JP4095601B2 - Lipid bilayer film forming apparatus and lipid bilayer film forming method - Google Patents
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Description
本発明は、脂質二分子膜形成装置及び脂質二分子膜形成方法に関する。 The present invention relates to a lipid bilayer film forming apparatus and a lipid bilayer film forming method.
従来の脂質二分子膜形成方法では、有機溶剤に溶解した脂質液を水中で貫通孔に刷毛等を用いて塗布し、自然に脂質二分子膜が形成されることを待つ方法（黒膜法）や、水面に脂質単分子膜を形成させ、脂質が展開する面積を制限することで単分子膜を適度な密度に保ち、その状態で単分子膜上から水中に貫通孔を有する板を浸すことで脂質二分子膜を得る方法（ＬＢ膜法）が知られている。いずれの方法も操作には熟練が必要であり、工業的な利用は困難な状態であった。 In the conventional lipid bilayer formation method, a lipid solution dissolved in an organic solvent is applied to the through-holes in water using a brush or the like, and waits for a lipid bilayer to form naturally (black membrane method). Or, by forming a lipid monolayer on the water surface and limiting the area where the lipid expands, keep the monolayer at an appropriate density, and immerse a plate with through-holes in the water from the monolayer in that state. A method for obtaining a lipid bilayer membrane (LB membrane method) is known. Both methods require skill and are difficult to use industrially.
一方、脂質膜を利用したセンサとして、水溶液中において脂質液吐出用ノズルによって脂質膜を作製し、自動的に脂質二分子膜を形成させる脂質二分子膜形成装置が開示されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。この装置では、形成した脂質二分子膜をセンサプローブとして用い、サンプル液中の溶解物を電気化学的手法により検出する。一般に、このような装置は、複数の水槽を持ち、その水槽隔壁の一部に毒物が作用できる脂質二分子膜を形成し、水槽隔壁を挟む基準液及びサンプル液の電位差を電極によって測定することによって毒物を検出する仕組みとなっている。
上述した脂質二分子膜形成方法は、技術的には黒膜法に近いものであり、形成される初期の脂質膜は、溶剤を含む厚い脂質膜である。そして、脂質膜の自然薄化により、脂質膜から脂質多層膜（虹状の模様を有する膜）を経て脂質二分子膜（黒膜）が形成されるが、脂質を溶解する溶媒の拡散によって膜の薄化は進行するため、脂質二分子膜へ転化するまで長時間を費やさなければならない。 The lipid bilayer membrane formation method described above is technically close to the black membrane method, and the initial lipid membrane formed is a thick lipid membrane containing a solvent. Then, due to the natural thinning of the lipid membrane, a lipid bilayer membrane (black membrane) is formed from the lipid membrane through a lipid multilayer membrane (a membrane having a rainbow-like pattern), but the membrane is formed by diffusion of a solvent that dissolves the lipid. Since the thinning proceeds, it takes a long time to convert to a lipid bilayer.
即ち、従来文献などに開示されている脂質二分子膜形成方法は、従来の黒膜法において手作業で行っていた脂質液の貫通孔への塗布を機械的に自動化したもので、作業の再現性の向上としては大きな効果があったが、最終的に脂質二分子膜を得るまでに依然として長い時間を要する。 In other words, the lipid bilayer formation method disclosed in the conventional literature and the like is a mechanically automated application of the lipid liquid to the through-hole, which has been performed manually in the conventional black membrane method. Although there was a great effect in improving the property, it still takes a long time to finally obtain a lipid bilayer.
そこで、本発明は、上記の課題に鑑み、安定した脂質二分子膜を迅速に生成する脂質二分子膜形成装置及び脂質二分子膜形成方法を提供することを目的とする。 Then, in view of said subject, this invention aims at providing the lipid bilayer membrane formation apparatus and lipid bilayer membrane formation method which produce | generate rapidly the stable lipid bilayer membrane.
上記目的を達成するため、本発明の第１の特徴は、脂質膜から脂質二分子膜を形成する脂質二分子膜形成装置であって、第１の水溶液を収容する第１の水溶液収容部と、第２の水溶液を収容する第２の水溶液収容部と、第１の水溶液収容部と第２の水溶液収容部との間に位置し、貫通孔を有する隔壁と、脂質液を貫通孔に塗布する機構と、貫通孔に形成された脂質膜に物理的な刺激を与える機構とを備え、物理的な刺激を与えるステップが、第１の水溶液と第２の水溶液との間に圧力差を与えることを特徴とする脂質二分子膜形成装置であることを要旨とする。 In order to achieve the above object, a first feature of the present invention is a lipid bilayer membrane forming apparatus that forms a lipid bilayer membrane from a lipid membrane, comprising: a first aqueous solution containing unit that contains a first aqueous solution; , A second aqueous solution containing portion for containing the second aqueous solution, a partition wall between the first aqueous solution containing portion and the second aqueous solution containing portion, having a through hole, and applying a lipid solution to the through hole And a mechanism for applying physical stimulation to the lipid membrane formed in the through-hole, and the step of applying physical stimulation provides a pressure difference between the first aqueous solution and the second aqueous solution. The gist of the present invention is an apparatus for forming a lipid bilayer membrane.
又、本発明の第２の特徴は、脂質膜から脂質二分子膜を形成する脂質二分子膜形成方法であって、第１の水溶液を収容する第１の水溶液収容部と第２の水溶液を収容する第２の水溶液収容部との間に位置し、貫通孔を有する隔壁に脂質液を塗布するステップと、貫通孔に形成された脂質膜に物理的な刺激を与えるステップとを含み、物理的な刺激を与えるステップが、第１の水溶液と第２の水溶液との間に圧力差を与えることを特徴とする脂質二分子膜形成方法であることを要旨とする。 The second feature of the present invention is a lipid bilayer membrane forming method for forming a lipid bilayer membrane from a lipid membrane, wherein the first aqueous solution containing portion containing the first aqueous solution and the second aqueous solution are provided. located between the second aqueous solution storage portion for storing includes a step of applying a lipid solution to the partition wall having a through hole, and providing physical stimulation to a lipid film formed on the through hole, the physical The gist of the present invention is to provide a lipid bilayer membrane formation method characterized in that the step of applying a stimulus is a pressure difference between the first aqueous solution and the second aqueous solution .
本発明によると安定した脂質二分子膜を迅速に生成する脂質二分子膜形成装置及び脂質二分子膜形成方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the lipid bilayer membrane formation apparatus and lipid bilayer membrane formation method which produce | generate a stable lipid bilayer membrane rapidly can be provided.
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic and ratios of dimensions and the like are different from actual ones. Accordingly, specific dimensions and the like should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.
第１〜第３の実施の形態では、脂質液を塗布する機構により脂質膜を作製する際、脂質膜に物理的な刺激を与えることによって脂質膜の薄化を促進し、脂質膜から脂質二分子膜を迅速に形成する脂質二分子膜形成装置について説明する。 In the first to third embodiments, when a lipid membrane is produced by a mechanism for applying a lipid solution, thinning of the lipid membrane is promoted by applying a physical stimulus to the lipid membrane, and the lipid membrane is converted into a lipid membrane. A lipid bilayer membrane forming apparatus that rapidly forms a molecular membrane will be described.
＜第１の実施の形態＞
（脂質二分子膜形成装置）
第１の実施の形態では、サンプル液と基準液の圧力差を利用し、脂質膜に刺激を与え、脂質膜から脂質二分子膜への転化を促進する脂質二分子膜形成装置について説明する。
<First Embodiment>
(Liquid bilayer membrane forming device)
In the first embodiment, a lipid bilayer membrane forming apparatus that uses a pressure difference between a sample solution and a reference solution to stimulate a lipid membrane and promotes conversion from the lipid membrane to the lipid bilayer membrane will be described.
