JP2019178927A - Lipid bilayer membrane forming instrument - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、携帯性と試料交換性に優れた脂質二重膜形成器具に関する。 The present invention relates to a device for forming a lipid bilayer membrane excellent in portability and sample exchangeability.
生物を構成する細胞や、細胞内に存在するミトコンドリア、ゴルジ体、小胞体等の各種オルガネラ、細胞核等は、外側が生体膜で覆われており、この生体膜は、基本的に脂質二重膜から構成されている。生理活性を有する様々なタンパク質、すなわち、レセプターや酵素等がこの脂質二重膜を貫通する形で脂質二重膜上に保持されている。これらの膜貫通タンパク質は、生体内で重要な役割を果たしている。特に、細胞膜上に存在する各種レセプターは、生体内に存在するリガンドと結合することにより、様々な生理学的反応を引き起こす引き金になることがわかっている。このため、レセプターの機能を亢進する各種リガンドや、レセプターの機能を阻害する阻害剤等が医薬品として用いられており、また、新たな医薬品として利用可能な天然又は人工のリガンドや阻害剤が研究されている。 Cells that make up living organisms, various organelles such as mitochondria, Golgi apparatus, and endoplasmic reticulum, cell nucleus, etc. are covered with a biological membrane on the outside. This biological membrane is basically a lipid bilayer membrane. It is composed of Various proteins having physiological activity, that is, receptors, enzymes, and the like, are retained on the lipid bilayer membrane in a form that penetrates the lipid bilayer membrane. These transmembrane proteins play an important role in vivo. In particular, it has been found that various receptors present on cell membranes trigger various physiological reactions by binding to ligands present in the living body. For this reason, various ligands that enhance the function of the receptor, inhibitors that inhibit the function of the receptor, and the like are used as pharmaceuticals, and natural or artificial ligands and inhibitors that can be used as new pharmaceuticals have been studied. ing.
また、脂質二重膜にタンパク質を保持してセンサーとして利用することも知られている。例えば、脂質二重膜にレセプタータンパク質を保持してセンサーとしたり、液滴接触法で脂質二重膜を形成する際の液滴中に、被検物質と特異的に結合する特異結合性物質を含ませ、一方、脂質二重膜にイオンチャネルタンパクを保持して、被検物質が存在する場合には被検物質が特異結合性物質と結合してイオンチャネルを閉塞するようにしたセンサーも知られている(特許文献1)。特許文献1には、空気中に存在する被検物質を検出しやすくするために、液滴接触法において接触させる一方の液滴をヒドロゲルとすることも記載されている。 It is also known that a protein is held in a lipid bilayer membrane and used as a sensor. For example, a receptor protein is held in a lipid bilayer membrane to form a sensor, or a specific binding substance that specifically binds to a test substance is added to the droplet when forming a lipid bilayer membrane by the droplet contact method. On the other hand, there is also a sensor that holds an ion channel protein in a lipid bilayer membrane, and in the presence of a test substance, the test substance binds to a specific binding substance to block the ion channel. (Patent Document 1). Patent Document 1 also describes that one of the droplets to be contacted in the droplet contact method is a hydrogel in order to facilitate detection of a test substance existing in the air.
特許文献1等に記載されている、脂質二重膜を具備するセンサーは、例えば、大気や、河川水等に含まれる化学物質の検出等にも用いられる。このため、センサーを屋外で用いる場合も少なくなく、屋外等の現場で計測を行うためには、センサーの携帯性や、計測現場で簡便に試料を交換できることが求められる。センサーの携帯性のためには、形成された脂質二重膜が携帯に伴う移動や試料交換時の振動等に対して安定に保持されることが求められる。 The sensor having a lipid bilayer membrane described in Patent Document 1 and the like is also used for detection of chemical substances contained in the atmosphere or river water, for example. For this reason, there are not a few cases where the sensor is used outdoors, and in order to perform measurement at a site such as outdoors, it is required that the sensor be portable and that the sample can be easily exchanged at the measurement site. For the portability of the sensor, it is required that the formed lipid bilayer membrane is stably held against the movement accompanying the carrying and the vibration during the sample exchange.
本願発明者らは、鋭意研究の結果、脂質二重膜が形成される貫通孔を、ウェルの底部に配置すると共に、ウェルの側壁にスリットを設けることにより、形成された脂質二重膜が安定に保持されるとともに、簡便な操作で、脂質二重膜を破壊することなく試料交換が可能であることを見出し、本発明を完成した。 As a result of intensive studies, the inventors of the present invention have placed a through-hole in which a lipid bilayer membrane is formed at the bottom of the well and provided a slit in the side wall of the well, thereby stabilizing the formed lipid bilayer membrane. The present invention was completed by finding that the sample can be exchanged by simple operation without destroying the lipid bilayer membrane.
すなわち、本発明は、以下のものを提供する。 That is, the present invention provides the following.
