JP2010048714A - Fractionation method of molecule and fractionating chip used for same - Google Patents

Fractionation method of molecule and fractionating chip used for same Download PDF

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敬 村越
Hideki Namikawa
英紀 並河
Toshinori Mogi
俊憲 茂木
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fractionating chip capable of fractionating a molecule to be fractionated by diffusion of a molecule. <P>SOLUTION: The fractionating chip includes a substrate, a channel formed on the substrate, and a plurality of structures disposed in a matrix form in the channel. The respective structures disposed in the channel have asymmetrical shapes to a straight line parallel with the development direction of a lipid film. By performing self development of the lipid film including a molecule to be fractionated in the channel of the fractionating chip, the target molecule to be fractionated can be fractionated according to the diffusion of the molecule. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、試料に含まれる被分別分子を分別する方法およびそれに用いられる分別チップに関する。   The present invention relates to a method for fractionating a molecule to be classified contained in a sample and a fractionation chip used therefor.

微小空間において分子を操作、分別、抽出する技術として、μ−TASがよく知られている。μ−TASは、反応時間が短い、反応効率が高い、加熱および冷却を急速に行うことが可能であるといった様々な利点を有している。一方、μ−TASには、(1)水を輸送媒体とするため生体分子(例えば、膜タンパク質)の性質を損ねる可能性がある、(2)電気泳動を輸送駆動力とするため非荷電分子には適用できない、また電場により分子構造が変化する可能性がある、(3)使用されるデバイスが大きい(センチメートルスケール)といった問題点がある。   Μ-TAS is well known as a technique for manipulating, sorting, and extracting molecules in a minute space. μ-TAS has various advantages such as a short reaction time, high reaction efficiency, and rapid heating and cooling. On the other hand, in μ-TAS, (1) since water is used as a transport medium, the properties of biomolecules (for example, membrane proteins) may be impaired. (2) uncharged molecules are used because electrophoresis is used as a transport driving force. However, there is a possibility that the molecular structure may be changed by an electric field, and (3) the device used is large (centimeter scale).

上記問題点を解決する技術として、複数の構造体をマトリクス状に配置した流路に脂質膜を展開させて分子をフィルタリングする技術が開示されている(例えば、非特許文献1参照)。非特許文献1に記載されているデバイスの流路には、構造体間の間隔が100nmまたは500nmとなるように構造体が配置されている。このような流路に脂質膜を展開させると、構造体間の間隙領域において脂質膜の構造が変化し、この脂質膜への他の分子の溶解度が変化する。したがって、特定の分子(構造体間の間隙領域において溶解度が低下する分子)を含む脂質膜を流路に展開させると、この分子は構造体間の間隙領域に侵入できず、構造体間の間隙を通過することができない。この現象を利用して、分子のフィルタリングを行うことができる。
H. Nabika, B. Takimoto, N. Iijima and K. Murakoshi, "Observation of self-spreading lipid bilayer on hydrophilic surface with a periodic array of metallic nano-gate", Electrochimica Acta, Volume 53 (2008), Issue 21, Pages 6278-6283.
As a technique for solving the above-described problem, a technique for filtering a molecule by developing a lipid membrane in a flow path in which a plurality of structures are arranged in a matrix is disclosed (for example, see Non-Patent Document 1). In the flow path of the device described in Non-Patent Document 1, structures are arranged so that the interval between the structures is 100 nm or 500 nm. When the lipid membrane is developed in such a channel, the structure of the lipid membrane changes in the gap region between the structures, and the solubility of other molecules in the lipid membrane changes. Therefore, when a lipid membrane containing a specific molecule (a molecule whose solubility decreases in the gap region between structures) is developed in the flow path, this molecule cannot enter the gap region between structures, and the gap between structures Can not pass. Using this phenomenon, molecular filtering can be performed.
H. Nabika, B. Takimoto, N. Iijima and K. Murakoshi, "Observation of self-spreading lipid bilayer on hydrophilic surface with a periodic array of metallic nano-gate", Electrochimica Acta, Volume 53 (2008), Issue 21, Pages 6278-6283.

非特許文献1に記載の技術では、分子の化学ポテンシャルを決定する因子(例えば、分子の大きさ、立体配置、カイラリティ、親水性、疎水性、極性など)に基づき分子が分別されると考えられている。   In the technique described in Non-Patent Document 1, it is considered that molecules are classified based on factors that determine the chemical potential of the molecules (for example, molecular size, configuration, chirality, hydrophilicity, hydrophobicity, polarity, etc.). ing.

本発明者は、複数の構造体をマトリクス状に配置した流路に脂質膜を展開させて分子を分別する方法において、上記因子以外の因子を指標として分子を分別することができれば、上記従来の技術と組み合わせることで、2つの因子を指標としてより高精度に被分別分子を分別できると考えた。そして、本発明者は、上記因子以外の因子として分子の拡散性に着目した。   In the method of separating a molecule by developing a lipid membrane in a channel in which a plurality of structures are arranged in a matrix, the inventor can separate the molecule using a factor other than the above factor as an index. In combination with technology, we thought that the molecules to be separated could be separated with higher accuracy using two factors as indices. And this inventor paid attention to the diffusibility of a molecule | numerator as factors other than the said factor.

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、複数の構造体をマトリクス状に配置した流路に脂質膜を展開させて分子を分別する方法であって、分子の拡散性により分子を分別しうる分別方法、およびそれに用いられる分別チップを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, and is a method for separating a molecule by developing a lipid membrane in a flow path in which a plurality of structures are arranged in a matrix, wherein the molecule is separated by the diffusibility of the molecule. It is an object of the present invention to provide a sorting method that can be sorted and a sorting chip used therefor.

本発明者は、流路に配置する構造体の形状を所定の形状とすることで上記課題を解決できることを見出し、さらに検討を加えて本発明を完成させた。   The present inventor has found that the above-mentioned problem can be solved by setting the shape of the structure disposed in the flow path to a predetermined shape, and has further studied and completed the present invention.

すなわち、本発明の第一は、以下の分別方法に関する。
[1]試料に含まれる被分別分子を分別する方法であって、基板と、前記基板上に形成された流路と、前記流路内にマトリクス状に配置された複数の構造体とを有する分別チップを準備するステップと、1種類または2種類以上の被分別分子を含む試料、および極性脂質を準備するステップと、前記分別チップの流路に前記試料および前記極性脂質を導入して、前記被分別分子および前記極性脂質を含む脂質膜を自発展開させるステップと、を有し、前記構造体のそれぞれは、前記流路の上流側の頂点を通り、かつ脂質膜の展開方向に平行な第1の直線と、前記流路の第1の側面側の頂点を通り、かつ前記第1の直線に平行な第2の直線との距離が、前記第1の直線と、前記流路の第2の側面側の頂点を通り、かつ前記第1の直線に平行な第3の直線との距離よりも長く、拡散しにくい分子ほど前記流路の第1の側面により近い領域に偏在させて、前記被分別分子を分別する、分別方法。
[2]前記脂質膜は脂質二重層の構造を有する、[1]に記載の分別方法。
[3]前記脂質膜を自発展開させるステップは、前記分別チップの流路に電解質水溶液を導入するステップを含む、[2]に記載の分別方法。
That is, the first of the present invention relates to the following separation method.
[1] A method for separating molecules to be separated contained in a sample, which includes a substrate, a channel formed on the substrate, and a plurality of structures arranged in a matrix in the channel. Preparing a fractionation chip; a sample containing one or more kinds of molecules to be separated; and a step of preparing a polar lipid; introducing the sample and the polar lipid into a flow path of the fractionation chip; And a step of spontaneously deploying a lipid membrane containing a molecule to be separated and the polar lipid, and each of the structures passes through an apex on the upstream side of the flow path and is parallel to the development direction of the lipid membrane. The distance between the first straight line and the second straight line that passes through the apex on the first side surface side of the flow path and is parallel to the first straight line is such that the first straight line and the second straight line of the flow path Passing through the apex on the side of the first side and parallel to the first straight line Straight and longer than the distance of, and allowed to localize in the region close the first side of the flow path as the diffusion hardly molecules, fractionating the object fractionation molecular fractionation method.
[2] The fractionation method according to [1], wherein the lipid membrane has a lipid bilayer structure.
[3] The separation method according to [2], wherein the step of spontaneously expanding the lipid membrane includes a step of introducing an aqueous electrolyte solution into the flow path of the separation chip.

また、本発明の第二は、以下の分別チップに関する。
[4]試料に含まれる被分別分子を分別するチップであって、基板と、前記基板上に形成された、脂質膜を自発展開させる流路と、前記流路内にマトリクス状に配置された複数の構造体と、を有し、前記構造体のそれぞれは、前記流路の上流側の頂点を通り、かつ脂質膜の展開方向に平行な第1の直線と、前記流路の第1の側面側の頂点を通り、かつ前記第1の直線に平行な第2の直線との距離が、前記第1の直線と、前記流路の第2の側面側の頂点を通り、かつ前記第1の直線に平行な第3の直線との距離と異なり、前記一の構造体と当該構造体に最も近接している他の構造体との間隔は20〜500nmの範囲内である、分別チップ。
[5]前記複数の構造体は略同一形状である、[4]に記載の分別チップ。
[6]前記構造体の前記第2の直線と前記第3の直線との間隔は、100nm〜3μmの範囲内である、[4]または[5]に記載の分別チップ。
[7]前記複数の構造体は、それぞれ、基板面に平行な長軸および短軸を有する略直方体状であり、かつ長軸の向きが同一となるように配置されており、前記構造体の長軸の向きは、脂質膜の展開方向に対して10〜80度傾いている、[4]〜[6]のいずれかに記載の分別チップ。
[8]前記長軸の長さは500nm〜2000nmの範囲内であり、前記短軸の長さは150nm〜500nmの範囲内である、[7]に記載の分別チップ。
The second of the present invention relates to the following sorting chip.
[4] A chip for separating molecules to be separated contained in a sample, which is arranged in a matrix in a substrate, a channel formed on the substrate for spontaneous development of a lipid membrane, and the channel. A plurality of structures, and each of the structures passes through an apex on the upstream side of the flow path and is parallel to the development direction of the lipid membrane, and the first of the flow paths The distance between the second straight line passing through the apex on the side surface side and parallel to the first straight line passes through the first straight line and the apex on the second side surface side of the flow path, and the first straight line. Unlike the distance from the third straight line parallel to the straight line, the separation chip has a distance between the one structure and the other structure closest to the structure within a range of 20 to 500 nm.
[5] The sorting chip according to [4], wherein the plurality of structures have substantially the same shape.
[6] The separation chip according to [4] or [5], wherein an interval between the second straight line and the third straight line of the structure is in a range of 100 nm to 3 μm.
[7] Each of the plurality of structures has a substantially rectangular parallelepiped shape having a major axis and a minor axis parallel to the substrate surface, and is arranged so that the directions of the major axes are the same. The sorting chip according to any one of [4] to [6], wherein the direction of the long axis is inclined by 10 to 80 degrees with respect to the development direction of the lipid membrane.
[8] The sorting chip according to [7], wherein the length of the major axis is in the range of 500 nm to 2000 nm, and the length of the minor axis is in the range of 150 nm to 500 nm.

