JP2014038066A - マイクロ液体デバイスシステム及び脂質二重膜の形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】機能性の高いマイクロ液体デバイスシステム１を提供する。
【解決手段】マイクロ液体デバイスシステム１は、第１の送液部３１Ａと、第２の送液部３１Ｂと、第１の送液部３１Ａから注入された第１の液体Ｗ１で満たされる第１の流路１１と、第２の送液部３１Ｂから注入された第２の液体Ｗ２で満たされる第２の流路１２と、脂質二重膜が形成される第１の流路１１と第２の流路１２とを挿通する挿通部１３と、が内部に形成された主基板２０と、第１の液体Ｗ１の温度Ｔ１及び第２の液体Ｗ２の温度Ｔ２を所定の温度Ｔ１、Ｔ２に調整する温度調整部５０と、を具備する。
【選択図】図３

Description

本発明は、バイオテクノロジー、バイオチップ、膜タンパク質分析、創薬スクリーニング、又はバイオセンサーなどの分野に用いられる脂質二重膜が形成されるマイクロ液体デバイスシステム及び脂質二重膜の形成方法に関する。

生体膜の内外で物質輸送／情報伝達に関与する膜タンパク質の機能を、１分子計測によって理解し工学的に応用するためには、単離膜タンパク質が組み込まれた人工脂質二重膜モデル実験系を構築する必要がある。しかし、かかる実験系を構築するには熟練した技術を要する。このため、構築された実験系は、再現性が良くはなく、また、構築のスループットも高くはないことがあった。

発明者らは、特開２００９−１２８２０６号公報において、図１に示すＭＥＭＳ技術により作製した脂質二重膜（lipid bilayer membrane）を有するマイクロ液体デバイス（microfluidic device）１１０を開示している。マイクロ液体デバイス１１０は、構築のスループット向上、小型化、分析時間の短縮化、必要な試薬の少量化及び高い再現性等を提供した。マイクロ液体デバイス１１０は、主流路１０３と、主流路１０３の側壁に開口する微小憩室（マイクロチャンバー）１０４と、を有する。

主流路１０３に、水溶液からなる第１液と、脂質二重膜の成分である脂質Ｌを溶解した油性溶液からなる第２液と、水溶液からなる第３液とが、順に注入されると、開口部に脂質二重膜ＬＢが形成される。すなわち、第１液が注入されると、第１液が主流路１０３及び微小憩室１０４を満たす。第２液が注入されると、第２液は主流路中の第１液を押し流しながら、微小憩室１０４に取り残された第１液との間に界面を形成する。第３液が注入されると、第３液は主流路中の第２液を押し流すので、開口部を封止する脂質二重膜ＬＢが形成される。

ここで、第１液として、膜タンパク質として例えばα−ヘモリシンを含む水溶液を用いた場合には、第３液注入工程において、脂質Ｌが脂質二重膜になると、図２に示すように、符号Ｐで示すα−ヘモリシンは自己集合して脂質二重膜ＬＢを貫通した微細貫通孔を有する７量体を形成する。すなわち、膜タンパク質であるα−ヘモリシンが脂質二重膜ＬＢに微小憩室１０４側から挿入される。

また、発明者らは、特開２０１１−２３８５号公報において、脂質二重膜に組み込まれた膜タンパク質の機能について時間分解能の高い測定を行うために、マイクロ液体デバイスに電極機能を付与し膜タンパク質の電流計測が可能な装置を開示している。

しかし、マイクロ液体デバイス１１０は、閉鎖空間である微小憩室１０４の開口部に脂質二重膜が形成される。このため、開口部１０４に脂質二重膜が形成された微小憩室１０４に新たな化合物等を含む溶液を注入することはできない。また脂質二重膜に対して膜タンパク質（α−ヘモリシン）の組み込み方向（挿入方向）は、例えば、微小憩室１０４側からに限定されていた。

このため、脂質二重膜に膜タンパク質を挿入できる方向が限定されず、更に、新たな化合物を挿入したりできる、より機能性の高いマイクロ液体デバイスシステム及び脂質二重膜の形成方法が求められていた。

