JP4717961B2 - Artificial lipid membrane formation method - Google Patents
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Description
本発明は、バイオセンシングまたは膜タンパク質解析に用いられる人工脂質膜の形成方法に関する。 The present invention relates to a method for forming an artificial lipid membrane used for biosensing or membrane protein analysis.
特許文献1〜3は、受容体が有する優れた分子認識機能を利用するバイオセンサを開示している。当該バイオセンサは、受容体およびイオンチャンネルを有する人工脂質膜を具備する。 Patent Documents 1 to 3 disclose biosensors that use the excellent molecular recognition function of receptors. The biosensor includes an artificial lipid membrane having a receptor and an ion channel.
従来の人工脂質膜の形成方法の例は、(1)泡吹き付け法、(2)貼り合わせ法、および(3)μTAS(Micro Total Analysis System)である(例えば非特許文献1)。 Examples of conventional methods for forming artificial lipid membranes are (1) a bubble spraying method, (2) a bonding method, and (3) μTAS (Micro Total Analysis System) (for example, Non-Patent Document 1).
図20は、泡吹き付け法による従来の人工脂質膜の形成方法を示す。図20において、容器10の内部は、テフロン(登録商標)またはポリスチレンのような疎水性を有する樹脂からなる平板11で仕切られている。平板11で仕切られた空間は電解液12を満たされている。脂質分子および有機溶媒を含有する脂質溶液14は、平板11に開けられた微小孔13へピペット15により塗布される。微小孔13へ塗布された脂質溶液14に含有される余剰な有機溶媒は、微小孔13の周辺縁を徐々に伝わって取り除かれる。塗布後30分から3時間程度で人工脂質膜が形成される。 FIG. 20 shows a conventional method for forming an artificial lipid membrane by a bubble spraying method. In FIG. 20, the inside of the container 10 is partitioned by a flat plate 11 made of a hydrophobic resin such as Teflon (registered trademark) or polystyrene. The space partitioned by the flat plate 11 is filled with the electrolytic solution 12. A lipid solution 14 containing lipid molecules and an organic solvent is applied with a pipette 15 to the micropores 13 formed in the flat plate 11. Excess organic solvent contained in the lipid solution 14 applied to the micropores 13 is gradually transferred along the peripheral edge of the micropores 13 and removed. An artificial lipid film is formed in about 30 minutes to 3 hours after application.
当該脂質の例は、ジフィタノイルホスファチジルコリンまたはグリセリンモノオレエイトのようなリン脂質である。当該有機溶媒の例は、デカン、ヘキサデカンまたはヘキサンのような飽和炭化水素である。 Examples of such lipids are phospholipids such as diphytanoyl phosphatidylcholine or glycerol monooleate. Examples of such organic solvents are saturated hydrocarbons such as decane, hexadecane or hexane.
図21(a)〜(c)は、貼り合わせ法による従来の人工脂質膜の形成方法を示す。図21(a)において、容器20の内部は、疎水性表面を有する平板21によって仕切られている。当該平板21は、テフロン(登録商標)またはポリスチレンのような樹脂からなる。 21A to 21C show a conventional method for forming an artificial lipid membrane by a bonding method. In FIG. 21A, the inside of the container 20 is partitioned by a flat plate 21 having a hydrophobic surface. The flat plate 21 is made of a resin such as Teflon (registered trademark) or polystyrene.
まず、前処理として平板21に開けられた微小孔22へ、スクアレンが塗布される。容器20の一方のチャンバ内へ、電解液23の液面の高さが微小孔22下端の高さを越えない程度に、電解液23が注入口24から注入される。次に、容器20の上方から、脂質溶液(脂質分子25と有機溶媒との混合液)が電解液23へ滴下され、数分間放置される。図21(a)に示されるように、電解液23の気−液界面には脂質単分子膜が形成される。脂質分子25は親水性部と疎水性部を有しており、脂質分子25の親水性部は、電解液23の方へ向くように配向される。 First, squalene is applied to the micro holes 22 formed in the flat plate 21 as a pretreatment. The electrolyte solution 23 is injected into the one chamber of the container 20 from the injection port 24 so that the height of the electrolyte solution 23 does not exceed the height of the lower end of the microhole 22. Next, a lipid solution (mixed solution of lipid molecules 25 and an organic solvent) is dropped onto the electrolytic solution 23 from above the container 20 and left for several minutes. As shown in FIG. 21A, a lipid monomolecular film is formed at the gas-liquid interface of the electrolytic solution 23. The lipid molecule 25 has a hydrophilic portion and a hydrophobic portion, and the hydrophilic portion of the lipid molecule 25 is oriented so as to face toward the electrolytic solution 23.
そして図21(b)に示されるように、電解液23の液面の高さが微小孔22上端の高さを通過するまで、電解液23が注入口24から注入される。 Then, as shown in FIG. 21B, the electrolytic solution 23 is injected from the injection port 24 until the level of the electrolytic solution 23 passes the height of the upper end of the minute hole 22.
容器20のもう一方のチャンバ内で、同様の操作が行なわれる。すなわち、図21(c)に示されるように、液面の高さが微小孔22下端の高さを越えない程度に、電解液26が注入口27から注入される。次に、容器20の上方から、脂質溶液が電解液26へ滴下され、数分間放置される。電解液26の気−液界面には脂質単分子膜が形成される。電解液26の液面の高さが微小孔22上端の高さを通過するまで、電解液26が注入口27から注入される。このようにして、先に微小孔22に形成された脂質単分子膜に、もう一方の脂質単分子膜が貼り合わされる。その結果、微小孔22において人工脂質膜が形成される。 The same operation is performed in the other chamber of the container 20. That is, as shown in FIG. 21C, the electrolytic solution 26 is injected from the injection port 27 so that the height of the liquid level does not exceed the height of the lower end of the microhole 22. Next, a lipid solution is dropped onto the electrolyte solution 26 from above the container 20 and left for several minutes. A lipid monomolecular film is formed at the gas-liquid interface of the electrolyte solution 26. The electrolyte solution 26 is injected from the injection port 27 until the level of the electrolyte solution 26 passes through the height of the upper end of the minute hole 22. In this manner, the other lipid monomolecular film is bonded to the lipid monomolecular film previously formed in the micropores 22. As a result, an artificial lipid film is formed in the micropores 22.
上述の2つの方法を用いて、高い再現性で安定な人工脂質膜を形成することは、熟練を必要とする。 Using the above-mentioned two methods to form a highly reproducible and stable artificial lipid membrane requires skill.
特許文献1〜4は、より簡便な人工脂質膜を形成するために、μTAS技術を用いて人工脂質膜を形成する方法を開示している。 Patent Documents 1 to 4 disclose a method of forming an artificial lipid film using the μTAS technique in order to form a simpler artificial lipid film.
図22は、特許文献1に記載されている、μTAS技術を用いる小型の人工脂質膜形成装置を示す。図22に示される人工脂質膜形成装置は、第1の室31と、第1の室31から隔壁32より隔離された第2の室33を具備している。隔壁32は、第1の室31と第2の室33とを流体的に連通する少なくとも1つの小孔34を具備している。当該人工脂質膜形成装置を用いて、以下のように人工脂質膜が形成される。まず第1の室31が第1水溶液で満たされ、続いて第2の室33が脂質溶液で満たされる。小孔34を介して第1水溶液が脂質溶液に接触する。さらに第2の室33に満たされている脂質溶液が、第2水溶液に置換されることにより、小孔34において人工脂質膜35が形成される。 FIG. 22 shows a small artificial lipid film forming apparatus using the μTAS technology described in Patent Document 1. The artificial lipid film forming apparatus shown in FIG. 22 includes a first chamber 31 and a second chamber 33 separated from the first chamber 31 by a partition wall 32. The partition wall 32 includes at least one small hole 34 that fluidly communicates the first chamber 31 and the second chamber 33. Using the artificial lipid film forming apparatus, an artificial lipid film is formed as follows. First, the first chamber 31 is filled with the first aqueous solution, and then the second chamber 33 is filled with the lipid solution. The first aqueous solution contacts the lipid solution through the small holes 34. Further, the lipid solution filled in the second chamber 33 is replaced with the second aqueous solution, whereby an artificial lipid film 35 is formed in the small hole 34.
特許文献1に開示されている人工脂質膜形成装置は、小型で持ち運びが容易なため、非常に優れた利便性を有している。しかし、人工脂質膜の形成中から形成後にかけて、携行のために人工脂質膜形成装置に振動を与えたり、人工脂質膜形成装置を傾斜するまたはひっくり返したりすることにより、人工脂質膜形成装置内部の電解液が注入口/排出口の開口部からチャンバの外へと漏出し得る。その結果、人工脂質膜形成装置周辺が電解液によって汚濁される。さらに、小型の人工脂質膜形成装置は微量の電解液を保持するために、電解液が急速に蒸発して、安定して人工脂質膜を形成できない。 Since the artificial lipid film forming apparatus disclosed in Patent Document 1 is small and easy to carry, it has very excellent convenience. However, during or after the formation of the artificial lipid membrane, the artificial lipid membrane forming device is vibrated for carrying, or the artificial lipid membrane forming device is tilted or turned over to From the inlet / outlet opening may leak out of the chamber. As a result, the periphery of the artificial lipid film forming apparatus is contaminated by the electrolytic solution. Furthermore, since a small artificial lipid membrane forming apparatus holds a very small amount of electrolyte, the electrolyte is rapidly evaporated and an artificial lipid membrane cannot be formed stably.
本発明の目的は、前記従来の課題を解決し、電解液のチャンバ外への漏出と、電解液の急速な蒸発とを防止することにより、安定して人工脂質膜を形成する方法を提供することである。 The object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems and provide a method for stably forming an artificial lipid membrane by preventing leakage of the electrolyte to the outside of the chamber and rapid evaporation of the electrolyte. That is.
本発明は、
以下の工程A〜Eを具備する、人工脂質膜形成方法:
以下の人工脂質膜形成装置(100)を準備する工程A
ここで、前記人工脂質膜形成装置(100)は
第1チャンバ(104)と、
第2チャンバ(105)と、
前記第1チャンバ(104)および前記第2チャンバ(105)の間に挟まれた隔壁(102)と、
前記隔壁(102)に設けられた貫通孔からなる人工脂質膜形成部(103)とを備え、
前記第1チャンバ(104)は、10pl以上200μl以下の容量を有し、
前記第2チャンバ(105)は、10pl以上200μl以下の容量を有し、
1.3 mPa・s以上200mPa・s以下の粘度を有する第1電解液(201)を、前記第1チャンバ(104)に注入する工程B、
脂質(203)および有機溶媒を含有する脂質溶液(202)を前記人工脂質膜形成部(103)に注入する工程C、
1.3mPa・s以上200mPa・s以下の粘度を有する第2電解液(204)を前記第2チャンバ(105)に注入し、前記第1電解液(201)および前記第2電解液(204)の間に前記脂質溶液(202)を挟む工程D、および
前記有機溶媒を除去して人工脂質膜を前記人工脂質膜形成部(103)に形成する工程E
に関する。
The present invention
An artificial lipid film forming method comprising the following steps A to E:
Step A of preparing the following artificial lipid film forming apparatus (100)
Here, the artificial lipid film forming apparatus (100) includes a first chamber (104),
A second chamber (105);
A partition wall (102) sandwiched between the first chamber (104) and the second chamber (105);
An artificial lipid membrane forming part (103) comprising a through-hole provided in the partition wall (102),
The first chamber (104) has a volume of 10 pl to 200 μl,
The second chamber (105) has a volume of 10 pl to 200 μl,
A step B of injecting a first electrolytic solution (201) having a viscosity of 1.3 mPa · s to 200 mPa · s into the first chamber (104);
A step C of injecting a lipid solution (202) containing a lipid (203) and an organic solvent into the artificial lipid film forming unit (103);
A second electrolytic solution (204) having a viscosity of 1.3 mPa · s to 200 mPa · s is injected into the second chamber (105), and the first electrolytic solution (201) and the second electrolytic solution (204). Step D for sandwiching the lipid solution (202) between the steps, and Step E for removing the organic solvent to form an artificial lipid membrane in the artificial lipid membrane forming part (103)
About.
前記第1電解液(201)または前記第2電解液(204)の少なくとも一方は、水酸基を有する有機化合物を含有することが好ましい。 At least one of the first electrolytic solution (201) or the second electrolytic solution (204) preferably contains an organic compound having a hydroxyl group.
前記水酸基を有する有機化合物は、アルコールであることが好ましい。 The organic compound having a hydroxyl group is preferably an alcohol.
前記アルコールは、低級アルコールであることが好ましい。 The alcohol is preferably a lower alcohol.
前記アルコールは、グリセリンであることも好ましい。 The alcohol is preferably glycerin.
前記第1電解液(201)または前記第2電解液(204)の少なくとも一方は、高分子を含有することが好ましい。 At least one of the first electrolyte solution (201) and the second electrolyte solution (204) preferably contains a polymer.
前記高分子は、ポリビニルアルコールであることが好ましい。 The polymer is preferably polyvinyl alcohol.
前記工程Bにおいて、前記第1電解液(201)は、インクジェット法により前記第1チャンバ(104)に注入されることが好ましい。 In the step B, it is preferable that the first electrolyte solution (201) is injected into the first chamber (104) by an inkjet method.
前記工程Dにおいて、前記第2電解液(204)は、インクジェット法により前記第2チャンバ(105)に注入されることが好ましい。 In the step D, the second electrolyte solution (204) is preferably injected into the second chamber (105) by an ink jet method.
前記工程Cにおいて、前記脂質溶液(202)は、インクジェット法により前記人工脂質膜形成部(103)に注入されることが好ましい。 In the step C, the lipid solution (202) is preferably injected into the artificial lipid film forming part (103) by an ink jet method.
本発明は、前記工程Eの後にさらに前記人工脂質膜に受容体またはイオンチャンネルの少なくとも一方を埋め込む工程Fを具備することが好ましい。 The present invention preferably further comprises a step F of embedding at least one of a receptor or an ion channel in the artificial lipid membrane after the step E.
前記工程Bにおいて、前記第1チャンバ(104)は前記第1電解質(201)で満たされることが好ましい。 In the step B, the first chamber (104) is preferably filled with the first electrolyte (201).
前記工程Dにおいて、前記第2チャンバ(105)は前記第2電解液(204)で満たされることが好ましい。 In the step D, the second chamber (105) is preferably filled with the second electrolyte (204).
本発明の上記目的、他の目的、特徴および利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。 The above object, other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of preferred embodiments with reference to the accompanying drawings.
本発明の人工脂質膜形成方法によれば、流動性を保ちつつ電解液の粘度を高めることにより、チャンバから電解液が漏出することを防止できる。その結果、電解液による装置周辺の汚濁を防げる。さらに、電解液の急速な蒸発を防止できるので、安定して人工脂質膜を形成できる。 According to the artificial lipid membrane forming method of the present invention, it is possible to prevent the electrolyte from leaking out of the chamber by increasing the viscosity of the electrolyte while maintaining fluidity. As a result, contamination around the device due to the electrolyte can be prevented. Furthermore, since rapid evaporation of the electrolyte can be prevented, an artificial lipid membrane can be stably formed.
(実施形態1)
以下、本発明の実施形態1を、図面を参照しながら説明する。
(Embodiment 1)
Embodiment 1 of the present invention will be described below with reference to the drawings.
<工程A:準備工程>
図1および図2は、本発明の実施形態1における人工脂質膜形成装置100の斜投影図および断面図をそれぞれ示す。
<Process A: Preparation process>
1 and 2 show an oblique projection and a cross-sectional view of the artificial lipid film forming apparatus 100 according to Embodiment 1 of the present invention, respectively.
実施形態1において、人工脂質膜形成装置100は容器101を備えている。容器101の材料の例は、有機材料または無機材料である。有機材料が好ましい。 In Embodiment 1, the artificial lipid film forming apparatus 100 includes a container 101. An example of the material of the container 101 is an organic material or an inorganic material. Organic materials are preferred.
有機材料は、熱可塑性樹脂でも良いし、熱硬化性樹脂でも良い。有機材料は、汎用プラスチック、エンジニアリング・プラスチックまたはスーパーエンジニアリング・プラスチックでも良い。有機材料の例は、フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリ酢酸ビニル、ABS(アクリロニトリルブタジエンスチレン)樹脂、アクリル、ポリエチレンテレフタレート、塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリサルフォン、PEEK(登録商標)、ポリアセタール、環状ポリオレフィン、ポリフェニレンスルファイド、ポリテトラフロロエチレンまたはポリアミドイミドである。有機材料は、複合樹脂でも良い。 The organic material may be a thermoplastic resin or a thermosetting resin. The organic material may be general purpose plastic, engineering plastic or super engineering plastic. Examples of organic materials are phenol resin, melamine resin, epoxy resin, polyester resin, polyurethane resin, polyimide resin, polyethylene, polycarbonate, polyvinyl acetate, ABS (acrylonitrile butadiene styrene) resin, acrylic, polyethylene terephthalate, vinyl chloride, polypropylene, Polystyrene, polysulfone, PEEK (registered trademark), polyacetal, cyclic polyolefin, polyphenylene sulfide, polytetrafluoroethylene or polyamideimide. The organic material may be a composite resin.
無機材料としてはガラスが好ましい。ソーダガラス、石英、ホウケイ酸ガラス、低融点ガラス、感光性ガラスが使用され得る。ガラス以外の無機材料としては、シリコン、ゲルマニウム、インジウムリン、ガリウム砒素、窒化ガリウム、酸化アルミ、酸化シリコンまたは窒化シリコンが使用され得る。 Glass is preferable as the inorganic material. Soda glass, quartz, borosilicate glass, low melting point glass, photosensitive glass can be used. As an inorganic material other than glass, silicon, germanium, indium phosphide, gallium arsenide, gallium nitride, aluminum oxide, silicon oxide, or silicon nitride can be used.
容器101の材料は、複数の有機材料または無機材料を組み合わせた材料でも良い。容器101の材料は、有機材料または無機材料のいずれであっても、絶縁性を有することが好ましい。 The material of the container 101 may be a material combining a plurality of organic materials or inorganic materials. The material of the container 101 is preferably insulative regardless of whether it is an organic material or an inorganic material.
容器101の外周面の少なくとも一部は、親水性を有することが好ましい。容器101の外周面の少なくとも一部を親水性にするために、酸素プラズマ処理を行なっても良いし、親水性材料で被覆しても良い。容器101の材料は、人工脂質膜を観察できるように透明であることが好ましいが、不透明であっても良い。 At least a part of the outer peripheral surface of the container 101 is preferably hydrophilic. In order to make at least a part of the outer peripheral surface of the container 101 hydrophilic, oxygen plasma treatment may be performed, or it may be coated with a hydrophilic material. The material of the container 101 is preferably transparent so that the artificial lipid film can be observed, but may be opaque.
容器101の容量は、操作性の観点から2pl以上2ml以下であることが好ましい。容器101の容量は、1nl以上400μl以下であることがより好ましい。容器101は、直方体であることが好ましいが、円筒形または多角形であっても良い。容器101は、流路またはチャンバであっても良い。 The capacity of the container 101 is preferably 2 pl or more and 2 ml or less from the viewpoint of operability. The volume of the container 101 is more preferably 1 nl or more and 400 μl or less. The container 101 is preferably a rectangular parallelepiped, but may be cylindrical or polygonal. The container 101 may be a flow path or a chamber.
容器101は、機械加工により成型されることが好ましい。機械加工としては、射出成形、押出成形、圧縮成形、中空成形、切削加工、モールド、サンドブラスト、ドライエッチング、ウェットエッチング、ナノインプリント、ミリング、光硬化、リソグラフィまたはホットエンボスが好ましい。容器101は、半導体プロセスにより加工されることも好ましい。 The container 101 is preferably molded by machining. As the machining, injection molding, extrusion molding, compression molding, hollow molding, cutting, molding, sand blasting, dry etching, wet etching, nanoimprinting, milling, photocuring, lithography or hot embossing is preferable. The container 101 is also preferably processed by a semiconductor process.
