JP4260975B2 - Lipid analysis method and lipid analyzer - Google Patents

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  • Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体中の脂質の濃度等を効率良く分析するための技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
脂質は、比較的長い炭化水素鎖(疎水鎖)からなる非極性基と、エステル基、水酸基、リン酸基等の極性基(親水基)との2つの部分から構成された細胞内有機物の総称である。
【0003】
この脂質の定性分析や定量分析を行う場合、従来では、液体やガスを用いたクロマトグラフを用いていた。
【0004】
クロマトグラフは、各種の固体または液体を固定相とし、ガスまたは液体を展開剤(移動相)として試料を移動させて試料中の各成分の吸着性または分配係数の差を利用して分離する方法である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記クロマトグラフを用いた分析方法は、操作に熟練を有し、1サンプル当りの分析に数時間も要するという問題があった。
【0006】
しかも、脂質のうち疎水鎖が長い脂質の大部分は、クロマトグラフを用いる際の測定条件が未知であり、その測定条件を調査するだけでも多大な時間と労力を要し、4級アンモニウム塩のような脂質はクロマトグラフ等の従来の分析機器ではこれまで検知すら困難であった。
【0007】
本発明は、この問題を解決し、液体中の脂質の濃度等を効率良く分析できる脂質分析方法および脂質分析装置を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の請求項1の脂質分析方法は、
分析対象液に両親媒性物質の分子膜を浸漬し、該分子膜と反対の極性の電荷をもつ分析対象液中の脂質を前記分子膜に吸着させ、該脂質の吸着による前記分子膜の電位変化に基づいて、分析対象液中の脂質を分析することを特徴としている。
【0009】
また、本発明の請求項2の脂質分析方法は、請求項1記載の脂質分析方法において、
前記脂質の吸着による前記分子膜の電位変化に基づいて分析対象液中の脂質の濃度を測定することを特徴としている。
【0010】
また、本発明の請求項3の脂質分析装置は、
基準電極(23)と、分析対象の脂質の電荷と反対の極性を有する両親媒性物質の分子膜(25)とを有するプローブ(22)と、
前記プローブの基準電極と分子膜との間の電位差を検出する電圧検出手段(35)と、
分析対象の脂質の濃度と前記プローブの出力電圧との関係を示すデータが予め記憶されている記憶手段(37a)と、
分析対象液を前記プローブによって測定したときの出力電圧と、前記記憶手段に記憶されているデータとから、分析対象液中の脂質の濃度を算出する演算手段(37)と、
前記演算手段の演算結果を出力する出力手段(38)とを備えている。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。
図1は、実施形態の脂質分析装置20の構成を示している。
【0012】
図1において、脂質分析装置20は、基準液や分析対象液を入れるための容器21と、プローブ22と、プローブ22の電位差を検出する電圧検出器35と、電圧検出器35の出力をディジタル値に変換するA/D変換器36と、A/D変換器36の出力に対する演算処理を行う演算装置37と、演算装置37の演算結果を出力する出力装置38によって構成されている。
【0013】
プローブ22は、容器21に入れた液体に漬けて使用するものであり、測定の基準電位を出力するための基準電極23と、両親媒性物質の分子膜26とを有している。
【0014】
基準電極23の表面は、液体内の脂質に反応しないように、塩化カリウム100m mole/lを寒天で固定した緩衝層24で覆われており、リード線22aが接続されている。
【0015】
また、分子膜25は、アクリル等の基材26の表面に一面側を露呈させた状態で固定されており、分子膜25の反対面には、基準電極23の緩衝層24と同等の緩衝層27を介して電極28が設けられ、この電極28にはリード線22bが接続されている。
【0016】
分子膜25は、無極性で疎水性を有する部分と有極性で親水性を要する部分とを有する両親媒性物質が、その親水性部分を表面側に向けた状態で膜をなすように一体化されたものであり、液に漬けたときにその膜の電位が液中の成分に応じて変化する。
【0017】
分子膜25の模式的な構造を図2に示す。図2において、各分子31は、球状の親水基31aと、親水基31aから原子配列が長く延びる炭化水素鎖31bとからなり、これらの各分子群が、その親水基31a側が表面側に並ぶように、膜部材32(後述の高分子と可塑剤からなる)の表面のマトリクス33(表面構造、平面的な広がりをもつミクロな構造)の中に、一部はマトリクス内部に溶け込んだ形(例えば分子31′)で収容されている。
【0018】
ここで、分子膜25の各分子31の親水基31aの極性は、分析対象の脂質の親水基の極性と反対のものが必要である。
【0019】
例えば、プラスの電荷の脂質を分析する場合には、マイナスの電荷を有するジオクチルフォスフェート(2CPOOH)、オレイン酸(C10COOH)、リン酸ジフェニル、デジルアルコール等の脂質分子を用いる。逆にマイナスの電荷の脂質を分析する場合には、プラスの電荷を有するトリオクチルメチル アンモニウム クロライド(TOMA)、オレイルアミン等の脂質分子を用いる。