本発明によれば、分子の拡散性により被分別分子を分別することができる。例えば、本発明と上記従来の技術と組み合わせることで、分子の拡散性による分別と分子の化学ポテンシャルを決定する因子による分別とを同時に行い、より高精度に被分別分子を分別することができる。   According to the present invention, a molecule to be separated can be separated based on the diffusibility of the molecule. For example, by combining the present invention with the above-described conventional technique, fractionation by molecular diffusivity and fractionation by a factor that determines the chemical potential of the molecule can be performed simultaneously, and the fractionated molecules can be fractionated with higher accuracy.

本発明の分別チップは、試料に含まれる被分別分子を分別するチップであって、基板と、前記基板上に形成された流路と、前記流路内にマトリクス状に配置された複数の構造体とを有する。本発明の分別チップは、流路内に配置された構造体が所定の形状であることを主たる特徴とする。後述するように、本発明の分別チップの流路内に被分別分子を含む脂質膜を展開させることで、目的の被分別分子をその分子の拡散性(拡散係数)に応じて分別することができる。なお、本明細書において「分子」とは、1つの分子だけでなく、2以上の分子から成る複合体をも意味する。また、「分子を分別する」とは、その分子を他の分子から分けることだけでなく、他の分子に対するその分子の割合(濃度)を高めることも意味する。   The sorting chip of the present invention is a chip for sorting molecules to be sorted contained in a sample, and includes a substrate, a channel formed on the substrate, and a plurality of structures arranged in a matrix in the channel. Having a body. The sorting chip of the present invention is mainly characterized in that the structure disposed in the flow path has a predetermined shape. As will be described later, by deploying a lipid membrane containing a molecule to be separated in the flow path of the separation chip of the present invention, the target molecule to be separated can be separated according to the diffusivity (diffusion coefficient) of the molecule. it can. In the present specification, the “molecule” means not only one molecule but also a complex composed of two or more molecules. “Separating a molecule” not only means separating the molecule from other molecules, but also increasing the ratio (concentration) of the molecule relative to other molecules.

基板は、流路を配置(形成)するための部材である。基板の大きさは、流路を無理なく配置することができれば特に限定されない。基板の材料は特に限定されず、流路および構造体の形成方法や流路内面の性質(例えば、親水性にするか否かなど)などの観点に応じて任意の材料から選択することができる。例えば、基板はガラス板である。   The substrate is a member for arranging (forming) the flow path. The magnitude | size of a board | substrate will not be specifically limited if a flow path can be arrange | positioned without difficulty. The material of the substrate is not particularly limited, and can be selected from any material depending on the viewpoint of the method of forming the flow channel and the structure, the properties of the inner surface of the flow channel (for example, whether or not to make it hydrophilic), and the like. . For example, the substrate is a glass plate.

流路は、基板上に形成された、脂質膜を展開させるための領域である。1つの基板に形成される流路の数は、1つであってもよいし、2つ以上であってもよい。流路の構造は、脂質膜を展開させることが可能であれば特に限定されない。例えば、基板面に溝(凹部)を形成して流路としてもよいし、基板上にガイド(凸部)を複数形成してそれらの間を流路としてもよい。流路の幅および長さは特に限定されず、試料の種類やその内部に配置する構造体の数などに応じて適宜設定すればよい。流路の深さは、展開させる脂質膜の厚さよりも大きければ特に限定されない。流路内の脂質膜を展開させる面(底面)は、親水性であってもよいし、疎水性であってもよい。例えば、脂質二重層の構造を有する脂質膜を展開させる場合(図4(C)、図9参照)は、脂質膜を展開させる面は親水性であることが好ましい。   The channel is a region formed on the substrate for developing the lipid membrane. One channel may be formed on one substrate, or two or more channels may be formed. The structure of the channel is not particularly limited as long as the lipid membrane can be developed. For example, a groove (concave portion) may be formed on the substrate surface to be a flow path, or a plurality of guides (convex portions) may be formed on the substrate and a space between them may be used as the flow path. The width and length of the channel are not particularly limited, and may be set as appropriate according to the type of sample and the number of structures disposed in the sample. The depth of the channel is not particularly limited as long as it is larger than the thickness of the lipid membrane to be developed. The surface (bottom surface) on which the lipid membrane in the flow channel is developed may be hydrophilic or hydrophobic. For example, when a lipid membrane having a lipid bilayer structure is developed (see FIGS. 4C and 9), the surface on which the lipid membrane is developed is preferably hydrophilic.

流路は、試料および極性脂質(脂質膜を構成する脂質)を導入するための導入口または導入流路と接続されていてもよい。導入口などを設けることで、ユーザが流路に試料および極性脂質を容易に導入できるようになる。1つの流路に接続する導入口(導入流路)の数は、1つであってもよいし、2つ以上であってもよい。例えば、1つの流路に対して、試料と極性脂質の両方を導入するための導入口(導入流路)と、極性脂質のみを導入するための導入口(導入流路)を接続することで、被分別分子の分別精度を向上させることができる(実施の形態3参照)。   The flow path may be connected to an introduction port or an introduction flow path for introducing a sample and polar lipid (lipid constituting the lipid membrane). By providing the introduction port or the like, the user can easily introduce the sample and the polar lipid into the channel. The number of introduction ports (introduction channels) connected to one channel may be one, or two or more. For example, by connecting an inlet (introduction channel) for introducing both the sample and the polar lipid and an inlet (introduction channel) for introducing only the polar lipid to one channel. Thus, it is possible to improve the separation accuracy of the molecules to be separated (see Embodiment 3).

構造体は、流路内にマトリクス状に配置された部材である。ここで「マトリクス状」とは、2つの軸が直行している必要は無いが、格子状(行列状)に整然と整列した状態を意味する。構造体は、流路内を展開する脂質膜(およびそれに含まれる被分別分子)に対する障害物となり、本発明の分別チップの分別機能を担う部材である。構造体の材料は、脂質膜が構造体を乗り越えないように脂質膜に対する吸着力が高いものが好ましい。例えば、脂質二重層の構造を有する脂質膜を展開させる場合は、構造体の材料は金属(例えば、金)などであればよい。   The structure is a member arranged in a matrix in the flow path. Here, the “matrix shape” means a state in which the two axes do not need to be orthogonal but are arranged in a grid (matrix) orderly. The structure serves as an obstacle to the lipid membrane (and the molecules to be contained therein) that develop in the flow path, and is a member that bears the sorting function of the sorting chip of the present invention. The material of the structure is preferably a material having a high adsorption power to the lipid membrane so that the lipid membrane does not get over the structure. For example, when a lipid membrane having a lipid bilayer structure is developed, the material of the structure may be a metal (for example, gold).

構造体の形状は、基板を平面視した場合に、脂質膜の展開方向に平行な直線に対して非対称であることが好ましい。より具体的には、図1(A)〜(C)に例示するように、構造体100の流路の上流側の頂点102を通り、かつ脂質膜の展開方向に平行な第1の直線(図中「1」で示す)と、流路の第1の側面側(図中右側)の頂点104を通り、かつ前記第1の直線に平行な第2の直線(図中「2」で示す)との距離(図中「A」で示す)が、第1の直線(図中「1」で示す)と、前記流路の第2の側面側(図中左側)の頂点106を通り、かつ前記第1の直線に平行な第3の直線(図中「3」で示す)との距離(図中「B」で示す)と異なることが好ましい(図1の各例では、AがBよりも長い)。以下、第1の直線と第2の直線との距離(図中「A」で示す)を「第1の長さ」ともいい、第1の直線と第3の直線との距離(図中「B」で示す)を「第2の長さ」ともいう。   The shape of the structure is preferably asymmetric with respect to a straight line parallel to the development direction of the lipid membrane when the substrate is viewed in plan. More specifically, as illustrated in FIGS. 1A to 1C, a first straight line that passes through the apex 102 on the upstream side of the flow path of the structure 100 and is parallel to the development direction of the lipid membrane ( And a second straight line (indicated by “2” in the figure) passing through the apex 104 on the first side surface side (right side in the figure) of the flow path and parallel to the first straight line. ) (Indicated by “A” in the figure) through the first straight line (indicated by “1” in the figure) and the apex 106 on the second side surface (left side in the figure) of the flow path, In addition, it is preferably different from a distance (indicated by “B” in the figure) from a third straight line (indicated by “3” in the figure) parallel to the first straight line (in each example of FIG. 1, A is B Longer than). Hereinafter, the distance between the first straight line and the second straight line (indicated by “A” in the figure) is also referred to as “first length”, and the distance between the first straight line and the third straight line (in the figure “ "B") is also referred to as "second length".

ここで「流路の上流側の頂点」とは、1つの構造体の中で最も流路の上流側の部分を意味する。同様に、「流路の第1の側面側の頂点」とは、1つの構造体の中で最も流路の第1の側面側の部分を意味し、「流路の第2の側面側の頂点」とは、1つの構造体の中で最も流路の第2の側面側の部分を意味する。ここでいう「頂点」は、必ずしも厳格な角である必要はなく、丸みを帯びた形状であってもよいし、図1(C)に示すように面状であってもよい。   Here, “the apex on the upstream side of the flow path” means the most upstream part of the flow path in one structure. Similarly, the “vertex on the first side surface side of the flow path” means a portion on the first side surface side of the flow path most in one structure, The “vertex” means a portion on the second side surface side of the flow path most in one structure. The “vertices” here do not necessarily have to be strict corners, and may be rounded or planar as shown in FIG.

