを備える。これらの構成部は、バイオリアクタ及びバイオセンサの種類に対応して、自由に組み合わせることができる。
(Structure of micro analysis system)
As shown in FIG. 1, the micro-analysis system according to the first embodiment of the present invention has a condition control for controlling reaction conditions of various reactions occurring in the production / regeneration unit 11 for producing a molecular film and the microreactor 1. Unit 12, detection unit 13 for detecting and observing the results of these reactions and changes, reaction unit 14 for causing various chemical reactions, physical and chemical phenomena, circulation unit 15 for increasing the efficiency of the reaction, And a separation / recovery unit 16 for recovering the product. These components can be freely combined according to the types of bioreactors and biosensors.

作製・再生部11は、図2に示すように、両親媒性分子混合液25を微細流路(マイクロチャンネル)3に導入する第3の導入口21、第1の流体26をマイクロチャンネル3に導入する第1の導入口22、第2の流体27をマイクロチャンネル3に導入する第2の導入口23を備える。マイクロチャンネル3内では、両親媒性分子混合液25を境界壁として、第1の流体26と第2の流体27が拡散すると、分子膜のみが両液界面に残る。両親媒性分子混合液25、第1の流体26及び第2の流体27の種類によって、図2(a)に示すように、異なる分子膜が形成される。例えば、水相(W)/油相(O)および気相(V)/水相(W)界面では単分子膜が形成され、油相(O)/油相(O)界面では、逆二分子膜が形成され、水相(W)/水相(W)界面では、二分子膜が形成される。その他にも、ミセル、逆ミセル、ベシクル、逆ベシクル、エマルジョンなどの分子膜の構造が形成される。   As shown in FIG. 2, the preparation / regeneration unit 11 includes a third inlet 21 for introducing the amphiphilic molecule mixed solution 25 into the microchannel 3 and the first fluid 26 into the microchannel 3. A first introduction port 22 to be introduced and a second introduction port 23 to introduce the second fluid 27 into the microchannel 3 are provided. In the microchannel 3, when the first fluid 26 and the second fluid 27 are diffused with the amphiphilic molecule mixed solution 25 as a boundary wall, only the molecular film remains at the interface between the two liquids. As shown in FIG. 2A, different molecular films are formed depending on the types of the amphiphilic molecule mixed solution 25, the first fluid 26, and the second fluid 27. For example, a monomolecular film is formed at the water phase (W) / oil phase (O) and gas phase (V) / water phase (W) interfaces, and at the oil phase (O) / oil phase (O) interfaces, A molecular film is formed, and a bimolecular film is formed at the water phase (W) / water phase (W) interface. In addition, molecular film structures such as micelles, reverse micelles, vesicles, reverse vesicles, and emulsions are formed.

又、マイクロチャンネル3は、直管、エルボ、或いはベンドのいずれか1つ、もしくはこれらが混在する構造であってもよい。   Further, the microchannel 3 may be any one of a straight pipe, an elbow, a bend, or a structure in which these are mixed.

又、マイクロチャンネル3の壁面は、平滑状、凹凸状、あるいは表面修飾のいずれか1つ、もしくはこれらが混在する構造であってもよい。   Further, the wall surface of the microchannel 3 may be any one of a smooth shape, an uneven shape, a surface modification, or a structure in which these are mixed.

マイクロチャンネル3は、図2に示すように、マイクロリアクタ1に形成された溝形状としてもよく、図4に示すように、リング状としてもよい。その他、用途、脂質の種類及び分子膜の構成成分などの条件に応じて、楕円状、角状、六角状などの多角状の形状を有してもよい。又、マイクロチャンネル3の形状により、作製される分子膜は、平面状や円筒状の形状となる。図2(b)は、平面二分子膜の模式図であり、図4(b)は、円筒状二分子膜35の模式図である。   The microchannel 3 may have a groove shape formed in the microreactor 1 as shown in FIG. 2, or may have a ring shape as shown in FIG. In addition, it may have a polygonal shape such as an elliptical shape, a rectangular shape, or a hexagonal shape, depending on conditions such as the use, the type of lipid, and the constituent components of the molecular membrane. Further, depending on the shape of the microchannel 3, the molecular film to be produced has a planar shape or a cylindrical shape. FIG. 2B is a schematic diagram of a planar bimolecular film, and FIG. 4B is a schematic diagram of a cylindrical bimolecular film 35.

又、マイクロリアクタ1は、第1の流体26、第2の流体27、両親媒性分子混合液25をそれぞれの導入口からマイクロチャンネル3内へ送り込む、もしくは引き出すための自動制御ポンプを備える。又、マイクロリアクタ1は、マイクロチャンネル3、あるいは第1の導入口22、第2の導入口23、あるいは第3の導入口21にバルブを1以上備える。又、マイクロリアクタは、マイクロチャンネル3から分岐する分岐チャンネルと、試料を注入する注入口を備える。   Further, the microreactor 1 includes an automatic control pump for feeding or withdrawing the first fluid 26, the second fluid 27, and the amphiphilic molecule mixed solution 25 into the microchannel 3 from the respective inlets. Further, the microreactor 1 includes one or more valves in the microchannel 3 or the first inlet 22, the second inlet 23, or the third inlet 21. The microreactor includes a branch channel that branches from the microchannel 3 and an inlet for injecting a sample.

又、マイクロリアクタ1のマイクロチャンネル3において、塩橋を備える。   The microchannel 3 of the microreactor 1 is provided with a salt bridge.

又、作製・再生部11は、図3に示すように、マイクロチャンネル3と、第1の流体26をマイクロチャンネル3に導入する第1の導入口22と、両親媒性分子を含む両親媒性分子混合液25をマイクロチャンネル3に導入する第3の導入口21とを備え、第1の流体26とマイクロチャンネルの壁面との境界面に分子膜を形成する構成としてもよい。   Further, as shown in FIG. 3, the production / regeneration unit 11 includes the microchannel 3, the first introduction port 22 for introducing the first fluid 26 into the microchannel 3, and the amphipathic substance including amphiphilic molecules. A third inlet 21 for introducing the molecular mixed liquid 25 into the microchannel 3 may be provided, and a molecular film may be formed on the boundary surface between the first fluid 26 and the wall surface of the microchannel.

又、図5(a)に示す単管式マイクロチャンネルを集積することにより、図5(b)に示す多管式マイクロチャンネルを提供することができる。尚、第1の実施の形態において、同様な分子膜を備えるマイクロリアクタ機能を有するものであれば、系のスケールアップ方法は特に限定されるものではない。   Further, by integrating the single-tube microchannels shown in FIG. 5A, the multi-tube microchannel shown in FIG. 5B can be provided. In the first embodiment, the system scale-up method is not particularly limited as long as it has a microreactor function having a similar molecular film.

尚、安定且つ静止もしくは流動的な分子膜を作製することができれば、第3の導入口21の形状及び第3の導入口21と接続した注入チャンネルの構造は特に限定されるものではない。第1の導入口22及び第2の導入口23は、図2及び図3に示したように、それぞれ独立した注入チャンネルと接続し、それぞれ異なる組成や種類の流体からなる第1の流体26と第2の流体27を流出させることができる。   Note that the shape of the third inlet 21 and the structure of the injection channel connected to the third inlet 21 are not particularly limited as long as a stable, stationary or fluid molecular film can be produced. As shown in FIGS. 2 and 3, the first inlet 22 and the second inlet 23 are connected to independent injection channels, respectively, and the first fluid 26 made of fluids of different compositions and types, The second fluid 27 can flow out.

又、第1の導入口22、第2の導入口23及び第3の導入口21は半円状(図2)リング状及び円筒状(図4)の形状を有し、第1の導入口22、第2の導入口23及び第3の導入口21の形状にそれぞれ対応して同様なマイクロチャンネル構造(図2)と接続、もしくはマイクロチャンネルの構造を徐々に変化させるマイクロチャンネルと接続することができる。その他、用途、両親媒性分子(脂質)の種類及び分子膜の構成成分などの条件に応じて、楕円状、角状、六角状などの多角状の形状を有する第1の導入口22、第2の導入口23及び第3の導入口21、もしくはさまざまな形状のマイクロチャンネルを用いることができる。本発明は、安定且つ静止もしくは流動的な分子膜を作製することができれば、第1の導入口22、第2の導入口23及び第3の導入口21の形状は特に限定されるものではない。又、第1の導入口22、第2の導入口23及び第3の導入口21と接続するマイクロチャンネルの構造も特に限定されるものではない。   The first introduction port 22, the second introduction port 23, and the third introduction port 21 have a semicircular shape (FIG. 2) and a ring shape and a cylindrical shape (FIG. 4), and the first introduction port. 22. Connect to the same microchannel structure (FIG. 2) corresponding to the shape of the second introduction port 23 and the third introduction port 21, respectively, or to the microchannel that gradually changes the microchannel structure. Can do. In addition, the first inlet 22 having a polygonal shape such as an elliptical shape, a rectangular shape, a hexagonal shape, and the like, depending on the use, the type of amphiphilic molecule (lipid) and the constituent components of the molecular film. Two inlets 23 and a third inlet 21 or microchannels of various shapes can be used. In the present invention, the shape of the first inlet 22, the second inlet 23, and the third inlet 21 is not particularly limited as long as a stable and stationary or fluid molecular film can be produced. . Further, the structure of the microchannel connected to the first introduction port 22, the second introduction port 23, and the third introduction port 21 is not particularly limited.

条件制御部12は、マイクロリアクタ1内で起こるさまざまな化学反応、物理的現象もしくは化学的現象を最適な条件で行せるために適宜に制御可能な部分、電極および装置などの部分を指す。これらの装置及び電極は、マイクロリアクタ1内の温度、圧力、pH、電流、電圧、磁場、超音波、光、あるいは応力などの条件を適宜に制御するために、マイクロリアクタ1内、或いはマイクロリアクタ1外に設置もしくは組み合わせて使用することができる。   The condition control unit 12 refers to a part such as an electrode and a device that can be appropriately controlled so that various chemical reactions, physical phenomena, or chemical phenomena occurring in the microreactor 1 can be performed under optimum conditions. These devices and electrodes are provided inside the microreactor 1 or outside the microreactor 1 in order to appropriately control conditions such as temperature, pressure, pH, current, voltage, magnetic field, ultrasonic wave, light, or stress inside the microreactor 1. Can be installed or used in combination.

条件制御部の一つである電圧を制御する装置として、例えば、ファンクション・ジェネレータ、オシロスコープ、ポテンショスタットおよびエレクトロポーレーションなどの装置を用いることができるが、分子膜に異なる強度、パターン(例えば、連続三角波、ステップ波、単発矩形波、連続矩形波、ランプ波、正弦波など)および振動数(周波数)の電圧を与えることができれば、特に限定されるものではない。   For example, devices such as a function generator, an oscilloscope, a potentiostat, and electroporation can be used as a device for controlling the voltage, which is one of the condition control units. However, the molecular film has different strengths and patterns (for example, continuous There is no particular limitation as long as a voltage of a triangular wave, a step wave, a single rectangular wave, a continuous rectangular wave, a ramp wave, a sine wave, etc.) and a frequency (frequency) can be applied.

例えば、マイクロリアクタ1を図4(a)に示すような二重円筒状の構造とした場合、マイクロリアクタ1内部の円筒部に電極を備え、条件制御部12は、この電極を制御することができる。   For example, when the microreactor 1 has a double cylindrical structure as shown in FIG. 4A, an electrode is provided in the cylindrical portion inside the microreactor 1, and the condition control unit 12 can control this electrode.

検知部13では、以下に列挙した測定装置、電極によって分子膜の観測を行うが、これらに特に限定されるものではない。   The detection unit 13 observes the molecular film using the measurement device and electrodes listed below, but is not particularly limited thereto.

膜の表面状態の観測装置としては、光学顕微鏡、電子顕微鏡、レーザー電子顕微鏡、微分干渉位相差顕微鏡、走査型電子顕微鏡(SEM)、フーリエ変換赤外分析装置、レーザーラマン分光装置、蛍光顕微鏡、偏光顕微鏡、X線解析装置と原子間力顕微鏡(AFM)などの分析装置を用いることができるが、特に、これらの測定装置に限定されるものではない。   As an observation device of the film surface state, an optical microscope, an electron microscope, a laser electron microscope, a differential interference phase contrast microscope, a scanning electron microscope (SEM), a Fourier transform infrared analyzer, a laser Raman spectrometer, a fluorescence microscope, a polarization microscope An analyzer such as a microscope, an X-ray analyzer and an atomic force microscope (AFM) can be used, but is not particularly limited to these measuring devices.

又、分子膜の特性として、例えば、膜の流動性、充填状態などの物理的性質、膜表面の電荷密度、疎水的と親水的特性を膜電位、膜のインピーダンス、膜もしくは溶液の誘電率測定で調べることができる。膜電位、電圧、電流などの電気信号を測定する装置として、エレクトロメーター、デジタルマルチメーター、ポテンショスタット、ファンクション・ジェネレータ、オシロスコープなどがあるが、高抵抗、ローパスフィルタ、シグナル電気信号を増幅できるアンプなどを備える高感度エレクトロメーターの使用が望ましい。膜のインピーダンスおよび電気容量を測定する装置として、インピーダンスアナライザー、LCRメーター、ベクトルインピーダンスメーターなどを用いることができるが、ポテンショスタット、特に、ピコアンペアより小さいシグナル電気信号の測定及び高速掃引が可能であり、ローパスフィルタを備えた超高感度ポテンショスタットなどの装置との併用が望ましい。その他の電気化学測定装置として、バイポテンシオスタット(デュアルポテンジョスタット)を用いることができる。又、電気的ノイズを防ぐために、上記の測定をシールドボックス内で行うことが望ましい。   Also, as the characteristics of the molecular film, for example, physical properties such as film fluidity, packing state, charge density on the film surface, hydrophobic and hydrophilic characteristics, film potential, film impedance, film or solution dielectric constant measurement Can be examined. Devices that measure electrical signals such as membrane potential, voltage, and current include electrometers, digital multimeters, potentiostats, function generators, oscilloscopes, etc., but high resistance, low-pass filters, amplifiers that can amplify signal electrical signals, etc. It is desirable to use a high sensitivity electrometer with As an apparatus for measuring the impedance and capacitance of the membrane, an impedance analyzer, an LCR meter, a vector impedance meter, and the like can be used, but a potentiostat, in particular, a signal electrical signal smaller than a picoampere can be measured and a high-speed sweep can be performed. It is desirable to use in combination with a device such as an ultra-sensitive potentiostat equipped with a low-pass filter. As another electrochemical measuring apparatus, a bipotentiostat (dual potentiostat) can be used. In order to prevent electrical noise, it is desirable to perform the above measurement in a shield box.

一方、ポリペプチド、糖類、タンパク質等の生体関連物質及びウィルスは膜との相互作用による膜へ付着、吸着、沈着、融合の変化は上記膜の特性を検知する装置と手法及び膜の表面状態を観察する装置を用いることができる。   On the other hand, biologically related substances such as polypeptides, saccharides, proteins, and viruses are attached to the membrane due to the interaction with the membrane. An observation device can be used.

更に、有機物、糖類、アミノ酸及びイオンなど物質の膜透過、又は、ポリペプチド、糖類、苦味物質、甘味物質、うま味物質、匂い物質、揮発性物質およびタンパク質等の物質やウィルスは膜との相互作用による溶液相のイオン、分子などの物質の膜への透過変化、もしくは電気信号の変化、もしくは膜の特性変化を間接的に、もしくは直接的に検知・観察することができる。   Furthermore, substances such as organic substances, saccharides, amino acids and ions permeate through membranes, or substances such as polypeptides, saccharides, bitter substances, sweet substances, umami substances, odor substances, volatile substances and proteins and viruses interact with the membrane. It is possible to detect and observe indirectly or directly the change in the permeation of substances such as ions and molecules in the solution phase due to the change in the film, the change in the electrical signal, or the change in the characteristics of the film.

又、流体、或いは流体中に含まれる物質と、分子膜との相互作用によって引き起こされるさまざまな信号の変化、もしくは分子膜を透過したイオン、分子及び物質を直接的及び間接的に検知する手法について、以下に説明する。   In addition, various changes in signals caused by the interaction between a fluid or a substance contained in the fluid and the molecular film, or a method for directly and indirectly detecting ions, molecules and substances that have passed through the molecular film. This will be described below.

直接的な検出手法とは、マイクロチャンネル内で、分子膜に起因するさまざまな反応や信号の変化をその場で、直接的に観測、検知する手法である。   The direct detection method is a method for directly observing and detecting various reactions and signal changes caused by the molecular film on the spot in the microchannel.

信号の変化としては、例えば、分子膜や流体の電気信号、pH、粘度、密度、屈折率、吸収スペクトル、蛍光スペクトルおよび熱などの信号の変化、もしくは分子膜の表面状態などに係わる信号の変化が挙がられる。   Signal changes include, for example, electrical signals of molecular films and fluids, changes in signals such as pH, viscosity, density, refractive index, absorption spectrum, fluorescence spectrum and heat, or changes in signals related to the surface state of molecular films, etc. Is raised.

上記電気信号の変化を、例えば、マイクロチャンネル内に、エレクトロメータ−、ポテンショスタット、ファンクション・ジェネレータ、オシロスコープ及びガルバノスタット装置のセンサ端子であるイオンセンサー、微小電極、センサ電極などの電極を設置し、これらの電極によって、マイクロチャネル内において、局所的、in-situで検出することができる。   For example, an electrode such as an ion sensor, a microelectrode, or a sensor electrode that is a sensor terminal of an electrometer, a potentiostat, a function generator, an oscilloscope, and a galvanostat device is installed in the microchannel. These electrodes can be detected locally and in-situ within the microchannel.

上記pH、粘度、密度および屈折率の変化を、pHメータ、粘度計、密度計、屈折率計によって測定することができる。   Changes in the pH, viscosity, density and refractive index can be measured with a pH meter, a viscometer, a density meter, and a refractometer.

上記吸収スペクトルおよび蛍光スペクトル信号の変化を、例えば、マイクロチャンネルへ直接に該当光源を導入、透過させることによって、その透過光および蛍光変化の測定によって、検知することができる。   Changes in the absorption spectrum and fluorescence spectrum signals can be detected by, for example, introducing and transmitting the corresponding light source directly into the microchannel and measuring the transmitted light and fluorescence changes.

間接的な検出手法としては、例えば、マイクロチャンネルの出口で該当流体の区分を収集し、各区分の電気信号、pH、粘度、密度、屈折率、吸収スペクトル、蛍光スペクトルおよび熱などの信号の変化を検知する方法である。   Indirect detection methods include, for example, collecting the relevant fluid segments at the outlet of the microchannel and changing the signals such as electrical signal, pH, viscosity, density, refractive index, absorption spectrum, fluorescence spectrum and heat of each segment. Is a method of detecting

間接的な検出手法において、マイクロチャンネルから流出されるそれぞれの区分に含まれる検出対象物質の特性と検出の目的などに応じて、ポテンショスタット、pHメータ、粘度計、密度計、屈折率計、吸光光度計、蛍光分光装置、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)、液体クロマトグラフィー(LC)、ガスクロマトグラフィー(GC)、ガスクロマトグラフィー質量分析装置(GC/MS)、薄層クロマトグラフィー分析装置(TLC)、フーリエ変換赤外分光分析装置(FTIR)などの化学分析装置を適宜に用いることができる。   In an indirect detection method, depending on the characteristics of the substance to be detected contained in each section flowing out from the microchannel and the purpose of detection, etc., potentiostat, pH meter, viscometer, density meter, refractometer, absorbance Photometer, Fluorescence Spectrometer, High Performance Liquid Chromatography (HPLC), Liquid Chromatography (LC), Gas Chromatography (GC), Gas Chromatography Mass Spectrometer (GC / MS), Thin Layer Chromatography Analyzer (TLC) A chemical analyzer such as a Fourier transform infrared spectrometer (FTIR) can be used as appropriate.

概略すれば、検出対象の物質は蛍光物質でなければ、物質の電気信号、pH、粘度、密度、屈折率、吸収スペクトル及び熱信号の測定により、定性及び定量することができる。又、検出対象の物質は、蛍光物質である場合、蛍光スペクトルの変化の検出により、定性、定量ができる。   In summary, if the substance to be detected is not a fluorescent substance, it can be qualitatively and quantified by measuring the electric signal, pH, viscosity, density, refractive index, absorption spectrum and thermal signal of the substance. When the substance to be detected is a fluorescent substance, it can be qualitatively and quantitatively detected by detecting a change in the fluorescence spectrum.

又、ペプチド、ポリペプチドやタンパク質の分析として、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)、分光光度法及び円偏光二色スペクトル法を用いることができる。フーリエ変換赤外スペクトル法を用いて、タンパク質の二次構造を分析することができる。   For analysis of peptides, polypeptides and proteins, high performance liquid chromatography (HPLC), spectrophotometry and circular dichroism spectroscopy can be used. The secondary structure of a protein can be analyzed using Fourier transform infrared spectroscopy.

第1の実施の形態において、マイクロリアクタにおいて分子膜を透過した物質、もしくは化学反応によって、新たに生成された物質の検出として、マイクロチャンネル内に適切に配置されるセンサ電極、微小電極で検出することができる。これらの電極としては、それらの物質を検知可能なものならば特に限定されるものではないが、目的とする物質のみを感度よく検出するため、物質選択的な検出ができる電極が好ましい。例えば、一つの方法は、イオン選択性電極を用いる方法である。これは、特定のイオンに応答するイオン選択性膜の測定対象イオンの濃度差に伴う膜電位変動を検出するものであり、用いる膜の種類により、水素イオン、ヨウ素イオン、臭化物イオンなどのハロゲンイオ等種々のイオンを検出することができる。これらの電極の作製には、通常、微細化した飽和カロメル電極あるいは銀・塩化銀電極のような参照電極の表面にイオン選択性膜を直接もしくは内部基準液を介して固定化するか、あるいは、微細加工された電解効果トランジスター(FET)のゲート絶縁膜上にイオン選択性膜を配置した微小イオン選択性FET電極を用いることができる。   In the first embodiment, as a detection of a substance that has passed through a molecular film in a microreactor or a substance newly generated by a chemical reaction, detection is performed using a sensor electrode or a microelectrode appropriately disposed in the microchannel. Can do. These electrodes are not particularly limited as long as those substances can be detected. However, in order to detect only the target substance with high sensitivity, an electrode capable of selective detection is preferable. For example, one method is a method using an ion selective electrode. This detects membrane potential fluctuations due to the difference in concentration of ions to be measured in an ion selective membrane that responds to specific ions. Depending on the type of membrane used, halogen ions such as hydrogen ions, iodine ions, and bromide ions are used. Various ions can be detected. These electrodes are usually prepared by immobilizing an ion-selective membrane directly or via an internal standard solution on the surface of a reference electrode such as a refined saturated calomel electrode or a silver / silver chloride electrode, or A minute ion selective FET electrode in which an ion selective film is disposed on a gate insulating film of a microfabricated field effect transistor (FET) can be used.

又、上記のイオン選択性膜を用いる電位測定の他に、目的とする原子、分子あるいはそれらのイオン等の酸化還元種の酸化還元に伴う電流を検出する方法も用いることができる。この場合、電極を構成する物質としては、化学的な安定性及び表面における反応活性の点から、通常、白金、金、カーボン等が用いられるが、用いられる媒体中の検出物質によっては、白金―カーボン電極、非金属、有機導電体、半導体電極、ダイヤモンド電極等を用いても差し支えない。この方法は電極の電位を操作することにより媒体中任意の酸化還元電位の異なる物質の高感度な検出が可能であると共に、電極の構造が単純なため微細化加工が極めて容易であるという特徴を有している。   In addition to the potential measurement using the ion-selective membrane described above, a method for detecting a current associated with redox of a target atom, molecule, or redox species such as those ions can also be used. In this case, platinum, gold, carbon, or the like is usually used as the substance constituting the electrode from the viewpoint of chemical stability and reaction activity on the surface, but depending on the detection substance in the medium used, platinum- Carbon electrodes, non-metals, organic conductors, semiconductor electrodes, diamond electrodes, etc. may be used. This method is characterized by high sensitivity detection of any substance with different oxidation-reduction potential in the medium by manipulating the electrode potential, and the miniaturization processing is extremely easy due to the simple structure of the electrode. Have.

又、膜への物質透過及び物質の膜への付着、吸着、沈着ならびに膜との相互作用により、膜電位の変化を引き起こした場合、膜電位を検知することができる電極を用いることができる。膜電位はドナン電位、拡散電位及び表面電位(界面電位)があるが、これらの電位を検知できる電極であれば、特に限定されることがない。飽和カロメル電極、銀・塩化銀電極、銀・銀イオン電極(例:Ag/0.01M AgClO4+支持電解質)、基準酸化還元系{フェロセン/フェリシニウム(Fc/Fc+)系又はビスフェニルクロム(0)/(1)(BCr/BCr+)系}の電極、金、白金、カーボン電極、白金―カーボン電極、タングステン、チタン、半導体電極(例:二酸化チタン)などの電極を用いることができる。   In addition, an electrode capable of detecting the membrane potential can be used when a change in membrane potential is caused by the permeation of the material into the membrane, the adhesion of the material to the membrane, adsorption, deposition, and interaction with the membrane. The membrane potential includes a Donnan potential, a diffusion potential, and a surface potential (interface potential). However, the membrane potential is not particularly limited as long as these potentials can be detected. Saturated calomel electrode, silver / silver chloride electrode, silver / silver ion electrode (eg Ag / 0.01M AgClO4 + supporting electrolyte), standard redox system {ferrocene / ferricinium (Fc / Fc +) system or bisphenylchrome (0) / ( 1) Electrodes of (BCr / BCr +)}, gold, platinum, carbon electrodes, platinum-carbon electrodes, tungsten, titanium, semiconductor electrodes (eg, titanium dioxide), etc. can be used.

又、マイクロリアクタ内のイオン及び物質の検出及び膜電位の検知を行うために、微小電極、半導体電極(例:二酸化チタン)、半導体修飾電極、n−型半導体電極、導電性ポリマーでコートしたn−型半導体電極、p−型半導体電極、光感応性薄膜、液/液界面に新たに生成された物質に1本ないし複数本を配置することができる。   In addition, in order to detect ions and substances in the microreactor and detect the membrane potential, a microelectrode, a semiconductor electrode (eg, titanium dioxide), a semiconductor modified electrode, an n-type semiconductor electrode, an n-type coated with a conductive polymer. One or a plurality of electrodes can be disposed on a type semiconductor electrode, a p-type semiconductor electrode, a light-sensitive thin film, or a newly generated substance at the liquid / liquid interface.

上記の電極は、マイクロチャンネルを構成する材料と一体化にすることもできるし、分離して配置することもできる。   The above electrodes can be integrated with the material constituting the microchannel, or can be arranged separately.

又、これら検出微小電極の対極もしくは参照電極(あるいは塩橋)は、上記作用電極と同じ液相側に分子膜からの物質の拡散の妨げにならない位置に配置することが望ましいが、分子膜を隔てた液相側に配置しても構わない。   Further, it is desirable that the counter electrode or reference electrode (or salt bridge) of these detection microelectrodes be disposed on the same liquid phase side as the working electrode at a position that does not hinder the diffusion of substances from the molecular film. You may arrange | position to the separated liquid phase side.

反応部14は、マイクロリアクタ1内で、光照射などにより、分子膜5や流体に、さまざまな化学反応、物理的及び化学的現象を起こさせる。   The reaction unit 14 causes various chemical reactions, physical and chemical phenomena to occur in the molecular film 5 and fluid in the microreactor 1 by light irradiation or the like.

循環部15は、マイクロリアクタ1内で反応に使用した流体等を回収し、第1の導入口22、第2の導入口23、或いは第3の導入口21などに循環させ、反応の効率を上げる。   The circulation unit 15 collects the fluid used for the reaction in the microreactor 1 and circulates it to the first inlet 22, the second inlet 23, the third inlet 21, etc., thereby increasing the efficiency of the reaction. .

分離・回収部16は、マイクロリアクタ1内で生成された生成物を回収する。例えば、限外濾過、クロマトグラフィーや晶析などの方法により生成物を回収することなどを行う。   The separation / recovery unit 16 recovers the product generated in the microreactor 1. For example, the product is recovered by a method such as ultrafiltration, chromatography or crystallization.

図6にマイクロリアクタ分析システムの具体例1を示す。この場合は、第1の流体26もしくは第2の流体27に含まれる物質(B)の分子膜(脂質二分子膜)との静電的、疎水的、親水的およびイオン的相互作用、バイオアフィニティーによって、引き起こされる分子膜(脂質二分子膜)の電流、電位、抵抗、電気容量および電気信号パターンなど、膜の電気化学的特性の変化を観測することによって、第1の流体26もしくは第2の流体27に含まれる物質(B)もしくは試料の定性及び定量測定を行なう。もしくは、マイクロリアクタ1内の分子膜(脂質二分子膜)に電圧を印加、又は光を照射することにより、第1の流体26もしくは第2の流体27に含まれる物質(B)の分子膜(脂質二分子膜)との静電的、疎水的、親水的およびイオン的相互作用の変化、バイオアフィニティーの変化、もしくは分子膜(脂質二分子膜)に含まれる光感応性物質、光感応性分子や光チャンネルの構造変化によって、引き起こされる分子膜(脂質二分子膜)へのイオン、酸化還元種などの物質(B)の透過変化に起因する膜の電流、電位、抵抗、電気容量および電気信号パターンの変化など、膜の電気化学的特性変化を観測することで、第1の流体26もしくは第2の流体27に含まれる物質(B)もしくは試料の定性及び定量測定を行なうマイクロリアクタ分析システム(1)(バイオセンシングシステム)である。   FIG. 6 shows a specific example 1 of the microreactor analysis system. In this case, electrostatic, hydrophobic, hydrophilic and ionic interactions with the molecular film (lipid bilayer) of the substance (B) contained in the first fluid 26 or the second fluid 27, bioaffinity By observing changes in the electrochemical properties of the membrane, such as the current, potential, resistance, capacitance, and electrical signal pattern of the molecular membrane (lipid bilayer) caused by the first fluid 26 or the second Qualitative and quantitative measurement of the substance (B) or sample contained in the fluid 27 is performed. Alternatively, the molecular film (lipid) contained in the first fluid 26 or the second fluid 27 is applied by applying voltage or irradiating light to the molecular film (lipid bimolecular film) in the microreactor 1. Changes in electrostatic, hydrophobic, hydrophilic and ionic interactions with bilayers), changes in bioaffinity, or photo-sensitive substances, photo-sensitive molecules contained in molecular membranes (lipid bilayers) Membrane current, potential, resistance, capacitance, and electrical signal pattern caused by changes in the permeation of substances (B) such as ions and redox species to the molecular membrane (lipid bilayer membrane) caused by structural changes in the light channel A microreactor that performs qualitative and quantitative measurement of the substance (B) or sample contained in the first fluid 26 or the second fluid 27 by observing changes in the electrochemical characteristics of the film, such as changes in This is an analysis system (1) (biosensing system).

又、図7にマイクロリアクタ分析システムの具体例2を示す。この場合は、第1の流体26もしくは第2の流体27に含まれる物質(B)の分子膜(脂質二分子膜)との静電的、疎水的、親水的およびイオン的相互作用、バイオアフィニティーによって、マイクロチャンネル内の流体および分子膜の吸収スペクトル、蛍光スペクトルおよび熱の変化を直接に検知することによって、物質(B)を検知することである。又は、上記相互作用によって、引き起こされる分子膜(脂質二分子膜)へのイオンなどの物質(B)の透過変化を、分子膜を透過した物質(B)の蛍光又は吸光スペクトルの測定、第1の流体26もしくは第2の流体27の熱信号測定、もしくは透過した物質(B)によって引き起こされる第1の流体26もしくは第2の流体27の蛍光スペクトルの変化を測定することにより、第1の流体26もしくは第2の流体27に含まれる物質(B)もしくは試料の定量もしくは定性を行う。   FIG. 7 shows a specific example 2 of the microreactor analysis system. In this case, electrostatic, hydrophobic, hydrophilic and ionic interactions with the molecular film (lipid bilayer) of the substance (B) contained in the first fluid 26 or the second fluid 27, bioaffinity Is to detect the substance (B) by directly detecting changes in the absorption spectrum, fluorescence spectrum and heat of the fluid and molecular film in the microchannel. Alternatively, the permeation change of the substance (B) such as ions to the molecular membrane (lipid bilayer membrane) caused by the above interaction is measured by measuring the fluorescence or absorption spectrum of the substance (B) that has passed through the molecular membrane, Measurement of the thermal signal of the first fluid 26 or the second fluid 27, or the change in the fluorescence spectrum of the first fluid 26 or the second fluid 27 caused by the transmitted substance (B). 26 or the substance (B) or sample contained in the second fluid 27 is quantified or qualitatively determined.

もしくは、マイクロリアクタ1内の分子膜(脂質二分子膜)に電圧を印加、又は光を照射することにより、第1の流体26もしくは第2の流体27に含まれる物質(B)の分子膜(脂質二分子膜)との静電的、疎水的、親水的およびイオン的相互作用、バイオアフィニティーの変化、もしくは分子膜に含まれる光感応性物質、光感応性分子や光チャンネルの構造変化によって、引き起こされる分子膜(脂質二分子膜)へのイオン、酸化還元種などの物質(B)の透過変化を、分子膜を透過した物質(B)の蛍光又は吸光スペクトルの測定、第1の流体26もしくは第2の流体27の熱信号測定、もしくは透過した物質(B)によって引き起こされる第1の流体26及び第2の流体27の蛍光スペクトルの変化を測定することにより、第1の流体26もしくは第2の流体27に含まれる物質(B)もしくは試料の定量もしくは定性を行うマイクロリアクタ分析システム(2)(バイオセンシングシステム)である。   Alternatively, the molecular film (lipid) contained in the first fluid 26 or the second fluid 27 is applied by applying voltage or irradiating light to the molecular film (lipid bimolecular film) in the microreactor 1. Caused by electrostatic, hydrophobic, hydrophilic and ionic interactions with bilayers), changes in bioaffinity, or changes in the structure of light-sensitive substances, light-sensitive molecules or light channels in the molecular film Changes in the permeation of the substance (B) such as ions and redox species into the molecular membrane (lipid bilayer membrane), measurement of the fluorescence or absorption spectrum of the substance (B) that has passed through the molecular membrane, the first fluid 26 or The first fluid 2 can be measured by measuring the thermal signal of the second fluid 27 or by measuring the change in the fluorescence spectrum of the first fluid 26 and the second fluid 27 caused by the transmitted substance (B). Or a substance contained in the second fluid 27 (B) or the microreactor analysis system for quantitative or qualitative sample (2) (biosensing system).