【0020】
この分子膜25は、上記の脂質分子、ベースとなる高分子および可塑剤とを所定の割合で混合して作製されたものである。例えば、高分子にはポリ塩化ビニル(PVC)を用い、可塑剤としてフタル酸ジオクチル(DOP)、ジオクチルフェニルフォスフォネート(DOPP)あるいはリン酸トリクレシル(TCP)を用いて上記の脂質分子と混合したもの800mgを、THF10ccに溶解し、平底の容器(例えば85mmφのシャーレ)に移し、それを均一な加熱された板上で約30度Cに2時間保って、THFを揮散させることで厚さ約200μmの分子膜を得ることができる。
【0021】
なお、このプローブ22を液体に漬ける際には、測定条件が変わらないように、基準電極23と分子膜25の間隔を一定にするが、支持材29によって基準電極23と基材26とを一定の間隔で支持するようにしておいてもよい。
【0022】
この分子膜25を有するプローブ22のリード線22a、22bは、電圧検出器35に接続されている。
【0023】
電圧検出器35は、例えば差動増幅器によって構成され、基準電極23の電位と分子膜25の電位の差(電圧)を検出してA/D変換器36に出力する。
【0024】
A/D変換器36は電圧検出器35の出力電圧をディジタル値に変換して演算装置37に出力する。
【0025】
演算装置37は、マイクロコンピュータによって構成され、図示しない操作部等から記憶指示Mを受けるとA/D変換器36の出力値をメモリ37aに記憶し、演算指令Cを受けるとメモリ37aの記憶値およびA/D変換器36の出力値に基づいて、液体中の脂質の濃度分析等のための演算を行い、演算結果を出力装置38に出力する。
【0026】
出力装置38は、表示器、プリンタあるいは他装置との通信装置等によって構成され、演算装置37の演算結果を、表示出力、印刷出力あるいは他装置へ送信する。
【0027】
なお、ここでは、分子膜25が一つの場合について説明するが、特性の異なる複数の分子膜の測定値に基づいて、多変量解析の重回帰分析を用いて、脂質の分析を行うこともできる。
【0028】
次に、この脂質分析装置20を用いて液体中の脂質の濃度分析を行う方法を、図3のフローチャートに基づいて説明する。
【0029】
先ず前段階として、分析対象液に成分が近く且つ分析対象となる脂質を含まない基準液と、分析対象の脂質がそれぞれ異なる既知量含まれている複数(例えば3種類)の濃度既知液とを作製し、基準液および各濃度既知液をそれぞれ同量ずつ各容器21に入れる。
【0030】
そして、始めに基準液にプローブ22を漬けてその出力電圧V0を演算装置32のメモリ37aに記憶させる(S1)。
【0031】
次に、このプローブ22を、最も低い濃度A1の第1の濃度既知液に一定時間漬ける(S2)。
【0032】
このとき、プローブ22の分子膜25には、図4のように、分子膜25の電荷と反対の極性の電荷をもつ第1の濃度既知液内の脂質分子40が吸着されるため、分子膜25自体の電気的特性が変化する。
【0033】
一定時間が経過してから、このプローブ22を基準液に戻してその出力電圧V1をメモリ37aに記憶させる(S3)。
【0034】
次に、このプローブ22を、基準液から2番目に低い濃度A2の第2の濃度既知液に一定時間漬けてから、基準液に戻してその出力電圧V2をメモリ36aに記憶させ、さらに、プローブ22を、基準液から最も高い濃度A3の第3の濃度既知液に一定時間漬けてから基準液に戻してその出力電圧V3をメモリ37aに記憶させる(S4〜S7)。
【0035】
このように、濃度が低い方から順に測定された電圧V0〜V3を演算装置36のメモリ37aに記憶させてから、演算装置36に第1の演算指令Caを入力すると、演算装置36は次の演算を行って、基準液に対する各濃度既知液の相対電圧値Va、Vb、Vcを求める(S8)。
【0036】
Va=V1−V0
Vb=V2−V0
Vc=V3−V0
【0037】
そして、この相対電圧値Va、Vb、Vcと各濃度既知液の濃度A1、A2、A3とを用いて、次の演算を行って各濃度A1、A2、A3についての係数Ka、Kb、Kcを算出する(S9)。
【0038】
Ka=A1/Va
Kb=A2/Vb
Kc=A3/Vc
【0039】
次に、演算装置36は、Ka〜Kcの平均値Kを求め、この係数Kを分析対象の脂質の濃度と電圧との関係を示す検量データとしてメモリ37aに記憶する(S10)。
【0040】
ここで、実際に電荷がマイナスの分子膜25(2C10系脂質からなる分子膜)を用いて電荷がプラスの脂質TOMA(4級アンモニウム塩)の濃度をppb単位で測定したときのデータを図5に示す。
【0041】
このデータは、脂質TOMAの濃度が1ppb(a)、3ppb(b)、10ppb(c)、30ppb(d)および100ppb(e)における測定結果であり、脂質TOMAの濃度と電圧の関係は、実線Qで示しているようにほぼ直線的(特に3ppb以上の範囲では)に変化する。
【0042】
つまり、前記した各濃度での比例係数Ka〜Kcはほぼ等しい。したがって、前記したように、Ka〜Kcの平均値K(図5でいえば実線Qの傾きに相当)を分析対象の脂質の濃度と電圧との関係を示す検量データとすることができ、この係数Kをメモリ37aに予め記憶しておくことで、濃度が未知の液体の脂質濃度を計算によって求めることができる。
【0043】