第１の実施の形態に係る脂質二分子膜形成装置は、図１に示すように、サンプル液（第１の水溶液）を収容するサンプル液収容部（第１の水溶液収容部）３と、基準液（第２の水溶液）を収容する基準液収容部（第２の水溶液収容部）４と、サンプル液収容部３と基準液収容部４との間に位置し、貫通孔を有する隔壁５と、脂質液を貫通孔に塗布する機構（例えば、脂質液吐出用ノズル２）と、サンプル液と基準液との電位差を測定し、サンプル液中の溶解物を検出する機構（例えば、電極６、電極７、計測装置８）と、サンプル液と基準液との間に圧力差を与える機構（例えば、ポンプ１０ａ、１０ｂ）とを備える。尚、図１における脂質膜１は、貫通孔に作製された当初は厚い脂質膜であるが、時間の経過と共に薄い脂質二分子膜へと転化する。 As shown in FIG. 1, the lipid bilayer membrane forming apparatus according to the first embodiment includes a sample liquid storage part (first aqueous solution storage part) 3 that stores a sample liquid (first aqueous solution), and a reference. A reference liquid storage part (second aqueous solution storage part) 4 for storing a liquid (second aqueous solution), and a partition wall 5 having a through-hole located between the sample liquid storage part 3 and the reference liquid storage part 4 , A mechanism for applying the lipid liquid to the through-hole (for example, the lipid liquid discharge nozzle 2), and a mechanism for measuring the potential difference between the sample liquid and the reference liquid and detecting a lysate in the sample liquid (for example, the electrode 6, The electrode 7 and the measuring device 8) and a mechanism (for example, pumps 10a and 10b) for providing a pressure difference between the sample liquid and the reference liquid are provided. In addition, although the lipid membrane 1 in FIG. 1 is a thick lipid membrane at the beginning produced in the through-hole, it will be converted into a thin lipid bilayer membrane with the passage of time.
サンプル液収容部３の内部には電極７が設置され、この電極７はサンプル液中に挿入されている。同様に、基準液収容部４の内部には電極６が設置され、この電極６は基準液中に挿入されている。計測装置８は、電極６及び電極７によって、脂質膜１によって隔てられたサンプル液と基準液との間の電位差（即ち、膜電位）を測定する。計測装置８は、例えば、エレクトロメータなどが用いられる。この計測装置８によって得られたデータは、記録計（図示せず）によって記録することができる。又、制御装置９は、計測装置８及び後述するポンプ１０ａ、１０ｂを制御する。尚、サンプル液としては、例えば地下水などが用いられ、検出する機構によって、地下水に含まれる毒物などの種類や量を検出する。 An electrode 7 is installed inside the sample liquid storage unit 3, and this electrode 7 is inserted into the sample liquid. Similarly, an electrode 6 is installed inside the reference liquid storage portion 4, and this electrode 6 is inserted into the reference liquid. The measuring device 8 measures the potential difference (that is, membrane potential) between the sample solution and the reference solution separated by the lipid membrane 1 by the electrode 6 and the electrode 7. For example, an electrometer is used as the measuring device 8. Data obtained by the measuring device 8 can be recorded by a recorder (not shown). The control device 9 controls the measuring device 8 and pumps 10a and 10b described later. As the sample liquid, for example, groundwater is used, and the type and amount of the poison contained in the groundwater are detected by a detection mechanism.
又、サンプル液収容部３には、サンプル液流通口（図示せず）が設けられ、サンプル液の注入及び排出を行う。第１の実施の形態に係る脂質二分子膜形成装置は、注入口と排出口とを分けて複数の流通口を設けることにより、注入及び排出が同時にかつ連続的に行われてもよい。同様に、基準液収容部４には、基準液流通口（図示せず）が設けられ、基準液の注入及び排出を行う。第１の実施の形態に係る脂質二分子膜形成装置は、注入口と排出口とを分けて複数の流通口を設けることにより、注入及び排出が同時にかつ連続的に行われてもよい。このように、脂質二分子膜にサンプル液を液流として連続的に接触させるとともにサンプル液と基準液との電位差を測定することにより、サンプル液中の溶解物を連続的に検出することができる。 In addition, the sample solution storage unit 3 is provided with a sample solution flow port (not shown) for injecting and discharging the sample solution. In the lipid bilayer membrane forming apparatus according to the first embodiment, injection and discharge may be performed simultaneously and continuously by dividing the injection port and the discharge port and providing a plurality of flow ports. Similarly, the reference liquid storage part 4 is provided with a reference liquid circulation port (not shown) for injecting and discharging the reference liquid. In the lipid bilayer membrane forming apparatus according to the first embodiment, injection and discharge may be performed simultaneously and continuously by dividing the injection port and the discharge port and providing a plurality of flow ports. As described above, the sample liquid can be continuously contacted with the lipid bilayer membrane as a liquid flow, and the potential difference between the sample liquid and the reference liquid can be measured to continuously detect the lysate in the sample liquid. .
隔壁５は、サンプル液収容部３と基準液収容部４の間に位置し、例えば、２５μｍ程度の厚さのテフロン（登録商標）（ポリ−テトラ−フルオロ−エチレン (-CF2-CF2-)n）からなる。隔壁５は、１つ以上の貫通孔を有し、この貫通孔には脂質膜１が作製される。尚、貫通孔は、直径２００〜１０００μｍの円形状であり、その深さは約２５μｍである。 The partition wall 5 is located between the sample solution storage unit 3 and the reference solution storage unit 4. For example, Teflon (registered trademark) (poly-tetra-fluoro-ethylene (—CF 2 —CF 2 —) having a thickness of about 25 μm is used. ) n ). The partition wall 5 has one or more through holes, and the lipid membrane 1 is formed in the through holes. The through hole has a circular shape with a diameter of 200 to 1000 μm and a depth of about 25 μm.
脂質液吐出用ノズル２は、インクジェット様の装置であり、ジェット水流などによって脂質液を隔壁５の貫通孔に吐出し、貫通孔にサンプル液と基準液との両者が接触する脂質膜１を作製する。図１では、脂質液吐出用ノズル２は、サンプル液収容部３内に設置されているが、基準液収容部４内に設置されてもよい。 The lipid liquid discharge nozzle 2 is an ink jet-like device that discharges a lipid liquid into the through-hole of the partition wall 5 by jet water flow or the like, and produces a lipid membrane 1 in which both the sample liquid and the reference liquid are in contact with the through-hole. To do. In FIG. 1, the lipid solution ejection nozzle 2 is installed in the sample solution storage unit 3, but may be installed in the reference solution storage unit 4.
ポンプ１０ａ、ポンプ１０ｂは、サンプル液収容部３あるいは基準液収容部４へ溶液を導入もしくは排出する。導入する溶液は、塩水など導電性の溶液であることが好ましいが、純水などの溶液でも構わない。図１では、ポンプ１０ａは基準液収容部４の壁面に設置され、ポンプ１０ｂはサンプル液収容部３の壁面に設置される。制御装置９は、ポンプ１０ａ、１０ｂが導入あるいは排出する溶液の流量、時間などを制御する。図１では、ポンプ１０ａが基準液収容部４へ溶液を導入、あるいは、ポンプ１０ｂがサンプル液収容部３から溶液を排出したことにより、サンプル液と基準液の高さに差異Ｈが生じている。例えば、サンプル液と基準液の水圧差は、５０〜８０Ｐａ程度であることが好ましい。このように、サンプル液と基準液との間に圧力差を与えると、脂質膜は圧力の少ない側（図１ではサンプル液収容部３側）に撓み、余分な脂質液を排出することができ、脂質二分子膜への転化を促進する。 The pump 10 a and the pump 10 b introduce or discharge the solution to the sample liquid storage unit 3 or the reference liquid storage unit 4. The solution to be introduced is preferably a conductive solution such as salt water, but may be a solution such as pure water. In FIG. 1, the pump 10 a is installed on the wall surface of the reference liquid storage unit 4, and the pump 10 b is installed on the wall surface of the sample liquid storage unit 3. The control device 9 controls the flow rate and time of the solution introduced or discharged by the pumps 10a and 10b. In FIG. 1, the pump 10a introduces the solution into the reference liquid storage unit 4, or the pump 10b discharges the solution from the sample liquid storage unit 3, thereby causing a difference H between the sample liquid and the reference liquid. . For example, the water pressure difference between the sample liquid and the reference liquid is preferably about 50 to 80 Pa. In this way, when a pressure difference is applied between the sample solution and the reference solution, the lipid membrane bends to the side where the pressure is low (in FIG. 1, the sample solution storage unit 3 side), and the excess lipid solution can be discharged. Promotes conversion to lipid bilayers.
尚、ポンプ１０ａとして、従来の基準液の導入及び排出を行う基準液用ポンプを流用しても構わない。同様に、ポンプ１０ｂとして、従来のサンプル液の導入及び排出を行うサンプル液用ポンプを流用しても構わない。 As the pump 10a, a conventional reference liquid pump for introducing and discharging a reference liquid may be used. Similarly, a conventional sample liquid pump for introducing and discharging the sample liquid may be used as the pump 10b.
又、第１の実施の形態に係る脂質二分子膜形成装置は、図２に示すように、脂質液を貫通孔に塗布する機構として、脂質塗布用筆１４を用いても構わない。脂質塗布用筆１４は、刷毛部分に付着した脂質液１５を直接貫通孔に塗布することにより、脂質膜１を作製する。 Further, as shown in FIG. 2, the lipid bilayer membrane forming apparatus according to the first embodiment may use a lipid coating brush 14 as a mechanism for applying a lipid solution to a through-hole. The lipid application brush 14 produces the lipid membrane 1 by applying the lipid solution 15 attached to the brush portion directly to the through-hole.
