JP3194995B2 - 光応答興奮性人工膜及びその製造方法 - Google Patents
光応答興奮性人工膜及びその製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、生物の光情報処理機
能を模倣した興奮性人工膜とその製造方法とに関するも
のである。
能を模倣した興奮性人工膜とその製造方法とに関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】従来のコンピュータは、主として、シリ
コン半導体等の無機系材料によって構成されており、フ
ォン・ノイマン（Von Neumann ）方式によって直列型
の論理演算を実行するもの（以下、ノイマン型コンピュ
ータと称する。）であった。しかし、この方式は論理演
算を正確に行うことはできたが、多数の情報処理を同時
に行う事が困難でありパターン認識等は不得意であると
いう欠点を有していた。
コン半導体等の無機系材料によって構成されており、フ
ォン・ノイマン（Von Neumann ）方式によって直列型
の論理演算を実行するもの（以下、ノイマン型コンピュ
ータと称する。）であった。しかし、この方式は論理演
算を正確に行うことはできたが、多数の情報処理を同時
に行う事が困難でありパターン認識等は不得意であると
いう欠点を有していた。
【０００３】これに対し高等生物では、周知の通り、パ
ターン認識を容易に行う。したがって、脳に見られるよ
うなパターン認識や学習・記憶機能がどのような原理に
基づいて実行されているのかについて解明をしこれらを
模倣すれば、ノイマン型コンピュータでは満足し得なか
ったさまざまな機能をもつコンピュータ例えば、バイオ
コンピュータの実現が可能になると期待されている。生
体機能のうちの例えば視覚機能は、以下に述べるように
発現する。視覚を司る器官である目では、網膜上に色彩
を識別する錘状体と、明暗を識別する桿状体細胞とが配
置されている。図２は、この桿状体細胞２０（以下、桿
状体２０と称する場合もある。）の構造を概略的に示し
た図である。図２において、１１は円盤膜、１２は結合
繊毛、１３はミトコンドリア、１４はゴルジ体、１６は
核、１７は外節、１８は内節、１９はシナプス接合部、
２０は桿状体である。網膜に配列された桿状体２０に外
部（図面右側）から光が入射すると、円盤膜１１に存在
する光応答性タンパク質であるロドプシンに補欠分子族
として共有結合しているシス（ｃｉｓ）−レチナールが
トランス（ｔｒａｎｓ）−レチナールに変化することに
よって円盤膜１１内に包含されているカルシウムイオン
が細胞膜に放出される。
ターン認識を容易に行う。したがって、脳に見られるよ
うなパターン認識や学習・記憶機能がどのような原理に
基づいて実行されているのかについて解明をしこれらを
模倣すれば、ノイマン型コンピュータでは満足し得なか
ったさまざまな機能をもつコンピュータ例えば、バイオ
コンピュータの実現が可能になると期待されている。生
体機能のうちの例えば視覚機能は、以下に述べるように
発現する。視覚を司る器官である目では、網膜上に色彩
を識別する錘状体と、明暗を識別する桿状体細胞とが配
置されている。図２は、この桿状体細胞２０（以下、桿
状体２０と称する場合もある。）の構造を概略的に示し
た図である。図２において、１１は円盤膜、１２は結合
繊毛、１３はミトコンドリア、１４はゴルジ体、１６は
核、１７は外節、１８は内節、１９はシナプス接合部、
２０は桿状体である。網膜に配列された桿状体２０に外
部（図面右側）から光が入射すると、円盤膜１１に存在
する光応答性タンパク質であるロドプシンに補欠分子族
として共有結合しているシス（ｃｉｓ）−レチナールが
トランス（ｔｒａｎｓ）−レチナールに変化することに
よって円盤膜１１内に包含されているカルシウムイオン
が細胞膜に放出される。
【０００４】細胞質で増えたカルシウムイオンは外節１
７の細胞膜のナトリウムチャンネルを閉じ細胞の膜電位
の過分極を引き起こす。これはシナプス接合部１９への
信号となり抑制性神経系伝達物質の放出速度が減少しシ
ナプス後ニューロンの興奮が起こる。この信号は次々と
神経細胞間を伝播して脳で情報処理される。