1つの流路に配置される複数の構造体は、必ずしもそれぞれが同一形状である必要はないが、第1の長さ(図中「A」で示す)と第2の長さ(図中「B」で示す)のいずれが長いのかは同じであることが好ましい。通常、1つの流路に配置される複数の構造体の形状は略同一形状であり、略同一形状の各構造体は同一方向を向くように配置される。   The plurality of structures arranged in one flow path do not necessarily have the same shape, but the first length (indicated by “A” in the figure) and the second length (in the figure “ It is preferred that which one of B) is longer is the same. Usually, the shape of the plurality of structures arranged in one flow path is substantially the same shape, and the structures having substantially the same shape are arranged to face the same direction.

上記形状の構造体をマトリクス状に配置した流路に被分別分子を含む脂質膜を展開させることで、被分別分子を分別することができる。ここで、被分別分子を分別する原理について説明する。   By separating a lipid membrane containing a molecule to be separated in a channel in which the structures having the above shapes are arranged in a matrix, the molecule to be separated can be separated. Here, the principle of separating the molecules to be separated will be described.

図2は、複数の構造体をマトリクス状に配置した流路の一例を示す平面図である。図中の破線は、各構造体の位置関係を示すための線である。この例では、長辺の長さと短辺の長さとの比が4:1の直方体状の構造体(高さは任意)100を、脂質膜の展開方向に対して長辺が45度傾くように配置している。結果として、すべての構造体100において、第1の長さ(図1(A)の「A」)は第2の長さ(図1(A)の「B」)よりも4倍長い。構造体100間の最短間隔は短辺の長さと同じである。この図では、上から下に向かって被分別分子を含む脂質膜を自発展開(後述)させているものとする。脂質膜内の被分別分子は、ブラウン運動により脂質膜内を拡散しながら、脂質膜の流れ(通常、0.1〜0.3μm/s程度)に合わせてゆっくりと下流(図中下方向)に移動する。   FIG. 2 is a plan view showing an example of a flow path in which a plurality of structures are arranged in a matrix. The broken lines in the figure are lines for indicating the positional relationship between the structures. In this example, a rectangular parallelepiped structure (having an arbitrary height) 100 in which the ratio of the length of the long side to the length of the short side is 4: 1 is inclined so that the long side is 45 degrees with respect to the development direction of the lipid membrane. Is arranged. As a result, in all the structures 100, the first length (“A” in FIG. 1A) is four times longer than the second length (“B” in FIG. 1A). The shortest distance between the structures 100 is the same as the length of the short side. In this figure, it is assumed that a lipid membrane containing a molecule to be separated is spontaneously expanded (described later) from the top to the bottom. The molecules to be separated in the lipid membrane diffuse slowly in the lipid membrane by Brownian motion and slowly downstream (downward in the figure) according to the flow of the lipid membrane (usually about 0.1 to 0.3 μm / s). Move to.

図2において、点Sの位置(2つの構造体の間隙領域)に1つの被分別分子が存在すると仮定する。この分子は、脂質膜内を拡散しながら下流に移動し、多くの場合は、点Sのほぼ直下に位置する点Cの間隙か、点Sよりも流路の第1の側面側(図中左側)に位置する点Lの間隙か、またはSよりも流路の第2の側面側(図中右側)に位置する点Rの間隙かに到達する(分子の拡散係数が大きい場合は、より遠くの間隙まで到達する可能性もある)。ここで、点Sに位置する分子が点Lに到達する確率をPとすると、Pは以下の式(1)のようになる。
ここで、Dは分子の拡散係数、vは脂質膜の展開速度、aは構造体の短辺の長さである。
In FIG. 2, it is assumed that one molecule to be separated exists at the position of the point S (the gap region between the two structures). This molecule moves downstream while diffusing in the lipid membrane. In many cases, the molecule is a gap between the points C located almost immediately below the point S or the first side of the flow path from the point S (in the figure). It reaches the gap of the point L located on the left side or the gap of the point R located on the second side surface side (right side in the figure) of the flow path than S (if the diffusion coefficient of the molecule is large, It may reach a far gap). Here, when the probability that the molecule located at the point S reaches the point L is P L , the P L is expressed by the following equation (1).
Here, D is the diffusion coefficient of the molecule, v is the development rate of the lipid membrane, and a is the length of the short side of the structure.

同様に、点Sに位置する分子が点Rに到達する確率をPとすると、Pは以下の式(2)のようになる。
Similarly, when the probability of molecules located at the point S reaches the point R and P R, P R is represented by the following formula (2).

ここで、v=0.2μm/s、a=0.25μmと仮定すると、va=0.05となる。この場合、点Sに位置する分子の拡散係数が2μm/sのとき、P=0.46、P=0.50となり、点Sに位置する分子の拡散係数が1μm/sのとき、P=0.43、P=0.49となる。このように分子の拡散係数が大きい(例えば、D≧1μm/s)ときは、PとPとの間に大きな差は見られない。すなわち、分子はランダムな方向に拡散する。 Here, assuming v = 0.2 μm / s and a = 0.25 μm, va = 0.05. In this case, when the diffusion coefficient of the molecules located at the point S is 2μm 2 / s, P L = 0.46, P R = 0.50 , and the diffusion coefficient of molecules located at the point S is 1 [mu] m 2 / s Then, P L = 0.43 and P R = 0.49. Thus the diffusion coefficient of the molecule is large (e.g., D ≧ 1μm 2 / s) when a large difference between the P L and P R are not observed. That is, the molecules diffuse in random directions.

一方、点Sに位置する分子の拡散係数が0.1μm/sのとき、P=0.10、P=0.44となり、点Sに位置する分子の拡散係数が0.01μm/sのとき、P=0.05×10−4、P=0.15となる。このように分子の拡散係数が小さい(例えば、D≦0.1μm/s)ときは、Pに比べてPの値が顕著に大きくなる。すなわち、分子は特定方向(図中右方向)に拡散する。 On the other hand, if the diffusion coefficient of the molecules located at the point S is 0.1μm 2 / s, P L = 0.10, P R = 0.44 next, the diffusion coefficient of the molecules located at the point S is 0.01 [mu] m 2 When / s, P L = 0.05 × 10 −4 and P R = 0.15. Thus the diffusion coefficient of the molecule is small (e.g., D ≦ 0.1μm 2 / s) when the value of P R is significantly larger than the P L. That is, the molecules diffuse in a specific direction (right direction in the figure).

したがって、図3に示されるように、拡散係数が異なる2種類の被分別分子を含む脂質膜を展開させた場合、拡散係数が大きい分子は流路内にランダムに拡散するが(図中「D≧1μm/s」で示す)、拡散係数が小さい分子は流路内の一方の側面側に偏在する(図中「D≦0.1μm/s」で示す)。第1の長さが第2の長さよりも長い場合は、拡散係数が小さい分子は第1の側面側に偏在し、第2の長さが第1の長さよりも長い場合は、拡散係数が小さい分子は第2の側面側に偏在する。結果として、拡散係数が大きい分子と拡散係数が小さい分子とは分別される。拡散係数がそれぞれ異なる複数種類の被分別分子を含む脂質膜を展開させた場合は、拡散係数が小さい分子ほどより流路の側面に近い領域に偏在し、拡散係数が大きい分子は当該流路の側面から離れた領域に偏在する(図5(C)参照)。結果として、拡散係数がそれぞれ異なる複数種類の被分別分子はそれぞれ分別される。構造体の形状が上記要件を満たしていれば、脂質膜の展開速度や、構造体の配置パターン、構造体の大きさなどを変更しても、同様の原理により分子をその拡散係数に応じて分別することができる。 Therefore, as shown in FIG. 3, when a lipid membrane containing two kinds of molecules to be separated having different diffusion coefficients is developed, molecules having a large diffusion coefficient diffuse randomly in the channel (“D” in the figure). ≧ 1 μm 2 / s ”), molecules having a small diffusion coefficient are unevenly distributed on one side of the channel (indicated by“ D ≦ 0.1 μm 2 / s ”in the figure). When the first length is longer than the second length, molecules having a small diffusion coefficient are unevenly distributed on the first side surface side, and when the second length is longer than the first length, the diffusion coefficient is Small molecules are unevenly distributed on the second side. As a result, molecules having a large diffusion coefficient and molecules having a small diffusion coefficient are distinguished. When lipid membranes containing multiple types of molecules to be separated with different diffusion coefficients are deployed, molecules with a smaller diffusion coefficient are more unevenly distributed in regions closer to the side of the channel, and molecules with a larger diffusion coefficient It is unevenly distributed in a region away from the side surface (see FIG. 5C). As a result, a plurality of types of molecules to be sorted with different diffusion coefficients are sorted. As long as the shape of the structure meets the above requirements, even if the deployment speed of the lipid membrane, the arrangement pattern of the structure, the size of the structure, etc. are changed, the molecule can be converted according to its diffusion coefficient according to the same principle. Can be separated.

構造体の説明に戻る。構造体の大きさは特に限定されないが、前述の第1の長さと第2の長さの合計(図1におけるAとBの和)が100nm〜3μmの範囲内であることが好ましく、500nm〜1μmの範囲内であることがより好ましい。第1の長さと第2の長さの合計が3μmを超えると、特に脂質膜を自発展開させたときに被分別分子を分別できない可能性がある。例えば、上述の式(1)および式(2)では、脂質膜の展開速度(v)が0.1〜0.3μm/s程度の場合に、第1の長さと第2の長さの合計が3μmを超えると、va/Dの値が好ましい範囲(0.1〜10程度)内に収まらなくなり、被分別分子を分別することが困難となりうる。   Return to the description of the structure. The size of the structure is not particularly limited, but the total of the first length and the second length (the sum of A and B in FIG. 1) is preferably in the range of 100 nm to 3 μm, More preferably, it is in the range of 1 μm. When the total of the first length and the second length exceeds 3 μm, there is a possibility that the molecule to be separated cannot be separated particularly when the lipid membrane is spontaneously developed. For example, in the above formulas (1) and (2), when the lipid membrane development rate (v) is about 0.1 to 0.3 μm / s, the total of the first length and the second length If it exceeds 3 μm, the value of va / D will not fall within the preferred range (about 0.1 to 10), and it may be difficult to separate the molecules to be separated.