更に、第１の実施の形態に係る脂質二分子膜形成装置のサンプル液収容部３と基準液収容部４は、図３に示すように、同形状でなくても構わない。図３では、基準液収容部４を小型化し、サンプル液収容部３の中に基準液収容部４を配置している。 Furthermore, the sample liquid storage unit 3 and the reference liquid storage unit 4 of the lipid bilayer membrane forming apparatus according to the first embodiment may not have the same shape as shown in FIG. In FIG. 3, the reference liquid storage unit 4 is downsized and the reference liquid storage unit 4 is arranged in the sample liquid storage unit 3.
又、脂質二分子膜は、サンプル液中の溶解物質の作用によって生じる脂質二分子膜の何らかの変化（例えば、膜電位、電気容量、イオン透過性、発光、発熱、吸熱などの変化）を利用して、サンプル液中の溶解物質の有無及びその濃度を検出するセンサプローブとして作用する。このような脂質二分子膜としては、実質的に脂質のみから構成される脂質二分子膜や、各種の蛋白質や糖などの分子を付着あるいは配合した脂質二分子膜等が挙げられる。脂質や蛋白質、糖の種類や量並びに脂質二分子膜の形成方法などを適宜選択することにより、測定目的あるいはサンプル液等の具体的内容に応じた各種のセンサを製造することができる。 In addition, lipid bilayer membranes utilize some kind of changes in lipid bilayer membranes caused by the action of dissolved substances in the sample solution (for example, changes in membrane potential, electric capacity, ion permeability, luminescence, heat generation, endotherm, etc.). Thus, it acts as a sensor probe that detects the presence and concentration of dissolved substances in the sample liquid. Examples of such lipid bilayer membranes include lipid bilayer membranes substantially composed only of lipids, lipid bilayer membranes to which molecules such as various proteins and sugars are attached or blended. By appropriately selecting the type and amount of lipid, protein, and sugar, and the method of forming the lipid bilayer, various sensors can be manufactured according to the specific purpose of the measurement purpose or sample liquid.
第１の実施の形態に係る脂質二分子膜形成装置において好適な脂質としては、例えば、モノオレイン、ジオレイン等の合成脂質や、ホスファチジルコリンやホスファチジルイノシトール等、天然由来の脂質が挙げられる。 Examples of lipids suitable for the lipid bilayer membrane forming apparatus according to the first embodiment include synthetic lipids such as monoolein and diolein, and naturally derived lipids such as phosphatidylcholine and phosphatidylinositol.
（脂質二分子膜形成方法）
次に、第１の実施の形態に係る脂質二分子膜形成方法について、図４及び図５を用いて説明する。
(Method of forming lipid bilayer)
Next, the lipid bilayer membrane forming method according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
まず、図４のステップＳ１０１において、脂質液吐出用ノズル２や脂質塗布用筆１４を用いて、脂質液を貫通孔に塗布する。 First, in step S101 in FIG. 4, the lipid liquid is applied to the through-hole using the lipid liquid discharge nozzle 2 or the lipid application brush 14.
次に、ステップＳ１０２において、貫通孔に脂質膜が作製される。計測装置８は、電極６、７の電位変化測定から脂質膜１が作製されたことを認識する。そして、計測装置８は、脂質膜１が作製されたことを制御装置９へ通知する。 Next, in step S102, a lipid membrane is formed in the through hole. The measuring device 8 recognizes that the lipid membrane 1 has been produced from the potential change measurement of the electrodes 6 and 7. Then, the measurement device 8 notifies the control device 9 that the lipid membrane 1 has been produced.
次に、ステップＳ１０３において、計測装置８から信号を受けた制御装置９は、ポンプ１０ａ、１０ｂを駆動し、サンプル液と基準液との液面の高さに際を生じさせることにより、サンプル液と基準液とに圧力差を与える。 Next, in step S103, the control device 9 that has received a signal from the measuring device 8 drives the pumps 10a and 10b to cause a difference in the liquid level between the sample liquid and the reference liquid. A pressure difference is given to the reference liquid.
すると、ステップＳ１０４において、脂質膜の薄化が促進され、ステップＳ１０５において、脂質二分子膜が形成される。 Then, in step S104, thinning of the lipid membrane is promoted, and in step S105, a lipid bilayer membrane is formed.
又、サンプル液と基準液の圧力差を生じさせるタイミングは、図５に示すように、脂質膜１を作製する前でもよい。 Further, the timing for generating the pressure difference between the sample solution and the reference solution may be before the lipid membrane 1 is produced as shown in FIG.
即ち、まず、図５のステップＳ２０１において、制御装置９は、ポンプ１０ａ、１０ｂを駆動し、サンプル液と基準液とに圧力差を生じさせる。 That is, first, in step S201 in FIG. 5, the control device 9 drives the pumps 10a and 10b to generate a pressure difference between the sample liquid and the reference liquid.
次に、ステップＳ２０２において、脂質液吐出用ノズル２や脂質塗布用筆１４を用いて、脂質液を貫通孔に塗布する。 Next, in step S202, the lipid solution is applied to the through-hole using the lipid solution discharge nozzle 2 or the lipid application brush 14.
次に、ステップＳ２０３において、貫通孔に脂質膜が作製される。 Next, in step S203, a lipid membrane is produced in the through hole.
そして、ステップＳ２０４において、脂質膜の薄化が促進され、ステップＳ２０５において、脂質二分子膜が形成される。 In step S204, thinning of the lipid membrane is promoted, and in step S205, a lipid bilayer membrane is formed.
図４及び図５のどちらのタイミングにおいても、脂質膜から脂質二分子膜を迅速に形成することができる。 At either timing of FIG. 4 and FIG. 5, a lipid bilayer can be rapidly formed from the lipid membrane.
尚、図４のステップＳ１０２における脂質膜１の作製は、光学的な膜の観察によっても確認することができる。 The production of the lipid membrane 1 in step S102 of FIG. 4 can also be confirmed by observing an optical membrane.
（作用及び効果）
第１の実施の形態に係る脂質二分子膜形成装置及び脂質二分子膜形成方法によると、サンプル液と基準液との間に圧力差を与え、脂質膜１を圧力の小さい液側に撓ませることができる。このため、余分な脂質液を排出することができ、脂質膜から脂質二分子膜への転化を促進することができる。即ち、安定した脂質二分子膜を迅速に形成することができる。
(Function and effect)
According to the lipid bilayer membrane forming apparatus and the lipid bilayer membrane forming method according to the first embodiment, a pressure difference is given between the sample solution and the reference solution, and the lipid membrane 1 is bent toward the liquid side having a low pressure. be able to. For this reason, excess lipid liquid can be discharged | emitted and the conversion from a lipid membrane to a lipid bilayer can be accelerated | stimulated. That is, a stable lipid bilayer can be rapidly formed.
又、従来、脂質膜から脂質二分子膜への転化には、数十分から数時間程度を要したが、第１の実施の形態に係る脂質二分子膜形成装置によると、数秒から数分で、脂質膜を脂質多層膜を経て脂質二分子膜へ転化させることができる。 Conventionally, the conversion from a lipid membrane to a lipid bilayer membrane requires several tens of minutes to several hours. However, according to the lipid bilayer membrane forming apparatus according to the first embodiment, several seconds to several minutes are required. Thus, the lipid membrane can be converted to the lipid bilayer through the lipid multilayer membrane.
又、第１の実施の形態に係る脂質二分子膜形成装置によると、圧力差を与える機構として、サンプル液収容部３あるいは基準液収容部４へ溶液を導入もしくは排出するポンプを用いることができる。このように、サンプル液あるいは基準液の量を変化させることにより、容易に両者に圧力差を与えることができ、脂質二分子膜を迅速に形成することができる。 In addition, according to the lipid bilayer membrane forming apparatus according to the first embodiment, a pump that introduces or discharges the solution to or from the sample solution storage unit 3 or the reference solution storage unit 4 can be used as a mechanism for giving a pressure difference. . Thus, by changing the amount of the sample solution or the reference solution, a pressure difference can be easily given to both, and a lipid bilayer membrane can be formed quickly.
又、圧力差を与えるポンプ１０ａ、１０ｂとして、従来の基準液の導入及び排出を行う基準液用ポンプ、及び、従来のサンプル液の導入及び排出を行うサンプル液用ポンプを使用すると、新たなポンプを設置することなく、既存の装置でサンプル液と基準液に圧力差を与えることができる。 Further, as the pumps 10a and 10b for giving a pressure difference, a new pump is obtained by using a conventional reference liquid pump for introducing and discharging a reference liquid and a conventional sample liquid pump for introducing and discharging a sample liquid. It is possible to give a pressure difference between the sample liquid and the reference liquid with an existing apparatus without installing the sensor.
