JP4255323B2 - Sensor chip precursor, sensor chip and poison detection system - Google Patents

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JP4255323B2 JP2003199161A JP2003199161A JP4255323B2 JP 4255323 B2 JP4255323 B2 JP 4255323B2 JP 2003199161 A JP2003199161 A JP 2003199161A JP 2003199161 A JP2003199161 A JP 2003199161A JP 4255323 B2 JP4255323 B2 JP 4255323B2
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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、センサチップ前駆体、センサチップ及び毒物検出システムに係り、更に詳細には、試料中に存在する毒物の測定に用いるセンサチップ前駆体、センサチップ及び毒物検出システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
今日我々を取り巻く環境には、生体に有害である物質(広義の毒物)が多数存在している。例えば、水道水中のトリハロメタンや大気中のダイオキシンなどが念頭に浮かぶが、その他にも例数こそ少ないが、シアンやカドミウムと言ったいわゆる毒物による水道原水や地下水の汚染も時たま新聞誌上を賑わしている。
【0003】
こうした毒物は、例えば、浄水場での検査においては、水道原水を流し入れた水槽で魚を飼い、この魚の動きを画像解析して、異常行動を取った時に毒物の混入を検知するシステムを用いて検出されている。
また、硝化細菌を利用する毒物センサも知られている。これは、水道原水中に硝化細菌の餌であるアンモニアを一定量添加した後に、硝化細菌を電極表面に固定化した酸素センサと接触させ、硝化細菌の活性度を溶存酸素濃度の減少量から見積もり、活性度の低下により毒物混入を判定するものである(例えば、非特許文献1参照。)。
【0004】
【非特許文献1】
ISAJ NewsLetter No.9,1999「水道原水中の毒物検知用バイオセンサー」
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、これらの方法では、ほぼリアルタイムで毒物を検出できる反面、餌を与えるなどのメンテナンスが必要であり、更に毒物の種類や量を決定することが困難であるという問題点があった。また、検出装置やシステムが大掛かりになり、一般大衆の使用が困難であるという問題点もあった。
【0006】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、メンテナンスフリー(チップを使い捨てたり交換できる)で、且つ試料の毒性の種類や量を簡単に測定できるセンサチップ前駆体、センサチップ及び毒物検出システムを提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、基準液と被検出物との間隙に脂質膜を配設し、この脂質膜を介する膜電位等の変化を測定することにより、上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のセンサチップ前駆体について詳細に説明する。なお、本明細書において、「%」は特記しない限り質量百分率を示す。
【0009】
本発明のセンサチップ前駆体は、基板上に設けた脂質膜形成部に、基準液及び脂質膜形成成分を充填して成る。また、このセンサチップ前駆体をセンサチップとするときは、上記脂質膜形成成分を加熱処理し脂質膜を形成させる。
また、本発明の他のセンサチップ前駆体は、基板上に脂質膜形成部を設け、この脂質膜形成部に基準液及び脂質膜形成成分をこの順に充填後、乾燥又は冷却して成る。このセンサチップ前駆体をセンサチップとするには、当該前駆体を基準液に浸漬させればよい。
このような前駆体を作製することで、毒物測定時まで長期保存することができるとともに、対象とする被検出物の種類、濃度及び量などに応じて随時センサチップを容易に準備できるので有効である。
【0010】
ここで、上記基板は、例えば、ガラス、シリコン、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、シリコーンゴム、ポリプロピレン、ポリ四フッ化エチレン、絶縁体を被膜した金属(例えばポリテトラフルオロエチレン膜を有するニッケル板)などを素材として使用できる。
また、上記基板は脂質膜形成部を有する。即ち、基板上に開口を有する凹部(ウェル)が任意の数だけ設けられ、ここに充填された基準液表面とウェル内壁を介して脂質膜が形成される。
例えば、薄いシリコン基板をエッチング処理して多数の孔を開け、予め金電極を配設したガラスやシリコン基板と張り合わせることで脂質膜形成部を有する基板を形成できる。このようなシリコンテクノロジーを利用すると、センサチップの大量生産が容易になるので望ましい。