(1) 底面と側壁を有するウェルと、該底面に設けられ、脂質二重膜が形成される貫通孔と、該底面の下面に設けられ、前記貫通孔に連通するチャンバーを具備し、前記側壁には、上下方向に1又は複数のスリットが設けられている、脂質二重膜形成器具。
(2) 前記ウェル内に配置された第1の電極と、前記チャンバー内に配置された第2の電極をさらに具備する(1)記載の脂質二重膜形成器具。
(3) 前記1又は複数の各スリットの幅が、ウェルの内周の0.05倍〜0.25倍である(1)又は(2)記載の脂質二重膜形成器具。
(4) 前記1又は複数の各スリットの上端部は、前記ウェルの上端部であり、その下端部は、前記底面よりも上に位置する(1)〜(3)のいずれか1項に記載の脂質二重膜形成器具。
(5) 前記スリットの個数が1個〜4個である、(1)〜(4)のいずれか1項に記載の脂質二重膜形成器具。
(6) 前記チャンバーが、キャピラリーの形態にある、請求項1〜5のいずれか1項に記載の脂質二重膜形成器具。
(7) 前記ウェルの内面が、撥水/撥油コーティングされている(1)〜(6)のいずれか1項に記載の脂質二重膜形成器具。
(8) 前記ウェルが、該ウェルに水を入れて逆さにしても、表面張力により水がウェル内に保持される寸法を有する(1)〜(7)のいずれか1項に記載の脂質二重膜形成器具。
(9) 前記ウェルの横断面がほぼ円形であり、その内径が1mm〜5mm、深さが1mm〜5mmである(8)記載の脂質二重膜形成器具。
(1) a well having a bottom surface and a side wall; a through-hole provided on the bottom surface in which a lipid bilayer membrane is formed; and a chamber provided on a lower surface of the bottom surface and communicating with the through-hole. Is a lipid bilayer membrane forming device provided with one or more slits in the vertical direction.
(2) The device for forming a lipid bilayer membrane according to (1), further comprising a first electrode disposed in the well and a second electrode disposed in the chamber.
(3) The lipid bilayer membrane forming device according to (1) or (2), wherein the width of each of the one or more slits is 0.05 to 0.25 times the inner circumference of the well.
(4) The upper end portion of each of the one or more slits is the upper end portion of the well, and the lower end portion thereof is located above the bottom surface, according to any one of (1) to (3) A device for forming a lipid bilayer membrane.
(5) The device for forming a lipid bilayer membrane according to any one of (1) to (4), wherein the number of the slits is 1 to 4.
(6) The lipid bilayer membrane formation instrument according to any one of claims 1 to 5, wherein the chamber is in the form of a capillary.
(7) The device for forming a lipid bilayer according to any one of (1) to (6), wherein the inner surface of the well is coated with water / oil repellent coating.
(8) The lipid bilayer according to any one of (1) to (7), wherein the well has a dimension that allows water to be retained in the well by surface tension even if water is placed in the well and inverted. A device for film formation.
(9) The device for forming a lipid bilayer membrane according to (8), wherein the well has a substantially circular cross section, an inner diameter of 1 mm to 5 mm, and a depth of 1 mm to 5 mm.
本発明の脂質二重膜形成器具によれば、形成された脂質二重膜が、携帯に伴う移動や試料交換時の振動等に対して安定に保持され、また、試料交換は、器具を短時間試料に浸漬するだけで行うことができる。したがって、本発明の脂質二重膜を形成した本発明の脂質二重膜形成器具は、現場計測に適したセンサーに適用可能である。 According to the device for forming a lipid bilayer membrane of the present invention, the formed lipid bilayer membrane is stably held against movement, etc. that accompanies carrying, sample vibration, and the like. It can be performed simply by immersing in a sample for a period of time. Therefore, the lipid bilayer membrane forming instrument of the present invention in which the lipid bilayer membrane of the present invention is formed can be applied to a sensor suitable for on-site measurement.
以下、本発明の好ましい一具体例を図面に基づき説明する。 A preferred embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1に、本発明の脂質二重膜形成器具の好ましい一具体例の模式的分解斜視図を示し、図2には組み立てた後の斜視図を示す。 FIG. 1 shows a schematic exploded perspective view of a preferred specific example of the device for forming a lipid bilayer membrane of the present invention, and FIG. 2 shows a perspective view after assembly.
本発明の好ましい一具体例になる脂質二重膜形成器具10は、円筒形のウェル12を具備する。ウェル12の材質は特に限定されないが、アクリル樹脂のようなプラスチックが、作製容易なので好ましい。ウェル12は、必ずしも円筒形(すなわち横断面の形状が円形)である必要はなく、横断面の形状が楕円形や多角形等の他の形状でもよいが、器具の作製の容易さや試料交換の容易さから、この具体例のように円筒形が好ましい。円筒形のウェル12は、底面12aと、側壁12bを具備する。底面12aの中央には、脂質二重膜が形成される貫通孔14が設けられている。なお、貫通孔14を設ける位置は、必ずしも底面12aの中央に限定されるものではない。貫通孔14の直径は、特に限定されないが、形成された脂質二重膜の安定性の観点から、50μm〜200μm程度が好ましい。底面12aは、ウェル12の側壁12bと一体に形成されるプラスチックのみから成っていてもよいが、厚さ1mm程度のプラスチック板に直径50μm〜200μmの微小な貫通孔を形成することは通常容易ではないので、底面12aを2つの部材から構成することが好ましい。すなわち、側壁12bと一体に形成されるプラスチック製の底面に、後述するキャピラリーと連通する、直径0.5mm〜1.5mm程度の貫通孔16(図1参照)を設け、その上面にこの貫通孔16を被覆するフィルム18を配置し、このフィルム18に上記貫通孔14を形成することが好ましい。この場合、貫通孔14は、貫通孔16に連通するように配置され、貫通孔14は、貫通孔16を介して底面12aを貫通する。ここで、フィルム18としては、パリレン(ポリパラキシリレン)樹脂フィルム等を好ましく用いることができる。通常使用されるパリレン樹脂フィルムは、厚さが5μm〜20μm程度であり、フォトリソグラフィーにより微細な貫通孔を容易に形成することができる。なお、パリレン樹脂フィルムに貫通孔を形成した脂質二重膜形成器具は既に公知である(例えば、特許第5345078号掲載公報)。フィルム18は、その周囲からの水漏れを防止するために、接着剤で接着することが好ましい。 