特開２００９−１２８２０６号公報 特開２０１１−２３８５号公報

本発明の実施形態によれば、機能性の高いマイクロ液体デバイスシステム及び脂質二重膜の形成方法を提供できる。

本発明の一態様のマイクロ液体デバイスシステムは、第１の送液部と、第２の送液部と、前記第１の送液部から注入された第１の液体で満たされる第１の流路と、前記第２の送液部から注入された第２の液体で満たされる第２の流路と、脂質二重膜が形成される前記第１の流路と前記第２の流路とを挿通する挿通部と、が内部に形成された主基板と、前記第１の液体の温度及び第２の液体の温度を所定の温度に調整する温度調整部と、を具備する。

また、本発明の一態様の脂質二重膜の形成方法は、第１の送液部と、第２の送液部と、前記第１の送液部から注入された第１の液体で満たされる第１の流路と、前記第２の送液部から注入された第２の液体で満たされる第２の流路と、前記第１の流路と前記第２の流路とを挿通する挿通部と、が内部に形成された主基板と、前記第１の液体及び第２の液体の温度を所定の温度に調整する温度調整部と、を具備するマイクロ液体デバイスを用いて、前記第１の送液部から脂質を溶解した第１の温度の第１の油性液体を前記第１の流路に注入するとともに、前記第２の送液部から脂質を溶解した第２の温度の第２の油性液体を前記第２の流路に注入する油性液体注入工程と、前記第１の送液部から第３の温度の第１の水溶性液体を前記第１の流路に注入するとともに、前記第２の送液部から第４の温度の第２の水溶性液体を前記第２の流路に注入する水溶性液体注入工程と、を具備する。

従来のマイクロ液体デバイスの主要部を上面から観察した写真である。 脂質二重膜にαヘモリシンを組み込んだ状態の模式図である。 第１実施形態のマイクロ液体デバイスシステムの構成図である。 第１実施形態のマイクロ液体デバイスシステムのマイクロ液体デバイスの分解斜視図である。 第１実施形態のマイクロ液体デバイスシステムの液体注入部の斜視図である。 第１実施形態のマイクロ液体デバイスシステムの挿通部の上面図である。 第１実施形態のマイクロ液体デバイスシステムによる脂質二重膜形成方法を説明するためのフローチャートである。 第１実施形態のマイクロ液体デバイスシステムによる脂質二重膜形成方法を説明するための模式図であり、図８（Ａ）は第１溶液及び第２溶液注入工程、図８（Ｂ）は第３溶液注入工程、図８（Ｃ）は第４溶液注入工程、図５（Ｄ）は第５溶液注入工程、を示している。 脂質二重膜にαヘモリシンを組み込んだ状態の模式図である。 第２実施形態のマイクロ液体デバイスシステムの液体注入部の斜視図である。 第３実施形態のマイクロ液体デバイスシステムのマイクロ液体デバイスの斜視図である。

＜マイクロ液体システムの構造＞
図３〜図６を用いて、第１実施形態のマイクロ液体デバイスシステム１について説明する。

図３に示すように、マイクロ液体デバイスシステム１は、マイクロ液体デバイス１０と、マイクロ液体デバイス１０に５種類の液体Ｗ１〜Ｗ５を注入する液体注入部２と、制御部９と、を有する。液体注入部２は、５種類の液体Ｗ１〜Ｗ５の温度Ｔ１〜Ｔ５を独立して調整可能な温度調整部５０を有する。

なお、以下、複数個ある構成要素のそれぞれを符号末尾のアルファベット１文字を省略していうことがある。例えば、５個のシリンジポンプ３４Ａ〜３４Ｅのそれぞれをシリンジポンプ３４という。また、以下の図において、電気配線４１〜４４等の図示は一部を除いて省略している。また、制御部９からの電気配線の図示は全て省略している。

シリンジポンプ３４は、貯槽であるシリンジ内の液体を、所定の流速又は所定の圧力で送液する。例えば、シリンジポンプ３４Ａが第１の液体Ｗ１を蓄える第１の貯槽であり、シリンジポンプ３４Ｂが第２の液体Ｗ２を蓄える第２の貯槽である。なお、シリンジポンプ３４に替えて、気体の圧力で、それぞれの貯槽内の液体を送液する送液部であってもよい。