また、前記したように、特性の異なる複数の分子膜によって前記同様に既知の脂質濃度の液体を測定し、各測定値を多変量とする重回帰分析を行なうことによっても、前記のような脂質の濃度と各分子膜の測定値との関係(検量データ)を求めることができ、この関係と分析対象液に対する各分子膜の測定値から分析対象液の脂質の濃度等を求めることも可能である。ただし、この場合でも、各分子膜は分析対象の脂質の極性と反対の極性を有するものを用いる。
【0044】
実際に濃度を測定する場合には、前記濃度と電圧の関係を求めるために使用し6使ったプローブ22を洗浄して分子膜25に吸着した脂質を除去したものを用いる(S11)。
【0045】
この場合、最初に前記した基準液にプローブ22を漬けて出力電圧V0′をメモリ37aに記憶させ、このプローブ22を分析対象液に一定時間漬けて、前記図4で示したのと同様に、分析対象液内の脂質を分子膜25に吸着させてから、基準液に戻してその出力電圧Vをメモリ37aに記憶させる(S12〜S14)。
【0046】
ここで、第2の演算指令Cbを入力すると、演算装置36は、次の演算、
Vx=V−V0′
を行ない、基準液に対する分析対象液の相対電圧Vxを算出し、この相対電圧Vxと、前記係数Kとを用いて、次の演算、
Ax=K・Vx
を行ない、分析対象液内の脂質の濃度Aを求める(S15、S16)。
【0047】
算出された濃度Aは、分析者が確認できるように、出力装置37によって表示出力、印刷出力あるいは他装置へ送信される(S17)。
【0048】
なお、前記説明では、濃度と電圧の関係を完全な比例関係として、一つの係数Kを用いて濃度を算出しているが、図5の破線Rのように、各測定点a〜eの各間を直線補間(あるいは曲線補間)した特性をメモリ37aに記憶しておいて、分析対象液を測定したときの電圧と破線Rの交点から分析対象液の脂質の濃度を求めるようにしてもよい。この場合には補間演算等が必要であるが、算出濃度の精度はより高くなる。
【0049】
前記説明では、脂質が含まれている液体にプローブ22を一定時間漬けて、液体中の脂質をプローブの分子膜25に吸着させ、この吸着によるプローブの出力電圧の変化を基準液中で検出するようにしていたが、脂質を含む液体にプローブ22を漬けた状態でプローブ22の出力電圧の単位時間当りの変化率を求めて、その濃度を検出することも可能である。
【0050】
この場合、例えば図6に示すように、濃度A1の濃度既知液にプローブ22を漬けてから、あるタイミングt1時のプローブ22の出力電圧V1aを求め、異なるタイミングt2時のプローブ22の出力電圧V1bを求めて、単位時間当りの出力電圧の変化率ΔV1を
ΔV1=(V1b−V1a)/(t2−t1)
によって求める。
【0051】
同様に、濃度A2の濃度既知液についても、プローブ22を漬けてから、あるタイミングt1時のプローブ22の出力電圧V2aを求め、タイミングt2時の出力電圧V2bを求めて、単位時間当りの出力電圧の変化率ΔV2を
ΔV2=(V2b−V2a)/(t2−t1)
によって求め、濃度A3の濃度既知液についても、プローブ22を漬けてから、あるタイミングt1時のプローブ22の出力電圧V3aを求め、タイミングt2時の出力電圧V3bを求めて、単位時間当りの出力電圧の変化率ΔV3を、
ΔV3=(V3b−V3a)/(t2−t1)
によって求める。
【0052】
ただし、タイミング(t1、t2)は各濃度について全て同一である必要はない。また、この場合には、測定する濃度既知液を変える毎にプローブ22の洗浄を行うものとする。
【0053】
ここで、単位時間当りに分子膜25に吸着する脂質の数は、液体中の脂質の濃度に比例し、分子膜25に吸着する脂質の数に比例してプローブ22の出力電圧が変化するから、この各変化率ΔV1〜ΔV3は、液体中の脂質の濃度に比例している。
【0054】
したがって、この脂質による電圧の変化率に対する濃度の比は理論上一定であるが、測定のバラツキがある。
【0055】
したがって、演算装置36において前記同様に各濃度毎の比Ja〜Jcを、
Ja=A1/ΔV1
Jb=A2/ΔV2
Jc=A3/ΔV3
によって求め、その平均値Jを算出しておく。
【0056】
そして、分析対象液にプローブ22を漬けてから前記同様にあるタイミングt1の出力電圧Vaと、異なるタイミングt2の出力電圧Vbを求めて、単位時間当りの電圧変化率ΔVxを、
ΔVx=(Vb−Va)/(t2−t1)
によって算出し、この分析対象液の脂質の濃度Aを、
A=J・ΔVx
によって算出し、これを出力装置37に出力してもよい。
【0057】
なお、この場合にも、電圧の変化率に対する濃度の比を完全に一定であるとせずに、各濃度において得られた変化率の間を直線あるいは曲線で補間し、この補間データをメモリ37aに記憶しておき、分析対象液の測定で得られた変化率に対応する補間データを分析対象液の脂質の濃度Aとするようにしてもよい。
【0058】
また、前記説明では、脂質の濃度として液体の単位体積当りの分子数をppb(ppmの1/1000)単位で求めていたが、脂質の濃度として、単位体積当りの重量をg/cm3 単位で求めてもよく、モル濃度で求めてもよい。
【0059】
また、プローブ22の出力電圧の変化は、液体中の脂質の一つの親水基が、プローブ23の分子膜25の一つの親水基に対応して吸着されることによって生じるものであるから、濃度の単位を液体中の脂質の電荷密度とすることも可能である。
【0060】