A lipid bilayer membrane forming device 10 according to a preferred embodiment of the present invention includes a cylindrical well 12. The material of the well 12 is not particularly limited, but a plastic such as an acrylic resin is preferable because it can be easily manufactured. The well 12 does not necessarily have a cylindrical shape (that is, the cross-sectional shape is circular), and the cross-sectional shape may be another shape such as an ellipse or a polygon. In view of easiness, a cylindrical shape is preferable as in this specific example. The cylindrical well 12 includes a bottom surface 12a and a side wall 12b. A through-hole 14 in which a lipid bilayer is formed is provided at the center of the bottom surface 12a. The position where the through hole 14 is provided is not necessarily limited to the center of the bottom surface 12a. The diameter of the through hole 14 is not particularly limited, but is preferably about 50 μm to 200 μm from the viewpoint of the stability of the formed lipid bilayer membrane. The bottom surface 12a may be made of only plastic integrally formed with the side wall 12b of the well 12, but it is usually not easy to form a minute through hole having a diameter of 50 μm to 200 μm on a plastic plate having a thickness of about 1 mm. Therefore, the bottom surface 12a is preferably composed of two members. That is, a through hole 16 (see FIG. 1) having a diameter of about 0.5 mm to 1.5 mm, which communicates with a later-described capillary, is provided on a plastic bottom formed integrally with the side wall 12b, and the through hole 16 is formed on the upper surface thereof. It is preferable to dispose a film 18 to be coated and to form the through hole 14 in the film 18. In this case, the through hole 14 is disposed so as to communicate with the through hole 16, and the through hole 14 penetrates the bottom surface 12 a through the through hole 16. Here, as the film 18, a parylene (polyparaxylylene) resin film or the like can be preferably used. The parylene resin film normally used has a thickness of about 5 μm to 20 μm, and a fine through hole can be easily formed by photolithography. In addition, the lipid bilayer membrane formation instrument which formed the through-hole in the parylene resin film is already well-known (for example, patent 5345078 publication). The film 18 is preferably bonded with an adhesive in order to prevent water leakage from the surroundings.
ウェル12の側壁12bには、上下方向に延びる3個のスリット20が設けられている。なお、本明細書及び特許請求の範囲において、「上」や「下」とは、ウェル12の底面12aを鉛直方向の下側にしてウェル12を載置した際の方向を意味する。従って、底面12aが下側であり、ウェル12の開口側が上側である。なお、器具10の使用時においては、器具10はしばしば逆さや水平にして用いられるので、使用時における「上」、「下」は、器具10の構成を記述する際の「上」、「下」とは必ずしも一致しない。スリットの個数は3個に限定されるものではなく、後述する試料交換が問題なく行われる限り、他の個数でもよいが、円滑な試料交換のためには1個〜4個が好ましい。各スリットの幅(横方向(上下方向に直交する方向)の幅)は、ウェル12内の溶液が表面張力により漏出せず、試料交換が問題なく行われる限り特に限定されないが、通常、ウェル12の内周の0.05倍〜0.25倍程度であり、好ましくは、0.1倍〜0.2倍程度である。なお、各スリットの幅と、個数の好ましい範囲は上記の通りであるが、スリット幅と個数の組合せは、水をウェル内に入れた際に、表面張力により、水がウェルから漏れ出さない組合せを選択する。各スリット20の上端部は、前記ウェルの上端部であることが円滑な試料交換の点から好ましい。また、各スリット20の下端部は、前記底面12aよりも上であることが、試料交換時に脂質二重膜が破壊されることを防止する観点から好ましい。各スリット20の上下方向の長さは、ウェル12の内側の深さの0.7倍〜0.9倍程度が好ましい。なお、後述のようにウェル12の寸法を設定すれば、ウェル12に溶液を入れても、溶液の表面張力により、スリット20から溶液が漏れ出ることはない。 The side wall 12b of the well 12 is provided with three slits 20 extending in the vertical direction. In the present specification and claims, “upper” and “lower” mean the direction in which the well 12 is placed with the bottom surface 12a of the well 12 in the vertical direction. Therefore, the bottom surface 12a is the lower side, and the opening side of the well 12 is the upper side. When the instrument 10 is used, the instrument 10 is often used upside down or horizontally, so that “upper” and “lower” when used are “upper” and “lower” when describing the configuration of the instrument 10. Does not necessarily match. The number of slits is not limited to three, and other numbers may be used as long as sample exchange described later can be performed without any problem, but one to four is preferable for smooth sample exchange. The width of each slit (the width in the horizontal direction (the direction perpendicular to the vertical direction)) is not particularly limited as long as the solution in the well 12 does not leak due to surface tension and the sample can be replaced without any problem. Is about 0.05 to 0.25 times the inner circumference, and preferably about 0.1 to 0.2 times. The preferred range of the width and number of each slit is as described above, but the combination of the slit width and number is a combination in which water does not leak out of the well due to surface tension when water is put into the well. Select. The upper end of each slit 20 is preferably the upper end of the well from the viewpoint of smooth sample exchange. Moreover, it is preferable that the lower end part of each slit 20 is above the said bottom face 12a from a viewpoint of preventing that a lipid bilayer is destroyed at the time of sample exchange. The vertical length of each slit 20 is preferably about 0.7 to 0.9 times the inner depth of the well 12. If the dimensions of the well 12 are set as described later, even if a solution is put into the well 12, the solution does not leak from the slit 20 due to the surface tension of the solution.