第1の長さおよび第2の長さは、分別能を向上させる観点から、一方の長さが他方の長さに対して1.5倍以上であることが好ましい。また、被分別分子の拡散係数が大きい場合は、一方の長さが他方の長さに対してより長い(例えば3倍以上)ことが好ましい。第1の長さと第2の長さの好ましい比は被分別分子の拡散係数の絶対値により決定され、被分別分子の拡散係数が大きくなればなるほど、一方の長さを他方の長さに対してより長くする必要があるからである。構造体の高さは、脂質膜が乗り越えられない高さであることが好ましい。   It is preferable that one length is 1.5 times or more with respect to the other length from a viewpoint of improving 1st length and 2nd length with respect to the other length. Moreover, when the diffusion coefficient of the molecule to be separated is large, it is preferable that one length is longer (for example, 3 times or more) than the other length. The preferred ratio of the first length to the second length is determined by the absolute value of the diffusion coefficient of the molecule to be separated, and the larger the diffusion coefficient of the molecule to be separated, the more one length is relative to the other. It is necessary to make it longer. The height of the structure is preferably such a height that the lipid membrane cannot be overcome.

流路の幅方向に隣接する構造体間の間隔(図5(B)の「c」、図6(B)の「d」参照)は、被分別分子および極性脂質が通過しうる大きさであれば特に限定されず、例えば20nm以上であればよい。後述する実施の形態2に示すように、流路の幅方向に隣接する構造体間の間隔を20〜500nmの範囲内とすることで、分子の拡散係数だけでなくその他の因子(大きさ、立体配置、カイラリティ、親水性、疎水性、極性など)も利用して分子を分別することができる。構造体間の間隔を500nm以下とすると、構造体間の間隙領域において脂質膜の構造が変化し、脂質膜への分子の溶解度が変化する。この分子の溶解度の変化は、その分子の大きさ、立体配置、カイラリティ、親水性、疎水性、極性などにより決定される。したがって、構造体間の間隔を500nm以下とすると、分子の種類によっては構造体間の間隙を通過することができなくなる。結果として、構造体間の間隙領域において、分子の拡散係数以外の因子(大きさ、立体配置、カイラリティ、親水性、疎水性、極性など)により分子を分別することができる。一方、流路の流れ方向(脂質膜の展開方向)に隣接する構造体間の間隔は、被分別分子および極性脂質が通過しうる大きさであれば特に限定されず、例えば20nm以上であればよい。流路の流れ方向に隣接する構造体間の間隔は、例えば100nm〜1000μm程度である。通常、流路の流れ方向(脂質膜の展開方向)に隣接する構造体間の間隔は、流路の幅方向に隣接する構造体間の間隔よりも長いため、「一の構造体と当該構造体に最も近接している他の構造体との間隔」とは、流路の幅方向に隣接する構造体間の間隔を意味する。   The distance between structures adjacent to each other in the width direction of the channel (see “c” in FIG. 5B and “d” in FIG. 6B) is such a size that a molecule to be separated and a polar lipid can pass through. If it is, it will not specifically limit, For example, what is necessary is just 20 nm or more. As shown in the second embodiment to be described later, by setting the interval between the structures adjacent in the width direction of the flow channel within the range of 20 to 500 nm, not only the molecular diffusion coefficient but also other factors (size, The molecules can be fractionated using the configuration, chirality, hydrophilicity, hydrophobicity, polarity, etc.). When the interval between structures is 500 nm or less, the structure of the lipid membrane changes in the gap region between the structures, and the solubility of molecules in the lipid membrane changes. The change in the solubility of the molecule is determined by the size, configuration, chirality, hydrophilicity, hydrophobicity, polarity, etc. of the molecule. Therefore, when the interval between the structures is 500 nm or less, it is impossible to pass through the gap between the structures depending on the type of molecule. As a result, in the interstitial region between structures, molecules can be separated by factors other than the diffusion coefficient of the molecules (size, configuration, chirality, hydrophilicity, hydrophobicity, polarity, etc.). On the other hand, the interval between structures adjacent to the flow direction of the flow channel (the direction in which the lipid membrane is developed) is not particularly limited as long as the molecule to be separated and the polar lipid can pass through. Good. An interval between structures adjacent to each other in the flow direction of the flow path is, for example, about 100 nm to 1000 μm. Usually, the interval between structures adjacent to each other in the flow direction of the flow channel (direction of lipid membrane development) is longer than the interval between structures adjacent to each other in the width direction of the flow channel. The “interval between other structures closest to the body” means an interval between adjacent structures in the width direction of the flow path.

流路内にマトリクス状に配置される構造体の数(行数、列数)は、被分別分子の種類や、試料の種類、希望する分別精度などに応じて適宜設定すればよい。例えば、拡散係数が近い2種類の分子を分別する場合は、流路の長さおよび幅を大きくするとともに、構造体の数(行数、列数)を多くすることが好ましい。   The number of structures (number of rows and columns) arranged in a matrix in the flow path may be set as appropriate according to the type of molecules to be separated, the type of sample, the desired separation accuracy, and the like. For example, when two types of molecules having similar diffusion coefficients are separated, it is preferable to increase the length and width of the flow path and increase the number of structures (number of rows and columns).

本発明の分別チップは、電子線リソグラフィーなどの当業者に公知の技術を適宜用いて製造することができる。   The sorting chip of the present invention can be manufactured by appropriately using a technique known to those skilled in the art such as electron beam lithography.

次に、本発明の分別チップを用いて被分別分子を分別する方法(本発明の分別方法)について説明する。   Next, a method for fractionating molecules to be separated using the fractionation chip of the present invention (the fractionation method of the present invention) will be described.

本発明の分別方法は、(1)本発明の分別チップを準備する第1のステップと、(2)被分別分子を含む試料、および極性脂質を準備する第2のステップと、(3)第1のステップで準備した分別チップの流路に第2のステップで準備した試料および極性脂質を導入して、被分別分子を含む脂質膜を展開させる第3のステップとを含む。   The fractionation method of the present invention comprises (1) a first step of preparing the fractionation chip of the present invention, (2) a second step of preparing a sample containing a molecule to be separated, and a polar lipid, and (3) a first step. And the third step of introducing the sample prepared in the second step and the polar lipid into the flow path of the separation chip prepared in the first step to develop the lipid membrane containing the molecule to be separated.

第1のステップでは、上述の本発明の分別チップを準備する。   In the first step, the above-described sorting chip of the present invention is prepared.

第2のステップでは、1種類または2種類以上の被分別分子を含む試料、および極性脂質を準備する。ここで「極性脂質」とは、親水性基と疎水性基を有する両親媒性の脂質をいう。   In the second step, a sample containing one or more kinds of molecules to be separated and a polar lipid are prepared. Here, “polar lipid” refers to an amphiphilic lipid having a hydrophilic group and a hydrophobic group.

被分別分子の種類は、単独または極性脂質と結合した状態で、脂質膜内または脂質膜表面を拡散しうる分子であれば特に限定されない。被分別分子の例には、イオンチャンネルや膜貫通タンパク質、アミロイドβタンパク質、コレラ毒素、ベロ毒素などのタンパク質;抗菌性ペプチドやシグナル伝達ペプチドなどのペプチド;糖鎖;筋線維などが含まれる。試料の例には、血液や尿、それらの希釈物などが含まれる。   The type of the molecule to be separated is not particularly limited as long as it is a molecule that can diffuse in the lipid membrane or on the surface of the lipid membrane alone or in a state bound to polar lipids. Examples of the classified molecule include proteins such as ion channels, transmembrane proteins, amyloid β protein, cholera toxin, and verotoxin; peptides such as antibacterial peptides and signal transduction peptides; sugar chains; muscle fibers and the like. Examples of the sample include blood, urine, and dilutions thereof.

極性脂質の種類は、第3のステップにおいて脂質膜を形成しうるものであれば特に限定されない。また、2種類以上の極性脂質を準備してもよい。すなわち、第3のステップで展開させる脂質膜は、1種類の極性脂質から構成されていてもよいし、2種類以上の極性脂質から構成されていてもよい。極性脂質の例には、リン脂質(例えば、ジオレオイルホスファチジルコリン)や糖脂質(例えば、ガングリオシドGM1)などが含まれる。例えば、コレラ毒素やベロ毒素などの細胞毒素を分別したい場合は、目的の細胞毒素が結合しうる脂質(例えば、ガングリオシド)を選択すればよい(図9参照)。   The kind of polar lipid is not particularly limited as long as it can form a lipid film in the third step. Two or more types of polar lipids may be prepared. That is, the lipid membrane developed in the third step may be composed of one type of polar lipid, or may be composed of two or more types of polar lipids. Examples of polar lipids include phospholipids (eg dioleoylphosphatidylcholine) and glycolipids (eg ganglioside GM1). For example, when it is desired to separate cytotoxins such as cholera toxin and verotoxin, a lipid (for example, ganglioside) that can bind to the target cytotoxin may be selected (see FIG. 9).

第3のステップでは、第1のステップで準備した分別チップの流路(または導入口)に第2のステップで準備した試料および極性脂質を導入して、被分別分子を含む脂質膜を展開させる。   In the third step, the sample prepared in the second step and the polar lipid are introduced into the flow path (or introduction port) of the separation chip prepared in the first step, and the lipid membrane containing the molecule to be separated is developed. .

試料と極性脂質を流路に導入する方法は、予め調製した試料と極性脂質との混合物を流路に導入してもよいし、試料と極性脂質とを別個に流路に導入してもよい。例えば、試料と極性脂質との混合物を流路に導入する場合は、試料および極性脂質を含む溶液を分別チップの流路に滴下し、必要に応じて溶媒を揮発させればよい。また、試料と極性脂質とを別個に流路に導入する場合は、極性脂質を含む溶液を分別チップの流路に滴下し、溶媒を揮発させた後、試料(または試料を含む溶液)を分別チップの流路に滴下すればよい。後者の方法は、極性脂質を溶解させる溶媒(例えば、エタノールなど)が被分別分子を変性させてしまう場合に有用である。極性脂質に対する試料の量比(モル比)は、特に限定されないが、10−6〜30モル%の範囲内が好ましい。 As a method for introducing the sample and the polar lipid into the flow channel, a mixture of the sample and the polar lipid prepared in advance may be introduced into the flow channel, or the sample and the polar lipid may be separately introduced into the flow channel. . For example, when a mixture of a sample and a polar lipid is introduced into the channel, a solution containing the sample and the polar lipid is dropped into the channel of the separation chip, and the solvent may be volatilized as necessary. In addition, when introducing the sample and polar lipid separately into the channel, drop the solution containing polar lipid into the channel of the separation chip, volatilize the solvent, and then separate the sample (or solution containing the sample) What is necessary is just to dripping at the flow path of a chip | tip. The latter method is useful when a solvent (for example, ethanol) that dissolves polar lipids denatures a molecule to be separated. The amount ratio (molar ratio) of the sample to the polar lipid is not particularly limited, but is preferably in the range of 10 −6 to 30 mol%.