７の細胞膜のナトリウムチャンネルを閉じ細胞の膜電位
の過分極を引き起こす。これはシナプス接合部１９への
信号となり抑制性神経系伝達物質の放出速度が減少しシ
ナプス後ニューロンの興奮が起こる。この信号は次々と
神経細胞間を伝播して脳で情報処理される。
【０００５】生体の機能を模倣した人工的な機能素子を
実現するためには外部刺激により興奮を生じる人工的な
膜、即ち、興奮性人工膜が必要である、そこで、これに
関する研究が従来からなされていた。
実現するためには外部刺激により興奮を生じる人工的な
膜、即ち、興奮性人工膜が必要である、そこで、これに
関する研究が従来からなされていた。
【０００６】その一例としては、例えば文献ａ（膜（Ｍ
ＥＭＢＲＡＮＥ）、１２（１）（１９８７）ｐ．１２〜
２１）に開示されているような、多孔質膜に特殊な脂質
を吸着させて構成された興奮性人工膜があった。そし
て、この興奮性人工膜によれば、神経にみられるような
興奮現象に近い自励発振現象が得られている。以下、こ
の自励発振について簡単に説明する。
ＥＭＢＲＡＮＥ）、１２（１）（１９８７）ｐ．１２〜
２１）に開示されているような、多孔質膜に特殊な脂質
を吸着させて構成された興奮性人工膜があった。そし
て、この興奮性人工膜によれば、神経にみられるような
興奮現象に近い自励発振現象が得られている。以下、こ
の自励発振について簡単に説明する。
【０００７】数μｍ程度の孔径を有する多孔質膜に、合
成脂質（以下、生体類似脂質と称することもある。）で
あるジオレイルホスフェート（ＤＯＰＨ）を吸着させて
興奮性人工膜は作成される。このような興奮性人工膜
は、その一方の面が高濃度の塩溶液に接触し、かつ他方
の面が低濃度の塩溶液に接触する状態とされる。かかる
状態におかれた興奮性人工膜は、数分〜数十分の周期
で、これら塩溶液の間に所定の電位差を生じさせ、電気
的インパルスを発生する。このような周期の自励発振
は、長周期発振と称される。
成脂質（以下、生体類似脂質と称することもある。）で
あるジオレイルホスフェート（ＤＯＰＨ）を吸着させて
興奮性人工膜は作成される。このような興奮性人工膜
は、その一方の面が高濃度の塩溶液に接触し、かつ他方
の面が低濃度の塩溶液に接触する状態とされる。かかる
状態におかれた興奮性人工膜は、数分〜数十分の周期
で、これら塩溶液の間に所定の電位差を生じさせ、電気
的インパルスを発生する。このような周期の自励発振
は、長周期発振と称される。
【０００８】また、興奮性人工膜両面間に上述したよう
な塩濃度（イオン濃度勾配）を与えることに加えて、当
該興奮性人工膜に直流電流を印加し、しかも所定の圧力
を加えると、短周期発振と称される数秒程の同期の自励
発振が生じる。この短周期発振の周期は、上述の直流電
流を変化させることによって制御できる。
な塩濃度（イオン濃度勾配）を与えることに加えて、当
該興奮性人工膜に直流電流を印加し、しかも所定の圧力
を加えると、短周期発振と称される数秒程の同期の自励
発振が生じる。この短周期発振の周期は、上述の直流電
流を変化させることによって制御できる。
【０００９】上述の自励発振のメカニズムは、脂質であ
るＤＯＰＨの油滴状態から多層膜状態への集合体構造の
変化にともなうものと考えられているが、このような構
造変化を起こす脂質はＤＯＰＨ等、いくつかの脂質に限
られている。このメカニズムについてもまた上述の文献
に開示されている。上記のような興奮性人工膜では、例
えば文献ｂ（膜（ＭＥＭＢＲＡＮＥ）、（４）、ｐｐ．
２３１〜２３７（１９８７））に開示されているよう
に、各種味覚物質に応答して発振周波数の変化等が起こ
ることが知られており、生物の味覚・嗅覚に類似した化
学センサの構築が可能であり、バイオ素子を構成するこ
とが可能になる。
るＤＯＰＨの油滴状態から多層膜状態への集合体構造の
変化にともなうものと考えられているが、このような構
造変化を起こす脂質はＤＯＰＨ等、いくつかの脂質に限
られている。このメカニズムについてもまた上述の文献
に開示されている。上記のような興奮性人工膜では、例
えば文献ｂ（膜（ＭＥＭＢＲＡＮＥ）、（４）、ｐｐ．
２３１〜２３７（１９８７））に開示されているよう
に、各種味覚物質に応答して発振周波数の変化等が起こ