ウェル12の底面12aの下面には、チャンバーが接続されている。図示の具体例では、チャンバーは、キャピラリー22の形態にある。チャンバーは必ずしもキャピラリーの形態にある必要はなく、溶液と、後述する電極26を収容できる形態であればよい。チャンバーをキャピラリー22とする場合、作製が容易であるという利点がある。キャピラリー22は、前記貫通孔14と連通する。キャピラリー22は、前記貫通孔16に挿入して接続することが簡便で好ましく、これによりキャピラリー22は必然的に貫通孔14と連通する。 A chamber is connected to the lower surface of the bottom surface 12 a of the well 12. In the embodiment shown, the chamber is in the form of a capillary 22. The chamber is not necessarily in the form of a capillary, but may be in a form that can accommodate a solution and an electrode 26 described later. When the chamber is the capillary 22, there is an advantage that the production is easy. The capillary 22 communicates with the through hole 14. The capillary 22 is preferably simply inserted and connected to the through-hole 16, so that the capillary 22 necessarily communicates with the through-hole 14.
図示の具体例では、脂質二重膜形成後、脂質二重膜を通る電流を測定するために、前記ウェル12内には、第1の電極24が配置され、一方、前記キャピラリー22内部には第2の電極26が配置される。図示の具体例では、第1の電極24は、ウェル12の外部に延びており、接地することができる。一方、第2の電極26は、図示しない、微弱電流を計測するための増幅回路型計測器(携帯性に優れた小型アンプ、以下「ポケットアンプ」)に接続される。 In the illustrated example, a first electrode 24 is disposed in the well 12 to measure the current passing through the lipid bilayer after the formation of the lipid bilayer, while the capillary 22 has an interior. A second electrode 26 is disposed. In the illustrated example, the first electrode 24 extends to the outside of the well 12 and can be grounded. On the other hand, the second electrode 26 is connected to an amplification circuit type measuring instrument (small amplifier excellent in portability, hereinafter referred to as “pocket amplifier”) for measuring a weak current, not shown.
前記ウェル12の内面は、撥水/撥油(すなわち両疎媒性)コーティングされていることが、ウェル12内の溶液の揺動(スロッシング)抑制や、溶液の保持性の観点から好ましい。撥水/撥油コーティングは、市販のフッ素系コーティング剤等を塗布することにより容易に行うことができる。 The inner surface of the well 12 is preferably coated with water / oil repellency (that is, both lyophobic) from the viewpoint of suppressing the sloshing of the solution in the well 12 and retaining the solution. The water / oil repellent coating can be easily performed by applying a commercially available fluorine-based coating agent or the like.
ウェル12は、該ウェルに水を入れて逆さにしても表面張力により水がウェル内に保持される寸法を有することが好ましい。これが達成できれば、下記実施例に具体的に記載されるように、ウェルを逆さにして試料溶液に浸漬することにより、試料を交換することができるので有利である。これを達成できるウェル12の寸法としては、ウェル12の横断面がほぼ円形の場合、その内径が1mm〜5mm程度、好ましくは2mm〜4mm程度、深さが1mm〜5mm程度、好ましくは1mm〜3mm程度である。 The well 12 preferably has a dimension that allows water to be retained in the well due to surface tension even when water is put in the well and turned upside down. If this can be achieved, it is advantageous because the sample can be exchanged by inverting the well and immersing it in the sample solution, as specifically described in the examples below. The dimensions of the well 12 that can achieve this are as follows. When the cross section of the well 12 is substantially circular, the inner diameter is about 1 mm to 5 mm, preferably about 2 mm to 4 mm, and the depth is about 1 mm to 5 mm, preferably 1 mm to 3 mm. Degree.
上記した本発明の一具体例の脂質二重膜形成器具を用いて脂質二重膜を形成する場合、脂質二重膜は上記貫通孔14内に形成される。貫通孔に脂質二重膜を形成する方法自体は公知であり、公知のペインティング法や液滴接触法等により行うことができる。例えば、ペインティング法により脂質二重膜を形成する操作は次のようにして行うことができる。なお、操作手順は、以下に記載の手順に限定されるものではない。 When forming a lipid bilayer membrane using the above-described lipid bilayer membrane forming device of one embodiment of the present invention, the lipid bilayer membrane is formed in the through-hole 14. The method of forming a lipid bilayer membrane in the through-hole is known per se, and can be performed by a known painting method or droplet contact method. For example, the operation of forming a lipid bilayer membrane by a painting method can be performed as follows. The operation procedure is not limited to the procedure described below.