＜第２の実施の形態＞
（脂質二分子膜形成装置）
第２の実施の形態では、脂質膜に物理的な振動を与えることにより、脂質膜に刺激を与え、脂質膜から脂質二分子膜への薄化を促進する脂質二分子膜形成装置について説明する。
<Second Embodiment>
(Liquid bilayer membrane forming device)
In the second embodiment, a lipid bilayer membrane forming apparatus that stimulates the lipid membrane by applying physical vibration to the lipid membrane and promotes thinning from the lipid membrane to the lipid bilayer membrane will be described. .
第２の実施の形態に係る脂質二分子膜形成装置は、図６に示すように、サンプル液（第１の水溶液）を収容するサンプル液収容部（第１の水溶液収容部）３と、基準液（第２の水溶液）を収容する基準液収容部（第２の水溶液収容部）４と、サンプル液収容部３と基準液収容部４との間に位置し、貫通孔を有する隔壁５と、脂質液を貫通孔に塗布する機構（例えば、脂質液吐出用ノズル２）と、サンプル液と基準液との電位差を測定し、サンプル液中の溶解物を検出する機構（例えば、電極６、電極７、計測装置８）と、脂質膜に振動を与える機構（例えば、打撃素子１１、駆動装置１２）とを備える。尚、図６における脂質膜１は、貫通孔に作製された当初は厚い脂質膜であるが、時間の経過と共に薄い脂質二分子膜へと転化する。 As shown in FIG. 6, the apparatus for forming a lipid bilayer membrane according to the second embodiment includes a sample liquid storage part (first aqueous solution storage part) 3 that stores a sample liquid (first aqueous solution), and a reference. A reference liquid storage part (second aqueous solution storage part) 4 for storing a liquid (second aqueous solution), and a partition wall 5 having a through-hole located between the sample liquid storage part 3 and the reference liquid storage part 4 , A mechanism for applying the lipid liquid to the through-hole (for example, the lipid liquid discharge nozzle 2), and a mechanism for measuring the potential difference between the sample liquid and the reference liquid and detecting a lysate in the sample liquid (for example, the electrode 6, The electrode 7 and the measuring device 8) and a mechanism (for example, the striking element 11 and the driving device 12) that applies vibration to the lipid membrane are provided. In addition, although the lipid membrane 1 in FIG. 6 is a thick lipid membrane initially produced in the through-hole, it will convert into a thin lipid bilayer membrane with progress of time.
サンプル液収容部３、基準液収容部４、隔壁５、脂質液吐出用ノズル２、電極６、７、計測装置８や脂質二分子膜の種類については、第１の実施の形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。 The types of the sample liquid storage unit 3, the reference liquid storage unit 4, the partition wall 5, the lipid liquid discharge nozzle 2, the electrodes 6 and 7, the measuring device 8, and the lipid bilayer are the same as in the first embodiment. Therefore, explanation is omitted here.
制御装置９は、計測装置８及び後述する駆動装置１２を制御する。 The control device 9 controls the measuring device 8 and a driving device 12 described later.
打撃素子１１は、脂質膜１に振動を与え、駆動装置１２は、打撃素子１１の動作を制御する。打撃素子１１は、図６では、基準液収容部４に対して振動を与え、その振動は、隔壁５に対して垂直方向に与えられる。このとき、基準液収容部４に与えた振動エネルギーは、隔壁５を経て脂質膜１に伝わり、脂質膜１を振動させる。尚、打撃素子１１が振動を与える箇所は、基準液収容部４に限らず、サンプル液収容部３やその他の周辺装置でもよく、最終的に脂質膜１に振動が伝わればよい。 The striking element 11 applies vibration to the lipid membrane 1, and the driving device 12 controls the operation of the striking element 11. In FIG. 6, the striking element 11 gives a vibration to the reference liquid storage portion 4, and the vibration is given to the partition wall 5 in the vertical direction. At this time, the vibration energy applied to the reference liquid container 4 is transmitted to the lipid membrane 1 through the partition wall 5 to vibrate the lipid membrane 1. The location where the striking element 11 gives vibration is not limited to the reference liquid storage unit 4, but may be the sample liquid storage unit 3 or other peripheral devices, and it is sufficient that the vibration is finally transmitted to the lipid membrane 1.
打撃素子１１の振動強度は、具体的には、基準液収容部４、サンプル液収容部３やその他の周辺装置を叩くたびに、脂質膜１に振動を伝え、余分な脂質液を貫通孔から排出できる程度の強さであればよい。換言すれば、振動強度は、貫通孔の径、脂質と溶媒との混合比、脂質と溶媒の種類、脂質二分子膜形成装置の大きさなどに依存して調整可能であり、実験系により脂質液を貫通孔から飛ばすことができれば、特に限定されるものではない。 Specifically, the vibration intensity of the striking element 11 is transmitted to the lipid membrane 1 each time the reference liquid storage unit 4, the sample liquid storage unit 3 and other peripheral devices are struck, and excess lipid liquid is transferred from the through hole. It should be strong enough to be discharged. In other words, the vibration intensity can be adjusted depending on the diameter of the through-hole, the mixing ratio of lipid and solvent, the type of lipid and solvent, the size of the lipid bilayer membrane formation device, etc. There is no particular limitation as long as the liquid can be ejected from the through hole.
振動の方向としては、貫通孔から余分な脂質液を飛ばすことができれば、特に限定されるものではないが、第２の実施の形態においては、隔壁５に対して、垂直あるいは水平方向から振動を与えることが好ましい。 The direction of vibration is not particularly limited as long as excess lipid liquid can be ejected from the through-hole, but in the second embodiment, vibration is applied to the partition wall 5 from the vertical or horizontal direction. It is preferable to give.
又、打撃素子１１としては、具体的には、バネ駆動の小型ハンマーなどがあげられ、その他の振動機構としては、偏心重り付きモータやピエゾ素子による振動、スピーカを用いた音波による振動、あるいは超音波による振動を用いてもよい。その他、振動強度、振動間隔、振動時間などが制御可能な装置であれば、第２の実施の形態に係る脂質二分子膜形成装置に、振動機構として適用可能である。これらの装置をサンプル液収容部３などの外壁に取り付け、振動を与えることで、脂質二分子膜の形成を促進する。 Specific examples of the striking element 11 include a spring-driven small hammer, and other vibration mechanisms include vibration by a motor with an eccentric weight or a piezoelectric element, vibration by a sound wave using a speaker, or super vibration. You may use the vibration by a sound wave. In addition, any apparatus capable of controlling vibration intensity, vibration interval, vibration time, and the like can be applied as a vibration mechanism to the lipid bilayer membrane forming apparatus according to the second embodiment. These devices are attached to the outer wall of the sample liquid storage unit 3 and the like, and the formation of a lipid bilayer is promoted by applying vibration.
又、第２の実施の形態に係る脂質二分子膜形成装置は、図７に示すように、脂質液を貫通孔に塗布する機構として、脂質塗布用筆１４を用いても構わない。脂質塗布用筆１４は、刷毛部分に付着した脂質液１５を直接貫通孔に塗布することにより、脂質膜１を作製する。 Further, as shown in FIG. 7, the lipid bilayer membrane forming apparatus according to the second embodiment may use a lipid coating brush 14 as a mechanism for applying a lipid solution to the through-hole. The lipid application brush 14 produces the lipid membrane 1 by applying the lipid solution 15 attached to the brush portion directly to the through-hole.
更に、第２の実施の形態に係る脂質二分子膜形成装置のサンプル液収容部３と基準液収容部４は、図８に示すように、同形状でなくても構わない。図８では、基準液収容部４を小型化し、サンプル液収容部３の中に基準液収容部４を配置している。 Furthermore, the sample liquid storage part 3 and the reference liquid storage part 4 of the lipid bilayer membrane forming apparatus according to the second embodiment may not have the same shape as shown in FIG. In FIG. 8, the reference liquid storage unit 4 is downsized, and the reference liquid storage unit 4 is arranged in the sample liquid storage unit 3.
（脂質二分子膜形成方法）
次に、第２の実施の形態に係る脂質二分子膜形成方法について、図９を用いて説明する。
(Method of forming lipid bilayer)
Next, a lipid bilayer membrane forming method according to the second embodiment will be described with reference to FIG.
まず、ステップＳ３０１において、脂質液吐出用ノズル２や脂質塗布用筆１４を用いて、脂質液を貫通孔に塗布する。 First, in step S301, the lipid solution is applied to the through-hole using the lipid solution discharge nozzle 2 or the lipid application brush 14.