ることが知られており、生物の味覚・嗅覚に類似した化
学センサの構築が可能であり、バイオ素子を構成するこ
とが可能になる。
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
興奮性人工膜では、自励的な発振の停止、発振の進行、
発振の変調等を光刺激により制御できないため、視細胞
を模倣したバイオ素子等の構築はできなかった。
興奮性人工膜では、自励的な発振の停止、発振の進行、
発振の変調等を光刺激により制御できないため、視細胞
を模倣したバイオ素子等の構築はできなかった。
【００１０】さらに、従来の興奮性人工膜では、脂質自
体が上述ＤＯＰＨのように集合体構造の変化を起こす特
殊なものでなければならなかった。この発明は、このよ
うな点に鑑みなされたものであり、従って、この発明の
目的は、光によって発振を制御でき得る興奮性人工膜と
その製造方法とを提供することにある。
体が上述ＤＯＰＨのように集合体構造の変化を起こす特
殊なものでなければならなかった。この発明は、このよ
うな点に鑑みなされたものであり、従って、この発明の
目的は、光によって発振を制御でき得る興奮性人工膜と
その製造方法とを提供することにある。
【課題を解決するための手段】この目的の達成を図るた
め、この出願に係る発明者は種々の検討を重ねた。その
結果、文献ｃ（ネイチャー、ｖｏｌ ２１７（１９６
８）ｐ７１３〜７１９）に開示の技術及び文献ｄ（Ｔｈ
ｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ、９９（１９８３）１３
３〜１３８）開示の技術に着目した。
め、この出願に係る発明者は種々の検討を重ねた。その
結果、文献ｃ（ネイチャー、ｖｏｌ ２１７（１９６
８）ｐ７１３〜７１９）に開示の技術及び文献ｄ（Ｔｈ
ｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ、９９（１９８３）１３
３〜１３８）開示の技術に着目した。
【００１１】前者の技術は、脂質膜にアラメシチン等の
イオンチャンネルを埋め込んだ脂質膜の両側にイオン勾
配を導入する、あるいはこの膜に電流を印加することに
よってこの膜両側に電位勾配を与えると、上記イオンチ
ャンネルの開閉が生じ膜電位の自励発振が生ずるという
技術である。後者は、バクテリオロドプシンを含ませた
脂質膜に光を照射すると、光照射されている間膜電位が
生じるという技術である。
イオンチャンネルを埋め込んだ脂質膜の両側にイオン勾
配を導入する、あるいはこの膜に電流を印加することに
よってこの膜両側に電位勾配を与えると、上記イオンチ
ャンネルの開閉が生じ膜電位の自励発振が生ずるという
技術である。後者は、バクテリオロドプシンを含ませた
脂質膜に光を照射すると、光照射されている間膜電位が
生じるという技術である。
【００１２】後者の技術で得られる膜電位はイオンチャ
ンネルの開閉に利用でき結果的に光刺激により自励発振
を生ずるのに必要な膜電位を発生・変化させることが可
能となると考えられる。即ち、光刺激により自励発振の
停止、進行、変調等を制御することが可能と考えられ
る。
ンネルの開閉に利用でき結果的に光刺激により自励発振
を生ずるのに必要な膜電位を発生・変化させることが可
能となると考えられる。即ち、光刺激により自励発振の
停止、進行、変調等を制御することが可能と考えられ
る。
【００１３】従って、この出願の第一の発明の光応答興
奮性人工膜によれば、微小孔を有する支持体に、脂質及
び脂質類似物質の双方または一方と電位感受性イオンチ
ャンネルとバクテリオロドプシンとを吸着させて成るこ
とを特徴とする。
奮性人工膜によれば、微小孔を有する支持体に、脂質及
び脂質類似物質の双方または一方と電位感受性イオンチ
ャンネルとバクテリオロドプシンとを吸着させて成るこ
とを特徴とする。
【００１４】なお、この第一発明の実施に当たり、前述
の電位感受性イオンチャンネルをアラメシチンとするの
が好適である。また、この出願の第二発明によれば微小
孔を有する支持体に、脂質及び脂質類似物質の双方また
は一方と電位感受性イオンチャンネルとバクテリオロド
プシンとを吸着させて成る光応答興奮性人工膜を製造す