まず、キャピラリー22の内部に、塩化カリウム含有リン酸緩衝液のような水溶液を充填する。キャピラリー22内の第2の電極26をポケットアンプ(図示せず)に接続する。一方、第1の電極24は、器具の外部で接地しておく。次いで、脂質二重膜を貫通させる(すなわち、再構成させる)、目的の膜貫通性タンパク質を含む、塩化カリウム含有リン酸緩衝液をウェル12の上側開口部からウェル12内に充填する。ここで、膜貫通性タンパク質は、計測の目的に応じて適宜選択される。下記実施例では、イオンが流れるナノポア(イオンチャンネル)を持つα−ヘモリシンを用いているが、これに限定されるものではなく、例えば、器具をセンサーとして用いる場合には、目的の化学物質と結合する所望のタンパク質を用いることができる。上記の操作により、第1の電極と第2の電極は電気的に接続され、両電極間に電圧をかけることによりイオン電流が流れ、ポケットアンプにより計測される。次いで、マイクロピペットにより、脂質溶液を、貫通孔14付近に塗布する。ここで、脂質溶液としては、従来から脂質二重膜の形成に用いられているものを用いることができ、例えば、ジフィタノイルフォスファチジルコリン(DPhPC)のn-デカン溶液等を用いることができる。上記操作により、脂質二重膜が貫通孔14に自発的に形成される。そのまましばらく放置すると、膜貫通性タンパク質が、形成された脂質二重膜を自発的に貫通して再構成され、タンパク質のイオンチャネルを介してイオン電流が流れ始める。この時のイオン電流は、脂質二重膜に再構成されたタンパク質の数に比例するので、1分子のタンパク質が再構成されるごとに、階段状にイオン電流が増大する。 First, the capillary 22 is filled with an aqueous solution such as a potassium chloride-containing phosphate buffer. The second electrode 26 in the capillary 22 is connected to a pocket amplifier (not shown). On the other hand, the first electrode 24 is grounded outside the instrument. Then, a potassium chloride-containing phosphate buffer containing a target transmembrane protein that penetrates (ie, reconstitutes) the lipid bilayer membrane is filled into the well 12 from the upper opening of the well 12. Here, the transmembrane protein is appropriately selected according to the purpose of measurement. In the following embodiment, α-hemolysin having nanopores (ion channels) through which ions flow is used, but the present invention is not limited to this. For example, when an instrument is used as a sensor, it binds to a target chemical substance. The desired protein can be used. By the above operation, the first electrode and the second electrode are electrically connected. When a voltage is applied between the two electrodes, an ionic current flows and is measured by the pocket amplifier. Next, the lipid solution is applied to the vicinity of the through-hole 14 with a micropipette. Here, as the lipid solution, those conventionally used for forming a lipid bilayer membrane can be used, for example, an n-decane solution of diphytanoylphosphatidylcholine (DPhPC) or the like can be used. it can. By the above operation, a lipid bilayer membrane is spontaneously formed in the through hole 14. If left as it is for a while, the transmembrane protein spontaneously penetrates and reconstitutes the formed lipid bilayer, and an ionic current begins to flow through the ion channel of the protein. Since the ionic current at this time is proportional to the number of proteins reconstituted in the lipid bilayer membrane, the ionic current increases stepwise each time one molecule of protein is reconstituted.
本発明の脂質二重膜形成器具は、一旦形成した脂質二重膜を維持しながら、簡便な操作でウェル12内の試料を交換することができるという優れた特徴を有する。この特徴は、屋外等の計測現場において、ピペットやポンプ等を用いることなく、迅速に試料を交換して計測を続けたい場合に有利な特徴である。 The device for forming a lipid bilayer membrane of the present invention has an excellent feature that the sample in the well 12 can be exchanged by a simple operation while maintaining the once formed lipid bilayer membrane. This feature is advantageous when it is desired to continue the measurement by quickly exchanging the sample without using a pipette or a pump at a measurement site such as outdoors.
試料を交換する際には、新たな試料液が入った容器を準備しておき、器具10を上下逆さにして(上記のとおり、ウェル12の寸法を適切に設定しておけば、逆さにしてもウェル12から溶液はこぼれない)ウェル12を試料液に浸漬する。この際、キャピラリー22とポケットアンプ28や、キャピラリー22とウェル12は、接続したままでよい。すなわち、ポケットアンプ28に器具10を接続した状態のままで全体を上下さかさにしてウェル12を試料液に浸漬することができる。あるいは、試料液を、側面に開口部を持つ容器に入れておき(表面張力により開口部から試料液は流出しない)、ウェル12を水平にしてウェル12の上部開口部から試料液にウェル12を横向きに挿入することによっても試料交換を行うことができる。そうすると、10秒〜30秒程度でウェル12内の溶液が交換される。この円滑な試料交換に、上記した各スリット20が役立っており、スリット20を設けない例(比較例)では、上記操作を行っても試料はほとんど交換されない。 When exchanging the sample, prepare a container with a new sample solution, and turn the instrument 10 upside down (as described above, if the dimensions of the well 12 are appropriately set, the container 10 is turned upside down. (Solution does not spill from well 12) Dip well 12 into the sample solution. At this time, the capillary 22 and the pocket amplifier 28, or the capillary 22 and the well 12 may remain connected. That is, the well 12 can be immersed in the sample solution with the whole being turned upside down while the instrument 10 is connected to the pocket amplifier 28. Alternatively, the sample liquid is placed in a container having an opening on the side surface (the sample liquid does not flow out of the opening due to surface tension), and the well 12 is placed horizontally from the upper opening of the well 12 to the sample liquid. The sample can also be exchanged by inserting it sideways. Then, the solution in the well 12 is exchanged in about 10 seconds to 30 seconds. In the example (comparative example) in which each of the slits 20 described above is useful for the smooth sample exchange and the slit 20 is not provided, the sample is hardly exchanged even if the above operation is performed.
以下、本発明を実施例に基づき具体的に説明する。もっとも、本発明は下記実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be specifically described based on examples. However, the present invention is not limited to the following examples.