また、前記説明では、予め分析対象の脂質が既知でその濃度対電圧の関係を示すデータを求めておき、このデータを用いて分析対象液の脂質の濃度を求めていたが、前記したように、プローブ22の出力電圧の変化は、液体中の脂質の一つの親水基が、プローブ23の分子膜25の一つの親水基に対応して吸着されることによって生じるものであるから、分析対象の脂質そのものが不明であっても、電荷密度の判定を行うことができる。
【0061】
例えば、既知の脂質が既知の濃度で含まれている液体の電荷密度は濃度に比例しているから計算で求めることができ、前記説明の濃度に対する電圧の関係を電荷密度に対する電圧の関係に置き換えてそのデータを予めメモリに記憶しておき、そのデータと分析対象液に対して得られた電圧とから分析対象液の脂質の電荷密度を求めることができる。
【0062】
また、分析対象の脂質の1分子当りの電荷数が判っていれば、モル濃度を求めることもでき、分析対象の脂質の分子量が判っていれば、単位体積当りの分子数(ppm)を求めることができる。
【0063】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、分析対象液に両親媒性物質の分子膜を浸漬し、この分子膜と反対の極性の電荷をもつ分析対象液中の脂質を分子膜に吸着させ、この脂質の吸着による分子膜の電位変化に基づいて、分析対象液中の脂質の濃度分析等を行っている。
【0064】
このため、従来の分析機器のように操作に熟練を必要せず、短時間に脂質の分析を行うことができる。また、測定条件が判らない脂質であっても、その親水基の電荷の極性さえ判れば、濃度分析等を行うことができ、従来の分析機器では困難であった4級アンモニウム塩等も容易に分析できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の脂質分析装置の構成を示す図
【図2】分子膜の模式的な構造を示す図
【図3】実施形態の分析方法の手順を示すフローチャート
【図4】分子膜に対する分析対象液内の脂質の動きを説明するための図
【図5】脂質の濃度と測定値との関係を示すデータ
【図6】他の濃度分析方法を説明するための図
【符号の説明】
20 脂質分析装置
22 プローブ
22a、22b リード線
23 基準電極
24 緩衝層
25 分子膜
26 基材
27 緩衝層
28 電極
29 支持材
31 分子
31a 親水基
31b 疎水鎖
35 電圧検出器
36 A/D変換器
37 演算装置
37a メモリ
38 出力装置
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a technique for efficiently analyzing lipid concentration in a liquid.
[0002]
[Prior art]
Lipid is a general term for intracellular organic substances composed of two parts: a nonpolar group consisting of a relatively long hydrocarbon chain (hydrophobic chain) and a polar group (hydrophilic group) such as an ester group, hydroxyl group, and phosphate group. It is.
[0003]
Conventionally, when performing qualitative analysis or quantitative analysis of lipids, a chromatograph using liquid or gas has been used.
[0004]
A chromatograph is a method in which various solids or liquids are used as a stationary phase and a gas or liquid is used as a developing agent (mobile phase) to move the sample and separate using the difference in the adsorptivity or distribution coefficient of each component in the sample. It is.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the analysis method using the chromatograph has a problem that it is skilled in operation and requires several hours for analysis per sample.
[0006]
In addition, most of the lipids with long hydrophobic chains have unknown measurement conditions when using a chromatograph, and it takes a lot of time and labor to investigate the measurement conditions. Such lipids have been difficult to detect with conventional analytical instruments such as chromatographs.