図５に示すように、シリンジポンプ３４（３４Ａ〜３４Ｅ）には、それぞれリボンヒーター５１（５１Ａ〜５１Ｅ）と温度センサ５２（５２Ａ〜５２Ｅ）とが配設されている。

温度調整部５０は、シリンジポンプ３４Ａ〜３４Ｅの貯槽内の液体Ｗ１〜Ｗ５の温度Ｔ１〜Ｔ５を、温度センサ５２Ａ〜５２Ｅにより検出し、所定の温度になるように、巻回されたリボンヒーター５１Ａ〜５１Ｅに供給する電力を調整する。もちろん、設定温度Ｔ１〜Ｔ５は全てが異なっている必要はなく、複数の設定温度が同じであってもよい。

流路切替部６１Ａは、２つのシリンジポンプ３４Ａ、３４Ｃから供給される一の液体を、送液部３１Ａと接続された送液チューブ３３Ａに供給する。流路切替部６１Ｂは、３つのシリンジポンプ３４Ｂ、３４Ｄ、３４Ｅから供給される一の液体を、送液チューブ３３Ｂに供給する。なお、送液チューブ３３の長さが長い場合には、送液チューブ３３の外周部に断熱材を配設してもよい。

シリンジポンプ３４及び流路切替部６１は、制御部９により制御される。制御部９が温度調整部５０の機能を有していてもよい。

図４に示すように、マイクロ液体デバイス１０は、主基板２０と、第１の送液部３１Ａ及び第１の排液部３２Ａと、第２の送液部３１Ｂ及び第２の排液部３２Ｂと、を有する。マイクロ液体デバイス１０では、第１の基板２１と第１の基板２１と接合された第２の基板２２とが、主基板２０を構成している。

第１の基板２１には、第１の溝部１１Ｔと、壁面の開口部１３Ｔを介して第１の溝部１１Ｔと挿通している第２の溝部１２Ｔと、が形成されている。第２の基板２２には、送液口又は排液口となる４つの貫通孔が形成されている。

第１の基板２１と第２の基板２２とが接合された主基板２０では、第１の溝部１１Ｔが第１の流路１１を構成し、第２の溝部１２Ｔが第２の流路１２を構成し、開口部１３Ｔが挿通部１３を構成している。すなわち、第１の基板２１の第１の溝部１１Ｔが流路１１、１２の底面及び２つの側面を構成し、第２の基板２２が流路１１、１２の天面を構成している。

そして、主基板２０は、第１の送液部３１Ａ及び第１の排液部３２Ａと接続された第１の流路１１と、第２の送液部３１Ｂ及び第２の排液部３２Ｂと接続された第２の流路１２と、挿通部１３と、が内部に形成されている。

そして、第２の基板２２の貫通孔すなわち主基板２０の上面の開口には、配管が接続可能な、送液部３１（３１Ａ、３１Ｂ）、排液部３２（３２Ａ、３２Ｂ）が配設されている。電源４０は、第１の流路１１の内部の液体と第２の流路１２の内部の液体との間に電圧を印加する場合に用いられる。

なお、送液部３１Ａ、３１Ｂ及び排液部３２Ａ、３２Ｂの少なくともいずれかが、主基板２０の側面に配設されていてもよい。

第１の流路１１に注入される液体と、第２の流路１２に注入される液体と、が同じ組成の液体であってもよいが、その場合には注入するタイミングが異なる。このため、第１の送液部３１Ａと第２の送液部３１Ｂはマイクロ液体デバイス１０必須の構成要素である。これに対して、第１の流路１１から排出される第１の液体と、第２の流路１２から排出される第２の液体と、は混合状態で排出されてもよい。すなわち、第１の流路１１と第２の流路１２とは排出口側で一体化していてもよく、２つの排液部３２Ａ、３２Ｂは共通の排液部であってもよい。

図６に示すように、流路１１、１２は、幅６０μｍ、で、挿通部１３は、開口幅２０μｍ、である。また、溝部１１Ｔ、１２Ｔの深さ、すなわち、流路１１、１２の深さは１０μｍである。流路１１、１２は、挿通部１３の近傍では平行に配置されている。

マイクロ液体デバイス１０では制御部９が、第１の流路１１の溶液の圧力と第２の流路の溶液の圧力とを正確に制御することで、広い面積の脂質二重膜を長時間、保持可能である。マイクロ液体デバイス１０の挿通部１３に形成される脂質二重膜の面積は、２００μｍ^２（２０μｍ×１０μｍ）であった。