隔壁102は、容器101の内部に設けられている。隔壁102は、容器101を少なくとも2つの室に分離するように設けられることが好ましい。隔壁102は、容器101の中央部に設けられることが好ましいが、容器101の端部に設けられても良い。 The partition wall 102 is provided inside the container 101. The partition wall 102 is preferably provided so as to separate the container 101 into at least two chambers. The partition wall 102 is preferably provided at the center of the container 101, but may be provided at the end of the container 101.
隔壁102の材料には、容器101の材料として使用し得る材料のいずれも使用し得る。 Any material that can be used as the material of the container 101 can be used as the material of the partition wall 102.
隔壁102の材料と異なる材料から構成される薄膜により、隔壁102の表面の一部を被覆しても良い。隔壁102の表面を被覆する薄膜の厚みは、10nm以上100μm以下であることが好ましい。自己組織化膜(SAM膜)または撥水性の材料から構成される薄膜により、隔壁102の表面の一部を被覆しても良い。 A part of the surface of the partition wall 102 may be covered with a thin film made of a material different from the material of the partition wall 102. The thickness of the thin film covering the surface of the partition wall 102 is preferably 10 nm or more and 100 μm or less. A part of the surface of the partition wall 102 may be covered with a thin film made of a self-assembled film (SAM film) or a water-repellent material.
隔壁102の材料は、有機材料または無機材料のいずれであっても、絶縁性を有することが好ましい。隔壁102の材料の電気抵抗率は、1010Ωcm以上であることが好ましく、1012Ωcm以上であることがより好ましい。隔壁102の材料の比誘電率は、2.0以上50.0以下であることが好ましく、2.0以上15.0以下であることがより好ましい。 The material of the partition wall 102 is preferably insulative regardless of whether it is an organic material or an inorganic material. The electrical resistivity of the material of the partition wall 102 is preferably 10 10 Ωcm or more, and more preferably 10 12 Ωcm or more. The relative dielectric constant of the material of the partition wall 102 is preferably 2.0 or more and 50.0 or less, and more preferably 2.0 or more and 15.0 or less.
隔壁102の表面は、撥水性であることが好ましい。隔壁102の表面の接触角は、90°以上であることが好ましいが、120°以上150°以下であることがより好ましい。 The surface of the partition wall 102 is preferably water repellent. The contact angle of the surface of the partition wall 102 is preferably 90 ° or more, and more preferably 120 ° or more and 150 ° or less.
隔壁102は、板状であることが最も好ましいが、膜状であっても良い。隔壁102の厚みは10nm以上1mm以下であることが好ましく、30μm以上500μm以下であることがより好ましい。隔壁102の厚みは全面で同一であっても良いし、異なっていても良い。隔壁102の面積は、1μm2以上100cm2以下であることが好ましく、100μm2以上1cm2以下であることがより好ましい。 The partition 102 is most preferably plate-shaped, but may be film-shaped. The thickness of the partition wall 102 is preferably 10 nm or more and 1 mm or less, and more preferably 30 μm or more and 500 μm or less. The thickness of the partition wall 102 may be the same over the entire surface, or may be different. Area of the partition wall 102 is preferably 1 [mu] m 2 or more 100 cm 2 or less, more preferably 100 [mu] m 2 or more 1 cm 2 or less.
隔壁102は、機械加工により成型されることが好ましい。機械加工としては、射出成形、押出成形、圧縮成形、中空成形、切削加工、溶液流延、延伸、モールド、サンドブラスト、ドライエッチング、ウェットエッチング、ナノインプリント、ミリング、光硬化、リソグラフィまたはホットエンボスが好ましい。隔壁102は、半導体プロセスにより加工されることも好ましい。 The partition wall 102 is preferably molded by machining. As the machining, injection molding, extrusion molding, compression molding, hollow molding, cutting, solution casting, stretching, molding, sandblasting, dry etching, wet etching, nanoimprinting, milling, photocuring, lithography or hot embossing are preferable. The partition wall 102 is also preferably processed by a semiconductor process.
隔壁102は、容器101の内部に1つだけ設けられても良いし、2つ以上設けられても良い。 Only one partition wall 102 may be provided inside the container 101, or two or more partition walls 102 may be provided.
人工脂質膜形成部103は、隔壁102の中央部に設けられることが好ましい。人工脂質膜形成部103は、隔壁102の端部に設けられても良い。人工脂質膜形成部103は、隔壁102に設けられた貫通孔であることが最も好ましい。貫通孔の断面は、円形であることが好ましい。図3は、人工脂質膜形成部103としての貫通孔の断面であって、隔壁102の法線方向から見た断面を示す。図3(a)は、人工脂質膜形成部103としての貫通孔の断面が円形であることを表している。人工脂質膜にかかる力が均等に分散されるため、貫通孔の断面は円形が好ましい。貫通孔の断面は、図3(b)〜(e)に示されるように、楕円形、多角形、台形または四角形でも良い。貫通孔は、図2に示されるようにテーパ状であることがより好ましい。 The artificial lipid film forming unit 103 is preferably provided at the center of the partition wall 102. The artificial lipid film forming unit 103 may be provided at the end of the partition wall 102. The artificial lipid membrane forming part 103 is most preferably a through-hole provided in the partition wall 102. The cross section of the through hole is preferably circular. FIG. 3 shows a cross-section of the through-hole as the artificial lipid membrane forming part 103 and viewed from the normal direction of the partition wall 102. FIG. 3A shows that the cross-section of the through hole as the artificial lipid membrane forming unit 103 is circular. Since the force applied to the artificial lipid membrane is evenly dispersed, the through hole preferably has a circular cross section. The cross section of the through hole may be oval, polygonal, trapezoidal or square as shown in FIGS. The through hole is more preferably tapered as shown in FIG.
人工脂質膜形成部103が、その断面が円形の貫通孔である場合、人工脂質膜形成部103の直径は10nm以上1mm以下であることが好ましく、50nm以上200μm以下であることがより好ましい。人工脂質膜形成部103の面積、すなわち図3(a)〜(e)に示した図形の面積は、75nm2以上0.75mm2以下であることが好ましい。人工脂質膜形成部103の内壁は、平滑であることが好ましいが、人工脂質膜を安定化する観点から、凹凸構造または溝構造を備えていても良い。 When the artificial lipid membrane forming portion 103 is a through-hole having a circular cross section, the diameter of the artificial lipid membrane forming portion 103 is preferably 10 nm or more and 1 mm or less, and more preferably 50 nm or more and 200 μm or less. The area of the artificial lipid membrane forming part 103, that is, the area of the figure shown in FIGS. 3A to 3E is preferably 75 nm 2 or more and 0.75 mm 2 or less. The inner wall of the artificial lipid film forming unit 103 is preferably smooth, but may have a concavo-convex structure or a groove structure from the viewpoint of stabilizing the artificial lipid film.
人工脂質膜形成部103は、隔壁102と同様にして成型され得る。 The artificial lipid film forming unit 103 can be molded in the same manner as the partition wall 102.
1つの人工脂質膜形成部103が、隔壁102に設けられても良いし、複数の人工脂質膜形成部103が設けられても良い。複数の人工脂質膜形成部103は、二次元的にアレイ状に配置されることが好ましい。複数の人工脂質膜形成部103は、正方格子、斜方格子、六方格子、単純長方格子または面心長方格子に配置されることが好ましい。複数の人工脂質膜形成部103の形状は、すべてが同じでも良いし、異なっていても良い。複数の人工脂質膜形成部103の面積は、すべて同じでも良いし、異なっていても良い。 One artificial lipid film forming unit 103 may be provided in the partition wall 102, or a plurality of artificial lipid film forming units 103 may be provided. It is preferable that the plurality of artificial lipid film forming units 103 are two-dimensionally arranged in an array. The plurality of artificial lipid film forming units 103 are preferably arranged in a square lattice, an orthorhombic lattice, a hexagonal lattice, a simple rectangular lattice, or a face-centered rectangular lattice. The shapes of the plurality of artificial lipid film forming units 103 may all be the same or different. The areas of the plurality of artificial lipid film forming units 103 may all be the same or different.
第1チャンバ104は、容器101の一端に設けられている。第1チャンバ104は、容器101の内壁と隔壁102との間に設けられていることが好ましく、容器101の内壁および隔壁102により形成されることが最も好ましい。第1チャンバ104の容量は、操作性の観点から1pl以上1ml以下であることが好ましく、10pl以上200μl以下であることがより好ましい。第1チャンバ104は、電解液を注入するための注入口を備えることが好ましい。第1チャンバ104は、電解液を排出するための排出口を備えることが好ましい。第1チャンバ104は、流路を介して電解液溜めに接続されていても良い。電解液溜めの容量を、第1チャンバ104の容量に含めても良いし、含めなくても良い。第1チャンバ104の開口部に蓋または栓を設けても良いし、第1チャンバ104の開口部に膜を貼っても良い。 The first chamber 104 is provided at one end of the container 101. The first chamber 104 is preferably provided between the inner wall of the container 101 and the partition wall 102, and is most preferably formed by the inner wall of the container 101 and the partition wall 102. The volume of the first chamber 104 is preferably 1 pl or more and 1 ml or less, more preferably 10 pl or more and 200 μl or less from the viewpoint of operability. The first chamber 104 preferably includes an inlet for injecting an electrolytic solution. The first chamber 104 preferably includes a discharge port for discharging the electrolytic solution. The first chamber 104 may be connected to the electrolyte reservoir via a flow path. The capacity of the electrolyte reservoir may or may not be included in the capacity of the first chamber 104. A lid or a stopper may be provided at the opening of the first chamber 104, or a film may be attached to the opening of the first chamber 104.
第2チャンバ105は、隔壁102を介して第1チャンバ104の反対側に設けられている。第2チャンバ105は、容器101の内壁と隔壁102との間に設けられていることが好ましく、容器101の内壁および隔壁102により形成されることが最も好ましい。第2チャンバ105の容量は、操作性の観点から1pl以上1ml以下であることが好ましく、10pL以上200μl以下であることがより好ましい。第2チャンバ105の容積は、第1チャンバ104の容積と同じでも良いし、異なっていても良い。第2チャンバ105は、電解液を注入するための注入口を備えることが好ましい。第2チャンバ105は、電解液を排出するための排出口を備えることが好ましい。第2チャンバ105は、流路を介して電解液溜めに接続されていても良い。電解液溜めの容量は、第2チャンバ105の容量に含められても良いし、含められなくても良い。第2チャンバ105の開口部に蓋または栓を設けても良いし、第2チャンバ105の開口部に膜を貼っても良い。 The second chamber 105 is provided on the opposite side of the first chamber 104 via the partition wall 102. The second chamber 105 is preferably provided between the inner wall of the container 101 and the partition wall 102, and is most preferably formed by the inner wall of the container 101 and the partition wall 102. The volume of the second chamber 105 is preferably 1 pl or more and 1 ml or less, and more preferably 10 pL or more and 200 μl or less from the viewpoint of operability. The volume of the second chamber 105 may be the same as or different from the volume of the first chamber 104. The second chamber 105 preferably includes an inlet for injecting an electrolytic solution. The second chamber 105 preferably includes a discharge port for discharging the electrolytic solution. The second chamber 105 may be connected to the electrolyte reservoir through a flow path. The capacity of the electrolytic solution reservoir may or may not be included in the capacity of the second chamber 105. A lid or a stopper may be provided at the opening of the second chamber 105, or a film may be attached to the opening of the second chamber 105.
次に、人工脂質膜の形成手順を説明する。図4および図5は本発明の実施形態1における人工脂質膜形成方法を表す。図4および図5においては、図1および図2と同様の構成には同一符号を付し、その説明を省略する。 Next, a procedure for forming an artificial lipid membrane will be described. 4 and 5 show an artificial lipid film forming method according to Embodiment 1 of the present invention. 4 and 5, the same components as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
<工程B:第1電解液注入工程>
図4は、第1電解液注入工程を表す。第1電解液注入工程では、第1電解液201を第1開口部106から第1チャンバ104内へ注入して、第1チャンバ104を第1電解液201により満たす。第1電解液201は、人工脂質膜形成部103を通過して、第1チャンバ104から第2チャンバ105へ移動しないことが好ましい。
<Process B: 1st electrolyte solution injection process>
FIG. 4 shows a first electrolyte solution injection step. In the first electrolyte solution injection step, the first electrolyte solution 201 is injected into the first chamber 104 from the first opening 106 to fill the first chamber 104 with the first electrolyte solution 201. It is preferable that the first electrolytic solution 201 does not move from the first chamber 104 to the second chamber 105 through the artificial lipid film forming unit 103.
第1電解液201は、KClを含有することが好ましく、等張のKCl液であることがより好ましい。第1電解液201は、細胞内の生理的条件と同じであることが好ましい。第1電解液201のpHは、7付近が好ましい。第1電解液201は、HEPES、リン酸緩衝液(PBS)またはリン酸緩衝生理食塩水のような緩衝液であっても良く、電気生理実験で用いられる一般的な溶液であっても良い。第1電解液201のCa2+濃度は、10〜100nMであることが好ましい。Ca2+濃度の調節には、EGTAのようなCa2+キレータを用いても良い。 The first electrolytic solution 201 preferably contains KCl, and more preferably isotonic KCl solution. The first electrolytic solution 201 is preferably the same as the physiological condition in the cell. The pH of the first electrolytic solution 201 is preferably around 7. The first electrolytic solution 201 may be a buffer solution such as HEPES, phosphate buffer (PBS), or phosphate buffered saline, or may be a general solution used in electrophysiological experiments. The Ca 2+ concentration of the first electrolytic solution 201 is preferably 10 to 100 nM. To adjust the Ca 2+ concentration, a Ca 2+ chelator such as EGTA may be used.
第1電解液201は、Tyrode液を含有することが好ましい。第1電解液201は、NaCl 137mM、KCl 2.68mM、CaCl2 1.8mM、NaH2PO4 0.32mM、Glucose 5.56mM、NaHCO3 1.16mMを含有することが好ましい。第1電解液201は、NaCl 140mM、KCl 5.4mM、CaCl2 1.8mM、MgCl2 1mM、NaHPO4 0.3mM、Glucose 5mM、HEPES 5mM(pH7.4)を含有していても良い。第1電解液201は、KCl 140mM、MgCl2 1mM、CaCl2 1mM、EGTA 10mM、Mg−ATP 2mM、NaOH−HEPES 10mM(pH7.3)を含有していても良い。 The first electrolytic solution 201 preferably contains a Tyrode solution. The first electrolytic solution 201 preferably contains NaCl 137 mM, KCl 2.68 mM, CaCl 2 1.8 mM, NaH 2 PO 4 0.32 mM, Glucose 5.56 mM, and NaHCO 3 1.16 mM. The first electrolytic solution 201 may contain NaCl 140 mM, KCl 5.4 mM, CaCl 2 1.8 mM, MgCl 2 1 mM, NaHPO 4 0.3 mM, Glucose 5 mM, HEPES 5 mM (pH 7.4). The first electrolytic solution 201 may contain KCl 140 mM, MgCl 2 1 mM, CaCl 2 1 mM, EGTA 10 mM, Mg-ATP 2 mM, NaOH-HEPES 10 mM (pH 7.3).
第1電解液201中のCl−は、膜非透過性の陰イオンであるSO4 2−、Methanesulfonate、gluconate、glutamateまたはaspartateで置換されることが好ましい。第1電解液201は、微生物が繁殖しないように、−20℃で冷凍保存されることが好ましい。第1電解液201中の陽イオンは、膜非透過性の有機塩基に置換されることが好ましい。第1電解液201中の陽イオンは、tetraechylammoniumまたはN−methyl−D−glucamineに置換されることが好ましい。第1電解液201に含有されるEGTAは、BAPTAに置換されることが好ましい。第1電解液201は、ATPを含有していても良い。受容体の機能を維持するため、第1電解液201は0.1〜0.3mMのGTPを含有していても良い。 Cl − in the first electrolytic solution 201 is preferably replaced with SO 4 2− , methanesulfonate, gluconate, glutamate, or aspartate which is a membrane-impermeable anion. The first electrolytic solution 201 is preferably stored frozen at −20 ° C. so that microorganisms do not propagate. It is preferable that the cation in the first electrolytic solution 201 is replaced with a membrane-impermeable organic base. It is preferable that the cation in the first electrolytic solution 201 is replaced with tetraethylammonium or N-methyl-D-glucamine. EGTA contained in the first electrolytic solution 201 is preferably replaced with BAPTA. The first electrolytic solution 201 may contain ATP. In order to maintain the function of the receptor, the first electrolytic solution 201 may contain 0.1 to 0.3 mM GTP.
第1電解液201の粘度は、1.3mPa・s以上200mPa・s以下であることが好ましい。第1電解液201は、電圧降下を小さくする観点およびイオン電導度を高める観点から、流動性を有することが好ましい。第1電解液201は、液状または半液状であることが好ましい。 The viscosity of the first electrolytic solution 201 is preferably 1.3 mPa · s or more and 200 mPa · s or less. The first electrolytic solution 201 preferably has fluidity from the viewpoint of reducing the voltage drop and increasing the ionic conductivity. The first electrolytic solution 201 is preferably liquid or semi-liquid.
第1電解液201の粘度は、水溶性の物質により調整されることが好ましい。第1電解液201の粘度は、増粘剤により調整されることが好ましい。第1電解液201の粘度は、水酸基、カルボキシル基、アミノ基またはスルホン基のような親水性を示す官能基を有する有機化合物により調整されても良い。有機化合物としては、炭素数1以上10以下の有機化合物が好ましく、炭素数1以上5以下の有機化合物がより好ましい。 The viscosity of the first electrolytic solution 201 is preferably adjusted with a water-soluble substance. It is preferable that the viscosity of the 1st electrolyte solution 201 is adjusted with a thickener. The viscosity of the first electrolyte 201 may be adjusted by an organic compound having a hydrophilic functional group such as a hydroxyl group, a carboxyl group, an amino group, or a sulfone group. As the organic compound, an organic compound having 1 to 10 carbon atoms is preferable, and an organic compound having 1 to 5 carbon atoms is more preferable.
第1電解液201の粘度は、アルコールにより調整されることが好ましい。アルコールは、1価アルコールまたは多価アルコールのいずれでも良い。アルコールは、グリセリンのような低級アルコールであることが好ましい。 The viscosity of the first electrolytic solution 201 is preferably adjusted with alcohol. The alcohol may be a monohydric alcohol or a polyhydric alcohol. The alcohol is preferably a lower alcohol such as glycerin.
第1電解液201の粘度は、イソプロピルアルコール、エチレングリコール、ソルビトール、キシリトール、ジプロピレングリコール、ブチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリオキシエチレンメチルグルコシド、マルチトール、マンニトールまたはグルコースのような糖または糖アルコールにより調整されても良い。糖としては、単糖類、二糖類、三糖類、四糖類または多糖類を使用し得る。
第1電解液201は、20℃における純水の粘度(1.0mPa・s)よりも高い粘度を有することが好ましい。
The viscosity of the first electrolyte 201 is adjusted with a sugar or sugar alcohol such as isopropyl alcohol, ethylene glycol, sorbitol, xylitol, dipropylene glycol, butylene glycol, polyethylene glycol, polyoxyethylene methyl glucoside, maltitol, mannitol or glucose. May be. As sugars, monosaccharides, disaccharides, trisaccharides, tetrasaccharides or polysaccharides can be used.
It is preferable that the 1st electrolyte solution 201 has a viscosity higher than the viscosity (1.0 mPa * s) of the pure water in 20 degreeC.