[0007]
An object of the present invention is to solve this problem and to provide a lipid analysis method and a lipid analysis apparatus capable of efficiently analyzing the lipid concentration in a liquid.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the object, the lipid analysis method of claim 1 of the present invention comprises:
The molecular film of the amphiphilic substance was immersed in the analyte solution, the lipids of the analyte solution with the opposite polarity charge to the molecule layer is adsorbed on the molecular film, of the molecular film by adsorption lipid It is characterized by analyzing lipids in a liquid to be analyzed based on a potential change.
[0009]
The lipid analysis method according to claim 2 of the present invention is the lipid analysis method according to claim 1,
The lipid concentration in the liquid to be analyzed is measured based on the potential change of the molecular film due to the adsorption of the lipid.
[0010]
Moreover, the lipid analyzer of claim 3 of the present invention is:
A reference electrode (23), the molecular film of amphiphilic substances with opposite polarity to the charge of the lipid analyte and (25) and the probe (22) having,
Voltage detection means (35) for detecting a potential difference between a reference electrode of the probe and a molecular film;
Storage means (37a) in which data indicating the relationship between the lipid concentration to be analyzed and the output voltage of the probe is stored in advance;
A calculation means (37) for calculating the lipid concentration in the analysis target liquid from the output voltage when the analysis target liquid is measured by the probe and the data stored in the storage means;
Output means (38) for outputting the calculation result of the calculation means.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a configuration of a lipid analyzer 20 according to the embodiment.
[0012]
In FIG. 1, the lipid analyzer 20 includes a container 21 for containing a reference solution and a liquid to be analyzed, a probe 22, a voltage detector 35 for detecting a potential difference between the probes 22, and an output of the voltage detector 35 as a digital value. An A / D converter 36 that converts to an A / D converter, an arithmetic device 37 that performs arithmetic processing on the output of the A / D converter 36, and an output device 38 that outputs the arithmetic result of the arithmetic device 37.
[0013]
Probe 22 is intended to be used immersed in a liquid placed in a container 21, a reference electrode 23 for outputting the reference voltage on the measurement, and a molecular film 26 of the amphiphilic substance.
[0014]
The surface of the reference electrode 23 is covered with a buffer layer 24 in which 100 mMole / L potassium chloride is fixed with agar so as not to react with lipid in the liquid, and a lead wire 22a is connected thereto.
[0015]
The molecular film 25 is fixed in a state where one surface is exposed on the surface of a base material 26 such as acrylic, and a buffer layer equivalent to the buffer layer 24 of the reference electrode 23 is provided on the opposite surface of the molecular film 25. 27 is provided with an electrode 28, and a lead wire 22 b is connected to the electrode 28.
[0016]
Molecular film 25, amphipathic substances and a part requiring hydrophilicity moieties and polar with a hydrophobic nonpolar is integrally so as to form a film in a state in which the hydrophilic portion on the surface side When immersed in a liquid, the potential of the membrane changes according to the components in the liquid.
[0017]
A schematic structure of the molecular film 25 is shown in FIG. In FIG. 2, each molecule 31 is composed of a spherical hydrophilic group 31a and a hydrocarbon chain 31b whose atomic arrangement extends from the hydrophilic group 31a, and each of these molecular groups is arranged such that the hydrophilic group 31a side is aligned on the surface side. In addition, a part of the matrix 33 (surface structure, micro structure having a planar extension) on the surface of the membrane member 32 (made of a polymer and a plasticizer described later) is partially dissolved in the matrix (for example, Is contained in the molecule 31 ').
[0018]
Here, the polarity of the hydrophilic group 31a of each molecule 31 of the molecular film 25 must be opposite to the polarity of the hydrophilic group of the lipid to be analyzed.
[0019]
For example, when analyzing the lipid positive charge is dioctyl phosphate (2C 8 POOH) has a negative charge, oleic acid (C 10 COOH), diphenyl phosphoric acid, with a lipid content children, such as digital alcohol. Conversely, when analyzing a negatively charged lipid, a lipid molecule such as trioctylmethyl ammonium chloride (TOMA) or oleylamine having a positive charge is used.
[0020]
The molecular film 25, the above lipid component element, in which the the underlying polymer and a plasticizer were prepared by mixing at a predetermined ratio. For example, using a polyvinyl chloride (PVC) is a polymer, mixed with the lipid component child using dioctyl phthalate (DOP), dioctyl phenyl phosphonate (DOPP) or tricresyl phosphate (TCP) as a plasticizer 800 mg of the product was dissolved in 10 cc of THF, transferred to a flat-bottomed container (for example, a 85 mmφ petri dish), and kept at about 30 ° C. for 2 hours on a uniform heated plate to evaporate the THF. A molecular film of about 200 μm can be obtained.
[0021]
When the probe 22 is immersed in a liquid, the distance between the reference electrode 23 and the molecular film 25 is made constant so that the measurement conditions do not change, but the support electrode 29 keeps the reference electrode 23 and the base material 26 constant. You may make it support by the space | interval of.
[0022]
Lead wires 22 a and 22 b of the probe 22 having the molecular film 25 are connected to a voltage detector 35.