脂質二重膜の面積は広いほど、多くの膜タンパクが挿入可能であり高感度となるため、１５０μｍ^２以上が好ましい。脂質二重膜の面積の上限は保持時間との関係で決定されるが、例えば、１０００μｍ^２程度である。

また、第１の流路１１と第２の流路１２とが、複数の挿通部１で挿通されていてもよい。複数の挿通部に、それぞれ脂質二重膜が形成されるマイクロ液体デバイスは高感度である。また１つの大面積の脂質二重膜に対して、合計すると同じ面積であっても複数の脂質二重膜は安定性に優れており、長時間の計測が可能である。

また、１つのマイクロ液体デバイスに、異なる面積の脂質二重膜が形成されてもよい。イメージング計測であれば、大面積の脂質二重膜が破壊されても、小面積の脂質二重膜により光学的計測を継続できる。

なお、マイクロ液体デバイス１０では、第１の基板２１及び第２の基板２２は、透明材料であるパイレックス（登録商標）ガラスからなる。第１の基板２１に溝部１１Ｔ等を形成するには、例えば、ＮＬＤ（magnetic neutral loop discharge）プラズマエッチング装置を用いる。溝部１１Ｔ等の領域以外をマスクで覆った後に、異方性エッチングすることで、垂直な壁面のある溝部１１Ｔ等を形成できる。

第１の基板２１及び第２の基板２２との接合には、溶融接合、フッ酸接合又は陽極接合等の直接接合技術を用いることが好ましい。ガラスからなる流路１１、１２及び挿通部１３は、外部から視認可能であるため、マイクロ液体デバイス１０は例えば蛍光発光によるイメージング計測が可能である。

マイクロ液体デバイス１０では、第１の流路１１を満たす液体と、第２の流路１２を満たす液体との間が、挿通部１３を除いて電気絶縁状態にあるため、後述するように電源４０を用いて、電圧を印加することで、脂質二重膜に組み込まれた膜タンパク質の電気的な解析が可能である。

なお、リボンヒーター５１に替えて、公知の各種の加熱デバイス、例えば、シースヒーター、電熱線又はオイルヒーター等を用いてもよい。また加熱デバイスとして、冷却も可能なペルチェ素子等を用いたり、冷却デバイスを配設したりしてもよい。前記の構成によれば、設定温度を下げたときに、短時間で液体を新たな温度に調整可能である。

なお、上記説明のように、実施形態のマイクロ液体デバイスシステム１は、５種類の液体Ｗ１〜Ｗ５の温度Ｔ１〜Ｔ５が独立して制御可能である。しかし、少なくとも、第１の流路１１に供給する第１の液体の温度と第２の流路１２に供給する第２の液体の温度とを温度調整部により所定の温度に調整できるマイクロ液体デバイスシステムは、従来のマイクロ液体デバイスでは実施できなかった各種のモデリング実験が可能である。

すなわち、第１の送液部と、第２の送液部と、前記第１の送液部から注入された第１の液体で満たされる第１の流路と、前記第２の送液部から注入された第２の液体で満たされる第２の流路と、脂質二重膜が形成される前記第１の流路と前記第２の流路とを挿通する挿通部と、が内部に形成された主基板と、前記第１の液体の温度及び第２の液体の温度を所定の温度に調整する温度調整部と、を具備するマイクロ液体デバイスシステムは、機能性が高い。

マイクロ液体デバイスシステム１により効率的に脂質二重膜を形成するには、第１の流路１１と第２の流路１２とに、それぞれ油性溶液と水溶液とを順に注入することが好ましい。このため、マイクロ液体デバイスシステム１は、Ｎ種類（Ｎ≧２）の液体（油性溶液、水溶液）から第１の流路１１に注入する第１の液体を選択する第１の流路切替部６１Ａと、Ｎ種類（Ｎ≧２）の液体（油性溶液、水溶液）から第２の流路１２に注入する第２の液体を選択する第１２の流路切替部６１Ｂと、を具備することが好ましい。

更に、より複雑なモデル実験のためには、それぞれの流路切替部６１が、３種類以上（Ｎ≧３）の液体から流路に注入する液体を選択できることが好ましい。なお、Ｎの上限は例えば、実務上、１０程度である。