るに当たり、少なくとも、前述の脂質及び脂質類似物質
の双方及び一方とバクテリオロドプシンとの支持体への
吸着を、ラングミュアーブロジェット法（ＬＢ法）によ
り行うことを特徴とする。
の電位感受性イオンチャンネルをアラメシチンとするの
が好適である。また、この出願の第二発明によれば微小
孔を有する支持体に、脂質及び脂質類似物質の双方また
は一方と電位感受性イオンチャンネルとバクテリオロド
プシンとを吸着させて成る光応答興奮性人工膜を製造す
るに当たり、少なくとも、前述の脂質及び脂質類似物質
の双方及び一方とバクテリオロドプシンとの支持体への
吸着を、ラングミュアーブロジェット法（ＬＢ法）によ
り行うことを特徴とする。
【００１５】また、この出願の第三発明によれば、微小
孔を有する支持体に、脂質及び脂質類似物質の双方また
は一方と電位感受性イオンチャンネルとバクテリオロド
プシンとを吸着させて成る光応答興奮性人工膜を製造す
るに当たり、脂質及び脂質類似物質の双方または一方と
電位感受性イオンチャンネルとバクテリオロドプシンと
の支持体への吸着を前記支持体に脂質及び脂質類似物質
の双方または一方を吸着させ、電位感受性イオンチャン
ネルとバクテリオロドプシンとを含むリポソームを膜融
合させることにより行うことを特徴とする。
孔を有する支持体に、脂質及び脂質類似物質の双方また
は一方と電位感受性イオンチャンネルとバクテリオロド
プシンとを吸着させて成る光応答興奮性人工膜を製造す
るに当たり、脂質及び脂質類似物質の双方または一方と
電位感受性イオンチャンネルとバクテリオロドプシンと
の支持体への吸着を前記支持体に脂質及び脂質類似物質
の双方または一方を吸着させ、電位感受性イオンチャン
ネルとバクテリオロドプシンとを含むリポソームを膜融
合させることにより行うことを特徴とする。
【００１６】従って、支持体に吸着させる脂質をＤＯＰ
Ｈのような集合体構造変化を起こし得る特殊なものとし
なくても、光刺激により自励発振の停止、進行、変調を
制御することが可能である。また、この出願の第二及び
第三発明の構成によれば、バクテリオロドプシンの配向
の制御が容易であるため、第一発明の光応答興奮性人工
膜の製造が容易になる。
Ｈのような集合体構造変化を起こし得る特殊なものとし
なくても、光刺激により自励発振の停止、進行、変調を
制御することが可能である。また、この出願の第二及び
第三発明の構成によれば、バクテリオロドプシンの配向
の制御が容易であるため、第一発明の光応答興奮性人工
膜の製造が容易になる。
【実施例】以下、図面を参照して、この出願の各発明の
実施例について併せて説明する。なお、以下の説明で
は、この出願の各発明を理解し得る程度の特定の条件を
例示して説明するが、これらの発明は、これらの条件の
みに限定されるものではないことを理解されたい。ま
た、以下の実施例で用いた薬品類の出所を一部省略する
場合もあるが、いずれの薬品も容易に入手できるもので
ありかつ化学的に十分に純粋なものを用いた。また、説
明に用いる各図は、この出願の各発明を理解できる程度
に各構成成分の寸法、形状および位置を概略的に示して
あるに過ぎないことは理解されたい。 ＜実施例１＞１ー１．光応答興奮性人工膜の作製 微小孔を有する支持体として、この場合、直径０．１μ
ｍの孔を多数有するミルポアフィルタを用いた。そし
て、この支持体に、先ず脂質としてのジオレオイルホス
ファチジルコリン（以下、ＤＯＰＣと称することもあ
る。）とバクテリオロドプシン（以下、ｂＲと称するこ
ともある。）とを以下のように吸着させた。なお、ｂＲ
はシグマ製のものを用いＤＯＰＣはシグマ社製のものを
用いた。
実施例について併せて説明する。なお、以下の説明で
は、この出願の各発明を理解し得る程度の特定の条件を
例示して説明するが、これらの発明は、これらの条件の
みに限定されるものではないことを理解されたい。ま
た、以下の実施例で用いた薬品類の出所を一部省略する
場合もあるが、いずれの薬品も容易に入手できるもので
ありかつ化学的に十分に純粋なものを用いた。また、説
明に用いる各図は、この出願の各発明を理解できる程度
に各構成成分の寸法、形状および位置を概略的に示して