[0023]
The voltage detector 35 is configured by, for example, a differential amplifier, detects a difference (voltage) between the potential of the reference electrode 23 and the potential of the molecular film 25 and outputs the difference to the A / D converter 36.
[0024]
The A / D converter 36 converts the output voltage of the voltage detector 35 into a digital value and outputs it to the arithmetic unit 37.
[0025]
The arithmetic unit 37 is constituted by a microcomputer, and stores the output value of the A / D converter 36 in the memory 37a when receiving a storage instruction M from an operation unit (not shown) or the like, and stores the output value of the memory 37a when receiving the arithmetic command C. Based on the output value of the A / D converter 36, the calculation for lipid concentration analysis in the liquid is performed, and the calculation result is output to the output device 38.
[0026]
The output device 38 is configured by a display device, a printer, a communication device with another device, or the like, and transmits the calculation result of the calculation device 37 to the display output, print output, or other device.
[0027]
Here, although the case where there is one molecular film 25 will be described, lipid analysis can also be performed using multiple regression analysis of multivariate analysis based on measured values of a plurality of molecular films having different characteristics. .
[0028]
Next, a method for analyzing lipid concentration in a liquid using the lipid analyzer 20 will be described based on the flowchart of FIG.
[0029]
First, as a previous step, a reference solution that has components close to the analysis target liquid and does not contain the lipid to be analyzed, and a plurality of (for example, three types) concentration known liquids that contain different amounts of analysis target lipids. The same amount of the reference solution and each concentration known solution are put in each container 21.
[0030]
First, the probe 22 is immersed in the reference solution, and the output voltage V0 is stored in the memory 37a of the arithmetic unit 32 (S1).
[0031]
Next, the probe 22 is immersed in the first known concentration solution having the lowest concentration A1 for a certain time (S2).
[0032]
At this time, the molecular film 25 of the probe 22 adsorbs lipid molecules 40 in the first known solution having a polarity opposite to that of the molecular film 25 as shown in FIG. The electrical characteristics of 25 itself change.
[0033]
After a predetermined time has elapsed, the probe 22 is returned to the reference solution, and the output voltage V1 is stored in the memory 37a (S3).
[0034]
Next, the probe 22 is immersed in a second known concentration solution having the second lowest concentration A2 from the reference solution for a certain period of time, and then returned to the reference solution to store the output voltage V2 in the memory 36a. 22 is immersed in the third known concentration solution having the highest concentration A3 from the reference solution for a certain period of time and then returned to the reference solution, and the output voltage V3 is stored in the memory 37a (S4 to S7).
[0035]
As described above, when the voltages V0 to V3 measured in order from the lowest concentration are stored in the memory 37a of the arithmetic device 36, and the first arithmetic command Ca is input to the arithmetic device 36, the arithmetic device 36 then An arithmetic operation is performed to obtain relative voltage values Va, Vb, and Vc of each concentration known solution with respect to the reference solution (S8).
[0036]
Va = V1-V0
Vb = V2-V0
Vc = V3-V0
[0037]
Then, using the relative voltage values Va, Vb, and Vc and the concentrations A1, A2, and A3 of the known concentrations, the following calculations are performed to obtain the coefficients Ka, Kb, and Kc for the concentrations A1, A2, and A3. Calculate (S9).
[0038]
Ka = A1 / Va
Kb = A2 / Vb
Kc = A3 / Vc
[0039]
Next, the arithmetic unit 36 obtains an average value K of Ka to Kc, and stores this coefficient K in the memory 37a as calibration data indicating the relationship between the concentration of the lipid to be analyzed and the voltage (S10).
[0040]
Here, the data when the concentration of lipid TOMA (quaternary ammonium salt) having a positive charge is measured in ppb unit using the molecular film 25 having a negative charge (molecular film made of 2C10 lipid) is actually shown in FIG. Shown in
[0041]
This data shows the measurement results when the lipid TOMA concentration is 1 ppb (a), 3 ppb (b), 10 ppb (c), 30 ppb (d), and 100 ppb (e), and the relationship between the lipid TOMA concentration and the voltage is a solid line. As shown by Q, it changes almost linearly (especially in the range of 3 ppb or more).
[0042]
That is, the proportional coefficients Ka to Kc at the respective concentrations are substantially equal. Therefore, as described above, the average value K of Ka to Kc (corresponding to the slope of the solid line Q in FIG. 5) can be used as calibration data indicating the relationship between the lipid concentration to be analyzed and the voltage. By storing the coefficient K in the memory 37a in advance, the lipid concentration of a liquid whose concentration is unknown can be obtained by calculation.
[0043]
In addition, as described above, it is also possible to measure a liquid having a known lipid concentration using a plurality of molecular films having different characteristics as described above, and to perform a multiple regression analysis using each measured value as a multivariate. It is possible to obtain the relationship (calibration data) between the concentration of lysine and the measured value of each molecular membrane, and from this relationship and the measured value of each molecular membrane for the analyte solution, it is also possible to obtain the lipid concentration of the analyte solution, etc. is there. However, even in this case, each molecular film having a polarity opposite to that of the lipid to be analyzed is used.