＜脂質二重膜の形成方法＞
次に、図７のフローチャートに沿って、実施形態の脂質二重膜の形成方法について説明する。

＜ステップＳ１０＞ 溶液準備
脂質二重膜の形成に用いる各種の溶液が準備される。本実施形態では、液体Ｗ１〜Ｗ５がシリンジポンプ３４Ａ〜３４Ｅに充填された。

溶液Ｗ１は、スクアレンに、脂質Ｌ１として、ＤＭＰＣ（Dimyristoyl phosphatidyl choline：ジミリストイルホスファチジルコリン）を、２０ｍｇ／ｍＬ添加した油性溶液である。

溶液Ｗ２は、ヘキサデカンに、脂質Ｌ２として、ＤＰＰＣ（Dipalmitoyl phosphatidy lcholin：ジパルミトイル ホスファチジルコリン）を、２０ｍｇ／ｍＬ添加した油性溶液である。

溶液Ｗ３及び溶液Ｗ５は、脂質二重膜の形成に影響がない、ｐＨ緩衝生理食塩水である。

溶液Ｗ４は、ヘキサデカンに、脂質Ｌ４として、ＤＭＰＧ（Dimyristoyl-L-α-phoshatidy-DL-glycerol：ジミリストリルホスファチジルグリセロール）を、２０ｍｇ／ｍＬ添加した油性溶液である。

そして、温度調整部５０により溶液Ｗ１、Ｗ２及びＷ４を４５℃に調整し、溶液Ｗ３及びＷ５を２３℃に調整した。なお室温が２３℃超の場合には、溶液Ｗ３及びＷ５は冷却される。

＜ステップＳ１１＞ 油性液体注入工程
図８（Ａ）に示すように、温度Ｔ１（４５℃）の脂質Ｌ１を溶解した油性溶液Ｗ１が第１の流路１１に注入されるとともに、温度Ｔ２（４５℃）の脂質Ｌ２を溶解した油性溶液Ｗ２が第２の流路１２に注入される。油性溶液Ｗ１及び油性溶液Ｗ２は、流路内の圧力が等しくなるように制御部９により制御されており、更に、流路内を層流状態で流れるため、挿通部においても大きくは混合しない。

なお、脂質は、脂質二重膜形成成分であり、親水基（親水性原子団）と疎水基（疎水性原子団）とを有する。脂質としては、例えば、リン脂質、糖脂質、コレステロール、又は、その他の化合物から、形成する脂質二重膜に応じて適宜選択される。リン脂質は、ホスファチジルコリン、ホスファチジルエタノールアミン、ホスファチジルセリン、ホスファチジルイノシトール、スフィンゴミエリン等である。糖脂質は、セレブロシド、ガングリオシド等である。

一方、油性溶液Ｗ１、Ｗ２、Ｗ４の有機溶媒は、例えば、ヘキサデカン、ヘプタデカン、デカン等の炭化水素、又はスクアレン等から選択される。

ここで、油性溶液の有機溶媒の相転移温度（ゲル化温度、凝固点）Ｔｇが室温近傍の場合には注意が必要である。例えば、ヘキサデカン（Ｔｇ＝１８℃）及びヘプタデカン（Ｔｇ＝２２℃）等は、室温が相転移温度Ｔｇ以下になると粘度が上昇するため、冬季に使用するのは容易ではない。

また、夏期であっても、相転移温度Ｔｇが室温以上の脂質、例えば、ＤＰＰＣ（Ｔｇ＝４１．５℃）を用いることができない。

しかし、マイクロ液体デバイスシステム１では、温度調整部５０により液体の温度を相転移温度Ｔｇを超えるように調整できる。このため、相転移温度Ｔｇが低い油性溶液を用いる場合であっても、室温に依存しないで安定して脂質二重膜を形成できる。また、相転移温度Ｔｇが室温を超える脂質も使用することができる。

＜ステップＳ１２＞ 水溶性液体注入工程
図８（Ｂ）に示すように、温度Ｔ３（２３℃）の水溶液Ｗ３が第１の流路１１に注入される。水溶液Ｗ３は、第１の流路１１に充填されていた油性溶液Ｗ１を押し流す。
このとき、油性溶液Ｗ１の脂質Ｌ１は、水溶液Ｗ３との界面では水溶液Ｗ３に疎水基に向けて配列する。界面が、挿通部１３に到達すると、挿通部１３に脂質Ｌ１の単分子膜が形成される。また、油性溶液Ｗ２の脂質Ｌ２の一部は疎水基を、単分子膜の脂質Ｌ１の疎水基と、安定構造を形成する。