又、図8にマイクロリアクタ分析システムの具体例3を示す。この場合は、第1の流体26もしくは第2の流体27に含まれる物質(B)の分子膜(脂質二分子膜)との静電的、疎水的、親水的およびイオン的相互作用、バイオアフィニティーによって、引き起こされる分子膜(脂質二分子膜)へのイオン、酸化還元種などの物質(B)の透過変化をマイクロチャンネル内および外に設置される微小電極によって検知することによって、第1の流体26もしくは第2の流体27に含まれる物質(B)もしくは試料の定性、定量測定を行なう。   FIG. 8 shows a third specific example of the microreactor analysis system. In this case, electrostatic, hydrophobic, hydrophilic and ionic interactions with the molecular film (lipid bilayer) of the substance (B) contained in the first fluid 26 or the second fluid 27, bioaffinity By detecting the change in the permeation of the substance (B) such as ions and redox species into the molecular membrane (lipid bilayer membrane) caused by the first fluid, the first fluid Qualitative and quantitative measurement of the substance (B) or sample contained in 26 or the second fluid 27 is performed.

もしくは、マイクロリアクタ1内の脂質二分子膜に電圧を印加、又は光を照射するに伴い、第1の流体26もしくは第2の流体27に含まれる物質(B)の分子膜(脂質二分子膜)との静電的、疎水的、親水的およびイオン的相互作用、バイオアフィニティーの変化、もしくは分子膜に含まれる光感応性物質、光感応性分子や光チャンネルの構造変化によって、引き起こされる分子膜(脂質二分子膜)へのイオン、酸化還元種などの物質(B)の透過変化をマイクロチャンネル内および外に設置される微小電極によって検知することによって、第1の流体26もしくは第2の流体27に含まれる物質(B)もしくは試料の変化定性、定量測定を行なうマイクロリアクタ分析システム(3)(バイオセンシングシステム)である。   Alternatively, the molecular film of the substance (B) contained in the first fluid 26 or the second fluid 27 (lipid bimolecular film) as the voltage is applied to the lipid bimolecular film in the microreactor 1 or light is irradiated. Molecular membranes caused by electrostatic, hydrophobic, hydrophilic and ionic interactions with, changes in bioaffinity, or changes in the structure of light sensitive substances, light sensitive molecules or light channels in molecular films ( The first fluid 26 or the second fluid 27 is detected by detecting the permeation change of the substance (B) such as ions and redox species into the lipid bilayer membrane) by microelectrodes installed inside and outside the microchannel. Is a microreactor analysis system (3) (biosensing system) that performs change qualitative and quantitative measurement of the substance (B) or sample contained in.

上記に示す3タイプのマイクロリアクタ分析システムの他に、第1の流体26もしくは第2の流体27に含まれる物質(B)の分子膜との静電的、疎水的、親水的およびイオン的相互作用、バイオアフィニティーによって、引き起こされる分子膜表面状態の変化を光学顕微鏡、電子顕微鏡、レーザー電子顕微鏡、微分干渉位相差顕微鏡、走査型電子顕微鏡(SEM)、フーリエ変換赤外分析装置、レーザーラマン分光装置、蛍光顕微鏡、偏光顕微鏡、X線解析装置と原子間力顕微鏡(AFM)など表面分析装置を用いて、第1の流体26と第2の流体27に含まれる物質(2)もしくは試料を分析することができるマクロリアクタ分析システム(4)(バイオセンシングシステム)がある。   In addition to the three types of microreactor analysis systems described above, electrostatic, hydrophobic, hydrophilic and ionic interactions with the molecular film of the substance (B) contained in the first fluid 26 or the second fluid 27 , Changes in the molecular film surface state caused by bioaffinity, optical microscope, electron microscope, laser electron microscope, differential interference phase contrast microscope, scanning electron microscope (SEM), Fourier transform infrared analyzer, laser Raman spectrometer, Analyzing the substance (2) or sample contained in the first fluid 26 and the second fluid 27 using a surface analyzer such as a fluorescence microscope, a polarization microscope, an X-ray analyzer and an atomic force microscope (AFM) There is a macro reactor analysis system (4) (biosensing system) capable of

(分子膜の作製方法)
次に、分子膜の作製方法に関して説明する。
(Method for producing molecular film)
Next, a method for producing a molecular film will be described.

(イ)まず、図2に示すように、第1の導入口22及び第2の導入口23から第1の流体26もしくは第2の流体27を導入させ、マイクロチャンネル内で、安定な液/液層流を形成させる。   (A) First, as shown in FIG. 2, the first fluid 26 or the second fluid 27 is introduced from the first introduction port 22 and the second introduction port 23, and a stable liquid / A liquid laminar flow is formed.

(ロ)次に、一定量の両親媒性分子混合液25を第3の導入口21から連続、断続もしくは一定時間、導入させる。   (B) Next, a fixed amount of the amphiphilic molecule mixed solution 25 is introduced from the third inlet 21 continuously, intermittently or for a fixed time.

もしくは両親媒性分子混合液25、第1の流体26もしくは第2の流体27をマイクロチャンネルの導入口より、同時にマイクロチャンネル内へ導入する。   Alternatively, the amphiphilic molecule mixed solution 25, the first fluid 26 or the second fluid 27 is simultaneously introduced into the microchannel from the microchannel inlet.

両親媒性分子混合液25、第1の流体26もしくは第2の流体27の流量及び流速は送液ポンプの圧力、系の温度、両親媒性分子混合液25、第1の流体26或いは第2の流体27の組成に由来する粘度、マイクロチャンネルの断面積、注入チャンネルもしくはマイクロチャンネルを構成する材料、長さと立体形状など、さまざまな要素に関係するが、第1の実施の形態においては、安定、大面積、且つ静止もしくは流動の分子膜を形成することができれば、第3の導入口21、第1の導入口22及び第2の導入口23から、両親媒性分子混合液25、第1の流体26もしくは第2の流体27を導入するためのさまざまな条件を限定するものではない。   The flow rate and flow rate of the amphiphilic molecule mixed solution 25, the first fluid 26 or the second fluid 27 are the pressure of the feed pump, the temperature of the system, the amphiphilic molecule mixed solution 25, the first fluid 26 or the second fluid. This relates to various factors such as the viscosity derived from the composition of the fluid 27, the cross-sectional area of the microchannel, the material constituting the injection channel or the microchannel, the length and the three-dimensional shape, but in the first embodiment, it is stable. If a large area and a stationary or flowing molecular film can be formed, the amphiphilic molecule mixed solution 25, the first inlet 25, the first inlet 22, and the second inlet 23 are passed through the third inlet 21, the first inlet 22, and the second inlet 23. The various conditions for introducing the second fluid 26 or the second fluid 27 are not limited.

マイクロチャンネル3は、図2に示すように、マイクロリアクタ1に形成された溝形状としてもよく、図4に示すように、リング状としてもよい。その他、用途、両親媒性分子(脂質)の種類及び分子膜の構成成分などの条件に応じて、楕円状、角状、六角状などの多角状の形状を有してもよい。又、マイクロチャンネル3の形状により、作製される分子膜は、平面状や円筒状の形状となる。図2(b)は、平面二分子膜の模式図であり、図4(b)は、円筒状二分子膜35の模式図である。   The microchannel 3 may have a groove shape formed in the microreactor 1 as shown in FIG. 2, or may have a ring shape as shown in FIG. In addition, it may have a polygonal shape such as an elliptical shape, a rectangular shape, or a hexagonal shape, depending on conditions such as the use, the type of amphiphilic molecule (lipid), and the constituent components of the molecular film. Further, depending on the shape of the microchannel 3, the molecular film to be produced has a planar shape or a cylindrical shape. FIG. 2B is a schematic diagram of a planar bimolecular film, and FIG. 4B is a schematic diagram of a cylindrical bimolecular film 35.

又、図5(a)に示す単管式マイクロチャンネルを集積することにより、図5の(b)に示す多管式マイクロチャンネルを提供することができる。尚、第1の実施の形態において、同様な分子膜を備えるマイクロリアクタ機能を有するものであれば、系のスケールアップ方法は特に限定されるものではない。   Further, by integrating the single-tube microchannels shown in FIG. 5A, a multi-tube microchannel shown in FIG. 5B can be provided. In the first embodiment, the system scale-up method is not particularly limited as long as it has a microreactor function having a similar molecular film.

又、マイクロチャンネル内で層流を形成させるために、レイノルズ数ReはRe≦2100でなければならない。一方、Reはマイクロチャンネル径(D)、流速(ν)、密度(ρ)及び溶液の粘度(μ)と以下のような関係がある。   In order to form a laminar flow in the microchannel, the Reynolds number Re must be Re ≦ 2100. On the other hand, Re has the following relationship with the microchannel diameter (D), flow velocity (ν), density (ρ), and solution viscosity (μ).

Re=Dνρ/μ
従って、本発明はマイクロチャンネルの径、流速、密度及び溶液の粘度を適切に組み合わせることにより、層流が得られた場合、流体の種類、チャンネル基板の材料、送液ポンプの種類、チャンネル径の大きさなどの条件に限定されるものではない。
Re = Dνρ / μ
Therefore, in the present invention, when a laminar flow is obtained by appropriately combining the diameter, flow rate, density and solution viscosity of the microchannel, the type of fluid, the material of the channel substrate, the type of liquid feed pump, the channel diameter It is not limited to conditions such as size.

又、安定な脂質二分子膜を形成するためにマイクロチャンネル内の各層流の線速度(L)は同じであることが望ましい。線速度は流体の密度(ρ)と管の断面積(S)と以下のような関係がある。   In order to form a stable lipid bilayer, it is desirable that the linear velocity (L) of each laminar flow in the microchannel be the same. The linear velocity has the following relationship with the fluid density (ρ) and the cross-sectional area (S) of the tube.

ρ1×L1×S1=ρ2×L2×S2 ……(1)
線速度(L)が同じである場合、即ち、L1=L2の場合、式(1)により、
ρ1×S1=ρ2×S2 ……(2)
が得られる。すなわち、流体の密度と管の断面積は式(3)のような関係がある。
ρ1 × L1 × S1 = ρ2 × L2 × S2 (1)
When the linear velocity (L) is the same, that is, when L1 = L2, the equation (1)
ρ1 × S1 = ρ2 × S2 (2)
Is obtained. That is, the density of the fluid and the cross-sectional area of the tube have a relationship as shown in the equation (3).

S1/S2=ρ2/ρ1 ……(3)
上記の関係式から明らかなように、一定の線速度を得るために、異なる密度を有する流体を流す場合、管の断面積を調整することで実現することができる。
S1 / S2 = ρ2 / ρ1 (3)
As is clear from the above relational expression, when fluids having different densities are flowed in order to obtain a constant linear velocity, this can be realized by adjusting the cross-sectional area of the tube.

(ハ)第3の導入口21から導入された両親媒性分子混合液25は、液/液層流間、気/液層流間もしくは液層流/壁面間に導入される。そして、液/液層流間、気/液層流間もしくは液層流/壁面間において、両親媒性分子混合液25を溶解するための溶媒が徐々に各層流相もしくはチャンネルの壁面に拡散され、残されたもので、液/液層流間、気/液層流間もしくは液層流/壁面間で、二次元もしくは三次元の安定した大面積の静止分子膜を作製することができる。   (C) The amphiphilic molecule mixed liquid 25 introduced from the third inlet 21 is introduced between the liquid / liquid laminar flow, between the gas / liquid laminar flow, or between the liquid laminar flow / wall surface. Then, in the liquid / liquid laminar flow, the gas / liquid laminar flow, or the liquid laminar flow / wall surface, the solvent for dissolving the amphiphilic molecule mixed solution 25 is gradually diffused to the wall surface of each laminar flow phase or channel. Thus, a stationary molecular film having a stable two-dimensional or three-dimensional area can be produced between the liquid / liquid laminar flow, the gas / liquid laminar flow, or the liquid laminar flow / wall surface.

次に、集積膜(分子集積膜)の作製方法について、図9及び図10を参照して説明する。   Next, a method for manufacturing an integrated film (molecular integrated film) will be described with reference to FIGS.

図9(a)に示すように、まず、第3の導入口21から両親媒性分子混合液を、第1の導入口22から流体を導入する。第3の導入口21及び第1の導入口22は可動であり、出口にも可動性のバリア40bを設置する。そして、第1層目の脂質二分子膜(分子膜)5が作製されると、図9(b)第3の導入口21と一体となったバリア40a及び出口に設けられたバリア40bを下方へ移動させ、第2層目、第3層目、・・・・・・、と集積膜(分子集積膜)が徐々に形成されていく。このとき、第1の導入口22の下方に設けられたバリア40cも徐々に上方へ移動させてもよい。又、集積膜7が増えると同時に、流体が流れるチャンネルが狭くなると同時に、流速も早くなる傾向を示すが、これは、チャンネルの幅と大きさに応じて、流体の流入流速を徐々に減少させることにより制御することができる。尚、第1の導入口22および第3の導入口21にかかる圧力は、P1>P2となる。   As shown in FIG. 9A, first, an amphiphilic molecule mixed solution is introduced from the third introduction port 21, and a fluid is introduced from the first introduction port 22. The third inlet 21 and the first inlet 22 are movable, and a movable barrier 40b is also installed at the outlet. When the lipid bilayer membrane (molecular membrane) 5 of the first layer is produced, the barrier 40a integrated with the third inlet 21 and the barrier 40b provided at the outlet are moved downward as shown in FIG. And the integrated film (molecular integrated film) is gradually formed with the second layer, the third layer,... At this time, the barrier 40c provided below the first inlet 22 may also be gradually moved upward. In addition, as the integrated film 7 increases, the channel through which the fluid flows becomes narrower and the flow velocity tends to increase, but this gradually decreases the inflow velocity of the fluid according to the width and size of the channel. Can be controlled. The pressure applied to the first introduction port 22 and the third introduction port 21 is P1> P2.

又、図10に示すように、第3の導入口21の出口に設けられたバリア40d、40e、40fを、両親媒性分子混合液が導入される方向に吸引することにより、分子膜5を形成するようにしてもよい。   Further, as shown in FIG. 10, the molecular film 5 is formed by sucking the barriers 40d, 40e, 40f provided at the outlet of the third introduction port 21 in the direction in which the amphiphilic molecule mixed solution is introduced. You may make it form.

第1の実施の形態に係る分子膜5は、両親媒性分子混合液25と第1の流体26及び第2の流体27の種類と組成、又流出速度などのさまざまな分子膜の作製条件に応じて、単分子膜、二分子膜、脂質ニ分子膜、逆二分子膜、脂質多重層膜、分子多重層膜、ミセル、逆ミセル、ベシクル、逆ベシクル、エマルジョン及びLB膜などの構造で単独もしくは混合な形態で存在可能である。   The molecular film 5 according to the first embodiment has various molecular film production conditions such as the type and composition of the amphiphilic molecule mixed solution 25, the first fluid 26 and the second fluid 27, and the outflow speed. Depending on the structure of monolayer, bilayer, lipid bilayer, reverse bilayer, lipid multilayer, molecular multilayer, micelle, reverse micelle, vesicle, reverse vesicle, emulsion and LB membrane alone Alternatively, it can exist in a mixed form.

第1の実施の形態に係る分子膜の作製方法によると、マイクロチャンネル内の両液相は層流のため、安定した分子膜あるいは脂質二分子膜を作製することができる。又、チャンネルの長さを伸ばすことにより大面積の二分子膜あるいは脂質二分子膜を作製することができる。又、両親媒性分子あるいは脂質を溶解させる溶媒の迅速拡散により、二分子膜あるいは脂質二分子膜の迅速作製が可能となる。更に、劣化膜の再生が容易となる。   According to the method for producing a molecular film according to the first embodiment, since both liquid phases in the microchannel are laminar, a stable molecular film or a lipid bimolecular film can be produced. Further, a bilayer membrane or lipid bilayer membrane having a large area can be produced by extending the length of the channel. In addition, rapid diffusion of a solvent that dissolves amphiphilic molecules or lipids enables rapid production of bilayers or lipid bilayers. Furthermore, it becomes easy to regenerate the deteriorated film.

(分子膜を備えるマイクロリアクタの特性と応用)
分子膜を備えるマイクロリアクタの典型的な反応工学的特徴としては、以下の点が挙げられる。
(Characteristics and application of microreactor with molecular film)
Typical reaction engineering characteristics of a microreactor equipped with a molecular film include the following points.

1)攪拌に伴う酵素のずり変性が生じない。 1) No shearing of the enzyme occurs with stirring.

2)繁雑な酵素固定化処理が不必要であり、更に、固定化処理による酵素活性の劣化がない。 2) A complicated enzyme immobilization treatment is unnecessary, and there is no degradation of enzyme activity due to the immobilization treatment.

3)副反応が殆ど生じない。 3) Almost no side reaction occurs.

4)反応温度の制御は容易であり、反応速度の制御ができる。 4) The reaction temperature can be easily controlled and the reaction rate can be controlled.

5)濃度分布が生じ難いので、反応系のスケールアップが容易である。 5) Since the concentration distribution hardly occurs, the reaction system can be easily scaled up.

6)比表面積と比界面積が大きいため、分子拡散距離が短く、拡散律速反応が劇的に加速される。 6) Since the specific surface area and specific interface area are large, the molecular diffusion distance is short, and the diffusion-controlled reaction is dramatically accelerated.

7)強制対流を起こさせるための攪拌動力を必要としないため、省エネルギー型の反応システムを構築することができる。 7) Since an agitation power for causing forced convection is not required, an energy-saving reaction system can be constructed.

8)反応熱を素早く拡散させることができるため、急激な反応を起こさせることができる。 8) Since the reaction heat can be diffused quickly, a rapid reaction can be caused.

本発明の第1の実施の形態に係る分子膜を備えるマイクロリアクタの特徴として、更に、以下の点が挙げられる。   Features of the microreactor including the molecular film according to the first embodiment of the present invention include the following points.

1)バイオリアクタもしくはバイオセンサへの応用において、繁雑な酵素の固定化処理が不必要であり、更に、固定化処理による酵素活性の劣化がない。 1) In application to a bioreactor or a biosensor, a complicated enzyme immobilization treatment is unnecessary, and further, there is no degradation of enzyme activity due to the immobilization treatment.

2)劣化膜の再生が容易である。 2) It is easy to regenerate the deteriorated film.

3)脂質ニ分子膜を有すマイクロリアクタは生体膜のすべての機能を有する。 3) A microreactor having a lipid bilayer membrane has all the functions of a biological membrane.

例えば、生体膜に流動性があることの利点と同様に、マイクロチャンネル内の脂質二分子膜も流動性がある。膜の流動性により、以下の利点が挙げられる。   For example, the lipid bilayer membrane in the microchannel is fluid as well as the advantage of fluidity in the biological membrane. The following advantages can be mentioned depending on the fluidity of the membrane.

1)分子代謝交換が連続的に行われ、膜は細胞と同様に新しい環境に適応できるようになる。 1) The molecular metabolic exchange takes place continuously and the membrane can adapt to the new environment as well as the cells.

2)膜中のタンパク質の移動が可能である。 2) The protein can move in the membrane.

又、マイクロチャンネル内の脂質二分子膜は生体膜と同じ特性を有する。例えば、
1) 膜タンパク質分子やこの複合体の機能発現は膜脂質の間には密接な関係がある。
The lipid bilayer membrane in the microchannel has the same characteristics as the biological membrane. For example,
1) The functional expression of membrane protein molecules and this complex is closely related to membrane lipids.

2) 膜には、脂肪酸組成やリン脂質/コレステロール比に依存した流動性がある。   2) The membrane has fluidity depending on the fatty acid composition and the phospholipid / cholesterol ratio.

3) 膜には表と裏がある。   3) The membrane has a front and back.

又、マイクロチャンネル内の脂質二分子膜は生体膜と同じ機能を果たすことができる。例えば、
(1)両液相の境界になる。
The lipid bilayer membrane in the microchannel can perform the same function as the biological membrane. For example,
(1) It becomes a boundary between both liquid phases.

(2)物質の輸送を行う。   (2) Transporting substances.

(3)物質及びエネルギーの変換を行う場となる。   (3) It will be a place to convert materials and energy.

(4)情報の受容、伝達と処理を行う。   (4) Accept, transmit and process information.

上記の生体膜の機能を概略すると、生体膜である脂質二分子膜は細胞膜を外界や他の細胞から隔離する隔壁であるだけではなく、物質認識や透過、情報の変換や伝達、酵素反応などの場として重要な役割を果たしている。生体膜の機能と同様に、本発明は、さまざまな生体機能、又は新機能を持った人工細胞膜モデルを創出し、その機能をマイクロリアクタによって発現・実現することができる。   To summarize the functions of the above biological membranes, the lipid bilayer membrane, which is a biological membrane, is not only a partition that isolates the cell membrane from the outside world and other cells, but also substance recognition and permeation, information conversion and transmission, enzyme reaction, etc. It plays an important role as a place. Similar to the function of the biological membrane, the present invention can create an artificial cell membrane model having various biological functions or new functions, and the function can be expressed and realized by the microreactor.

(分子膜を備えるマイクロバイオリアクタ)
具体的に、上記のような生体膜機能の特徴を利用して、例えば、生体膜などの分子膜を有するマイクロリアクタ系をバイオリアクタプロセスに応用すれば、酵素反応系において、100%の反応率を達成することができる。このバイオリアクタプロセスについて、図11〜図19を用いて説明する。
(Micro bioreactor with molecular membrane)
Specifically, using the characteristics of the biological membrane function as described above, for example, if a microreactor system having a molecular membrane such as a biological membrane is applied to a bioreactor process, a reaction rate of 100% is achieved in the enzyme reaction system. Can be achieved. This bioreactor process will be described with reference to FIGS.

なお、図11〜図19に示された脂質混合液とは、両親媒性分子混合液を調製する際、その両親媒性分子として、脂質を用いた場合である。分子膜を備えるマイクロバイオリアクタの分子膜を形成する両親媒性分子として、特に脂質に限定されるものではない。   The lipid mixture shown in FIGS. 11 to 19 is a case where lipid is used as the amphiphilic molecule when preparing the amphiphilic molecule mixture. The amphiphilic molecules that form the molecular membrane of the microbioreactor including the molecular membrane are not particularly limited to lipids.

又、図11〜図19に、分子膜を備えるマイクロバイオリアクタの反応系は均相系{水相(W)/水相(W)}および{油相(O)/油相(O)}、もしくは異相系{油相(O)/水相(W)}の例を列挙して、マイクロバイオリアクタのプロセスを説明するが、異相系の場合は{水相(W)/気相(V)}或いは{油相(O)/気相(V)}の組み合わせであっても構わない。   In addition, in FIGS. 11 to 19, the reaction system of the microbioreactor provided with the molecular film is a soaking system {water phase (W) / water phase (W)} and {oil phase (O) / oil phase (O)}. Alternatively, examples of the heterophasic system {oil phase (O) / water phase (W)} will be listed to describe the process of the microbioreactor. In the case of the heterophasic system, {water phase (W) / gas phase (V )} Or a combination of {oil phase (O) / gas phase (V)}.

例えば、図11に示すように、マイクロリアクタ1内に、第3の導入口21から両親媒性分子混合液(脂質混合液25)(L)、第1の導入口22から基質(S)を含む溶液、第2の導入口23から酵素+基質(E+S)あるいは酵素(E)を含む溶液をそれぞれ導入し、均相系{水相(W)/水相(W)}あるいは、異相系{油相(O)/水相(W)}とする。基質(S)は、分子膜5を通過し、酵素(E)と複合体を形成し、生成物(P)が生成される。生成物(P)は分子膜5を透過することができる。このように生成される生成物として、抗生物質が挙げられる。例えば、図11のプロセスにおいて、図12に示すように、7−アミノセファロスポラン酸が生成される。又、生成物(P)を回収する際、未反応の基質(S)を第1の導入口22へ戻す。このプロセスにおける酵素はマイクロチャンネルの一定空間内に固定化されている。   For example, as shown in FIG. 11, the microreactor 1 includes an amphiphilic molecule mixed solution (lipid mixed solution 25) (L) from the third inlet 21 and a substrate (S) from the first inlet 22. Solution, solution containing enzyme + substrate (E + S) or enzyme (E) is introduced from second inlet 23, respectively, soaking system {aqueous phase (W) / aqueous phase (W)} or heterophasic system {oil Phase (O) / water phase (W)}. The substrate (S) passes through the molecular film 5, forms a complex with the enzyme (E), and a product (P) is generated. The product (P) can permeate the molecular film 5. An antibiotic is mentioned as a product produced | generated in this way. For example, in the process of FIG. 11, as shown in FIG. 12, 7-aminocephalosporanic acid is produced. Further, when the product (P) is recovered, the unreacted substrate (S) is returned to the first inlet 22. The enzyme in this process is immobilized in a certain space of the microchannel.

図11に示すバイオリアクタプロセスによると、抗生物質などの生産を行うことができる。   According to the bioreactor process shown in FIG. 11, antibiotics and the like can be produced.

又、図13に示すように、マイクロリアクタ1内に、第3の導入口21から酵素(E)を含む脂質混合液(L)、第1の導入口22から基質(S)を含む溶液{水相(W)或いは油相(O)}、第2の導入口23から溶液{水相(W)或いは油相(O)}をそれぞれ導入し、均相系{水相(W)/水相(W)}あるいは{油相(O)/油相(O)}とする。基質(S)は、分子膜5内の酵素(E)と複合体を形成し、生成物(P)が生成される。このプロセスにおける酵素は分子膜に固定化される。このように生成される生成物として、ステロイドが挙げられる。例えば、図13のプロセスにおいて、図14に示すように、ステロイドが生成される。又、生成物(P)を回収する際、未反応の基質(S)を第1の導入口22へ戻す。   In addition, as shown in FIG. 13, in the microreactor 1, a liquid mixture (L) containing the enzyme (E) from the third inlet 21 and a solution containing the substrate (S) from the first inlet 22 {water Phase (W) or oil phase (O)}, and the solution {water phase (W) or oil phase (O)} is introduced from the second inlet 23, respectively, and the soaking system {water phase (W) / water phase (W)} or {oil phase (O) / oil phase (O)}. The substrate (S) forms a complex with the enzyme (E) in the molecular film 5 to produce a product (P). The enzyme in this process is immobilized on the molecular membrane. A steroid is mentioned as a product produced | generated in this way. For example, in the process of FIG. 13, a steroid is generated as shown in FIG. Further, when the product (P) is recovered, the unreacted substrate (S) is returned to the first inlet 22.

図13に示すバイオリアクタプロセスによると、ステロイドなどの生産を行うことができる。又、拡散系反応の場合は、基質又は生成物の拡散律速の問題が反応系のマイクロ化により解消することができる。   According to the bioreactor process shown in FIG. 13, steroids and the like can be produced. In the case of a diffusion system reaction, the problem of substrate or product diffusion rate control can be solved by miniaturizing the reaction system.

又、図15に示すように、図11で説明したバイオリアクタプロセスは、分子膜5を通過していない生成物(P)、及び分子膜を透過する生成物(P)を回収するとともに、酵素(E)と未反応の基質(S)をリサイクルする構造を更に備えてもよい。図15は、図11と同様、マイクロリアクタ1内に、第3の導入口21から脂質混合液(L)、第1の導入口22から基質(S)を含む水相(W)あるいは油相(O)、第2の導入口23から酵素+基質(E+S)を含む水相(W)を導入し、均相系{水相(W)/水相(W)}あるいは、異相系{油相(O)/水相(W)}とする。基質(S)は、分子膜5を通過し、酵素(E)と複合体を形成し、生成物(P)が生成される。このとき、分子膜5を通過していない生成物(P)を限外濾過、クロマトグラフィーや晶析などの方法で回収するとともに、酵素(E)及び未反応の基質(S)を第2の導入口23へ戻す。又、分子膜を透過する生成物(P)は限外濾過、クロマトグラフィーや晶析などの方法で分離し、生成物(P)を回収するとともに、未反応基質(S)を第1の導入口22或いは第2の導入口23へ戻す。   As shown in FIG. 15, the bioreactor process described in FIG. 11 collects the product (P) that has not passed through the molecular membrane 5 and the product (P) that permeates the molecular membrane, You may further provide the structure which recycles (E) and an unreacted substrate (S). FIG. 15 is similar to FIG. 11, in the microreactor 1, an aqueous phase (W) or an oil phase (L) containing a lipid mixture (L) from the third inlet 21 and a substrate (S) from the first inlet 22. O), the aqueous phase (W) containing the enzyme + substrate (E + S) is introduced from the second inlet 23, and the homogeneous phase system {aqueous phase (W) / aqueous phase (W)} or heterogeneous system {oil phase (O) / water phase (W)}. The substrate (S) passes through the molecular film 5, forms a complex with the enzyme (E), and a product (P) is generated. At this time, the product (P) that has not passed through the molecular membrane 5 is recovered by a method such as ultrafiltration, chromatography, or crystallization, and the enzyme (E) and unreacted substrate (S) are secondly recovered. Return to the inlet 23. In addition, the product (P) that permeates the molecular membrane is separated by methods such as ultrafiltration, chromatography and crystallization, and the product (P) is recovered and the unreacted substrate (S) is first introduced. Return to mouth 22 or second inlet 23.

図15に示すバイオリアクタプロセスによると、生成物(P)、酵素(E)及び未反応基質(S)の迅速回収が可能となる。   According to the bioreactor process shown in FIG. 15, the product (P), enzyme (E), and unreacted substrate (S) can be quickly recovered.

又、図16に示すように、図13で説明したバイオリアクタプロセスは、分子膜5の両側のマイクロチャンネル内で生成される生成物(P)を限外濾過、クロマトグラフィーや晶析などの方法で回収するとともに、未反応の基質(S)をリサイクルする構造を更に備えてもよい。図16は、図13と同様、第3の導入口21から酵素(E)を含む脂質混合液(L)、第2の導入口23から水相(W)あるいは油相(O)、第1の導入口22から基質(S)を含む水相(W)或いは油相(O)をそれぞれ導入し、均相系{水相(W)/水相(W)}あるいは{油相(O)/油相(O)}とする。基質(S)は、分子膜5内の酵素(E)と複合体を形成し、生成物(P)が生成される。このとき、分子膜5の両側に生成される生成物(P)を限外濾過、クロマトグラフィーや晶析などの方法で回収するとともに、未反応の基質(S)を第2の導入口及び第2の導入口23へ戻す。   Also, as shown in FIG. 16, the bioreactor process described in FIG. 13 is a method such as ultrafiltration, chromatography, crystallization, etc., for the product (P) produced in the microchannels on both sides of the molecular membrane 5. And a structure for recycling the unreacted substrate (S). FIG. 16 is similar to FIG. 13, the lipid mixture (L) containing the enzyme (E) from the third inlet 21, the water phase (W) or the oil phase (O) from the second inlet 23, the first The water phase (W) or the oil phase (O) containing the substrate (S) is introduced from the introduction port 22 of the water, respectively, and the soaking system {water phase (W) / water phase (W)} or {oil phase (O) / Oil phase (O)}. The substrate (S) forms a complex with the enzyme (E) in the molecular film 5 to produce a product (P). At this time, the product (P) produced on both sides of the molecular film 5 is recovered by a method such as ultrafiltration, chromatography or crystallization, and unreacted substrate (S) is removed from the second inlet and the second inlet. 2 to the inlet 23.

図16に示すバイオリアクタプロセスによると、生成物(P)及び未反応基質(S)の迅速回収が可能となる。   According to the bioreactor process shown in FIG. 16, the product (P) and the unreacted substrate (S) can be quickly recovered.

又、図17に示すように、マイクロリアクタ1内に、第3の導入口21から脂質混合液(L)、第1の導入口22から基質(S2)を含む溶液、第2の導入口23から酵素+基質(E+S1)を含む溶液を導入し、均相系{水相(W)/水相(W)}あるいは、異相系(油相(O)/水相(W))とする。基質(S2)は、分子膜5を通過し、基質(S1)と共に酵素(E)と複合体を形成し、生成物(P1)及び生成物(P2)が生成される。生成物(P2)のみは、分子膜5を透過することができる。そして、生成物(P1)を回収する際、酵素(E)及び未反応の基質(S1、S2)を第2の導入口23へ戻す。一方、生成物(P2)を回収する際、未反応の基質(S2)を第1の導入口22へ戻す。   In addition, as shown in FIG. 17, in the microreactor 1, a solution containing the lipid mixture (L) from the third inlet 21, a solution containing the substrate (S 2) from the first inlet 22, and from the second inlet 23. A solution containing the enzyme + substrate (E + S1) is introduced to obtain a soaking system {aqueous phase (W) / aqueous phase (W)} or a heterogeneous system (oil phase (O) / aqueous phase (W)). The substrate (S2) passes through the molecular film 5, forms a complex with the enzyme (E) together with the substrate (S1), and a product (P1) and a product (P2) are generated. Only the product (P2) can permeate the molecular film 5. Then, when recovering the product (P1), the enzyme (E) and the unreacted substrates (S1, S2) are returned to the second inlet 23. On the other hand, when the product (P2) is recovered, the unreacted substrate (S2) is returned to the first inlet 22.

図17に示すバイオリアクタプロセスによると、生成物(P1、P2)の分離、及び未反応基質(S1、S2)の迅速回収が可能となる。   According to the bioreactor process shown in FIG. 17, separation of products (P1, P2) and rapid recovery of unreacted substrates (S1, S2) are possible.

又、図18に示すように、マイクロリアクタ1内に、第3の導入口21から酵素(E)を含む脂質混合液(L)、第1の導入口22から基質(S2)を含む溶液、第2の導入口23から基質(S1)を含む溶液をそれぞれ導入し、異相系{油相(O)/水相(W)}とする。基質(S1、S2)は、分子膜5内の酵素(E)と複合体を形成し、生成物(P1、P2)が生成される。そして、生成物(P1)を回収する際、未反応の基質(S1)を第2の導入口23へ戻す。一方、生成物(P2)を回収する際、未反応の基質(S2)を第1の導入口22へ戻す。   In addition, as shown in FIG. 18, in the microreactor 1, a solution containing the lipid (L) containing the enzyme (E) from the third inlet 21 and the substrate (S2) from the first inlet 22, The solution containing the substrate (S1) is introduced from each of the two inlets 23 to obtain a heterophasic system {oil phase (O) / water phase (W)}. The substrates (S1, S2) form a complex with the enzyme (E) in the molecular film 5, and products (P1, P2) are generated. Then, when the product (P1) is recovered, the unreacted substrate (S1) is returned to the second inlet 23. On the other hand, when the product (P2) is recovered, the unreacted substrate (S2) is returned to the first inlet 22.

図18に示すバイオリアクタプロセスによると、生成物(P1、P2)の分離、及び未反応基質(S1、S2)の迅速回収が可能となる。   According to the bioreactor process shown in FIG. 18, separation of products (P1, P2) and rapid recovery of unreacted substrates (S1, S2) are possible.