[0044]
When the concentration is actually measured, the probe used in order to obtain the relationship between the concentration and the voltage 6 and the used probe 22 is washed to remove the lipid adsorbed on the molecular film 25 (S11).
[0045]
In this case, the probe 22 is first immersed in the above-described reference solution and the output voltage V0 ′ is stored in the memory 37a. The probe 22 is immersed in the analysis target solution for a certain period of time, and as shown in FIG. After the lipid in the analysis target liquid is adsorbed on the molecular film 25, the lipid is returned to the reference liquid and the output voltage V is stored in the memory 37a (S12 to S14).
[0046]
Here, when the second calculation command Cb is input, the calculation device 36 performs the following calculation:
Vx = V−V0 ′
To calculate the relative voltage Vx of the liquid to be analyzed with respect to the reference liquid, and using the relative voltage Vx and the coefficient K, the following calculation is performed:
Ax = K ・ Vx
To determine the lipid concentration A in the analysis target liquid (S15, S16).
[0047]
The calculated density A is displayed, printed, or transmitted to another device by the output device 37 so that the analyst can confirm (S17).
[0048]
In the above description, the concentration is calculated using one coefficient K with the relationship between the concentration and the voltage being a complete proportional relationship. However, as indicated by the broken line R in FIG. A characteristic obtained by linear interpolation (or curve interpolation) is stored in the memory 37a, and the lipid concentration of the analysis target solution may be obtained from the intersection of the voltage when the analysis target solution is measured and the broken line R. . In this case, interpolation calculation or the like is necessary, but the accuracy of the calculated density is higher.
[0049]
In the above description, the probe 22 is immersed in a liquid containing lipid for a certain period of time, the lipid in the liquid is adsorbed to the molecular film 25 of the probe, and a change in the output voltage of the probe due to this adsorption is detected in the reference solution. However, it is also possible to determine the rate of change per unit time of the output voltage of the probe 22 in a state in which the probe 22 is immersed in a lipid-containing liquid and detect the concentration.
[0050]
In this case, for example, as shown in FIG. 6, after the probe 22 is immersed in a known concentration solution of concentration A1, the output voltage V1a of the probe 22 at a certain timing t1 is obtained, and the output voltage V1b of the probe 22 at a different timing t2 And the change rate ΔV1 of the output voltage per unit time is expressed as ΔV1 = (V1b−V1a) / (t2−t1)
Ask for.
[0051]
Similarly, for the solution having a known concentration A2, the probe 22 is immersed, the output voltage V2a of the probe 22 at a certain timing t1 is obtained, the output voltage V2b at the timing t2 is obtained, and the output voltage per unit time is obtained. Change rate ΔV2 of ΔV2 = (V2b−V2a) / (t2−t1)
After the probe 22 is immersed in a known concentration solution of concentration A3, the output voltage V3a of the probe 22 at a certain timing t1 is obtained, the output voltage V3b at the timing t2 is obtained, and the output voltage per unit time is obtained. Change rate ΔV3 of
ΔV3 = (V3b−V3a) / (t2−t1)
Ask for.
[0052]
However, the timings (t1, t2) are not necessarily the same for each concentration. In this case, the probe 22 is washed every time the known concentration solution to be measured is changed.
[0053]
Here, the number of lipids adsorbed to the molecular film 25 per unit time is proportional to the lipid concentration in the liquid, and the output voltage of the probe 22 changes in proportion to the number of lipids adsorbed to the molecular film 25. The change rates ΔV1 to ΔV3 are proportional to the lipid concentration in the liquid.
[0054]
Therefore, the ratio of the concentration to the rate of change in voltage due to lipid is theoretically constant, but there is variation in measurement.
[0055]
Therefore, in the arithmetic unit 36, the ratios Ja to Jc for each concentration are similarly calculated as described above.
Ja = A1 / ΔV1
Jb = A2 / ΔV2
Jc = A3 / ΔV3
And the average value J is calculated.
[0056]
Then, after immersing the probe 22 in the analysis target liquid, the output voltage Va at a certain timing t1 and the output voltage Vb at a different timing t2 are obtained, and the voltage change rate ΔVx per unit time is obtained as follows.
ΔVx = (Vb−Va) / (t2−t1)
And the lipid concentration A in this analysis target solution is
A = J · ΔVx
And may be output to the output device 37.
[0057]
In this case as well, the ratio of the concentration to the rate of change in voltage is not completely constant, but the rate of change obtained at each concentration is interpolated with a straight line or curve, and this interpolation data is stored in the memory 37a. The interpolation data corresponding to the rate of change obtained by measuring the analysis target solution may be stored as the lipid concentration A of the analysis target solution.
[0058]
In the above description, the number of molecules per unit volume of the liquid is determined in units of ppb (1/1000 of ppm) as the lipid concentration, but the weight per unit volume is expressed in g / cm 3 units as the lipid concentration. Or may be determined by molar concentration.