【0011】
更に、上記基板は単一材料から形成しても良いが、脂質膜形成部に水との接触角が60°以上である材料を用いるときは、脂質膜が形成され易くなるので好適である。かかる材料としては、例えばポリジメチルシロキサン(PDMS)などが挙げられる。
なお、脂質膜形成部の大きさは、形成する脂質膜や基準液の種類などにより異なるが、開口径を0.1〜100μm程度、深さを0.1〜100μm程度とすることができる。また、脂質膜形成部は、基板の片面に限定されず、両面に形成しても良い。
【0012】
更にまた、上記基準液としては、代表的には、食塩水、塩化カリウム水などを使用でき、これらに糖脂質などの毒物反応物質を含有することもできる。
更にまた、上記脂質膜形成成分は、基準液や脂質膜形成部の素材などにより適宜選択することができる。代表的には、モノオレイン、トリオレイン+コレステロール、フォスファチジルコリン及びフォスファチジルエタノールアミンなどが挙げられる。
【0013】
次に、本発明のセンサチップについて詳細に説明する。
かかるセンサチップは、上述のセンサチップ前駆体を用いて成り、複数の脂質膜形成部を有する。また、これら脂質膜形成部の各々は、基準液が充填され、その上に脂質膜が形成されて成る。脂質膜形成部毎に、基準液や脂質膜の構成材料を変更することができ、複数種の被検出物を1つのセンサチップで測定することことが可能となる。また、同種の構成材料から成る基準液を使用したり同種の脂質膜を複数設けることにより、特定の被検出物をより正確に測定できる。
また、上記センサチップが有する脂質膜は、脂質二分子膜であることが好適である。これより、生体に害を及ぼす種々の毒物を測定でき、またタンパク質や糖を配合することで擬似細胞膜としての毒物測定も可能となる。例えば、モノオレインなどの脂質二分子膜が採用できる。
【0014】
次に、本発明の毒物検出システムについて詳細に説明する。
かかる毒物検出システムは、上述のセンサチップを、被検出物を含む溶液中に配設して成る。また、このセンサチップは、複数種の脂質から成る脂質膜を有し、更に上記基準液に接する電極と上記溶液に接する電極とを有する。
ここで、本システムで検出され得る「毒物」とは、生体に害を及ぼす物質を意味し、例えばトリハロメタン、ダイオキシン、シアン及びカドミウムなどの環境汚染物質が該当する。また、この「毒物」を突き詰めると、生体「細胞」に害を及ぼす物質と言い換えることもできる。従って、上記毒物は、「細胞膜」に何らかの影響を与える、即ち、細胞膜に接着・吸着されたり、細胞膜内に取り込まれたりすることなどが考えられる。
【0015】
そこで、本発明の毒物検出システムでは、例えば、人工的に作製した擬似細胞膜(人工膜)を電極などの表面に装着することにより、擬似細胞膜への毒物の作用をリアルタイムで測定することが可能となる。即ち、毒物との反応により変化する脂質膜の物理情報(膜電位、電気容量、イオン透過量、発光量、発熱量・吸熱量など)を測定し、毒物反応前後の出力値の差から毒物の混入が判定できる。また、上記センサチップは複数配設することが好適である。このときは各センサチップの寿命等に応じて、随時使い捨てにしたり交換することができる。
【0016】
また、本発明の毒物検出システムでは、毒物の種類や量を以下のようにして決定する。
一般に細胞膜は、リン脂質を主成分とする脂質二分子膜に蛋白質や糖などの分子が取り込まれたり、表面に接着したりして構成されている。
これより、脂質膜又はそれに代わる高分子膜をベースに、毒物と作用する各種の蛋白質や糖などの分子を配合することにより、擬似細胞膜を人工的に作製できる。なお、毒物の種類によっては脂質膜のみで応答を示す場合もある。また、用いる脂質や蛋白質・糖などの種類や量、更には擬似細胞膜の作製方法などを適宜選択することにより、センサチップを各種の毒物に対応させることができる。そして、予め個々のセンサチップの毒物応答(毒物の種類と量に応じて出力値がどのように変化するか)を求めておき、これらの応答パターンを基に、実際の測定結果(複数のセンサチップからの出力値)から毒物の種類と量が決定できる。
【0017】
具体的には、センサチップなどを測定手段として設け、更にデータ収納手段及び解析手段を設けることができる。そして、上記データ収納手段には、溶液が毒物を含有する場合の、脂質膜を介する膜電位、電気容量、イオン透過量、発光量又は発熱量・吸熱量、及びこれらの任意の組み合わせに係る値の変化をデータベースとして収納させる。また、上記解析手段には、センサチップの各ウェル(電極)から得られたデータが、電話回線や無線LANなどを通じて送信され、上記データベースと照合させることで、被検出物の種類や量が特定される。
なお、測定手段に、フィルタなどの試料前処理部や参照電極を備える使い捨てセンサチップを使用するときは、試料間の汚染の問題を克服することができる。図3に、使い捨てセンサチップの使用例を示す。
【0018】