あるに過ぎないことは理解されたい。 ＜実施例１＞１ー１．光応答興奮性人工膜の作製 微小孔を有する支持体として、この場合、直径０．１μ
ｍの孔を多数有するミルポアフィルタを用いた。そし
て、この支持体に、先ず脂質としてのジオレオイルホス
ファチジルコリン（以下、ＤＯＰＣと称することもあ
る。）とバクテリオロドプシン（以下、ｂＲと称するこ
ともある。）とを以下のように吸着させた。なお、ｂＲ
はシグマ製のものを用いＤＯＰＣはシグマ社製のものを
用いた。
【００１７】ＤＯＰＣとｂＲとをｂＲ：ＤＯＰＣ＝５：
１（重量比）の割合で２５％ＤＭＦ（ジメチルホルムア
ミド）水溶液中に分散させた後、この溶液を純水が入っ
た水槽に展開した。ＤＭＦが蒸発すると水面上にはｂＲ
とＤＯＰＣとから成る単分子膜が形成される。次に、ガ
ラス基板に上述のミリポアフィルタを固定し、その後こ
のガラス基板をｂＲとＤＯＰＣとから成る単分子膜が形
成されている上述の水槽中に、基板面と水面とのなす角
がほぼ垂直になるように浸漬し、その後引き上げた。即
ち、ＬＢ法の垂直浸漬法を実施した。この浸漬及び引き
上げ操作を繰り返し行って、ミリポアフィルタの、ガラ
ス基板とは反対側の面のみにｂＲとＤＯＰＣとから成る
単分子膜を５層累積した。このとき単分子膜を５層累積
させたのは、ｂＲの効果とイオンチャンネル構成物質ア
ラメシチンの効果を好適に得られる累積数だからであ
る。
１（重量比）の割合で２５％ＤＭＦ（ジメチルホルムア
ミド）水溶液中に分散させた後、この溶液を純水が入っ
た水槽に展開した。ＤＭＦが蒸発すると水面上にはｂＲ
とＤＯＰＣとから成る単分子膜が形成される。次に、ガ
ラス基板に上述のミリポアフィルタを固定し、その後こ
のガラス基板をｂＲとＤＯＰＣとから成る単分子膜が形
成されている上述の水槽中に、基板面と水面とのなす角
がほぼ垂直になるように浸漬し、その後引き上げた。即
ち、ＬＢ法の垂直浸漬法を実施した。この浸漬及び引き
上げ操作を繰り返し行って、ミリポアフィルタの、ガラ
ス基板とは反対側の面のみにｂＲとＤＯＰＣとから成る
単分子膜を５層累積した。このとき単分子膜を５層累積
させたのは、ｂＲの効果とイオンチャンネル構成物質ア
ラメシチンの効果を好適に得られる累積数だからであ
る。
【００１８】なお、ｂＲとＤＯＰＣとから成る単分子膜
を累積させる際の当該膜の表面圧は２５ｄｙｎｅ／ｃｍ
としている。このようにして形成したＬＢ膜は、ガラス
基板引き上げ時の累積比がほぼ１で、浸漬時の累積比が
ほぼ０のＺ型であった。
を累積させる際の当該膜の表面圧は２５ｄｙｎｅ／ｃｍ
としている。このようにして形成したＬＢ膜は、ガラス
基板引き上げ時の累積比がほぼ１で、浸漬時の累積比が
ほぼ０のＺ型であった。
【００１９】次に、ｂＲとＤＯＰＣとから成る単分子膜
の累積が終了した人工膜をガラス基板から外す。
の累積が終了した人工膜をガラス基板から外す。
【００２０】次に、上述ＬＢ法の垂直浸漬法で脂質ＤＯ
ＰＣとバクテリオロドプシンとを吸着させ作製した人工
膜にさらにイオンチャンネル構成物質としてのアラメシ
チンを、この実施例の場合は以下に説明する自励発振用
装置を用いて吸着させた。
ＰＣとバクテリオロドプシンとを吸着させ作製した人工
膜にさらにイオンチャンネル構成物質としてのアラメシ
チンを、この実施例の場合は以下に説明する自励発振用
装置を用いて吸着させた。
【００２１】図３は、その構成を概略的に示した説明図
である。
である。
【００２２】ｂＲとＤＯＰＣとから成る単分子膜を吸着
させた人工膜を（図中では代表して３１で示す）、１０
０ｍＭＫＣｌ溶液３５ａ、３５ｂを満たした二つの電解
槽３３ａ、３３ｂの間に、ｂＲとＤＯＰＣとから成る単
分子の累積されている面がＫＣｌ溶液３５ｂに接するよ
うに挟んだ。
させた人工膜を（図中では代表して３１で示す）、１０
０ｍＭＫＣｌ溶液３５ａ、３５ｂを満たした二つの電解
槽３３ａ、３３ｂの間に、ｂＲとＤＯＰＣとから成る単
分子の累積されている面がＫＣｌ溶液３５ｂに接するよ
うに挟んだ。
【００２３】なお、各々の電解槽３３ａ、３３ｂの周囲
には図示しないが恒温水を循環させる設備が設けてあ
り、槽内温度を任意の値に制御できる。この実施例の場
合ＫＣｌ溶液３５ａ、３５ｂの温度が２０゜Ｃになるよ
うにしている。また、電解槽３３ｂの一部には人工膜３