第1電解液201の粘度は、高分子により調整されても良い。第1電解液201の粘度は、水酸基、カルボキシル基、アミノ基またはスルホン基のような親水性を示す官能基を有する高分子により調整されても良い。高分子としては、ポリビニルアルコールが好ましいが、ポリアクリルアミドまたはメタクリル酸2―ヒドロキシエチル(HEMA)も使用し得る。高分子は、ホモポリマーまたはコポリマーのいずれであっても良い。 The viscosity of the first electrolytic solution 201 may be adjusted by a polymer. The viscosity of the first electrolytic solution 201 may be adjusted by a polymer having a hydrophilic functional group such as a hydroxyl group, a carboxyl group, an amino group, or a sulfone group. Polyvinyl alcohol is preferred as the polymer, but polyacrylamide or 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA) can also be used. The polymer may be either a homopolymer or a copolymer.
高分子は、合成高分子であることが好ましいが、半合成高分子または天然高分子であっても良い。高分子としては、アラビアゴム、カルボキシビニルポリマ、アルギン酸ナトリウム、アルギン酸プロピレングリコール、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロースナトリウム、キタンサンガム、合成ケイ酸ナトリウム、合成ケイ酸マグネシウム、ジメチルジステアリルアンモニウムヘクトライト、シクロデキストリン、ポリアクリル酸ナトリウム、ゼラチン、カゼイン、コラーゲン、ヒアルロン酸、アルブミン、ペクチン、タマリンドガム、グアーガム、カラギーナンまたはカロブビーンガムを使用し得る。 The polymer is preferably a synthetic polymer, but may be a semi-synthetic polymer or a natural polymer. Polymers include gum arabic, carboxyvinyl polymer, sodium alginate, propylene glycol alginate, ethyl cellulose, sodium carboxymethyl cellulose, chitansan gum, synthetic sodium silicate, synthetic magnesium silicate, dimethyl distearyl ammonium hectorite, cyclodextrin, polyacrylic acid Sodium, gelatin, casein, collagen, hyaluronic acid, albumin, pectin, tamarind gum, guar gum, carrageenan or carob bean gum may be used.
第1電解液201の粘度を調整する物質は、人工脂質膜のような膜タンパク質を安定化する物質であることが好ましい。 The substance that adjusts the viscosity of the first electrolytic solution 201 is preferably a substance that stabilizes a membrane protein such as an artificial lipid film.
第1電解液201の粘度を調整する物質の濃度は、注入の容易性の観点から、1%以上99%以下であることが好ましく、1%以上50%以下であることがより好ましい。第1電解液201の粘度を調整する物質の濃度は、注入の容易性の観点から、0.087w/w%以上20w/w%以下であることが好ましく、0.087w/w%以上12w/w%以下であることがより好ましい。第1電解液201中のグリセリン濃度は、1%以上99%以下であることが好ましく、1%以上50%以下であることがより好ましい。第1電解液201中のPVA濃度は、0.087w/w%以上12w/w%以下であることが好ましい。本明細書において、単に%と標記する場合は、体積濃度を表す。w/w%と標記する場合は、重量濃度を表す。 The concentration of the substance that adjusts the viscosity of the first electrolytic solution 201 is preferably 1% or more and 99% or less, and more preferably 1% or more and 50% or less from the viewpoint of ease of injection. The concentration of the substance that adjusts the viscosity of the first electrolytic solution 201 is preferably 0.087 w / w% or more and 20 w / w% or less from the viewpoint of ease of injection, and is 0.087 w / w% or more and 12 w / w. More preferably, it is w% or less. The glycerin concentration in the first electrolytic solution 201 is preferably 1% or more and 99% or less, and more preferably 1% or more and 50% or less. The PVA concentration in the first electrolytic solution 201 is preferably 0.087 w / w% or more and 12 w / w% or less. In the present specification, when simply expressed as%, it represents a volume concentration. When indicated as w / w%, it represents the weight concentration.
第1電解液201の電気抵抗率は、電圧降下を小さくする観点から、1μΩm以上100kΩm以下であることが好ましく、1mΩm以上10Ωm以下であることがより好ましい。第1電解液201は、人工脂質膜を観察する観点から、透明であることが好ましいが、不透明であっても良い。 The electrical resistivity of the first electrolytic solution 201 is preferably 1 μΩm or more and 100 kΩm or less, and more preferably 1 mΩm or more and 10Ωm or less from the viewpoint of reducing the voltage drop. The first electrolytic solution 201 is preferably transparent from the viewpoint of observing the artificial lipid membrane, but may be opaque.
第1チャンバ104へ注入される第1電解液201の量は、10pl以上200μl以下であることが好ましく、1nl以上200μl以下であることがより好ましい。第1電解液201は、静止していることが最も好ましいが、流動していても良い。第1電解液201が流動する場合、人工脂質膜の形成に実質的に関与する第1電解液201の量が、上記容量の範囲内であることが好ましい。第1チャンバ104内に第1電解液201を注入した後、余剰の第1電解液201を排出することにより、第1チャンバ104内の第1電解液201の量を調整しても良い。 The amount of the first electrolyte 201 injected into the first chamber 104 is preferably 10 pl to 200 μl, and more preferably 1 nl to 200 μl. The first electrolytic solution 201 is most preferably stationary, but may be flowing. When the first electrolytic solution 201 flows, it is preferable that the amount of the first electrolytic solution 201 that substantially participates in the formation of the artificial lipid membrane is within the above capacity range. After injecting the first electrolytic solution 201 into the first chamber 104, the amount of the first electrolytic solution 201 in the first chamber 104 may be adjusted by discharging the excess first electrolytic solution 201.
第1電解液201は、ピペットを用いて第1チャンバ104に注入されることが好ましいが、管、流路、スポイトまたはシリンジを用いて第1チャンバ104に注入されても良い。第1電解液201は、第1チャンバ104へと連続的に注入されても良いし、断続的に注入されても良い。第1電解液201は、液滴状で第1チャンバ104に注入されても良い。液滴状の第1電解液201を注入する方法としては、インクジェット法、静電噴霧法、超音波法、ドットインパクト法または微小液滴塗布法を利用し得る。 The first electrolytic solution 201 is preferably injected into the first chamber 104 using a pipette, but may be injected into the first chamber 104 using a tube, a flow path, a dropper, or a syringe. The first electrolyte 201 may be continuously injected into the first chamber 104 or may be intermittently injected. The first electrolytic solution 201 may be injected into the first chamber 104 in the form of droplets. As a method for injecting the droplet-shaped first electrolytic solution 201, an inkjet method, an electrostatic spray method, an ultrasonic method, a dot impact method, or a fine droplet coating method can be used.
インクジェット法とは、液体を微小液滴にして目的の位置へ注入する方法である。微小液滴塗布法とは、先端を細く絞ったキャピラリの中に液体を満たし、キャピラリ管の中に挿入されたニードルを移動させることにより、キャピラリ内に充填した液体を注入する方法である。インクジェット法はピエゾ方式であることが最も好ましいが、サーマル方式でも良い。微小液滴塗布法とは、先端に開口部を有するキャピラリの内部にニードルを設けて、そのニードルの移動によりキャピラリ内に充填した液体を対象物に塗布する方法である。 The ink jet method is a method in which a liquid is made into fine droplets and injected into a target position. The microdroplet coating method is a method of injecting a liquid filled in a capillary by filling the liquid in a capillary whose tip is narrowed and moving a needle inserted into the capillary tube. The inkjet method is most preferably a piezo method, but may be a thermal method. The microdroplet application method is a method in which a needle is provided inside a capillary having an opening at the tip, and a liquid filled in the capillary is applied to an object by moving the needle.
第1電解液201は、手動、半手動または自動で第1チャンバ104に注入される。第1電解液201の注入時間は、1マイクロ秒以上10秒以下であることが好ましく、1マイクロ秒以上1秒以下であることがより好ましい。第1電解液201の注入速度は、第1電解液注入工程において一定でも良いし、変化しても良い。 The first electrolyte 201 is injected into the first chamber 104 manually, semi-manually or automatically. The injection time of the first electrolytic solution 201 is preferably 1 microsecond or more and 10 seconds or less, and more preferably 1 microsecond or more and 1 second or less. The injection rate of the first electrolytic solution 201 may be constant or may change in the first electrolytic solution injection step.
第1電解液201の乾燥を抑制する観点から、第1電解液注入工程において、第1電解液201は、室温に維持されることが好ましい。第1電解液201は、0℃以上40℃以下に維持されることが好ましく、10℃以上30℃以下に維持されることがより好ましい。第1電解液注入工程において、人工脂質膜形成装置100の周辺の相対湿度は、50%以上100%以下に維持されることが好ましい。 From the viewpoint of suppressing the drying of the first electrolytic solution 201, the first electrolytic solution 201 is preferably maintained at room temperature in the first electrolytic solution injection step. The first electrolyte 201 is preferably maintained at 0 ° C. or higher and 40 ° C. or lower, and more preferably maintained at 10 ° C. or higher and 30 ° C. or lower. In the first electrolyte solution injection step, the relative humidity around the artificial lipid film forming apparatus 100 is preferably maintained at 50% or more and 100% or less.
メンブランフィルターを通して、第1電解液201に含有される塵または混雑物が除去されることが好ましい。 It is preferable to remove dust or congestion contained in the first electrolyte 201 through the membrane filter.
第1電解液注入工程では、第1電解液201は、毛細管力、重力、表面張力または遠心力により第1チャンバ104へ注入されることが好ましい。 In the first electrolyte solution injection step, the first electrolyte solution 201 is preferably injected into the first chamber 104 by capillary force, gravity, surface tension, or centrifugal force.
第1電解液注入工程では、第1電解液201を第1チャンバ104へ注入し終えたことを検出しても良い。注入の終了は、光学顕微鏡による観察により検出されても良く、第1チャンバ104に複数の電極を設けて、電気伝導度を測定することにより検出されても良い。第1電解液注入工程では、人工脂質膜形成部103の上端を越えるまで、第1電解液201は第1チャンバ104へ注入されることが好ましい。 In the first electrolyte solution injection step, it may be detected that the first electrolyte solution 201 has been injected into the first chamber 104. The completion of injection may be detected by observation with an optical microscope, or may be detected by providing a plurality of electrodes in the first chamber 104 and measuring electrical conductivity. In the first electrolyte solution injection step, the first electrolyte solution 201 is preferably injected into the first chamber 104 until the upper end of the artificial lipid film forming unit 103 is exceeded.
第1電解液201は、単一の粘度を有する均一な電解液であることが最も好ましい。第1電解液201は、1.3 mPa・s以上200mPa・s以下の粘度を有する複数の電解液を組み合わせた電解液でも良い。第1電解液201の粘度は勾配があっても良い。第1電解液201の粘度の勾配は、連続的でも良いし、不連続でも良い。 The first electrolyte 201 is most preferably a uniform electrolyte having a single viscosity. The first electrolytic solution 201 may be an electrolytic solution obtained by combining a plurality of electrolytic solutions having a viscosity of 1.3 mPa · s to 200 mPa · s. The viscosity of the first electrolytic solution 201 may have a gradient. The viscosity gradient of the first electrolytic solution 201 may be continuous or discontinuous.
第1電解液201は微量なので、第1電解液201の粘度が不足していると、第1チャンバ104または第2チャンバ105の開口部に蓋または栓を設けたり、膜を貼ったりする間に第1電解液201が蒸発してしまうことがある。このため、操作に注意を要する。 Since the first electrolytic solution 201 is in a very small amount, if the viscosity of the first electrolytic solution 201 is insufficient, a lid or a stopper is provided at the opening of the first chamber 104 or the second chamber 105 or a film is applied. The first electrolyte 201 may evaporate. For this reason, attention is required for operation.
<工程C:脂質溶液注入工程>
図5(a)は、脂質溶液注入工程を表す。脂質溶液注入工程では、人工脂質膜形成部103へ脂質溶液202を注入する。脂質溶液注入工程では、第2チャンバ105側から脂質溶液202を注入することが好ましい。
<Step C: Lipid solution injection step>
FIG. 5 (a) shows a lipid solution injection step. In the lipid solution injection step, the lipid solution 202 is injected into the artificial lipid film forming unit 103. In the lipid solution injection step, it is preferable to inject the lipid solution 202 from the second chamber 105 side.
脂質溶液202は、脂質203を有機溶媒に分散した溶液であることが好ましい。脂質203は、分子中にリン酸または糖を含有する複合脂質であることが好ましい。脂質203は、単純脂質または誘導脂質を含有していても良い。脂質203は、リン脂質であることが最も好ましいが、糖脂質、リポ脂質、スルホ脂質、スフィンゴリン脂質、グリセロリン脂質、アゾレクチン、またはその他の天然由来の脂質であっても良いし、合成脂質でも良い。合成脂質は高純度で化学的に安定な試薬を得やすいので、天然由来の脂質より好ましい。脂質203としては、ジフィタノイルフォスファジルコリン、グリセリンモノオレエイト、ホスファチジルコリン、ホスファチジルエタノールアミン、ホスファチジルセリンまたはジパルミトイルホスファチジルコリンを使用し得る。脂質203の脂肪酸部分は、炭素数が10から20の飽和脂肪酸または不飽和脂肪酸であることが好ましい。脂質203は、1種類の脂質を使用しても良いし、2種類以上の脂質を混合した脂質を使用しても良い。 The lipid solution 202 is preferably a solution in which the lipid 203 is dispersed in an organic solvent. The lipid 203 is preferably a complex lipid containing phosphoric acid or sugar in the molecule. Lipid 203 may contain simple lipids or derived lipids. The lipid 203 is most preferably a phospholipid, but may be a glycolipid, a lipolipid, a sulfolipid, a sphingophospholipid, a glycerophospholipid, an azolectin, or other naturally derived lipid, or a synthetic lipid. . Synthetic lipids are preferable to naturally derived lipids because they are easy to obtain highly pure and chemically stable reagents. As the lipid 203, diphytanoyl phosphatidylcholine, glycerin monooleate, phosphatidylcholine, phosphatidylethanolamine, phosphatidylserine, or dipalmitoylphosphatidylcholine may be used. The fatty acid portion of the lipid 203 is preferably a saturated or unsaturated fatty acid having 10 to 20 carbon atoms. As the lipid 203, one type of lipid may be used, or a lipid in which two or more types of lipids are mixed may be used.
脂質溶液202に含有される有機溶媒は、デカン、ヘキサデカン、ヘキサンまたはクロロホルムのような飽和炭化水素であることが好ましい。有機溶媒に対する脂質203の濃度は、1〜50mg/mlであることが好ましく、4〜40mg/mlであることがより好ましい。 The organic solvent contained in the lipid solution 202 is preferably a saturated hydrocarbon such as decane, hexadecane, hexane, or chloroform. The concentration of the lipid 203 with respect to the organic solvent is preferably 1 to 50 mg / ml, and more preferably 4 to 40 mg / ml.
脂質溶液202は、脂質203と有機溶媒のほかに、人工脂質膜に正味の表面電荷を持たせるために、ホスファチジルセリンまたはホスファチジルイノシトールを含有していても良い。人工脂質膜の表面電荷はマイナスであることが好ましい。ホスファチジルセリンまたはホスファチジルイノシトールは、脂質溶液注入工程の前に予め脂質溶液202に混合されても良いし、人工脂質膜形成工程の後で脂質溶液202に混合されても良い。 In addition to the lipid 203 and the organic solvent, the lipid solution 202 may contain phosphatidylserine or phosphatidylinositol in order to give the artificial lipid membrane a net surface charge. The surface charge of the artificial lipid membrane is preferably negative. The phosphatidylserine or phosphatidylinositol may be mixed with the lipid solution 202 in advance before the lipid solution injection step, or may be mixed with the lipid solution 202 after the artificial lipid film formation step.
脂質溶液202は、脂質203と有機溶媒のほかに、受容体、イオンチャンネルまたはGタンパクのような生体膜タンパクまたは分泌タンパクを含有していることが好ましい。脂質溶液202は、グラミシジンのようなポリペプチドを含有していても良い。1種類の生体膜タンパク、分泌タンパクまたはポリペプチドは、1種類だけ脂質溶液202に含有されていても良いし、複数の種類のそれらが脂質溶液202に含有されていても良い。生体膜タンパク、分泌タンパクまたはポリペプチドは、脂質溶液注入工程の前に予め脂質溶液202に混合されることにより人工脂質膜に導入されても良く、人工脂質膜形成工程の後で人工脂質膜に導入されても良い。 The lipid solution 202 preferably contains a biological membrane protein or secreted protein such as a receptor, an ion channel or a G protein in addition to the lipid 203 and the organic solvent. The lipid solution 202 may contain a polypeptide such as gramicidin. One kind of biological membrane protein, secreted protein or polypeptide may be contained in the lipid solution 202, or a plurality of kinds of them may be contained in the lipid solution 202. The biological membrane protein, secreted protein or polypeptide may be introduced into the artificial lipid membrane by being mixed with the lipid solution 202 in advance before the lipid solution injecting step, and may be introduced into the artificial lipid membrane after the artificial lipid membrane forming step. May be introduced.
人工脂質膜形成工程の後で生体膜タンパク、分泌タンパクまたはポリペプチドを人工脂質膜に導入する場合、生体膜タンパク、分泌タンパクまたはポリペプチドを一旦ベシクルに組み込んで、ベシクルを人工脂質膜へ融合しても良いし、公知の混合技術を用いても良い。人工脂質膜形成工程の後で生体膜タンパク質、分泌タンパクまたはポリペプチドを人工脂質膜に導入する場合は、これらを混合するための機構が人工脂質膜形成装置100に設けられても良い。 When a biological membrane protein, secreted protein or polypeptide is introduced into the artificial lipid membrane after the artificial lipid membrane formation step, the biological membrane protein, secreted protein or polypeptide is once incorporated into the vesicle and the vesicle is fused to the artificial lipid membrane. Alternatively, a known mixing technique may be used. When a biological membrane protein, secreted protein or polypeptide is introduced into the artificial lipid membrane after the artificial lipid membrane formation step, a mechanism for mixing them may be provided in the artificial lipid membrane formation apparatus 100.
人工脂質膜形成部103へ注入される脂質溶液202の量は、人工脂質膜を作成する容易性の観点から、1pl以上10μl以下であることが好ましく、1nl以上2μl以下であることがより好ましい。 The amount of the lipid solution 202 to be injected into the artificial lipid film forming unit 103 is preferably 1 pl or more and 10 μl or less, and more preferably 1 nl or more and 2 μl or less from the viewpoint of ease of creating the artificial lipid film.
脂質溶液202は、ピペットにより注入されることが好ましいが、管、流路、スポイトまたはシリンジにより注入されても良い。脂質溶液202は、連続的に注入されても良いし、断続的に注入されても良い。脂質溶液202は、液滴状で注入されても良い。脂質溶液202は、インクジェット法、微小液滴塗布法、ドットインパクト法、静電噴霧法または超音波法により人工脂質膜形成部103へ注入されても良い。インクジェット法はピエゾ方式であることが最も好ましいが、サーマル方式でも良い。 The lipid solution 202 is preferably injected by a pipette, but may be injected by a tube, a channel, a dropper or a syringe. The lipid solution 202 may be continuously injected or intermittently injected. The lipid solution 202 may be injected in the form of droplets. The lipid solution 202 may be injected into the artificial lipid film forming unit 103 by an inkjet method, a fine droplet coating method, a dot impact method, an electrostatic spray method, or an ultrasonic method. The inkjet method is most preferably a piezo method, but may be a thermal method.