以上のように、本発明の毒物検出システムは、ほぼリアルタイムで応答が得られる他、構成物に生物や微生物を使用しないため、餌を与える等のメンテナンスは全く必要ない。また、定常状態からのズレを出力値として用いることにより、広範囲な環境条件でセンサチップを使用できる。更に、各センサチップからの出力値を無線で信号処理施設へ転送できるため、河川や海洋などでも自由に使用できる。更にまた、特に一般家庭などで使用するときは、安価で使い捨て可能且つ交換可能なセンサチップを用いるコンパクトな装置(システム)を提供できる。
なお、測定感度を考慮すると、センサチップが有する脂質膜としては、擬似細胞膜となり得る脂質二分子膜を採用するのがより好適である。一方、脂質二分子膜は、物理的振動や静電気などの外力に対して不安定であり、その寿命は精々数日間程度である。本発明では、脂質膜の寿命などに応じて、使用するセンサチップの数や大きさ、センサチップに設ける脂質膜の数を調整でき、更にセンサチップを使い捨て型として随時交換できるので、脂質膜の寿命により使用期間は限定されない。
【0019】
【実施例】
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【0020】
(実施例1)
<1> 鋳型の作製方法
(1)4cm×4cmに切ったシリコンウェハーを、純水中で2分間超音波洗浄した。次いで、アセトンで加熱しながら洗浄した。更に、HF:NH4F=1:6の溶液に、3分間シリコンウェハーを浸した。その後、流水で洗浄して、シリコンウェハー上の水を飛ばした。
(2)シリコンウェハー上にフォトレジスト(SU−8、MicroChem社製)を滴下し、スピンコーターを用いてSU−8の薄膜(30〜40μm)を形成した。
(3)ホットプレートを使い、30分間で90℃まで加熱し、更に30分間90℃のままに加熱保持した。
(4)シリコンウェハーにフォトマスクを合わせ、露光した。
(5)再度、ホットプレートを使い、30分間で90℃まで上がるように加熱し、更に30分間90℃のままで加熱保持した。
(6)SU−8 developerを使い、露光していない部分のSU−8を剥離した。
【0021】
<2> PDMS(ポリジメチルシロキサン)シートの作製方法
(1)PDMS溶液を、15分間脱気した。
(2)鋳型の上に、PDMSを1滴落とし、シートをのせた。これを両側からシリコンシート・金属板で挟み、クランプでしっかり固定した。
(3)(2)をオーブンに入れ、80℃で1時間半、加熱した。
(4)冷えないうちに、クランプを外して金属板・シートを剥がし、固まったPDMSシートを鋳型から剥がして、エタノール中で保存した。
【0022】
<3> PDMSシートの貼付
(1)スライドガラスを希塩酸で洗浄し、アセトンで洗浄した。
(2)エタノール中に保存してあるPDMSシートを取り出し、アセトンで洗浄した。
(3)(1)のスライドガラス上に、(2)のPDMSシートをのせて、乾燥させた。
(4)RIE装置(Reactive Ion Etching System)で、酸素プラズマ処理を30秒行い、脂質膜形成部を設けたセンサチップ基板を得た。
なお、鋳型の作製とPDMSシートの貼付作業は、すべてクリーンルーム内で行った。また、スライドガラスには、クロムと金を蒸着させてから、PDMSシートを貼付し、電極を作製した。図1に脂質膜チップのイメージ図、図2にその拡大写真を示す。
【0023】
<4> 脂質膜の形成
(1)まず、センサチップ基板の各ウェルに基準液として10mM食塩水を充填した(食塩水中に基板を浸漬させた)。このとき、各ウェルの底に金(Au)電極を形成し、裏面からリード線を接続した。
(2)次いで、5%モノオレイン(n−デカン溶液)を刷毛を用いて各ウェルの表面に重層し、室温で放置した。
(3)溶媒のデカンが蒸発するのを待って(1時間程度)、急激にセンサチップ基板全体を10℃以下に冷却した。
以上の操作より、センサチップ基板の各ウェルの表面がモノオレイン薄膜で被覆されたセンサチップ前駆体を得た。なお、この状態で冷蔵保存することで、センサチップを安定して供給できる。
【0024】
<評価測定>
図3に示すように、参照電極を備える試験槽を用意し、センサチップ前駆体をこの試験槽に設置した。その後、試験槽に試料液として10mM食塩水を低温状態で注入し、センサチップ前駆体を浸漬させた。次いで、食塩水を30℃以上に加熱した。これより、モノオレイン薄膜が溶解し、自然に二分子膜構造を形成してセンサチップとして機能するようになった。センサチップが備えるそれぞれ独立のリード線(絶縁体で被覆したもの)と参照電極とを外部に設置した電位差測定器に接続して、毒物検出システムを構成した。
上記システムを用いてウェル毎の膜電位応答を測定した結果、それぞれ15mV程度の膜電位が観測された。次いで、試験槽にシスジクロロエチレンを1ppmとなるように添加して再度測定した。この結果、それぞれ約10mVの膜電位上昇が認められた。
【0025】
なお、本発明の毒物検出システムにおいて、毒性物質の種類や濃度を詳細に解析するには、ウェル毎に異なった脂質膜を設け、それらの膜電位応答を比較することにより推測できる。また、同一の脂質膜を複数個のウェルに設けることにより、分析精度を向上させることが可能となる。更に、脂質膜が厚膜状態であっても、同様の測定方法により環境汚染物質を測定できる。また、試料液は基準液と同種の溶液であっても良いし、毒性物質の測定方法(定量分析又は定性分析)に応じて適宜電解質の濃度を変更しても良い。