次に、ステップＳ３０２において、貫通孔に脂質膜が作製される。計測装置８は、電極６、７の電位変化測定から脂質膜１が作製されたことを認識する。そして、計測装置８は、脂質膜１が作製されたことを制御装置９へ通知する。 Next, in step S302, a lipid membrane is formed in the through hole. The measuring device 8 recognizes that the lipid membrane 1 has been produced from the potential change measurement of the electrodes 6 and 7. Then, the measurement device 8 notifies the control device 9 that the lipid membrane 1 has been produced.
次に、計測装置８からの信号を受けた制御装置９は、駆動装置１２へ動作開始の信号を送信する。駆動装置１２は、ステップＳ３０３において、所定の振動強度、振動間隔、振動回数で、打撃素子１１に機械的振動を行わせる。例えば、サンプル液収容部３あるいは基準液収容部４に対して、０．１秒から１．０秒間隔で振動を与えるとよい。 Next, the control device 9 that has received the signal from the measuring device 8 transmits an operation start signal to the drive device 12. In step S303, the driving device 12 causes the striking element 11 to perform mechanical vibration at a predetermined vibration intensity, vibration interval, and number of vibrations. For example, the sample liquid storage unit 3 or the reference liquid storage unit 4 may be vibrated at intervals of 0.1 seconds to 1.0 seconds.
すると、ステップＳ３０４において、脂質膜の薄化が促進され、ステップＳ３０５において、脂質二分子膜が形成される。 Then, in step S304, thinning of the lipid membrane is promoted, and in step S305, a lipid bilayer membrane is formed.
その後、計測装置８から脂質二分子膜が形成された信号を受けた制御装置９は、駆動装置１２へ動作停止の信号を送信する。駆動装置１２は、制御装置９からの信号を受け、打撃素子１１の機械的振動を停止させる。 Thereafter, the control device 9 that has received the signal that the lipid bilayer is formed from the measuring device 8 transmits a signal for stopping the operation to the driving device 12. The driving device 12 receives a signal from the control device 9 and stops the mechanical vibration of the striking element 11.
尚、脂質膜１及び脂質二分子膜の形成は、光学的な膜の観察によっても確認することができる。 The formation of the lipid membrane 1 and the lipid bilayer membrane can also be confirmed by observation of an optical membrane.
又、図９では、脂質二分子膜が形成された後、動作を停止させると説明したが、脂質多層膜が形成された時点で、動作を停止させてもよい。この場合、振動を停止した後、脂質多層膜は脂質二分子膜へ自動的に転化し、脂質二分子膜が形成される。 In FIG. 9, the operation is stopped after the lipid bilayer is formed. However, the operation may be stopped when the lipid multilayer film is formed. In this case, after the vibration is stopped, the lipid multilayer film is automatically converted into a lipid bilayer film, and a lipid bilayer film is formed.
（作用及び効果）
第２の実施の形態に係る脂質二分子膜形成装置及び脂質二分子膜形成方法によると、脂質膜１を振動させることにより、余分な脂質液を排出することができ、脂質膜から脂質二分子膜への転化を促進することができる。即ち、安定した脂質二分子膜を迅速に形成することができる。
(Function and effect)
According to the lipid bilayer membrane forming apparatus and the lipid bilayer membrane formation method according to the second embodiment, the extra lipid liquid can be discharged by vibrating the lipid membrane 1, and the lipid bilayer can be discharged from the lipid membrane. Conversion to a membrane can be promoted. That is, a stable lipid bilayer can be rapidly formed.
又、従来、脂質膜から脂質二分子膜への転化には、数十分から数時間程度を要したが、第２の実施の形態に係る脂質二分子膜形成装置によると、数秒から数分で、脂質膜を脂質多層膜を経て脂質二分子膜へ転化させることができる。 Conventionally, conversion from a lipid membrane to a lipid bilayer membrane has required several tens of minutes to several hours. However, according to the lipid bilayer membrane forming apparatus according to the second embodiment, several seconds to several minutes are required. Thus, the lipid membrane can be converted to the lipid bilayer through the lipid multilayer membrane.
又、第２の実施の形態に係る脂質二分子膜形成装置及び脂質二分子膜形成方法によると、サンプル液収容部３あるいは基準液収容部４に対して振動を与えることにより、その振動エネルギーが隔壁を経て脂質膜１に伝わり、脂質膜１を振動させることができる。 In addition, according to the lipid bilayer membrane forming apparatus and the lipid bilayer membrane forming method according to the second embodiment, by giving vibration to the sample liquid storage unit 3 or the reference liquid storage unit 4, the vibration energy is reduced. It is transmitted to the lipid membrane 1 through the partition wall, and the lipid membrane 1 can be vibrated.
又、第２の実施の形態に係る脂質二分子膜形成装置及び脂質二分子膜形成方法によると、隔壁５に対して垂直あるいは水平方向に振動を与えることにより、効率良く振動エネルギーを脂質膜１へ伝えることができる。 In addition, according to the lipid bilayer membrane forming apparatus and the lipid bilayer membrane forming method according to the second embodiment, vibration energy is efficiently transferred to the lipid membrane 1 by applying vibration to the partition wall 5 in the vertical or horizontal direction. Can tell.
＜第３の実施の形態＞
（脂質二分子膜形成装置）
第３の実施の形態では、第２の実施の形態とは異なるやり方で、脂質膜に物理的な振動を与えることにより、脂質膜に刺激を与え、脂質膜から脂質二分子膜への薄化を促進する脂質二分子膜形成装置について説明する。
<Third Embodiment>
(Liquid bilayer membrane forming device)
In the third embodiment, the lipid membrane is stimulated by applying physical vibrations to the lipid membrane in a manner different from that of the second embodiment, and thinning from the lipid membrane to the lipid bilayer membrane is performed. An apparatus for forming a lipid bilayer that promotes the above will be described.
第３の実施の形態に係る脂質二分子膜形成装置は、図１０に示すように、サンプル液（第１の水溶液）を収容するサンプル液収容部（第１の水溶液収容部）３と、基準液（第２の水溶液）を収容する基準液収容部（第２の水溶液収容部）４と、サンプル液収容部３と基準液収容部４との間に位置し、貫通孔を有する隔壁５と、脂質液を貫通孔に塗布する機構（例えば、脂質液吐出用ノズル２）と、サンプル液と基準液との電位差を測定し、サンプル液中の溶解物を検出する機構（例えば、電極６、電極７、計測装置８）、サンプル液あるいは基準液に振動を与える機構（例えば、気体噴出装置１３）とを備える。尚、図１０における脂質膜１は、貫通孔に作製された当初は厚い脂質膜であるが、時間の経過と共に薄い脂質二分子膜へと転化する。 As shown in FIG. 10, the lipid bilayer membrane forming apparatus according to the third embodiment includes a sample liquid storage part (first aqueous solution storage part) 3 that stores a sample liquid (first aqueous solution), and a reference. A reference liquid storage part (second aqueous solution storage part) 4 for storing a liquid (second aqueous solution), and a partition wall 5 having a through-hole located between the sample liquid storage part 3 and the reference liquid storage part 4 , A mechanism for applying the lipid liquid to the through-hole (for example, the lipid liquid discharge nozzle 2), and a mechanism for measuring the potential difference between the sample liquid and the reference liquid and detecting a lysate in the sample liquid (for example, the electrode 6, The electrode 7, the measuring device 8), and a mechanism (for example, a gas ejection device 13) that vibrates the sample liquid or the reference liquid. In addition, although the lipid membrane 1 in FIG. 10 is a thick lipid membrane initially produced by the through-hole, it will convert into a thin lipid bilayer membrane with progress of time.
サンプル液収容部３、基準液収容部４、隔壁５、脂質液吐出用ノズル２、電極６、７、計測装置８や脂質二分子膜の種類については、第１の実施の形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。 The types of the sample liquid storage unit 3, the reference liquid storage unit 4, the partition wall 5, the lipid liquid discharge nozzle 2, the electrodes 6 and 7, the measuring device 8, and the lipid bilayer are the same as in the first embodiment. Therefore, explanation is omitted here.
制御装置９は、計測装置８及び気体噴出装置１３を制御する。 The control device 9 controls the measuring device 8 and the gas ejection device 13.