又、図19に示すように、マイクロリアクタ1内に、第3の導入口21から酵素(E)を含む脂質混合液(L)、第1の導入口22から基質(S2)を含む溶液、第2の導入口23から基質(S1)を含む溶液をそれぞれ導入し、均相系{水相(W)/水相(W)}あるいは{油相(O)/油相(O)}とする。基質(S1、S2)は、分子膜5内の酵素(E)と複合体を形成し、生成物(P1、P2)が生成される。そして、生成物(P1)を回収する際、未反応の基質(S1)を第2の導入口23へ戻す。一方、生成物(P2)を回収する際、未反応の基質(S2)を第3の導入口21へ戻す。   Further, as shown in FIG. 19, in the microreactor 1, a lipid mixture (L) containing the enzyme (E) from the third inlet 21, a solution containing the substrate (S 2) from the first inlet 22, The solution containing the substrate (S1) is respectively introduced from the inlet 23 of No. 2 to obtain a soaking system {aqueous phase (W) / aqueous phase (W)} or {oil phase (O) / oil phase (O)}. . The substrates (S1, S2) form a complex with the enzyme (E) in the molecular film 5, and products (P1, P2) are generated. Then, when the product (P1) is recovered, the unreacted substrate (S1) is returned to the second inlet 23. On the other hand, when the product (P2) is recovered, the unreacted substrate (S2) is returned to the third inlet 21.

図19に示すバイオリアクタプロセスによると、生成物(P1、P2)の分離、及び未反応基質(S1、S2)の迅速回収が可能となる。   According to the bioreactor process shown in FIG. 19, separation of products (P1, P2) and rapid recovery of unreacted substrates (S1, S2) are possible.

(分子膜を備えるマイクロリアクタによる膜融合と抽出)
又、第1の実施形態では、図20に示すように、脂質二分子膜5との膜融合により、細胞内もしくは脂質二分子膜をもつウィルス内のタンパク質、核酸などの生体関連物質9を抽出することができる。この方法を用いる場合、ウィルスを検知するために、細胞粉砕など一連の抽出・精製過程を経る必要がなく、直接、原因タンパク及びウィルスの核酸を抽出することができる。
(Membrane fusion and extraction by microreactor with molecular membrane)
Further, in the first embodiment, as shown in FIG. 20, bio-related substances 9 such as proteins and nucleic acids in cells or viruses having lipid bilayers are extracted by membrane fusion with lipid bilayers 5. can do. When this method is used, it is not necessary to go through a series of extraction and purification processes such as cell crushing in order to detect viruses, and the causative protein and the nucleic acid of the virus can be directly extracted.

又、第1の実施形態は、図20においては、条件制御部12の一つである電圧印加装置によって膜の両側に設置された電極51a、51bに、瞬間的に直流の高電圧、或いは交流の電圧を印加する。このとき、脂質二分子膜5が乱れるため、細胞融合が起こりやすくなる。細胞8は、脂質二分子膜5と膜融合する際、生体内の細胞融合と同様に、細胞内の小器官(核酸、タンパク質、小胞体、ゴルジ体とリボソームなど)を放出する。又、他の検出手法(例えば、プロテインセンサ及び遺伝子センサ)と併用することにより、高感度、簡便、迅速に抽出された原因タンパク質、核酸を検知することができる。なお、分子膜に与える刺激は上記の電気的な刺激に限らず、流体のpH、流体および分子膜の温度などを変化させることによって、電気的刺激と同様な効果が得られる。   Further, in the first embodiment, in FIG. 20, the electrodes 51 a and 51 b installed on both sides of the film by the voltage applying device which is one of the condition control units 12 are instantaneously applied with a high direct current voltage or alternating current. Apply a voltage of. At this time, since the lipid bilayer membrane 5 is disturbed, cell fusion is likely to occur. When the cell 8 is fused with the lipid bilayer membrane 5, the cell organelles (nucleic acid, protein, endoplasmic reticulum, Golgi apparatus, ribosome, etc.) are released in the same manner as in vivo cell fusion. Moreover, by using together with other detection methods (for example, a protein sensor and a gene sensor), the causative protein and the nucleic acid extracted with high sensitivity, simple and rapid can be detected. The stimulus applied to the molecular film is not limited to the electrical stimulus described above, and the same effect as the electrical stimulus can be obtained by changing the pH of the fluid, the temperature of the fluid and the molecular film, and the like.

又、図21に示すように、脂質二分子膜5に電圧を印加することにより、流体中の生体関連物質9、特にタンパク質を脂質二分子膜5の反対側の液相に抽出する。電極51a、51bとしては、線状、点状などの電極面を有する微小電極を用いることが可能である。同様の抽出方法により、無細胞タンパク質合成で合成されるペプチド、ポリペプチド、タンパク質などを抽出することができる。この場合、生成されたタンパク質は直ちに抽出、分離されるため、タンパク質の凝集を防ぐことができる。   In addition, as shown in FIG. 21, by applying a voltage to the lipid bilayer membrane 5, the biological material 9, particularly protein, in the fluid is extracted to the liquid phase on the opposite side of the lipid bilayer membrane 5. As the electrodes 51a and 51b, it is possible to use microelectrodes having an electrode surface such as a line shape or a dot shape. Peptides, polypeptides, proteins and the like synthesized by cell-free protein synthesis can be extracted by the same extraction method. In this case, since the produced protein is immediately extracted and separated, protein aggregation can be prevented.

(第1の実施の形態に係るマイクロリアクタの作用及び効果)
第1の実施の形態に係るマイクロリアクタによると、滞留もしくは流動させることができ、安定した大面積を有し、様々な物質が導入可能な単分子膜、二分子膜、脂質二分子膜、逆二分子膜、分子多重層膜、脂質多重層膜、ミセル、逆ミセル、ベシクル、逆ベシクル、エマルジョン、LB膜のいずれか一つ、もしくはこれらが混在した構造、二次元の平面状、三次元の柱状、円錐状、切頭円錐状、円筒状、楕円筒状と、多角状の少なくとも1つ以上の形状からなる分子膜を自動、迅速、連続に作製することができる。又、第1の実施の形態に係るマイクロリアクタを用いることにより、様々な迅速化学反応、バイオリアクタ、分離(抽出)システム及びバイオセンシングシステムを提供することができる。
(Operation and effect of the microreactor according to the first embodiment)
According to the microreactor according to the first embodiment, the monolayer, the bilayer, the lipid bilayer, the reverse bilayer, which can be retained or flowed, have a stable large area, and can introduce various substances. Molecular film, molecular multilayer film, lipid multilayer film, micelle, reverse micelle, vesicle, reverse vesicle, emulsion, LB film, or a mixture of these, two-dimensional planar, three-dimensional columnar A molecular film having at least one of a conical shape, a truncated conical shape, a cylindrical shape, an elliptical cylindrical shape, and a polygonal shape can be produced automatically, rapidly, and continuously. Further, by using the microreactor according to the first embodiment, various rapid chemical reactions, bioreactors, separation (extraction) systems, and biosensing systems can be provided.

又、第1の実施の形態に係るマイクロリアクタによると、生体膜と同様な機能を有する脂質二分子膜を作製でき、新たなマイクロ化学反応場として提供すると共に、生体膜における様々な情報伝達及び物質透過機構の解明に寄与することができる。   In addition, according to the microreactor according to the first embodiment, a lipid bimolecular membrane having the same function as that of a biological membrane can be produced and provided as a new microchemical reaction field, and various information transmission and substances in the biological membrane can be provided. It can contribute to the elucidation of the permeation mechanism.

又、第1の実施の形態に係るマイクロリアクタによると、新規化学物質や新薬などが生体系に与える影響を確認、予測することができる。更に、新規微量・高感度バイオセンシング、高効率(100%)バイオリアクタ(常温、常圧)及び高効率、連続、低副産物の迅速化学反応システムを提供することができる。   In addition, according to the microreactor according to the first embodiment, it is possible to confirm and predict the influence of a new chemical substance or a new drug on a biological system. Furthermore, it is possible to provide a novel trace amount / high sensitivity biosensing, a high efficiency (100%) bioreactor (normal temperature, normal pressure) and a high efficiency, continuous, low byproduct rapid chemical reaction system.

以下、本発明の第1の実施の形態に係る実施例について説明する。   Examples according to the first embodiment of the present invention will be described below.

(比較例1)
図22に示すように、30℃の恒温条件に調整した石英セルに第1の流体26として3 M エタノールと0.5 mM NAD+を含む50 mMトリス緩衝液(pH 8.5)3 mlを入れる。第2の流体27として30μg/lアルコールデヒドロゲナーゼを含む50 mMトリス緩衝液(pH 8.5)100 μlを入れて反応を開始する。
(Comparative Example 1)
As shown in FIG. 22, 3 ml of 50 mM Tris buffer (pH 8.5) containing 3 M ethanol and 0.5 mM NAD + is added as the first fluid 26 to a quartz cell adjusted to a constant temperature of 30 ° C. The reaction is started by adding 100 μl of 50 mM Tris buffer (pH 8.5) containing 30 μg / l alcohol dehydrogenase as the second fluid 27.

反応の進行は、吸光度340 nm(NADHの特性吸収波長)で追跡する。   The progress of the reaction is followed by absorbance at 340 nm (NADH's characteristic absorption wavelength).

比較例1の反応はマイクロリチャンネル内に分子膜が存在しない場合の反応である。   The reaction of Comparative Example 1 is a reaction when no molecular film is present in the microrechannel.

(実施例1)
図22に示すように、均相系{水相(W)/水相(W)}において、両親媒性分子混合液(脂質混合液25)として5 mg/ml レシチンを含むn-デカン溶液、第1の流体26として0.3 M エタノールと0.1%牛血清アルブミンを含む50 mMトリス緩衝液(pH 8.5)、第2の流体27として0.5 mM NAD+ と1μg/lアルコールデヒドロゲナーゼと0.1%牛血清アルブミンを含む50 mMトリス緩衝液(pH 8.5)を用いる。その他の条件及び生成物は以下の通りである。
Example 1
As shown in FIG. 22, an n-decane solution containing 5 mg / ml lecithin as an amphiphilic molecule mixed solution (lipid mixed solution 25) in a homogeneous phase system {aqueous phase (W) / aqueous phase (W)} First fluid 26 contains 50 mM Tris buffer (pH 8.5) containing 0.3 M ethanol and 0.1% bovine serum albumin, and second fluid 27 contains 0.5 mM NAD +, 1 μg / l alcohol dehydrogenase and 0.1% bovine serum albumin. Use 50 mM Tris buffer (pH 8.5). Other conditions and products are as follows.

実施例1の反応はマイクロチャンネル内に分子膜が存在するときの反応である。   The reaction of Example 1 is a reaction when a molecular film is present in the microchannel.

酵素:アルコールデヒドロゲナーゼ
基質:エタノール
補酵素:ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(酸化型)(NAD+)
生成物:アセトアルデヒド、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(還元型)(NADH)
30℃の恒温条件に調整したマイクロリアクタの第1の導入口22より所定流速で第1の流体26を流す。一方、第2の導入口23より第1の導入口22と同じ流速で第2の流体27を流す。更に、第3の導入口21より両親媒性分子混合液(脂質混合液25)を所定流速で流す。マイクロリアクタ1内では、以下の反応が起こる。
Enzyme: Alcohol dehydrogenase Substrate: Ethanol coenzyme: Nicotinamide adenine dinucleotide (oxidized form) (NAD +)
Products: acetaldehyde, nicotinamide adenine dinucleotide (reduced form) (NADH)
The first fluid 26 is caused to flow at a predetermined flow rate from the first inlet 22 of the microreactor adjusted to a constant temperature condition of 30 ° C. On the other hand, the second fluid 27 is caused to flow from the second inlet 23 at the same flow rate as that of the first inlet 22. Further, an amphiphilic molecule mixed solution (lipid mixed solution 25) is caused to flow from the third inlet 21 at a predetermined flow rate. The following reaction occurs in the microreactor 1.

CH3CH2OH + NAD+ =CH3CHO + NADH + H+
反応の進行は、吸光度340 nm(NADHの特性吸収波長)で追跡する。
CH3CH2OH + NAD + = CH3CHO + NADH + H +
The progress of the reaction is followed by absorbance at 340 nm (NADH's characteristic absorption wavelength).

(結果)
実施例1の系は比較例1の系と比較して、反応速度および一定反応時間におけるアセトアルデヒドの転化率が共に向上した。具体的に、反応速度は約4倍向上し、5分経過後のアセトアルデヒドの転化率は約3倍向上した(図23参照)。
(result)
Compared with the system of Comparative Example 1, the system of Example 1 improved both the reaction rate and the conversion of acetaldehyde at a constant reaction time. Specifically, the reaction rate was improved about 4 times, and the conversion rate of acetaldehyde after 5 minutes was improved about 3 times (see FIG. 23).

第1の実施の形態に係る分子膜を備えるマイクロリアクタを用いた酵素反応系に示した高反応速度と高転化率の特徴は、下記のような二つの典型的な特徴によるものであると考えられる。   The characteristics of the high reaction rate and high conversion shown in the enzyme reaction system using the microreactor including the molecular film according to the first embodiment are considered to be due to the following two typical characteristics. .

(1)基質であるエタノールは溶液中で酵素の変性剤としても働くため、脂質二分子膜がない場合、エタノールの濃度が高くなると、酵素は活性の安定性を失ってしまう。脂質二分子膜がある場合、脂質二分子膜を介してエタノールが徐々に酵素が存在する側の水相に拡散してくるため、このような酵素の変性が避けられる。又、従来系では、酵素の活性を失わないために、低濃度のエタノールを含む溶液で反応を行わなければならないので、低濃度の反応生成物であるアセトアルデヒドしか得られない。高濃度のアセトアルデヒドを得るためには、更に、別の手段を用いて、濃縮させなければならない問題がある。この系を用いることにより、上記の問題を解決され、高濃度のアセトアルデヒトの生産が可能になる。   (1) Since ethanol, which is a substrate, also acts as an enzyme denaturant in the solution, if there is no lipid bilayer, the enzyme loses its activity stability when the ethanol concentration increases. In the case where there is a lipid bilayer membrane, ethanol gradually diffuses through the lipid bilayer membrane into the aqueous phase where the enzyme is present, so that such denaturation of the enzyme can be avoided. Further, in the conventional system, in order not to lose the activity of the enzyme, the reaction must be carried out in a solution containing a low concentration of ethanol, so that only acetaldehyde which is a low concentration reaction product can be obtained. In order to obtain a high concentration of acetaldehyde, there is a further problem that it must be concentrated using another means. By using this system, the above problems can be solved, and production of a high concentration of acetaldehyde can be achieved.

(2)化学平衡がシフトし、転化率及び反応収率を上げることができる。この酵素反応系は可逆系であり、脂質二分子膜がない場合は、生成物であるアセトアルデヒドの生産は化学平衡に達した時点で反応がストップしてしまう問題があり、高反応収率を得ることができない。分子膜を備えるマイクロリアクタを用いることにより、酵素反応で生成されたアセトアルデヒドは速やかに脂質二分子膜の反対側に拡散され、酵素反応側から除外されるため、化学平衡がアセトアルデヒドを生成する反応方向へシフトし、高い反応収率を得ることが出来る。   (2) The chemical equilibrium is shifted, and the conversion rate and reaction yield can be increased. This enzyme reaction system is a reversible system, and when there is no lipid bilayer membrane, the production of the product acetaldehyde has a problem that the reaction stops when chemical equilibrium is reached, and a high reaction yield is obtained. I can't. By using a microreactor equipped with a molecular membrane, the acetaldehyde produced by the enzyme reaction is quickly diffused to the opposite side of the lipid bilayer membrane and excluded from the enzyme reaction side, so that the chemical equilibrium is in the reaction direction to produce acetaldehyde. Shift and high reaction yield can be obtained.

(実施例2)
図24に示すように、異相系{油相(O)/水相(W)}において、両親媒性分子混合液(脂質混合液25)として5 mg/ml ジオレインを含むn-デカン溶液、第1の流体26として0.1 mM N−アセチル−L−トリプトファンと10m Mエタノールを含むクロロホルム溶液、第2の流体27として0.5 g/lのα―キモトリプシンを含む0.1Mリン酸緩衝液(pH 6.8)を用いる。その他の条件及び生成物は以下の通りである。
(Example 2)
As shown in FIG. 24, in the heterophasic system {oil phase (O) / water phase (W)}, the n-decane solution containing 5 mg / ml diolein as the amphiphilic molecule mixture (lipid mixture 25), As a first fluid 26, a chloroform solution containing 0.1 mM N-acetyl-L-tryptophan and 10 mM ethanol, and as a second fluid 27, a 0.1 M phosphate buffer (pH 6.8) containing 0.5 g / l α-chymotrypsin. Use. Other conditions and products are as follows.

酵素:α―キモトリプシン
基質:N−アセチル−L−トリプトファン(AT-OH)、エタノール(EtOH)
生成物:N−アセチル−L−トリプトファンエチルエステル(AT-OEt)、水
30℃の恒温条件に調整したマイクロリアクタの第1の導入口22より所定流速で第1の流体26を流す。一方、第2の導入口23より第1の導入口22と同じ流速で第2の流体27を流す。更に、第3の導入口21より両親媒性分子混合液(脂質混合液25)を所定流速で流す。マイクロリアクタ1内では、以下の反応が起こる。
Enzyme: α-chymotrypsin substrate: N-acetyl-L-tryptophan (AT-OH), ethanol (EtOH)
Product: N-acetyl-L-tryptophan ethyl ester (AT-OEt), water
The first fluid 26 is caused to flow at a predetermined flow rate from the first inlet 22 of the microreactor adjusted to a constant temperature condition of 30 ° C. On the other hand, the second fluid 27 is caused to flow from the second inlet 23 at the same flow rate as that of the first inlet 22. Further, an amphiphilic molecule mixed solution (lipid mixed solution 25) is caused to flow from the third inlet 21 at a predetermined flow rate. The following reaction occurs in the microreactor 1.

AT-OH+EtOH=AT-OEt +H2O
(結果)
高速液体クロマトグラフィーにて反応生成物であるN−アセチル−L−トリプトファンエチルエステルを検出、定量した。
AT-OH + EtOH = AT-OEt + H2O
(result)
The reaction product N-acetyl-L-tryptophan ethyl ester was detected and quantified by high performance liquid chromatography.

なお、高速液体クロマトグラフィーの測定条件は以下の通りである。   The measurement conditions for high performance liquid chromatography are as follows.

カラムにODS(0.15 mX6.0 mmφ)を用い、流動相として純水とアセトニトリルの混合溶液(体積比で1:1)を流速1 ml/min-1で流した。紫外吸収検知器(波長270 nm)を用いた。   ODS (0.15 mX6.0 mmφ) was used for the column, and a mixed solution of pure water and acetonitrile (1: 1 by volume) was flowed at a flow rate of 1 ml / min-1 as a fluid phase. An ultraviolet absorption detector (wavelength 270 nm) was used.

図25に、N−アセチル−L−トリプトファンエチルエステルの収率と流速比の関係を示す。図25に示したように、流速比が増すとともにN−アセチル−L−トリプトファンエチルエステルの収率が減少した。すなわち、実施例2は、流速比を変化させることにより、単位時間当たりの生産量を直接的に自由に制御することができる。さらに、単分子膜の形成により、クロロホルムと水界面の酵素の接触による活性の劣化を防ぐことができる。   FIG. 25 shows the relationship between the yield of N-acetyl-L-tryptophan ethyl ester and the flow rate ratio. As shown in FIG. 25, the yield of N-acetyl-L-tryptophan ethyl ester decreased as the flow rate ratio increased. That is, in Example 2, the production amount per unit time can be directly and freely controlled by changing the flow rate ratio. Furthermore, the formation of the monomolecular film can prevent the deterioration of activity due to the contact of the enzyme at the chloroform and water interface.

(実施例3)
図26に示すように、均相系{油相(O)/油相(O)}において、両親媒性分子混合液(脂質混合液25)として5 mg/mlスブチリシン Carlsbergと少量の水と5 mg/mlレシチンを含むヘキサン溶液、第1の流体26として200 mM S−α−メチルベンジルアルコールを含むヘキサン溶液、第2の流体27として200 mMブタン酸ビニルを含むヘキサン溶液を用いる。その他の条件及び生成物は以下の通りである。
(Example 3)
As shown in FIG. 26, in the soaking system {oil phase (O) / oil phase (O)}, 5 mg / ml subtilisin Carlsberg, a small amount of water and 5 as an amphiphilic molecule mixture (lipid mixture 25) A hexane solution containing mg / ml lecithin, a hexane solution containing 200 mM S-α-methylbenzyl alcohol as the first fluid 26, and a hexane solution containing 200 mM vinyl butanoate as the second fluid 27 are used. Other conditions and products are as follows.

酵素:スブチリシン Carlsberg
基質:S−α−メチルベンジルアルコール{C6H5CH(CH3)OH}
ブタン酸ビニル(CH3CH2CH2COOCH=CH2)
生成物:ブタン酸α−メチルベンジルエステル(CH3CH2CH2COOCH(CH3)C6H5)、
ビニルアルコール(CH2=CHOH)
30℃の恒温条件に調整したマイクロリアクタの第1の導入口22より所定流速で第1の流体26を流す。一方、第2の導入口23より第1の導入口22と同じ流速で第2の流体27を流す。更に、第3の導入口21より両親媒性分子混合液(脂質混合液25)を所定流速で流す。マイクロリアクタ1内では、以下の反応が起こる。
Enzyme: Subtilisin Carlsberg
Substrate: S-α-methylbenzyl alcohol {C6H5CH (CH3) OH}
Vinyl butanoate (CH3CH2CH2COOCH = CH2)
Products: butanoic acid α-methylbenzyl ester (CH3CH2CH2COOCH (CH3) C6H5),
Vinyl alcohol (CH2 = CHOH)
The first fluid 26 is caused to flow at a predetermined flow rate from the first inlet 22 of the microreactor adjusted to a constant temperature condition of 30 ° C. On the other hand, the second fluid 27 is caused to flow from the second inlet 23 at the same flow rate as that of the first inlet 22. Further, an amphiphilic molecule mixed solution (lipid mixed solution 25) is caused to flow from the third inlet 21 at a predetermined flow rate. The following reaction occurs in the microreactor 1.

C6H5CH(CH3)OH + CH3CH2CH2COOCH=CH2
= CH3CH2CH2COOCH(CH3)C6H5 + CH2=CHOH
(結果)
ガスクロマトグラフィーにより、反応生成物であるブタン酸α−メチルベンジルエステルを検出、定量した。
C6H5CH (CH3) OH + CH3CH2CH2COOCH = CH2
= CH3CH2CH2COOCH (CH3) C6H5 + CH2 = CHOH
(result)
The reaction product, butanoic acid α-methylbenzyl ester, was detected and quantified by gas chromatography.

なお、ガスクロマトグラフィーの測定条件は以下の通りである。   The measurement conditions for gas chromatography are as follows.

カラムとしてChirasil-DEX CBキャピラリーカラム(Chrompack)を用い、キャリアーガスとして窒素を0.5 ml/minで流した。又、水素炎イオン化検出器(FID)を用いた。   A Chirasil-DEX CB capillary column (Chrompack) was used as the column, and nitrogen was flowed at 0.5 ml / min as the carrier gas. A flame ionization detector (FID) was used.

(実施例4)
図22(実施例1)と同様の構成の均相系{水相(W)/水相(W)}において、両親媒性分子混合液(脂質混合液25)として5 mg/mlモノオレインを含むn-デカン溶液、第1の流体26として0.1 M グルタリル7−アミノセファロスポラン酸と0.1g/l GL7-ACAアミダ−ゼを含む50 mMトリス緩衝液(pH 8.5)、第2の流体27として50 mMトリス緩衝液(pH 8.5)を用いる。その他の条件及び生成物は以下の通りである。
Example 4
In a homogeneous phase system {aqueous phase (W) / aqueous phase (W)} having the same configuration as in FIG. 22 (Example 1), 5 mg / ml monoolein was used as the amphiphilic molecule mixture (lipid mixture 25). N-decane solution containing, 50 mM Tris buffer (pH 8.5) containing 0.1 M glutaryl 7-aminocephalosporanic acid and 0.1 g / l GL7-ACA amidase as first fluid 26, as second fluid 27 Use 50 mM Tris buffer (pH 8.5). Other conditions and products are as follows.

酵素:GL7-ACAアミダ−ゼ(Pseudomonas sp. GK-16起源)
基質:グルタリル7−アミノセファロスポラン酸(グルタリル7−ACA)
生成物:7−アミノセファロスポラン酸(7−ACA)
20℃の恒温条件に調整したマイクロリアクタの第1の導入口22より所定流速で第1の流体26を流す。一方、第2の導入口23より第1の導入口22と同じ流速で第2の流体27を流す。更に、第3の導入口21より両親媒性分子混合液(脂質混合液25)を所定流速で流す。マイクロリアクタ1内では、図12に示した実施例4の反応が起こる。
Enzyme: GL7-ACA amidase (Pseudomonas sp. GK-16 origin)
Substrate: glutaryl 7-aminocephalosporanic acid (glutaryl 7-ACA)
Product: 7-aminocephalosporanic acid (7-ACA)
The first fluid 26 is allowed to flow at a predetermined flow rate from the first inlet 22 of the microreactor adjusted to a constant temperature condition of 20 ° C. On the other hand, the second fluid 27 is caused to flow from the second inlet 23 at the same flow rate as that of the first inlet 22. Further, an amphiphilic molecule mixed solution (lipid mixed solution 25) is caused to flow from the third inlet 21 at a predetermined flow rate. In the microreactor 1, the reaction of Example 4 shown in FIG.

(結果)
高速液体クロマトグラフィーによって反応生成物である7−アミノセファロスポラン酸が検出、定量された。
(result)
The reaction product 7-aminocephalosporanic acid was detected and quantified by high performance liquid chromatography.

なお、高速液体クロマトグラフィーの測定条件は以下の通りである。   The measurement conditions for high performance liquid chromatography are as follows.

カラムにODS(0.15 mX6.0 mmφ)を用い、流動相として純水とアセトニトリルの混合溶液(体積比で1:1)を流速1 ml/min-1で流した。又、示差屈折検知器を用いた。   ODS (0.15 mX6.0 mmφ) was used for the column, and a mixed solution of pure water and acetonitrile (1: 1 by volume) was flowed at a flow rate of 1 ml / min-1 as a fluid phase. A differential refraction detector was used.

(実施例5)
図22(実施例1)と同様の構成の均相系(水相(W)/水相(W))において、両親媒性分子混合液(脂質混合液25)として5 mg/mlモノオレインを含むn-デカン溶液、第1の流体26として10 mg/ml Arthrobacter simplexのアセトン乾燥菌体、第2の流体27として0.5 g/l ヒドロコルチゾンと20% エタノールを含む20 mMリン酸緩衝液(pH 7.0)を用いる。その他の条件及び生成物は以下の通りである。
(Example 5)
In a phase-homogeneous system (aqueous phase (W) / aqueous phase (W)) having the same structure as in FIG. 22 (Example 1), 5 mg / ml monoolein was used as the amphiphilic molecule mixture (lipid mixture 25). N-decane solution containing, 10 mg / ml Arthrobacter simplex acetone-dried cells as the first fluid 26, and 20 mM phosphate buffer (pH 7.0) containing 0.5 g / l hydrocortisone and 20% ethanol as the second fluid 27 ) Is used. Other conditions and products are as follows.

菌体:Arthrobacter simplexのアセトン乾燥菌体
基質:ヒドロコルチゾン
生成物:プレドニソロン
30℃の恒温条件に調整したマイクロリアクタの第1の導入口22より所定流速で第1の流体26を流す。一方、第2の導入口23より第1の導入口22と同じ流速で第2の流体27を流す。更に、第3の導入口21より両親媒性分子混合液(脂質混合液25)を所定流速で流す。マイクロリアクタ1内では、図14に示した実施例5の反応が起こる。
Cell: Acetone-dried cell of Arthrobacter simplex Substrate: Hydrocortisone Product: Prednisolone
The first fluid 26 is caused to flow at a predetermined flow rate from the first inlet 22 of the microreactor adjusted to a constant temperature condition of 30 ° C. On the other hand, the second fluid 27 is caused to flow from the second inlet 23 at the same flow rate as that of the first inlet 22. Further, an amphiphilic molecule mixed solution (lipid mixed solution 25) is caused to flow from the third inlet 21 at a predetermined flow rate. In the microreactor 1, the reaction of Example 5 shown in FIG. 14 occurs.

(結果)
反応生成物であるプレドニソロンは、高速液体クロマトグラフィーによって検出、定量された。
(result)
The reaction product prednisolone was detected and quantified by high performance liquid chromatography.

なお、高速液体クロマトグラフィーの測定条件は以下の通りである。   The measurement conditions for high performance liquid chromatography are as follows.

カラムにODS(0.15 mX6.0 mmφ)を用い、流動相として純水とアセトニトリルの混合溶液(体積比で1:1)を流速1.5 ml/min-1で流した。又、紫外吸収検知器(波長230 nm)を用いた。   ODS (0.15 mX6.0 mmφ) was used for the column, and a mixed solution of pure water and acetonitrile (1: 1 by volume) was flowed as a fluid phase at a flow rate of 1.5 ml / min-1. Further, an ultraviolet absorption detector (wavelength 230 nm) was used.

(実施例6)
図27に分子膜を備えるマイクロリアクタを用いた光を感知するセンシング方法の一例を示す。図27に示すように、両親媒性分子混合液(脂質混合液25)としてアゾベンゼン(p-Benzoquinone)/モノオレイン(1:10)5%を含むデカン(クロロホルムをアゾベンゼンが溶解するまで添加する)溶液、第1の流体26として純水、第2の流体27として0.1Mベンゾキノン(Q)溶液を用いた。脂質二分子膜5は、光感応性分子アゾベンゼンを含有する。
(Example 6)
FIG. 27 shows an example of a sensing method for sensing light using a microreactor having a molecular film. As shown in FIG. 27, decane containing 5% azobenzene (p-Benzoquinone) / monoolein (1:10) as an amphiphilic molecule mixture (lipid mixture 25) (add chloroform until azobenzene is dissolved). The solution, pure water as the first fluid 26, and 0.1M benzoquinone (Q) solution as the second fluid 27 were used. The lipid bilayer membrane 5 contains a photosensitive molecule azobenzene.

脂質二分子膜へ0.5秒間づつ20秒間隔で断続的にUV光(レーザー)(波長:355nm)を照射した。   The lipid bilayer was irradiated with UV light (laser) (wavelength: 355 nm) intermittently at intervals of 20 seconds every 0.5 seconds.

そして、光照射によって、脂質二分子膜を透過したベンゾキノンを膜の反対側のチャンネル内に設置される微小白金円盤電極(直径=10μm)の73によって検出した。具体的に、微小白金円盤電極に銀/塩化銀電極に対してー500mVの定電位を印加し、3電極系で超高感度ポテンシオスタット(EG&G PARC社製の283型)を用いて、ベンゾキノンのヒドロキノンへの還元反応により発生した還元電流を測定した。   Then, benzoquinone that permeated through the lipid bilayer membrane was detected by light irradiation with a fine platinum disk electrode (diameter = 10 μm) 73 installed in the channel on the opposite side of the membrane. Specifically, a constant potential of -500 mV was applied to a small platinum disk electrode with respect to a silver / silver chloride electrode, and a supersensitive potentiostat (EG & G PARC type 283) was used with a three-electrode system, and benzoquinone The reduction current generated by the reduction reaction to hydroquinone was measured.

(結果)
脂質二分子膜へ光を照射した場合、微小白金円盤電極によって、ベンゾキノンの還元電流の変化が観察された。一方、光を照射しない場合、ベンゾキノンの還元電流の変化が観察されなかった。
(result)
When the lipid bilayer was irradiated with light, a change in the reduction current of benzoquinone was observed with a small platinum disk electrode. On the other hand, when no light was irradiated, no change in the reduction current of benzoquinone was observed.

これは、脂質二分子膜に含まれるアゾベンゼンは、光感応性分子であり、膜へUV光(355nm)を照射することによって、アゾベンゼンはトランス型からシス型へ光異性化反応が起こる。この光異性化反応に起因する脂質二分子膜構造の乱れがベンゾキノンの膜透過の変化を引き起こすため、膜の反対側でベンゾキノンに起因する還元電流の変化が検出された。   This is because azobenzene contained in the lipid bilayer is a photosensitive molecule, and irradiating the membrane with UV light (355 nm) causes the photoisomerization reaction of azobenzene from the trans form to the cis form. Since the disorder of the lipid bilayer structure caused by this photoisomerization reaction causes a change in membrane permeation of benzoquinone, a change in reduction current caused by benzoquinone was detected on the opposite side of the membrane.

(第2の実施の形態)
第2の実施の形態に係るマイクロチャンネルセンサは、図28に示すように、マイクロチャンネル内において、流体の流れの方向に沿って、一定間隔を有する一対の電極、もしくは電極系を配置し、マイクロチャンネル内へ流体61(W)、絶縁性媒体62(O)、流体63(W)、両親媒性分子混合液(M)、流体65(W)もしくは物質を含有する流体65(S)、絶縁性媒体66(O)と流体67(W)の順で流す。
(Second Embodiment)
As shown in FIG. 28, the microchannel sensor according to the second embodiment has a microchannel in which a pair of electrodes or an electrode system having a constant interval is arranged in the microchannel along the direction of fluid flow. Fluid 61 (W), insulating medium 62 (O), fluid 63 (W), amphiphilic molecule mixture (M), fluid 65 (W) or fluid 65 (S) containing substance, insulation into channel Flowing in the order of the active medium 66 (O) and the fluid 67 (W).

図28(a)は、流体63(W)と流体65(W)、もしくは流体63(W)と物質を含有する流体65の層が両親媒性分子混合液64を隔てて、電極72a、72bの下に到達した図である。分子膜と流体に含まれる物質との相互作用により引き起こされる膜の電気信号(例えば、膜電位、抵抗、電流、誘電率、電気容量など)と、膜の表面状態の変化と、流体に含まれ物質の吸収スペクトルと濃度の変化を測定することにより、流体中の物質の定量及び定性を行う。   FIG. 28A shows the fluids 63 (W) and 65 (W), or the fluids 63 (W) and the fluid 65 layer containing the substance, with the amphiphilic molecule mixture 64 separated, and the electrodes 72 a and 72 b. It is the figure which reached below. Membrane electrical signals (eg, membrane potential, resistance, current, dielectric constant, capacitance, etc.) caused by the interaction of molecular membranes with substances contained in fluids, changes in membrane surface conditions, and fluids Quantification and qualification of a substance in a fluid is performed by measuring changes in the absorption spectrum and concentration of the substance.

又、図28(b)は、流体65(W)もしくは物質を含有する流体65(S)が、センサ電極73、参照電極74、及び対極75の下に到達した図である。同様に、図28(c)は、流体63(W)が、センサ電極73、参照電極74及び対極75の下に到達した図である。   FIG. 28B is a diagram in which the fluid 65 (W) or the fluid 65 (S) containing a substance reaches below the sensor electrode 73, the reference electrode 74, and the counter electrode 75. Similarly, FIG. 28C is a diagram in which the fluid 63 (W) reaches under the sensor electrode 73, the reference electrode 74, and the counter electrode 75.