【0026】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、基準液と被検出物との間隙に脂質膜を配設し、この脂質膜を介する膜電位等の変化を測定することとしたため、メンテナンスフリー(チップを使い捨てたり交換できる)で、且つ試料の毒性の種類や量を簡単に測定できるセンサチップ前駆体、センサチップ及び毒物検出システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】センサチップの一例を示す概略図である。
【図2】センサチップの他の例を示す拡大写真である。
【図3】使い捨てセンサチップを用いた毒物検出システムの一例を示す概略図である。
[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a sensor chip precursor, a sensor chip, and a toxic substance detection system, and more particularly, to a sensor chip precursor, a sensor chip, and a toxic substance detection system used for measuring a toxic substance present in a sample.
[0002]
[Prior art]
In today's environment, there are many substances (broadly toxic substances) that are harmful to living organisms. For example, trihalomethanes in tap water and dioxins in the atmosphere come to mind, but there are only a few other examples, but pollution of raw water and groundwater by so-called poisons such as cyan and cadmium is also frequently seen in newspapers. .
[0003]
For example, in the inspection at a water purification plant, these poisons are kept in a tank filled with raw water, and the system analyzes the movement of the fish and detects the contamination of the poison when taking abnormal behavior. Has been detected.
A poison sensor using nitrifying bacteria is also known. This is because, after adding a certain amount of ammonia, which is a bait for nitrifying bacteria, to the raw water, the nitrifying bacteria are brought into contact with an oxygen sensor immobilized on the electrode surface, and the activity of the nitrifying bacteria is estimated from the decrease in dissolved oxygen concentration. The poisoning contamination is determined based on the decrease in activity (see, for example, Non-Patent Document 1).
[0004]
[Non-Patent Document 1]
ISAJ NewsLetter No. 9, 1999 "Biosensor for detection of toxic substances in raw water"
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, these methods can detect poisons almost in real time, but require maintenance such as feeding, and have a problem that it is difficult to determine the type and amount of the poisons. In addition, there is a problem that the detection apparatus and system become large and it is difficult for the general public to use.