被分別分子を含む脂質膜を展開させる方法は、特に限定されないが、外部から駆動力を印加せずに自発的に展開させること(以下「自発展開」ともいう)が好ましい。脂質膜は、脂質二重層の構造を有する脂質膜が好ましいが、それ以外の脂質膜であってもよい。   A method for developing a lipid membrane containing a molecule to be separated is not particularly limited, but it is preferable to develop it spontaneously without applying a driving force from the outside (hereinafter also referred to as “spontaneous deployment”). The lipid membrane is preferably a lipid membrane having a lipid bilayer structure, but may be other lipid membranes.

図4は、脂質膜を自発的に展開させる手順の一例を示す図である。説明の便宜上、この図では構造体を図示していない。まず、被分別分子を含む極性脂質110を流路112(または流路112に接続する導入口)に導入する(図4(A))。次いで、流路112に電解質水溶液114を導入することで、脂質二重層の構造を有する脂質膜116を自発的に展開させることができる(図4(B))。この例では、本発明の分別チップを電解質水溶液114中に沈めている。電解質水溶液の例には、NaCl水溶液(1〜100mM)、NaSO水溶液(1〜100mM)、リン酸緩衝液(PBS)などが含まれる。図4(C)は、表面が親水性の基板118上で脂質二重層の構造を有する脂質膜116が自発的に展開する様子を示す模式図である。この脂質膜116には、被分別分子120が含まれている。 FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a procedure for spontaneously developing a lipid membrane. For convenience of explanation, the structure is not shown in this drawing. First, the polar lipid 110 containing a molecule to be separated is introduced into the channel 112 (or the inlet connected to the channel 112) (FIG. 4A). Next, by introducing the electrolyte aqueous solution 114 into the channel 112, the lipid membrane 116 having a lipid bilayer structure can be spontaneously developed (FIG. 4B). In this example, the sorting chip of the present invention is submerged in the aqueous electrolyte solution 114. Examples of the aqueous electrolyte solution include an aqueous NaCl solution (1 to 100 mM), an aqueous Na 2 SO 4 solution (1 to 100 mM), and a phosphate buffer solution (PBS). FIG. 4C is a schematic diagram showing a state in which a lipid membrane 116 having a lipid bilayer structure is spontaneously developed on a substrate 118 having a hydrophilic surface. This lipid membrane 116 contains a molecule 120 to be separated.

被分別分子を含む脂質膜を自発展開させると、脂質膜は流路内の構造体の間を縫うように流路の下流に向けて拡がっていく(展開速度は通常0.1〜0.3μm/s程度)。脂質膜内の被分別分子は、ブラウン運動により脂質膜内を拡散しながら脂質膜の流れに合わせて下流に移動する。このとき、本発明の分別チップでは、構造体の形状が脂質膜の展開方向に平行な直線に対して非対称であるため、脂質膜内の被分別分子はその分子の拡散係数に応じて流路内の所定の位置に偏在する(図3参照)。結果として、試料に含まれる各種分子は、その拡散係数に応じて流路内において分別される。   When the lipid membrane containing the molecule to be separated is spontaneously expanded, the lipid membrane expands toward the downstream of the flow path so as to sew between the structures in the flow path (the expansion speed is usually 0.1 to 0.3 μm). / S). The separated molecules in the lipid membrane move downstream in accordance with the flow of the lipid membrane while diffusing in the lipid membrane by Brownian motion. At this time, in the fractionation chip of the present invention, since the shape of the structure is asymmetric with respect to a straight line parallel to the development direction of the lipid membrane, the fractionated molecules in the lipid membrane are flow channels according to the diffusion coefficient of the molecules. It is unevenly distributed at a predetermined position (see FIG. 3). As a result, various molecules contained in the sample are separated in the flow path according to the diffusion coefficient.

以上のように、本発明の分別方法は、わずかな試料を用いて被分別分子をその拡散係数に応じて分別することができる。また、本発明の分別方法は、(1)脂質膜を輸送媒体とするため生体分子(例えば、膜タンパク質)の性質を損ねずに分別することができ、(2)自発展開を利用できるため非荷電分子にも適用可能であり、(3)使用されるデバイスが小さい(マイクロメートルスケール)といった利点がある。   As described above, the fractionation method of the present invention can fractionate a molecule to be fractionated according to its diffusion coefficient using a small number of samples. In addition, the separation method of the present invention is capable of (1) separation without impairing the properties of biomolecules (for example, membrane proteins) because the lipid membrane is used as a transport medium, and (2) non-development because spontaneous development can be used. It can be applied to charged molecules, and (3) has an advantage that the device used is small (micrometer scale).

例えば、上記第3のステップを終えた後に、分別チップの流路内に特定の分子を識別可能にする処理(例えば、蛍光標識抗体の滴下など)を行うことにより、試料に微量に含まれる分子(例えば、特定の病気のマーカー分子など)を測定することができる。本発明の分別方法は、例えば、分離精製の困難な膜タンパク質の分別(分離)、種々の疾患に起因する脂質分子の挙動変化の検出、特定脂質分子のスクリーニング、疾患原因となる脂質またはタンパク質の検出、相互作用に関与しているタンパク質の検出、有害物質の検出(検査)などの分析用途に適用することができる。   For example, after finishing the third step, by performing a process that makes it possible to identify a specific molecule in the flow path of the sorting chip (for example, dropping a fluorescently labeled antibody), molecules contained in a trace amount (Eg, a marker molecule for a particular disease) can be measured. The separation method of the present invention includes, for example, separation (separation) of membrane proteins that are difficult to separate and purify, detection of changes in the behavior of lipid molecules caused by various diseases, screening for specific lipid molecules, lipid or protein that causes disease. The present invention can be applied to analytical applications such as detection, detection of proteins involved in interactions, and detection (testing) of harmful substances.

従来、非対称な構造体を流路内に配置したデバイスを用いて電気泳動を行い、荷電分子を分別する技術が開示されている(例えば、Chou C. et al., "Sorting by diffusion: An asymmetric obstacle course for continuous molecular separation", PNAS (1999), Vol.96, 13762-13765.)。これら従来の技術では、電気泳動により分子を移動させているため非荷電分子に適用することができない。一方、本発明者は、被分別分子を脂質膜に分散させても被分別分子をその分子の拡散係数により分別できることを見出した。本願発明では、自発展開により分子を移動させることができるため非荷電分子にも適用することができる。また、本願発明では、脂質膜の展開により分子を移動させるため、構造体の大きさが上記従来の技術に比べて小さい点も異なる。また、上記従来の技術では、拡散係数の高い分子(小さい分子)ほど流路幅方向により移動するのに対し、本願発明では、拡散係数の低い分子(大きい分子)ほど流路幅方向に移動する点も異なる。この違いは、分子の移動方向の流速の違い(分子を拡散させる媒体の違い)によるものである。   Conventionally, a technique has been disclosed in which electrophoresis is performed using a device in which an asymmetric structure is disposed in a flow path to separate charged molecules (for example, Chou C. et al., “Sorting by diffusion: An asymmetric” obstacle course for continuous molecular separation ", PNAS (1999), Vol.96, 13762-13765.). These conventional techniques cannot be applied to uncharged molecules because the molecules are moved by electrophoresis. On the other hand, the present inventor has found that even when a molecule to be separated is dispersed in a lipid membrane, the molecule to be separated can be classified by the diffusion coefficient of the molecule. In this invention, since a molecule | numerator can be moved by spontaneous expansion | deployment, it can apply also to an uncharged molecule | numerator. Moreover, in this invention, since a molecule | numerator is moved by expansion | deployment of a lipid membrane, the point from which the magnitude | size of a structure is small compared with the said prior art differs. In the conventional technique, a molecule having a higher diffusion coefficient (smaller molecule) moves in the channel width direction, whereas in the present invention, a molecule having a lower diffusion coefficient (larger molecule) moves in the channel width direction. The point is also different. This difference is due to the difference in the flow velocity in the direction of movement of the molecules (difference in the medium in which the molecules are diffused).

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

(実施の形態1)
図5は、実施の形態1の分別チップの模式図である。図5(A)は分別チップ全体の斜視図であり、図5(B)は流路部分の拡大平面図である。
(Embodiment 1)
FIG. 5 is a schematic diagram of the sorting chip according to the first embodiment. FIG. 5A is a perspective view of the entire sorting chip, and FIG. 5B is an enlarged plan view of the flow path portion.

図5(A)に示されるように、分別チップ200は、基板210、導入口220、流路230、および複数の構造体240を有する。   As shown in FIG. 5A, the separation chip 200 includes a substrate 210, an introduction port 220, a flow path 230, and a plurality of structures 240.

基板210は、例えばガラス基板である。基板210の大きさは、流路230を無理なく配置することができれば特に限定されない。   The substrate 210 is, for example, a glass substrate. The size of the substrate 210 is not particularly limited as long as the channel 230 can be arranged without difficulty.

導入口220は、基板210に形成された凹部であり、流路230に接続している。導入口220の形状は、ユーザが試料および極性脂質を滴下しやすい形状であれば特に限定されない。   The introduction port 220 is a recess formed in the substrate 210 and is connected to the flow path 230. The shape of the inlet 220 is not particularly limited as long as the user can easily drop the sample and the polar lipid.

流路230は、基板210に形成された凹部であり、その底面に複数の構造体240がマトリクス状に配置されている。例えば、流路の幅は10〜10000μmの範囲内であり、流路の長さは100〜10000μmの範囲内であり、流路の深さは1〜10000μmの範囲内である。   The flow path 230 is a recess formed in the substrate 210, and a plurality of structures 240 are arranged in a matrix on the bottom surface thereof. For example, the width of the flow path is in the range of 10 to 10,000 μm, the length of the flow path is in the range of 100 to 10,000 μm, and the depth of the flow path is in the range of 1 to 10,000 μm.

構造体240は、流路230内にマトリクス状に配置されている直方体状の部材である。構造体240は、脂質膜の展開方向に対して長辺が10〜80度傾くように配置されている。例えば、構造体の長辺の長さは0.5〜2μmの範囲内であり、短片の長さは0.15〜0.5μmの範囲内であり、高さは0.001〜0.1μmの範囲内である。本実施の形態の分別チップでは、流路の幅方向に隣接する構造体間の最短の間隔(図5(B)中「c」で示す)は500nmより長いものとする。   The structure 240 is a rectangular parallelepiped member arranged in a matrix in the flow channel 230. The structure 240 is arranged such that the long side is inclined by 10 to 80 degrees with respect to the development direction of the lipid membrane. For example, the length of the long side of the structure is in the range of 0.5 to 2 μm, the length of the short piece is in the range of 0.15 to 0.5 μm, and the height is 0.001 to 0.1 μm. Is within the range. In the sorting chip of this embodiment, the shortest distance between structures adjacent in the width direction of the flow path (indicated by “c” in FIG. 5B) is longer than 500 nm.