気体噴出装置１３は、サンプル液あるいは基準液の水面に対して気体を噴出し、振動を脂質膜１に振動を与える。気体噴出装置１３を用いて噴出気体の圧力、供給量、噴出時間、噴出間隔を自動的に制御する。気体噴出装置１３は、図１０では、基準液収容部４の液面に対して気体を噴出させる。基準液収容部４の液面に与えた振動エネルギーは、収容部４の基準液を経て脂質膜１に伝わり、脂質膜１を振動させる。尚、気体噴出装置１３を用いて、気体の噴出により、液面に振動を与える箇所は、基準液収容部４の液面に限らず、サンプル液収容部３の液面に与えてもよく、最終的に脂質膜１に振動が伝わればよい。 The gas ejection device 13 ejects gas to the water surface of the sample liquid or the reference liquid, and applies vibration to the lipid membrane 1. The gas ejection device 13 is used to automatically control the pressure, supply amount, ejection time, and ejection interval of the ejected gas. In FIG. 10, the gas ejection device 13 ejects gas to the liquid surface of the reference liquid storage unit 4. The vibration energy applied to the liquid surface of the reference liquid storage unit 4 is transmitted to the lipid membrane 1 through the reference liquid of the storage unit 4 and vibrates the lipid membrane 1. In addition, the location which gives a vibration to a liquid level by gas ejection using the gas ejection apparatus 13 may be given not only to the liquid level of the reference liquid storage part 4, but also to the liquid level of the sample liquid storage part 3. It is sufficient that vibration is finally transmitted to the lipid membrane 1.
又、気体を噴出する箇所はサンプル液と基準液の液面に限らず、気体噴出口をサンプル液もしくは基準液の中に挿入し、液中において発生させた気泡を用いて脂質膜１に振動を与えてもよい。 The location where gas is ejected is not limited to the liquid surface of the sample liquid and the reference liquid, and the gas ejection port is inserted into the sample liquid or the reference liquid, and the lipid membrane 1 is vibrated using bubbles generated in the liquid. May be given.
噴出気体の圧力、噴出量、噴出間隔や噴出回数は、具体的には、基準液収容部４、サンプル液収容部３の液面に気体を噴出するたびに、脂質膜１に振動を伝え、余分な脂質液を貫通孔から排出できる程度の条件であればよい。換言すれば、噴出気体の条件制御は、貫通孔の径、脂質と溶媒との混合比、脂質と溶媒の種類、脂質二分子膜形成装置の大きさなどに依存して調整可能であり、実験系により余分な脂質液を貫通孔から排除することができれば、特に限定されるのではない。 Specifically, the pressure of the jet gas, the jet quantity, the jet interval and the number of jets are transmitted to the lipid membrane 1 each time gas is jetted to the liquid surface of the reference liquid storage part 4 and the sample liquid storage part 3, It is sufficient if the condition is such that excess lipid liquid can be discharged from the through hole. In other words, the condition control of the jet gas can be adjusted depending on the diameter of the through-hole, the mixing ratio of the lipid and the solvent, the type of the lipid and the solvent, the size of the lipid bilayer membrane formation device, etc. There is no particular limitation as long as excess lipid solution can be removed from the through-hole by the system.
気体の噴出方向としては、貫通孔から余分な脂質液を排除することができれば、特に限定されるものではないが、第３の実施の形態においては、サンプル液及び基準液に対して、垂直あるいは斜め方向から気体を噴出させることが好ましい。 The gas ejection direction is not particularly limited as long as excess lipid liquid can be removed from the through-hole. In the third embodiment, the gas ejection direction is perpendicular to the sample liquid and the reference liquid. It is preferable to eject gas from an oblique direction.
又、気体としては、例えば、空気、窒素、二酸化炭素、アルゴンなどの気体を用いることができるが、水媒体を経て、脂質膜１に振動を伝わることができれば、特に限定されるものではない。 As the gas, for example, a gas such as air, nitrogen, carbon dioxide, and argon can be used. However, the gas is not particularly limited as long as vibration can be transmitted to the lipid membrane 1 through the aqueous medium.
又、第３の実施の形態に係る脂質二分子膜形成装置は、図１１に示すように、脂質液を貫通孔に塗布する機構として、脂質塗布用筆１４を用いても構わない。脂質塗布用筆１４は、刷毛部分に付着した脂質液１５を直接貫通孔に塗布することにより、脂質膜１を作製する。 Moreover, as shown in FIG. 11, the lipid bilayer membrane forming apparatus according to the third embodiment may use a lipid coating brush 14 as a mechanism for applying a lipid solution to a through hole. The lipid application brush 14 produces the lipid membrane 1 by applying the lipid solution 15 attached to the brush portion directly to the through-hole.
更に、第３の実施の形態に係る脂質二分子膜形成装置のサンプル液収容部３と基準液収容部４は、図１２に示すように、同形状でなくても構わない。図１２では、基準液収容部４を小型化し、サンプル液収容部３の中に基準液収容部４を配置している。 Furthermore, the sample liquid storage unit 3 and the reference liquid storage unit 4 of the lipid bilayer membrane forming apparatus according to the third embodiment may not have the same shape as shown in FIG. In FIG. 12, the reference liquid storage unit 4 is downsized and the reference liquid storage unit 4 is arranged in the sample liquid storage unit 3.
（脂質二分子膜形成方法）
次に、第３の実施の形態に係る脂質二分子膜形成方法について、図９を用いて説明する。
(Method of forming lipid bilayer)
Next, a lipid bilayer membrane forming method according to the third embodiment will be described with reference to FIG.
まず、ステップＳ３０１において、脂質液吐出用ノズル２や脂質塗布用筆１４を用いて、脂質液を貫通孔に塗布する。 First, in step S301, the lipid solution is applied to the through-hole using the lipid solution discharge nozzle 2 or the lipid application brush 14.
次に、ステップＳ３０２において、貫通孔に脂質膜が作製される。計測装置８は、電極６、７の電位変化測定から脂質膜１が作製されたことを認識する。そして、計測装置８は、脂質膜１が作製されたことを制御装置９へ通知する。 Next, in step S302, a lipid membrane is formed in the through hole. The measuring device 8 recognizes that the lipid membrane 1 has been produced from the potential change measurement of the electrodes 6 and 7. Then, the measurement device 8 notifies the control device 9 that the lipid membrane 1 has been produced.
次に、計測装置８からの信号を受けた制御装置９は、気体噴出装置１３へ動作開始の信号を送信する。そして、ステップＳ３０３において、気体噴出装置１３は、所定の気体圧力、噴出量、噴出時間、噴出間隔と噴出回数で、気体を噴出させる。例えば、サンプル液収容部３あるいは基準液収容部４の液面に対して、０．１秒から１．０秒間隔で気体を断続的に噴出させるとよい。 Next, the control device 9 that has received a signal from the measuring device 8 transmits an operation start signal to the gas ejection device 13. In step S303, the gas ejection device 13 ejects gas at a predetermined gas pressure, ejection amount, ejection time, ejection interval, and number of ejections. For example, the gas may be intermittently ejected from the sample liquid storage unit 3 or the reference liquid storage unit 4 at intervals of 0.1 to 1.0 seconds.
すると、ステップＳ３０４において、脂質膜の薄化が促進され、ステップＳ３０５において、脂質二分子膜が形成される。 Then, in step S304, thinning of the lipid membrane is promoted, and in step S305, a lipid bilayer membrane is formed.
その後、計測装置８から脂質二分子膜が形成されたことを示す信号を受けた制御装置９は、気体噴出装置１３へ動作停止の信号を送信する。気体噴出装置１３は、制御装置９からの信号を受け、気体の噴出を停止させる。 Thereafter, the control device 9 that has received a signal indicating that the lipid bilayer has been formed from the measuring device 8 transmits a signal to stop the operation to the gas ejection device 13. The gas ejection device 13 receives a signal from the control device 9 and stops the gas ejection.
尚、脂質膜１及び脂質二分子膜の形成は、光学的な膜の観察によっても確認することができる。 The formation of the lipid membrane 1 and the lipid bilayer membrane can also be confirmed by observation of an optical membrane.
又、図９では、脂質二分子膜が形成された後、動作を停止させると説明したが、脂質多層膜が形成された時点で、動作を停止させてもよい。この場合、気体の噴出を停止した後、脂質多層膜は脂質二分子膜へ自動的に転化し、脂質二分子膜が形成される。 In FIG. 9, the operation is stopped after the lipid bilayer is formed. However, the operation may be stopped when the lipid multilayer film is formed. In this case, after the gas ejection is stopped, the lipid multilayer membrane is automatically converted into a lipid bilayer membrane to form a lipid bilayer membrane.