[0006]
The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and its object is to be maintenance-free (chips can be discarded or replaced) and to simplify the type and amount of sample toxicity. It is an object of the present invention to provide a sensor chip precursor, a sensor chip, and a toxic substance detection system that can be measured.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventor arranges a lipid membrane in the gap between the reference solution and the object to be detected, and measures changes in membrane potential and the like through this lipid membrane. The present inventors have found that the above problems can be solved and have completed the present invention.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the sensor chip precursor of the present invention will be described in detail. In the present specification, “%” indicates a mass percentage unless otherwise specified.
[0009]
The sensor chip precursor of the present invention is formed by filling a lipid film forming part provided on a substrate with a reference solution and a lipid film forming component. When this sensor chip precursor is used as a sensor chip, the lipid film forming component is heated to form a lipid film.
Another sensor chip precursor of the present invention is formed by providing a lipid film forming part on a substrate, filling the lipid film forming part with a reference solution and a lipid film forming component in this order, and then drying or cooling. In order to use this sensor chip precursor as a sensor chip, the precursor may be immersed in a reference solution.
Making such a precursor is effective because it can be stored for a long time until the time of toxic measurement, and a sensor chip can be easily prepared at any time according to the type, concentration, amount, etc. of the object to be detected. is there.
[0010]
Here, the substrate is, for example, glass, silicon, polyvinyl alcohol, polyvinyl chloride, polyethylene, silicone rubber, polypropylene, polytetrafluoroethylene, metal coated with an insulator (for example, a nickel plate having a polytetrafluoroethylene film) ) Etc. can be used as materials.
The substrate has a lipid film forming part. That is, an arbitrary number of recesses (wells) having openings are provided on the substrate, and a lipid membrane is formed through the reference liquid surface and well inner walls filled therein.
For example, a thin silicon substrate can be etched to form a large number of holes, and a substrate having a lipid film forming portion can be formed by bonding to a glass or silicon substrate on which a gold electrode has been previously arranged. Utilizing such silicon technology is desirable because it facilitates mass production of sensor chips.
[0011]
Further, the substrate may be formed from a single material, but when a material having a contact angle with water of 60 ° or more is used for the lipid film forming portion, it is preferable because a lipid film is easily formed. Examples of such a material include polydimethylsiloxane (PDMS).
In addition, although the magnitude | size of a lipid membrane formation part changes with the kind of lipid membrane to form, reference | standard liquid, etc., an opening diameter can be about 0.1-100 micrometers and a depth can be about 0.1-100 micrometers. Moreover, a lipid film formation part is not limited to the single side | surface of a board | substrate, You may form on both surfaces.
[0012]
Furthermore, as the standard solution, typically, saline, potassium chloride water and the like can be used, and these can also contain toxic reactants such as glycolipids.
Furthermore, the lipid film forming component can be appropriately selected depending on the reference solution, the material of the lipid film forming part, and the like. Typically, monoolein, triolein + cholesterol, phosphatidylcholine, phosphatidylethanolamine and the like can be mentioned.
[0013]
Next, the sensor chip of the present invention will be described in detail.
Such a sensor chip is formed using the above-described sensor chip precursor, and has a plurality of lipid film forming portions. Further, each of these lipid film forming portions is filled with a reference solution and a lipid film is formed thereon. The reference liquid and the constituent material of the lipid film can be changed for each lipid film forming unit, and a plurality of types of objects to be detected can be measured with one sensor chip. In addition, a specific object to be detected can be measured more accurately by using a reference solution made of the same type of constituent material or by providing a plurality of the same type of lipid membrane.
In addition, the lipid membrane included in the sensor chip is preferably a lipid bilayer membrane. As a result, various toxic substances that are harmful to the living body can be measured, and the toxic substance can be measured as a pseudo cell membrane by blending protein and sugar. For example, a lipid bilayer such as monoolein can be employed.
[0014]
Next, the poison detection system of the present invention will be described in detail.
Such a poisonous substance detection system is configured by disposing the above-described sensor chip in a solution containing an object to be detected. The sensor chip includes a lipid film composed of a plurality of types of lipids, and further includes an electrode in contact with the reference solution and an electrode in contact with the solution.
Here, the “poisonous substance” that can be detected by the present system means a substance that is harmful to a living body, and includes, for example, environmental pollutants such as trihalomethane, dioxin, cyanide, and cadmium. In addition, if this “poisonous substance” is investigated, it can be rephrased as a substance that harms the living body “cell”. Therefore, it is conceivable that the toxic substance has some influence on the “cell membrane”, that is, it is adhered or adsorbed to the cell membrane or taken into the cell membrane.