上記構成を有する分別チップ200を用いて被分別分子を分別するには、例えば、(1)導入口220に試料および極性脂質を滴下し、(2)導入口220および流路230に電解質溶液を提供して、被分別分子を含む脂質膜を自発展開させればよい。   In order to separate molecules to be separated using the separation chip 200 having the above-described configuration, for example, (1) a sample and a polar lipid are dropped into the introduction port 220, and (2) an electrolyte solution is introduced into the introduction port 220 and the flow channel 230. It is only necessary to provide and spontaneously develop a lipid membrane containing a molecule to be separated.

図5(C)は、脂質膜を展開した後の流路内の被分別分子の分布を示す模式図である。ここでは、試料に拡散係数がそれぞれ異なる3種類の分子(A〜C)が含まれていたものとする。この図に示されるように、脂質膜を自発展開させることにより、拡散係数が大きい分子A(例えば、D≧1μm/s)は展開方向を向いて流路の右側に移動し、拡散係数が中程度の分子B(例えば、0.01μm/s<D<1μm/s)は流路の中央付近に移動し、拡散係数が小さい分子C(例えば、D≦0.01μm/s)は展開方向を向いて流路の左側に移動する。 FIG. 5C is a schematic diagram showing the distribution of the molecules to be separated in the flow channel after the lipid membrane has been developed. Here, it is assumed that the sample contains three types of molecules (A to C) having different diffusion coefficients. As shown in this figure, by spontaneously expanding the lipid membrane, the molecule A having a large diffusion coefficient (for example, D ≧ 1 μm 2 / s) moves to the right side of the flow channel in the expansion direction, and the diffusion coefficient is Medium molecule B (for example, 0.01 μm 2 / s <D <1 μm 2 / s) moves near the center of the channel, and molecule C having a small diffusion coefficient (for example, D ≦ 0.01 μm 2 / s) Moves to the left of the channel in the direction of deployment.

以上のように、本実施の形態の分別チップは、分子の拡散係数に応じて分子を分別することができる。   As described above, the sorting chip according to the present embodiment can sort molecules according to the diffusion coefficient of molecules.

(実施の形態2)
図6は、実施の形態2の分別チップの模式図である。図6(A)は分別チップ全体の斜視図であり、図6(B)は流路部分の拡大平面図である。
(Embodiment 2)
FIG. 6 is a schematic diagram of a sorting chip according to the second embodiment. FIG. 6A is a perspective view of the entire sorting chip, and FIG. 6B is an enlarged plan view of a flow path portion.

図6(A)に示されるように、分別チップ300は、基板210、導入口220、流路230、および複数の構造体240を有する。実施の形態2の分別チップ300は、流路230内の構造体240の配置パターンのみが実施の形態1の分別チップと異なる。実施の形態1に係る分別チップと同じ構成要素については同一の符号を付し、重複箇所の説明を省略する。   As illustrated in FIG. 6A, the separation chip 300 includes a substrate 210, an introduction port 220, a flow path 230, and a plurality of structures 240. The sorting chip 300 of the second embodiment is different from the sorting chip of the first embodiment only in the arrangement pattern of the structures 240 in the flow channel 230. The same components as those of the sorting chip according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description of overlapping portions is omitted.

構造体240は、脂質膜の展開方向に対して長辺が10〜80度傾くように、流路230の底面にマトリクス状に配置されている。本実施の形態の分別チップでは、流路の幅方向に隣接する構造体間の最短の間隔(図6(B)中「d」で示す)は500nm以下(例えば、50nm)であるものとする。   The structures 240 are arranged in a matrix on the bottom surface of the flow channel 230 so that the long side is inclined by 10 to 80 degrees with respect to the development direction of the lipid membrane. In the sorting chip of this embodiment, the shortest distance between structures adjacent in the width direction of the flow path (indicated by “d” in FIG. 6B) is 500 nm or less (for example, 50 nm). .

上記構成を有する分別チップ200を用いて被分別分子を分別するには、例えば、(1)導入口220に試料および極性脂質を滴下し、(2)導入口220および流路230に電解質溶液を提供して、被分別分子を含む脂質膜を自発展開させればよい。   In order to separate molecules to be separated using the separation chip 200 having the above-described configuration, for example, (1) a sample and a polar lipid are dropped into the introduction port 220, and (2) an electrolyte solution is introduced into the introduction port 220 and the flow channel 230. It is only necessary to provide and spontaneously develop a lipid membrane containing a molecule to be separated.

図6(C)は、脂質膜を展開した後の流路内の被分別分子の分布を示す模式図である。ここでは、拡散係数またはその他の因子(大きさ、立体配置、カイラリティ、親水性、疎水性、極性など)が異なる9種類の分子(A〜I)が試料に含まれていたものとする。   FIG. 6C is a schematic diagram showing the distribution of the classified molecules in the flow channel after the lipid membrane is developed. Here, it is assumed that nine types of molecules (A to I) having different diffusion coefficients or other factors (size, configuration, chirality, hydrophilicity, hydrophobicity, polarity, etc.) are included in the sample.

この図に示されるように、脂質膜を自発展開させることにより、拡散係数が大きい分子A、D、G(例えば、D≧1μm/s)は展開方向を向いて流路の右側に移動し、拡散係数が中程度の分子B、E、H(例えば、0.01μm/s<D<1μm/s)は流路の中央付近に移動し、拡散係数が小さい分子C、F、I(例えば、D≦0.01μm/s)は展開方向を向いて流路の左側に移動する。 As shown in this figure, by spontaneously expanding the lipid membrane, molecules A, D and G (for example, D ≧ 1 μm 2 / s) having a large diffusion coefficient move to the right side of the flow channel in the expansion direction. , Molecules B, E, and H (for example, 0.01 μm 2 / s <D <1 μm 2 / s) having a medium diffusion coefficient move to the vicinity of the center of the channel, and molecules C, F, and I having a small diffusion coefficient (For example, D ≦ 0.01 μm 2 / s) moves toward the development direction and moves to the left side of the flow path.

一方、構造体240間の最短の間隔が500nm以下であるため、各分子は、上記その他の因子(大きさ、立体配置、カイラリティ、親水性、疎水性、極性など)により構造体240間の間隙の通り抜けやすさが異なる。その結果、各分子は、構造体240間の間隙の通り抜けやすさに応じて展開方向の移動度が異なることになる。具体的には、間隙を通り抜けにくい分子G、H、Iは構造体240が配置されている領域の手前部分(導入口220側の部分)まで移動し、間隙をある程度通り抜けられる分子D、E、Fは構造体240が配置されている領域の中央付近まで移動し、間隙を通り抜けやすい分子A、B、Cは構造体240が配置されている領域の奥深く(流路230末端付近)まで移動する。   On the other hand, since the shortest distance between the structures 240 is 500 nm or less, each molecule has a gap between the structures 240 due to the other factors (size, configuration, chirality, hydrophilicity, hydrophobicity, polarity, etc.). The ease of passing through is different. As a result, each molecule has a different mobility in the development direction according to the ease of passing through the gaps between the structures 240. Specifically, the molecules G, H, and I that do not easily pass through the gap move to the front portion (portion on the introduction port 220 side) where the structure 240 is disposed, and the molecules D, E, and F moves to the vicinity of the center of the region where the structure 240 is arranged, and the molecules A, B, and C that easily pass through the gap move deeply into the region where the structure 240 is arranged (near the end of the channel 230). .

以上のように、本実施の形態の分別チップは、分子の拡散係数だけでなく、その他の因子(大きさ、立体配置、カイラリティ、親水性、疎水性、極性など)も利用して分子を分別することができる。   As described above, the separation chip according to the present embodiment separates molecules using not only the diffusion coefficient of molecules but also other factors (size, configuration, chirality, hydrophilicity, hydrophobicity, polarity, etc.). can do.

(実施の形態3)
図7(A)は、実施の形態3の分別チップの模式図である。
(Embodiment 3)
FIG. 7A is a schematic diagram of a sorting chip according to the third embodiment.

図7(A)に示されるように、分別チップ400は、基板210、第1の導入口410、第2の導入口420、流路230、および複数の構造体240を有する。実施の形態3の分別チップ400は、第1の導入口410および第2の導入口420を有する点で実施の形態1の分別チップと異なる。実施の形態1に係る分別チップと同じ構成要素については同一の符号を付し、重複箇所の説明を省略する。   As shown in FIG. 7A, the separation chip 400 includes a substrate 210, a first introduction port 410, a second introduction port 420, a channel 230, and a plurality of structures 240. The sorting chip 400 of the third embodiment is different from the sorting chip of the first embodiment in that it has a first introduction port 410 and a second introduction port 420. The same components as those of the sorting chip according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description of overlapping portions is omitted.

第1の導入口410は、基板210に形成された凹部であり、流路230の第1の側面(図7(A)では手前の側面)の近くに接続している。第1の導入口410は、ユーザにより試料および極性脂質を滴下される。第1の導入口410の形状は、ユーザが試料および極性脂質を滴下しやすい形状であれば特に限定されない。   The first introduction port 410 is a recess formed in the substrate 210 and is connected near the first side surface (the front side surface in FIG. 7A) of the flow path 230. The sample and polar lipid are dropped into the first inlet 410 by the user. The shape of the first inlet 410 is not particularly limited as long as the user can easily drop the sample and the polar lipid.

第2の導入口420は、基板210に形成された凹部であり、流路230の第2の側面(図7(A)では奥の側面)の近くに接続している。第2の導入口420は、ユーザにより極性脂質のみ滴下される。第2の導入口420の形状は、ユーザが極性脂質を滴下しやすい形状であれば特に限定されない。   The second introduction port 420 is a recess formed in the substrate 210 and is connected near the second side surface of the channel 230 (the back side surface in FIG. 7A). In the second inlet 420, only polar lipids are dropped by the user. The shape of the second inlet 420 is not particularly limited as long as the user can easily drop polar lipids.