図29に示すように、絶縁性媒体62(O)、あるいは、絶縁性媒体66(O)は、電界セルの境界壁としての機能を有するので、マイクロチャンネル内において、絶縁性媒体62(O)、流体63(W)、両親媒性分子混合液64(M)、流体65(W)もしくは物質を含有する流体65(S)、絶縁性媒体66(O)は、一つのマイクロ電界セルとして機能することができる。従って、分子膜中に光感応性分子や物質が含まれる場合、光照射により、分子膜中の光感応性分子や物質の光励起によって、電子やホールが生成する。これらの電子もしくはホールは、流体63もしくは流体65中の電気化学酸化還元種を酸化もしくは還元し、又、酸化もしくは還元される物質を流体に配置される電極系により、検知することができる。   As shown in FIG. 29, since the insulating medium 62 (O) or the insulating medium 66 (O) functions as a boundary wall of the electric field cell, the insulating medium 62 (O) in the microchannel. , Fluid 63 (W), amphiphilic molecule mixture 64 (M), fluid 65 (W) or fluid 65 (S) containing substance, and insulating medium 66 (O) function as one micro electric field cell. can do. Therefore, when a photosensitive molecule or substance is contained in the molecular film, electrons or holes are generated by photoexcitation of the photosensitive molecule or substance in the molecular film by light irradiation. These electrons or holes can be detected by an electrode system arranged to oxidize or reduce the electrochemical redox species in the fluid 63 or the fluid 65 and to oxidize or reduce the substance to be oxidized or reduced.

図29と同様に、図30に示すように、絶縁性媒体62(O)、あるいは、絶縁性媒体66(O)は、電界セルの境界壁としての機能を有するので、マイクロチャンネル内において、絶縁性媒体62(O)、流体63(W)、両親媒性分子混合液64(M)、流体65(W)もしくは物質を含有する流体65(S)、絶縁性媒体66(O)は、一つのマイクロ電界セルとして機能することができる。図30(f)は、例えば、イオンチャンネルを含有する分子膜を隔膜として利用し、流体63及び流体65で電気化学反応を起こさせることができる。図30(g)は、例えば、分子膜の両側の流体と連接する塩橋77を設置することによって、分子膜を隔膜とした電気化学反応を流体63と流体65で起こさせることができる。   Similarly to FIG. 29, as shown in FIG. 30, the insulating medium 62 (O) or the insulating medium 66 (O) has a function as a boundary wall of the electric field cell. The medium 62 (O), the fluid 63 (W), the amphiphilic molecule mixture 64 (M), the fluid 65 (W) or the fluid 65 (S) containing the substance, and the insulating medium 66 (O) Can function as two micro electric field cells. In FIG. 30F, for example, a molecular film containing an ion channel is used as a diaphragm, and an electrochemical reaction can be caused by the fluid 63 and the fluid 65. In FIG. 30 (g), for example, by installing salt bridges 77 connected to fluids on both sides of the molecular film, an electrochemical reaction using the molecular film as a diaphragm can be caused by the fluid 63 and the fluid 65.

図31に示すように、流体65に含まれる物質(ウィルス、アミロイド型タンパク質など)と分子膜との相互作用により引き起こされる分子膜の表面状態の変化を調べることにより、物質を検知することができる。測定方法としては、チャンネルの片方から入射光を分子膜に導入し、膜から反射される光を光学顕微鏡、微分干渉位相差顕微鏡などの装置により膜の表面状態を調べることができる。   As shown in FIG. 31, the substance can be detected by examining the change in the surface state of the molecular film caused by the interaction between the substance (virus, amyloid protein, etc.) contained in the fluid 65 and the molecular film. . As a measuring method, incident light is introduced into the molecular film from one side of the channel, and the surface state of the film can be examined with light reflected from the film by an apparatus such as an optical microscope or a differential interference phase contrast microscope.

図32(c)の場合は、流体65に含まれる物質(ウィルス、有機物などの疎水性物質)の分子膜との相互作用により引き起こされるイオン、疎水性物質などの透過性の変化を吸収スペクトルの変化として観測することにより、該当物質を検知する。又、流体65に含まれる物質(ウィルス、有機物などの疎水性物質)の分子膜との相互作用(膜融合)によって、ウィルス内のRNA、DNAと酵素など、細胞内の小器官(核酸、タンパク質など)が放出され、放出された物質の吸収スペクトルなどを測定することで、該当物質を検知する。   In the case of FIG. 32 (c), the change in permeability of ions, hydrophobic substances, etc. caused by the interaction of substances (hydrophobic substances such as viruses and organic substances) contained in the fluid 65 with the molecular film is shown in the absorption spectrum. The target substance is detected by observing it as a change. In addition, due to the interaction (membrane fusion) of substances (hydrophobic substances such as viruses and organic substances) contained in the fluid 65, small organelles (nucleic acids, proteins, etc.) such as RNA, DNA and enzymes in viruses. Etc.), and the corresponding substance is detected by measuring the absorption spectrum of the released substance.

図32(c)の吸収スペクトル測定は、流体63で行っているが、図32(c)と同様に、分子膜との相互作用により、放出もしくは生成されたものが流体65に存在する場合、図32(d)のように流体65での測定を行っても良い。   The absorption spectrum measurement of FIG. 32 (c) is performed with the fluid 63. Similarly to FIG. 32 (c), when something released or generated by the interaction with the molecular film is present in the fluid 65, Measurement with the fluid 65 may be performed as shown in FIG.

図33(e)の場合は、流体65に含まれる物質(ウィルス、アミロイド型タンパク質など)の分子膜との相互作用により引き起こされるイオンなどの透過と、透過したイオンと流体63に存在する蛍光剤との相互作用により発する蛍光を検出することで、物質を検知する。   In the case of FIG. 33 (e), permeation of ions and the like caused by the interaction of a substance (virus, amyloid protein, etc.) contained in the fluid 65 with the molecular film, and the fluorescent agent present in the fluid 63 with the permeated ions. The substance is detected by detecting the fluorescence emitted by the interaction.

図33(f)の場合は、流体65に含まれる物質(ウィルス、細胞など)の分子膜との相互作用(例えば膜融合)によって、ウィルス内のRNA、DNAと酵素などもしくは細胞内の小器官(核酸、タンパク質など)が放出され、放出されたものが流体63に存在する蛍光剤との相互作用により発する蛍光を測定することで、物質を検知する。   In the case of FIG. 33 (f), RNA, DNA and enzyme in the virus, or organelle in the cell due to the interaction (for example, membrane fusion) of the substance (virus, cell, etc.) contained in the fluid 65 with the molecular film. (Nucleic acid, protein, etc.) is released, and the substance is detected by measuring the fluorescence emitted by the interaction with the fluorescent agent present in the fluid 63.

図33(e)及び(f)の蛍光測定は、流体63で行っているが、図33(e)及び(f)と同様に分子膜との相互作用により、放出もしくは生成されたものが流体65に存在する蛍光剤との相互作用により蛍光を発する場合、流体65側で蛍光測定を行っても良い。   The fluorescence measurements of FIGS. 33 (e) and (f) are performed with the fluid 63. However, as in FIGS. 33 (e) and (f), the fluid released or generated by the interaction with the molecular film is the fluid. When fluorescence is emitted by interaction with the fluorescent agent existing in 65, fluorescence measurement may be performed on the fluid 65 side.

図34に示すように、出口より流体63もしくは流体65等の各区分を選択的に収集し、各種分析手法と適宜に併用することにより、イオン、タンパク質、核酸、アミノ酸、有機物などを定性、定量する。各種分析法は、例えば、pH、粘度、密度、屈折率、蛍光スペクトル、吸収スペクトルの測定、HPLC、GC、GC/MS、FTIRによる測定、電気化学的測定などがあるが、第2の実施の形態に係わる分析方法は第1の実施の形態の分析方法と同じであってもよい。   As shown in FIG. 34, qualitatively and quantitatively determine ions, proteins, nucleic acids, amino acids, organic substances, etc. by selectively collecting each segment such as fluid 63 or fluid 65 from the outlet and appropriately using them together with various analysis methods. To do. Various analysis methods include, for example, measurement of pH, viscosity, density, refractive index, fluorescence spectrum, absorption spectrum, measurement by HPLC, GC, GC / MS, FTIR, electrochemical measurement, etc. The analysis method related to the form may be the same as the analysis method of the first embodiment.

(第2の実施の形態に係るマイクロチャンネルセンサの特徴)
マイクロチャンネル内の流体、両親媒性分子混合液、絶縁性媒体は、形成される分子膜の安定状態を保持するために、マイクロチャンネル内に滞留或いは流動する。
(Features of the microchannel sensor according to the second embodiment)
The fluid in the microchannel, the amphiphilic molecule mixture, and the insulating medium stay or flow in the microchannel in order to maintain the stable state of the formed molecular film.

又、絶縁性媒体は、イオンを透過せず、低誘電率を有し、流体、物質を含む流体と分子膜に起因する電極の汚れを洗浄する効果がある。絶縁性媒体としては、例えば、疎水性有機溶媒(例えば、ヘキサン、デカン、イソオクタン、オクタン、ヘキサデカン)、シリコンオイル、フッ化オイル(例えば、ドデカフルオロテトラデカンとトリデカフルオロオクタノール(10:1)混合物)を用いることができるが、絶縁性媒体としての効果があれば、特に限定されるものではない。なお、この液滴は、電気的絶縁効果を有すると共に電極を洗浄する効果を有することが好ましい。   In addition, the insulating medium does not transmit ions, has a low dielectric constant, and has an effect of cleaning the contamination of the electrode caused by the fluid, the fluid containing the substance, and the molecular film. Examples of the insulating medium include a hydrophobic organic solvent (eg, hexane, decane, isooctane, octane, hexadecane), silicon oil, and fluorinated oil (eg, a mixture of dodecafluorotetradecane and tridecafluorooctanol (10: 1)). However, it is not particularly limited as long as it has an effect as an insulating medium. In addition, it is preferable that this droplet has an electrical insulating effect and an effect of cleaning the electrode.

又、一定間隔を有する電極対はマイクロチャンネル内に、複数対を配置してもよい。   Further, a plurality of pairs of electrodes having a constant interval may be arranged in the microchannel.

又、電極系は2電極系、3電極系もしくは4電極系であり、作用電極と対極は同じ溶液側に配置され、もしくは分子膜を隔てて、分別して配置されてもよい。   The electrode system may be a two-electrode system, a three-electrode system, or a four-electrode system, and the working electrode and the counter electrode may be disposed on the same solution side, or may be separately disposed with a molecular film therebetween.

又、分子膜は、少なくとも一種類以上の蛋白質、核酸、糖脂質、コレステロール、蛍光色素、リガンド、光感応性分子、イオンチャンネル、電子共役系の物質、助界面活性剤、クラウンエーテル、フラーレン、カーボンナノチューブ、ポルフィリン類、シクロデキストリン、分子トング、ポリペプチド或いはペプチドなどを含有してもよい。 In addition, the molecular film includes at least one kind of protein, nucleic acid, glycolipid, cholesterol, fluorescent dye, ligand, photosensitive molecule, ion channel, electron conjugated substance, co-surfactant, crown ether, fullerene, carbon Nanotubes, porphyrins, cyclodextrins, molecular tongs, polypeptides or peptides may be contained.

又、流体63と流体65は溶液であることが好ましいが、気体であっても構わない。溶液の場合、タンパク質、核酸、核酸関連物質、アミロイド型タンパク質、ウィルス、アミノ酸と糖などの生体関連物質、もしくは有機物、無機物、イオン、などの非生体関連物質と、これらの生体関連物質もしくは非生体関連物質を少なくとも一種類以上含んでなる小胞体とを、少なくとも一種類以上を含有してもよい。   The fluid 63 and the fluid 65 are preferably solutions, but may be gases. In the case of a solution, proteins, nucleic acids, nucleic acid-related substances, amyloid proteins, viruses, biological substances such as amino acids and sugars, or non-biological substances such as organic substances, inorganic substances, and ions, and these biological substances or non-biological substances The endoplasmic reticulum comprising at least one related substance may contain at least one kind.

又、分子膜を備えるマイクロリアクタセンサの分子膜は電気化学セルの隔膜としての機能を有してもよい。   Moreover, the molecular film of the microreactor sensor provided with the molecular film may have a function as a diaphragm of the electrochemical cell.

又、分子膜を備えるマイクロリアクタセンサはチャンネル内の温度、圧力、pH、電流、電圧、磁場、超音場、光或いは応力などを制御する機能を有してもよい。   A microreactor sensor including a molecular film may have a function of controlling temperature, pressure, pH, current, voltage, magnetic field, supersonic field, light, stress, or the like in the channel.

又、分子膜型マイクロチャンネルセンサはイオンチャンネルを含有する分子膜、もしくは塩橋を設置することにより、マイクロ電解セルとして機能してもよい。   Further, the molecular membrane type microchannel sensor may function as a microelectrolysis cell by installing a molecular membrane containing an ion channel or a salt bridge.

又、流体65が留まるマイクロチャンネルの部分において、マイクロチャンネルの壁面及び電極の表面に分子膜形成液の通過によって分子膜を形成してもよい。   Further, in the microchannel portion where the fluid 65 stays, a molecular film may be formed on the wall surface of the microchannel and the surface of the electrode by passing the molecular film forming liquid.

又、第2の実施の形態はマイクロチャンネルへ流す各種流体は層流でなくでも構わない。   In the second embodiment, various fluids flowing to the microchannel may not be laminar.

又、流体67は電極を洗浄するための純水、有機溶媒、硫酸、塩酸、フッ化水素酸および硝酸の酸溶液、もしくは過塩素酸および過酸化水素を少量に添加した酸溶液、アルカリ性溶液のいずれの溶液であり、一種類以上に連続に流してもよい。   The fluid 67 is pure water, organic solvent, sulfuric acid, hydrochloric acid, hydrofluoric acid and nitric acid acid solution for cleaning the electrode, or an acid solution or alkaline solution containing a small amount of perchloric acid and hydrogen peroxide. Any solution may be flowed continuously in one or more types.

又、電極対もしくは電極系の電極は流体67において、化学的洗浄もしくは電気化学的洗浄により、リニューアルすることができる。   In addition, the electrode pair or electrode system electrode can be renewed in the fluid 67 by chemical cleaning or electrochemical cleaning.

又、第2の実施の形態に係わる検知部は、分子膜および流体の温度、濃度、pH、電気信号の変化、分子膜の表面状態の変化をマイクロチャンネル内、もしくはマイクロチャンネル外で検知することができる。   The detection unit according to the second embodiment detects a change in the temperature, concentration, pH, electric signal, and change in the surface state of the molecular film in the microchannel or outside the microchannel. Can do.

又、物質を含む流体63もしくは流体65が留まるところにマイクロチャンネルと連接する微細チャンネルにより流体63もしくは流体65に注入することができる。   In addition, the fluid 63 or the fluid 65 containing the substance can be injected into the fluid 63 or the fluid 65 through a fine channel connected to the microchannel.

以下、本発明の第2の実施の形態に係わる実施例について説明する。   Examples according to the second embodiment of the present invention will be described below.

(比較例)
図35に示すように、マイクロチャンネル内へ溶液80a(純水)、絶縁性媒体78[ドデカフルオロテトラデカンとトリデカフルオロオクタノール(10:1)混合物]、溶液80b[0.1Mトリス緩衝液(pH=7.5)]、両親媒性分子混合液79[95% 1-Palmitoyl-2-oleoylphosphatidylcholine(POPC)+5%Galactosylceramide(GalCer)]、溶液81[0.1Mトリス緩衝液(pH=7.5)]、絶縁性媒体78[ドデカフルオロテトラデカンとトリデカフルオロオクタノール(10:1)混合物]、純水80cをそれぞれ流し、溶液80bと溶液81は電極の下に達した際、溶液の流れを止め、分子膜の両側に設置される微小電極によって、分子膜の膜電位を測定した。さらに、膜電位が安定に達した後、ブランク試料として0.5μlの0.1Mトリス緩衝液(pH=7.5)を試料注入口100より注入し、膜電位変化を測定した。
(Comparative example)
As shown in FIG. 35, a solution 80a (pure water), an insulating medium 78 [mixture of dodecafluorotetradecane and tridecafluorooctanol (10: 1)], solution 80b [0.1M Tris buffer (pH = 7.5)], amphiphilic molecule mixture 79 [95% 1-Palmitoyl-2-oleoylphosphatidylcholine (POPC) + 5% Galactosylceramide (GalCer)], solution 81 [0.1 M Tris buffer (pH = 7.5)], insulation Medium 78 [mixture of dodecafluorotetradecane and tridecafluorooctanol (10: 1)] and pure water 80c, respectively, and when the solution 80b and the solution 81 reach under the electrode, the flow of the solution is stopped, The membrane potential of the molecular membrane was measured with microelectrodes placed on both sides. Further, after the membrane potential reached stable, 0.5 μl of 0.1 M Tris buffer (pH = 7.5) was injected from the sample inlet 100 as a blank sample, and the change in membrane potential was measured.

(実施例)
次に、上記のと同じ流速、容量、溶液の種類と溶液順を流し、だだし、試料の注入口100より溶液81へ0.5μlの25nM HIV−1を含む0.1Mトリス緩衝液(pH=7.5)を注入し、分子膜の膜電位とHIV−1を含む試料を注入した後の膜電位変化を測定した。
(Example)
Next, the same flow rate, volume, type of solution and solution order as described above are applied, and the solution is supplied from the sample inlet 100 to the solution 81 with 0.1 M Tris buffer solution (pH 0.5 μl) containing 25 nM HIV-1. = 7.5), and the membrane potential of the molecular film and the membrane potential change after injecting the sample containing HIV-1 were measured.

(結果)
比較例の場合は、膜電位が安定した際、ブランクの試料を溶液81に注入されても、膜電位の変化が観察されなかった。
(result)
In the case of the comparative example, when the membrane potential was stabilized, no change in membrane potential was observed even when a blank sample was injected into the solution 81.

一方、実施例の場合、HIV−1を含む試料を溶液81へ注入された際、数mVの膜電位が観測された。   On the other hand, in the case of the example, when a sample containing HIV-1 was injected into the solution 81, a membrane potential of several mV was observed.

(第3の実施の形態)
第3の実施の形態では、第1の実施の形態において説明した、分子膜を備えるマイクロリアクによって、構造異常タンパク質(アミロイド型タンパク質)、ウィルスの検知、分離及びタンパク質のリフォールディングを行うことについて説明する。
(Third embodiment)
In the third embodiment, the description of the structural abnormality protein (amyloid protein), virus detection, separation, and protein refolding by the microreact provided with the molecular film described in the first embodiment. To do.

第3の実施の形態では、アミロイド型タンパク質とウィルスのマイクロリアクタ中に自動、迅速及び連続的に作製される分子膜との相互作用により、構造異常タンパク質やウィルスの微量、簡便、迅速及び高感度検出マイクロチップ及びバイオセンシングシステムを提供し、もしくは分子膜を備えるマイクロリアクタを利用した構造異常タンパク質のリフォールディングを行うことで、難病の早期診断及び治療に役立つことマイクロリアクタについて説明する。   In the third embodiment, a trace amount of a structurally abnormal protein or virus, simple, rapid, and highly sensitive detection is achieved by the interaction between an amyloid protein and a molecular membrane that is automatically, rapidly and continuously produced in a virus microreactor. A microreactor that provides a microchip and a biosensing system or is useful for early diagnosis and treatment of intractable diseases by refolding a structurally abnormal protein using a microreactor equipped with a molecular film will be described.

(第3の実施の形態に係るマイクロリアクタの特徴)
第3の実施の形態では、色々な疾病を引き起こす共通な構造異常タンパク質(アミロイド型タンパク質)ならびにウィルスを高感度、微量、簡便、迅速に検出する次世代検出チップ及びシステムを提供し、難病の早期診断に役立つことを特徴とする。又、構造異常(病因)タンパク質の分子膜への吸着、沈着及び付着により、試料溶液から構造異常タンパク質を分離、除去することができるシステムを提供し、難病の治療に役立つことを特徴とするものである。
(Characteristics of the microreactor according to the third embodiment)
In the third embodiment, a next-generation detection chip and system for detecting a common structural abnormality protein (amyloid protein) and a virus causing various diseases and a virus with high sensitivity, a small amount, simply, and quickly are provided, and an early stage of intractable disease is provided. It is useful for diagnosis. In addition, it provides a system that can separate and remove structurally abnormal proteins from sample solutions by adsorption, deposition, and adhesion of structurally abnormal (pathogenic) proteins to molecular films, and is useful for the treatment of intractable diseases It is.

第3の実施の形態では、構造異常タンパク質と分子膜との相互作用などによるタンパク質のリフォールディングによる難病の治療に役立つことを特徴とするものである。   The third embodiment is characterized in that it is useful for the treatment of intractable diseases by protein refolding due to the interaction between a structurally abnormal protein and a molecular film.

第3の実施の形態では、各種タンパク質、薬物と分子膜の一種である脂質二分子膜(生体膜)との相互作用により、疾病のメカニズム解明及び薬物効果の確認により、新薬開発に役立つことを特徴とするものである。   In the third embodiment, the interaction between various proteins and drugs and lipid bilayer membranes (biological membranes), which is a kind of molecular membranes, will help to develop new drugs by elucidating the mechanisms of diseases and confirming drug effects. It is a feature.

すなわち、第3の実施の形態では、構造異常タンパク質(アミロイド型タンパク質)、もしくはウィルスのマイクロチャンネル内の第1の流体26もしくは第2の流体27の間で形成された分子膜との静電的、疎水的、親水的およびイオン的相互作用、バイオアフィニティーなどの相互作用による膜への付着、吸着、沈着ならびに、膜との相互作用による流体中に含まれる物質の分子膜への透過変化に基づくバイオセンサーチップ、バイオセンシングシステムであり、又はアミロイド型タンパク質もしくはウィルスの分子膜への付着、吸着、沈着および透過により分離・除去、構造異常のアミロイドタンパク質のリフォールデングシステムを具備することを特徴とするものである。   In other words, in the third embodiment, the structure abnormal protein (amyloid type protein) or the electrostatic film with the molecular film formed between the first fluid 26 or the second fluid 27 in the microchannel of the virus. Based on adhesion, adsorption and deposition to membranes due to interactions such as hydrophobic, hydrophilic and ionic interactions, bioaffinity, etc., and permeation change of substances contained in fluids through molecular membranes due to interactions with membranes It is a biosensor chip, biosensing system, or it is equipped with a refolding system for amyloid protein with abnormal structure, separation / removal by attaching, adsorbing, depositing and permeating amyloid protein or virus to the molecular membrane To do.

第3の実施の形態における分子膜は、単分子膜、二分子膜、脂質二分子膜、逆二分子膜、脂質多重層膜、分子多重層膜、ミセル、逆ミセル、ベシクル、逆ベシクル、エマルジョン、LB膜のいずれか一つ、もしくはこれらが混在した構造であることを特徴とするものである。   The molecular film in the third embodiment is a monomolecular film, bimolecular film, lipid bimolecular film, reverse bimolecular film, lipid multilayer film, molecular multilayer film, micelle, reverse micelle, vesicle, reverse vesicle, emulsion. Any one of the LB films or a structure in which these are mixed is characterized.

第3の実施の形態におけるアミロイド型タンパク質、もしくはウィルスは、第1の流体26もしくは第2の流体27に少なくとも一種以上を含んでなることを特徴とするものである。   The amyloid type protein or virus in the third embodiment is characterized in that the first fluid 26 or the second fluid 27 contains at least one kind.

第3の実施の形態における分子膜は二次元の平面状、三次元の、三次元の柱状、円錐状、切頭円錐状、円筒状、楕円筒状と、多角状の少なくとも1つ以上の形状を有することを特徴とする。   The molecular film according to the third embodiment has at least one of a two-dimensional planar shape, a three-dimensional shape, a three-dimensional columnar shape, a conical shape, a truncated conical shape, a cylindrical shape, and an elliptical cylindrical shape. It is characterized by having.

第3の実施の形態における分子膜は少なくとも一種類以上の脂質からなり、もしくは少なくとも一種類以上の脂質と少なくとも一種類以上の蛍光分子で修飾した脂質、蛋白質(酵素、分子シャペロン、抗原、抗体)、核酸、糖脂質、糖タンパク質、コレステロール、蛍光色素、スフィンゴ脂質、リガンド、ポリペプチド、シクロデキストリン、フラーレン、カーボンナノチューブ、クラウンエーテル、ステロイド、ポルフィリン類、イオンチャンネル、電子共役系物質、酸化還元剤などの分子を含んでなる分子膜であり、分子膜においてマイクロドメインを形成することを特徴とするものである。   The molecular film according to the third embodiment is composed of at least one kind of lipid, or a lipid or protein (enzyme, molecular chaperone, antigen, antibody) modified with at least one kind of lipid and at least one kind of fluorescent molecule. , Nucleic acids, glycolipids, glycoproteins, cholesterol, fluorescent dyes, sphingolipids, ligands, polypeptides, cyclodextrins, fullerenes, carbon nanotubes, crown ethers, steroids, porphyrins, ion channels, electron conjugated substances, redox agents, etc. This is a molecular film comprising the above molecules, and is characterized in that a microdomain is formed in the molecular film.

第3の実施の形態におけるマイクロドメインはマイクロチャンネルにおいて、形成される分子膜の中、特に脂質二分子膜の中に部分的に形成される。或いは、マイクロチャンネルの中で、マイクロドメイン類似機能膜を形成させることを特徴とするものである。   The microdomain in the third embodiment is partially formed in the formed molecular membrane, particularly in the lipid bilayer in the microchannel. Alternatively, a microdomain-like functional film is formed in the microchannel.

第3の実施の形態における分子膜はチャンネル内でリンク状、中空の楕円状、中空の角状、中空の六角状、など中空の多角状の導入口から第1の流体26と第2の流体27の間もしくは流体とチャンネル壁の間で形成されることを特徴とするものである。   The molecular film according to the third embodiment includes a first fluid 26 and a second fluid through a hollow polygonal inlet such as a link, a hollow ellipse, a hollow corner, a hollow hexagon, or the like in the channel. 27 or between the fluid and the channel wall.

第3の実施の形態における両親媒性分子混合液、第1の流体26および第2の流体27の導入口はリング状、楕円状、半円状、四角状、不等辺多角状の立体構造を有することを特徴とするものである。   The inlet of the amphiphilic molecule mixture, the first fluid 26 and the second fluid 27 in the third embodiment has a three-dimensional structure of a ring shape, an ellipse shape, a semicircular shape, a square shape, or an unequal polygonal shape. It is characterized by having.

第3の実施の形態におけるウィルスはキャプシドと核酸だけからなる正二十面体のウィルスと、キャプシドの外側にエンペロープと呼ばれる皮膜を持つウィルスと、キャプソマーが螺旋状につらなったキャプシドの外側にエンペロープを持つウィルスとB型肝炎ウィルスであることを特徴とするものである。   The virus in the third embodiment is an icosahedral virus consisting only of a capsid and a nucleic acid, a virus having a coating called an emperope outside the capsid, and an envelope outside the capsid in which the capsomer is spirally connected. It is characterized by having a virus and hepatitis B virus.

又、ウィルスから抽出される成分の内、キャプシドなどの夾雑タンパク質は陰イオンの場合、陽イオン界面活性剤からなる逆ミセルにより抽出除去することを特徴とするものである。もしくは正電荷を持つ脂質二分子膜により、負電荷の夾雑タンパク質を吸着分離することを特徴とするものである。   In addition, among the components extracted from the virus, in the case of anions, contaminating proteins such as capsids are extracted and removed by reverse micelles composed of a cationic surfactant. Alternatively, a negatively charged contaminating protein is adsorbed and separated by a lipid bilayer membrane having a positive charge.

これらの方法により、ウィルスから抽出される夾雑タンパク質とDNAを分離することができ、夾雑タンパク質を除去した後のDNAを夾雑タンパク質の影響を受けることなくDNAセンサにより検知できることを特徴とするものである。   By these methods, contaminating proteins extracted from viruses and DNA can be separated, and DNA after removing the contaminating proteins can be detected by a DNA sensor without being affected by the contaminating proteins. .

(第3形態に係わる分析システムの構造)
本発明の第3の実施の形態に係る分析システムは、図1、図6〜8に示す第1の実施の形態に係るマイクロリアクタ分析システム(1)からマイクロリアクタ分析システム(4)と同様であるので、ここでは説明を省略する。
(Structure of the analysis system according to the third form)
The analysis system according to the third embodiment of the present invention is the same as the microreactor analysis system (1) to the microreactor analysis system (4) according to the first embodiment shown in FIGS. The description is omitted here.

図36は、図1に示す作製・再生部11及び反応部14を構成するマイクロリアクタの模式図である。図36に示すように、マイクロリアクタ1は、第3の導入口21、第1の導入口22、フィルタ41を具備する出口を有する。このフィルタ41は、水溶液及び低分子量の物質を透過させるが、高分子量のタンパク質、ポリペプチド、ペプチド又はウィルスを透過させない特性がある。又、フィルタ41の種類によって、特定の試料及び試料溶液に微少量に存在するアミロイド型タンパク質及びウィルスの濃縮、あるいは、高感度検出に非常に有効である。マイクロリアクタ1はマイクロセンサチップとして繰り返しの使用は可能であり、非常に経済的である。   FIG. 36 is a schematic diagram of a microreactor constituting the production / regeneration unit 11 and the reaction unit 14 shown in FIG. As shown in FIG. 36, the microreactor 1 has an outlet including a third inlet 21, a first inlet 22, and a filter 41. The filter 41 has a characteristic of transmitting an aqueous solution and a low molecular weight substance, but not transmitting a high molecular weight protein, polypeptide, peptide or virus. Further, depending on the type of the filter 41, it is very effective for concentration of amyloid protein and virus present in a minute amount in a specific sample and sample solution, or for highly sensitive detection. The microreactor 1 can be used repeatedly as a microsensor chip and is very economical.

(試料)
第3の実施の形態に係る分析システムの試料は、構造異常タンパク質とウィルスである。その他、分子膜との相互作用により、膜に細孔(pore)の形成をもたらすタンパク質、ポリペプチド、ペプチド、膜結合性薬物、および抗生物質なども試料とすることができる。これらの試料としては、例えば、アラメシチン、グラミシジン、ハチ毒メリチンなどがある。
(sample)
Samples of the analysis system according to the third embodiment are structurally abnormal proteins and viruses. In addition, proteins, polypeptides, peptides, membrane-bound drugs, antibiotics, and the like that cause the formation of pores in the membrane by interaction with the molecular membrane can also be used as samples. Examples of these samples include alamethicin, gramicidin, and bee venom melittin.

又、分子膜との相互作用によって、膜の電気化学的特性、もしくは膜の表面構造および蛍光の変化を引き起こすことができる物質を試料とすることができる。このような試料としては、例えば、コレラ毒素、破傷風(テタヌストキシン)、ボツリヌス毒素、ダイオキシン、砒素(亜砒素)、テトロドトキシン、シガトキシン、αブンガロトキシン、リシンやサキシトキシンなどの毒物が挙げられる。又、抗生物質としてペニシリンG、カナマイシンA、テトラサイクリン、スプレトマイシンなどが挙げられる。   In addition, a substance that can cause changes in the electrochemical characteristics of the film or the surface structure and fluorescence of the film by the interaction with the molecular film can be used as the sample. Examples of such samples include toxic substances such as cholera toxin, tetanus (tetanus toxin), botulinum toxin, dioxin, arsenic (arsenic), tetrodotoxin, ciguatoxin, α-bungarotoxin, ricin and saxitoxin. Antibiotics include penicillin G, kanamycin A, tetracycline, spretomycin and the like.

(タンパク質構造異常及びウィルス感染により引き起こされる病気)
構造異常タンパク質により引き起こされる病気は、コンフォメーション病、あるいはフォールディング病と呼ばれる。コンフォメーション病の一つに、アミロイド繊維はアミロイド型タンパク質もしくは10残基程度のペプチドから形成され、アミロイド繊維の沈着により引き起こされる、アミロイド病(もしくはアミロイド-シス)がある。
(Disease caused by protein structure abnormality and viral infection)
Diseases caused by structurally abnormal proteins are called conformation diseases or folding diseases. One of conformational diseases is amyloid disease (or amyloid-cis), which is formed from amyloid-type protein or a peptide having about 10 residues, and is caused by the deposition of amyloid fibers.

アミロイド型タンパク質の機能はその高次構造と密接に関わっており、外界環境条件によるタンパク質の構造変化は元の生体機能を損ない、アミロイド繊維の形成及びアミロイド繊維の沈着により、狂牛病、ヒトのクロイツフェルトーヤコブ病、クールー病、羊のスクレイピーなどのプリオン病、アルツハイマー痴呆病(Aβペプチド、アミロイドβタンパク質)、透析アミロイド-シス(βミクログロブリン)、甲状腺髄様がん(カルシトニン)、ALアミロイドーシス(免疫グロブリンL鎖)、家族性アミロイドポリニューロパチー(トランスサイレチン)、家族性アミロイド-シス(リゾチーム)、パーキンソン病(αシヌクレイン)、ハンチントン病(ハンチンチン)などを引き起こすことが知られている。()内はその原因となるタンパク質を示している。   The function of amyloid-type protein is closely related to its higher-order structure, and the structural change of the protein due to external environmental conditions impairs the original biological function, and amyloid fiber formation and amyloid fiber deposition cause mad cow disease, human Prion diseases such as Creutzfeldt-Jakob disease, Kourou disease, sheep scrapie, Alzheimer's dementia disease (Aβ peptide, amyloid β protein), Dialysis amyloid-cis (β microglobulin), Medullary thyroid cancer (calcitonin), AL amyloidosis It is known to cause (immunoglobulin light chain), familial amyloid polyneuropathy (transthyretin), familial amyloid-cis (lysozyme), Parkinson's disease (α-synuclein), Huntington's disease (huntingtin) and the like. The parentheses indicate the causative protein.

上記アミロイド型タンパク質は分子膜、特に脂質ニ分子膜、脂質二分子膜内で形成されるマイクロドメイン(ラフト、ガベオラ)、脂質二分子膜内又は表面に含有もしくは突起されるアンカータンパク質(GPIアンカータンパク質)、レセプタータンパク質、糖タンパク質、スフィンゴ脂質(ガングリオシド)、糖脂質、抗原、抗体との特異的、又は膜との静電的、疎水的、親水的およびイオン的などの相互作用によって、膜への吸着、付着、沈着ならびに膜との相互作用に伴う膜を貫通したポアーの形成による物質の膜への透過変化を引き起こすアミロイドタンパク質やその前駆体タンパク質であるならば、特に上述の種類に限定されることがない。   The above-mentioned amyloid-type proteins are molecular membranes, particularly lipid bilayer membranes, microdomains (rafts and gaveolaes) formed in lipid bilayer membranes, anchor proteins contained in or projected on lipid bilayer membranes (GPI anchor proteins) ), Receptor proteins, glycoproteins, sphingolipids (gangliosides), glycolipids, antigens, specific interactions with antibodies, or electrostatic, hydrophobic, hydrophilic and ionic interactions with membranes If it is an amyloid protein or its precursor protein that causes a permeation change of the substance through the membrane due to adsorption, adhesion, deposition, and formation of a pore that penetrates the membrane due to the interaction with the membrane, it is particularly limited to the above-mentioned types There is nothing.