[0015]
Therefore, in the toxin detection system of the present invention, for example, by mounting an artificially produced pseudo cell membrane (artificial membrane) on the surface of an electrode or the like, it is possible to measure the action of the poison on the pseudo cell membrane in real time. Become. That is, physical information (membrane potential, electric capacity, ion permeation amount, luminescence amount, calorific value, endothermic amount, etc.) of the lipid membrane that changes due to the reaction with the toxicant is measured, and the difference in the output value before and after the toxicant reaction is measured. Mixing can be determined. In addition, it is preferable that a plurality of the sensor chips are provided. At this time, it can be disposable or replaced at any time according to the lifetime of each sensor chip.
[0016]
In the poison detection system of the present invention, the type and amount of the poison are determined as follows.
In general, a cell membrane is constituted by incorporating a molecule such as protein or sugar into a lipid bilayer membrane containing phospholipid as a main component or adhering it to the surface.
Thus, a pseudo cell membrane can be artificially prepared by blending various proteins such as proteins and sugars that act with poisons on the basis of a lipid membrane or a polymer membrane instead thereof. Depending on the type of poison, there may be a response with only the lipid membrane. In addition, the sensor chip can be made compatible with various poisons by appropriately selecting the type and amount of lipid, protein, and sugar to be used, and the method for producing a pseudo cell membrane. Then, the poison response of each sensor chip (how the output value changes according to the kind and amount of the poison) is obtained in advance, and based on these response patterns, the actual measurement results (multiple sensors) The type and amount of poison can be determined from the output value from the chip).
[0017]
Specifically, a sensor chip or the like can be provided as measurement means, and further data storage means and analysis means can be provided. In the data storage means, when the solution contains a toxic substance, the membrane potential through the lipid membrane, the electric capacity, the ion permeation amount, the luminescence amount, the calorific value / the endothermic value, and values relating to any combination thereof The changes are stored as a database. Further, the data obtained from each well (electrode) of the sensor chip is transmitted to the analysis means through a telephone line, a wireless LAN, etc., and the type and amount of the detected object are specified by collating with the database. Is done.
When a disposable sensor chip including a sample pretreatment unit such as a filter or a reference electrode is used as the measurement means, the problem of contamination between samples can be overcome. FIG. 3 shows a usage example of the disposable sensor chip.
[0018]
As described above, the toxic substance detection system of the present invention can obtain a response in almost real time, and does not use organisms or microorganisms as constituents, and therefore does not require any maintenance such as feeding. Further, by using the deviation from the steady state as the output value, the sensor chip can be used in a wide range of environmental conditions. Furthermore, since the output value from each sensor chip can be wirelessly transferred to the signal processing facility, it can be freely used in rivers and oceans. Furthermore, a compact device (system) using a sensor chip that is inexpensive, disposable, and replaceable can be provided, particularly when used in a general home.
In consideration of measurement sensitivity, it is more preferable to employ a lipid bilayer membrane that can be a pseudo cell membrane as the lipid membrane of the sensor chip. On the other hand, lipid bilayer membranes are unstable to external forces such as physical vibrations and static electricity, and their lifetime is at most several days. In the present invention, the number and size of sensor chips to be used and the number of lipid films provided on the sensor chip can be adjusted according to the lifetime of the lipid film, and the sensor chip can be replaced at any time as a disposable type. The period of use is not limited by the lifetime.
[0019]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention still in detail, this invention is not limited to these Examples.
[0020]
Example 1
<1> Mold production method (1) A silicon wafer cut into 4 cm × 4 cm was subjected to ultrasonic cleaning in pure water for 2 minutes. Subsequently, it wash | cleaned, heating with acetone. Further, the silicon wafer was immersed in a solution of HF: NH4F = 1: 6 for 3 minutes. Thereafter, it was washed with running water, and water on the silicon wafer was blown off.
(2) A photoresist (SU-8, manufactured by MicroChem) was dropped onto a silicon wafer, and a SU-8 thin film (30 to 40 μm) was formed using a spin coater.
(3) Using a hot plate, it was heated to 90 ° C. in 30 minutes, and further heated and maintained at 90 ° C. for 30 minutes.
(4) A photomask was aligned with the silicon wafer and exposed.