1. 脂質二重膜形成器具の作製
図1及び図2に示す脂質二重膜形成器具10を以下のようにして作製した。厚さ4mmのアクリル板を切削することによりウェル12を作製した。ウェル12の横断面は円形であり、その外径は4mm、内径は3mm、深さは2.2mmであった。スリット20は、等間隔に3個設けた。各スリットの幅は、ウェル12の内周の1/9倍(すなわち、ウェル12の横断面における中心から、各スリットの横断面におけるそれぞれの端部を結ぶ中心角が40度)であった。各スリット20は、ウェル12の上端部から上下方向に延び、その深さは2mmであった。ウェル12の底面12aの中心に、ガラスキャピラリー22を固定するための直径1.05mmの貫通孔16を設けた。また、1つのスリット20の近傍に、第1の電極24を固定するための直径0.6mm、深さ1.0mmの穴を設けた。一方、直径2mmの円形で、厚さ5μmのパリレン樹脂フィルム18を準備し、フォトリソグラフィーにより、円の中心部分に直径150μmの貫通孔14を形成した。このパリレン樹脂フィルム18をウェル12の底面12aに、紫外線硬化性接着剤を用いて貼り付けた。ガラスキャピラリー22を、ウェル12の下側から、先端がパリレン樹脂フィルム18と接触するところまで上記貫通孔16に差し込み、瞬間接着剤で固定した。ガラスキャピラリーの外径は1mm、内径は0.6mmであった。ガラスキャピラリー内に、直径0.2mmの銀線を挿入した。直径1mmの第1の電極(Ag/AgCl電極)の一端を、上記穴に差し込み、他端を接地した。第1、第2の電極とも水溶液に接する電極部分について、次亜塩素酸ナトリウムに銀線を浸漬することでAg/AgCl化を行った。
1. Production of Lipid Bilayer Formation Device A lipid bilayer membrane formation device 10 shown in FIGS. 1 and 2 was produced as follows. The well 12 was produced by cutting an acrylic plate having a thickness of 4 mm. The cross section of the well 12 was circular, and the outer diameter was 4 mm, the inner diameter was 3 mm, and the depth was 2.2 mm. Three slits 20 were provided at equal intervals. The width of each slit was 1/9 times the inner circumference of the well 12 (that is, the central angle connecting each end of the cross section of each slit from the center of the cross section of the well 12 was 40 degrees). Each slit 20 extended in the vertical direction from the upper end portion of the well 12 and had a depth of 2 mm. A through-hole 16 having a diameter of 1.05 mm for fixing the glass capillary 22 was provided at the center of the bottom surface 12a of the well 12. Further, a hole having a diameter of 0.6 mm and a depth of 1.0 mm for fixing the first electrode 24 was provided in the vicinity of one slit 20. On the other hand, a parylene resin film 18 having a diameter of 2 mm and a thickness of 5 μm was prepared, and a through hole 14 having a diameter of 150 μm was formed at the center of the circle by photolithography. This parylene resin film 18 was affixed to the bottom surface 12a of the well 12 using an ultraviolet curable adhesive. The glass capillary 22 was inserted into the through-hole 16 from the lower side of the well 12 until the tip contacted the parylene resin film 18 and fixed with an instantaneous adhesive. The outer diameter of the glass capillary was 1 mm and the inner diameter was 0.6 mm. A silver wire having a diameter of 0.2 mm was inserted into the glass capillary. One end of a 1 mm diameter first electrode (Ag / AgCl electrode) was inserted into the hole, and the other end was grounded. Both the first and second electrodes were subjected to Ag / AgCl conversion by immersing a silver wire in sodium hypochlorite for the electrode part in contact with the aqueous solution.
2. 脂質二重膜の形成
ガラスキャピラリー22に塩化カリウム含有リン酸緩衝液(1M KCl, 10mMリン酸緩衝液、pH7)を充填した。パリレン樹脂フィルム18の下面まで溶液が満たされた。次にガラスキャピラリー22をポケットアンプに接続し、第2の電極をポケットアンプ端子に接続した。ウェル12に、終濃度1nMのα−ヘモリシンを含む塩化カリウム含有リン酸緩衝液(1M KCl, 10mMリン酸緩衝液、pH7)を13μL加えた。これにより、パリレン樹脂フィルム18の貫通孔14まで溶液が満たされた状態となり、第1の電極(接地電極)からポケットアンプ端子までが導通状態となった。次に、マイクロピペットを用いて、脂質溶液(n-デカン中、10mg/mLのDPhPC)0.5μLをパリレン樹脂フィルム18中の貫通孔14の付近に塗布した。これにより、脂質二重膜が自発的に形成され、さらに、α−ヘモリシンが脂質二重膜に再構成された(データ後述)。
2. Formation of lipid bilayer A glass capillary 22 was filled with a potassium chloride-containing phosphate buffer (1 M KCl, 10 mM phosphate buffer, pH 7). The solution was filled up to the lower surface of the parylene resin film 18. Next, the glass capillary 22 was connected to the pocket amplifier, and the second electrode was connected to the pocket amplifier terminal. To well 12, 13 μL of potassium chloride-containing phosphate buffer (1M KCl, 10 mM phosphate buffer, pH 7) containing α-hemolysin having a final concentration of 1 nM was added. As a result, the solution was filled up to the through-hole 14 of the parylene resin film 18, and the conductive state was established from the first electrode (ground electrode) to the pocket amplifier terminal. Next, 0.5 μL of a lipid solution (10 mg / mL DPhPC in n-decane) was applied to the vicinity of the through-hole 14 in the parylene resin film 18 using a micropipette. As a result, a lipid bilayer was spontaneously formed, and α-hemolysin was reconstituted into a lipid bilayer (data described later).