上記構成を有する分別チップ400を用いて被分別分子を分別するには、例えば、(1)第1の導入口410に試料および極性脂質を滴下し、(2)第2の導入口420に極性脂質のみを滴下し、(3)第1の導入口410、第2の導入口420および流路230に電解質溶液を提供して、被分別分子を含む脂質膜を自発展開させればよい。   In order to separate molecules to be separated using the separation chip 400 having the above-described configuration, for example, (1) a sample and a polar lipid are dropped into the first introduction port 410, and (2) the polarity is introduced into the second introduction port 420. Only lipid may be dropped, and (3) the electrolyte solution may be provided to the first inlet 410, the second inlet 420, and the flow path 230 to spontaneously develop the lipid membrane containing the molecules to be separated.

図7(B)および図7(C)は、第1の導入口410および第2の導入口420を設けることの効果を説明するための模式図である。図7(B)は第1の導入口410および第2の導入口420を有しない分別チップにおける被分別分子の移動の様子を示す模式図である。図7(C)は第1の導入口410および第2の導入口420を有する分別チップ(本実施の形態の分別チップ)における被分別分子の移動の様子を示す模式図である。図中、実線の矢印は拡散係数が大きい分子(例えば、D≧1μm/s)の移動を示し、破線の矢印は拡散係数が小さい分子(例えば、D≦0.01μm/s)の移動を示す。 FIG. 7B and FIG. 7C are schematic diagrams for explaining the effect of providing the first introduction port 410 and the second introduction port 420. FIG. 7B is a schematic diagram showing a state of movement of molecules to be separated in a separation chip that does not have the first introduction port 410 and the second introduction port 420. FIG. 7C is a schematic diagram showing a state of movement of a molecule to be separated in a separation chip having a first introduction port 410 and a second introduction port 420 (a separation chip in this embodiment). In the figure, solid arrows indicate movement of molecules having a large diffusion coefficient (for example, D ≧ 1 μm 2 / s), and broken arrows indicate movement of molecules having a small diffusion coefficient (for example, D ≦ 0.01 μm 2 / s). Indicates.

図7(B)に示されるように、流路230の幅全体に亘って被分別分子を含む極性脂質430を滴下すると、図中「G」の領域には拡散係数が大きい分子(実線)のみが移動してくるため、拡散係数が大きい分子を高精度に分別することができるが、図中「H」の領域には拡散係数が小さい分子(破線)だけでなく拡散係数が大きい分子(実線)も移動してくるため、拡散係数が小さい分子を高精度に分別することができない可能性がある。   As shown in FIG. 7B, when a polar lipid 430 containing a molecule to be separated is dropped over the entire width of the channel 230, only the molecule (solid line) having a large diffusion coefficient is in the region “G” in the figure. The molecules with a large diffusion coefficient can be separated with high accuracy, but not only the molecules with a small diffusion coefficient (dashed line) but also the molecules with a large diffusion coefficient (solid line) ) Also move, and molecules with a small diffusion coefficient may not be separated with high accuracy.

一方、図7(C)に示されるように、第1の導入口410に被分別分子を含む極性脂質430を滴下して、第1の側面側から流路240内に被分別分子を含む極性脂質430を提供すると、図中「G」の領域には拡散係数が大きい分子(実線)のみが移動し、図中「H」の領域には拡散係数が小さい分子(破線)のみが移動してくるため、拡散係数が大きい分子だけでなく拡散係数が小さい分子も高精度に分別することができる。第2の導入口420は、流路240内に脂質膜を均一に展開させるために極性脂質440を第2の側面側から流路230内に提供する。   On the other hand, as shown in FIG. 7C, the polar lipid 430 containing the molecule to be separated is dropped into the first inlet 410, and the polarity containing the molecule to be separated in the channel 240 from the first side surface side. When lipid 430 is provided, only molecules having a large diffusion coefficient (solid line) move to the region “G” in the figure, and only molecules (dashed line) having a small diffusion coefficient move to the region “H” in the figure. Therefore, not only molecules having a large diffusion coefficient but also molecules having a small diffusion coefficient can be separated with high accuracy. The second introduction port 420 provides the polar lipid 440 from the second side surface into the flow channel 230 in order to uniformly develop the lipid membrane in the flow channel 240.

以上のように、本実施の形態の分別チップは、拡散係数が大きい分子だけでなく拡散係数が小さい分子も高精度に分別することができる。   As described above, the classification chip according to the present embodiment can accurately classify not only molecules having a large diffusion coefficient but also molecules having a small diffusion coefficient.

以下、本発明を実施例を参照して詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail with reference to an Example, this invention is not limited by these Examples.

本実施例では、本発明の分別方法によりコレラ毒素Bサブユニット(以下「CTB」と略記する)を分別した例を示す。   In this example, an example is shown in which cholera toxin B subunit (hereinafter abbreviated as “CTB”) is fractionated by the fractionation method of the present invention.

1.分別チップの作製
図8(A)は、本実施例で作製した分別チップの模式図である。この図に示されるように、超高精度電子ビーム描画装置(ELS−7700H、株式会社エリオニクス)を用いた電子線リソグラフィー法により、カバーガラス(ガラス基板)500上に2本のガイド510および複数の構造体520(いずれも金から成る)を形成した。2本のガイド510間の領域が流路に相当し、複数の構造体520を2本のガイド510間にマトリクス状に配置した。図中eの長さ(流路の幅)は200μmとし、fの長さ(流路のうち構造体が配置されている領域の最短長さ)も200μmとした。ガイド510の高さは30nmとした。
1. Production of Sorting Chip FIG. 8A is a schematic diagram of the sorting chip produced in this example. As shown in this figure, two guides 510 and a plurality of guides are formed on a cover glass (glass substrate) 500 by an electron beam lithography method using an ultrahigh precision electron beam lithography apparatus (ELS-7700H, Elionix Co., Ltd.). A structure 520 (both made of gold) was formed. A region between the two guides 510 corresponds to a flow path, and a plurality of structures 520 are arranged in a matrix between the two guides 510. In the figure, the length e (width of the flow path) was 200 μm, and the length f (the shortest length of the region where the structure is disposed in the flow path) was also 200 μm. The height of the guide 510 was 30 nm.

図8(B)は、流路内の構造体の配置パターンを示すAFM像である。この図に示されるように、直方体状の構造体(長辺1μm、短辺250nm、高さ30nm)を長辺が脂質膜の展開方向(ガイドの方向)に対して45度傾くように配置した。構造体間の最短間隔は、短辺の長さと同じ250nmとした(図2、図6(B)参照)。   FIG. 8B is an AFM image showing an arrangement pattern of structures in the flow path. As shown in this figure, a rectangular parallelepiped structure (long side: 1 μm, short side: 250 nm, height: 30 nm) was arranged such that the long side was inclined 45 degrees with respect to the lipid membrane development direction (guide direction). . The shortest distance between the structures was set to 250 nm, which is the same as the length of the short side (see FIGS. 2 and 6B).

2.脂質溶液の調製
ジオレオイルホスファチジルコリン(以下「DOPC」と略記する)(Avanti Polar Lipids社)をクロロホルムに溶解させて、1mg/mLのDOPC溶液を調製した。同様に、BODIPY(蛍光色素)標識ガングリオシドGM1(以下「GM1」と略記する)(Molecular Probes社)をクロロホルムに溶解させて、0.014μMのGM1溶液を調製した。DOPCとGM1とのモル比が99.9:0.1となるように前述のDOPC溶液とGM1溶液を混合して、脂質溶液を調製した。CTB(5量体)はGM1に特異的に結合するため、脂質膜にGM1を含ませることでCTBを脂質膜表面に固定することができる(図9(B)参照)。この場合にも、GM1に結合したCTBは、脂質膜表面上を面方向に拡散することができる。
2. Preparation of Lipid Solution Dioleoylphosphatidylcholine (hereinafter abbreviated as “DOPC”) (Avanti Polar Lipids) was dissolved in chloroform to prepare a 1 mg / mL DOPC solution. Similarly, BODIPY (fluorescent dye) -labeled ganglioside GM1 (hereinafter abbreviated as “GM1”) (Molecular Probes) was dissolved in chloroform to prepare a 0.014 μM GM1 solution. The above-mentioned DOPC solution and GM1 solution were mixed so that the molar ratio of DOPC to GM1 was 99.9: 0.1 to prepare a lipid solution. Since CTB (pentamer) specifically binds to GM1, CTB can be immobilized on the lipid membrane surface by including GM1 in the lipid membrane (see FIG. 9B). In this case as well, CTB bound to GM1 can diffuse in the surface direction on the lipid membrane surface.

3.被分別分子溶液の調製
被分別分子溶液として、Alexa Fluor 555(蛍光色素)標識コレラ毒素Bサブユニット(Molecular Probes社)をリン酸緩衝液に溶解させて、50μg/mLのCTB溶液を調製した。
3. Preparation of fractionated molecular solution As a fractionated molecular solution, Alexa Fluor 555 (fluorescent dye) -labeled cholera toxin B subunit (Molecular Probes) was dissolved in a phosphate buffer to prepare a 50 μg / mL CTB solution.

4.分別処理
分別チップの流路のうち構造体が配置されていない領域に脂質溶液2μLを滴下し、乾燥させた。次いで、流路全体にリン酸緩衝液(pH7.4)400μLを滴下し、DOPCおよびGM1からなる脂質膜を自発展開させた。図9(A)は、リン酸緩衝液530を滴下して基板500上をDOPC540およびGM1 550からなる脂質膜を自発展開させた様子を示す模式図である。
4). Separation treatment 2 μL of a lipid solution was dropped into a region where no structure was arranged in the flow path of the separation chip and dried. Next, 400 μL of a phosphate buffer (pH 7.4) was dropped over the entire flow path to spontaneously develop a lipid membrane composed of DOPC and GM1. FIG. 9A is a schematic view showing a state in which a lipid buffer composed of DOPC 540 and GM1 550 is spontaneously developed on the substrate 500 by dropping the phosphate buffer 530.