(5) Using a hot plate again, it was heated to 90 ° C. in 30 minutes, and further heated and held at 90 ° C. for 30 minutes.
(6) Using a SU-8 developer, the unexposed portion of SU-8 was peeled off.
[0021]
<2> PDMS (polydimethylsiloxane) sheet production method (1) The PDMS solution was degassed for 15 minutes.
(2) One drop of PDMS was dropped on the mold and a sheet was placed. This was sandwiched between the silicon sheet and metal plate from both sides and firmly fixed with clamps.
(3) (2) was placed in an oven and heated at 80 ° C. for 1.5 hours.
(4) Before cooling, the clamp was removed, the metal plate / sheet was peeled off, the solidified PDMS sheet was peeled off from the mold, and stored in ethanol.
[0022]
<3> Attachment of PDMS sheet (1) The slide glass was washed with dilute hydrochloric acid and then with acetone.
(2) The PDMS sheet stored in ethanol was taken out and washed with acetone.
(3) The PDMS sheet of (2) was placed on the slide glass of (1) and dried.
(4) Oxygen plasma treatment was performed for 30 seconds with a RIE apparatus (Reactive Ion Etching System) to obtain a sensor chip substrate provided with a lipid film forming part.
The mold preparation and PDMS sheet affixing work were all performed in a clean room. Moreover, after vapor-depositing chromium and gold on the slide glass, a PDMS sheet was pasted to prepare an electrode. FIG. 1 shows an image of a lipid membrane chip, and FIG. 2 shows an enlarged photograph thereof.
[0023]
<4> Formation of lipid membrane (1) First, each well of the sensor chip substrate was filled with 10 mM saline as a reference solution (the substrate was immersed in saline). At this time, a gold (Au) electrode was formed on the bottom of each well, and lead wires were connected from the back surface.
(2) Next, 5% monoolein (n-decane solution) was layered on the surface of each well with a brush and allowed to stand at room temperature.
(3) Waiting for the solvent decane to evaporate (about 1 hour), the entire sensor chip substrate was rapidly cooled to 10 ° C. or lower.
Through the above operation, a sensor chip precursor in which the surface of each well of the sensor chip substrate was coated with a monoolein thin film was obtained. Note that the sensor chip can be stably supplied by refrigerated storage in this state.
[0024]
<Evaluation measurement>
As shown in FIG. 3, a test tank provided with a reference electrode was prepared, and the sensor chip precursor was installed in this test tank. Thereafter, 10 mM saline as a sample solution was injected into the test tank at a low temperature, and the sensor chip precursor was immersed therein. Then, the salt solution was heated to 30 ° C. or higher. As a result, the monoolein thin film was dissolved, and a bilayer structure was naturally formed to function as a sensor chip. The toxic substance detection system was configured by connecting the independent lead wires (covered with an insulator) included in the sensor chip and a reference electrode to an external potentiometer.
As a result of measuring the membrane potential response for each well using the above system, a membrane potential of about 15 mV was observed for each well. Subsequently, cis dichloroethylene was added to the test tank so that it might become 1 ppm, and it measured again. As a result, a membrane potential increase of about 10 mV was observed for each.
[0025]
In the toxic substance detection system of the present invention, in order to analyze the type and concentration of toxic substances in detail, it can be estimated by providing different lipid membranes for each well and comparing their membrane potential responses. Further, by providing the same lipid membrane in a plurality of wells, it is possible to improve the analysis accuracy. Furthermore, even if the lipid membrane is in a thick film state, environmental pollutants can be measured by the same measurement method. Further, the sample solution may be the same type of solution as the reference solution, or the concentration of the electrolyte may be appropriately changed according to the measuring method (quantitative analysis or qualitative analysis) of the toxic substance.
[0026]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a lipid membrane is disposed in the gap between the reference solution and the object to be detected, and changes in membrane potential and the like through this lipid membrane are measured. It is possible to provide a sensor chip precursor, a sensor chip, and a toxic substance detection system that can easily measure the type and amount of toxicity of a sample.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing an example of a sensor chip.
FIG. 2 is an enlarged photograph showing another example of a sensor chip.
FIG. 3 is a schematic view showing an example of a poison detection system using a disposable sensor chip.