以上の操作により作製した器具を、図3に模式的に示す。図3中、28はポケットアンプである。ポケットアンプ28の頂部に、脂質二重膜形成器具10が接続され、その拡大模式断面図が図3の中央の図である。図3の右側の図は、貫通孔14に形成された脂質二重膜30の模式断面図である。32はα−ヘモリシンである。 The instrument produced by the above operation is schematically shown in FIG. In FIG. 3, 28 is a pocket amplifier. The lipid bilayer membrane forming device 10 is connected to the top of the pocket amplifier 28, and an enlarged schematic cross-sectional view thereof is a diagram in the center of FIG. The right side of FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the lipid bilayer membrane 30 formed in the through hole 14. 32 is α-hemolysin.
3. 脂質二重膜の評価
第1の電極と第2の電極の間に50mVの直流電圧を印加し、両電極間の電流値を測定した。測定結果と、その時点でどのような状態になっているのかを説明する模式図を図4及び図5に示す。図4及び図5の左側の図は、器具10の状態を模式的に示す図であり、中央の図が脂質二重膜の様子を模式的に示す図(両電極と、回路も併せて図示されている)、右側の図が経時的な電流値の測定結果を示す。
3. Evaluation of Lipid Bilayer A 50 mV DC voltage was applied between the first electrode and the second electrode, and the current value between the two electrodes was measured. FIG. 4 and FIG. 5 are schematic diagrams for explaining the measurement results and what state they are in at that time. 4 and 5 are diagrams schematically showing the state of the instrument 10 , and the central diagram schematically shows the state of the lipid bilayer (both electrodes and a circuit are also shown together). The right figure shows the measurement result of the current value over time.
図4は、脂質二重膜形成後、α−ヘモリシンが再構成される前の状態を示しており、電流値はほぼ一定である。図5は、α−ヘモリシンが脂質二重膜に再構成された状態を示しており、測定された電流値は、時間の経過と共に階段状に増大している。1分子のα−ヘモリシンが再構成されるごとに電流値は約50pA増大しており、α−ヘモリシンの再構成が起きていることが確認された。 FIG. 4 shows a state before α-hemolysin is reconstituted after the formation of the lipid bilayer membrane, and the current value is almost constant. FIG. 5 shows a state in which α-hemolysin is reconstituted into a lipid bilayer membrane, and the measured current value increases stepwise over time. Each time one molecule of α-hemolysin was reconstituted, the current value increased by about 50 pA, confirming the reconstitution of α-hemolysin.
次いで、終濃度10μMの一本鎖DNA(50merのポリチミン)をウェル12内の溶液に添加すると共に、印加直流電圧を100mVにした。ポリチミンは、構造的に分子内ハイブリダイゼーションを起こさないため、溶液中では線状である。一本鎖DNAの太さは、α−ヘモリシンのナノポアの内径よりも少し小さい程度であり、ナノポアを通過できるが、一本鎖DNAがナノポアを通過している間は、ナノポアが一本鎖DNAにより閉塞されるので、その間はナノポアにイオンが流れなくなり、電流が降下する。この時の様子を図6に示す。図6の右側の図に経時的な電流値の測定結果が示されているが、ところどころに下向きの鋭い谷が観測されており、一本鎖DNAがナノポアをときどき通過したことが示されている。 Next, single-stranded DNA (50-mer polythymine) having a final concentration of 10 μM was added to the solution in the well 12 and the applied DC voltage was set to 100 mV. Polythymine is linear in solution because it does not structurally cause intramolecular hybridization. The thickness of the single-stranded DNA is slightly smaller than the inner diameter of the nanopore of α-hemolysin and can pass through the nanopore, but while the single-stranded DNA is passing through the nanopore, the nanopore is single-stranded DNA. During that time, ions no longer flow through the nanopore, and the current drops. The state at this time is shown in FIG. The measurement result of the current value over time is shown in the right side of FIG. 6, where downward sharp sharp valleys are observed, indicating that single-stranded DNA sometimes passed through the nanopore. .
以上のとおり、本実施例で作製した器具を用いて、脂質二重膜を形成することができ、形成された脂質二重膜には膜タンパク質が再構成され、この膜タンパク質のナノポアが脂質二重膜に開口することも確認された。したがって、本発明の脂質二重膜形成器具により、計測に用いる脂質二重膜を正しく形成できることが確認された。 As described above, a lipid bilayer membrane can be formed using the device prepared in this example, and a membrane protein is reconstituted in the formed lipid bilayer membrane, and the nanopore of the membrane protein is converted into a lipid bilayer. It was also confirmed that it opened to the double membrane. Therefore, it was confirmed that the lipid bilayer membrane forming instrument of the present invention can correctly form a lipid bilayer membrane used for measurement.
4. 試料交換性の評価(その1)
上記のとおり作製した器具(脂質二重膜形成前のもの)について、試料交換性を調べた。比較のため、スリットを形成しなかったこと以外は、上記と全く同様にして比較例の器具を作製した。各ウェルに水を入れた。一方、容器に青色インクで着色した水を入れた。器具を逆さにして、ウェル上部の開口部を下にして、ウェル全体を着色水に浸漬し、その状態で30秒間維持し、引き上げて目視観察した。その結果、スリットを形成しなかった比較例では、ウェルの開口部よりも下側に盛り上がった部分のみが着色したが、スリットを形成した本発明の上記実施例では、ウェルの内部の水も着色されており、ウェル内部の水が交換されたことが確認された。
4). Evaluation of sample exchangeability (part 1)
Sample exchangeability was examined for the device prepared as described above (before formation of the lipid bilayer membrane). For comparison, a comparative device was produced in the same manner as described above except that no slit was formed. Water was added to each well. On the other hand, water colored with blue ink was put in a container. The apparatus was turned upside down, the opening at the top of the well was turned down, the whole well was immersed in colored water, maintained in that state for 30 seconds, pulled up and visually observed. As a result, in the comparative example in which no slit was formed, only the portion raised below the opening of the well was colored, but in the above embodiment of the present invention in which the slit was formed, the water inside the well was also colored. It was confirmed that the water inside the well was exchanged.