[0059]
The change in the output voltage of the probe 22 is caused by the adsorption of one hydrophilic group of the lipid in the liquid corresponding to one hydrophilic group of the molecular film 25 of the probe 23. The unit may be the charge density of the lipid in the liquid.
[0060]
In the above description, the lipid to be analyzed is known in advance and data indicating the relationship between the concentration and the voltage is obtained in advance, and the lipid concentration in the analysis solution is obtained using this data. The change in the output voltage of the probe 22 is caused by the adsorption of one hydrophilic group of the lipid in the liquid corresponding to one hydrophilic group of the molecular film 25 of the probe 23. Even if the lipid itself is unknown, the charge density can be determined.
[0061]
For example, the charge density of a liquid containing known lipids at a known concentration is proportional to the concentration, so it can be calculated, and the relationship of voltage to concentration described above is replaced with the relationship of voltage to charge density. The data can be stored in advance in the memory, and the lipid charge density of the analysis target liquid can be obtained from the data and the voltage obtained for the analysis target liquid.
[0062]
If the number of charges per molecule of the lipid to be analyzed is known, the molar concentration can also be obtained. If the molecular weight of the lipid to be analyzed is known, the number of molecules per unit volume (ppm) is obtained. be able to.
[0063]
【The invention's effect】
As described above, the present invention is to immerse the molecular film of the amphiphilic substance to be analyzed liquid, the lipid analyte solution with opposite polarity charge as the molecular film adsorbed on the molecular film, Based on the potential change of the molecular film due to the adsorption of the lipid, the lipid concentration in the analysis target liquid is analyzed.
[0064]
For this reason, it is possible to analyze lipids in a short time without requiring skill in operation unlike conventional analytical instruments. In addition, even for lipids whose measurement conditions are not known, concentration analysis can be performed as long as the charge polarity of the hydrophilic group is known, and quaternary ammonium salts and the like that have been difficult with conventional analytical instruments can be easily obtained. Can be analyzed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a lipid analyzer according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing a schematic structure of a molecular membrane. FIG. 3 is a flowchart showing a procedure of an analysis method according to an embodiment. Fig. 5 is a diagram for explaining the movement of lipid in the analysis target liquid with respect to the molecular membrane. Fig. 5 is a diagram showing the relationship between the lipid concentration and the measured value. Fig. 6 is a diagram for explaining another concentration analysis method. Explanation of]
20 Lipid analyzer 22 Probe 22a, 22b Lead wire 23 Reference electrode 24 Buffer layer 25 Molecular film 26 Base material 27 Buffer layer 28 Electrode 29 Support material 31 Molecule 31a Hydrophilic group 31b Hydrophobic chain 35 Voltage detector 36 A / D converter 37 Arithmetic device 37a Memory 38 Output device

Claims (3)

分析対象液に両親媒性物質の分子膜を浸漬し、該分子膜と反対の極性の電荷をもつ分析対象液中の脂質を前記分子膜に吸着させ、該脂質の吸着による前記分子膜の電位変化に基づいて、分析対象液中の脂質を分析することを特徴とする脂質分析方法。The molecular film of the amphiphilic substance was immersed in the analyte solution, the lipids of the analyte solution with the opposite polarity charge to the molecule layer is adsorbed on the molecular film, of the molecular film by adsorption lipid A lipid analysis method comprising analyzing lipids in a liquid to be analyzed based on a potential change. 前記脂質の吸着による前記分子膜の電位変化に基づいて分析対象液中の脂質の濃度を測定することを特徴とする請求項1記載の脂質分析方法。  The lipid analysis method according to claim 1, wherein the lipid concentration in the analysis target liquid is measured based on a potential change of the molecular film due to the adsorption of the lipid. 基準電極(23)と、分析対象の脂質の電荷と反対の極性を有する両親媒性物質の分子膜(25)とを有するプローブ(22)と、
前記プローブの基準電極と分子膜との間の電位差を検出する電圧検出手段(35)と、
分析対象の脂質の濃度と前記プローブの出力電圧との関係を示すデータが予め記憶されている記憶手段(37a)と、
分析対象液を前記プローブによって測定したときの出力電圧と、前記記憶手段に記憶されているデータとから、分析対象液中の脂質の濃度を算出する演算手段(37)と、
前記演算手段の演算結果を出力する出力手段(38)とを備えた脂質分析装置。
A reference electrode (23), the molecular film of amphiphilic substances with opposite polarity to the charge of the lipid analyte and (25) and the probe (22) having,
Voltage detection means (35) for detecting a potential difference between a reference electrode of the probe and a molecular film;
Storage means (37a) in which data indicating the relationship between the lipid concentration to be analyzed and the output voltage of the probe is stored in advance;
A calculation means (37) for calculating the lipid concentration in the analysis target liquid from the output voltage when the analysis target liquid is measured by the probe and the data stored in the storage means;
A lipid analyzer comprising output means (38) for outputting the calculation result of the calculation means.
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