上記マイクロドメインとは、脂質二分子膜中で形成されたマイクロドメインであり、スフィンゴミエリン、コレステロール及びスフィンゴ脂質(ガングリオシド)が集合してできる膜領域を土台(13〜70nm)として形成されるマイクロドメンである。これらの脂質が不飽和の脂肪酸鎖の多いリン脂質膜の中で集合して秩序な液晶のマイクロドメイン(ラフト)を形成するものとも考えられている。又、膜内タンパク質であるMAL、フロッティリン、ESAもマイクロドメイン(ラフト)を構成するタンパク質である。   The above-mentioned microdomain is a microdomain formed in a lipid bilayer, and is a microdomain formed using a membrane region formed by sphingomyelin, cholesterol and sphingolipid (ganglioside) as a base (13 to 70 nm). It is. It is also considered that these lipids aggregate in a phospholipid membrane with many unsaturated fatty acid chains to form an ordered liquid crystal microdomain (raft). In addition, MAL, flottillin, and ESA, which are intramembrane proteins, are proteins constituting a microdomain (raft).

(アミロイド型タンパク質の検出原理と手段)
以下にプリオン病及びアルツハイマー痴呆病を引き起こすアミロイド型タンパク質を例として、これらのタンパク質と分子膜、特に、脂質二分子膜との相互作用に基づくバイオセンサの原理を述べる。
(Amyloid protein detection principle and means)
The principle of a biosensor based on the interaction between these proteins and molecular membranes, particularly lipid bilayer membranes, will be described below by taking amyloid proteins that cause prion disease and Alzheimer's dementia as examples.

まず、プリオン病及びその検出原理と手段について記述する。狂牛病、ヒトのクロイツフェルト−ヤコブ病、クールー病、羊のスクレイピーなどの共通する病原物質として、タンパク質の一種であるプリオンが考えられる。よって、これらの疾病はまとめてプリオン病と呼ばれる。プリオンはαへリックスとβシートの二つの構造があるが、αへリックスのプリオンは正常なプリオンであるが、βシートプリオンはタンパク質構造異常型プリオンである。正常型のαへリックスプリオンは異常型のβシートプリオンに感染された場合、βシートプリオンを鋳型にして、次々とβシートへ構造が変異される。   First, the prion disease and its detection principle and means are described. As a common pathogen such as mad cow disease, human Creutzfeldt-Jakob disease, Kuru disease, sheep scrapie, prion which is a kind of protein can be considered. Therefore, these diseases are collectively called prion diseases. The prion has two structures, an α helix and a β sheet. The prion of the α helix is a normal prion, but the β sheet prion is a protein structure abnormal prion. When a normal α-helix prion is infected with an abnormal β-sheet prion, the structure is successively changed to a β-sheet using β-sheet prion as a template.

又、生体内では、α-プリオンもβ-プリオンも最終的にタンパク質分解を受けるが、 α-プリオンが完全に分解されるのに、β-プリオンは完全に分解されず、N末端67残基を失うだけで、更に凝集しアミロイド斑を作る。このアミロイド斑は狂牛病に特有の神経変性の直接原因と考えられている。   In vivo, α-prion and β-prion eventually undergo proteolysis, but α-prion is completely degraded, but β-prion is not completely degraded and N-terminal 67 residues By losing it, it aggregates further and forms amyloid plaques. This amyloid plaque is considered to be a direct cause of neurodegeneration specific to mad cow disease.

一方、プリオンの構造が異なると、その親水性もしくは疎水性の特性が異なる。正常型のαへリックスプリオンは、親水性であるが、異常型βシートプリオンは疎水性である。したがって、構造の相異に起因するプリオンの親水性もしくは疎水的特性によって、これらの分子膜、特に脂質ニ分子膜、ラフトを形成する二分子脂質膜との相互作用も異なることが明らかである。   On the other hand, different prion structures have different hydrophilic or hydrophobic properties. Normal α-helix prions are hydrophilic, while abnormal β-sheet prions are hydrophobic. Therefore, it is clear that the interaction of these molecular membranes, particularly lipid bimolecular membranes and bimolecular lipid membranes forming rafts, varies depending on the hydrophilic or hydrophobic properties of prions resulting from the difference in structure.

第3の実施の形態では、構造の相違に起因するプリオンの分子膜、特に脂質ニ分子膜もしくは脂質ニ分子膜中に形成されるマイクロドメインとの相互作用の相違によって生じる膜電位、インピーダンス、誘電率などの変化、膜への物質透過の変化、又は、膜の表面構造、状態の変化を検知、観測することにより、正常型α-プリオンと異常型β-プリオンを判別することである。   In the third embodiment, the membrane potential, impedance, dielectric caused by the difference in the interaction between the molecular membrane of prion caused by the difference in structure, particularly the lipid bilayer membrane or the microdomain formed in the lipid bilayer membrane. It is to discriminate between normal α-prion and abnormal β-prion by detecting and observing changes in the rate, changes in material permeation through the membrane, or changes in the surface structure and state of the membrane.

具体的に、例えば、正常型α−プリオンはPOPG膜(パルミトイルオレイルホスファチジルグリセロールpalmitoyloleoyphosphatidylglycerolの略)と相互作用するが膜は破壊されない。一方、異常型β−プリオンは同様にPOPG膜と相互作用するが膜が破壊される。又、正常型α−プリオンはDPPC(ジパルミトイルホスファチジルコリンdipalmitoylphosphatidylcholine)、コレステロール、スフィンゴミエリンからなるラフト膜と相互作用しないが、異常型β−プリオンはラフト膜と相互作用するにもかかわらず、膜は安定した構造を保つことができる。   Specifically, for example, normal α-prion interacts with a POPG membrane (an abbreviation of palmitoyloleoyphosphatidylglycerol), but the membrane is not destroyed. On the other hand, abnormal β-prion similarly interacts with the POPG film, but the film is destroyed. Normal α-prion does not interact with raft membranes composed of DPPC (dipalmitoylphosphatidylcholine), cholesterol, and sphingomyelin, but abnormal β-prion interacts with raft membranes, but the membrane is stable. Can be maintained.

即ち、第3の実施の形態においては、プリオンの分子膜、特に脂質ニ分子膜もしくは、脂質ニ分子膜中に形成されるマイクロドメインとの相互作用による引き起こされる膜電位の変化相違や膜への透過物質の変化を検知し、又は膜の表面状態を観測することにより、異常型プリオンを認識することを特徴とする。   That is, in the third embodiment, the difference in membrane potential caused by the interaction with the molecular membrane of prion, particularly the lipid bilayer membrane or the microdomain formed in the lipid bilayer membrane, It is characterized in that abnormal prions are recognized by detecting changes in the permeation substance or observing the surface state of the membrane.

次に、アルツハイマー痴呆病及びその検出原理と手段について記述する。アルツハイマー痴呆病もプリオン病と同様に、タンパク質構造の異常により、凝集性が著しく増すアミロイド(凝集)繊維が形成されるためと考えられている。このアミロイド繊維は中枢神経の細胞に異常に凝集し、この結果中枢神経の細胞脱落を引き起こしてしまい、患者は痴呆症に至る。   Next, Alzheimer's dementia and its detection principle and means are described. Alzheimer's dementia is also considered to be due to the formation of amyloid (aggregation) fibers that significantly increase aggregation due to abnormal protein structure, as in prion disease. This amyloid fiber aggregates abnormally in cells of the central nervous system, resulting in cell loss of the central nervous system, leading to dementia.

一方、アルツハイマー痴呆病の原因タンパク質はAβペプチド、アミロイドβタンパク質であり、特に、アミロイドβタンパク質は水溶液中で凝集性が強く、数十μM以上の濃度でインキュベートするとβシート構造を有するアミロイド繊維が容易に形成される。一方、生体内における生理的なアミロイドβタンパク質濃度はnMオーダーで極めて低濃度で存在し、可溶であるので、タンパク質の自発的な凝集が起こらないため、早期診断と治療は困難とされる。   On the other hand, the causative proteins of Alzheimer's dementia are Aβ peptide and amyloid β protein. In particular, amyloid β protein has strong aggregation in an aqueous solution, and when incubated at a concentration of several tens of μM or more, amyloid fibers having a β sheet structure are easily obtained. Formed. On the other hand, the physiological amyloid β protein concentration in the living body exists at a very low concentration on the order of nM and is soluble, so that spontaneous aggregation of the protein does not occur, so that early diagnosis and treatment are difficult.

第3の実施の形態では、アミロイドβタンパク質と脂質二分子膜中に存在するスフィンゴミエリン、コレステロール及びスフィンゴ脂質(ガングリオシド)からなるマイクロドメイン、特にガンクリオシドとの特異的相互作用により、少量のアミロイドβタンパク質のマイクロドメインへの付着、沈着により、マイクロドメインでアミロイドβタンパク質の種(seed)を形成し、この種に少量のアミロイドβタンパク質が凝集される特性を利用する。   In the third embodiment, a small amount of amyloid β protein is produced by a specific interaction between amyloid β protein and a microdomain consisting of sphingomyelin, cholesterol and sphingolipid (ganglioside) present in the lipid bilayer, particularly ganglioside. By utilizing the characteristic that a small amount of amyloid β protein is aggregated in this species, a seed of the amyloid β protein is formed in the micro domain by attachment and deposition to the micro domain.

即ち、脂質二分子膜中に存在するマイクロドメインへのアミロイドβタンパク質の凝集によって、引き起こした膜の電気的、表面的特性もしくは、物質の膜への透過の大きな変化を検知、観測することでアルツハイマー痴呆病の早期診断を行う。   That is, Alzheimer detects and observes large changes in electrical and surface characteristics of the membrane or permeation of substances through the membrane due to aggregation of amyloid β protein into microdomains existing in the lipid bilayer membrane. Perform early diagnosis of dementia.

(ウィルスの種類)
本発明の第3の実施の形態に係る試料であるウィルスとして、キャプシドと核酸だけからなる正二十面体のウィルス、キャプシドの外側にエンペロープと呼ばれる皮膜を持つウィルス、キャプソマーが螺旋状につらなったキャプシドの外側にエンペロープを持つウィルスがある。正二十面体のウィルスとしては、例えば、運動神経麻痺などを起こすポリオウィルス、肝炎を引き起こすA型肝炎ウィルスがある。キャプシドの外側にエンペロープと呼ばれる皮膜を持つウィルスとしては、例えば、ヒト免疫不全ウィルス(HIV)、シンドビウィルス、ヒトヘルペスウィルス6型やヒトヘルペスウィルス8型とがある。又、キャプソマーが螺旋状につらなったキャプシドの外側にエンペロープを持つウィルスとしては、例えば、SARSウィルスなどのウィルスがある。その他に、B型肝炎ウィルスのように3種類の形を取るウィルスがある。
(Type of virus)
As a virus that is a sample according to the third embodiment of the present invention, an icosahedral virus consisting only of a capsid and a nucleic acid, a virus having a film called an envelope on the outside of the capsid, and a capsomer formed in a spiral shape There is a virus with an envelope outside the capsid. Examples of the icosahedron virus include poliovirus that causes motor paralysis and hepatitis A virus that causes hepatitis. Examples of viruses having a film called an envelope on the outside of the capsid include human immunodeficiency virus (HIV), Sindobivirus, human herpes virus type 6 and human herpes virus type 8. In addition, as a virus having an envelope outside the capsid in which the capsomer is spirally formed, there is a virus such as SARS virus. In addition, there are three types of viruses such as hepatitis B virus.

上述のように、ウィルスの種類及び形態はさまざまであるが、分子膜、特に脂質ニ分子膜、脂質二分子膜内で形成されるマイクロドメイン(ラフト、ガベオラ)、脂質二分子膜表面に突起されるアンカータンパク質(GPIアンカータンパク質)、レセプタータンパク質、糖タンパク質、スフィンゴ脂質(ガングリオシド)、糖タンパク質、糖脂質、抗原、抗体との特異的、膜との静電的、疎水的、親水的およびイオン的などの相互作用によって、膜への吸着、付着、沈着ならびに、膜との相互作用及びその相互作用に伴う膜を貫通したポアーの形成による溶液相の物質の膜への透過変化を引き起こすウィルスであるならば、特にウィルスの種類に限定されることがない。   As described above, the types and forms of viruses vary, but molecular membranes, particularly lipid bilayer membranes, microdomains (rafts and gaveolaes) formed in lipid bilayer membranes, are projected on the surface of lipid bilayer membranes. Anchor protein (GPI anchor protein), receptor protein, glycoprotein, sphingolipid (ganglioside), glycoprotein, glycolipid, antigen, specific to antibody, electrostatic to membrane, hydrophobic, hydrophilic and ionic Is a virus that causes permeation change of the solution phase material to the membrane by the adsorption, adhesion, deposition on the membrane and the formation of pores that penetrate the membrane due to the interaction. If so, it is not particularly limited to the type of virus.

(ウィルスの検出原理と手段)
第3の実施の形態では、ウィルスの分子膜、特に脂質ニ分子膜、マイクロドメイン類似膜、脂質二分子膜内で形成されるマイクロドメイン(ラフト、ガベオラ)、脂質二分子膜表面に突起されるアンカータンパク質(GPIアンカータンパク質)、レセプタータンパク質、糖タンパク質、スフィンゴ脂質(ガングリオシド)、糖タンパク質、糖脂質、抗原、抗体との特異的、膜との静電的、疎水的、親水的およびイオン的などの相互作用によって、膜への吸着、付着、沈着、融合ならびに膜との相互作用により引き起こされる膜電位、インピーダンス、誘電率、吸収スペクトル、蛍光スペクトルおよび膜表面状態の変化、或いは上記の相互作用に伴う膜を貫通したポアーの形成による物質の膜への透過変化を引き起こす特徴を利用することを特徴とする。
(Virus detection principle and means)
In the third embodiment, viral molecular membranes, in particular lipid bilayer membranes, microdomain-like membranes, microdomains formed in lipid bilayer membranes (raft, gaveola), and protrusions on the surface of lipid bilayer membranes Anchor protein (GPI anchor protein), receptor protein, glycoprotein, sphingolipid (ganglioside), glycoprotein, glycolipid, antigen, specific with antibody, electrostatic with membrane, hydrophobic, hydrophilic and ionic, etc. Due to the interaction of the membrane with the changes in membrane potential, impedance, dielectric constant, absorption spectrum, fluorescence spectrum and membrane surface state caused by adsorption, adhesion, deposition, fusion and interaction with the membrane, or the above interaction Utilizing the feature that causes the permeation change of the substance to the membrane by the formation of pores through the accompanying membrane To.

第3の実施の形態では、上記の相互作用に伴う、膜電位、電流、インピーダンス、誘電率、電気容量、粘度、密度、屈折率、吸収スペクトル、蛍光スペクトルなどの変化、膜への物質透過の変化を検知し、もしくは、膜の表面構造、状態の変化を観測することにより、ウィルスを検知することである。   In the third embodiment, changes in membrane potential, current, impedance, dielectric constant, electric capacity, viscosity, density, refractive index, absorption spectrum, fluorescence spectrum, etc. associated with the interaction described above, It is detecting a virus by detecting a change or observing a change in the surface structure and state of a film.

(測定装置と検出方法)
試料の分子膜との相互作用により引き起こされるさまざまな電気的、化学的及び物理的変化は、具体的に下記検出装置及び方法により検知することができる。
(Measurement device and detection method)
Various electrical, chemical and physical changes caused by the interaction of the sample with the molecular film can be specifically detected by the following detection apparatus and method.

分子膜表面状態の変化の検出装置として、例えば、光学顕微鏡、電子顕微鏡、レーザー電子顕微鏡、微分干渉位相差顕微鏡、走査型電子顕微鏡(SEM)、全反射フーリエ変換赤外分析装置、レーザーラマン分光装置、蛍光顕微鏡、偏光顕微鏡、X線解析装置と原子間力顕微鏡(AFM)などを用いることができるが、本発明に用いられている装置は特に、これらの装置に限定されるものではない。   For example, optical microscope, electron microscope, laser electron microscope, differential interference phase contrast microscope, scanning electron microscope (SEM), total reflection Fourier transform infrared analyzer, laser Raman spectrometer A fluorescence microscope, a polarizing microscope, an X-ray analyzer, an atomic force microscope (AFM), and the like can be used, but the apparatus used in the present invention is not particularly limited to these apparatuses.

第3の実施の形態に係る分子膜の特性として、例えば、膜の流動性、充填状態などの物理的性質、膜表面の電荷密度、疎水的および親水的特性を膜電位、膜のインピーダンス、電位容量、膜もしくは溶液の誘電率測定で調べることができる。   As the characteristics of the molecular film according to the third embodiment, for example, the physical properties such as the fluidity and packing state of the film, the charge density of the film surface, the hydrophobic and hydrophilic characteristics are the film potential, the impedance of the film, and the potential. It can be examined by measuring the dielectric constant of the capacitance, film or solution.

膜電位、電流などの電気信号を測定する装置として、例えば、エレクトロメーター、デジタルマルチメーター、ポテンショスタットなどがあるが、高抵抗、ローパスフィルタ、シグナル電気信号を増幅できるアンプなどを備える高感度エレクトロメーターの使用が望ましい。膜のインピーダンスおよび電気容量を測定する装置として、インピーダンスアナライザー、LCRメーター、ベクトルインピーダンスメーターなどを用いることができるが、ポテンショスタット、特に、ピコアンペアより小さいシグナル電気信号の測定及び高速掃引が可能であり、ローパスフィルタを備えた超高感度ポテンショスタットなどの装置との併用が望ましい。その他の電気化学測定装置として、バイポテンシオスタット(デユアルポテンショスタット)を用いることができるが、本発明に用いられている装置は特に、これらの装置に限定されるものではない。   Devices that measure electrical signals such as membrane potential and current include, for example, electrometers, digital multimeters, potentiostats, etc., but high-sensitivity electrometers with high resistance, low-pass filters, amplifiers that can amplify signal electrical signals, etc. Is desirable. As an apparatus for measuring the impedance and capacitance of the membrane, an impedance analyzer, an LCR meter, a vector impedance meter, and the like can be used, but a potentiostat, in particular, a signal electrical signal smaller than a picoampere can be measured and a high-speed sweep can be performed. It is desirable to use in combination with a device such as an ultra-sensitive potentiostat equipped with a low-pass filter. Bipotentiostats (dual potentiostats) can be used as other electrochemical measurement devices, but the devices used in the present invention are not particularly limited to these devices.

又、電気的ノイズを防ぐために、上記の測定をシールドボックス内で行うことが望ましい。   In order to prevent electrical noise, it is desirable to perform the above measurement in a shield box.

(物質の膜との相互作用による膜と流体の特性変化の測定方法)
一方、ポリペプチド、糖類、タンパク質等の生体関連物質及びウィルスは膜との相互作用による膜へ付着、吸着、沈着、融合の変化は上記膜の特性を検知する装置と手法及び膜の表面状態を観察する装置を用いることができる。
(Measuring method of changes in properties of membrane and fluid due to interaction of matter with membrane)
On the other hand, biologically related substances such as polypeptides, saccharides, proteins, and viruses are attached to the membrane due to the interaction with the membrane, adsorbed, deposited, and the change in fusion depends on the device and method for detecting the characteristics of the membrane and the surface condition of the membrane An observation device can be used.

更に、アミロイド型タンパク質或いはウィルスの分子膜との相互作用による流体中に含まれるのイオン、酸化還元種、有機物、糖類およびアミノ酸など物質の膜透過変化、ポリペプチド、糖類、苦味物質、甘味物質、及びタンパク質等の物質や分子などの物質の分子膜への透過変化、膜および流体の電気化学的変化、吸収スペクトル、蛍光スペクトル、或いは膜の表面特性の変化を、間接的に、もしくは直接的に検知・観察することができる。   Furthermore, membrane permeation changes of substances such as ions, redox species, organic substances, saccharides and amino acids contained in the fluid due to the interaction with the molecular film of amyloid type protein or virus, polypeptides, saccharides, bitter substances, sweet substances, Indirect or direct changes in permeation of substances such as proteins and substances such as molecules into membranes, electrochemical changes in membranes and fluids, absorption spectra, fluorescence spectra, or changes in membrane surface properties Can be detected and observed.

(物質の膜の透過及び膜との相互作用による物質の膜および流体の測定方法)
更に、膜を透過したイオン、酸化還元種、分子及び物質を直接的に検知する手法として、以下のような手法をとることができる。例えば、マイクロチャンネル内もしくはマイクロチャンネル外に、エレクトロメータ−、ポテンショスタット及びガルバノスタット装置のセンサ端子であるイオンセンサー、微小電極、センサ電極などの電極を設置し、チャネル内の局所的、in-situ検出を行うことができる。更に、チャンネルの出口でこれらの膜透過物質を収集・測定することもできる。
(Measuring method of substance membrane and fluid by permeation of substance membrane and interaction with membrane)
Furthermore, as a method for directly detecting ions, redox species, molecules and substances that have permeated through the membrane, the following methods can be taken. For example, an electrode such as an ion sensor, a microelectrode, or a sensor electrode that is a sensor terminal of an electrometer, a potentiostat, and a galvanostat device is installed inside or outside the microchannel, and the local, in-situ, Detection can be performed. Furthermore, these membrane-permeable substances can be collected and measured at the outlet of the channel.

一方、チャンネルから流出された膜透過物質をそれぞれの物質の性質に応じて、pHメータ、粘度計、密度計、屈折率計、吸光光度計、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)、液体クロマトグラフィー(LC)、ガスクロマトグラフィー(GC)、ガスクロマトグラフィー質量分析装置(GC/MS)、薄層クロマトグラフィー分析装置(TLC)、蛍光分光装置、フーリエ変換赤外分光分析装置(FTIR)などの化学分析装置を用いて該当成分を分析することができる。   On the other hand, depending on the nature of each substance, the membrane permeating substances flowing out from the channel are pH meter, viscometer, density meter, refractometer, absorptiometer, high performance liquid chromatography (HPLC), liquid chromatography (LC ), Gas chromatography (GC), gas chromatography mass spectrometer (GC / MS), thin layer chromatography analyzer (TLC), fluorescence spectrometer, Fourier transform infrared spectrometer (FTIR), and other chemical analyzers Can be used to analyze the corresponding component.

例えば、上述のように、膜を透過する物質は蛍光スペクトルの変化を引き起こさない場合、透過物質の電気信号、pH、粘度、密度、屈折率、吸収スペクトル及び熱信号の測定により、定性及び定量することができる。   For example, as described above, if the material that permeates the membrane does not cause a change in the fluorescence spectrum, it is qualitatively and quantified by measuring the electrical signal, pH, viscosity, density, refractive index, absorption spectrum, and thermal signal of the permeable material. be able to.

一方、膜を透過した物質は、膜および流体中の蛍光スペクトル変換を引き起こす場合、蛍光スペクトル変化の検出により、物質の定性、定量ができる。   On the other hand, when the substance that has passed through the membrane causes fluorescence spectrum conversion in the membrane and fluid, the substance can be qualitatively and quantitatively detected by detecting changes in the fluorescence spectrum.

(ペプチド、ポリペプチドやタンパク質の分析装置)
ペプチド、ポリペプチドやタンパク質の分析として、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)、分光光度法及び円偏光二色スペクトル法を用いることができる。
(Peptide, polypeptide and protein analyzer)
For analysis of peptides, polypeptides and proteins, high performance liquid chromatography (HPLC), spectrophotometry and circular dichroism spectroscopy can be used.

フーリエ変換赤外分光分析装置を用いて、タンパク質の二次構造を分析することができる。   The secondary structure of the protein can be analyzed using a Fourier transform infrared spectrometer.

(第3の実施の形態に係るマイクロリアクタの作用及び効果)
第3の実施の形態に係るマイクロリアクタによると、構造異常タンパク質(アミロイド型タンパク質)及びウィルスのマイクロチャンネル内で作製される静止もしくは流動の分子膜との相互作用により、引き起こされるさまざまな電気的、化学的及び物理的変化を捉え、構造異常タンパク質(アミロイド型タンパク質)及びウィルスの高感度、迅速検知を行うことができる。更に、構造異常タンパク質の迅速リフォールディングを行うこともできる。
(Operation and effect of the microreactor according to the third embodiment)
According to the microreactor according to the third embodiment, various electrical and chemical effects caused by the interaction between a structurally abnormal protein (amyloid protein) and a stationary or flowing molecular film produced in a microchannel of a virus. It is possible to detect structural and physical changes, and to detect a structurally abnormal protein (amyloid protein) and a virus with high sensitivity and speed. Furthermore, rapid refolding of structurally abnormal proteins can also be performed.

第3の実施の形態に係るマイクロリアクタ及び分析システムは、液/液層流間、気/液層流間、もしくは固/層流間に流動性のある分子膜を形成させることにより、この分子膜が持つ生体膜機能を利用して、さまざまな試料のセンサとして使用することを特徴とする。更に、膜の流動性を利用して、ワンチップで様々な機能を有するセンサを構築することができると伴に、センサの繰り返し使用も可能である特徴を有する。   The microreactor and the analysis system according to the third embodiment form a molecular film having fluidity between liquid / liquid laminar flow, gas / liquid laminar flow, or solid / laminar flow. It is characterized in that it is used as a sensor for various samples by utilizing the biological membrane function possessed by. Furthermore, it is possible to construct a sensor having various functions with a single chip by utilizing the fluidity of the membrane, and at the same time, the sensor can be repeatedly used.

次に、本発明の第3の実施の形態に係る分析システムの実施例について説明する。   Next, an example of the analysis system according to the third embodiment of the present invention will be described.

(実施例1)
実施例1では、アミロイド型タンパク質(Aβ)の検出を行った。実施例1で用いられた脂質、溶液、タンパク質は以下の通りである。
Example 1
In Example 1, amyloid type protein (Aβ) was detected. The lipids, solutions, and proteins used in Example 1 are as follows.

脂質:GM1/スフィンゴミエリン/コレステロール(40:30:30)を含む卵黄ホスファリジルコリン脂質
溶液:0.1 M トリス緩衝液(pH7.5)
タンパク質:0.6μM アミロイドβタンパク質(Aβ)
図37に示すように、25℃に恒温されたマイクロリアクタの第3の導入口21よりGM1/スフィンゴミエリン/コレステロール(40:30:30)を含む卵黄ホスファリジルコリン脂質の溶液を所定流速で導入し、第1の導入口22及び第2の導入口23より所定流速で、それぞれ0.1 M トリス緩衝液(pH7.5)を導入し、さらに、第2の導入口23から断続的に0.6μMアミロイドβタンパク質(Aβ)のを含む0.1 M トリス緩衝液(pH7.5)を導入した。
Lipid: Egg yolk phosphatidylcholine lipid solution containing GM1 / sphingomyelin / cholesterol (40:30:30): 0.1 M Tris buffer (pH 7.5)
Protein: 0.6μM Amyloid β protein (Aβ)
As shown in FIG. 37, a solution of egg yolk phosphatidylcholine lipid containing GM1 / sphingomyelin / cholesterol (40:30:30) is introduced at a predetermined flow rate from the third inlet 21 of the microreactor which is kept at 25 ° C. Then, 0.1 M Tris buffer (pH 7.5) is introduced from the first inlet 22 and the second inlet 23 at a predetermined flow rate, respectively, and further, 0.6 μM amyloid is intermittently introduced from the second inlet 23. A 0.1 M Tris buffer (pH 7.5) containing β protein (Aβ) was introduced.

(結果)
アミロイドβタンパク質(Aβ)を含む0.1 M トリス緩衝液(pH7.5)を断続的に流した場合、膜の両側に設置される電極により、膜電位の変化が検知された。
(result)
When 0.1 M Tris buffer (pH 7.5) containing amyloid β protein (Aβ) was intermittently flowed, changes in membrane potential were detected by electrodes placed on both sides of the membrane.

実施例1の実験結果により、分子膜を備えるマイクロリアクタはアミロイドβタンパク質(Aβ)を特異的に検知できることを示した。   The experimental results of Example 1 showed that the microreactor equipped with a molecular film can specifically detect amyloid β protein (Aβ).

(実施例2)
実施例2では、分子膜を備えるマイクロリアクタを用いた変性タンパク質のリフォールディングを行うモデル系として行ったものである。変性したタンパク質のモデルとして炭酸脱水酵素を用いて、そのリフォールディングを行った。実施例2で用いられた界面活性剤、有機溶媒、タンパク質は以下の通りである。
(Example 2)
In Example 2, this was performed as a model system for refolding denatured protein using a microreactor equipped with a molecular film. The refolding was performed using carbonic anhydrase as a denatured protein model. The surfactant, organic solvent, and protein used in Example 2 are as follows.

界面活性剤:1−パルミトイル−2−オレイル−sn―グリセロ−3−ホスホコリン(POPC)
有機溶媒:デカン
変性タンパク質:炭酸脱水素酵素
図38に示すように、25℃に恒温されたマイクロリアクタの第1の導入口22及び第2の導入口23より所定流速で3 μMの変性炭酸脱水素酵素と0.1 M グアニジン塩酸塩を含む0.1 M トリス緩衝液(pH7.5)を導入し、第3の導入口21より所定流速で7 % 1−パルミトイル−2−オレイル−sn―グリセロ−3−ホスホコリンを含むデカン溶液を導入してリフォールディング操作を行った。
Surfactant: 1-palmitoyl-2-oleyl-sn-glycero-3-phosphocholine (POPC)
Organic solvent: decane denatured protein: carbonic acid dehydrogenase As shown in FIG. 38, 3 μM denatured carbonic acid dehydrogenation at a predetermined flow rate from the first inlet 22 and the second inlet 23 of the microreactor kept at 25 ° C. A 0.1 M Tris buffer (pH 7.5) containing an enzyme and 0.1 M guanidine hydrochloride was introduced, and 7% 1-palmitoyl-2-oleyl-sn-glycero-3-phosphocholine was introduced at a predetermined flow rate from the third inlet 21. A decane solution containing was introduced to perform the refolding operation.

(結果)
変性炭酸脱水素酵素はマイクロリアクタ内で形成された分子膜との接触により速やかにリフォールディングされた。
(result)
The denatured carbonic acid dehydrogenase was rapidly refolded by contact with the molecular film formed in the microreactor.

(実施例3)
実施例3では、図37と同様なセル構造で、25℃に恒温されたマイクロリアクタの第3の導入口21よりパルミトイルオレオイルホスファチジルコリン(POPC)の両親媒性分子混合液を所定流速で導入し、第1の導入口22および第2の導入口23よりそれぞれ0.1Mトリス緩衝液(pH7.5)を所定流速で導入した。第2の導入口23より更に、断続的に0.6μM β型プリオンタンパク質を含む0.1M トリス緩衝液(pH7.5)を導入した。
(Example 3)
In Example 3, an amphiphilic molecule mixture of palmitoyl oleoyl phosphatidylcholine (POPC) was introduced at a predetermined flow rate from the third inlet 21 of the microreactor having a constant cell structure as shown in FIG. A 0.1 M Tris buffer (pH 7.5) was introduced at a predetermined flow rate from the first inlet 22 and the second inlet 23, respectively. Further, 0.1 M Tris buffer (pH 7.5) containing 0.6 μM β-type prion protein was intermittently introduced from the second inlet 23.

(結果)
0.6μM β型プリオンタンパク質を含む0.1M トリス緩衝液(pH7.5)を流した場合、膜の両側に設置される電極により、膜電位の変化が検知された。
(result)
When 0.1 M Tris buffer (pH 7.5) containing 0.6 μM β-type prion protein was flowed, changes in membrane potential were detected by electrodes placed on both sides of the membrane.

(比較例3)
一方、上記と同様な実験条件で、第2の導入口23より断続的に0.6μM α型プリオンタンパク質を含むトリス緩衝液(pH7.5)を流した場合、膜電位の変化が検知されなかった。
(Comparative Example 3)
On the other hand, when a Tris buffer solution (pH 7.5) containing 0.6 μM α-type prion protein was intermittently passed from the second inlet 23 under the same experimental conditions as described above, no change in membrane potential was detected. .

実施例3と比較例3の実験結果より、分子膜を備えるマイクロリアクタはβプリオンタンパク質を特異的に検知できることを示した。   From the experimental results of Example 3 and Comparative Example 3, it was shown that the microreactor equipped with a molecular film can specifically detect β-prion protein.

(実施例4)
実施例4では、血清含有液によりHIV−1中のウィルスRNA及び逆転写酵素の抽出と膜電位変化、遺伝子センサ及びプロテインセンサによるHIV−1の検知を行った。
Example 4
In Example 4, extraction of viral RNA and reverse transcriptase in HIV-1 with a serum-containing solution, membrane potential change, and detection of HIV-1 using a gene sensor and protein sensor were performed.

図39(a)に示すように、25℃に恒温されたマイクロリアクタの第3の導入口21より所定流速で、スフィンゴミエリン、ガラクトシルセラミド(GalCer)とコレステロールを含む両親媒性分子混合液を流す。第1の導入口22および第2の導入口23よりそれぞれより0.1Mトリス緩衝液(pH7.5)を導入した。更に、第2の導入口23より、断続的に血清とHIV−1を含有する溶液を導入した。   As shown in FIG. 39 (a), an amphiphilic molecule mixed solution containing sphingomyelin, galactosylceramide (GalCer) and cholesterol is flowed from the third inlet 21 of the microreactor kept at 25 ° C. at a predetermined flow rate. A 0.1 M Tris buffer (pH 7.5) was introduced from each of the first inlet 22 and the second inlet 23. Further, a solution containing serum and HIV-1 was intermittently introduced from the second inlet 23.

第3の導入口21から流された両親媒性分子混合液(脂質混合液25)により、マイクロチャンネル内の液/液層流間にマイクロドメイン(ラフト)類似膜が形成され、このマイクロドメイン類似膜はHIV−1のGp120という糖タンパク質のV3 loop{図39(b)参照}の部位と特異的に相互作用し、その結果、HIVと脂質二分子膜の膜融合を引き起こし、HIV−1内にあるHIV−1のウィルスRNA及び逆転写酵素{図39(c)参照}を膜の反対側に放出させた{図39(a)参照}。一方、血清は膜を透過しないので、このまま出口より流出し、HIV−1のウィルスRNA及び逆転写酵素と分離することができる。   A microdomain (raft) -like film is formed between the liquid / liquid laminar flow in the microchannel by the amphipathic molecule mixed solution (lipid mixture 25) flowed from the third inlet 21, and this microdomain-like film is formed. The membrane interacts specifically with the site of HIV-1 Gp120 glycoprotein V3 loop {see Fig. 39 (b)}, resulting in membrane fusion between HIV and lipid bilayer, and within HIV-1. The HIV-1 viral RNA and reverse transcriptase {see Fig. 39 (c)} were released on the opposite side of the membrane {see Fig. 39 (a)}. On the other hand, since serum does not permeate the membrane, it flows out from the outlet as it is and can be separated from HIV-1 viral RNA and reverse transcriptase.

(結果)
上記のようにHIV−1と脂質二分子膜との膜融合により、ウィルスRNAと逆転写酵素と血清を分離することができると同時に、膜融合により、膜電位変化などの電気信号(電位、抵抗、電流、誘電率など)の変化を各層流に設置される電極などにより検知することができた。
(result)
As mentioned above, viral RNA, reverse transcriptase and serum can be separated by membrane fusion between HIV-1 and lipid bilayer membrane, and at the same time, electrical signals such as changes in membrane potential (potential, resistance, etc.) can be obtained by membrane fusion. , Current, dielectric constant, etc.) could be detected by electrodes installed in each laminar flow.