脂質溶液202は、手動、半手動または自動で人工脂質膜形成部103へ注入される。脂質溶液202の注入時間は、1マイクロ秒以上10秒以下であることが好ましく、1マイクロ秒以上1秒以下であることがより好ましい。脂質溶液202の注入速度は、脂質溶液注入工程において一定でも良いし、変化しても良い。 The lipid solution 202 is injected into the artificial lipid film forming unit 103 manually, semi-manually or automatically. The injection time of the lipid solution 202 is preferably 1 microsecond or more and 10 seconds or less, and more preferably 1 microsecond or more and 1 second or less. The injection speed of the lipid solution 202 may be constant or may change in the lipid solution injection process.
脂質溶液注入工程では、脂質溶液202は、毛細管力、重力、表面張力または遠心力により人工脂質膜形成部103へ注入されることが好ましい。 In the lipid solution injection step, the lipid solution 202 is preferably injected into the artificial lipid film forming unit 103 by capillary force, gravity, surface tension, or centrifugal force.
脂質溶液注入工程では、脂質溶液202を人工脂質膜形成部103へ注入し終えたことを検出しても良い。注入の終了は、光学顕微鏡による観察により検出されても良く、隔壁102に複数の電極を設けて、電気伝導度を測定することにより検出されても良い。 In the lipid solution injection step, it may be detected that the lipid solution 202 has been injected into the artificial lipid film forming unit 103. The completion of injection may be detected by observation with an optical microscope, or may be detected by providing a plurality of electrodes on the partition wall 102 and measuring electrical conductivity.
第1電解液201は微量なので、第1電解液201の粘度が不足していると、ピペットを用いて人工脂質膜形成部103に脂質溶液を注入している間に第1電解液201が蒸発してしまうことがある。このため、操作に注意を要する。 Since the first electrolytic solution 201 is in a very small amount, if the viscosity of the first electrolytic solution 201 is insufficient, the first electrolytic solution 201 evaporates while injecting the lipid solution into the artificial lipid film forming unit 103 using a pipette. May end up. For this reason, attention is required for operation.
<工程D:第2電解液注入工程>
図5(b)は、第2電解液注入工程を表す。第2電解液注入工程では、第2電解液204が第2開口部107を介して第2チャンバ105へ注入される。
<Step D: Second electrolyte injection step>
FIG. 5B shows a second electrolyte solution injection step. In the second electrolyte solution injection step, the second electrolyte solution 204 is injected into the second chamber 105 through the second opening 107.
第2電解液204は、KClを含有することが好ましく、等張のKCl液であることがより好ましい。第2電解液204は、細胞内の生理的条件と同じであることが好ましい。第2電解液204のpHは、7付近が好ましい。第2電解液204は、HEPES、リン酸緩衝液(PBS)またはリン酸緩衝生理食塩水のような緩衝液であっても良く、電気生理実験で用いられる一般的な溶液であっても良い。第2電解液204のCa2+濃度は、10〜100nMであることが好ましい。Ca2+濃度の調節には、EGTAのようなCa2+キレータを用いても良い。 The second electrolytic solution 204 preferably contains KCl, and more preferably isotonic KCl solution. It is preferable that the 2nd electrolyte solution 204 is the same as the physiological condition in a cell. The pH of the second electrolyte solution 204 is preferably around 7. The second electrolytic solution 204 may be a buffer solution such as HEPES, phosphate buffer (PBS), or phosphate buffered saline, or may be a general solution used in electrophysiological experiments. The Ca 2+ concentration of the second electrolytic solution 204 is preferably 10 to 100 nM. To adjust the Ca 2+ concentration, a Ca 2+ chelator such as EGTA may be used.
第2電解液204は、Tyrode液を含有することが好ましい。第2電解液204は、NaCl 137mM、KCl 2.68mM、CaCl2 1.8mM、NaH2PO4 0.32mM、Glucose 5.56mM、NaHCO3 1.16mMを含有することが好ましい。第2電解液204は、NaCl 140mM、KCl 5.4mM、CaCl2 1.8mM、MgCl2 1mM、NaHPO4 0.3mM、Glucose 5mM、HEPES 5mM(pH7.4)を含有していても良い。第2電解液204は、KCl 140mM、MgCl2 1mM、CaCl2 1mM、EGTA 10mM、Mg−ATP 2mM、NaOH−HEPES 10mM(pH7.3)を含有していても良い。 The second electrolytic solution 204 preferably contains a Tyrode solution. The second electrolyte solution 204 preferably contains NaCl 137 mM, KCl 2.68 mM, CaCl 2 1.8 mM, NaH 2 PO 4 0.32 mM, Glucose 5.56 mM, and NaHCO 3 1.16 mM. The second electrolyte solution 204 may contain NaCl 140 mM, KCl 5.4 mM, CaCl 2 1.8 mM, MgCl 2 1 mM, NaHPO 4 0.3 mM, Glucose 5 mM, HEPES 5 mM (pH 7.4). The second electrolytic solution 204 may contain KCl 140 mM, MgCl 2 1 mM, CaCl 2 1 mM, EGTA 10 mM, Mg-ATP 2 mM, NaOH-HEPES 10 mM (pH 7.3).
第2電解液204中のCl−は、膜非透過性の陰イオンであるSO4 2−、Methanesulfonate、gluconate、glutamateまたはaspartateで置換されることが好ましい。第2電解液204は、微生物が繁殖しないように、−20℃で冷凍保存されることが好ましい。第2電解液204中の陽イオンは、膜非透過性の有機塩基に置換されることが好ましい。第2電解液204中の陽イオンは、tetraechylammoniumまたはN−methyl−D−glucamineに置換されることが好ましい。第2電解液204に含有されるEGTAは、BAPTAに置換されることが好ましい。第2電解液204は、ATPを含有していても良い。受容体の機能を維持するため、第2電解液204は0.1〜0.3mMのGTPを含有していても良い。 Cl − in the second electrolytic solution 204 is preferably replaced with SO 4 2− , methanesulfonate, gluconate, glutamate, or aspartate which is a membrane-impermeable anion. The second electrolyte solution 204 is preferably stored frozen at −20 ° C. so that microorganisms do not propagate. It is preferable that the cation in the second electrolytic solution 204 is replaced with a membrane-impermeable organic base. It is preferable that the cation in the second electrolytic solution 204 is substituted with tetraethylammonium or N-methyl-D-glucamine. EGTA contained in the second electrolyte solution 204 is preferably replaced with BAPTA. The second electrolytic solution 204 may contain ATP. In order to maintain the function of the receptor, the second electrolytic solution 204 may contain 0.1 to 0.3 mM GTP.
第2電解液204の粘度は、1.3mPa・s以上200mPa・s以下であることが好ましい。第2電解液204の粘度は、第1電解液201の粘度と等しいことが好ましいが、第1電解液201の粘度と異なっていても良い。第2電解液204は、電圧降下を小さくする観点およびイオン電導度を高める観点から、流動性を有することが好ましい。第2電解液204は、液状または半液状であることが好ましい。 The viscosity of the second electrolytic solution 204 is preferably 1.3 mPa · s or more and 200 mPa · s or less. The viscosity of the second electrolytic solution 204 is preferably equal to the viscosity of the first electrolytic solution 201, but may be different from the viscosity of the first electrolytic solution 201. The second electrolytic solution 204 preferably has fluidity from the viewpoint of reducing the voltage drop and increasing the ionic conductivity. The second electrolytic solution 204 is preferably liquid or semi-liquid.
第2電解液204の粘度は、第1電解液201と同様に調整される。 The viscosity of the second electrolytic solution 204 is adjusted in the same manner as the first electrolytic solution 201.
第2電解液204は、20℃における純水の粘度(1.0mPa・s)よりも高い粘度を有することが好ましい。 It is preferable that the 2nd electrolyte solution 204 has a viscosity higher than the viscosity (1.0 mPa * s) of the pure water in 20 degreeC.
第2電解液204の電気抵抗率は、電圧降下を小さくする観点から、1μΩm以上100kΩm以下であることが好ましく、1mΩm以上10Ωm以下であることがより好ましい。第2電解液204は、人工脂質膜を観察する観点から、透明であることが好ましいが、不透明であっても良い。 The electrical resistivity of the second electrolytic solution 204 is preferably 1 μΩm or more and 100 kΩm or less, and more preferably 1 mΩm or more and 10Ωm or less from the viewpoint of reducing the voltage drop. The second electrolytic solution 204 is preferably transparent from the viewpoint of observing the artificial lipid membrane, but may be opaque.
第2チャンバ105へ注入される第2電解液204の量は、10pl以上200μl以下であることが好ましく、1nl以上200μl以下であることがより好ましい。第2電解液204は静止していることが最も好ましいが、流動していても良い。第2電解液204が流動する場合、人工脂質膜の形成に実質的に関与する第2電解液204の量が、上記容量の範囲内であることが好ましい。第2チャンバ105内に第2電解液204を注入した後、余剰の第2電解液204を排出することにより、第2チャンバ105内の第2電解液204の量を調整しても良い。 The amount of the second electrolytic solution 204 injected into the second chamber 105 is preferably 10 pl to 200 μl, and more preferably 1 nl to 200 μl. The second electrolytic solution 204 is most preferably stationary, but may be flowing. When the second electrolytic solution 204 flows, it is preferable that the amount of the second electrolytic solution 204 substantially involved in the formation of the artificial lipid membrane is within the above capacity range. After injecting the second electrolytic solution 204 into the second chamber 105, the amount of the second electrolytic solution 204 in the second chamber 105 may be adjusted by discharging the excess second electrolytic solution 204.
第2電解液204は、ピペットにより第2チャンバ105に注入されることが好ましいが、管、流路、スポイトまたはシリンジにより第2チャンバ105内に注入されても良い。第2電解液204は、第2チャンバ105へと連続的に注入されても良いし、断続的に注入されても良い。第2電解液204は、液滴状で第2チャンバ105に注入されても良い。液滴状の第2電解液204を注入する方法としては、インクジェット法、微小液滴塗布法、ドットインパクト法、静電噴霧法、超音波法または微小液滴塗布法を利用し得る。インクジェット法はピエゾ方式であることが最も好ましいが、サーマル方式でも良い。 The second electrolytic solution 204 is preferably injected into the second chamber 105 by a pipette, but may be injected into the second chamber 105 by a tube, a flow path, a dropper, or a syringe. The second electrolyte solution 204 may be continuously injected into the second chamber 105 or may be intermittently injected. The second electrolyte solution 204 may be injected into the second chamber 105 in the form of droplets. As a method for injecting the droplet-like second electrolytic solution 204, an inkjet method, a microdroplet coating method, a dot impact method, an electrostatic spraying method, an ultrasonic method, or a microdroplet coating method can be used. The inkjet method is most preferably a piezo method, but may be a thermal method.
第2電解液204は、手動、半手動または自動で注入される。第2電解液204の注入時間は、1マイクロ秒以上10秒以下であることが好ましく、1マイクロ秒以上1秒以下であることがより好ましい。第2電解液204の注入速度は、第2電解液注入工程において一定でも良いし、変化しても良い。 The second electrolytic solution 204 is injected manually, semi-manually or automatically. The injection time of the second electrolyte solution 204 is preferably 1 microsecond or more and 10 seconds or less, and more preferably 1 microsecond or more and 1 second or less. The injection rate of the second electrolyte solution 204 may be constant or may change in the second electrolyte solution injection step.
第2電解液204の乾燥を抑制する観点から、第2電解液注入工程において、第2電解液204は、室温に維持されることが好ましい。第2電解液204は、0℃以上40℃以下に維持されることが好ましく、10℃以上30℃以下に維持されることがより好ましい。人工脂質膜形成装置100の周辺の相対湿度は、50%以上100%以下に維持されることが好ましい。 From the viewpoint of suppressing the drying of the second electrolyte solution 204, the second electrolyte solution 204 is preferably maintained at room temperature in the second electrolyte solution injection step. The second electrolytic solution 204 is preferably maintained at 0 ° C. or higher and 40 ° C. or lower, and more preferably maintained at 10 ° C. or higher and 30 ° C. or lower. The relative humidity around the artificial lipid film forming apparatus 100 is preferably maintained at 50% or more and 100% or less.
メンブランフィルターを通して、第2電解液204に含有される塵または混雑物が除去されることが好ましい。 It is preferable to remove dust or congestion contained in the second electrolytic solution 204 through the membrane filter.
第2電解液注入工程では、第2電解液204は、毛細管力、重力、表面張力または遠心力により第2チャンバ105へ注入されることが好ましい。 In the second electrolyte solution injection step, the second electrolyte solution 204 is preferably injected into the second chamber 105 by capillary force, gravity, surface tension, or centrifugal force.
第2電解液注入工程では、第2電解液204を第2チャンバ105へ注入し終えたことを検出しても良い。注入の終了は、光学顕微鏡による観察により検出されても良く、第2チャンバ105に複数の電極を設けて、電気伝導度を測定することにより検出されても良い。第2電解液注入工程では、人工脂質膜形成部103の上端を越えるまで、第2電解液204を第2チャンバ105へ注入することが好ましい。第2電解液注入工程では、第2電解液204は第2チャンバ105へ注入されることが好ましい。 In the second electrolyte solution injection step, it may be detected that the second electrolyte solution 204 has been injected into the second chamber 105. The end of injection may be detected by observation with an optical microscope, or may be detected by providing a plurality of electrodes in the second chamber 105 and measuring electrical conductivity. In the second electrolyte solution injection step, it is preferable to inject the second electrolyte solution 204 into the second chamber 105 until the upper end of the artificial lipid film forming unit 103 is exceeded. In the second electrolyte solution injection step, the second electrolyte solution 204 is preferably injected into the second chamber 105.
第2電解液204は、単一の粘度を有する均一な電解液であることが最も好ましい。第2電解液204は、1.3 mPa・s以上200mPa・s以下の粘度を有する複数の電解液を組み合わせた電解液でも良い。第2電解液204の粘度は、勾配を有しても良い。第2電解液204の粘度の勾配は、連続的でも良いし、不連続でも良い。 The second electrolytic solution 204 is most preferably a uniform electrolytic solution having a single viscosity. The second electrolytic solution 204 may be an electrolytic solution obtained by combining a plurality of electrolytic solutions having a viscosity of 1.3 mPa · s to 200 mPa · s. The viscosity of the second electrolyte solution 204 may have a gradient. The viscosity gradient of the second electrolyte solution 204 may be continuous or discontinuous.
第2電解液204は微量なので、第2電解液204の粘度が不足していると、第1チャンバ104または第2チャンバ105の開口部に蓋または栓を設けたり、膜を貼ったりする間に第2電解液204が蒸発してしまうことがある。このため、操作に注意を要する。 Since the second electrolytic solution 204 is in a very small amount, if the viscosity of the second electrolytic solution 204 is insufficient, a lid or a stopper is provided at the opening of the first chamber 104 or the second chamber 105, or a film is applied. The second electrolytic solution 204 may evaporate. For this reason, attention is required for operation.
<工程E:人工脂質膜形成工程>
図5(c)は、人工脂質膜形成工程を示す。人工脂質膜形成工程では、人工脂質膜形成部103に人工脂質膜205が形成される。人工脂質膜205は、脂質二重膜であることが最も好ましいが、単分子膜、四重膜または六重膜のような多重膜を含んでいても良い。人工脂質膜形成工程では、第1電解液201および第2電解液204の水圧により、または外部からの圧力により、脂質溶液202の薄膜から余剰な有機溶媒および脂質203を除去することが好ましい。余剰な有機溶媒および脂質203は、隔壁102の外周面に沿って、除去されることが好ましい。有機溶媒および脂質203の除去を促進し、かつ、これらが必要以上に除去されないように、隔壁102の少なくとも一方の外周面に、溝構造または凹凸構造のような微小流体を制御する構造を設けても良い。
<Process E: Artificial lipid film formation process>
FIG. 5 (c) shows an artificial lipid film formation step. In the artificial lipid film forming step, the artificial lipid film 205 is formed in the artificial lipid film forming unit 103. The artificial lipid membrane 205 is most preferably a lipid bilayer membrane, but may include multiple membranes such as a monomolecular membrane, a quadruple membrane, or a hexalayer. In the artificial lipid film forming step, it is preferable to remove excess organic solvent and lipid 203 from the thin film of the lipid solution 202 by the hydraulic pressure of the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 or by external pressure. Excess organic solvent and lipid 203 are preferably removed along the outer peripheral surface of partition wall 102. A structure for controlling a microfluid such as a groove structure or a concavo-convex structure is provided on at least one outer peripheral surface of the partition wall 102 so as to promote the removal of the organic solvent and the lipid 203 and prevent them from being removed more than necessary. Also good.
人工脂質膜形成工程では、余剰な有機溶媒および脂質203を除去するため、第1電解液201および/または第2電解液204の液面を上下させても良い。 In the artificial lipid film forming step, the liquid level of the first electrolytic solution 201 and / or the second electrolytic solution 204 may be raised and lowered in order to remove excess organic solvent and lipid 203.
人工脂質膜形成工程では、余剰な有機溶媒および脂質203を除去するため、人工脂質膜の両面に電圧を印加しても良い。人工脂質膜205の両面に印加する電圧は、1mV以上1V以下であることが好ましく、50mV以上200mV以下であることがより好ましい。印加する電圧は、DC電圧であっても良いし、AC電圧であっても良い。 In the artificial lipid film forming step, a voltage may be applied to both surfaces of the artificial lipid film in order to remove excess organic solvent and lipid 203. The voltage applied to both surfaces of the artificial lipid membrane 205 is preferably 1 mV or more and 1 V or less, and more preferably 50 mV or more and 200 mV or less. The applied voltage may be a DC voltage or an AC voltage.
人工脂質膜形成工程は、人工脂質膜205の形成を検出する工程を具備していても良い。人工脂質膜205の形成は、光学顕微鏡を用いた観察によって、または人工脂質膜205の吸光度の測定によって検出することができる。第1チャンバ104および第2チャンバ105に複数の電極108を設けて、人工脂質膜205の膜抵抗、膜容量、膜電流または他の電気的特性を測定することにより、人工脂質膜205の形成を検出することもできる。 The artificial lipid film forming step may include a step of detecting the formation of the artificial lipid film 205. The formation of the artificial lipid film 205 can be detected by observation using an optical microscope or by measuring the absorbance of the artificial lipid film 205. A plurality of electrodes 108 are provided in the first chamber 104 and the second chamber 105 to measure the membrane resistance, membrane capacitance, membrane current or other electrical characteristics of the artificial lipid membrane 205, thereby forming the artificial lipid membrane 205. It can also be detected.
第1電解液201は微量なので、第1電解液201の粘度が不足していると、人工脂質膜形成工程の間に第1電解液201が蒸発してしまうことがある。このため、操作に注意を要する。第2電解液204についても同様である。 Since the first electrolytic solution 201 is in a small amount, if the viscosity of the first electrolytic solution 201 is insufficient, the first electrolytic solution 201 may evaporate during the artificial lipid film forming step. For this reason, attention is required for operation. The same applies to the second electrolytic solution 204.
電極108は、非分極性の電極であることが好ましい。電極108の材料は、電気化学測定に適した電極材料であることが好ましく、Au、PtまたはAgのような単体金属であっても良い。 The electrode 108 is preferably a non-polarizable electrode. The material of the electrode 108 is preferably an electrode material suitable for electrochemical measurement, and may be a single metal such as Au, Pt, or Ag.
電極108は、Ag/AgCl電極であることが最も好ましいが、飽和カロメル電極、水素電極カーボン電極、グラファイト電極またはカーボンナノチューブ電極のような無機材料を用いた電極でも良い。電極108は、電界効果トランジスタ(FET)であっても良く、電界効果トランジスタのゲート電極、ソース電極またはドレイン電極であっても良い。電極108は、イオン感応電界効果トランジスタ(ISFET)またはゲル電極であっても良い。 The electrode 108 is most preferably an Ag / AgCl electrode, but may be an electrode using an inorganic material such as a saturated calomel electrode, a hydrogen electrode carbon electrode, a graphite electrode, or a carbon nanotube electrode. The electrode 108 may be a field effect transistor (FET), and may be a gate electrode, a source electrode, or a drain electrode of the field effect transistor. The electrode 108 may be an ion sensitive field effect transistor (ISFET) or a gel electrode.