ここで、脂質Ｌ１（ＤＭＰＣ）の相転移温度Ｔｇは、２３℃である。このため、水溶液Ｗ３により冷却されて温度が低下した、脂質Ｌ１の単分子膜は流動性が無くなり、固くなる。なお、水溶液Ｗ３の温度Ｔ３は、脂質Ｌ１の相転移温度Ｔｇ１に対して、Ｔ３＝Ｔｇ１±５℃であれば、前記効果が顕著である。
また、脂質Ｌ２（ＤＰＰＣ）相転移温度Ｔｇ２は、４２℃である。このため、単分子膜の脂質Ｌ１の疎水基と安定構造を形成した脂質Ｌ２も、固くなる。ただし、油性溶液Ｗ２の脂質Ｌ１の単分子膜近傍以外の温度Ｔ２は、４５℃に保持されている。

＜ステップＳ１３＞ 油性液体注入工程
図８（Ｃ）に示すように、温度Ｔ４（４５℃）の油性溶液Ｗ４が第２の流路１２に注入される。油性溶液Ｗ４は油性溶液Ｗ２を押し流しながら挿通部１３に到達する。

＜ステップＳ１４＞ 水溶性液体注入工程
図８（Ｄ）に示すように、温度Ｔ５（２３℃）の水溶液Ｗ５が第２の流路１２に注入される。水溶液Ｗ５は油性溶液Ｗ４を押し流しながら挿通部１３に到達する。すると、油性溶液Ｗ４の脂質Ｌ４は、脂質Ｌ２が配列していない脂質Ｌ１の疎水基に向けて配列する。

すなわち、両側が水溶液で満たされた挿通部１３に、脂質Ｌ１、Ｌ２及びＬ４からなる複合脂質二重膜ＬＢ１が形成される。

複数の脂質からなる複合脂質二重膜ＬＢ１は、単純な構成の脂質二重膜よりも、より生体組織に類似しているため、従来にないモデリング実験が可能である。

さらに、脂質Ｌ４（ＤＭＰＧ）相転移温度Ｔｇ４は、２４℃である。このため、両側が２３℃の水溶液Ｗ３、Ｗ５で満たされた複合脂質二重膜ＬＢ１は固くなっている。

なお、複合脂質二重膜ＬＢ１を固くするためには、複合脂質二重膜ＬＢ１を構成する複数の脂質の少なくともいずれかの相転移温度Ｔｇに対して、保持する溶液温度Ｔを、Ｔｇ±５℃、好ましくは（Ｔｇ）℃〜（Ｔｇ−５）℃、とすればよい。

脂質を溶解するには、油性溶液の温度は、脂質の相転移温度Ｔｇに対して例えば、３℃以上が好ましいことから、実施形態の脂質二重膜の形成方法では、最初に流路に注入される油性溶液の温度に対して、後から注入される水溶液の温度は低い。

なお、上記で説明した実施形態の脂質二重膜の形成方法では、３種類の油性溶液を順に用いたため、３種類の脂質Ｌ１、Ｌ２及びＬ４からなる複合脂質二重膜ＬＢ１が形成された。これに対して、２種類の脂質からなる複合脂質二重膜を形成するには、２種類の油性溶液を用いればよいことは明らかである。

そして、図９（Ａ）に示すように、第２の流路１２に注入する水溶液に、符号Ｐで示すα−ヘモリシンを含む溶液Ｗ５Ａを用いた場合には、第２の流路１２側からα−ヘモリシンが脂質二重膜ＬＢ１に挿入された７量体が形成される。また、第１の流路１１にα−ヘモリシンを含む溶液Ｗ６を更に注入した場合には、図９（Ｂ）に示すように、第１の流路１１側からα−ヘモリシンが脂質二重膜ＬＢ１に挿入された７量体が形成される。

すなわち、実施形態のマイクロ液体デバイスシステム１によれば、脂質二重膜に膜タンパク質を挿入できる方向が限定されず、更に、新たな化合物を挿入したりすることもできる。