Claims (9)

基板と、この基板上に設けられた少なくとも1個の凹状をなす脂質膜形成部と、この脂質膜形成部に充填された基準液及び加熱処理により脂質膜を形成する脂質膜形成成分と、を有することを特徴とするセンサチップ前駆体。 A substrate, at least one concave lipid film forming part provided on the substrate, a reference liquid filled in the lipid film forming part, and a lipid film forming component that forms a lipid film by heat treatment, A sensor chip precursor comprising: 基板と、この基板上に設けられた少なくとも1個の凹状をなす脂質膜形成部と、この脂質膜形成部に充填された基準液及び脂質膜形成成分と、を有するセンサチップ前駆体であって、
上記脂質膜形成成分の乾燥又は冷却により形成された膜膜が、上記基準液を被覆していることを特徴とするセンサチップ前駆体。
A sensor chip precursor comprising a substrate, at least one concave lipid film forming portion provided on the substrate, and a reference liquid and a lipid film forming component filled in the lipid film forming portion. ,
A sensor chip precursor , wherein a membrane film formed by drying or cooling of the lipid film-forming component covers the reference solution .
請求項1又は2に記載のセンサチップ前駆体を用いたセンサチップであって、
上記センサチップ前駆体は、上記脂質膜形成部を複数有し、
上記複数の脂質膜形成部は、異なる被検出物に対応しており、
上記基準液の上に、上記脂質膜形成成分から形成された脂質膜が形成されて成ることを特徴とするセンサチップ。
A sensor chip using the sensor chip precursor according to claim 1 or 2,
The sensor chip precursor has a plurality of the lipid film forming parts,
The plurality of lipid film forming units correspond to different objects to be detected,
A sensor chip comprising a lipid film formed from the lipid film-forming component formed on the reference solution .
上記脂質膜が脂質二分子膜であることを特徴とする請求項3に記載のセンサチップ。  The sensor chip according to claim 3, wherein the lipid membrane is a lipid bilayer membrane. 上記基板のうち少なくとも脂質膜が形成される部分に、水との接触角が60°以上である材料を用いたことを特徴とする請求項3又は4に記載のセンサチップ。  5. The sensor chip according to claim 3, wherein a material having a contact angle with water of 60 ° or more is used for at least a portion of the substrate where the lipid film is formed. 請求項3〜5のいずれか1つの項に記載のセンサチップを、被検出物を含む溶液中に配設して成る毒物検出システムであって、
上記センサチップが複数種の脂質から成る脂質膜を有し、上記基準液に接する電極と上記溶液に接する電極とを備えることを特徴とする毒物検出システム。
A poison detection system comprising the sensor chip according to any one of claims 3 to 5 disposed in a solution containing an object to be detected,
The toxin detection system, wherein the sensor chip has a lipid film composed of a plurality of types of lipids, and includes an electrode in contact with the reference solution and an electrode in contact with the solution.
上記電極が脂質膜を介する膜電位変化を検出し得る手段を備えることを特徴とする請求項6記載の毒物検出システム。  7. The toxic substance detection system according to claim 6, wherein said electrode comprises means capable of detecting a change in membrane potential through a lipid membrane. 複数のセンサチップを配設し、各センサチップが随時使い捨てできること及び/又は随時交換できることを特徴とする請求項6又は7に記載の毒物検出システム。  The poison detection system according to claim 6 or 7, wherein a plurality of sensor chips are arranged, and each sensor chip can be disposable at any time and / or can be replaced at any time. 測定手段、データ収納手段及び解析手段を備え、上記測定手段は脂質膜を介する膜電位、電気容量、イオン透過量、発光量及び発熱量・吸熱量から成る群より選ばれた少なくとも1種の値の変化を測定し、上記データ収納手段は溶液が被検出物を含有する場合の当該値の変化を収納し、上記解析手段は測定結果及び収納データを照合し被検出物を特定することを特徴とする請求項6に記載の毒物検出システム。A measuring means, a data storing means and an analyzing means, wherein the measuring means is at least one value selected from the group consisting of membrane potential through the lipid membrane, electric capacity, ion permeation amount, luminescence amount and calorific value / endothermic amount. The data storage means stores the change in the value when the solution contains the object to be detected, and the analysis means collates the measurement result and the storage data to identify the object to be detected. The poison detection system according to claim 6 .
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