（作用及び効果）
第３の実施の形態に係る脂質二分子膜形成装置及び脂質二分子膜形成方法によると、脂質膜１を振動させることにより、余分な脂質液を排出することができ、脂質膜から脂質二分子膜への転化を促進することができる。即ち、安定した脂質二分子膜を迅速に形成することができる。
(Function and effect)
According to the lipid bilayer membrane forming apparatus and the lipid bilayer membrane forming method according to the third embodiment, the lipid membrane 1 can be vibrated to discharge excess lipid liquid, and the lipid bilayer from the lipid membrane. Conversion to a membrane can be promoted. That is, a stable lipid bilayer can be rapidly formed.
又、従来、脂質膜から脂質二分子膜への転化には、数十分から数時間程度を要したが、第３の実施の形態に係る脂質二分子膜形成装置によると、数秒から数分で、脂質膜を脂質多層膜を経て脂質二分子膜へ転化させることができる。 Conventionally, the conversion from a lipid membrane to a lipid bilayer membrane requires several tens of minutes to several hours. However, according to the lipid bilayer membrane forming apparatus according to the third embodiment, a few seconds to several minutes are required. Thus, the lipid membrane can be converted to the lipid bilayer through the lipid multilayer membrane.
又、第３の実施の形態に係る脂質二分子膜形成装置及び脂質二分子膜形成方法によると、サンプル液あるいは基準液に対して振動を与えることにより、その振動エネルギーが隔壁５を経て脂質膜１に伝わり、脂質膜１を振動させることができる。 Moreover, according to the lipid bilayer membrane forming apparatus and the lipid bilayer membrane forming method according to the third embodiment, by applying vibration to the sample liquid or the reference liquid, the vibration energy passes through the partition wall 5 and the lipid membrane. 1, the lipid membrane 1 can be vibrated.
又、第３の実施の形態に係る脂質二分子膜形成装置及び脂質二分子膜形成方法によると、サンプル液あるいは基準液の液面に対して気体を噴出させ、液面を振動させることにより、その振動エネルギーが水媒体によって効率良く脂質膜１に伝わり、脂質膜１を振動させることができる。 Moreover, according to the lipid bilayer membrane forming apparatus and the lipid bilayer membrane forming method according to the third embodiment, by jetting gas to the liquid surface of the sample liquid or the reference liquid and vibrating the liquid surface, The vibration energy is efficiently transmitted to the lipid membrane 1 by the aqueous medium, and the lipid membrane 1 can be vibrated.
（その他の実施の形態）
本発明は上記の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施の形態及び運用技術が明らかとなろう。
(Other embodiments)
Although the present invention has been described according to the above-described embodiments, it should not be understood that the descriptions and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, embodiments, and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.
例えば、第１の実施の形態において、圧力差を与えるポンプ１０ａ、１０ｂをサンプル液収容部３、基準液収容部４にそれぞれ備えると説明したが、どちらか一方に備え、サンプル液あるいは基準液のどちらか一方の圧力を変化させることにより、圧力差を与えてもよい。 For example, in the first embodiment, it has been described that the pumps 10a and 10b that provide the pressure difference are provided in the sample liquid storage unit 3 and the reference liquid storage unit 4, respectively. You may give a pressure difference by changing the pressure of either one.
又、第１〜第３の実施の形態に係るサンプル測定装置は、それぞれの実施の形態で説明した要素を組み合わせて備えても構わない。例えば、脂質二分子膜形成装置は、ポンプ１０ａ、１０ｂと、打撃素子１１との双方を備えてもよい。これらの各要素は、サンプル液の種類や測定の実情に合わせて、適宜選択できるものである。 In addition, the sample measurement devices according to the first to third embodiments may include a combination of the elements described in the respective embodiments. For example, the lipid bilayer membrane forming device may include both the pumps 10 a and 10 b and the impact element 11. Each of these elements can be appropriately selected according to the type of sample liquid and the actual situation of measurement.
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。 As described above, the present invention naturally includes various embodiments not described herein. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from the above description.
以下に実施例を挙げて、本発明を更に詳しく説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the present invention is not limited to the following examples.
（実施例１）
本発明の第１の実施の形態に係る脂質二分子膜形成装置の効果を確かめるため、図３に示す脂質二分子膜形成装置を用い、脂質二分子膜の形成を行った。
Example 1
In order to confirm the effect of the lipid bilayer membrane forming apparatus according to the first embodiment of the present invention, a lipid bilayer membrane was formed using the lipid bilayer membrane shown in FIG.
具体的には、サンプル液と基準液の圧力差を５０Ｐａとした後、直径４００μｍの貫通孔に２μｌの脂質液を吐出した。そして、脂質膜の変化を観察した。 Specifically, after the pressure difference between the sample solution and the reference solution was 50 Pa, 2 μl of lipid solution was discharged into a through hole having a diameter of 400 μm. And the change of the lipid membrane was observed.
（結果）
結果を図１３に示す。図１３は、光学顕微鏡による写真であり、縦Ｌ１は、１ｍｍであり、横Ｌ２は、１．３ｍｍである。
(result)
The results are shown in FIG. FIG. 13 is a photograph taken with an optical microscope. The length L1 is 1 mm and the width L2 is 1.3 mm.
図１３（ａ）は、脂質液を吐出する前の状態であり、図１３（ｂ）は、脂質液を吐出してから５秒後、図１３（ｃ）は、脂質液を吐出してから１０秒後、図１３（ｄ）は、脂質液を吐出してから４０秒後の状態を示している。図１３（ｂ）では、中央に虹状の模様が観察されており、即ち、脂質多層膜が形成されている。図１３（ｃ）では、脂質二分子膜への転化が始まり、図１３（ｄ）において、脂質二分子膜が貫通孔全体に広がっていることが確認できた。 FIG. 13 (a) shows a state before the lipid solution is discharged, FIG. 13 (b) shows 5 seconds after the lipid solution is discharged, and FIG. 13 (c) shows a state after the lipid solution is discharged. After 10 seconds, FIG. 13 (d) shows a state 40 seconds after the lipid solution is discharged. In FIG. 13B, a rainbow-like pattern is observed in the center, that is, a lipid multilayer film is formed. In FIG. 13 (c), the conversion to a lipid bilayer began, and in FIG. 13 (d), it was confirmed that the lipid bilayer spreads over the entire through-hole.
従って、第１の実施の形態に係る脂質二分子膜形成装置によると、脂質液を吐出してから４０秒で、脂質二分子膜を形成することができることが分かった。 Therefore, it has been found that the lipid bilayer membrane forming apparatus according to the first embodiment can form a lipid bilayer membrane in 40 seconds after the lipid liquid is discharged.
（実施例２）
本発明の第２の実施の形態に係る脂質二分子膜形成装置の効果を確かめるため、図８に示す脂質二分子膜形成装置を用い、脂質二分子膜の形成を行った。
(Example 2)
In order to confirm the effect of the lipid bilayer membrane forming apparatus according to the second embodiment of the present invention, the lipid bilayer membrane was formed using the lipid bilayer membrane shown in FIG.
具体的には、直径４００μｍの貫通孔に２μｌの脂質液を吐出した後、バネによる打撃により、振動強度１．３×１０−３Ｎ・ｍ、振動間隔１秒、振動回数５回で、基準液収容部４の壁面を隔壁５に対して垂直方向に振動を与えた。尚、脂質二分子膜形成装置の外形は、４０ｍｍ×３０ｍｍ×５０ｍｍ程度である。そして、脂質膜の変化を観察した。 Specifically, after discharging 2 μl of lipid liquid into a 400 μm diameter through-hole, the reference liquid with a vibration strength of 1.3 × 10 −3 N · m, a vibration interval of 1 second, and a vibration frequency of 5 times by striking with a spring. The wall surface of the accommodating portion 4 was vibrated in a direction perpendicular to the partition wall 5. In addition, the external shape of the lipid bilayer membrane forming apparatus is about 40 mm × 30 mm × 50 mm. And the change of the lipid membrane was observed.
（結果）
結果を図１４に示す。図１４は、光学顕微鏡による写真であり、縦Ｌ３は、１ｍｍであり、横Ｌ４は、１．３ｍｍである。
(result)
The results are shown in FIG. FIG. 14 is a photograph taken with an optical microscope. The length L3 is 1 mm, and the width L4 is 1.3 mm.