5. 試料交換性の評価(その2)
上記と同様に、脂質二重膜を形成し、一本鎖DNAを添加し、電流測定を継続した。数分〜10分に一度の頻度で、試料液を塩化カリウム含有リン酸緩衝液に交換した。試料交換は、側面に開口部を持つ容器に塩化カリウム含有リン酸緩衝液入れておき(表面張力により開口部から試料液は流出しない)、ウェル12を水平にしてウェル12の上部開口部から試料液にウェル12を横向きに挿入することによって行った。新たな試料液内での保持時間は30秒間であった。結果を図7に示す。
5. Evaluation of sample exchangeability (part 2)
As described above, a lipid bilayer membrane was formed, single-stranded DNA was added, and current measurement was continued. The sample solution was replaced with a potassium chloride-containing phosphate buffer at a frequency of once every several to 10 minutes. For sample exchange, a potassium chloride-containing phosphate buffer solution is placed in a container having an opening on the side surface (the sample solution does not flow out of the opening due to surface tension), and the sample is taken from the upper opening of the well 12 with the well 12 level. This was done by inserting the well 12 sideways into the solution. The holding time in the new sample solution was 30 seconds. The results are shown in FIG.
図7中の上段の図は、経時的な電流値の測定結果を示す。図中の矢印が試料交換した時点を示す。6回目の試料交換後に脂質二重膜が破壊された。このことから、本発明の脂質二重膜形成器具により形成された脂質二重膜は、5回もの試料交換に耐え、40数分間に亘って維持された、安定性の高いものであった。図7の下段は、1回目の試料交換の前後の経時的な電流値の測定結果を示す。左側が試料交換前、右側が試料交換後の結果を示す。最初の試料は、一本鎖DNAを含んでいるので、一本鎖DNAがナノポアを通過することに起因する電流値の鋭い降下が多数観察されている。一方、塩化カリウム含有リン酸緩衝液に試料交換した後は、一本鎖DNAの濃度が大幅に下がった結果、電流値の鋭い降下の頻度が明らかに低下している。この頻度を図8に示す。 The upper diagram in FIG. 7 shows measurement results of current values over time. The arrow in the figure indicates the time when the sample was exchanged. The lipid bilayer was destroyed after the sixth sample exchange. From this, the lipid bilayer membrane formed by the lipid bilayer membrane-forming instrument of the present invention was highly stable, withstood the sample exchange as many as 5 times, and maintained for 40 minutes. The lower part of FIG. 7 shows measurement results of current values over time before and after the first sample exchange. The left side shows the result before the sample exchange, and the right side shows the result after the sample exchange. Since the first sample contains single-stranded DNA, many sharp drops in current value due to the passage of the single-stranded DNA through the nanopore have been observed. On the other hand, after exchanging the sample with a potassium chloride-containing phosphate buffer, the frequency of sharp drop in the current value clearly decreases as a result of the significant decrease in the concentration of the single-stranded DNA. This frequency is shown in FIG.
図8は、試料交換前と、試料交換後の各1秒間に発生した鋭い電流降下の頻度を比較して示す図である。試料交換後には、電流値の鋭い降下の頻度が激減しており、試料交換が円滑に行われたことが示された。 FIG. 8 is a diagram showing a comparison of the frequency of sharp current drop that occurred in each 1 second before and after sample replacement. After the sample exchange, the frequency of sharp drop in current value decreased drastically, indicating that the sample exchange was performed smoothly.
10 脂質二重膜形成器具
12 ウェル
12a ウェルの底面
12b ウェルの側面
14 パリレン樹脂フィルム中の貫通孔
16 ウェル底部の貫通孔
18 パリレン樹脂フィルム
20 スリット
22 キャピラリー
24 第1の電極
26 第2の電極
28 ポケットアンプ
30 脂質二重膜
32 膜貫通タンパク質
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Lipid film forming instrument 12 Well 12a Well bottom surface 12b Well side surface 14 Through hole in parylene resin film 16 Through hole at bottom of well 18 Parylene resin film 20 Slit 22 Capillary 24 First electrode 26 Second electrode 28 Pocket amplifier 30 Lipid bilayer membrane 32 Transmembrane protein
Claims (9)
脂質二重膜形成器具。 The device for forming a lipid bilayer according to any one of claims 1 to 5, wherein the chamber is in the form of a capillary.
Priority Applications (1)
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JP2018067632A JP2019178927A (en) | 2018-03-30 | 2018-03-30 | Lipid bilayer membrane forming instrument |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2019178927A true JP2019178927A (en) | 2019-10-17 |
Family
ID=68278461
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018067632A Pending JP2019178927A (en) | 2018-03-30 | 2018-03-30 | Lipid bilayer membrane forming instrument |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2019178927A (en) |
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2018
- 2018-03-30 JP JP2018067632A patent/JP2019178927A/en active Pending
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A80 | Written request to apply exceptions to lack of novelty of invention |
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