又、抽出されたHIV−1の転移酵素とRNAを更にプロテインセンサもしくは遺伝子センサにより、血清の影響を受けることなく検出することができた。   Further, the extracted HIV-1 transferase and RNA could be detected by a protein sensor or gene sensor without being affected by serum.

(第4の実施の形態)
第4の実施の形態では、逆ミセル分子膜を作製するマイクロリアクタを用い、物質、特に生体関連物質の正抽出及び逆抽出、もしくは抽出に伴う化学反応及び変性タンパク質のリフォールディングについて説明する。
(Fourth embodiment)
In the fourth embodiment, a microreactor for producing a reverse micelle molecular film will be used to explain normal extraction and reverse extraction of a substance, particularly a biological substance, or chemical reaction accompanying extraction and refolding of a denatured protein.

第4の実施形態では、簡便、短時間、省エネルギー、且つ温和な反応・抽出条件で、物質の高効率および迅速抽出、タンパク質などの生体関連物質の高活性、高効率および迅速抽出、変性タンパク質の迅速リフォールディングを行なう逆ミセルによるマイクロ抽出システム(逆ミセル型マイクロリアク)を提供することを目的とする。   In the fourth embodiment, high-efficiency and rapid extraction of substances, high-activity, high-efficiency and rapid extraction of bio-related substances such as proteins, simple, short-time, energy-saving and mild reaction / extraction conditions; It is an object of the present invention to provide a micro extraction system (reverse micelle type microreactor) using reverse micelles that performs rapid refolding.

(第4の実施の形態に係るマイクロリアクタの特徴)
第4の実施の形態では、マイクロリアクタ内で逆ミセル抽出を行うことにより、従来の逆ミセル抽出における問題を大幅に改善することを特徴とするものである。
(Features of the microreactor according to the fourth embodiment)
The fourth embodiment is characterized in that the problem in conventional reverse micelle extraction is greatly improved by performing reverse micelle extraction in a microreactor.

具体的に、本発明は、従来の逆ミセル抽出のように、攪拌を伴うことなく、油水界面積を大きくすることができるので、界面活性剤の乳化が進むことなく、有用物質の迅速抽出を行うことを特徴とするものである。   Specifically, the present invention can increase the oil-water interfacial area without agitation as in the case of conventional reverse micelle extraction, so that rapid extraction of useful substances can be achieved without the emulsification of the surfactant. It is characterized by doing.

第4の実施の形態では、微小空間による逆ミセルサイズの制御が容易であり、油/水の層流接触による安定なミセル構造による抽出が可能なため、従来の逆ミセル抽出と比較して、選択性の高い抽出及び迅速抽出を行うことを特徴とするものである。   In the fourth embodiment, it is easy to control the reverse micelle size by the micro space, and the extraction by the stable micelle structure by the laminar flow contact with oil / water is possible. Therefore, compared with the conventional reverse micelle extraction, It is characterized by performing extraction with high selectivity and rapid extraction.

第4の実施の形態は穏和な条件での抽出操作が可能であるため、タンパク質・酵素(細胞の約20%を占める)、アミノ酸、ペプチド、核酸などの比較的小さい生体分子の抽出から、ウィルスや微生物細胞などの生体粒子に至る生理活性物質、および物質の分離・抽出系を提供することを特徴とするものである。   In the fourth embodiment, the extraction operation can be performed under mild conditions. Therefore, the extraction of relatively small biomolecules such as proteins / enzymes (occupying about 20% of cells), amino acids, peptides, nucleic acids, etc. And a biologically active substance that reaches biological particles such as microbial cells, and a substance separation / extraction system.

第4の実施の形態は、逆ミセルによるマイクロ抽出システム(逆ミセル型マイクロリアク)を用いて、変性タンパク質の立体構造及び活性回復を行うことを特徴とするものである。   The fourth embodiment is characterized in that the three-dimensional structure and activity of a denatured protein are recovered using a micro extraction system (reverse micelle type microreactor) using reverse micelles.

第4の実施の形態は、逆ミセルによるマイクロ抽出システム(逆ミセル型マイクロリアクタ)を用いたバイオリアクタシステムを提供することを特徴とするものである。   The fourth embodiment is characterized by providing a bioreactor system using a micro extraction system (reverse micelle type microreactor) using reverse micelles.

第4の実施の形態は、逆ミセルによるマイクロ抽出システムはマイクロチャンネル内の原料水相と逆ミセル溶液相の層流間において、逆ミセル溶液相に存在する逆ミセルへ原料水相中の物質が正抽出され、もしくは抽出に伴うタンパク質のリフォールディングが行なわれる工程1と、原料水溶液の回収もしくは再循環の工程2と、正抽出した逆ミセル溶液から物質とリフォールディングされたタンパク質の逆抽出を行う工程3と、逆ミセル溶液を再利用するための循環工程4と、抽出生成物を回収するための工程5とを具備することを特徴とするものである。   In the fourth embodiment, a micro extraction system using reverse micelles is configured such that substances in the raw water phase are transferred to the reverse micelles existing in the reverse micelle solution phase between the laminar flow of the raw water phase and reverse micelle solution phase in the microchannel. Step 1 in which protein is refolded in the normal extraction or in association with extraction, step 2 in the recovery or recycling of the aqueous raw material solution, and back extraction of the substance and the refolded protein from the reverse micelle solution extracted in the normal manner It comprises a step 3, a circulation step 4 for reusing the reverse micelle solution, and a step 5 for recovering the extracted product.

即ち、第4の実施の形態は、一種類以上の両親媒性分子及びリガンド、リン脂質、糖脂質、コレステロール、タンパク質、スフィンゴ脂質、酸化還元種、細胞認識分子、受容体及び少量な水を含有する一種類以上の両親媒性分子からなる逆ミセル溶液を流すマイクロチャンネルと、生体関連物質、各種分子、酸化還元剤、分子シャペロンおよび金属イオンなどの物質から少なくとも1種類以上を含有する原料水溶液を流すマイクロチャンネルと合流し、両チャンネルから流出される両液相は同一マイクロチャンネル内において層流状態を保ちながら、一定方向に輸送され、この際、逆ミセル溶液相と原料水相の両液相界面での相互接触による逆ミセルへの生体関連物質などの正抽出、もしくは抽出に伴う化学反応、タンパク質のリフォールディングが行われる工程1を具備し、続いて、原料水溶液の回収もしくは再循環チャンネルが設置され、原料水溶液の回収もしくは再循環の工程2を具備し、更に、生体関連物質、各種分子、イオンなどを取り込んだ逆ミセル溶液チャンネルに、逆抽出を行うための複数の回収水相チャンネルを具備し、逆抽出のための工程3を具備し、更に逆ミセル溶液を再利用するための循環工程4と、抽出生成物を回収するための工程5とを具備することを特徴とするものである。   That is, the fourth embodiment contains one or more types of amphipathic molecules and ligands, phospholipids, glycolipids, cholesterol, proteins, sphingolipids, redox species, cell recognition molecules, receptors, and a small amount of water. A microchannel for flowing a reverse micelle solution composed of one or more types of amphipathic molecules, and an aqueous raw material solution containing at least one kind from substances such as biological materials, various molecules, redox agents, molecular chaperones and metal ions The two liquid phases flowing out from both channels are transported in a certain direction while maintaining a laminar flow state in the same microchannel. At this time, both liquid phases of the reverse micelle solution phase and the raw water phase are mixed. Normal extraction of biological materials, etc. into reverse micelles by mutual contact at the interface, chemical reaction accompanying extraction, protein refolding Step 1 is performed, followed by a raw material aqueous solution recovery or recirculation channel, a raw material aqueous solution recovery or recirculation step 2, and further, bio-related substances, various molecules, ions, etc. A reverse micelle solution channel incorporating a plurality of recovered aqueous phase channels for reverse extraction, a step 3 for reverse extraction, and a circulation step 4 for reusing the reverse micelle solution; And Step 5 for recovering the extracted product.

又、工程3はさらに正抽出した逆ミセル溶液相と回収水相の両層流間の接触により回収水相への生体関連物質の逆抽出が行われる工程3(a)、生体関連物質などを含有する逆ミセル溶液相と回収水相のチャンネルにおいて、チャンネル中両液相の温度をマイクロコントロールチップで制御することにより、回収水相への生体関連物質の温度度制御による逆抽出を行う工程3(b)、及び逆ミセル溶液のチャンネルへ親水性有機溶媒を分岐チャンネルから導入することにより回収水相への生体関連物質を逆抽出する工程3(c)を具備することを特徴とするものである。   Step 3 further includes step 3 (a), in which the biologically relevant substance is back-extracted into the recovered aqueous phase by contact between the laminar flows of the reverse micelle solution phase and the recovered aqueous phase that are extracted in the forward direction. Step 3 of performing reverse extraction by controlling the temperature of the biological substance in the recovered aqueous phase by controlling the temperature of both liquid phases in the channel in the reverse micelle solution phase and the recovered aqueous phase contained with a micro control chip. (B), and a step 3 (c) for back-extracting the biological substance to the recovered aqueous phase by introducing a hydrophilic organic solvent from the branch channel into the channel of the reverse micelle solution. is there.

第4の実施の形態の逆ミセルは少なくとも一種類以上の両親媒性分子からなる逆ミセルと、少なくとも一種類以上の両親媒性分子と少なくとも一種類以上の助界面活性剤、リガンド、リン脂質、糖脂質、コレステロール、タンパク質、スフィンゴ脂質、酸化還元種、細胞認識分子、受容体からなる混合型逆ミセルであることを特徴とするものである。   The reverse micelle of the fourth embodiment is a reverse micelle composed of at least one kind of amphiphilic molecule, at least one kind of amphiphilic molecule, at least one kind of co-surfactant, ligand, phospholipid, It is a mixed reverse micelle composed of glycolipid, cholesterol, protein, sphingolipid, redox species, cell recognition molecule, and receptor.

第4の実施の形態の逆ミセルの中心にウォータープールもしくは酸化還元種、核酸関連物質、タンパク質を含有するウォータープールが存在し、そこへ生体関連物質が取り込まれることを特徴とするものである。   A water pool containing a water pool or a redox species, a nucleic acid-related substance, and a protein is present at the center of the reverse micelle according to the fourth embodiment, and a biological substance is taken into the water pool.

第4の実施の形態における工程3の回収水相は、異なるpH、塩濃度を有することを特徴とするものである。   The recovered aqueous phase in step 3 in the fourth embodiment has a different pH and salt concentration.

第4の実施の形態における原料水溶液は物質、特に生体関連物質であるタンパク質、変性タンパク質、アミノ酸、ポリペプチド、ペプチド、核酸、核酸関連物質、プラスミド、バクテリア、植物細胞などを含有することを特徴とするものである。   The aqueous raw material solution according to the fourth embodiment is characterized by containing substances, in particular, proteins, denatured proteins, amino acids, polypeptides, peptides, nucleic acids, nucleic acid-related substances, plasmids, bacteria, plant cells, and the like that are biologically related substances. To do.

第4の実施形態において、変性タンパク質を含む逆ミセルのウォータープール中に酸化還元剤、分子シャペロン、金属イオンが取り込まれ、逆ミセルのウォータープール内で、タンパク質の立体構造および活性の回復を行うことを特徴とするものである。   In the fourth embodiment, a redox agent, a molecular chaperone, and a metal ion are incorporated into a reverse micelle water pool containing a denatured protein, and the three-dimensional structure and activity of the protein are restored in the reverse micelle water pool. It is characterized by.

(逆ミセルによるマイクロ抽出システムの構造)
第4の実施の形態に係るマイクロリアクタシステム(逆ミセル型マイクロリアクタ)は、図40に示したように、逆ミセルによるマイクロ抽出システム(逆ミセル型マイクロリアクタ)による生体関連物質などの物質の正抽出及びリフォールディングを行うための正抽出部91と、原料水溶液を回収するための原料回収部92と、正抽出で抽出された生体関連物質などの物質の逆抽出を行うための逆抽出部93、逆ミセル溶液を循環するための循環部95と、逆抽出で得られたそれぞれの抽出生成物を回収するための生成物回収部94とを備える。これらの構成部分は正抽出及び逆抽出の対象物に対応して、自由に組み合わせることができる。
(Structure of micro extraction system using reverse micelle)
As shown in FIG. 40, the microreactor system (reverse micelle type microreactor) according to the fourth embodiment is configured to perform normal extraction and recirculation of substances such as biological substances using a microextraction system (reverse micelle type microreactor) using reverse micelles. A normal extraction unit 91 for performing folding, a raw material recovery unit 92 for recovering an aqueous raw material solution, a reverse extraction unit 93 for performing reverse extraction of substances such as biological substances extracted by normal extraction, and reverse micelles A circulation unit 95 for circulating the solution and a product recovery unit 94 for recovering each extraction product obtained by back extraction are provided. These constituent parts can be freely combined corresponding to the object of normal extraction and reverse extraction.

正抽出部91において、例えば、異なる生体関連性物質(或いは物質)の正抽出及び正抽出の後に行われるタンパク質のリフォールディングの模式図をそれぞれ図41と図42に示す。   For example, FIGS. 41 and 42 show schematic diagrams of protein refolding performed after positive extraction and positive extraction of different biologically relevant substances (or substances) in the positive extraction unit 91, for example.

図41に示すように、正抽出のマイクロチャンネルは逆ミセルへの異なる生体関連物質(或いは物質)抽出を行うための逆ミセル(RM)を含む溶液を導入する第6の導入口96と生体関連物質(P1、P2、P3)などを含む原料水溶液(W)を導入する第7の導入口97があり、これらの二つのチャンネルはマイクロチャンネル(3)と接続する。マイクロチャンネル3内では、両層流相が形成され、原料水相に含まれる生体関連物質(P1、P2、P3)が両層流の界面を通じて、逆ミセル(RM)内へ正抽出される。   As shown in FIG. 41, the positive extraction microchannel has a sixth inlet 96 for introducing a solution containing reverse micelles (RM) for extracting different biological substances (or substances) into the reverse micelles and the biological relations. There is a seventh inlet 97 for introducing a raw material aqueous solution (W) containing substances (P1, P2, P3) and the like, and these two channels are connected to the microchannel (3). In the microchannel 3, both laminar flow phases are formed, and biologically relevant substances (P1, P2, P3) contained in the raw material aqueous phase are positively extracted into reverse micelles (RM) through the interface between both laminar flows.

この場合、逆ミセルは一種類以上の両親媒性分子からなる逆ミセル、もしくは少なくとも一種以上の両親媒性分子と少なくとも一種類以上のリガンド、リン脂質、糖脂質、コレステロール、タンパク質、スフィンゴ脂質、酸化還元種、分子シャペロン、細胞認識分子、助界面活性剤、受容体からなる混合型逆ミセルである。又、逆ミセルの内部に予め、少量な水、酸化還元種、金属イオン、各種分子と生体関連物質を含有させることもできる。逆ミセルを構成するさまざまな物質及び逆ミセル内に内包されるさまざまな物質について、後で詳細に説明する。   In this case, the reverse micelle is a reverse micelle composed of one or more types of amphiphilic molecules, or at least one type of amphiphilic molecules and at least one type of ligand, phospholipid, glycolipid, cholesterol, protein, sphingolipid, oxidation A mixed reverse micelle consisting of a reducing species, a molecular chaperone, a cell recognition molecule, a co-surfactant and a receptor. In addition, a small amount of water, redox species, metal ions, various molecules, and biological substances can be contained in the reverse micelle in advance. Various substances constituting the reverse micelle and various substances included in the reverse micelle will be described in detail later.

一方、原料水相(W)に変性タンパク質が含まれる場合は、図42に示すように、変性タンパク質のリフォールディングを行うことができる。まず、変性タンパク質を逆ミセル(RM)に抽出する。次に、逆ミセル溶液相の分岐チャンネル(第10の導入口104)より酸化剤及び還元剤を内包した逆ミセル(RM−Ox/Red)や分子シャペロン、アデノシン三リン酸、金属イオンを内包した逆ミセル(RM−Cpn/ATP/M)を加え、変性タンパク質のリフォールディングを行うことができる。   On the other hand, when the raw material aqueous phase (W) contains a denatured protein, the denatured protein can be refolded as shown in FIG. First, denatured protein is extracted into reverse micelles (RM). Next, reverse micelle (RM-Ox / Red) containing an oxidizing agent and a reducing agent, a molecular chaperone, adenosine triphosphate, and a metal ion are included from a branch channel (10th inlet 104) of the reverse micelle solution phase. Reverse micelles (RM-Cpn / ATP / M) can be added to refold denatured proteins.

原料回収部92は、未反応の原料水溶液を回収する。   The raw material recovery unit 92 recovers an unreacted raw material aqueous solution.

逆抽出部93は、正抽出部で抽出された生体関連物質及びリフォールディングされた後のタンパク質の逆抽出を行う。逆抽出部93は、図43に示すように、水溶液(回収水相)の塩濃度、pHなどの条件制御、もしくは水溶液中(回収水相)にリガンド試薬の添加により逆抽出を行う第1の逆抽出部93a(工程3a)、マイクロチャンネル内の温度を制御することにより逆抽出を行う第3の逆抽出部93b(工程3b)、正抽出した逆ミセル溶液相にアルコール類などの親水性有機溶媒を添加することにより回収水相への逆抽出を行う第3の逆抽出部93c(工程3c)を含む。   The back extraction unit 93 performs back extraction of the biological material extracted by the normal extraction unit and the protein after refolding. As shown in FIG. 43, the back extraction unit 93 performs the first back extraction by controlling the conditions such as the salt concentration and pH of the aqueous solution (recovered aqueous phase) or adding a ligand reagent in the aqueous solution (recovered aqueous phase). Back extractor 93a (step 3a), third back extractor 93b (step 3b) that performs back extraction by controlling the temperature in the microchannel, hydrophilic organic substances such as alcohols in the reversely extracted reverse micelle solution phase A third back extraction unit 93c (step 3c) that performs back extraction into the recovered aqueous phase by adding a solvent is included.

生成物回収部94は、逆抽出部93で得られた抽出生成物を回収する。   The product recovery unit 94 recovers the extraction product obtained by the back extraction unit 93.

循環部95は、逆抽出部93から正抽出部91へ逆ミセル溶液を循環する。   The circulation unit 95 circulates the reverse micelle solution from the back extraction unit 93 to the normal extraction unit 91.

第4の実施の形態に係る正抽出部91及び逆抽出部93に用いられるマイクロチャンネルの形状は摩擦抵抗を軽減するために、直管のマイクロチャンネルを多管式にして、使用することが望ましいが、用途に応じて曲がったマイクロチャンネルを適宜に使用することもできる。第4の実施の形態に係るマイクロチャンネルは逆ミセル溶液相と水相の層流を形成できるものであれば、マイクロチャンネルの径の大きさと形状を特に限定されるものではない。   The shape of the microchannels used in the forward extraction unit 91 and the reverse extraction unit 93 according to the fourth embodiment is preferably used by making the straight microchannels into a multi-tube type in order to reduce frictional resistance. However, curved microchannels can be used as appropriate according to the application. The microchannel diameter and shape of the microchannel are not particularly limited as long as the microchannel according to the fourth embodiment can form a laminar flow of the reverse micelle solution phase and the aqueous phase.

尚、マイクロチャンネルの材料については、第1の実施の形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。   Note that the material of the microchannel is the same as that in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted here.

(逆ミセルによるマイクロ抽出システムにおいて使用する物質)
第4の実施の形態に係る逆ミセルによるマイクロ抽出システム(逆ミセル型マイクロリアクタ)において使用するアミノ酸、ペプチド、核酸関連物質等の物質については、第1の実施の形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。又、タンパク質、変性剤、酸化剤及び還元剤、界面活性剤及び有機溶媒は例えば以下のものを使用するが、これらに特に限定されるものではない。
(Substances used in micro extraction systems using reverse micelles)
Since the substances such as amino acids, peptides, and nucleic acid-related substances used in the micro extraction system (reverse micelle type microreactor) using the reverse micelle according to the fourth embodiment are the same as those in the first embodiment, here Description is omitted. In addition, proteins, denaturing agents, oxidizing agents and reducing agents, surfactants, and organic solvents, for example, are used as follows, but are not particularly limited thereto.

タンパク質としては、アシル−CoAオキシダーゼ、アシル−CoAシンセターゼ、アスコルビン酸オキシダーゼ、アスパアラギン酸アミノトランスフェラーゼ、アスパラギン酸β−脱炭酸酵素、アスパルターゼ、アセテートキナーゼ、アミノアシラーゼ、アミノ酸オキシダーゼ、アミノペプチダーゼ、アミラーゼ、アラニン脱水素酵素、アラバナーゼ、アラビノシダーゼ、RNAポリメラーゼ、アルカリキシラナーゼ、アルカリセルラーゼ、アルカリプロテアーゼ、アルカリリパーゼ、アルコールデヒドロゲナーゼ、アルデヒドデヒドロゲナーゼ、アルドラーゼ、α−アセト乳酸脱炭酸酵素、α−キモトリプシン、イソアミラーゼ、イソクエン酸デヒドロゲナーゼ、インベルターゼ、ウリカーゼ、ウレアーゼ、ウロキナーゼ、エステラーゼ、N-アセチルノイラミン酸リアーゼ、エンド−β−グルカナーゼ、ω−ヒドロキシラーゼ、カタラーゼ、カルボキシルエステラーゼ、カルボキシペプチダーゼ、カルボニックアンヒドラーゼ、γ−グルタミントランスペプチダーゼ、キサンチンオキシダーゼ、ギ酸デヒドロゲナーゼ、キシラナーゼ、キシランアセチルエステラーゼ、キシロースイソメラーゼ、キモシン、グアノシン5’−リン酸シンセターゼ、クエン酸シンセターゼ、グリセロールオキシダーゼ、グリセロールキナーゼ、グリセロール3−リン酸オキシダーゼ、グルコアミラーゼ、グルコシダーゼ、グルコシルトランスフェラーゼ、グルコースイソメラーゼ、グルコース−1−オキシダーゼ、グルコースオキシダーゼ、グルコース脱水素酵素、グルコースデヒドロゲナーゼ、グルコース6−リン酸デヒドロゲナーゼ、グルタミン酸デカルボキシダーゼ、グルタミン酸デヒドロゲナーゼ、クレアチニナーゼ、クレアチニンデイミナーゼ、クレチナーゼ、クロロペルオキシダーゼ、5’−アデニル酸デアミナーゼ、コリパーゼ、コリンエステラーゼ、コリンオキシダーゼ、コレステロールオキシダーゼ、サーモライシン、ザルコシンオキシダーゼ、ザルコシンデヒドロゲナーゼ、3α−ヒドロキシステロイドデヒドロゲナーゼ、3−クロロ−D−アラニンクロリドリアーゼ、ジアホラーゼ、シアン酸アルドラーゼ、シクロデキストリングルコシルトランスフェラーゼ、ジヒドロピリミジナーゼ、ストレプトキナーゼ、スーパーオキシドジスムターゼ、スブチリシン、セファロスポリンアシラーゼ、セファロスポリンアミダーゼ、セルラーゼ、セロビオヒドロラーゼ、チトクロムC、チミディレートシンターゼ、DNAポリメラーゼ、デオキシリボース−5−リン酸アルドラーゼ、デキストラナーゼ、ドーパデカルボキシラーゼ、トランスグルタミナーゼ、トリオースリン酸イソメラーゼ、トリプシン、トリプトファナーゼ、トリプトファンシンセターゼ、ナリンギナーゼ、ニトリルヒドラターゼ、乳酸脱水素酵素、ノイラミニダーゼ、ハロヒドリンエポキシダーゼ、ハロヒドリンハロゲンハライドリアーゼ、ハロペルオキシダーゼ、ヒスチジンアンモニアリアーゼ、ヒダントイナーゼ、ピラノース−2−オキシダーゼ、ピルビン酸オキシダーゼ、フェニルアラニンアンモニアリナーゼ、フェノールオキシダーゼ、プトレッシンオキシダーゼ、フラビン酵素、プリンヌクレオシドホスホリラーゼ、プルラナーゼ、プロテアーゼ、プロウロキナーゼ、プロティナーゼ、プロリンイミノペプチダーゼ、ブロモペルオキシダーゼ、ヘキソキナーゼ、ペクチナーゼ、ペクチンエステラーゼ、ペクチントランスエリミナーゼ、β−エーテラーゼ、β−ガラクトシダーゼ、β−グルカナーゼ、β−グルコアミラーゼ、β−フルクトフラノシダーゼ、β−フラクトフラシノダーゼ、ペプチダーゼ、ヘミセルラーゼ、ペニシリンアミラーゼ、ペニシリンアミダーゼ、ペルオキシダーゼ、ペントサナーゼ、ホスホジエステラーゼ、ホスホリパーゼ、ホスホリラーゼ、ポリガラクツロナーゼ、マンナナーゼ、ムタナーゼ、ムタロターゼ、ラクターゼ、ラクトノヒドロラーゼ、ラクトペルオキシダーゼ、ラク又ゼ、ラセマーゼ、ラッカーゼ、リアーゼ、リガーゼ、リグニンペルオキシダーゼ、リジルエンドペプチダーゼ、リジンオキシダーゼ、リジンデカルボキシラーゼ、リゾチーム、リパーゼ、リブロース1、5−ビスホスフェイトカルボキシラーゼ、リポプロテインリパーゼ、リボヌクレアーゼA、リンゴ酸デヒドロキナーゼ、ルシフェラーゼ、ロイシンアミノペプチダーゼ、ロダナーゼ、アルブミン、インスリン、インターフェロン、インターロイキン、γ−グロブリン、キモトリプシノーゲン、コンカナバリンA、バクテリオロドプシン、プロインスリン、β−ラクトグロブリン、ヘモグロビン、ミオグロビン、トリプシン阻害剤、ロドプシンなどが使用可能である。   Proteins include acyl-CoA oxidase, acyl-CoA synthetase, ascorbate oxidase, asparaginate aminotransferase, aspartate β-decarboxylase, aspartase, acetate kinase, aminoacylase, amino acid oxidase, aminopeptidase, amylase, alanine dehydration Elementary enzyme, arabanase, arabinosidase, RNA polymerase, alkaline xylanase, alkaline cellulase, alkaline protease, alkaline lipase, alcohol dehydrogenase, aldehyde dehydrogenase, aldolase, α-acetolactic decarboxylase, α-chymotrypsin, isoamylase, isocitrate dehydrogenase , Invertase, uricase, urease, urokinase, esterase, N-acetyl Neuraminate lyase, endo-β-glucanase, ω-hydroxylase, catalase, carboxylesterase, carboxypeptidase, carbonic anhydrase, γ-glutamine transpeptidase, xanthine oxidase, formate dehydrogenase, xylanase, xylan acetylesterase, xylose isomerase, chymosin , Guanosine 5'-phosphate synthetase, citrate synthetase, glycerol oxidase, glycerol kinase, glycerol 3-phosphate oxidase, glucoamylase, glucosidase, glucosyltransferase, glucose isomerase, glucose-1-oxidase, glucose oxidase, glucose dehydrogenase Glucose dehydrogenase, glucose 6-phosphorus Dehydrogenase, glutamate decarboxylase, glutamate dehydrogenase, creatininase, creatinine deiminase, creatinase, chloroperoxidase, 5'-adenylate deaminase, colipase, cholinesterase, choline oxidase, cholesterol oxidase, thermolysin, sarcosine oxidase, sarcosine dehydrogenase, 3α-hydroxysteroid dehydrogenase, 3-chloro-D-alanine chloride, diaphorase, cyanate aldolase, cyclodextrin glucosyltransferase, dihydropyrimidinase, streptokinase, superoxide dismutase, subtilisin, cephalosporin acylase, cephalosporin amidase , Cellulase, cellobi Ohydrolase, cytochrome C, thymidylate synthase, DNA polymerase, deoxyribose-5-phosphate aldolase, dextranase, dopa decarboxylase, transglutaminase, triose phosphate isomerase, trypsin, tryptophanase, tryptophan synthetase, naringinase, nitrile Hydratase, lactate dehydrogenase, neuraminidase, halohydrin epoxidase, halohydrin halogen halide lyase, haloperoxidase, histidine ammonia lyase, hydantoinase, pyranose-2-oxidase, pyruvate oxidase, phenylalanine ammonia linase, phenol oxidase, Tressin oxidase, flavin enzyme, purine nucleoside phosphorylase Pullulanase, protease, prourokinase, proteinase, proline iminopeptidase, bromoperoxidase, hexokinase, pectinase, pectinesterase, pectin transeliminase, β-etherase, β-galactosidase, β-glucanase, β-glucoamylase, β-fructofurano Sidase, β-fructofuracinase, peptidase, hemicellulase, penicillin amylase, penicillin amidase, peroxidase, pentosanase, phosphodiesterase, phospholipase, phosphorylase, polygalacturonase, mannanase, mutanase, mutarotase, lactase, lactonohydrolase, lactoperoxidase, Rakumaze, racemase, laccase, lyase, ligase, Gunin peroxidase, lysyl endopeptidase, lysine oxidase, lysine decarboxylase, lysozyme, lipase, ribulose 1, 5-bisphosphate carboxylase, lipoprotein lipase, ribonuclease A, malate dehydrokinase, luciferase, leucine aminopeptidase, rhodanase, albumin, Insulin, interferon, interleukin, γ-globulin, chymotrypsinogen, concanavalin A, bacteriorhodopsin, proinsulin, β-lactoglobulin, hemoglobin, myoglobin, trypsin inhibitor, rhodopsin and the like can be used.

又、変性剤としては、凝集タンパク質を水溶液に可溶化できる変性剤であれば、特に限定されるものではない。例えば、グアニジン塩酸塩、尿素、ジチオスレイトール(DTT)、2−メルカプトエタノール、システインなどの変性剤を用いることができる。   The denaturing agent is not particularly limited as long as it is a denaturing agent that can solubilize the aggregated protein in an aqueous solution. For example, denaturing agents such as guanidine hydrochloride, urea, dithiothreitol (DTT), 2-mercaptoethanol, and cysteine can be used.

又、酸化剤及び還元剤としては、逆ミセルに抽出された変性タンパク質をリフォールディングできるものであれば、特に限定されるものではないが、例えば、酸化剤として酸化型グルタチオン(GSSG)、シスチン及びジチオスレイトール(DTT)など、還元剤として還元型グルタチオン(GSH)、ジチオスレイトール(DTT)、システイン及び2−メルカプトエタノールなどを用いることができる。   The oxidizing agent and reducing agent are not particularly limited as long as they can refold denatured protein extracted into reverse micelles. For example, oxidized glutathione (GSSG), cystine and As the reducing agent, such as dithiothreitol (DTT), reduced glutathione (GSH), dithiothreitol (DTT), cysteine, 2-mercaptoethanol, and the like can be used.

又、分子シャペロンとしては、逆ミセルに抽出された変性タンパク質をリフォールディングできるものであれば、特に限定されないが、例えば、シャペロン(GroEL、Hsp60)、Hsp70(Dnak),Hsp90(HtpG)、HSp104(CIPB)などがある(カッコ内は大腸菌の場合の名称)
又、界面活性剤として、陽イオン性界面活性剤、陰イオン性界面活性剤、両性界面活性剤、非イオン性界面活性剤などがあるが、分子量100前後のアミノ酸から数ミクロンの大きさの細胞までの物質を可溶化できれば、特に限定されるものではない。具体例としては、アルキル四級アンモニウム塩(CTAB、TOMAC等)、アルキルピリジニウム塩(CPC等)、ジアルキルスルホコハク酸塩(AOT等)、ジアルキルリン酸塩、アルキル硫酸塩(SDS等)、アルキルスルホン酸塩、ポリオキシエチレン系界面活性剤(Tween系、Brij系、Triton系等)、アルキルソルビタン(Span系等)、レシチン系界面活性剤、ベタイン系界面活性剤などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。その他、逆ミセルの構造を安定化させるために、助界面活性剤を用いることができる。
The molecular chaperone is not particularly limited as long as it can refold a denatured protein extracted into reverse micelles. For example, chaperones (GroEL, Hsp60), Hsp70 (Dnak), Hsp90 (HtpG), HSp104 ( CIPB) etc. (in parentheses are the names for E. coli)
In addition, as surfactants, there are cationic surfactants, anionic surfactants, amphoteric surfactants, nonionic surfactants, etc., but cells with molecular weights around 100 to several microns There is no particular limitation as long as the above substances can be solubilized. Specific examples include alkyl quaternary ammonium salts (CTAB, TOMAC, etc.), alkyl pyridinium salts (CPC, etc.), dialkyl sulfosuccinates (AOT, etc.), dialkyl phosphates, alkyl sulfates (SDS, etc.), alkyl sulfonic acids. Examples include salts, polyoxyethylene surfactants (Tween, Brij, Triton, etc.), alkyl sorbitans (Span, etc.), lecithin surfactants, betaine surfactants, etc. It is not something. In addition, an auxiliary surfactant can be used to stabilize the structure of the reverse micelle.

イオン性界面活性剤による可溶化は膜タンパク質の変性を伴うことが多いが、非イオン性界面活性剤を用いる場合、膜タンパク質の生物活性を失わずに可溶化されるので、膜タンパク質の抽出において非イオン界面活性剤の使用が望ましい。   Solubilization with ionic surfactants is often accompanied by denaturation of membrane proteins, but when non-ionic surfactants are used, they are solubilized without losing the biological activity of membrane proteins. The use of nonionic surfactants is desirable.

又、逆ミセル抽出において、膜タンパク質を安定化するために、ポリオール類(グリセロールなど)、還元剤(ジチオスレイトールなど)、キレート剤(EDTAなど)、タンパク質分解酵素阻害剤(トリプシンイオンヒビターなど)の添加が必要となる場合もある。   In reverse micelle extraction, polyols (such as glycerol), reducing agents (such as dithiothreitol), chelating agents (such as EDTA), and protease inhibitors (such as trypsin ion inhibitors) are used to stabilize membrane proteins. May need to be added.

又、逆ミセル溶液を構成する溶媒は有機溶媒であってもよい。有機溶媒を用いる場合、例えば、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、イソオクタン、デカン等の脂肪族炭化水素、ベンゼン、トルエン等の芳香族炭化水素、シクロヘキサン等の脂環式炭化水素、クロロホルム、ジクロロエタン等のハロゲン化脂肪族炭化水素等を用いることができるが、特にこれらに限定されるものではない。   The solvent constituting the reverse micelle solution may be an organic solvent. When using an organic solvent, for example, aliphatic hydrocarbons such as hexane, heptane, octane, isooctane and decane, aromatic hydrocarbons such as benzene and toluene, cycloaliphatic hydrocarbons such as cyclohexane, halogenation such as chloroform and dichloroethane Aliphatic hydrocarbons and the like can be used, but are not particularly limited thereto.

又、有機溶媒の代わりに、例えば、超臨界流体や高圧流体を用いて、逆ミセル溶液を調製することができる。例えば、エタン、プロパン、二酸化炭素などの超臨界流体や高圧流体を用いることができるが、特にこれらに限定されるものではない。   Moreover, a reverse micelle solution can be prepared using, for example, a supercritical fluid or a high-pressure fluid instead of an organic solvent. For example, a supercritical fluid such as ethane, propane, carbon dioxide, or a high-pressure fluid can be used, but it is not particularly limited thereto.