図１４（ａ）は、脂質液を吐出する前の状態であり、図１４（ｂ）は、脂質液を吐出した直後、図１４（ｃ）は、脂質液を吐出してから３０秒後、図１４（ｄ）は、脂質液を吐出してから６０秒後の状態を示している。図１４（ｂ）は、厚い脂質膜が形成された状態であり、この状態から、振動を開始した。図１４（ｃ）では、中央に虹状の模様が観察され、即ち、脂質多層膜が形成されており、この状態で振動を停止した。そして、図１４（ｄ）において、脂質多層膜から脂質二分子膜への転化が始まった。そして、脂質液を吐出してから６５秒で、脂質二分子膜が貫通孔全体に広がった。 FIG. 14 (a) shows a state before discharging the lipid solution, FIG. 14 (b) shows a state immediately after discharging the lipid solution, and FIG. 14 (c) shows 30 seconds after discharging the lipid solution. FIG. 14D shows a state 60 seconds after the lipid liquid is discharged. FIG. 14B shows a state in which a thick lipid film is formed, and vibration was started from this state. In FIG.14 (c), the rainbow-like pattern was observed in the center, ie, the lipid multilayer film was formed, and the vibration was stopped in this state. And in FIG.14 (d), the conversion from a lipid multilayer film to a lipid bilayer began. And 65 seconds after discharging the lipid solution, the lipid bilayer membrane spread over the entire through-hole.
従って、第２の実施の形態に係る脂質二分子膜形成装置によると、脂質液を吐出してから６５秒で、脂質二分子膜を形成することができることが分かった。 Therefore, it has been found that the lipid bilayer membrane forming apparatus according to the second embodiment can form a lipid bilayer membrane in 65 seconds after the lipid liquid is discharged.
（実施例３）
本発明の第３の実施の形態に係る脂質二分子膜形成装置の効果を確かめるため、図１２に示す脂質二分子膜形成装置を用い、脂質二分子膜の形成を行った。
(Example 3)
In order to confirm the effect of the lipid bilayer membrane forming apparatus according to the third embodiment of the present invention, a lipid bilayer membrane was formed using the lipid bilayer membrane shown in FIG.
具体的には、直径２００μｍの貫通孔に２μｌの脂質液を吐出した後、気体噴出装置１３により、４〜１１Ｐａの空気を約２ｍｌずつ、１秒間隔、５回、基準液収容部４の液面に対して垂直方向に噴出させた。尚、基準液収容部４には、体積が約０．３ｍｌのものを用いた。そして、脂質膜の変化を観察した。 Specifically, after 2 μl of lipid liquid is discharged into a through-hole having a diameter of 200 μm, 4 to 11 Pa of air is about 2 ml at intervals of 1 second and 5 times by the gas ejection device 13. Ejected in a direction perpendicular to the surface. In addition, the reference | standard liquid storage part 4 used that the volume is about 0.3 ml. And the change of the lipid membrane was observed.
（結果）
結果を図１５に示す。図１５は、光学顕微鏡を通して、ビデオカメラにより撮影した写真である。
(result)
The results are shown in FIG. FIG. 15 is a photograph taken by a video camera through an optical microscope.
図１５（ａ）は、脂質液を吐出した直後の写真である。その状態の膜は厚い脂質膜でありそのまま３分間放置しても、脂質膜は薄化しなかった。図１５（ａ）の脂質膜の状態で、基準液収容部４の液面に上記の条件で空気を噴出させて５秒後、図１５（ｂ）に示されたように厚膜の中央に分子数層からなる虹色の膜が得られた。この状態で、空気の噴出を停止させた。図１５（ｂ）の虹色膜が得られた５秒後に、図１５（ｃ）に示すように虹色膜の下端から脂質二分子膜（黒膜）への転化が自動的に始まった。そして、更に３秒後に、図１５（ｄ）に示すように脂質二分子膜が虹色膜全体に広がった。 FIG. 15A is a photograph immediately after discharging the lipid solution. The membrane in that state was a thick lipid membrane, and the lipid membrane was not thinned even after being left for 3 minutes. In the state of the lipid membrane in FIG. 15 (a), 5 seconds after air was spouted onto the liquid surface of the reference liquid storage section 4 under the above conditions, as shown in FIG. 15 (b), at the center of the thick membrane. A rainbow-colored film consisting of a number of molecular layers was obtained. In this state, the ejection of air was stopped. Five seconds after the rainbow film of FIG. 15B was obtained, the conversion from the lower end of the rainbow film to the lipid bilayer (black film) automatically started as shown in FIG. 15C. Then, after another 3 seconds, the lipid bilayer spread over the entire iridescent membrane as shown in FIG.
従って、第３の実施の形態に係る脂質二分子膜形成装置によると、空気を噴出させてから約１４秒で、脂質二分子膜を形成することができることが分かった。 Therefore, it was found that the lipid bilayer membrane formation apparatus according to the third embodiment can form a lipid bilayer membrane in about 14 seconds after air is blown out.
１…脂質膜
２…脂質液吐出用ノズル
３…サンプル液収容部
４…基準液収容部
５…隔壁
６…電極
７…電極
８…計測装置
９…制御装置
１０ａ、１０ｂ…ポンプ
１１…打撃素子
１２…駆動装置
１３…気体噴出装置
１４…脂質塗布用筆
１５…脂質液
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Lipid membrane 2 ... Lipid liquid discharge nozzle 3 ... Sample liquid storage part 4 ... Reference | standard liquid storage part 5 ... Partition 6 ... Electrode 7 ... Electrode 8 ... Measuring device 9 ... Control apparatus 10a, 10b ... Pump 11 ... Impacting element 12 ... Drive device 13 ... Gas ejection device 14 ... Liquid coating brush 15 ... Lipid solution
Claims (14)
第１の水溶液を収容する第１の水溶液収容部と、
第２の水溶液を収容する第２の水溶液収容部と、
前記第１の水溶液収容部と前記第２の水溶液収容部との間に位置し、貫通孔を有する隔壁と、
脂質液を前記貫通孔に塗布する機構と、
前記貫通孔に形成された脂質膜に物理的な刺激を与える機構と
を備え、
前記物理的な刺激を与える機構が、前記第１の水溶液と前記第２の水溶液との間に圧力差を与える機構であることを特徴とする脂質二分子膜形成装置。 A lipid bilayer membrane forming apparatus for forming a lipid bilayer membrane from a lipid membrane,
A first aqueous solution container for containing a first aqueous solution;
A second aqueous solution container that contains the second aqueous solution;
A partition wall located between the first aqueous solution container and the second aqueous solution container and having a through hole;
A mechanism for applying a lipid solution to the through hole;
A mechanism for physically stimulating the lipid membrane formed in the through-hole,
The mechanism for giving a physical stimulus, lipid bilayer-forming apparatus according to claim mechanism der Rukoto providing a pressure difference between said second aqueous solution and the first aqueous solution.
第１の水溶液を収容する第１の水溶液収容部と、
第２の水溶液を収容する第２の水溶液収容部と、
前記第１の水溶液収容部と前記第２の水溶液収容部との間に位置し、貫通孔を有する隔壁と、
脂質液を前記貫通孔に塗布する機構と、
前記貫通孔に形成された脂質膜に振動を与える機構と
を備えることを特徴とする脂質二分子膜形成装置。 A lipid bilayer membrane forming apparatus for forming a lipid bilayer membrane from a lipid membrane,
A first aqueous solution container for containing a first aqueous solution;
A second aqueous solution container that contains the second aqueous solution;
A partition wall located between the first aqueous solution container and the second aqueous solution container and having a through hole;
A mechanism for applying a lipid solution to the through hole;
And a mechanism for applying vibration to the lipid membrane formed in the through-hole .
第１の水溶液を収容する第１の水溶液収容部と第２の水溶液を収容する第２の水溶液収容部との間に位置し、貫通孔を有する隔壁に脂質液を塗布するステップと、
前記貫通孔に形成された脂質膜に物理的な刺激を与えるステップと
を含み、
前記物理的な刺激を与えるステップが、前記第１の水溶液と前記第２の水溶液との間に圧力差を与えることを特徴とする脂質二分子膜形成方法。 A method of forming a lipid bilayer from a lipid membrane, comprising:
Applying a lipid solution to a partition wall having a through-hole located between a first aqueous solution containing portion containing a first aqueous solution and a second aqueous solution containing portion containing a second aqueous solution;
Applying a physical stimulus to the lipid membrane formed in the through-hole,
The method of forming a lipid bilayer membrane , wherein the step of applying physical stimulation provides a pressure difference between the first aqueous solution and the second aqueous solution .
第１の水溶液を収容する第１の水溶液収容部と第２の水溶液を収容する第２の水溶液収容部との間に位置し、貫通孔を有する隔壁に脂質液を塗布するステップと、
前記貫通孔に形成された脂質膜に振動を与えるステップと
を含むことを特徴とする脂質二分子膜形成方法。 A method of forming a lipid bilayer from a lipid membrane, comprising:
Applying a lipid solution to a partition wall having a through-hole located between a first aqueous solution containing portion containing a first aqueous solution and a second aqueous solution containing portion containing a second aqueous solution;
And providing vibration to the lipid film formed on the through-hole
A method for forming a lipid bilayer membrane, comprising:
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