更に、マイクロ液体デバイスシステム１は、脂質二重膜の形成後及び膜タンパク質挿入後にも、従来は容易ではなかった実験を容易に行うことができる。
例えば、油脂の相転移温度Ｔｇよりも低い温度に脂質二重膜を保持し、固くして実験を行うこともできる。

また、脂質二重膜に挿入された膜タンパク質は、安定構造ではなく、数十秒で脱離することがある。より長時間にわたり膜タンパク質を脂質二重膜に挿入しておくためには、膜タンパク質を挿入後に溶液の温度を低下させることが有効である。すなわち、温度が高い程、膜タンパク質の挿入は起こりやすいが、脱離も早い。このため、溶液温度を変化させることで、効率良く、膜タンパク質の挿入操作及び保持が可能となる。

更に、マイクロ液体デバイスシステム１では、脂質二重膜ＬＢ１の両側の溶液の温度が異なるように制御したり、温度を徐々に上昇又は低下させたり、と種々のモデル実験が可能である。

以上の説明のように実施形態のマイクロ液体デバイスシステム１および実施形態の脂質二重膜の形成方法は、機能性が高い。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態のマイクロ液体デバイスシステム１Ａについて説明する。マイクロ液体デバイスシステム１Ａは、マイクロ液体デバイスシステム１と類似している類似の構成要素については同じ符号を付し、説明は省略する。すなわち、マイクロ液体デバイスシステム１Ａは、マイクロ液体デバイス１０Ａはマイクロ液体デバイス１０と同じであり、液体供給部が異なる。

図１０に示すように、マイクロ液体デバイスシステム１Ａの液体供給部２Ａは、送液チューブ３３（３３Ａ、３３Ｂ）に、リボンヒーター５３（５３Ａ、５３Ｂ）と温度センサ５４（５４Ａ、５４Ｂ）が配設されている。温度調整部５０Ａは、送液チューブ３３の内部の液体の温度を調整する。一方、シリンジポンプ３４には温度調整機能が付加されていない。

マイクロ液体デバイスシステム１Ａは、送液チューブ３３において液体の温度を調整するため、温度調整部５０Ａは、２つの温度を調整するだけでよい。このため、マイクロ液体デバイスシステム１Ａは、マイクロ液体デバイスシステム１の効果を有し、更に構成が、よりシンプルで、より安価である。

なお、送液チューブ３３に替えて、マイクロ液体デバイスの送液部３１から挿通部１３までの流路１１、１２の近傍に、例えば薄膜抵抗体からなるヒーターおよび温度センサ等を配設し、マイクロ液体デバイスの流路において液体の温度を調整してもよい。

さらに、マイクロ液体デバイスシステム１にマイクロ液体デバイスシステム１Ａの構成を付加してもよい。すなわち、シリンジポンプ３４Ａ〜３４Ｅの貯槽内の液体Ｗ１〜Ｗ５の温度Ｔ１〜Ｔ５及び送液チューブ３３内の液体の温度を調整するマイクロ液体デバイスシステムは、精度の高い温度調整が可能である。

＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態のマイクロ液体デバイスシステム１Ｂについて説明する。マイクロ液体デバイスシステム１Ｂは、マイクロ液体デバイスシステム１、１Ａと類似している類似の構成要素については同じ符号を付し、説明は省略する。すなわち、マイクロ液体デバイスシステム１Ｂは、液体供給部２、２Ａはマイクロ液体デバイスシステム１、１Ａと同じであり、マイクロ液体デバイスが異なる。

図１１に示すように、マイクロ液体デバイスシステム１Ｂのマイクロ液体デバイス１０Ｂでは主基板２０は、ペルチェ素子からなる温調（温度調整）プレート７０の上に配設されている。温調プレート７０の温度は温度センサ７１により検出され温度調整部５０Ｂが所定温度Ｔ６に調整する。

例えば、液体注入部２、２Ａから注入される液体Ｗ１〜Ｗ５の温度Ｔ１〜Ｔ５が、いずれも室温以上の場合には、マイクロ液体デバイス１０の全体の温度Ｔ６を、温度Ｔ１〜Ｔ５よりも低く、かつ、室温を超える温度に調整することで、精度の高い温度調整が可能である。