１に対し光を照射するための光透過窓３７ｃを設けてあ
る。さらに、暗箱４７と光透過窓３７ｃを通して人工膜
３１に光を照射するための光源４９を設けてある。この
実施例の光源４９は、熱線をカットするフィルターを装
備した１００Ｗのハロゲンランプで構成している。光源
４９を上述のような構成とした理由は、この構成によれ
ば人工膜３１に対しバクテリオロドプシンの吸収波長ピ
ーク（おおよそ５６０ｎｍ）を含む波長領域の光を効果
的に照射することができるからである。
には図示しないが恒温水を循環させる設備が設けてあ
り、槽内温度を任意の値に制御できる。この実施例の場
合ＫＣｌ溶液３５ａ、３５ｂの温度が２０゜Ｃになるよ
うにしている。また、電解槽３３ｂの一部には人工膜３
１に対し光を照射するための光透過窓３７ｃを設けてあ
る。さらに、暗箱４７と光透過窓３７ｃを通して人工膜
３１に光を照射するための光源４９を設けてある。この
実施例の光源４９は、熱線をカットするフィルターを装
備した１００Ｗのハロゲンランプで構成している。光源
４９を上述のような構成とした理由は、この構成によれ
ば人工膜３１に対しバクテリオロドプシンの吸収波長ピ
ーク（おおよそ５６０ｎｍ）を含む波長領域の光を効果
的に照射することができるからである。
【００２４】次に、このＫＣｌ溶液３５ｂにアラメシチ
ン（シグマ社製）を１０-9Ｍの濃度となるように加え２
時間放置した。これにより、ｂＲとＤＯＰＣとから成る
単分子膜を５層累積してある上述人工膜にアラメシチン
を取りこませることが出来、この実施例の光応答興奮性
人工膜が得られる。
ン（シグマ社製）を１０-9Ｍの濃度となるように加え２
時間放置した。これにより、ｂＲとＤＯＰＣとから成る
単分子膜を５層累積してある上述人工膜にアラメシチン
を取りこませることが出来、この実施例の光応答興奮性
人工膜が得られる。
【００２５】図１は、上述のようにして得た実施例の光
応答興奮性人工膜を模式的に示した断面図である。図１
において、５０が実施例の光応答興奮性人工膜、５３が
微小孔を有する支持体、５３ａが微小孔、５４が脂質
（この場合ＤＯＰＣ）、５５がバクテリオロドプシン
（ｂＲ）、５６がアラメシチンである。
応答興奮性人工膜を模式的に示した断面図である。図１
において、５０が実施例の光応答興奮性人工膜、５３が
微小孔を有する支持体、５３ａが微小孔、５４が脂質
（この場合ＤＯＰＣ）、５５がバクテリオロドプシン
（ｂＲ）、５６がアラメシチンである。
【００２６】１ー２．自励発振の確認 次に、上述した自励発振用装置の光源４９の点灯・消灯
を一定周期で行うことにより実施例の光応答興奮性人工
膜に周期的な光照射を行った。そして、当該膜の膜電位
変化（電解槽３３ａ側を基準にした電解槽３３ｂ側の電
位）を銀ー塩化銀（Ａｇ−ＡｇＣｌ）電極４３ａ、４３
ｂによって測定した。図４は、実施例の光応答興奮性人
工膜での、光照射・停止に対する膜電位の自励発振の様
子を示した図である。図４の横軸に沿って交互に示した
「ＯＮ」及び「ＯＦＦ」の表示のうち「０Ｎ」とは光源
４９を点灯した時刻を示し、「ＯＦＦ」とは光源４９を
消灯した時刻を示す。
を一定周期で行うことにより実施例の光応答興奮性人工
膜に周期的な光照射を行った。そして、当該膜の膜電位
変化（電解槽３３ａ側を基準にした電解槽３３ｂ側の電
位）を銀ー塩化銀（Ａｇ−ＡｇＣｌ）電極４３ａ、４３
ｂによって測定した。図４は、実施例の光応答興奮性人
工膜での、光照射・停止に対する膜電位の自励発振の様
子を示した図である。図４の横軸に沿って交互に示した
「ＯＮ」及び「ＯＦＦ」の表示のうち「０Ｎ」とは光源
４９を点灯した時刻を示し、「ＯＦＦ」とは光源４９を
消灯した時刻を示す。
【００２７】この図４から明らかなように、光を照射し
ている間は、本実施例の光応答興奮性人工膜は約０．５
Ｈｚの周波数で発振し、光を照射しない場合は全く発振
しないことがわかる。これは光照射によりバクテリオロ
ドプシンによってプロトンの能動輸送が起き、その結果
アラメシチンにより構成されるイオンチャンネルの開閉
が生じたためである。
ている間は、本実施例の光応答興奮性人工膜は約０．５
Ｈｚの周波数で発振し、光を照射しない場合は全く発振