電極108を用いて、第1電解液201または第2電解液204に含有されるイオン、酵素、反応生成物または基質のような化学物質を測定しても良い。 The electrode 108 may be used to measure chemical substances such as ions, enzymes, reaction products, or substrates contained in the first electrolytic solution 201 or the second electrolytic solution 204.
電極108は、ワイヤ状であることが好ましいが、薄膜状、棒状、平板状、円柱状、四角柱状、多角柱状、コイル状またはメッシュ状でも良い。取扱いの容易性の観点から、電極108がワイヤ状である場合、電極108の長さは、10nm以上1cm以下であることが好ましい。電極108がワイヤ状である場合、電極108の直径は、10nm以上1cm以下であることが好ましい。 The electrode 108 is preferably in the form of a wire, but may be in the form of a thin film, rod, plate, cylinder, quadrangular column, polygonal column, coil, or mesh. From the viewpoint of ease of handling, when the electrode 108 has a wire shape, the length of the electrode 108 is preferably 10 nm or more and 1 cm or less. When the electrode 108 is wire-shaped, the diameter of the electrode 108 is preferably 10 nm or more and 1 cm or less.
電極108が平板状である場合、電極108の長さ、幅および厚みは、それぞれ10nm以上1cm以下であることが好ましい。電極108が薄膜状である場合、電極108の長さおよび幅は、それぞれ10nm以上1cm以下であることが好ましい。電極108が薄膜状である場合、電極108の厚みは10nm以上100μm以下であることが好ましく、50nm以上1μm以下であることがより好ましい。 When the electrode 108 is flat, the length, width, and thickness of the electrode 108 are each preferably 10 nm or more and 1 cm or less. When the electrode 108 is a thin film, the length and width of the electrode 108 are each preferably 10 nm or more and 1 cm or less. When the electrode 108 is a thin film, the thickness of the electrode 108 is preferably 10 nm or more and 100 μm or less, and more preferably 50 nm or more and 1 μm or less.
電極108は、容器101の内壁に設けられることが好ましいが、容器101の側壁または底部に設けられても良い。電極108は、人工脂質膜形成装置100内の、容器101の内壁に接触しない位置に設けられても良い。 The electrode 108 is preferably provided on the inner wall of the container 101, but may be provided on the side wall or bottom of the container 101. The electrode 108 may be provided at a position in the artificial lipid film forming apparatus 100 that does not contact the inner wall of the container 101.
電極108は1つでも良いし、複数でも良い。電極108を複数個設ける場合は、全部の電極108が同じ材料から構成されても良いし、それぞれ異なる材料から構成されても良い。電極108を複数個設ける場合は、全部の電極108が同じ形状を有しても良いし、それぞれ異なる形状を有しても良い。電極108を複数個設ける場合は、全部の電極108が同じ大きさであっても良いし、それぞれ異なる大きさであっても良い。 There may be one electrode 108 or a plurality of electrodes 108. When a plurality of electrodes 108 are provided, all the electrodes 108 may be made of the same material or different materials. When a plurality of electrodes 108 are provided, all the electrodes 108 may have the same shape or different shapes. When a plurality of electrodes 108 are provided, all the electrodes 108 may have the same size or different sizes.
かかる構成と動作の手順によれば、第1電解液201および第2電解液204の粘度が高いので、第1電解液201および第2電解液204が、注入口24および排出口304の開口部から、第1チャンバ104および第2チャンバ105の外へ漏出することを抑制できる。その結果、人工脂質膜形成装置100周辺の電解液による汚濁を防ぐことができる。さらに、微量な第1電解液201および第2電解液204が急速に蒸発することが抑制されるので、人工脂質膜205を安定に形成することができる。 According to this configuration and operation procedure, the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 have high viscosities, so that the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 are formed in the openings of the inlet 24 and the outlet 304. From the first chamber 104 and the second chamber 105 can be suppressed. As a result, contamination by the electrolyte around the artificial lipid film forming apparatus 100 can be prevented. Furthermore, since a very small amount of the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 are suppressed from evaporating rapidly, the artificial lipid membrane 205 can be stably formed.
実施形態1においては、図1に示されるように、人工脂質膜形成装置100を水平面に設置して動作させることが好ましいが、傾斜面に設置して動作させることもできる。なぜなら、第1電解液201および第2電解液204の粘度が高いので、人工脂質膜形成装置100を傾斜面に設置しても、第1電解液201および第2電解液204が、第1チャンバ104および第2チャンバ105の外へ漏出することが抑制されるためである。 In the first embodiment, as shown in FIG. 1, it is preferable that the artificial lipid film forming apparatus 100 is installed and operated on a horizontal plane, but it can also be installed and operated on an inclined surface. This is because the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 have high viscosities, so that even if the artificial lipid film forming apparatus 100 is installed on the inclined surface, the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 remain in the first chamber. This is because leakage to the outside of 104 and the second chamber 105 is suppressed.
人工脂質膜205を形成する工程の途中で、人工脂質膜形成装置100に振動が加わったり、人工脂質膜形成装置100が傾斜したり、人工脂質膜形成装置100にひっくり返ったりする場合がある。人工脂質膜205が形成された後、人工脂質膜形成装置100に振動が加わったり、人工脂質膜形成装置100が傾斜したり、人工脂質膜形成装置100がひっくり返ったりする場合もある。特に人工脂質膜形成装置100が小型である場合に、このようなトラブルが起きやすい。 During the process of forming the artificial lipid film 205, vibration may be applied to the artificial lipid film forming apparatus 100, the artificial lipid film forming apparatus 100 may be tilted, or the artificial lipid film forming apparatus 100 may be turned over. . After the artificial lipid film 205 is formed, vibration may be applied to the artificial lipid film forming apparatus 100, the artificial lipid film forming apparatus 100 may be inclined, or the artificial lipid film forming apparatus 100 may be turned over. Such troubles are likely to occur particularly when the artificial lipid film forming apparatus 100 is small.
しかし、実施形態1では、第1電解液201および第2電解液204の粘度が高いので、人工脂質膜形成装置100に振動が加わったり、人工脂質膜形成装置100が傾斜したり、人工脂質膜形成装置100がひっくり返ったりした場合でも、第1電解液201および第2電解液204が、第1チャンバ104および第2チャンバ105の外へ漏出することが抑制される。 However, in Embodiment 1, since the viscosity of the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 is high, vibration is applied to the artificial lipid film forming apparatus 100, the artificial lipid film forming apparatus 100 is inclined, or the artificial lipid film is tilted. Even when the forming apparatus 100 is turned over, the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 are prevented from leaking out of the first chamber 104 and the second chamber 105.
図6に示されるように、人工脂質膜形成装置100は、傾斜した状態で動作させることができる。図7に示されるように、人工脂質膜形成装置100は、図1に示す状態とは上下逆転させた向きの状態で動作させることもできる。人工脂質膜形成装置100は、静止していても良いし、運動していても良いし、振動していても良い。 As shown in FIG. 6, the artificial lipid film forming apparatus 100 can be operated in an inclined state. As shown in FIG. 7, the artificial lipid film forming apparatus 100 can also be operated in a state in which the state is reversed upside down from the state shown in FIG. 1. The artificial lipid film forming apparatus 100 may be stationary, moving, or vibrating.
図8に示されるように、人工脂質膜形成装置100は、取扱者が手に携帯しながら動作させても良い。第1電解液201および第2電解液204の粘度が高いので、図8に示されるように、取扱者の手ぶれが生じても、第1電解液201および第2電解液204の漏出を抑制することができるためである。図8に示されるように、人工脂質膜形成装置100は、携帯端末の一部に内蔵されても良い。 As shown in FIG. 8, the artificial lipid film forming apparatus 100 may be operated while being carried by a handler. Since the viscosity of the first electrolyte solution 201 and the second electrolyte solution 204 is high, as shown in FIG. 8, even if the hand shake of the operator occurs, the leakage of the first electrolyte solution 201 and the second electrolyte solution 204 is suppressed. Because it can. As shown in FIG. 8, the artificial lipid film forming apparatus 100 may be incorporated in a part of the mobile terminal.
実施形態1において、第1電解液注入工程および第2電解液注入工程の後で、脂質溶液注入工程を行なっても良い。すなわち、従来技術である泡吹き付け法、ピペッティング法または刷毛塗り法を本実施形態に適用しても良い。本実施形態において、第1電解液注入工程および脂質溶液注入工程を同時に行い、かつ、第2電解液注入工程および脂質溶液注入工程を同時に行なっても良い。すなわち、従来技術である貼り合わせ法を本実施形態に適用しても良い。 In Embodiment 1, a lipid solution injection step may be performed after the first electrolyte solution injection step and the second electrolyte solution injection step. That is, the conventional technique of spraying foam, pipetting, or brushing may be applied to this embodiment. In the present embodiment, the first electrolyte solution injection step and the lipid solution injection step may be performed simultaneously, and the second electrolyte solution injection step and the lipid solution injection step may be performed simultaneously. That is, a pasting method that is a conventional technique may be applied to this embodiment.
実施形態1において、第1電解液注入工程から人工脂質膜形成工程までの一連の工程は、20℃以上60℃以下で行なわれることが好ましく、25℃以上40℃以下で行われることがより好ましい。 In Embodiment 1, the series of steps from the first electrolyte solution injection step to the artificial lipid membrane formation step is preferably performed at 20 ° C. or higher and 60 ° C. or lower, and more preferably performed at 25 ° C. or higher and 40 ° C. or lower. .
実施形態1の人工脂質膜形成方法を用いて、バイオセンサを製造することが可能である。本実施形態の人工脂質膜形成方法を用いたバイオセンサは、有機化合物の検出に利用することが好ましい。有機化合物は、揮発性有機化合物、生体分子、診断マーカ、タンパク質、ペプチド、塩基または代謝物質であることが好ましい。バイオセンサの被検出物質をトラップまたは濃縮する効果が期待できるため、電解液の粘度を調整することが好ましい。 A biosensor can be manufactured using the artificial lipid film formation method of Embodiment 1. The biosensor using the artificial lipid film forming method of the present embodiment is preferably used for detecting an organic compound. The organic compound is preferably a volatile organic compound, biomolecule, diagnostic marker, protein, peptide, base or metabolite. Since the effect of trapping or concentrating the substance to be detected by the biosensor can be expected, it is preferable to adjust the viscosity of the electrolytic solution.
従来の固体状ゲルと比べると、流動性を有する電解液中では、被検出物質は速やかに拡散する。したがって、電解液を用いるバイオセンサは、固体状ゲルを用いるバイオセンサよりも迅速なセンシングが期待される。実施形態1の人工脂質膜形成方法を用いたバイオセンサは、分析装置へ適用されることが好ましい。分析装置としては、臨床検査用分析装置、電気化学分析装置、ガス分析装置、味覚分析装置、神経生理解析装置、イオンチャンネル解析装置、イオンチャンネル機能解析装置またはドラッグスクリーニング装置が挙げられる。実施形態1の人工脂質膜形成方法は、化学物質検出装置、生体分子分析装置、大気汚染物質分析装置、水質汚染物質分析装置、残留農薬分析装置、食品成分分析装置、麻薬分析装置、飲酒判定装置、喫煙判定装置、爆薬探索装置、ガス漏れ検知器、火災報知機、不明者探索装置、個人識別装置、空気清浄機、生活習慣病診断装置、尿分析装置、体液分析装置、呼気分析装置、血液分析装置、血中ガス分析装置またはストレス計測器へ適用されても良い。 Compared with the conventional solid gel, the substance to be detected diffuses quickly in the fluid electrolyte. Therefore, a biosensor using an electrolytic solution is expected to be sensed more rapidly than a biosensor using a solid gel. The biosensor using the artificial lipid film forming method of Embodiment 1 is preferably applied to an analyzer. Examples of the analytical apparatus include clinical laboratory analyzers, electrochemical analyzers, gas analyzers, taste analyzers, neurophysiological analyzers, ion channel analyzers, ion channel function analyzers, or drug screening devices. The method for forming an artificial lipid film of Embodiment 1 includes a chemical substance detection device, a biomolecule analysis device, an air pollutant analysis device, a water pollutant analysis device, a residual agricultural chemical analysis device, a food component analysis device, a drug analysis device, and a drinking determination device. , Smoking determination device, explosives search device, gas leak detector, fire alarm, unknown person search device, personal identification device, air purifier, lifestyle-related disease diagnosis device, urine analyzer, body fluid analyzer, breath analyzer, blood You may apply to an analyzer, a blood gas analyzer, or a stress measuring device.
(実施形態2)
以下本発明の実施形態2について、図面を参照しながら説明する。
(Embodiment 2)
Embodiment 2 of the present invention will be described below with reference to the drawings.
<工程A:準備工程>
図9および図10は、本発明の実施形態2における人工脂質膜形成装置100の断面図および分解斜投影図をそれぞれ示す。実施形態2については、実施形態1と同じ構成に同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
<Process A: Preparation process>
9 and 10 show a cross-sectional view and an exploded oblique view of the artificial lipid film forming apparatus 100 according to Embodiment 2 of the present invention, respectively. In the second embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
実施形態2と実施形態1との最も大きな相違点は、実施形態2ではμTAS技術により人工脂質膜205を形成することである。具体的には、第1チャンバ104および/または第2チャンバ105がマイクロ流路またはマイクロ孔である点である。μTAS技術により第1チャンバ104および第2チャンバ105を微細化するので、電解液の量Vに対する、電解液とチャンバとの接触面積Sの比、すなわち、S/V値は大きくなる。その結果、第1チャンバ104および第2チャンバ105から、第1電解液201および第2電解液204が漏出することをさらに抑制できる。 The biggest difference between the second embodiment and the first embodiment is that in the second embodiment, the artificial lipid membrane 205 is formed by the μTAS technique. Specifically, the first chamber 104 and / or the second chamber 105 is a micro flow path or a micro hole. Since the first chamber 104 and the second chamber 105 are miniaturized by the μTAS technique, the ratio of the contact area S between the electrolyte and the chamber with respect to the amount V of the electrolyte, that is, the S / V value is increased. As a result, leakage of the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 from the first chamber 104 and the second chamber 105 can be further suppressed.
第1基板301の材料には、容器101の材料として使用し得る材料のいずれも使用し得る。第1基板301の材料は、絶縁体であることが最も好ましい。 Any material that can be used as the material of the container 101 can be used as the material of the first substrate 301. Most preferably, the material of the first substrate 301 is an insulator.
第1基板301の外周面の少なくとも一部は親水性を有することが好ましい。第1基板301の外周面の少なくとも一部を親水性にするために、酸素プラズマ処理を行なっても良いし、親水性材料で被覆しても良い。 It is preferable that at least a part of the outer peripheral surface of the first substrate 301 has hydrophilicity. In order to make at least a part of the outer peripheral surface of the first substrate 301 hydrophilic, oxygen plasma treatment may be performed, or it may be coated with a hydrophilic material.
第1基板301の材料は、人工脂質膜205を観察できるように透明であることが好ましいが、不透明であっても良い。 The material of the first substrate 301 is preferably transparent so that the artificial lipid film 205 can be observed, but may be opaque.
第1基板301は、平板状であることが最も好ましいが、円盤状、台形、多角形、円柱状または角柱状でも良い。 The first substrate 301 is most preferably a flat plate, but may be a disc, trapezoid, polygon, column, or prism.
第1基板301は、機械加工により成型されることが好ましい。機械加工は、射出成形、押出成形、圧縮成形、中空成形、切削加工、モールド、サンドブラスト、ドライエッチング、ウェットエッチング、ナノインプリント、ミリング、光硬化、リソグラフィまたはホットエンボスであることが好ましい。第1基板301は、半導体プロセスにより加工されることも好ましい。 The first substrate 301 is preferably molded by machining. The machining is preferably injection molding, extrusion molding, compression molding, hollow molding, cutting, molding, sand blasting, dry etching, wet etching, nanoimprinting, milling, photocuring, lithography or hot embossing. The first substrate 301 is also preferably processed by a semiconductor process.
隔壁102は、第1基板301と第2基板302との間に挟持されている。実施形態2の隔壁102は、実施形態1の隔壁102と同じ材料を使用し得る。 The partition wall 102 is sandwiched between the first substrate 301 and the second substrate 302. The same material as the partition wall 102 of the first embodiment can be used for the partition wall 102 of the second embodiment.
人工脂質膜形成部103は、実施形態1と同様、図2に示されるように、テーパ形状を有することが好ましい。テーパ形状の方向は、第1チャンバ104に向かって狭まる方向でも良いし、第2チャンバ105に向かって狭まる方向でも良い。人工脂質膜形成部103は、図9および図10に示されるように、同径の貫通孔でも良い。 As in Embodiment 1, the artificial lipid film forming unit 103 preferably has a tapered shape as shown in FIG. The direction of the taper shape may be a direction narrowing toward the first chamber 104 or a direction narrowing toward the second chamber 105. As shown in FIGS. 9 and 10, the artificial lipid film forming unit 103 may be a through-hole having the same diameter.
第1チャンバ104は、第1基板301の一部に設けられている。第1チャンバ104は、第1基板301と隔壁102の間に設けられていることが好ましく、第1基板301および隔壁102により形成されることが最も好ましい。第1チャンバ104の容量は、操作性の観点から1pl以上1ml以下であることが好ましく、10pl以上200μl以下であることがより好ましい。第1チャンバ104は、電解液を注入するための第1注入口303と、排出口304とを備えることが好ましい。第1チャンバ104は、流路であることが好ましい。第1チャンバ104は、マイクロ孔、キャピラリ、チューブまたはリザーバであっても良い。第1チャンバ104は、流路を介して電解液溜めに接続されていても良い。電解液溜めの容量は、第1チャンバ104の容量に含められても良いし、含められなくても良い。第1チャンバ104の開口部に蓋または栓を設けても良いし、第1チャンバ104の開口部に膜を貼っても良い。 The first chamber 104 is provided on a part of the first substrate 301. The first chamber 104 is preferably provided between the first substrate 301 and the partition wall 102, and is most preferably formed by the first substrate 301 and the partition wall 102. The volume of the first chamber 104 is preferably 1 pl or more and 1 ml or less, more preferably 10 pl or more and 200 μl or less from the viewpoint of operability. The first chamber 104 preferably includes a first inlet 303 for injecting an electrolytic solution and an outlet 304. The first chamber 104 is preferably a flow path. The first chamber 104 may be a micropore, a capillary, a tube, or a reservoir. The first chamber 104 may be connected to the electrolyte reservoir via a flow path. The capacity of the electrolytic solution reservoir may or may not be included in the capacity of the first chamber 104. A lid or a stopper may be provided at the opening of the first chamber 104, or a film may be attached to the opening of the first chamber 104.
第1チャンバ104の内部には、表面積を増大させることにより電解液の漏出を抑制するため、保持構造が備えられることが好ましい。保持構造は、ピラー、多孔質、ボール、ビーズ、ドット、スポンジ、ファイバまたはフォームであることが好ましい。保持構造は、ナノピラー、マイクロピラー、多孔質金属、多孔質セラミクス、マイクロビーズ、ナノビーズ、ナノフォーム、ポーラスシリコン、ポーラスシリカまたはポーラスアルミナであっても良い。 The first chamber 104 is preferably provided with a holding structure in order to suppress leakage of the electrolytic solution by increasing the surface area. The holding structure is preferably a pillar, porous, ball, bead, dot, sponge, fiber or foam. The holding structure may be nanopillars, micropillars, porous metals, porous ceramics, microbeads, nanobeads, nanofoams, porous silicon, porous silica or porous alumina.