また、ペルチェ素子からなる温調プレート７０は冷却機能も有しているため、流路内の液体温度を効率的に低下できる。なお、温調プレート７０は、主基板２０より大きい必要は無く、挿通部１３の直下領域にだけ配設されていてもよいし、主基板２０の背面に形成された薄膜抵抗体等であってもよい。

マイクロ液体デバイスシステム１Ｂは、マイクロ液体デバイスシステム１、１Ａの効果を有し、更に液体の温度制御が容易である。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等ができる。

１、１Ａ、１Ｂ…マイクロ液体デバイスシステム、９…制御部、１０…マイクロ液体デバイス、１１…第１の流路、１２…第２の流路、１３…挿通部、２０…主基板、３１…送液部、３２…排液部、３３…送液チューブ、３４…シリンジポンプ、４０…電源、４１〜４３…配線、５０…温度調整部、５１…リボンヒーター、５２…温度センサ、５３…リボンヒーター、５４…温度センサ、６１…流路切替部、７０…温調プレート、７１…温度センサ

Claims (9)

1. 第１の送液部と、
   第２の送液部と、
   前記第１の送液部から注入された第１の液体で満たされる第１の流路と、前記第２の送液部から注入された第２の液体で満たされる第２の流路と、脂質二重膜が形成される前記第１の流路と前記第２の流路とを挿通する挿通部と、が内部に形成された主基板と、
   前記第１の送液部と一端が接続される前記第１の液体を送液する第１のチューブと、前記第１のチューブの他端と接続される前記第１の液体を蓄える第１の貯槽と、
   前記第２の送液部と一端が接続される前記第２の液体を送液する第２のチューブと、前記第２のチューブの他端と接続される前記第２の液体を蓄える第２の貯槽と、
   前記第１の液体の温度及び第２の液体の温度を所定の温度に調整する温度調整部と、を具備することを特徴とするマイクロ液体デバイスシステム。
2. 前記温度調整部が、前記第１の液体の温度と前記第２の液体の温度とを異なる温度に調整することを特徴とする請求項１に記載のマイクロ液体デバイスシステム。
3. 前記温度調整部が、前記第１の貯槽の前記第１の液体の温度を第１の温度に調整し、前記第２の貯槽の前記第２の液体の温度を第２の温度に調整することを特徴とする請求項２に記載のマイクロ液体デバイスシステム。
4. 前記温度調整部が、前記第１のチューブの前記第１の液体の温度を前記第１の温度に調整し、前記第２のチューブの前記第２の液体の温度を前記第２の温度に調整することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のマイクロ液体デバイスシステム。
5. 複数の液体から前記第１の液体を選択する第１の流路切替部と、
   複数の液体から前記第２の液体を選択する第２の流路切替部と、を具備することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のマイクロ液体デバイスシステム。
6. 前記温度調整部が、前記脂質二重膜に膜タンパク質を挿入後に前記第１の流路の液体の温度及び前記第２の流路の液体の温度を低下することを特徴とする請求項５に記載のマイクロ液体デバイスシステム。
7. 第１の送液部と、第２の送液部と、前記第１の送液部から注入された第１の液体で満たされる第１の流路と、前記第２の送液部から注入された第２の液体で満たされる第２の流路と、前記第１の流路と前記第２の流路とを挿通する挿通部と、が内部に形成された主基板と、前記第１の液体及び第２の液体の温度を所定の温度に調整する温度調整部と、を具備するマイクロ液体デバイスを用いて、
   前記第１の送液部から脂質を溶解した第１の温度の第１の油性液体を前記第１の流路に注入するとともに、前記第２の送液部から脂質を溶解した第２の温度の第２の油性液体を前記第２の流路に注入する油性液体注入工程と、
   前記第１の送液部から第３の温度の第１の水溶性液体を前記第１の流路に注入するとともに、前記第２の送液部から第４の温度の第２の水溶性液体を前記第２の流路に注入する水溶性液体注入工程と、を具備することを特徴とする脂質二重膜の形成方法。
8. 前記第１の温度と前記第３の温度との温度が異なるか、又は、前記第２の温度と前記第４の温度との温度が異なるか、の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項７に記載の脂質二重膜の形成方法。
9. 前記第１の温度及び前記第２の温度よりも、前記第３の温度及び前記第４の温度が低いことを特徴とする請求項８に記載の脂質二重膜の形成方法。