しないことがわかる。これは光照射によりバクテリオロ
ドプシンによってプロトンの能動輸送が起き、その結果
アラメシチンにより構成されるイオンチャンネルの開閉
が生じたためである。
【００２８】上述においてはこの出願の各発明の実施例
について説明したが、これら発明は上述の実施例に限定
されるものではなく種々の変更を加えることができる。
について説明したが、これら発明は上述の実施例に限定
されるものではなく種々の変更を加えることができる。
【００２９】例えば、実施例では微小孔を有する支持体
をミリポアフィルタとしたが、支持体はこれに限られる
ものではなく、目的に応じたものに変更できる。例えば
支持体は、原理的には、微小孔を１個有するものでもよ
い。また、例えばシリコン基板に微小孔を設けたような
無機材料の支持体でもよい。
をミリポアフィルタとしたが、支持体はこれに限られる
ものではなく、目的に応じたものに変更できる。例えば
支持体は、原理的には、微小孔を１個有するものでもよ
い。また、例えばシリコン基板に微小孔を設けたような
無機材料の支持体でもよい。
【００３０】また、実施例では、電位感受性イオンチャ
ンネルはアラメシチンとしたが他のイオンチャンネル構
成物質を用いても同様な効果が得られる。他の電位感受
性イオンチャンネル構成物質としては、例えばＥＩＭ、
モナゾマイシン、ＤＪ４００Ｂ等を挙げることが出来
る。
ンネルはアラメシチンとしたが他のイオンチャンネル構
成物質を用いても同様な効果が得られる。他の電位感受
性イオンチャンネル構成物質としては、例えばＥＩＭ、
モナゾマイシン、ＤＪ４００Ｂ等を挙げることが出来
る。
【００３１】
【発明の効果】上述の説明からも明らかなように、この
出願の第一発明の光応答興奮性人工膜は、光刺激により
自励発振の停止、進行、変調を制御できるので、生物の
視覚情報処理機能を模倣したバイオ素子構築への寄与が
期待できる。さらに、脂質が特殊なものに限定されない
のでバイオ素子設計の自由度の向上が期待できる。
出願の第一発明の光応答興奮性人工膜は、光刺激により
自励発振の停止、進行、変調を制御できるので、生物の
視覚情報処理機能を模倣したバイオ素子構築への寄与が
期待できる。さらに、脂質が特殊なものに限定されない
のでバイオ素子設計の自由度の向上が期待できる。
【００３２】また、この出願の第二及び第三の各発明に
よれば、光刺激により自励発振の停止、進行、変調を制
御できる光応答興奮性人工膜を容易に製造できる。
よれば、光刺激により自励発振の停止、進行、変調を制
御できる光応答興奮性人工膜を容易に製造できる。
【図１】実施例の光応答興奮性人工膜の説明図である。
【図２】従来技術の説明に供する図であり、桿状体細胞
を概略的に示した図である。
を概略的に示した図である。
【図３】実施例の光応答興奮性人工膜の自励発振を確認
するために用いた自励発振用装置の説明に供する図であ
る。
するために用いた自励発振用装置の説明に供する図であ
る。
【図４】実施例の光応答興奮性人工膜の光による制御性
を示す図である。
を示す図である。
【図５】比較例の説明に供する図である。
５０：実施例の光応答興奮性人工膜 ５３：微小孔を有する支持体 ５３ａ：脂質（例えばＤＯＰＣ） ５４：バクテリオロドプシン（ｂＲ） ５５：アラメシチン ３１：比較例或いは実施例の人工膜 ３３ａ：第一の電解槽 ３３ｂ：第二の電解槽 ３５ａ、３５ｂ：１００ｍＭのＫＣｌ水溶液 ４３ａ，４３ｂ：標準電極 ３７ｃ：光透過窓 ４１：測定器 ４９：光源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 海部 勝晶 東京都港区虎ノ門１丁目７番12号 沖電 気工業株式会社内 (72)発明者 加藤 雅一 東京都港区虎ノ門１丁目７番12号 沖電 気工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−231337（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 49/00 G01N 27/333 G01N 27/416 H01L 51/00 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (4)