保持構造の材料は、容器101の材料として使用し得る材料のいずれも使用し得る。保持構造の材料と異なる材料から構成される薄膜により、保持構造の表面の一部を被覆しても良い。保持構造の表面を被覆する薄膜は、隔壁102と同様である。 As the material of the holding structure, any material that can be used as the material of the container 101 can be used. A part of the surface of the holding structure may be covered with a thin film made of a material different from the material of the holding structure. The thin film covering the surface of the holding structure is the same as the partition wall 102.
保持構造は、第1チャンバ104の形成と同時に形成されても良いし、第1チャンバ104の形成した後に形成されても良い。保持構造を予め形成しておいて、後から保持構造を第1チャンバ104へ充填しても良い。 The holding structure may be formed simultaneously with the formation of the first chamber 104, or may be formed after the formation of the first chamber 104. A holding structure may be formed in advance, and the holding structure may be filled into the first chamber 104 later.
第2基板302の材料は、保持構造と同様に、容器101の材料として使用し得る材料のいずれも使用し得る。第2基板302の材料は、絶縁体であることが最も好ましい。 Any material that can be used as the material of the container 101 can be used as the material of the second substrate 302, as in the holding structure. Most preferably, the material of the second substrate 302 is an insulator.
第2基板302の外周面の少なくとも一部は親水性を有することが好ましい。第2基板302の外周面の少なくとも一部を親水的にするために、酸素プラズマ処理を行なっても良いし、親水性材料で被覆しても良い。 It is preferable that at least a part of the outer peripheral surface of the second substrate 302 has hydrophilicity. In order to make at least a part of the outer peripheral surface of the second substrate 302 hydrophilic, oxygen plasma treatment may be performed, or it may be coated with a hydrophilic material.
第2基板302の材料は、人工脂質膜205を観察できるように透明であることが好ましいが、不透明であっても良い。 The material of the second substrate 302 is preferably transparent so that the artificial lipid film 205 can be observed, but may be opaque.
第2基板302は、平板状であることが最も好ましいが、円盤状、台形、多角形、円柱状または角柱状でも良い。 The second substrate 302 is most preferably flat, but may be disc-shaped, trapezoidal, polygonal, cylindrical, or prismatic.
第2チャンバ105は、隔壁102を介して第1チャンバ104の反対側に設けられている。第2チャンバ105は、第2基板302と隔壁102との間に設けられていることが好ましく、第2基板302および隔壁102により形成されることが最も好ましい。第2チャンバ105の容積は、実施形態1と同様である。第2チャンバ105は、電解液を注入するための注入口を備えることが好ましい。第2チャンバ105は、流路であることが好ましいが、マイクロ孔、キャピラリ、チューブまたはリザーバであっても良い。第2チャンバ105は、流路を介して電解液溜めに接続されていても良い。電解液溜めの容量は、第2チャンバ105の容量に含められても良いし、含められなくても良い。第2チャンバ105の開口部に蓋や栓を設けても良いし、第2チャンバ105の開口部に膜を貼っても良い。 The second chamber 105 is provided on the opposite side of the first chamber 104 via the partition wall 102. The second chamber 105 is preferably provided between the second substrate 302 and the partition wall 102, and is most preferably formed by the second substrate 302 and the partition wall 102. The volume of the second chamber 105 is the same as that of the first embodiment. The second chamber 105 preferably includes an inlet for injecting an electrolytic solution. The second chamber 105 is preferably a flow path, but may be a micro hole, a capillary, a tube, or a reservoir. The second chamber 105 may be connected to the electrolyte reservoir through a flow path. The capacity of the electrolytic solution reservoir may or may not be included in the capacity of the second chamber 105. A lid or a stopper may be provided at the opening of the second chamber 105, or a film may be attached to the opening of the second chamber 105.
第2チャンバ105の内部には、表面積を増大させることにより電解液の漏出を抑制するため、第1チャンバ104と同様の保持構造が備えられることが好ましい。保持構造は、第2チャンバ105の形成と同時に形成されても良いし、第2チャンバ105の形成した後に形成されても良い。保持構造を予め形成しておいて、後から保持構造を第2チャンバ105へ充填しても良い。 The second chamber 105 is preferably provided with a holding structure similar to the first chamber 104 in order to suppress leakage of the electrolyte by increasing the surface area. The holding structure may be formed simultaneously with the formation of the second chamber 105, or may be formed after the formation of the second chamber 105. A holding structure may be formed in advance, and the holding structure may be filled into the second chamber 105 later.
次に、人工脂質膜の形成手順を説明する。図11および図12は、本発明の実施形態2の人工脂質膜形成装置100の動作図を表す。図11および図12については、図9および図10と同様の構成に同一符号を付し、その説明を省略する。 Next, a procedure for forming an artificial lipid membrane will be described. 11 and 12 show operation diagrams of the artificial lipid film forming apparatus 100 according to the second embodiment of the present invention. 11 and 12, the same components as those in FIGS. 9 and 10 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
<工程B:第1電解液注入工程>
図11(a)は、第1電解液注入工程を表す。第1電解液注入工程では、第1電解液201を第1注入口303から第1チャンバ104へ注入して、第1チャンバ104を第1電解液201により満たす。余剰な第1電解液201は、排出口304から排出されても良い。排出口304は、第1チャンバ104の気泡を逃すために用いられても良い。
<Process B: 1st electrolyte solution injection process>
FIG. 11A shows the first electrolyte injection process. In the first electrolyte solution injection step, the first electrolyte solution 201 is injected into the first chamber 104 from the first injection port 303, and the first chamber 104 is filled with the first electrolyte solution 201. Excess first electrolyte solution 201 may be discharged from the discharge port 304. The discharge port 304 may be used for letting bubbles in the first chamber 104 escape.
第1電解液201は、実施形態1と同じ電解液を使用し得る。第1電解液201は、実施形態1と同様の粘度および電気抵抗率を有する。第1電解液201の粘度は、実施形態1と同様にして調整され得る。 The first electrolytic solution 201 can use the same electrolytic solution as in the first embodiment. The first electrolytic solution 201 has the same viscosity and electrical resistivity as in the first embodiment. The viscosity of the first electrolytic solution 201 can be adjusted in the same manner as in the first embodiment.
第1電解液201を第1注入口303から第1チャンバ104へ注入する方法は、実施形態1と同様である。第1電解液201の温度および人工脂質膜形成装置100の周辺の相対湿度は、実施形態1と同様である。 The method for injecting the first electrolyte 201 into the first chamber 104 from the first inlet 303 is the same as in the first embodiment. The temperature of the first electrolytic solution 201 and the relative humidity around the artificial lipid film forming apparatus 100 are the same as those in the first embodiment.
第1電解液201を第1チャンバ104へ注入し終えたことは、実施形態1と同様に検出され得る。 The completion of the injection of the first electrolyte 201 into the first chamber 104 can be detected as in the first embodiment.
<工程C:脂質溶液注入工程>
図11(b)は、脂質溶液注入工程を表す。脂質溶液注入工程では、人工脂質膜形成部103へ脂質溶液202が注入される。脂質溶液注入工程では、第2チャンバ105側から脂質溶液202を注入することが好ましい。
<Step C: Lipid solution injection step>
FIG. 11B shows a lipid solution injection step. In the lipid solution injection step, the lipid solution 202 is injected into the artificial lipid film forming unit 103. In the lipid solution injection step, it is preferable to inject the lipid solution 202 from the second chamber 105 side.
脂質溶液202は、実施形態1と同じ脂質溶液を使用し得る。実施形態1と同様にして、人工脂質膜形成部103へ脂質溶液202が注入される。実施形態1と同様にして、人工脂質膜に生体膜タンパク、分泌タンパクまたはポリペプチドを導入し得る。 The lipid solution 202 may use the same lipid solution as in the first embodiment. As in the first embodiment, the lipid solution 202 is injected into the artificial lipid film forming unit 103. In the same manner as in Embodiment 1, a biological membrane protein, secreted protein or polypeptide can be introduced into an artificial lipid membrane.
脂質溶液202を人工脂質膜形成部103に注入し終えたことは、実施形態1と同様にして検出され得る。 The completion of injecting the lipid solution 202 into the artificial lipid film forming unit 103 can be detected in the same manner as in the first embodiment.
<工程D:第2電解液注入工程>
図11(c)は、第2電解液注入工程を表す。第2電解液注入工程では、第2チャンバ105へ第2電解液204が注入される。
<Step D: Second electrolyte injection step>
FIG. 11C shows the second electrolyte solution injection step. In the second electrolyte solution injection step, the second electrolyte solution 204 is injected into the second chamber 105.
第2電解液204は、実施形態1と同じ電解液を使用し得る。第2電解液204は、実施形態1と同様の粘度および電気抵抗率を有する。第2電解液204の粘度は、実施形態1と同様にして調整され得る。 As the second electrolytic solution 204, the same electrolytic solution as in the first embodiment can be used. The second electrolytic solution 204 has the same viscosity and electrical resistivity as in the first embodiment. The viscosity of the second electrolytic solution 204 can be adjusted in the same manner as in the first embodiment.
第2電解液204を第2チャンバ105へ注入する方法は、実施形態1と同様である。第2電解液204の温度および人工脂質膜形成装置100の周辺の相対湿度は、実施形態1と同様である。 The method of injecting the second electrolyte solution 204 into the second chamber 105 is the same as that in the first embodiment. The temperature of the second electrolytic solution 204 and the relative humidity around the artificial lipid film forming apparatus 100 are the same as in the first embodiment.
第2電解液204を第2チャンバ105へ注入し終えたことは、実施形態1と同様に検出され得る。 The completion of the injection of the second electrolytic solution 204 into the second chamber 105 can be detected as in the first embodiment.
<工程E:人工脂質膜形成工程>
図12は、人工脂質膜形成工程を表す。人工脂質膜形成工程では、人工脂質膜形成部103に人工脂質膜205が形成される。人工脂質膜205は、実施形態1と同様である。実施形態2の人工脂質膜形成工程は、実施形態1と同様である。
<Process E: Artificial lipid film formation process>
FIG. 12 shows an artificial lipid film formation step. In the artificial lipid film forming step, the artificial lipid film 205 is formed in the artificial lipid film forming unit 103. The artificial lipid membrane 205 is the same as that in the first embodiment. The artificial lipid film formation step of Embodiment 2 is the same as that of Embodiment 1.
実施形態2においては、図12に示されるように、人工脂質膜形成装置100を水平面に設置して動作させることが好ましいが、傾斜面に設置して動作させることもできる。なぜなら、第1電解液201および第2電解液204の粘度が高いので、人工脂質膜形成装置100を傾斜面に設置しても、第1電解液201および第2電解液204が、第1チャンバ104および第2チャンバ105の外へ漏出することが抑制されるためである。 In the second embodiment, as shown in FIG. 12, the artificial lipid film forming apparatus 100 is preferably installed and operated on a horizontal plane, but can also be installed and operated on an inclined surface. This is because the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 have high viscosities, so that even if the artificial lipid film forming apparatus 100 is installed on the inclined surface, the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 remain in the first chamber. This is because leakage to the outside of 104 and the second chamber 105 is suppressed.
人工脂質膜形成装置100に振動が加わったり、人工脂質膜形成装置100が傾斜したり、人工脂質膜形成装置100がひっくり返ったりする場合でも、第1電解液201および第2電解液204が第1チャンバ104および第2チャンバ105の外へ漏出することを抑制できる。例えば、図13に示されるように、人工脂質膜形成装置100を傾斜した状態で動作させることができる。図14に示されるように、人工脂質膜形成装置100を、図12に示す状態とは上下逆転させた状態で動作させることもできる。人工脂質膜形成装置100は、静止していても良いし、運動していても良いし、振動していても良い。図15に示されるように、人工脂質膜形成装置100は、取扱者が手に携帯しながら動作させても良い。第1電解液201および第2電解液204の粘度が高いので、図15に示すような手ぶれが生じても、第1電解液201および第2電解液204の漏出を抑制することができるためである。図15に示されるように、人工脂質膜形成装置100を、携帯端末の一部に内蔵しても良い。 Even when vibration is applied to the artificial lipid film forming apparatus 100, the artificial lipid film forming apparatus 100 is tilted, or the artificial lipid film forming apparatus 100 is turned over, the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 are Leaking out of the first chamber 104 and the second chamber 105 can be suppressed. For example, as shown in FIG. 13, the artificial lipid film forming apparatus 100 can be operated in an inclined state. As shown in FIG. 14, the artificial lipid film forming apparatus 100 can be operated in a state reversed upside down from the state shown in FIG. 12. The artificial lipid film forming apparatus 100 may be stationary, moving, or vibrating. As shown in FIG. 15, the artificial lipid film forming apparatus 100 may be operated while being carried by a handler. Since the viscosity of the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 is high, leakage of the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 can be suppressed even if hand movement as shown in FIG. 15 occurs. is there. As shown in FIG. 15, the artificial lipid film forming apparatus 100 may be incorporated in a part of the mobile terminal.
実施形態2において、第1電解液注入工程および第2電解液注入工程の後で、脂質溶液注入工程を行なっても良い。すなわち、従来技術である泡吹き付け法、ピペッティング法または刷毛塗り法を本実施形態に適用しても良い。本実施形態において、第1電解液注入工程および脂質溶液注入工程を同時に行い、かつ、第2電解液注入工程および脂質溶液注入工程を同時に行なっても良い。すなわち、従来技術である貼り合わせ法を本実施形態に適用しても良い。 In Embodiment 2, a lipid solution injection step may be performed after the first electrolyte solution injection step and the second electrolyte solution injection step. That is, the conventional technique of spraying foam, pipetting, or brushing may be applied to this embodiment. In the present embodiment, the first electrolyte solution injection step and the lipid solution injection step may be performed simultaneously, and the second electrolyte solution injection step and the lipid solution injection step may be performed simultaneously. That is, a pasting method that is a conventional technique may be applied to this embodiment.
実施形態2において、人工脂質膜205へ膜タンパク質を埋め込んでも良い。図16(a)〜(c)は、人工脂質膜205へ膜タンパク質を埋め込んだ状態を模式的に表している。人工脂質膜205へ受容体型チャンネル305を埋め込むことも好ましい。図16(a)は、人工脂質膜形成部103に形成された人工脂質膜205へ、受容体型チャンネル305を埋め込んだ状態を模式的に表している。受容体型チャンネル305は、チャネルタンパク質への直接的なリガンド結合にトリガーされて開口する。図16(a)は、受容体型チャンネル305へリガンド306が結合する様子を模式的に表している。イオン307は、開口した受容体型チャンネル305を通過する。 In Embodiment 2, a membrane protein may be embedded in the artificial lipid membrane 205. FIGS. 16A to 16C schematically show a state where a membrane protein is embedded in the artificial lipid membrane 205. It is also preferable to embed the receptor type channel 305 in the artificial lipid membrane 205. FIG. 16A schematically shows a state in which the receptor type channel 305 is embedded in the artificial lipid film 205 formed in the artificial lipid film forming unit 103. Receptor-type channel 305 is triggered to open by direct ligand binding to the channel protein. FIG. 16A schematically shows how the ligand 306 binds to the receptor channel 305. Ions 307 pass through the open receptor channel 305.
人工脂質膜205へGタンパク質310を埋め込むことも好ましい。図16(b)は、人工脂質膜形成部103に形成された人工脂質膜205へ、チャンネル308、受容体タンパク質309、およびGタンパク質310を埋め込んだ状態を模式的に表している。チャンネル308は、独立した受容体タンパク質309へのリガンド結合によりもたらされた活性型GTP結合タンパク質(Gタンパク質310)によってトリガーされる。 It is also preferable to embed the G protein 310 in the artificial lipid membrane 205. FIG. 16B schematically shows a state where the channel 308, the receptor protein 309, and the G protein 310 are embedded in the artificial lipid film 205 formed in the artificial lipid film forming unit 103. Channel 308 is triggered by an activated GTP binding protein (G protein 310) provided by ligand binding to an independent receptor protein 309.
人工脂質膜205へセカンドメッセンジャ制御型チャネルを埋め込むことが好ましい。図16(c)は、人工脂質膜形成部103に形成された人工脂質膜205へ、チャンネル308、受容体タンパク質309、Gタンパク質310、および酵素311を埋め込んだ状態を模式的に表している。チャネル308は、Gタンパク質310活性化の後に生産されるセカンドメッセンジャによって活性化される。 It is preferable to embed a second messenger-controlled channel in the artificial lipid membrane 205. FIG. 16C schematically shows a state in which the channel 308, the receptor protein 309, the G protein 310, and the enzyme 311 are embedded in the artificial lipid film 205 formed in the artificial lipid film forming unit 103. Channel 308 is activated by a second messenger produced after G protein 310 activation.
人工脂質膜205へ埋め込む膜タンパク質は、内在性膜タンパク質でも良いし、表在性膜タンパク質でも良い。人工脂質膜205へ埋め込む膜タンパク質は、膜貫通型タンパク質でも良いし、1回膜貫通タンパク質でも良い。人工脂質膜205へ埋め込む膜タンパク質は、受容体、イオンチャンネルまたはGタンパク質でも良い。 The membrane protein embedded in the artificial lipid membrane 205 may be an integral membrane protein or a superficial membrane protein. The membrane protein embedded in the artificial lipid membrane 205 may be a transmembrane protein or a single transmembrane protein. The membrane protein embedded in the artificial lipid membrane 205 may be a receptor, an ion channel or a G protein.
人工脂質膜205へ埋め込む受容体は、膜貫通型受容体または細胞内受容体であることが好ましい。人工脂質膜205へ埋め込む受容体は、代謝型受容体でも良いし、イオンチャンネル型受容体でも良い。人工脂質膜205へ埋め込む受容体は、Gタンパク質共役型受容体(GPCR)であることが好ましい。人工脂質膜205へ埋め込む受容体は、ムスカリン性アセチルコリン受容体、アデノシン受容体、アドレナリン受容体、GABA受容体、アンギオテンシン受容体、カンナビノイド受容体、コレシストキニン受容体、ドーパミン受容体、グルカゴン受容体、ヒスタミン受容体、嗅覚受容体、オピオイド受容体、ロドプシン、セクレチン受容体、セロトニン受容体、ソマトスタチン受容体、ガストリン受容体、P2Y受容体、チロシンキナーゼ受容体、エリスロポエチン受容体、インシュリン受容体、細胞増殖因子受容体、サイトカイン受容体、グアニル酸シクラーゼ受容体、ニコチン性アセチルコリン受容体、グリシン受容体、グルタミン酸受容体、イノシトール3リン酸受容体、リアノジン受容体またはP2X受容体でも良い。 The receptor embedded in the artificial lipid membrane 205 is preferably a transmembrane receptor or an intracellular receptor. The receptor embedded in the artificial lipid membrane 205 may be a metabotropic receptor or an ion channel type receptor. The receptor embedded in the artificial lipid membrane 205 is preferably a G protein-coupled receptor (GPCR). Receptors embedded in the artificial lipid membrane 205 are muscarinic acetylcholine receptor, adenosine receptor, adrenergic receptor, GABA receptor, angiotensin receptor, cannabinoid receptor, cholecystokinin receptor, dopamine receptor, glucagon receptor, Histamine receptor, olfactory receptor, opioid receptor, rhodopsin, secretin receptor, serotonin receptor, somatostatin receptor, gastrin receptor, P2Y receptor, tyrosine kinase receptor, erythropoietin receptor, insulin receptor, cell growth factor It may be a receptor, cytokine receptor, guanylate cyclase receptor, nicotinic acetylcholine receptor, glycine receptor, glutamate receptor, inositol triphosphate receptor, ryanodine receptor or P2X receptor.