DOPCおよびGM1からなる脂質膜を5分間展開させた後、流路上のリン酸緩衝液を除去した。次いで、流路内に被分別分子溶液4μLを滴下し、脂質膜中のGM1にCTBを結合させた。図9(B)は、被分別分子溶液560を滴下して脂質膜中のGM1 550にCTB570を結合させた様子を示す模式図である。予備実験として自発展開の挙動を調べたところ、CTBとGM1とを結合させても、脂質膜の自発展開の挙動には大きな影響が見られなかった。また、予備実験としてFRAPによりCTBとGM1と複合体の拡散係数を求めたところ、0.1μm/s未満であることがわかった。 After developing a lipid membrane composed of DOPC and GM1 for 5 minutes, the phosphate buffer on the flow path was removed. Next, 4 μL of the molecular solution to be separated was dropped into the flow channel, and CTB was bound to GM1 in the lipid membrane. FIG. 9B is a schematic diagram showing a state in which CTB 570 is bound to GM1 550 in the lipid film by dropping the fractionated molecular solution 560. As a preliminary experiment, when the behavior of spontaneous development was examined, even when CTB and GM1 were combined, the behavior of spontaneous development of the lipid membrane was not significantly affected. As a preliminary experiment, the diffusion coefficient of CTB, GM1, and the composite was determined by FRAP and found to be less than 0.1 μm 2 / s.

被分別分子溶液を滴下した後、そのまま室温で静置して、CTBを含む脂質膜をさらに展開させた。脂質膜を流路内の構造体を配置した領域の最後まで十分に展開させた後(およそ30分後)、流路上の被分別分子溶液を除去して自発展開を停止させた。   After the fractionated molecular solution was dropped, the solution was allowed to stand at room temperature to further develop a lipid membrane containing CTB. After the lipid membrane was sufficiently developed to the end of the region where the structures in the channel were arranged (after about 30 minutes), the molecular solution to be separated on the channel was removed to stop the spontaneous development.

図10は、自発展開を停止させた後の流路内のCTBの分布を示すグラフである。コレラ毒素Bサブユニットの分布は、蛍光顕微鏡(BX51、オリンパス株式会社)でCTBを標識しているAlexa Fluor 555の蛍光を観察して測定した。このグラフから、CTB(とGM1の複合体)は、展開方向を向いて流路の左側の領域に偏在していることがわかる。   FIG. 10 is a graph showing the CTB distribution in the flow channel after the spontaneous deployment is stopped. The distribution of cholera toxin B subunit was measured by observing the fluorescence of Alexa Fluor 555 labeled with CTB with a fluorescence microscope (BX51, Olympus Corporation). From this graph, it can be seen that CTB (and GM1 complex) is unevenly distributed in the region on the left side of the flow path in the development direction.

以上のことから、本発明の分別方法により、コレラ毒素Bサブユニット(とガングリオシドGM1との複合体)を分別しうることが示唆される。   From the above, it is suggested that the cholera toxin B subunit (complex of ganglioside GM1) can be separated by the separation method of the present invention.

本発明の分別方法および分別チップは、例えば、血液や尿を検体として検査を行う際に目的の分子を分別する方法およびそれに用いるデバイスとして有用である。   The separation method and the separation chip of the present invention are useful, for example, as a method for separating a target molecule when testing using blood or urine as a specimen and a device used therefor.

構造体の形状の例を示す図Diagram showing examples of structure shapes 複数の構造体をマトリクス状に配置した流路の一例を示す平面図A plan view showing an example of a channel in which a plurality of structures are arranged in a matrix 流路内を被分別分子が移動する様子を示す模式図Schematic diagram showing how the molecules to be separated move in the channel 脂質膜を自発的に展開させる手順の一例を示す図Diagram showing an example of the procedure for spontaneously deploying lipid membranes 実施の形態1の分別チップを示す模式図Schematic diagram showing the sorting chip of the first embodiment 実施の形態2の分別チップを示す模式図Schematic diagram showing the sorting chip of the second embodiment 実施の形態3の分別チップを示す模式図Schematic diagram showing a sorting chip according to the third embodiment 実施例で作製した分別チップを示す模式図Schematic diagram showing the sorting chip produced in the example コレラ毒素Bサブユニットを脂質膜表面に固定する手順を示す模式図Schematic diagram showing the procedure for fixing cholera toxin B subunit on the lipid membrane surface 実施例の結果を示すグラフThe graph which shows the result of an Example

符号の説明Explanation of symbols

1 第1の直線
2 第2の直線
3 第3の直線
100,240 構造体
102 流路の上流側の頂点
104 流路の第1の側面側の頂点
106 流路の第2の側面側の頂点
110,430 被分別分子を含む極性脂質
112,230 流路
114 電解質水溶液
116 脂質膜
118,210 基板
120 被分別分子
200,300,400 分別チップ
220 導入口
410 第1の導入口
420 第2の導入口
440 極性脂質
500 ガラス基板
510 ガイド
520 構造体
530 リン酸緩衝液
540 ジオレオイルホスファチジルコリン
550 ガングリオシドGM1
560 被分別分子溶液
570 コレラ毒素Bサブユニット
A 第1の長さ
B 第2の長さ
c,d 構造体間の最短間隔
e 流路の幅
f 構造体が配置されている領域の最短長さ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st straight line 2 2nd straight line 3 3rd straight line 100,240 Structure 102 Vertex upstream of flow path 104 Vertex on first side of flow path 106 Vertex on second side of flow path 110,430 Polar lipid containing fractionated molecule 112,230 Channel 114 Electrolyte aqueous solution 116 Lipid membrane 118,210 Substrate 120 Divided molecule 200,300,400 Separation chip 220 Inlet 410 First inlet 420 Second introduction Mouth 440 Polar lipid 500 Glass substrate 510 Guide 520 Structure 530 Phosphate buffer 540 Dioleoylphosphatidylcholine 550 Ganglioside GM1
560 Molecular solution for fractionation 570 Cholera toxin B subunit A 1st length B 2nd length c, d Shortest distance between structures e Channel width f Shortest length of region where structure is arranged

Claims (8)

試料に含まれる被分別分子を分別する方法であって、
基板と、前記基板上に形成された流路と、前記流路内にマトリクス状に配置された複数の構造体とを有する分別チップを準備するステップと、
1種類または2種類以上の被分別分子を含む試料、および極性脂質を準備するステップと、
前記分別チップの流路に前記試料および前記極性脂質を導入して、前記被分別分子および前記極性脂質を含む脂質膜を自発展開させるステップと、を有し、
前記構造体のそれぞれは、
前記流路の上流側の頂点を通り、かつ脂質膜の展開方向に平行な第1の直線と、前記流路の第1の側面側の頂点を通り、かつ前記第1の直線に平行な第2の直線との距離が、
前記第1の直線と、前記流路の第2の側面側の頂点を通り、かつ前記第1の直線に平行な第3の直線との距離よりも長く、
拡散しにくい分子ほど前記流路の第1の側面により近い領域に偏在させて、前記被分別分子を分別する、
分別方法。
A method for fractionating molecules to be separated contained in a sample,
Preparing a sorting chip having a substrate, a flow path formed on the substrate, and a plurality of structures arranged in a matrix in the flow path;
Providing a sample containing one or more molecules to be separated, and a polar lipid;
Introducing the sample and the polar lipid into the flow path of the fractionation chip to spontaneously develop the lipid membrane containing the molecule to be fractionated and the polar lipid;
Each of the structures is
A first straight line passing through the apex on the upstream side of the flow path and parallel to the developing direction of the lipid membrane, and a first straight line passing through the apex on the first side face side of the flow path and parallel to the first straight line The distance from the straight line is
Longer than the distance between the first straight line and a third straight line passing through the apex on the second side surface side of the flow path and parallel to the first straight line;
The molecules that are less diffusible are unevenly distributed in a region closer to the first side surface of the flow path to separate the molecules to be separated.
Separation method.
前記脂質膜は脂質二重層の構造を有する、請求項1に記載の分別方法。   The fractionation method according to claim 1, wherein the lipid membrane has a lipid bilayer structure. 前記脂質膜を自発展開させるステップは、前記分別チップの流路に電解質水溶液を導入するステップを含む、請求項2に記載の分別方法。   The separation method according to claim 2, wherein the step of spontaneously expanding the lipid membrane includes a step of introducing an electrolyte aqueous solution into a flow path of the separation chip. 試料に含まれる被分別分子を分別するチップであって、
基板と、
前記基板上に形成された、脂質膜を自発展開させる流路と、
前記流路内にマトリクス状に配置された複数の構造体と、
を有し、
前記構造体のそれぞれは、
前記流路の上流側の頂点を通り、かつ脂質膜の展開方向に平行な第1の直線と、前記流路の第1の側面側の頂点を通り、かつ前記第1の直線に平行な第2の直線との距離が、
前記第1の直線と、前記流路の第2の側面側の頂点を通り、かつ前記第1の直線に平行な第3の直線との距離と異なり、
前記一の構造体と当該構造体に最も近接している他の構造体との間隔は20〜500nmの範囲内である、
分別チップ。
A chip for separating molecules to be separated contained in a sample,
A substrate,
A channel formed on the substrate for spontaneously developing a lipid membrane;
A plurality of structures arranged in a matrix in the flow path;
Have
Each of the structures is
A first straight line passing through the apex on the upstream side of the flow path and parallel to the developing direction of the lipid membrane, and a first straight line passing through the apex on the first side face side of the flow path and parallel to the first straight line The distance from the straight line is
Unlike the distance between the first straight line and a third straight line that passes through the apex on the second side surface side of the flow path and is parallel to the first straight line,
The distance between the one structure and the other structure closest to the structure is in the range of 20 to 500 nm.
Sorting tip.
前記複数の構造体は略同一形状である、請求項4に記載の分別チップ。   The sorting chip according to claim 4, wherein the plurality of structures have substantially the same shape. 前記構造体の前記第2の直線と前記第3の直線との間隔は、100nm〜3μmの範囲内である、請求項4に記載の分別チップ。   The separation chip according to claim 4, wherein an interval between the second straight line and the third straight line of the structure is in a range of 100 nm to 3 μm. 前記複数の構造体は、それぞれ、基板面に平行な長軸および短軸を有する略直方体状であり、かつ長軸の向きが同一となるように配置されており、
前記構造体の長軸の向きは、脂質膜の展開方向に対して10〜80度傾いている、
請求項4に記載の分別チップ。
Each of the plurality of structures has a substantially rectangular parallelepiped shape having a long axis and a short axis parallel to the substrate surface, and is arranged so that the directions of the long axes are the same.
The direction of the long axis of the structure is tilted by 10 to 80 degrees with respect to the development direction of the lipid membrane,
The sorting chip according to claim 4.
前記長軸の長さは500nm〜2000nmの範囲内であり、前記短軸の長さは150nm〜500nmの範囲内である、請求項7に記載の分別チップ。   The sorting chip according to claim 7, wherein the length of the major axis is in the range of 500 nm to 2000 nm, and the length of the minor axis is in the range of 150 nm to 500 nm.
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