- 【請求項１】 微小孔を有する支持体に、脂質及び脂質
類似物質の双方または一方と電位感受性イオンチャンネ
ルとバクテリオロドプシンとを吸着させて成ることを特
徴とする光応答興奮性人工膜。 - 【請求項２】 請求項１に記載の光応答興奮性人工膜に
おいて、 前記電位感受性イオンチャンネルをアラメシチンとした
ことを特徴とする光応答興奮性人工膜。 - 【請求項３】 微小孔を有する支持体に、脂質及び脂質
類似物質の双方または一方と電位感受性イオンチャンネ
ルとバクテリオロドプシンとを吸着させて成る光応答興
奮性人工膜を製造するに当たり、 少なくとも、支持体への脂質及び脂質類似物質の双方ま
たは一方とバクテリオロドプシンとの吸着を、ラングミ
ュアーブロジェット法により行うことを特徴とする光応
答興奮性人工膜の製造方法。 - 【請求項４】 微小孔を有する支持体に、脂質及び脂質
類似物質の双方または一方と電位感受性イオンチャンネ
ルとバクテリオロドプシンとを吸着させて成る光応答興
奮性人工膜を製造するに当たり、 支持体への脂質及び脂質類似物質の双方または一方と電
位感受性イオンチャンネルとバクテリオロドプシンとの
吸着は前記支持体に、脂質及び脂質類似物質の双方また
は一方を吸着させ、該支持体に電位感受性イオンチャン
ネルとバクテリオロドプシンとを含むリポソームを膜融
合させることにより行うことを特徴とするの光応答興奮
性人工膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20837991A JP3194995B2 (ja) | 1991-08-21 | 1991-08-21 | 光応答興奮性人工膜及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20837991A JP3194995B2 (ja) | 1991-08-21 | 1991-08-21 | 光応答興奮性人工膜及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0548176A JPH0548176A (ja) | 1993-02-26 |
| JP3194995B2 true JP3194995B2 (ja) | 2001-08-06 |
Family
ID=16555303
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20837991A Expired - Fee Related JP3194995B2 (ja) | 1991-08-21 | 1991-08-21 | 光応答興奮性人工膜及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3194995B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101939320B1 (ko) * | 2017-03-13 | 2019-04-10 | 주식회사 에스디코리아 | 제과류 포장용기 |
| KR102591615B1 (ko) * | 2022-02-24 | 2023-10-20 | (주)포디크리에이터 | 계영배 기능을 갖는 다기능 용기 |
-
1991
- 1991-08-21 JP JP20837991A patent/JP3194995B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101939320B1 (ko) * | 2017-03-13 | 2019-04-10 | 주식회사 에스디코리아 | 제과류 포장용기 |
| KR102591615B1 (ko) * | 2022-02-24 | 2023-10-20 | (주)포디크리에이터 | 계영배 기능을 갖는 다기능 용기 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0548176A (ja) | 1993-02-26 |
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