実施形態2において、人工脂質膜205へ埋め込むGタンパク質は、膜受容体関連のヘテロ三量体Gタンパク質であることが最も好ましい。人工脂質膜205へ埋め込むGタンパク質は、GPCRにより活性化されることが好ましい。 In Embodiment 2, the G protein embedded in the artificial lipid membrane 205 is most preferably a heterotrimeric G protein associated with a membrane receptor. The G protein embedded in the artificial lipid membrane 205 is preferably activated by GPCR.
実施形態2において、人工脂質膜205へ埋め込まれるイオンチャンネルは、カリウムチャンネルであることが好ましいが、カルシウムチャンネルまたはナトリウムチャンネルでも良い。 In the second embodiment, the ion channel embedded in the artificial lipid membrane 205 is preferably a potassium channel, but may be a calcium channel or a sodium channel.
実施形態2において、受容体、イオンチャンネルまたはGタンパク質をインクジェット法、微小液滴塗布法、ドットインパクト法、静電噴霧法、超音波法またはエレクトロポレーション法により人工脂質膜205へ埋め込むことが好ましい。本実施形態において、細胞を人工脂質膜205へ融合させることにより、細胞膜上に発現させた膜タンパク質を埋め込んでも良い。インクジェット法、微小液滴塗布法、ドットインパクト法、静電噴霧法、超音波法またはエレクトロポレーション法により細胞を人工脂質膜205へ融合させても良い。本実施形態において、ベシクルを人工脂質膜205へ融合させることにより、ベシクル膜上に配列した膜タンパク質を埋め込んでも良い。本実施形態において、第1電解液注入工程から人工脂質膜形成工程までの一連の工程は、20℃以上60℃以下で行なれることが好ましく、25℃以上40℃以下で行われることがより好ましい。 In Embodiment 2, it is preferable to embed the receptor, ion channel, or G protein in the artificial lipid membrane 205 by an inkjet method, a microdroplet coating method, a dot impact method, an electrostatic spray method, an ultrasonic method, or an electroporation method. . In the present embodiment, the membrane protein expressed on the cell membrane may be embedded by fusing the cell to the artificial lipid membrane 205. The cells may be fused to the artificial lipid membrane 205 by an inkjet method, a fine droplet coating method, a dot impact method, an electrostatic spray method, an ultrasonic method, or an electroporation method. In this embodiment, the membrane protein arranged on the vesicle membrane may be embedded by fusing the vesicle to the artificial lipid membrane 205. In the present embodiment, the series of steps from the first electrolyte solution injection step to the artificial lipid membrane formation step is preferably performed at 20 ° C. or higher and 60 ° C. or lower, and more preferably performed at 25 ° C. or higher and 40 ° C. or lower. .
実施形態2の人工脂質膜形成方法を用いて、バイオセンサを製造することが可能である。本実施形態の人工脂質膜形成方法を用いたバイオセンサは、実施形態1の人工脂質膜形成方法を用いたバイオセンサと同様の装置に適応し得る。 A biosensor can be manufactured using the artificial lipid film forming method of the second embodiment. The biosensor using the artificial lipid film forming method of the present embodiment can be applied to the same device as the biosensor using the artificial lipid film forming method of the first embodiment.
[実施例]
第1チャンバ104および第2チャンバ105の外への第1電解液201および第2電解液204の漏出を、以下の手順で判定した。第1電解液201および第2電解液204の蒸発の様子を、マイクロスコープ(KEYENCE社製、VH−6300)を用いて評価した。
[Example]
Leakage of the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 to the outside of the first chamber 104 and the second chamber 105 was determined by the following procedure. The state of evaporation of the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 was evaluated using a microscope (manufactured by KEYENCE, VH-6300).
<工程A:準備工程>
図9に示す第1基板301および第2基板302として、アクリル板を用いた。第1基板301および第2基板302の厚みを、第1電解液201および第2電解液204の液量に応じて、0.5mm、1mmまたは5mmに調整した。第1電解液201および第2電解液204の液量が0.1μlまたは1μlの時、第1基板301および第2基板302の厚みは0.5mmであった。第1電解液201および第2電解液204の液量が50μlの時、第1基板301および第2基板302の厚みは1mmであった。第1電解液201および第2電解液204の液量が200μl、300μlまたは400μlの時、第1基板301および第2基板302の厚みは5mmであった。
<Process A: Preparation process>
Acrylic plates were used as the first substrate 301 and the second substrate 302 shown in FIG. The thickness of the 1st board | substrate 301 and the 2nd board | substrate 302 was adjusted to 0.5 mm, 1 mm, or 5 mm according to the liquid volume of the 1st electrolyte solution 201 and the 2nd electrolyte solution 204. FIG. When the amount of the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 was 0.1 μl or 1 μl, the thickness of the first substrate 301 and the second substrate 302 was 0.5 mm. When the amount of the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 was 50 μl, the thickness of the first substrate 301 and the second substrate 302 was 1 mm. When the amount of the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 was 200 μl, 300 μl, or 400 μl, the thickness of the first substrate 301 and the second substrate 302 was 5 mm.
第1基板301および第2基板302の大きさは、20mm×20mmであった。容器101は透明であった。第1チャンバ104および第2チャンバ105の直径は、第1電解液201および第2電解204の液量に応じて、1mm、6mmおよび10mmにした。第1電解液201および第2電解液204の液量が0.1μlまたは1μlの時、第1チャンバ104および第2チャンバ105の直径は1mmであった。第1電解液201および第2電解液204の液量が50μlの時、第1チャンバ104および第2チャンバ105の直径は6mmであった。第1電解液201および第2電解液204の液量が200μl、300μlまたは400μlの時、第1チャンバ104および第2チャンバ105の直径は10mmであった。 The size of the first substrate 301 and the second substrate 302 was 20 mm × 20 mm. Container 101 was transparent. The diameters of the first chamber 104 and the second chamber 105 were set to 1 mm, 6 mm, and 10 mm according to the amounts of the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic 204. When the amount of the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 was 0.1 μl or 1 μl, the diameters of the first chamber 104 and the second chamber 105 were 1 mm. When the amount of the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 was 50 μl, the diameters of the first chamber 104 and the second chamber 105 were 6 mm. When the amount of the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 was 200 μl, 300 μl, or 400 μl, the diameters of the first chamber 104 and the second chamber 105 were 10 mm.
隔壁102は、厚み50μmのテフロン(登録商標)フィルムであり、絶縁性を有していた。隔壁102の表面は、撥水性を示した。隔壁102の面積は、4cm2であった。隔壁102により、容器101を第1チャンバ104および第2チャンバ105に分割した。人工脂質膜形成部103は、直径200μmの円形の貫通孔であった。人工脂質膜形成部103を、隔壁102の中央部に1箇所、ドリルを用いて形成した。人工脂質膜形成装置100を、隔壁102を第1基板301および第2基板302によって挟み込むことにより形成した。 The partition wall 102 was a Teflon (registered trademark) film having a thickness of 50 μm and had an insulating property. The surface of the partition wall 102 showed water repellency. The area of the partition wall 102 was 4 cm 2 . The container 101 was divided into a first chamber 104 and a second chamber 105 by the partition wall 102. The artificial lipid film forming part 103 was a circular through hole having a diameter of 200 μm. The artificial lipid membrane forming part 103 was formed at one location in the center of the partition wall 102 using a drill. The artificial lipid film forming apparatus 100 was formed by sandwiching the partition wall 102 between the first substrate 301 and the second substrate 302.
第1電解液201および第2電解液204の液量が1mlである人工脂質膜形成装置100についてのみ、上述したCompact chamber(Ionovation GmbH)を用いた。隔壁102は、厚み25μmのテフロン(登録商標)フィルムであり、絶縁性を有していた。隔壁102の表面は、撥水性を示した。隔壁102の面積は、1cm2であった。隔壁102と第1電解液201が接触する面は、直径5mmの円形であった。隔壁102により、容器101を第1チャンバ104および第2チャンバ105に分割した。人工脂質膜形成部103は、直径120μmの貫通孔であった。人工脂質膜形成部103を、隔壁102の中央部に1箇所、レーザを用いて形成した。 The above-described Compact chamber (Ionation GmbH) was used only for the artificial lipid film forming apparatus 100 in which the amount of the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 was 1 ml. The partition wall 102 was a Teflon (registered trademark) film having a thickness of 25 μm and had insulating properties. The surface of the partition wall 102 showed water repellency. The area of the partition wall 102 was 1 cm 2 . The surface where the partition wall 102 and the first electrolyte solution 201 contact each other was a circle having a diameter of 5 mm. The container 101 was divided into a first chamber 104 and a second chamber 105 by the partition wall 102. The artificial lipid film forming part 103 was a through hole having a diameter of 120 μm. The artificial lipid film forming part 103 was formed in the central part of the partition wall 102 using a laser.
第1電解液201および第2電解液204として、Tyrode液を用いた。Tyrode液の組成は、NaCl(特級 和光純薬)137mM、KCl(級 和光純薬)2.68mM、CaCl2(特級 和光純薬)1.8mM、NaH2PO4(特級 和光純薬)0.32mM、Glucose(SIGMA G−7021)5.56mM、NaHCO3(特級 和光純薬)1.16mMであった。グリセリン(特級、和光純薬)またはポリビニルアルコール(PVA)(一級、和光純薬、重合度3100〜3900)、ポリエチレングリコール(PEG)(一級、和光純薬、平均分子量7300〜9300)により、第1電解液201および第2電解液204の粘度を調整した。東機産業の粘度計(TV−22)を用いて、第1電解液201および第2電解液204の粘度を計測した。 A Tyrode solution was used as the first electrolyte solution 201 and the second electrolyte solution 204. The composition of the Tyrode solution was NaCl (special grade Wako Pure Chemical) 137 mM, KCl (class Wako Pure Chemical) 2.68 mM, CaCl 2 (special grade Wako Pure Chemical) 1.8 mM, NaH 2 PO 4 (special grade Wako Pure Chemical) It was 32 mM, Glucose (SIGMA G-7021) 5.56 mM, NaHCO 3 (special grade Wako Pure Chemical Industries) 1.16 mM. First, by glycerin (special grade, Wako Pure Chemical Industries) or polyvinyl alcohol (PVA) (primary, Wako Pure Chemical Industries, degree of polymerization 3100-3900), polyethylene glycol (PEG) (first grade, Wako Pure Chemical Industries, average molecular weight 7300-9300). The viscosities of the electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 were adjusted. The viscosity of the 1st electrolyte solution 201 and the 2nd electrolyte solution 204 was measured using the viscometer (TV-22) of Toki Sangyo.
脂質溶液202として、リン脂質(1,2-diphytanoyl-sn-glycero-3-phosphocholine, Avanti Polar Lipids)と有機溶媒(chloroform, 和光純薬)の混合液を用いた。リン脂質の濃度は、1mg/mlであった。 As the lipid solution 202, a mixed solution of phospholipid (1,2-diphytanoyl-sn-glycero-3-phosphocholine, Avanti Polar Lipids) and an organic solvent (chloroform, Wako Pure Chemical Industries) was used. The concentration of phospholipid was 1 mg / ml.
<工程B:第1電解液注入工程>
第1電解液201をピペット(Gilson)により第1チャンバ104へ注入した。第1電解液201として、グリセリン、PVAまたはPEGにより粘度を調整されたTyrode液を用いた。第1電解液201の温度は22℃であった。
<Process B: 1st electrolyte solution injection process>
The first electrolyte solution 201 was injected into the first chamber 104 by a pipette (Gilson). As the first electrolytic solution 201, a Tyrode solution whose viscosity was adjusted with glycerin, PVA, or PEG was used. The temperature of the 1st electrolyte solution 201 was 22 degreeC.
<工程C:脂質溶液注入工程>
1μlの脂質溶液202を、第2チャンバ105側から人工脂質膜形成部103へ注入した。注入には、マイクロシリンジ(Hamilton)を用いた。人工脂質膜形成部103へ脂質溶液202を注入したとき、脂質溶液202は隔壁102の表面に広がりながら、人工脂質膜形成部103へ到達した。
<Step C: Lipid solution injection step>
1 μl of the lipid solution 202 was injected into the artificial lipid film forming unit 103 from the second chamber 105 side. For injection, a micro syringe (Hamilton) was used. When the lipid solution 202 was injected into the artificial lipid film forming unit 103, the lipid solution 202 reached the artificial lipid film forming unit 103 while spreading on the surface of the partition wall 102.
<工程D:第2電解液注入工程>
第2電解液204をピペット(Gilson)により第2チャンバ105へ注入した。第2電解液204として、グリセリン、PVAまたはPEGにより粘度を調整されたTyrode液を用いた。第2電解液204の温度は22℃であった。
<Step D: Second electrolyte injection step>
The 2nd electrolyte solution 204 was inject | poured into the 2nd chamber 105 with the pipette (Gilson). As the second electrolytic solution 204, a Tyrode solution whose viscosity was adjusted with glycerin, PVA or PEG was used. The temperature of the second electrolytic solution 204 was 22 ° C.
<工程E:人工脂質膜形成工程>
人工脂質膜形成装置100を静置した。
<Process E: Artificial lipid film formation process>
The artificial lipid film forming apparatus 100 was allowed to stand.
人工脂質膜形成工程の後、人工脂質膜形成装置100を水平面に対して45°、90°および180°の角度で設置した時の、第1電解液201および第2電解液204の漏出の有無を判定した。水平面に対して90°で設置するとは、第2チャンバ105の開口部を水平方向へ向けて設置することである。水平面に対して180°で設置するとは、第2チャンバ105の開口部を真下へ向けて設置することである。この判定により、人工脂質膜形成装置100を傾斜させたり、ひっくり返したりした時に、第1電解液201および第2電解液204が漏出するかどうかを確認した。 Existence of leakage of the first electrolyte solution 201 and the second electrolyte solution 204 when the artificial lipid film forming apparatus 100 is installed at angles of 45 °, 90 °, and 180 ° with respect to the horizontal plane after the artificial lipid film forming step. Was judged. To install at 90 ° to the horizontal plane means to install the opening of the second chamber 105 in the horizontal direction. The installation at 180 ° with respect to the horizontal plane means that the opening of the second chamber 105 is installed directly below. By this determination, it was confirmed whether or not the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 leaked out when the artificial lipid film forming apparatus 100 was tilted or turned over.
第1電解液注入工程から人工脂質膜形成工程までは、室温22℃、相対湿度50%の環境であった。 From the first electrolyte solution injection process to the artificial lipid film formation process, the environment was a room temperature of 22 ° C. and a relative humidity of 50%.
表1は、グリセリンにより調整された、第1電解液201および第2電解液204の粘度を表す。 Table 1 shows the viscosities of the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 adjusted with glycerin.
表2は、PVAにより調整された、第1電解液201および第2電解液204の粘度を表す。 Table 2 shows the viscosity of the 1st electrolyte solution 201 and the 2nd electrolyte solution 204 adjusted by PVA.
図17(a)および図17(b)は、グリセリンにより調整された、第1電解液201および第2電解液204の粘度を表す。図17(b)は、図17(a)の低濃度領域を拡大した図を表す。図18は、PVAにより調整された、第1電解液201および第2電解液204の粘度を表す。図18(b)は、図18(a)の低濃度領域を拡大した図を表す。グリセリンまたはPVAの濃度の増加と共に、第1電解液201および第2電解液204の粘度は増加した。グリセリンまたはPVAにより、第1電解液201および第2電解液204の粘度を調整する時、第1電解液201および第2電解液204のイオン濃度を一定にした。第1電解液201および第2電解液204の粘度を調整する時、PEGの濃度の増加と共に、第1電解液201および第2電解液204の粘度は増加した。PEGにより、第1電解液201および第2電解液204の粘度を調整する時、第1電解液201および第2電解液204のイオン濃度を一定にした。 FIGS. 17A and 17B show the viscosities of the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 adjusted with glycerin. FIG. 17B shows an enlarged view of the low concentration region of FIG. FIG. 18 represents the viscosities of the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 adjusted by PVA. FIG. 18B shows an enlarged view of the low concentration region of FIG. The viscosity of the 1st electrolyte solution 201 and the 2nd electrolyte solution 204 increased with the increase in the density | concentration of glycerol or PVA. When adjusting the viscosity of the 1st electrolyte solution 201 and the 2nd electrolyte solution 204 with glycerol or PVA, the ion concentration of the 1st electrolyte solution 201 and the 2nd electrolyte solution 204 was made constant. When adjusting the viscosity of the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204, the viscosity of the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 increased with the increase in the concentration of PEG. When adjusting the viscosities of the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 by PEG, the ion concentrations of the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 were made constant.
表3および表4は、グリセリンにより粘度を調整された第1電解液201および第2電解液204の漏出の判定結果を表す。 Tables 3 and 4 show the determination results of leakage of the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 whose viscosity is adjusted by glycerin.
表5は、PVAにより粘度を調整された、第1電解液201および第2電解液204の漏出の判定結果を表す。 Table 5 shows the determination result of leakage of the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 whose viscosity is adjusted by PVA.
表中の「+」は、注入口および排出口の開口部から、第1チャンバ104および第2チャンバ105の外へ、第1電解液201および第2電解液204の漏出がなかったことを意味する。表中の「−」は、注入口および排出口の開口部から、第1チャンバ104および第2チャンバ105の外へ、第1電解液201および第2電解液204の漏出があったことを意味する。 “+” In the table means that the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 did not leak out of the first chamber 104 and the second chamber 105 from the inlet and outlet openings. To do. “-” In the table means that the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 leaked out of the first chamber 104 and the second chamber 105 from the inlet and outlet openings. To do.
表3および表4に示されるように、グリセリンにより粘度を調整された場合、第1電解液201および第2電解液204の液量が200μl以下では、第1チャンバ104および第2チャンバ105の外へ、第1電解液201および第2電解液204は漏出しなかった。第1電解液201および第2電解液204の液量が300μl以上では、第1チャンバ104および第2チャンバ105チャンバの外へ、第1電解液201および第2電解液204が漏出することがあった。 As shown in Tables 3 and 4, when the viscosity is adjusted with glycerin, the outer volume of the first chamber 104 and the second chamber 105 is less than 200 μl when the amount of the first electrolyte 201 and the second electrolyte 204 is 200 μl or less. The first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 did not leak out. When the amount of the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 is 300 μl or more, the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 may leak out of the first chamber 104 and the second chamber 105 chamber. It was.
表4が示すように、グリセリンにより粘度を調整された場合、第1電解液201および第2電解液204の液量が10plの時、チャンバの外へ第1電解液201および第2電解液204は漏出しなかった。 As shown in Table 4, when the viscosity is adjusted by glycerin, when the amount of the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 is 10 pl, the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 are out of the chamber. Did not leak.
図19は、10plの第1電解液201を微小液滴塗布法により注入した直後の、第1チャンバ104内の液滴の顕微鏡写真を表す。本実施例では、内径300μmのガラス管の内部に第1電解液201または第2電解液204を充填し、外径300μmのステンレス製ニードルのピストン運動により、第1電解液201または第2電解液204を第1チャンバ104または第2チャンバ105内に塗布した。図19(a)は、第1電解液201の粘度が1.24mPa・sの場合の液滴を示す。図19(b)は図19(a)の拡大図である。図19(c)は、第1電解液201の粘度が2.71mPa・sの場合の液滴を示す。第1電解液201は、グリセリンを用いて粘度を調整された。図19(d)は図19(c)の拡大図である。図19(e)は、第1電解液201の粘度が2.85mPa・sの場合の液滴を示す。図19(f)は図19(e)の拡大図である。 FIG. 19 shows a micrograph of droplets in the first chamber 104 immediately after the injection of 10 pl of the first electrolytic solution 201 by the microdroplet coating method. In this embodiment, the inside of a glass tube having an inner diameter of 300 μm is filled with the first electrolytic solution 201 or the second electrolytic solution 204, and the first electrolytic solution 201 or the second electrolytic solution is obtained by piston movement of a stainless steel needle having an outer diameter of 300 μm. 204 was applied in the first chamber 104 or the second chamber 105. FIG. 19A shows droplets when the viscosity of the first electrolytic solution 201 is 1.24 mPa · s. FIG. 19B is an enlarged view of FIG. FIG. 19C shows a droplet when the viscosity of the first electrolytic solution 201 is 2.71 mPa · s. The viscosity of the first electrolytic solution 201 was adjusted using glycerin. FIG. 19 (d) is an enlarged view of FIG. 19 (c). FIG. 19E shows droplets when the viscosity of the first electrolytic solution 201 is 2.85 mPa · s. FIG. 19 (f) is an enlarged view of FIG. 19 (e).