(逆ミセルによるマイクロ抽出システムの作用及び効果)
第4の実施の形態に係る逆ミセルによるマイクロ抽出システム(逆ミセル型マイクロリアクタ)2によると、以下の作用及び効果が得られる。
(Operation and effect of micro extraction system using reverse micelle)
According to the micro extraction system (reverse micelle type microreactor) 2 using reverse micelles according to the fourth embodiment, the following operations and effects are obtained.

1)迅速及び高効率抽出が可能になるため、抽出操作時におけるタンパク質の変性・失活を抑制することができる。 1) Since rapid and highly efficient extraction is possible, protein denaturation / inactivation during the extraction operation can be suppressed.

2)攪拌するための動力などを必要としないため、省エネルギー型である。 2) Since it does not require power for stirring, it is energy saving.

3)高効率の抽出が実現できるため、廃棄物の少ない、環境負荷低減型である。 3) Since highly efficient extraction can be realized, it is an environmental load reduction type with little waste.

4)マイクロチャンネルの径が小さいため、系全体の温度制御は容易である。 4) Since the microchannel diameter is small, temperature control of the entire system is easy.

5)層流接触による安定な逆ミセル構造で抽出を行うことができる。 5) Extraction can be performed with a stable reverse micelle structure by laminar flow contact.

6)攪拌を伴うことなく、油/水界面を大きくすることができるので、界面活性剤の乳化が進むことなく、有用物質の迅速且つ連続抽出を行うことができる。 6) Since the oil / water interface can be enlarged without stirring, useful substances can be rapidly and continuously extracted without the emulsification of the surfactant.

7)ワンチップで変性タンパク質のリフォールディングと抽出を行うことができる。 7) Refolding and extraction of denatured protein can be performed with one chip.

8)逆ミセルの各種物質、光学異性体に対する選択、抽出特性を利用して、更に各種分析機器との組み合わせにより、新規センサとして利用することができる。 8) Utilizing selection and extraction characteristics of various substances and optical isomers of reverse micelles, and further combining with various analytical instruments, it can be used as a new sensor.

次に、本発明の第4の実施の形態に係る分析システムの実施例について説明する。   Next, an example of the analysis system according to the fourth embodiment of the present invention will be described.

(実施例1)
従来系で行われている逆ミセル抽出の代表例として、タンパク質であるチトクロムCを用いた正抽出及び逆抽出操作がある。実施例1は、逆ミセルによるマイクロ抽出システム(逆ミセル型マイクロリアクタ)の効果を検証するために、従来系と同様の抽出系を用いて、連続的正抽出及び逆抽出のモデル実験として行われたものである。実施例1に用いられる界面活性剤、有機溶媒及びタンパク質は以下の通りである。
(Example 1)
As a typical example of reverse micelle extraction performed in a conventional system, there are normal extraction and reverse extraction operations using cytochrome C which is a protein. Example 1 was conducted as a model experiment of continuous forward extraction and reverse extraction using the same extraction system as the conventional system in order to verify the effect of the micro extraction system (reverse micelle type microreactor) using reverse micelles. Is. The surfactant, organic solvent and protein used in Example 1 are as follows.

界面活性剤:ジ(2−エチルヘキシル)スルホコハク酸ナトリウム
有機溶媒:イソオクタン
タンパク質:チトクロムC
実施例1の正抽出は、図44に示すように、25℃に恒温されたマイクロリアクタの第6の導入口96より所定流速で50 mM AOTを含むイソオクタン溶液を流し、第7の導入口97より第6の導入口96と同じ流速で10 μM チトクロムCと0.1 M 塩化カリウムを含むpH8.5水溶液を流して二相を接触させることによって行った。
Surfactant: Sodium di (2-ethylhexyl) sulfosuccinate Organic solvent: Isooctane protein: Cytochrome C
As shown in FIG. 44, the positive extraction of Example 1 was carried out by flowing an isooctane solution containing 50 mM AOT at a predetermined flow rate from the sixth inlet 96 of the microreactor maintained at a constant temperature of 25 ° C. and from the seventh inlet 97. The two phases were brought into contact with each other by flowing a pH 8.5 aqueous solution containing 10 μM cytochrome C and 0.1 M potassium chloride at the same flow rate as that of the sixth inlet 96.

又、実施例1の逆抽出は、上記正抽出操作で得られたチトクロムCを可溶化した50 mM AOTイソオクタン溶液に、第8の導入口98より第6の導入口96と同じ流速で0.5 M 塩化カリウム水溶液を流して接触させることによって行った。   The back extraction of Example 1 was carried out by adding 0.5 M of 50 mM AOT isooctane solution solubilized with cytochrome C obtained by the above-described normal extraction operation from the eighth inlet 98 to the sixth inlet 96 at the same flow rate. It was performed by flowing a potassium chloride aqueous solution into contact.

チトクロムCの濃度測定は、分光光度計(波長280 nm)を用いて行った。   The concentration of cytochrome C was measured using a spectrophotometer (wavelength 280 nm).

(結果)
実施例1は従来の逆ミセル抽出と比較して、以下のような顕著的な効果が得られた。
(result)
In Example 1, the following remarkable effects were obtained as compared with the conventional reverse micelle extraction.

逆ミセルによるマイクロ抽出システム(逆ミセル型マイクロリアクタ)において、乳化の操作である攪拌を必要としないため、省エネルギー型であった。又、攪拌に伴うタンパク質のずり変性による失活を避けることができるため、高活性のタンパク質の抽出ができた。相分離の操作を必要としないため、例えば、遠心分離などの操作を必要とせず、従来法のように相分離のセトラー部も必要としないので、抽出時間は格段に短縮され、抽出工程及び操作も簡便になる。   The micro extraction system using reverse micelles (reverse micelle type microreactor) is energy saving because it does not require stirring as an emulsification operation. In addition, since it was possible to avoid inactivation due to shear denaturation of the protein accompanying stirring, a highly active protein could be extracted. Since no phase separation operation is required, for example, no operation such as centrifugation is required, and no settling part for phase separation is required as in the conventional method, so the extraction time is significantly shortened, and the extraction process and operation Will also be simple.

実施例1のような逆ミセルによるマイクロ抽出システム(逆ミセル型マイクロリアクタ)において、攪拌及び相分離の操作・過程が省略され、生体関連物質の短時間抽出が可能となるため、高活性タンパク質の高効率(図45参照)正抽出及び逆抽出を迅速且つ連続的に行うことができた。   In the microextraction system (reverse micelle type microreactor) using reverse micelles as in Example 1, the operation and process of stirring and phase separation are omitted, and bio-related substances can be extracted in a short time. Efficiency (see FIG. 45) The normal extraction and the reverse extraction could be performed quickly and continuously.

(実施例2)
実施例2に用いられた界面活性剤、有機溶媒及びタンパク質は以下の通りである。
(Example 2)
The surfactant, organic solvent and protein used in Example 2 are as follows.

界面活性剤:ジ(2−エチルヘキシル)スルホコハク酸ナトリウム
有機溶媒:イソオクタン
タンパク質:チトクロムC、リゾチーム、リボヌクレアーゼA
実施例2の正抽出は、図46に示すように、25℃に恒温されたマイクロリアクタの第6の導入口96より所定流速で50 mM AOTを含むイソオクタン溶液を流し、第7の導入口97より第6の導入口96と同じ流速で3μM チトクロムC、3μMリゾチーム、3μMリボヌクレアーゼA及び0.1 M 塩化カリウムを含むpH8.5水溶液を流して二相を接触させることによりチトクロムCとリゾチームの正抽出を行った。この正抽出の過程で、リポヌクレアーゼAは正抽出されなかったので、原料水相の出口から回収された。
Surfactant: Sodium di (2-ethylhexyl) sulfosuccinate Organic solvent: Isooctane Protein: Cytochrome C, lysozyme, Ribonuclease A
46, as shown in FIG. 46, an isooctane solution containing 50 mM AOT was allowed to flow from a sixth introduction port 96 of a microreactor maintained at a temperature of 25 ° C. at a predetermined flow rate. Positive extraction of cytochrome C and lysozyme is performed by flowing a pH8.5 aqueous solution containing 3 μM cytochrome C, 3 μM lysozyme, 3 μM ribonuclease A and 0.1 M potassium chloride at the same flow rate as the sixth inlet 96 and bringing the two phases into contact. It was. Liponuclease A was not positively extracted during the positive extraction process, and was recovered from the outlet of the raw material aqueous phase.

実施例2の逆抽出は、以下に示した二段階の抽出条件に従って行われた。   The back extraction of Example 2 was performed according to the two-stage extraction conditions shown below.

まず、上記正抽出操作で得られたチトクロムCとリゾチームを可溶化した50 mM AOTイソオクタン溶液に、第8の導入口98より第6の導入口96と同じ流速で0.5 M 塩化カリウム水溶液を流して接触させることによりチトクロムCの逆抽出を行った。   First, a 50 M AOT isooctane solution solubilized with cytochrome C and lysozyme obtained by the above-described positive extraction operation was supplied with a 0.5 M potassium chloride aqueous solution from the eighth inlet 98 at the same flow rate as the sixth inlet 96. Cytochrome C was back-extracted by contact.

次に、上記正抽出で得られたリゾチームを可溶化した50 mM AOTイソオクタン溶液に、第99の導入口9より第6の導入口96と同じ流速で1.5 M 塩化カリウム水溶液を流して接触させることによりリゾチームの逆抽出を行った。   Next, a 50 M AOT isooctane solution solubilized with lysozyme obtained by the above positive extraction is brought into contact with a 1.5 M potassium chloride aqueous solution flowing from the 99th inlet 9 at the same flow rate as the sixth inlet 96. The lysozyme was back-extracted.

高速液体クロマトグラフィーにてタンパク質を定量した。   Protein was quantified by high performance liquid chromatography.

なお、高速液体クロマトグラフィーの測定条件は以下の通りである。   The measurement conditions for high performance liquid chromatography are as follows.

カラムにODS(0.30 mX4.0 mmφ)を用い、流動相として0.1%トリフルオロ酢酸水溶液から60%アセトニトリル/40%水/0.1%トリフルオロ酢酸へグラジエント法で流速1 ml/minで15分間送液した。又、紫外吸収検知器(波長280 nm)を用いた。   Using ODS (0.30 mX4.0 mmφ) for the column, the flow phase is changed from 0.1% trifluoroacetic acid aqueous solution to 60% acetonitrile / 40% water / 0.1% trifluoroacetic acid for 15 minutes at a flow rate of 1 ml / min. did. An ultraviolet absorption detector (wavelength 280 nm) was used.

(結果)
上記のような正抽出及び二段階の逆抽出により、リボヌクレアーゼA、チトクロムC、及びリゾチームの三種タンパク質を100%で分離・抽出することができた(図47参照)。
(result)
By the above-described forward extraction and two-step back extraction, the three proteins ribonuclease A, cytochrome C, and lysozyme could be separated and extracted at 100% (see FIG. 47).

(実施例3)
実施例3に用いられた界面活性剤、有機溶媒及び変性タンパク質は以下の通りである。
(Example 3)
The surfactant, organic solvent and denatured protein used in Example 3 are as follows.

界面活性剤:ジ(2−エチルヘキシル)スルホコハク酸ナトリウム
有機溶媒:イソオクタン
変性タンパク質:変性リボヌクレアーゼA
実施例3の正抽出は、図48に示すように、20℃に恒温されたマイクロリアクタの第6の導入口96より所定流速で400 mM AOTを含むイソオクタン溶液を流し、第7の導入口97より第6の導入口96と同じ流速で2 mg/ml 変性リボヌクレアーゼAと0.3 M グアニジン塩酸塩を含む0.1 M トリス緩衝液(pH8.7)を流し、二相を接触させることにより変性リボヌクレアーゼAの正抽出を行った。
Surfactant: Sodium di (2-ethylhexyl) sulfosuccinate Organic solvent: Isooctane modified protein: Denatured ribonuclease A
48, as shown in FIG. 48, an isooctane solution containing 400 mM AOT was allowed to flow from a sixth introduction port 96 of a microreactor maintained at 20 ° C. at a predetermined flow rate, and a seventh introduction port 97 was used. Flow of 0.1 mg Tris buffer (pH 8.7) containing 2 mg / ml denatured ribonuclease A and 0.3 M guanidine hydrochloride at the same flow rate as that of the sixth inlet 96 and contact the two phases to correct the denatured ribonuclease A. Extraction was performed.

次に、上記正抽出操作で得られた変性リボヌクレアーゼAを可溶化した400 mM AOTイソオクタン溶液に、第8の導入口98より第6の導入口96と同じ流速で0.1 M 塩化カリウムを含む0.1 M トリス緩衝液(pH8.7)を流して接触させることにより逆ミセル中に変性クレアーゼAとともに抽出されたグアニジン塩酸塩の逆抽出による除去を行った。   Next, in the 400 mM AOT isooctane solution solubilized with the denatured ribonuclease A obtained by the above-described positive extraction operation, 0.1 M containing 0.1 M potassium chloride from the eighth inlet 98 at the same flow rate as that of the sixth inlet 96. The guanidine hydrochloride extracted together with the denatured clease A in reverse micelles was removed by back extraction by flowing Tris buffer (pH 8.7) into contact.

次に、上記正抽出操作で得られた変性リボヌクレアーゼAを可溶化した400 mM AOTイソオクタン溶液に、第10の導入口104より所定の流速で0.6 mM 還元型グルタチオン、0.2 mM酸化型グルチオンと0.1 M トリス緩衝液(pH8.7)を含む400 mM AOTイソオクタン溶液を流し、リフォールディングを行った。この場合の還元型グルタチオン、酸化型グルチオンと0.1 M トリス緩衝液(pH8.7)が逆ミセルのウォータープールに取り込まれている。この過程で、変性リボヌクレアーゼがリフォールディングされた。   Next, in the 400 mM AOT isooctane solution solubilized with the denatured ribonuclease A obtained by the above-described positive extraction operation, 0.6 mM reduced glutathione, 0.2 mM oxidized glutathione and 0.1 M are added at a predetermined flow rate from the tenth inlet 104. A 400 mM AOT isooctane solution containing Tris buffer (pH 8.7) was flowed to perform refolding. In this case, reduced glutathione, oxidized glutathione, and 0.1 M Tris buffer (pH 8.7) are incorporated into the reverse micelle water pool. In this process, the denatured ribonuclease was refolded.

次に、上記リフォールディング操作で得られた活性なリボヌクレアーゼAを可溶化した400 mM AOTイソオクタン溶液に、第5の導入口25より所定の流速で1M 塩化カリウムと100μl/ml酢酸エチルを含む0.1 M トリス緩衝液(pH8.7)を流して接触させることにより逆抽出を行った。   Next, 0.1 M containing 1 M potassium chloride and 100 μl / ml ethyl acetate is added to the 400 mM AOT isooctane solution solubilized with the active ribonuclease A obtained by the above refolding operation at a predetermined flow rate from the fifth inlet 25. Back extraction was performed by flowing and contacting with Tris buffer (pH 8.7).

リボヌクレアーゼAの濃度は分光光度計を用いて波長278 nmで測定された。   The concentration of ribonuclease A was measured using a spectrophotometer at a wavelength of 278 nm.

(結果)
上述のワンチップで一連の抽出操作とリフォールディング工程を経て、変性リボヌクレアーゼAのリフォールディングが80%行われた。
(result)
80% refolding of the denatured ribonuclease A was performed through a series of extraction operations and refolding steps using the above-described one chip.

(第5の実施の形態)
第5の実施の形態では、分子膜を備えるマイクロリアクタを用いて、タンパク質の生体模擬合成を行うシステムについて説明する。
(Fifth embodiment)
In the fifth embodiment, a system that performs biomimetic synthesis of protein using a microreactor including a molecular film will be described.

第5の実施の形態における無細胞タンパク質合成プロセスは、図49に示すように、無細胞液を生成するステップ(S1)、無細胞タンパク質を合成するステップ(S2)、タンパク質の抽出及びリフォールディングを行うステップ(S3)、ATP(アデノシン三リン酸)を再生するステップ(S4)から構成される。以下に、それぞれのステップについて説明する。   As shown in FIG. 49, the cell-free protein synthesis process in the fifth embodiment includes a step of generating a cell-free solution (S1), a step of synthesizing a cell-free protein (S2), protein extraction and refolding. Step (S3) to perform, Step (S4) to regenerate ATP (adenosine triphosphate). Each step will be described below.

(イ)ステップS1において、図50に示すように、膜融合によって細胞液を生成する。電極54a、54bに瞬間に直流の高電圧、或いは交流の電圧を印加する場合、分子膜が乱れ、細胞融合が起こりやすくなる。細胞8は、分子膜5と膜融合する際、生体内の細胞融合と同様に、細胞内に含まれる細胞液が放出される。又、マイクロチャンネルの温度、pHの条件を人工的に制御することで、膜の流動性を人工的に変化させることにより、膜融合を行ってもよい。   (A) In step S1, as shown in FIG. 50, cell fluid is generated by membrane fusion. When a direct high voltage or alternating voltage is applied instantaneously to the electrodes 54a and 54b, the molecular film is disturbed and cell fusion is likely to occur. When the cell 8 is fused with the molecular film 5, the cell fluid contained in the cell is released in the same manner as in vivo cell fusion. Alternatively, membrane fusion may be performed by artificially changing the fluidity of the membrane by artificially controlling the temperature and pH conditions of the microchannel.

(ロ)ステップS2において、図51に示すように、タンパク質の生体模擬構成システムで合成された疎水性の膜タンパク質103は、分子膜5との疎水相互作用により膜へ付着、沈着、透過、もしくは脂質二分膜の中に取り込まれることができる。従って、タンパク質の生体模擬構成システムは、通常のタンパク質の生体模擬構成システムもしくは培養細胞発現系で生合成された膜タンパク質の凝集を防ぐことができ、高効率、大量且つ簡便に膜タンパク質を合成することができる。   (B) In step S2, as shown in FIG. 51, the hydrophobic membrane protein 103 synthesized by the protein biomimetic configuration system adheres to, deposits, permeates, or passes through the membrane by hydrophobic interaction with the molecular membrane 5. It can be incorporated into lipid bilayers. Therefore, the protein biomimetic composition system can prevent aggregation of membrane proteins biosynthesized by a normal protein biomimetic composition system or a cultured cell expression system, and synthesizes membrane proteins with high efficiency, in large quantities, and easily. be able to.

その他、脂質二分子膜に各種タンパク質を認識できるリガンド(例えば、抗体、レセプター、基質、糖脂質など)を埋め込ませることにより、分子膜はバイオアフィニティーによりタンパク質を特異的に認識することができる。   In addition, by embedding ligands (for example, antibodies, receptors, substrates, glycolipids, etc.) capable of recognizing various proteins in the lipid bilayer membrane, the molecular membrane can specifically recognize the protein by bioaffinity.

更に、マイクロドメイン機能を有する膜をマクロチャンネル内に部分的、あるいは全体的に形成させることにより、タンパク質を選択的もしくは特異的に認識することができる。   Furthermore, a protein can be selectively or specifically recognized by forming a membrane having a microdomain function partially or entirely in a macro channel.

上述のようにステップ2において膜とタンパク質との静電的、疎水的、親水的およびイオン的相互作用、バイオアフィニティーを利用して、本発明のタンパク質の生体模擬合成システムで各種タンパク質を高選択性、高効率且つ大量に合成することができる。   As described above, in step 2, using the electrostatic, hydrophobic, hydrophilic and ionic interactions between the membrane and protein, and bioaffinity, the protein biomimetic synthesis system of the present invention has high selectivity for various proteins. Highly efficient and can be synthesized in large quantities.

又、ステップS2において、図52に示すように、電極54a、54bに電圧を印加、あるいは温度制御を行うことにより、タンパク質等は分子膜5を透過することが可能となる。電極54a、54bとしては、線状、点状などの電極面を有する微小電極を用いることができる。この抽出方法によると、無細胞タンパク質合成で合成されるペプチド、ポリペプチド、タンパク質などを高活性のままで抽出することができる。又、生成されたタンパク質は、直ちに抽出、分離されるため、タンパク質の凝集を防ぐことができる。   In step S2, as shown in FIG. 52, a voltage or the like is applied to the electrodes 54a and 54b or the temperature is controlled, so that proteins and the like can permeate the molecular film 5. As the electrodes 54a and 54b, microelectrodes having an electrode surface such as a line shape or a dot shape can be used. According to this extraction method, peptides, polypeptides, proteins and the like synthesized by cell-free protein synthesis can be extracted with high activity. Further, since the produced protein is immediately extracted and separated, protein aggregation can be prevented.

(ハ)次に、ステップS3において、無細胞タンパク質合成で生産された変性タンパク質の抽出とリフォールディングを行うことができる。特に、ステップS3は、第1の実施形態の分子膜を備えるマイクロリアクタ或いは第4の実施形態の逆ミセルによるマイクロ抽出システム(逆ミセル型マイクロリアクタ)を利用して、変性タンパク質の抽出とリフォールディングを行なうことができる。   (C) Next, in step S3, the denatured protein produced by cell-free protein synthesis can be extracted and refolded. In particular, in step S3, the denatured protein is extracted and refolded using the microreactor having the molecular film of the first embodiment or the microextraction system (reverse micelle type microreactor) using the reverse micelle of the fourth embodiment. be able to.

変性タンパク質のリフォールディングの一例として、第4の実施形態の(逆ミセルによるマイクロ抽出システム)の実施例3を挙げることができるので、ここで実施形態の詳細説明について省略する(図53)。   As an example of the refolding of the denatured protein, Example 3 of the microextraction system using reverse micelles according to the fourth embodiment can be cited, and detailed description of the embodiment is omitted here (FIG. 53).

(ニ)次に、ステップS4において、ATP(アデノシン三リン酸)の再生を行う。例えば、図54にATP(アデノシン三リン酸)を再生する一例を示した。具体的に、まず、NAD{ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(酸化型)}の還元が行われる。NADH{ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(還元型)}は、ミトコンドリア膜成分を含む脂質二分子膜においてADPから無細胞タンパク質合成のエネルギー源として使われるATPの生合成に必要なエネルギー供給源の1つである。このNADHはATPの生合成過程で消費され、NAD+に変換されるので、ここでまず、NAD+からNADHに再生させる必要がある。図54に示したように、第1の導入口22からNAD、ADP(アデノシン二リン酸)とPi(無機リン酸イオン)の緩衝液を導入し、第2の導入口23からO2を導入する。ここでNADメディエータ修飾電極によるNAD+の還元が行われ、NADHが生産される。次に、第3の導入口21から両親媒性分子混合液(脂質混合液25)を導入し、ミトコンドリアを含む分子膜(脂質集合体膜)或いは脂質二分子膜を液/液層流間に形成させる。そして、ミトコンドリアによるNADHの酸化と酸化的リン酸化によって、ATPの生成が行われる。又、ステップS4のATPの再生は、図55に示すような形状のマイクロチャンネル3を用いて行ってもよい。 (D) Next, in step S4, ATP (adenosine triphosphate) is regenerated. For example, FIG. 54 shows an example of regenerating ATP (adenosine triphosphate). Specifically, reduction of NAD + {nicotinamide adenine dinucleotide (oxidized form)} is first performed. NADH {nicotinamide adenine dinucleotide (reduced form)} is one of the energy sources required for the biosynthesis of ATP used as an energy source for cell-free protein synthesis from ADP in lipid bilayer membranes containing mitochondrial membrane components. is there. Since this NADH is consumed in the process of biosynthesis of ATP and converted to NAD + , it is first necessary to regenerate from NAD + to NADH. As shown in FIG. 54, a buffer solution of NAD + , ADP (adenosine diphosphate) and Pi (inorganic phosphate ion) is introduced from the first introduction port 22, and O 2 is introduced from the second introduction port 23. Introduce. Here NAD + mediator modified electrode according to NAD + in the reduction performed, NADH is produced. Next, an amphipathic molecule mixed solution (lipid mixed solution 25) is introduced from the third introduction port 21, and a molecular membrane containing mitochondrion (lipid assembly membrane) or lipid bimolecular membrane is placed between the liquid / liquid laminar flow. Let it form. Then, ATP is generated by the oxidation and oxidative phosphorylation of NADH by mitochondria. Further, the reproduction of ATP in step S4 may be performed using the microchannel 3 having a shape as shown in FIG.

図54及び図55に示したように、NADメディエーター修飾電極により、NADのNADHへの還元反応を行なうことができる。一方、光電気化学的還元方法もしくはマイクロ電解セルにおける電気化学的還元方法によるNADからNADHを再生することもできる。 As shown in FIGS. 54 and 55, the reduction reaction of NAD + to NADH can be performed by the NAD + mediator modified electrode. On the other hand, NADH can also be regenerated from NAD + by a photoelectrochemical reduction method or an electrochemical reduction method in a microelectrolysis cell.

(ホ)図56〜58にステップS4において、光電気化学的還元方法もしくはマイクロ電解セルにおける電気化学的還元方法によりNADからNADHを再生する方法を示す。 (E) FIGS. 56 to 58 show a method of regenerating NADH from NAD + by a photoelectrochemical reduction method or an electrochemical reduction method in a microelectrolysis cell in step S4.

図56は、ATP合成にNADHがNADに酸化された後のNADを光電気化学的にNADHに再生産する方法を示す。光感応性分子であるクロロフィルaを含む分子膜(脂質二分子膜)を液/液の層流間に形成させる。次に、光感応性膜への光照射により、脂質二分子膜に含まれるクロロフィルaは光エネルギーにより活性化され、電子が放出される。そして、チャンネル1にあるNADはこの電子を受け取りNADHに還元される。一方、電子を失ったクロロフィルaは膜の反対側にあるFe2+より電子を受け取り、Fe2+はFe3+ に酸化される。このFe3+は電気化学的の手法でFe2+に再還元されることができ、再び、第2の導入口23からチャンネル2へ供給され、再利用される。 Figure 56 illustrates a method of NADH in ATP synthesis is reproduce the optical electrochemically NADH to NAD + after being oxidized to NAD +. A molecular film (lipid bilayer) containing chlorophyll a, which is a photosensitive molecule, is formed between liquid / liquid laminar flows. Next, by irradiating the photosensitive membrane with light, chlorophyll a contained in the lipid bilayer membrane is activated by light energy, and electrons are released. NAD + in channel 1 receives this electron and is reduced to NADH. On the other hand, chlorophyll a that has lost electrons receives electrons from Fe 2+ on the opposite side of the film, and Fe 2+ is oxidized to Fe 3+ . This Fe 3+ can be re-reduced to Fe 2+ by an electrochemical method, and is again supplied to the channel 2 from the second inlet 23 and reused.

又、図57及び58にマイクロ電解セルを用いて、NADからNADHを再生する方法を示す。具体的に、二つの液/液層流間に隔膜としての機能を有する分子膜(脂質二分子膜)により仕切られ、水の電気化学的酸化によって、NADを還元する方法を示す。 FIGS. 57 and 58 show a method of regenerating NADH from NAD + using a microelectrolysis cell. Specifically, a method of reducing NAD + by electrochemical oxidation of water, which is partitioned between two liquid / liquid laminar flows by a molecular film (lipid bilayer film) having a function as a diaphragm.

図57では、グラミシジンを含む無電荷脂質で形成された分子膜(脂質二分子膜)が電気化学セルの隔膜としての機能を果たし、NADからNADHを再生する方法を示す。 FIG. 57 shows a method of regenerating NADH from NAD + by a molecular film (lipid bimolecular film) formed of uncharged lipid containing gramicidin serving as a diaphragm of an electrochemical cell.

図58では、無電荷脂質で形成された脂質二分子膜もしくは分子膜は電気化学セルの隔膜としてその機能を果たす。この系に飽和のKCL塩橋57を設置することによって、膜の両側の流体にKとClイオンをそれぞれ適宜に補給することができる。このような脂質二分子膜もしくは分子膜型マイクロ電解セルを用いて、NADからNADHが再生される。 In FIG. 58, a lipid bilayer or molecular membrane formed of uncharged lipid functions as a diaphragm of an electrochemical cell. By installing a saturated KCL salt bridge 57 in this system, K + and Cl ions can be appropriately replenished to the fluid on both sides of the membrane, respectively. Using such a lipid bilayer membrane or molecular membrane type microelectrolysis cell, NADH is regenerated from NAD + .

NADの電気化学的還元における隔膜の役割について、以下に詳述する。まず、作用電極側(アノード側)でポテンシオスタットによって一定の定電圧を印加して、水の酸化反応を起こさせる。 The role of the diaphragm in the electrochemical reduction of NAD + is described in detail below. First, a constant constant voltage is applied by a potentiostat on the working electrode side (anode side) to cause an oxidation reaction of water.

2O − e- ⇔ 1/2 O2 + H+
アノードで水の酸化と同時に、対極側(カソード)でNAD+の還元が下記の式のように行われる。
H 2 O − e ⇔ 1/2 O 2 + H +
Simultaneously with the oxidation of water at the anode, the reduction of NAD + is carried out on the counter electrode side (cathode) as follows:

NAD+ + e- + H+ ⇔ NADH
作用電極で生成された酸素は電気化学的に非常に反応活性である。つまり酸素が還元反応をしやすく、過酸化水素や水に電解還元される。
NAD + + e - + H + ⇔ NADH
The oxygen produced at the working electrode is electrochemically very reactive. In other words, oxygen easily undergoes a reduction reaction and is electrolytically reduced to hydrogen peroxide or water.

したがって、上記のような電気化学反応系において、作用電極と対極は同一マイクロチャンネル系(同一電解セルと同様の意味がある)で隔膜なしに存在する場合、作用電極で生成された酸素は速やかに対極側に拡散され、NADの還元反応に妨害及び影響を及ぼしてしまうので望ましくない。特に、マイクロチャンネル内において、各電極での反応生成物の拡散が格段に加速され、作用電極の反応生成物もしくは対極の反応生成物によって、その相対電極での反応を妨害することで、目的の反応生成物が得られないなどの問題が発生してしまう。 Therefore, in the electrochemical reaction system as described above, when the working electrode and the counter electrode are present in the same microchannel system (having the same meaning as the same electrolysis cell) and without a diaphragm, oxygen generated at the working electrode is rapidly It is not desirable because it diffuses to the counter electrode side and interferes and affects the reduction reaction of NAD + . In particular, in the microchannel, the diffusion of the reaction product at each electrode is greatly accelerated, and the reaction product at the working electrode or the reaction product at the counter electrode interferes with the reaction at the relative electrode. Problems such as failure to obtain a reaction product occur.

第5の実施の形態に係るマイクロチャンネルの両液/液層流間に形成される分子膜、特に、脂質二分子膜を設けることにより、作用電極がある層流と対極がある層流を仕切ることができ、すなはち作用電極室と対極室の両極室を隔離することができる。   By providing a molecular film formed between both liquid / liquid laminar flows of the microchannel according to the fifth embodiment, in particular, a lipid bimolecular film, a laminar flow having a working electrode and a laminar flow having a counter electrode are partitioned. That is, both the working electrode chamber and the counter electrode chamber can be isolated.

又、マイクロチャンネル内で設けられる脂質二分子膜の厚さは僅か30〜60Åであり、分子レベルの薄さを有するにもかかわらず、この極薄隔膜の存在によって、従来マイクロリアクタで反応生成物の拡散による妨害反応の影響で、効率よく進められなかった電気化学反応を効率よく行うことができるようになった。   Also, the thickness of the lipid bilayer membrane provided in the microchannel is only 30-60 mm, and despite the fact that it is thin at the molecular level, the presence of this ultrathin membrane makes it possible to react with the reaction product in the conventional microreactor. Electrochemical reactions that could not be carried out efficiently due to the influence of interfering reactions due to diffusion can now be carried out efficiently.

更に、この極薄隔膜はイオンチャンネルを含む脂質二分子膜を用いることにより、イオンを選択的に透過させることができ、イオン交換樹脂型隔膜としての特性を有することを特徴とする。   Furthermore, this ultrathin membrane is characterized in that it can selectively permeate by using a lipid bilayer membrane containing an ion channel, and has characteristics as an ion exchange resin type membrane.

イオンチャンネルとして、例えば、図57に示したように水素イオンを選択的に透過するグラミシジンを用いることができる。この系の場合は、グラミシジンにより、アノード側で水の酸化により生成された水素イオンを即時にNADの還元側の層流に輸送することができる。そして輸送された水素イオンはNADの還元反応に使われるので、NAD+の還元反応はスムーズに進行することができる。 As the ion channel, for example, gramicidin that selectively transmits hydrogen ions as shown in FIG. 57 can be used. In this system, gramicidin can immediately transport hydrogen ions generated by water oxidation on the anode side to the laminar flow on the reduction side of NAD + . Since the transported hydrogen ions are used for the reduction reaction of NAD + , the reduction reaction of NAD + can proceed smoothly.

(第5の実施の形態に係るマイクロリアクタの作用及び効果)
第5の実施の形態では、生体系と同様に細胞の膜融合による細胞内物質の抽出を行うので、従来のような細胞粉砕により引き起こされる細胞自殺が起こることがなく、細胞内物質の活性を保った状態で抽出することができる。このような方法で抽出された細胞内物質をタンパク質合成に用いる場合には、細胞内タンパク質合成と同様な高効率合成が得られる。
(Operation and effect of the microreactor according to the fifth embodiment)
In the fifth embodiment, since intracellular substances are extracted by cell membrane fusion in the same manner as in biological systems, cell suicide caused by conventional cell crushing does not occur, and the activity of intracellular substances is reduced. Extraction can be performed while keeping. When the intracellular substance extracted by such a method is used for protein synthesis, high-efficiency synthesis similar to intracellular protein synthesis can be obtained.

又、第5の実施の形態では、ウィルスと膜との膜融合によりウィルス内の核酸(RNAもしくはDNA)ウィルスとキャプソマーと呼ばれるタンパク質を抽出することを特徴とする。   Further, the fifth embodiment is characterized in that a nucleic acid (RNA or DNA) virus in the virus and a protein called capsomer are extracted by membrane fusion between the virus and the membrane.

又、本発明は、分子膜を備えるマイクロリアクタ内で一連の電気化学的、光電気化学的、及び化学的手法でタンパク質合成に必要なエネルギー源の1つであるATPを再生することができる。   In addition, the present invention can regenerate ATP, which is one of energy sources necessary for protein synthesis, by a series of electrochemical, photoelectrochemical, and chemical methods in a microreactor including a molecular film.

更に、分子膜を備えるマイクロリアクタ系によるタンパク質合成は、無細胞タンパク質合成と同様に大量、迅速にいろいろなタンパク質(遺伝子組み換えタンパク質、生細胞で合成できない毒性を持つタンパク質など)を合成することができると共に、無細胞系にない、合成されたタンパク質と分子膜との相互作用によりタンパク質の凝集による変性を防ぐ特性、すなわち優れた生細胞の模擬特性を有することを特徴とする。   Furthermore, protein synthesis using a microreactor system equipped with a molecular membrane can synthesize various proteins (genetically modified proteins, toxic proteins that cannot be synthesized in living cells) in large quantities and rapidly, as with cell-free protein synthesis. It is characterized by having properties that prevent denaturation due to protein aggregation due to the interaction between the synthesized protein and the molecular membrane, which is not in a cell-free system, that is, excellent live cell simulation properties.

第5の実施の形態では、細胞と分子膜、特に脂質二分子膜との静電的、疎水的、親水的およびイオン的相互作用、バイオアフィニティーによる膜融合によって、細胞内の小器官(核酸、タンパク質、小胞体、ゴルジ体とリボソームなど)を抽出することを特徴とする。   In the fifth embodiment, an electrostatic organ, hydrophobic, hydrophilic and ionic interaction between a cell and a molecular membrane, in particular, a lipid bilayer membrane, membrane fusion by bioaffinity, and a cell organelle (nucleic acid, Protein, endoplasmic reticulum, Golgi apparatus and ribosome).

又、タンパク質の生体模擬構成システムで合成された疎水性の膜タンパク質は、分子膜あるいは脂質二分子膜との疎水相互作用により膜への付着、沈着、もしくは分子膜や脂質二分子膜の中に取り込まれることを特徴とする。   Hydrophobic membrane proteins synthesized by protein biomimetic construction systems are attached to or deposited on membranes by hydrophobic interaction with molecular membranes or lipid bilayer membranes, or are deposited in molecular membranes or lipid bilayer membranes. It is taken in.

従って、本発明のタンパク質の生体模擬合成システムは通常の無細胞タンパク質合成系もしくは培養細胞発現系で生合成された膜タンパク質の凝集を防ぐことができ、高効率、大量且つ簡便に膜タンパク質を合成することができることを特徴とする。   Accordingly, the protein biomimetic synthesis system of the present invention can prevent aggregation of membrane proteins biosynthesized in a normal cell-free protein synthesis system or cultured cell expression system, and synthesizes membrane proteins with high efficiency, in large quantities, and simply. It can be done.

その他、脂質二分子膜に各種タンパク質を認識できるリガンド(例えば、抗体、レセプター、基質、糖脂質など)を埋め込ませることにより、脂質二分子膜はバイオアフィニティーによりタンパク質を特異的に認識することができる。 更に、マイクロドメイン機能を有する膜をマクロチャンネル内に部分的、あるいは全体的に形成させることにより、タンパク質を選択的もしくは特異的に認識することができる。上述のように膜とタンパク質との静電的、疎水的、親水的およびイオン的相互作用、バイオアフィニティーを利用して、本発明のタンパク質の生体模擬合成システムで各種タンパク質を高選択性、高効率且つ大量に合成することができることを特徴とする。   In addition, by embedding ligands (eg, antibodies, receptors, substrates, glycolipids, etc.) capable of recognizing various proteins in the lipid bilayer membrane, the lipid bilayer membrane can specifically recognize the protein by bioaffinity. . Furthermore, a protein can be selectively or specifically recognized by forming a membrane having a microdomain function partially or entirely in a macro channel. As described above, utilizing the electrostatic, hydrophobic, hydrophilic and ionic interactions between membranes and proteins, and bioaffinity, the biomimetic synthesis system for proteins of the present invention has high selectivity and high efficiency. And it is characterized by being able to synthesize | combine in large quantities.

マイクロチャンネル内にある分子膜や脂質二分子膜は電気化学反応の隔膜としての特性を有する。マイクロチャンネルの両液/液層流間に形成される分子膜、特に、脂質二分子膜は電気化学系の隔膜機能を有し、特にイオンチャンネルを含む脂質二分子膜はイオンを選択的に透過させることができ、イオン交換樹脂型隔膜としての特性を有することを特徴とする。このようなマイクロ電解セルを用いて、効率よくNADHおよびATPを再生することができることを特徴とする。   Molecular membranes and lipid bilayers in microchannels have characteristics as a diaphragm for electrochemical reactions. Molecular membranes formed between both liquid / liquid laminar flows of microchannels, especially lipid bilayer membranes have an electrochemical membrane function, and in particular lipid bilayer membranes containing ion channels selectively permeate ions. It has a characteristic as an ion exchange resin type diaphragm. Using such a microelectrolysis cell, NADH and ATP can be efficiently regenerated.

上述のいくつかのステップを1つのチップに統合して利用することにより、ワンチップでタンパク質を高効率、省エネルギー、連続的に合成することができる。   By integrating and using several steps described above on one chip, it is possible to synthesize a protein with high efficiency, energy saving and continuous with one chip.

(実施例1)
実施例1では、タンパク質の生体模擬合成システムにおける第2のステップにおいて、図51に示したような分子膜を備えるマイクロリアクタを用いた疎水性タンパク質であるホスホリパーゼの合成を行った例を示す。実験の条件は、下記の通りである。
Example 1
Example 1 shows an example in which phospholipase, which is a hydrophobic protein, is synthesized using a microreactor equipped with a molecular film as shown in FIG. 51 in the second step of the protein biosynthesis system. The experimental conditions are as follows.

細胞抽出液:大腸菌S30分画抽出液(大腸菌BL21株から調製した(Zubay、 et al.、 Annu. Rev. Geneti.、 7、 267 (1973)。)
プラスミドDNA:プラスミドPLD(ホスホリパーゼ)12(Streptomyces antibioticusより誘導した(Iwasaki、 et al.、 J. Biosci. Bioeng.、 89、 506 (2000)。)
タンパク質合成液:50 mMトリス緩衝液(pH 7.4)、1.2 mM ATP、1.0 mM GTP、1.0 mM CTP、1.0 mM UTP、1.0 mMアミノ酸(L型20種類)、2 mM ジチオスレイトール、4% ポリエチレングリコール 6000、35 μg/ml フォリン酸、0.17 mg/ml大腸菌tRNA、36 mM 酢酸アンモニウム、8 mM 酢酸マグネシウム、100 mM酢酸カリウム、7.7μg/ml T7RNAポリメラーゼ、25 %大腸菌S30分画抽出液、15 μg/ml プラスミドPLD(ホスホリパーゼ)12
37℃の恒温条件に調整したマイクロリアクタの第2の導入口23より所定流速でタンパク質合成液を導入し、第1の導入口22より所定流速で50 mMトリス緩衝液(pH 7.4)を導入し、第3の導入口21より5 mg/ml 臭化ジオクタデシルジメチルアンモニウムを含むn-デカン溶液を所定流速で導入した。この系で、ホスホリパーゼという疎水性タンパク質が合成された。出口で液/液層流間に形成された分子膜や脂質二分子膜を広めに回収するにより、ホスホリパーゼと脂質の混合液が得られた。この混合液を透析によりホスホリパーゼを分離し、もしくは混合液のままで以下の分析手法でホスホリパーゼの活性を測定することができる。
Cell extract: Escherichia coli S30 fraction extract (prepared from E. coli BL21 strain (Zubay, et al., Annu. Rev. Geneti., 7, 267 (1973)).
Plasmid DNA: Plasmid PLD (phospholipase) 12 (derived from Streptomyces antibioticus (Iwasaki, et al., J. Biosci. Bioeng., 89, 506 (2000)).
Protein synthesis solution: 50 mM Tris buffer (pH 7.4), 1.2 mM ATP, 1.0 mM GTP, 1.0 mM CTP, 1.0 mM UTP, 1.0 mM amino acid (20 L types), 2 mM dithiothreitol, 4% polyethylene glycol 6000, 35 μg / ml folinic acid, 0.17 mg / ml E. coli tRNA, 36 mM ammonium acetate, 8 mM magnesium acetate, 100 mM potassium acetate, 7.7 μg / ml T7 RNA polymerase, 25% E. coli S30 fraction extract, 15 μg / ml Plasmid PLD (phospholipase) 12
A protein synthesis solution is introduced at a predetermined flow rate from the second inlet 23 of the microreactor adjusted to a constant temperature condition of 37 ° C., and a 50 mM Tris buffer (pH 7.4) is introduced at a predetermined flow rate from the first inlet 22; An n-decane solution containing 5 mg / ml dioctadecyldimethylammonium bromide was introduced from the third inlet 21 at a predetermined flow rate. In this system, a hydrophobic protein called phospholipase was synthesized. By collecting the molecular membrane and lipid bilayer membrane formed between the liquid / liquid laminar flow at the outlet, a mixed solution of phospholipase and lipid was obtained. From this mixed solution, phospholipase can be separated by dialysis, or the activity of phospholipase can be measured by the following analytical method while the mixed solution is kept.

基質溶液(16 mM ホスファチジル-p-ニトロフェノール、5 % トリトンX-100、0.1 M トリス緩衝液(pH 8.0)) 8 μlと0.1 M 酢酸ナトリウム(pH 5.5) 146 μl とを混合したものにホスホリパーゼを含んだ試料溶液を所定量添加して、反応の進行を25℃、吸光度405 nm(p-ニトロフェノールの特性吸収波長)で追跡する。   Add phospholipase to a mixture of 8 μl of substrate solution (16 mM phosphatidyl-p-nitrophenol, 5% Triton X-100, 0.1 M Tris buffer (pH 8.0)) and 146 μl of 0.1 M sodium acetate (pH 5.5). A predetermined amount of the contained sample solution is added, and the progress of the reaction is followed at 25 ° C. and absorbance at 405 nm (characteristic absorption wavelength of p-nitrophenol).

(結果)
上記分子膜を備えるマイクロリアクタを用いたタンパク質の生体模擬構成システムで合成されたホスホリパーゼは、通常の無細胞タンパク質合成系で合成されたホスホリパーゼより、20%も高い活性を示した。
(result)
The phospholipase synthesized by the protein biomimetic system using the microreactor equipped with the molecular membrane showed 20% higher activity than the phospholipase synthesized by the normal cell-free protein synthesis system.

(その他の実施の形態)
本発明は上記の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
(Other embodiments)
Although the present invention has been described according to the above-described embodiments, it should not be understood that the descriptions and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples, and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.

例えば、本発明に係る実施の形態において、タンパク質やペプチドなどの具体例を挙げたが、使用できるものはここで挙げたものとは限らない。   For example, in the embodiment according to the present invention, specific examples such as proteins and peptides are given, but what can be used is not limited to those mentioned here.

又、本発明に係る実施の形態において、層流で各溶液を流すと説明したが、層流でなくても構わない。又、溶液を流した後、測定のために流れを止めることも可能である。   In the embodiment according to the present invention, it has been described that each solution is flowed in a laminar flow. It is also possible to stop the flow for measurement after flowing the solution.

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。     As described above, the present invention naturally includes various embodiments not described herein. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from the above description.

第1の実施形態に係る分析システムのブロック構成図である。It is a block block diagram of the analysis system which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る二次元(平面状)の分子膜を作製する作製部(マイクロリアクタ)の模式図である(その1)。It is a schematic diagram of the preparation part (microreactor) which produces the two-dimensional (planar) molecular film which concerns on 1st Embodiment (the 1). 第1の実施形態に係る二次元(平面状)の分子膜を作製する作製部(マイクロリアクタ)の模式図である(その2)。It is a schematic diagram of the preparation part (microreactor) which produces the two-dimensional (planar) molecular film which concerns on 1st Embodiment (the 2). 第1の実施形態に係る三次元(円筒状)の分子膜を作製する作製部(マイクロリアクタ)の模式図である。It is a schematic diagram of the preparation part (microreactor) which produces the three-dimensional (cylindrical) molecular film which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る単管式及び多管式のマイクロリアクタを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the single tube | pipe type and multi-tube type microreactor which concern on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係るマイクロリアクタ分析システム(バイオセンシングシステム)の概略構成図である(その1)。It is a schematic block diagram of the micro reactor analysis system (biosensing system) which concerns on 1st Embodiment (the 1). 第1の実施形態に係るマイクロリアクタ分析システム(バイオセンシングシステム)の概略構成図である(その2)。It is a schematic block diagram of the microreactor analysis system (biosensing system) which concerns on 1st Embodiment (the 2). 第1の実施形態に係るマイクロリアクタ分析システム(バイオセンシングシステム)の概略構成図である(その3)。It is a schematic block diagram of the micro reactor analysis system (biosensing system) which concerns on 1st Embodiment (the 3). 第1の実施形態に係る集積膜の作製方法である(その1)。It is the manufacturing method of the integrated film which concerns on 1st Embodiment (the 1). 第1の実施形態に係る集積膜の作製方法である(その2)。It is a manufacturing method of the integrated film which concerns on 1st Embodiment (the 2). 第1の実施形態に係るバイオリアクタの概略プロセス図である(その1)。It is a schematic process diagram of the bioreactor according to the first embodiment (No. 1). 図11のバイオリアクタにおいて生成される生成物の例である。It is an example of the product produced | generated in the bioreactor of FIG. 第1の実施形態に係るバイオリアクタの概略プロセス図である(その2)。FIG. 2 is a schematic process diagram of the bioreactor according to the first embodiment (No. 2). 図13のバイオリアクタにおいて生成される生成物の例である。It is an example of the product produced | generated in the bioreactor of FIG. 第1の実施形態に係るバイオリアクタの概略プロセス図である(その3)。FIG. 3 is a schematic process diagram of the bioreactor according to the first embodiment (No. 3). 第1の実施形態に係るバイオリアクタの概略プロセス図である(その4)。It is a schematic process figure of the bioreactor which concerns on 1st Embodiment (the 4). 第1の実施形態に係るバイオリアクタの概略プロセス図である(その5)。FIG. 5 is a schematic process diagram of the bioreactor according to the first embodiment (No. 5). 第1の実施形態に係るバイオリアクタの概略プロセス図である(その6)。FIG. 6 is a schematic process diagram of the bioreactor according to the first embodiment (No. 6). 第1の実施形態に係るバイオリアクタの概略プロセス図である(その7)。FIG. 7 is a schematic process diagram of the bioreactor according to the first embodiment (No. 7). 第1の実施形態に係る膜融合による細胞内小器官の抽出の概略図である。It is the schematic of extraction of the intracellular organelle by the membrane fusion which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る膜或いは膜との相互作用による生体関連物質の抽出・分離の概略図である。It is the schematic of extraction and isolation | separation of the bio-related substance by interaction with the film | membrane or film | membrane which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る実施例1のマイクロリアクタの構成概略図である。It is a block schematic diagram of the microreactor of Example 1 which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る比較例1と実施例1における転化率の経時変化を示すグラフである。It is a graph which shows the time-dependent change of the conversion rate in the comparative example 1 and Example 1 which concern on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る実施例2のマイクロリアクタの構成概略図である。It is a block schematic diagram of the microreactor of Example 2 which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る実施例2におけるN−アセチルーレートリプトファンエチルエステルの収率と流速比との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the yield of N-acetyl-late tryptophan ethyl ester and flow rate ratio in Example 2 which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係わる実施例3のマイクロリアクタの構成概略図である。It is a block schematic diagram of the microreactor of Example 3 according to the first embodiment. 第1の実施形態に実施例6のマイクロリアクタの構成概略図である。It is a block schematic diagram of the microreactor of Example 6 in the first embodiment. 第2の実施形態に係るマイクロチャネルセンサの構成概略図である(その1)。It is the structure schematic of the microchannel sensor which concerns on 2nd Embodiment (the 1). 第2の実施形態に係るマイクロチャネルセンサの構成概略図である(その2)。It is the structure schematic of the microchannel sensor which concerns on 2nd Embodiment (the 2). 第2の実施形態に係るマイクロチャネルセンサの構成概略図である(その3)。It is the structure schematic of the microchannel sensor which concerns on 2nd Embodiment (the 3). 第2の実施形態に係るマイクロチャネルセンサの構成概略図である(その4)。It is the structure schematic of the microchannel sensor which concerns on 2nd Embodiment (the 4). 第2の実施形態に係るマイクロチャネルセンサの構成概略図である(その5)。It is the structure schematic of the microchannel sensor which concerns on 2nd Embodiment (the 5). 第2の実施形態に係るマイクロチャネルセンサの構成概略図である(その6)。It is the structure schematic of the microchannel sensor which concerns on 2nd Embodiment (the 6). 第2の実施形態に係るマイクロチャネルセンサの構成概略図である(その7)。It is the structure schematic of the microchannel sensor which concerns on 2nd Embodiment (the 7). 第2の実施形態に係る比較例と実施例のマイクロチャネルセンサの構成概略図である。It is the structure schematic of the microchannel sensor of the comparative example which concerns on 2nd Embodiment, and an Example. 第3の実施形態に係る構造異常タンパク質の検知原理を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the detection principle of the structurally abnormal protein which concerns on 3rd Embodiment. 第3の実施形態に係る実施例1のマイクロリアクタの構成概略図である。It is a block schematic diagram of the microreactor of Example 1 which concerns on 3rd Embodiment. 第3の実施形態に係る実施例2のマイクロリアクタの構成概略図である。It is a structure schematic of the microreactor of Example 2 which concerns on 3rd Embodiment. 第3の実施形態に係る実施例4のマイクロリアクタの構成概略図である。It is a block schematic diagram of the microreactor of Example 4 which concerns on 3rd Embodiment. 第4の実施形態に係るマイクロリアクタシステムのブロック構成図である。It is a block block diagram of the micro reactor system which concerns on 4th Embodiment. 図40の正抽出部におけるマイクロリアクタの構成概略図である(その1)。It is the structure schematic of the microreactor in the normal extraction part of FIG. 40 (the 1). 図40の正抽出部におけるマイクロリアクタの構成概略図である(その2)。It is the structure schematic of the microreactor in the normal extraction part of FIG. 40 (the 2). 図40の逆抽出部におけるマイクロリアクタの構成概略図である。It is the structure schematic of the microreactor in the back extraction part of FIG. 第4の実施形態に係る実施例1のマイクロリアクタの構成概略図である。It is a block schematic diagram of the microreactor of Example 1 which concerns on 4th Embodiment. 第4の実施形態に係る実施例1の結果を示す表である。It is a table | surface which shows the result of Example 1 which concerns on 4th Embodiment. 第4の実施形態に係る実施例2のマイクロリアクタの構成概略図である。It is a block schematic diagram of the microreactor of Example 2 which concerns on 4th Embodiment. 第4の実施形態に係る実施例2の結果を示す表である。It is a table | surface which shows the result of Example 2 which concerns on 4th Embodiment. 第4の実施形態に係る実施例3のマイクロリアクタの構成概略図である。It is a structure schematic of the microreactor of Example 3 which concerns on 4th Embodiment. 第5の実施形態に係るタンパク質の生体模擬合成システムのブロック構成図である。It is a block block diagram of the protein biological simulation synthesis system which concerns on 5th Embodiment. 図49のステップS1におけるマイクロリアクタの構成概略図である。It is the structure schematic of the microreactor in step S1 of FIG. 図49のステップS2におけるマイクロリアクタの構成概略図である(その1)。FIG. 50 is a schematic configuration diagram of a microreactor in step S2 of FIG. 49 (No. 1). 図49のステップS2におけるマイクロリアクタの構成概略図である(その2)。FIG. 50 is a schematic configuration diagram of a microreactor in step S2 of FIG. 49 (part 2). 図49のステップS3におけるマイクロリアクタの構成概略図である。It is the structure schematic of the microreactor in step S3 of FIG. 図49のステップS4におけるマイクロリアクタの構成概略図である(その1)。It is the structure schematic of the microreactor in step S4 of FIG. 49 (the 1). 図49のステップS4におけるマイクロリアクタの構成概略図である(その2)。FIG. 50 is a schematic configuration diagram of a microreactor in step S4 of FIG. 49 (part 2). 図49のステップS4におけるマイクロリアクタの構成概略図である(その3)。FIG. 50 is a schematic configuration diagram of a microreactor in step S4 of FIG. 49 (No. 3). 図49のステップS4におけるマイクロリアクタの構成概略図である(その4)。FIG. 50 is a schematic configuration diagram of a microreactor in step S4 of FIG. 49 (No. 4). 図49のステップS4におけるマイクロリアクタの構成概略図である(その5)。FIG. 50 is a schematic configuration diagram of a microreactor in step S4 of FIG. 49 (No. 5).

符号の説明Explanation of symbols

1 マイクロリアクタ
2 逆ミセル型マイクロリアクタ
3 マイクロチャンネル
5 分子膜
6 単分子膜
7 集積膜
8 細胞
9 生体関連物質
11 作製・再生部
12 条件制御部
13 検知部
14 反応部
15 循環部
16 分離・回収部
21 第1の導入口
22 第2の導入口
23 第3の導入口
24 第4の導入口
25 第5の導入口
26 第2の流体
27 第3の流体
28 両親媒性分子混合液
31 水相
32 水相
33 脂質相
34 分子膜層(脂質集合体膜層)
35 円筒状脂質二分子膜
40a、40b、…、40f バリア
41 フィルタ
42 構造異常タンパク質
43 構造異常タンパク質の凝集体
44 アミロイド型タンパク質
45 アミロイド型タンパク質の凝集体
46 膜電位測定装置
51a、51b 電極
52 電気化学信号の測定装置
53a、53b 電極
54a、54b 電極
55 カソード
56 アノード
57 塩橋
60 HIV−1
61 流体
62 絶縁性媒体
63 流体
64 両親媒性分子混合液(分子膜形成液)
65 流体もしくは試料を含有する流体
66 絶縁性媒体
67 流体
71 電気化学計測装置
72a、72b 電極
73 センサ電極
74 参照電極
75 対極
76 イオンチャンネル
77 塩橋
78 絶縁性媒体
79 分子膜(脂質集合体膜)
80 水溶液
81 HIVを含む水溶液
91 正抽出部
92 原料回収部
93 逆抽出部
94 生成物回収部
95 循環部
96 第6の導入口
97 第7の導入口
98 第8の導入口
99 第9の導入口
100 注入口
101 原料水相
102 回収水相
103 合成された膜タンパク質
104 第10の導入口
105 第11の導入口
106 第12の導入口
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Microreactor 2 Reverse micelle type microreactor 3 Microchannel 5 Molecular film 6 Monomolecular film 7 Integrated film 8 Cell 9 Bio-related substance 11 Production / regeneration part 12 Condition control part 13 Detection part 14 Reaction part 15 Circulation part 16 Separation / recovery part 21 First inlet 22 Second inlet 23 Third inlet 24 Fourth inlet 25 Fifth inlet 26 Second fluid 27 Third fluid 28 Amphiphilic molecule mixture 31 Aqueous phase 32 Water phase 33 Lipid phase 34 Molecular membrane layer (lipid assembly membrane layer)
35 Cylindrical lipid bilayer membranes 40a, 40b,..., 40f Barrier 41 Filter 42 Structure abnormal protein 43 Structure abnormal protein aggregate 44 Amyloid protein 45 Amyloid protein aggregate 46 Membrane potential measuring device 51a, 51b Electrode 52 Electricity Chemical signal measuring device 53a, 53b Electrode 54a, 54b Electrode 55 Cathode 56 Anode 57 Salt bridge 60 HIV-1
61 Fluid 62 Insulating medium 63 Fluid 64 Amphiphilic molecule mixture (molecular film forming solution)
65 Fluid or Fluid Containing Sample 66 Insulating Medium 67 Fluid 71 Electrochemical Measuring Device 72a, 72b Electrode 73 Sensor Electrode 74 Reference Electrode 75 Counter Electrode 76 Ion Channel 77 Salt Bridge 78 Insulating Medium 79 Molecular Membrane (Lipid Assembly Membrane)
80 Aqueous solution 81 Aqueous solution containing HIV 91 Positive extraction unit 92 Raw material recovery unit 93 Back extraction unit 94 Product recovery unit 95 Circulation unit 96 Sixth introduction port 97 Seventh introduction port 98 Eighth introduction port 99 Ninth introduction Mouth 100 Inlet 101 Raw material aqueous phase 102 Recovered aqueous phase 103 Synthesized membrane protein 104 Tenth inlet 105 Eleventh inlet 106 Twelve inlet

Claims (12)

マイクロチャンネルと、逆ミセル溶液を前記マイクロチャンネルに導入する第6の導入口と、物質を含む原料水溶液を前記マイクロチャンネルに導入する第7の導入口と、酸化還元剤、分子シャペロン、水、金属イオンを含む逆ミセル溶液を導入する第10の導入口とを備え、前記マイクロリアクタ内で、前記逆ミセル溶液へ前記原料水相中の物質が正抽出され、もしくは抽出に伴う変性タンパク質のリフォールディングが行なわれる正抽出部と、
前記原料水溶液の回収もしくは再循環を行う原料回収部と、
マイクロチャンネルと、正抽出した逆ミセル溶液を前記マイクロチャンネルに導入する第11の導入口と、回収水溶液を前記マイクロチャンネルに導入する第12の導入口とを備え、前記マイクロリアクタ内で、前記正抽出した逆ミセル溶液から物質、あるいはリフォールディングされたタンパク質の逆抽出を行う逆抽出部と、
前記逆ミセル溶液を循環させる循環部と、
前記逆抽出された物質或いはリフォールディングされたタンパク質を回収する生成物回収部と
を備えることを特徴とする抽出システム。
A microchannel, a sixth inlet for introducing a reverse micelle solution into the microchannel, a seventh inlet for introducing a raw material aqueous solution containing a substance into the microchannel, a redox agent, a molecular chaperone, water, a metal A tenth inlet for introducing a reverse micelle solution containing ions, and in the microreactor, a substance in the raw water phase is positively extracted into the reverse micelle solution, or refolding of a denatured protein accompanying extraction is performed. A positive extraction unit to be performed;
A raw material recovery unit for recovering or recirculating the raw material aqueous solution;
A microchannel, an eleventh inlet for introducing the reverse-extracted reverse micelle solution into the microchannel, and a twelfth inlet for introducing the recovered aqueous solution into the microchannel; A reverse extraction unit that performs reverse extraction of a substance or refolded protein from the reverse micelle solution,
A circulating part for circulating the reverse micelle solution;
An extraction system comprising: a product recovery unit that recovers the back-extracted substance or the refolded protein.
前記逆ミセルは少なくとも一種類以上の両親媒性分子からなる逆ミセルと、少なくとも一種類以上の両親媒性分子と少なくとも一種類以上の助界面活性剤、リガンド、リン脂質、糖脂質、コレステロール、タンパク質、スフィンゴ脂質、酸化還元種、細胞認識分子、受容体からなる混合型逆ミセルであることを特徴とする請求項1に記載の抽出システム。   The reverse micelle is a reverse micelle composed of at least one kind of amphiphilic molecule, at least one kind of amphiphilic molecule and at least one kind of co-surfactant, ligand, phospholipid, glycolipid, cholesterol, protein. The extraction system according to claim 1, wherein the extraction system is a mixed reverse micelle comprising a sphingolipid, a redox species, a cell recognition molecule, and a receptor. 前記逆ミセルの中心に存在するウォータープールの中に、核酸関連物質、タンパク質がいずれか1つ、もしくはこれらが混在し、そこへ生体関連物質が取り込まれことを特徴とする請求項1に記載の抽出システム。   The nucleic acid-related substance and / or protein are mixed in the water pool present in the center of the reverse micelle, or these are mixed, and the biological substance is incorporated therein. Extraction system. 前記変性タンパク質を含む逆ミセルのウォータープール中に酸化還元剤、分子シャペロン、金属イオンが取り込まれ、逆ミセルのウォータープール内で、タンパク質の立体構造および活性の回復を行うことを特徴とする請求項1に記載の抽出システム。   A redox agent, a molecular chaperone, and a metal ion are incorporated into a reverse micelle water pool containing the denatured protein, and the three-dimensional structure and activity of the protein are restored in the reverse micelle water pool. 2. The extraction system according to 1. 前記逆抽出部は、回収水相のpH或いは塩濃度を制御する分岐チャンネル、あるいは親水性有機溶媒を添加する分岐チャンネルを具備し、さらに、マイクロチャンネルの温度、圧力条件を制御する装置を備えることを特徴とする請求項1に記載の抽出システム。   The back extraction unit includes a branch channel for controlling the pH or salt concentration of the recovered aqueous phase or a branch channel for adding a hydrophilic organic solvent, and further includes a device for controlling the temperature and pressure conditions of the microchannel. The extraction system according to claim 1. マイクロチャンネルと、逆ミセル溶液を前記マイクロチャンネルに導入する第6の導入口と、物質を含む原料水溶液を前記マイクロチャンネルに導入する第7の導入口と、酸化還元剤、分子シャペロン、水、金属イオンを含む逆ミセル溶液を導入する第10の導入口とを備え、前記マイクロリアクタ内で、前記逆ミセル溶液へ前記原料水相中の物質が正抽出され、もしくは抽出に伴う変性タンパク質のリフォールディングが行なわれるステップと、
前記原料水溶液の回収もしくは再循環を行うステップと、
マイクロチャンネルと、正抽出した逆ミセル溶液を前記マイクロチャンネルに導入する第11の導入口と、回収水溶液を前記マイクロチャンネルに導入する第12の導入口とを備え、前記マイクロリアクタ内で、前記正抽出した逆ミセル溶液から物質、あるいはリフォールディングされたタンパク質の逆抽出を行うステップと、
前記逆ミセル溶液を循環させるステップと、
前記逆抽出された物質或いはリフォールディングされたタンパク質を回収するステップと
を含むことを特徴とする抽出方法。
A microchannel, a sixth inlet for introducing a reverse micelle solution into the microchannel, a seventh inlet for introducing a raw material aqueous solution containing a substance into the microchannel, a redox agent, a molecular chaperone, water, a metal A tenth inlet for introducing a reverse micelle solution containing ions, and in the microreactor, a substance in the raw water phase is positively extracted into the reverse micelle solution, or refolding of a denatured protein accompanying extraction is performed. The steps to be taken,
Collecting or recirculating the raw material aqueous solution;
A microchannel, an eleventh inlet for introducing the reverse-extracted reverse micelle solution into the microchannel, and a twelfth inlet for introducing the recovered aqueous solution into the microchannel; Back-extracting the substance or refolded protein from the reverse micelle solution,
Circulating the reverse micelle solution;
Recovering the back-extracted substance or the refolded protein.
細胞を供給する細胞供給系と、
無細胞液を生成する無細胞液生成系と、
アミノ酸を供給するアミノ酸供給系と、
核酸を供給する核酸供給系と、
エネルギ-を供給するエネルギ-供給系と、
タンパク質を合成する無細胞タンパク質合成系と、
請求項1に記載の抽出システムを用いて、前記無細胞タンパク質合成系で合成されたタンパク質の抽出或いはリフォールディングを行う抽出・リフォールディング系と、
前記無細胞タンパク質合成系から、もしくは前記抽出・リフォールディング系からATPを回収・再生するATP再生系と、
前記無細胞タンパク質合成系から、もしくは前記抽出・リフォールディング系からタンパク質を回収するタンパク質回収系と
を備えることを特徴とするタンパク質合成システム。
A cell supply system for supplying cells;
A cell-free solution generating system that generates cell-free solution;
An amino acid supply system for supplying amino acids;
A nucleic acid supply system for supplying nucleic acid;
An energy supply system for supplying energy;
A cell-free protein synthesis system for synthesizing proteins;
An extraction / refolding system for extracting or refolding the protein synthesized in the cell-free protein synthesis system using the extraction system according to claim 1;
An ATP regeneration system that recovers and regenerates ATP from the cell-free protein synthesis system or from the extraction / refolding system;
A protein synthesis system comprising: a protein recovery system that recovers a protein from the cell-free protein synthesis system or from the extraction / refolding system.
前記無細胞液生成系は、分子膜を備えるマイクロリアクタ内で、細胞と分子膜、特に脂質二分子膜との静電的、疎水的、親水的およびイオン的相互作用、バイオアフィニティーによる膜融合によって、もしくは分子膜に刺激を与えることによって、細胞内の小器官及び細胞質基質を抽出することを特徴とする請求項7に記載のタンパク質合成システム。   The cell-free fluid production system is a microreactor equipped with a molecular membrane, by electrostatic, hydrophobic, hydrophilic and ionic interactions between cells and molecular membranes, particularly lipid bilayer membranes, membrane fusion by bioaffinity, Alternatively, the protein synthesis system according to claim 7, wherein organelles and cytoplasmic substrates in the cell are extracted by applying a stimulus to the molecular membrane. 前記無細胞タンパク質合成系は、分子膜を備えるマイクロリアクタ内でタンパク質を合成し、合成されたタンパク質は分子膜との静電的、疎水的、親水的およびイオン的相互作用、バイオアフィニティーによって、分子膜への付着、吸着、沈着、透過もしくは分子膜の中に取り込まれることで抽出し、タンパク質の凝集によるタンパク質の変性を避けることを特徴とする請求項7に記載のタンパク質合成システム。   The cell-free protein synthesis system synthesizes a protein in a microreactor equipped with a molecular membrane, and the synthesized protein is subjected to electrostatic, hydrophobic, hydrophilic and ionic interactions with the molecular membrane, bioaffinity, 8. The protein synthesis system according to claim 7, wherein the protein synthesis system avoids protein denaturation due to protein aggregation by attaching to, adsorbing, depositing, permeating or extracting by being incorporated into a molecular film. 前記タンパク質の抽出・リフォールディング系は、分子膜を備えるマイクロリアクタを用いて、タンパク質の抽出とリフォールディングを行うことを特徴とする請求項7に記載のタンパク質合成システム。   8. The protein synthesis system according to claim 7, wherein the protein extraction / refolding system performs protein extraction and refolding using a microreactor having a molecular film. 前記ATP再生系は、分子膜を備えるマイクロリアクタにおいて、電気化学的反応、光電気化学反応、及び化学反応によってATPを再生することを特徴とする請求項7に記載のタンパク質合成システム。   The protein synthesis system according to claim 7, wherein the ATP regeneration system regenerates ATP by electrochemical reaction, photoelectrochemical reaction, and chemical reaction in a microreactor having a molecular film. 無細胞液生成系へ細胞供給系から無細胞液を供給し、無細胞生成系において無細胞液を抽出・生成するステップと、
無細胞タンパク質合成系へ無細胞液生成系から無細胞液と、アミノ酸供給系からアミノ酸と、核酸供給系から核酸と、ATP生成系からATPと、エネルギー供給系によるエネルギーを供給し、無細胞タンパク質合成系においてタンパク質を合成するステップと、
請求項1に記載の抽出システムを用いて、前記無細胞タンパク質合成系によって合成されたタンパク質を抽出とリフォールディングを行うステップと、
前記抽出・リフォールディング系からATPを回収・再生するステップと、
前記抽出・リフォールディング系によって生成されたタンパク質を回収するステップと
を含むことを特徴とするタンパク質合成方法。
Supplying a cell-free solution from the cell supply system to the cell-free solution generation system, and extracting and generating the cell-free solution in the cell-free generation system;
Cell-free protein synthesis system supplies cell-free protein from cell-free fluid generation system, amino acid from amino acid supply system, nucleic acid from nucleic acid supply system, ATP from ATP generation system, energy by energy supply system Synthesizing a protein in a synthesis system;
Extracting and refolding the protein synthesized by the cell-free protein synthesis system using the extraction system according to claim 1;
Collecting and regenerating ATP from the extraction / refolding system;
Recovering the protein produced by the extraction / refolding system.
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