第1電解液201の粘度が2.71mPa・sおよび2.85mPa・sである場合には、第1チャンバ104の外へ第1電解液201は漏出しなかった。第2電解液204の粘度が2.71mPa・sおよび2.85mPa・sである場合には、第2チャンバ105の外へ第2電解液204は漏出しなかった。 When the viscosity of the first electrolytic solution 201 was 2.71 mPa · s and 2.85 mPa · s, the first electrolytic solution 201 did not leak out of the first chamber 104. When the viscosity of the second electrolytic solution 204 was 2.71 mPa · s and 2.85 mPa · s, the second electrolytic solution 204 did not leak out of the second chamber 105.
第1電解液201および第2電解液204の液量が10pl未満の場合には、第1電解液201および第2電解液204の液量が少な過ぎるため、第1電解液201および第2電解液204を微小液滴塗布法により注入できなかった。 When the amount of the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 is less than 10 pl, the amount of the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 is too small, so that the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution The liquid 204 could not be injected by the fine droplet coating method.
表5に示されるように、PVAにより粘度を調整した場合、第1電解液201および第2電解液204の液量が200μl以下の場合には、チャンバの外へ第1電解液201および第2電解液204は漏出しなかった。第1電解液201および第2電解液204の液量が300μl以上の場合には、チャンバの外へ第1電解液201および第2電解液204が漏出した。 As shown in Table 5, when the viscosity is adjusted by PVA, when the amount of the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 is 200 μl or less, the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution are moved out of the chamber. The electrolytic solution 204 did not leak out. When the amount of the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 was 300 μl or more, the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 leaked out of the chamber.
PEGにより粘度を調整した場合、第1電解液201および第2電解液204の液量が200μl以下の場合には、チャンバの外へ第1電解液201および第2電解液204は漏出しなかった。第1電解液201および第2電解液204の液量が300μl以上の場合には、チャンバの外へ第1電解液201および第2電解液204が漏出した。 When the viscosity was adjusted by PEG, when the amount of the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 was 200 μl or less, the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 did not leak out of the chamber. . When the amount of the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 was 300 μl or more, the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 leaked out of the chamber.
第1電解液201のグリセリン濃度が99%である場合、すなわち第1電解液201の粘度が1500mPa・sの場合には、Tyrode液の試薬は第1電解液201に溶解できなかった。この場合、第1チャンバ104の内壁へ第1電解液201が付着したため、人工脂質膜205を形成することはできなかった。 When the glycerin concentration of the first electrolytic solution 201 was 99%, that is, when the viscosity of the first electrolytic solution 201 was 1500 mPa · s, the reagent of the Tyrode solution could not be dissolved in the first electrolytic solution 201. In this case, since the first electrolyte 201 adhered to the inner wall of the first chamber 104, the artificial lipid membrane 205 could not be formed.
第2電解液204のグリセリン濃度が99%である場合、すなわち第2電解液204の粘度が1500mPa・sの場合には、Tyrode液の試薬は第2電解液204に溶解できなかった。この場合、第2チャンバ105の内壁へ第2電解液204が付着したため、人工脂質膜205を形成することはできなかった。 When the glycerin concentration of the second electrolytic solution 204 was 99%, that is, when the viscosity of the second electrolytic solution 204 was 1500 mPa · s, the reagent of the Tyrode solution could not be dissolved in the second electrolytic solution 204. In this case, the artificial electrolyte membrane 205 could not be formed because the second electrolyte solution 204 adhered to the inner wall of the second chamber 105.
第1電解液201のPVA濃度が20w/w%である場合、すなわち第1電解液201の粘度が2000mPa・sの場合には、第1チャンバ104の内壁へ第1電解液201が付着したため、人工脂質膜205を形成することはできなかった。第2電解液204のPVA濃度が20w/w%である場合、すなわち第2電解液204の粘度が2000mPa・sの場合には、第2チャンバ105の内壁へ第2電解液204が付着したため、人工脂質膜205を形成することはできなかった。 When the PVA concentration of the first electrolyte 201 is 20 w / w%, that is, when the viscosity of the first electrolyte 201 is 2000 mPa · s, the first electrolyte 201 adheres to the inner wall of the first chamber 104. The artificial lipid membrane 205 could not be formed. When the PVA concentration of the second electrolytic solution 204 is 20 w / w%, that is, when the viscosity of the second electrolytic solution 204 is 2000 mPa · s, the second electrolytic solution 204 adheres to the inner wall of the second chamber 105. The artificial lipid membrane 205 could not be formed.
以上より、第1電解液201および第2電解液204の液量が10pl以上200μl以下であって、第1電解液201および第2電解液204の粘度が1.3mPa・s以上200mPa・sの場合には、人工脂質膜形成装置100を傾けたり、ひっくり返したりしても、第1電解液201および第2電解液204は第1チャンバ104および第2チャンバ105の外へ漏出しなかった。 From the above, the amount of the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 is 10 pl to 200 μl, and the viscosity of the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 is 1.3 mPa · s to 200 mPa · s. In some cases, the first electrolyte solution 201 and the second electrolyte solution 204 did not leak out of the first chamber 104 and the second chamber 105 even when the artificial lipid film forming apparatus 100 was tilted or turned over.
マイクロスコープ(KEYENCE社製、VH−6300)を用いて、第1電解液201および第2電解液204の蒸発の様子を観察した。その結果、第1電解液201および第2電解液204の粘度が1.3mPa・s以上200mPa・sの場合には、第1電解液201および第2電解液204の粘度が1.3mPa・s未満の場合と比較して、第1電解液201および第2電解液204の蒸発が抑えられることが確認された。 The state of evaporation of the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 was observed using a microscope (manufactured by KEYENCE, VH-6300). As a result, when the viscosity of the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 is 1.3 mPa · s or more and 200 mPa · s, the viscosity of the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 is 1.3 mPa · s. It was confirmed that evaporation of the 1st electrolyte solution 201 and the 2nd electrolyte solution 204 was suppressed compared with the case where it is less than.
[比較例1]
第1電解液201および第2電解液204として、Tyrode液を用いた。チャンバの外への第1電解液201および第2電解液204の漏出を、以下の手順で判定した。
[Comparative Example 1]
A Tyrode solution was used as the first electrolyte solution 201 and the second electrolyte solution 204. The leakage of the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 to the outside of the chamber was determined by the following procedure.
<準備工程>
図9に示す第1基板301および第2基板302として、アクリル板を用いた。第1基板301および第2基板302の厚みを、第1電解液201および第2電解液204の液量に応じて、0.5mm、1mmまたは5mmに調整した。第1電解液201および第2電解液204の液量が0.1μlまたは1μlの時、第1基板301および第2基板302の厚みは0.5mmであった。第1電解液201および第2電解液204の液量が50μlの時、第1基板301および第2基板302の厚みは1mmであった。第1電解液201および第2電解液204の液量が200μl、300μlまたは400μlの時、第1基板301および第2基板302の厚みは5mmであった。
<Preparation process>
Acrylic plates were used as the first substrate 301 and the second substrate 302 shown in FIG. The thickness of the 1st board | substrate 301 and the 2nd board | substrate 302 was adjusted to 0.5 mm, 1 mm, or 5 mm according to the liquid volume of the 1st electrolyte solution 201 and the 2nd electrolyte solution 204. FIG. When the amount of the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 was 0.1 μl or 1 μl, the thickness of the first substrate 301 and the second substrate 302 was 0.5 mm. When the amount of the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 was 50 μl, the thickness of the first substrate 301 and the second substrate 302 was 1 mm. When the amount of the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 was 200 μl, 300 μl, or 400 μl, the thickness of the first substrate 301 and the second substrate 302 was 5 mm.
第1基板301および第2基板302の大きさは、20mm×20mmであった。容器101は透明であった。第1チャンバ104および第2チャンバ105の直径は、第1電解液201および第2電解液204の液量に応じて、1mm、6mmまたは10mmにした。第1電解液201および第2電解液204の液量が0.1μlまたは1μlの時、第1チャンバ104および第2チャンバ105の直径は1mmであった。第1電解液201および第2電解液204の液量が50μlの時、第1チャンバ104および第2チャンバ105の直径は6mmであった。第1電解液201および第2電解液204の液量が200μl、300μlまたは400μlの時、第1チャンバ104および第2チャンバ105の直径は10mmであった。 The size of the first substrate 301 and the second substrate 302 was 20 mm × 20 mm. Container 101 was transparent. The diameters of the first chamber 104 and the second chamber 105 were set to 1 mm, 6 mm, or 10 mm depending on the amount of the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204. When the amount of the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 was 0.1 μl or 1 μl, the diameters of the first chamber 104 and the second chamber 105 were 1 mm. When the amount of the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 was 50 μl, the diameters of the first chamber 104 and the second chamber 105 were 6 mm. When the amount of the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 was 200 μl, 300 μl, or 400 μl, the diameters of the first chamber 104 and the second chamber 105 were 10 mm.
隔壁102は、厚み50μmのテフロン(登録商標)フィルムであり、絶縁体を有していた。隔壁102の表は、撥水性を示した。隔壁102の面積は、4cm2であった。隔壁102により、容器101を第1チャンバ104および第2チャンバ105に分割した。人工脂質膜形成部103は、直径200μmの円形の貫通孔であった。人工脂質膜形成部103を、隔壁102の中央部に1箇所、ドリルを用いて形成した人工脂質膜形成装置100を、隔壁102を第1基板301および第2基板302によって挟み込むことにより形成した。 The partition wall 102 was a Teflon (registered trademark) film having a thickness of 50 μm and had an insulator. The table of the partition wall 102 showed water repellency. The area of the partition wall 102 was 4 cm 2 . The container 101 was divided into a first chamber 104 and a second chamber 105 by the partition wall 102. The artificial lipid film forming part 103 was a circular through hole having a diameter of 200 μm. An artificial lipid film forming apparatus 100 in which an artificial lipid film forming unit 103 is formed at one central portion of the partition wall 102 using a drill was formed by sandwiching the partition wall 102 between the first substrate 301 and the second substrate 302.
第1電解液201および第2電解液204の液量が1mlの人工脂質膜形成装置100についてのみ、上述したCompact chamber(Ionovation GmbH)を用いた。隔壁102は、厚み25μmのテフロン(登録商標)フィルムであり、絶縁性を有していた。隔壁102の表面は、撥水性を示した。隔壁102の面積は、1cm2であった。隔壁102と第1電解液201が接触する面は、直径5mmの円形であった。隔壁102により、容器101を第1チャンバ104および第2チャンバ105に分割した。人工脂質膜形成部103は、直径120μmの貫通孔であった。人工脂質膜形成部103を、隔壁102の中央部に1箇所、レーザを用いて形成した。 The Compact chamber (Ionation GmbH) described above was used only for the artificial lipid film forming apparatus 100 in which the amount of the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 was 1 ml. The partition wall 102 was a Teflon (registered trademark) film having a thickness of 25 μm and had insulating properties. The surface of the partition wall 102 showed water repellency. The area of the partition wall 102 was 1 cm 2 . The surface where the partition wall 102 and the first electrolyte solution 201 contact each other was a circle having a diameter of 5 mm. The container 101 was divided into a first chamber 104 and a second chamber 105 by the partition wall 102. The artificial lipid film forming part 103 was a through hole having a diameter of 120 μm. The artificial lipid film forming part 103 was formed in the central part of the partition wall 102 using a laser.
Tyrode液の組成は、NaCl(特級 和光純薬)137mM、KCl(特級 和光純薬)2.68mM、CaCl2(特級 和光純薬)1.8mM、NaH2PO4(特級 和光純薬)0.32mM、Glucose(SIGMA G−7021)5.56mM、NaHCO3(特級 和光純薬)1.16mMであった。粘度計(東機産業、TV−22)を用いて、第1電解液201および第2電解液204の粘度を計測した。第1電解液201および第2電解液204の粘度は、1.24mPa・sであった。 The composition of the Tyrode solution was as follows: NaCl (special grade Wako Pure Chemical) 137 mM, KCl (special grade Wako Pure Chemical) 2.68 mM, CaCl 2 (special grade Wako Pure Chemical) 1.8 mM, NaH 2 PO 4 (special grade Wako Pure Chemical) It was 32 mM, Glucose (SIGMA G-7021) 5.56 mM, NaHCO 3 (special grade Wako Pure Chemical Industries) 1.16 mM. Viscosities of the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 were measured using a viscometer (Toki Sangyo, TV-22). The viscosity of the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 was 1.24 mPa · s.
脂質溶液202として、リン脂質(1,2-diphytanoyl-sn-glycero-3-phosphocholine, Avanti Polar Lipids)と有機溶媒(chloroform, 和光純薬)との混合液を用いた。リン脂質の濃度は、1mg/mlであった。 As the lipid solution 202, a mixed solution of phospholipid (1,2-diphytanoyl-sn-glycero-3-phosphocholine, Avanti Polar Lipids) and an organic solvent (chloroform, Wako Pure Chemical Industries) was used. The concentration of phospholipid was 1 mg / ml.
<第1電解液注入工程>
第1電解液201をピペット(Gilson)により第1チャンバ104へ注入した。第1電解液201の温度は、22℃であった。
<First electrolyte injection process>
The first electrolyte solution 201 was injected into the first chamber 104 by a pipette (Gilson). The temperature of the 1st electrolyte solution 201 was 22 degreeC.
<脂質溶液注入工程>
1μlの脂質溶液202を人工脂質膜形成部103へ第2チャンバ105側から注入した。注入には、マイクロシリンジ(Hamilton)を用いた。人工脂質膜形成部103へ脂質溶液202を注入したとき、脂質溶液202は隔壁102の表面に広がりながら、人工脂質膜形成部103へ到達した。
<Lipid solution injection process>
1 μl of the lipid solution 202 was injected into the artificial lipid film forming unit 103 from the second chamber 105 side. For injection, a micro syringe (Hamilton) was used. When the lipid solution 202 was injected into the artificial lipid film forming unit 103, the lipid solution 202 reached the artificial lipid film forming unit 103 while spreading on the surface of the partition wall 102.
<第2電解液注入工程>
第2電解液204をピペット(Gilson)により第2チャンバ105へ注入した。第2電解液204の温度は22℃であった。
<Second electrolyte injection process>
The 2nd electrolyte solution 204 was inject | poured into the 2nd chamber 105 with the pipette (Gilson). The temperature of the second electrolytic solution 204 was 22 ° C.
<人工脂質膜形成工程>
人工脂質膜形成装置100を静置した。
<Artificial lipid membrane formation process>
The artificial lipid film forming apparatus 100 was allowed to stand.
人工脂質膜形成工程の後、人工脂質膜形成装置100を水平面に対して45°、90°および180°の角度で設置した時の、第1電解液201および第2電解液204の漏出の有無を判定した。この判定により、人工脂質膜形成装置100を傾斜させたり、ひっくり返したりした時に、第1電解液201および第2電解液204が漏出するかどうかを確認した。 Existence of leakage of the first electrolyte solution 201 and the second electrolyte solution 204 when the artificial lipid film forming apparatus 100 is installed at angles of 45 °, 90 °, and 180 ° with respect to the horizontal plane after the artificial lipid film forming step. Was judged. By this determination, it was confirmed whether or not the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 leaked out when the artificial lipid film forming apparatus 100 was tilted or turned over.
第1電解液注入工程から人工脂質膜形成工程までは、室温22℃、相対湿度50%の環境であった。 From the first electrolyte solution injection process to the artificial lipid film formation process, the environment was a room temperature of 22 ° C. and a relative humidity of 50%.
第1電解液201の液量が300μl以上の場合では、第1電解液201が第1チャンバ104の外へ漏出した。第2電解液204の液量が300μl以上の場合では、第2電解液204が第2チャンバ105の外へ漏出した。 When the amount of the first electrolytic solution 201 was 300 μl or more, the first electrolytic solution 201 leaked out of the first chamber 104. When the amount of the second electrolytic solution 204 was 300 μl or more, the second electrolytic solution 204 leaked out of the second chamber 105.
第1電解液201および第2電解液204は、粘度が1.24mPa・sであり、液量は10plであった。急速に第1電解液201が蒸発したため、第1チャンバ104へ第1電解液201を注入できなかった。同様に、急速に第2電解液204が蒸発したため、第2チャンバ105へ第2電解液204を注入できなかった。 The first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 had a viscosity of 1.24 mPa · s and a liquid volume of 10 pl. Since the first electrolytic solution 201 rapidly evaporated, the first electrolytic solution 201 could not be injected into the first chamber 104. Similarly, since the second electrolytic solution 204 rapidly evaporated, the second electrolytic solution 204 could not be injected into the second chamber 105.
液量が10pl以上200μlの場合には、粘度が1.24mPa・sである第1電解液201は、粘度が1.3mPa・s以上200mPa・s以下である第1電解液201よりも高い蒸発速度を有するため、人工脂質膜205の形成が困難であった。液量が10pl以上200μlの場合には、粘度が1.24mPa・sである第2電解液204は、粘度が1.3mPa・s以上200mPa・s以下である第2電解液204よりも高い蒸発速度を有するため、人工脂質膜205の形成が困難であった。 When the liquid volume is 10 pl or more and 200 μl, the first electrolytic solution 201 having a viscosity of 1.24 mPa · s evaporates higher than the first electrolytic solution 201 having a viscosity of 1.3 mPa · s or more and 200 mPa · s or less. Due to its speed, it was difficult to form the artificial lipid membrane 205. When the liquid volume is 10 pl or more and 200 μl, the second electrolytic solution 204 having a viscosity of 1.24 mPa · s evaporates higher than the second electrolytic solution 204 having a viscosity of 1.3 mPa · s or more and 200 mPa · s or less. Due to its speed, it was difficult to form the artificial lipid membrane 205.
[比較例2]
第1電解液201および第2電解液204として、0.1M Glucoseを含有する0.1 KCl水溶液を用いた。比較例1と同様にして、第1チャンバ104または第2チャンバ105の外への第1電解液201および第2電解液204の漏出を判定した。
[Comparative Example 2]
As the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204, an aqueous 0.1 KCl solution containing 0.1M glucose was used. In the same manner as in Comparative Example 1, leakage of the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 to the outside of the first chamber 104 or the second chamber 105 was determined.
第1電解液201および第2電解液204として、Glucose(SIGMA G−7021)0.1M、KCl(特級 和光純薬)0.1M水溶液を用いた。東機産業の粘度計(TV−22)により、第1電解液201および第2電解液204の粘度を計測した。第1電解液201および第2電解液204の粘度は、1.24mPa・sであった。 As the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204, aqueous solutions of Glucose (SIGMA G-7021) 0.1M and KCl (special grade Wako Pure Chemical) 0.1M were used. The viscosities of the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 were measured with a viscometer (TV-22) manufactured by Toki Sangyo. The viscosity of the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 was 1.24 mPa · s.
脂質溶液202は、比較例1と同じであった。 The lipid solution 202 was the same as in Comparative Example 1.
<第1電解液注入工程>
第1電解液201をピペット(Gilson)により第1チャンバ104へ注入した。第1電解液201の温度は22℃であった。
<First electrolyte injection process>
The first electrolyte solution 201 was injected into the first chamber 104 by a pipette (Gilson). The temperature of the 1st electrolyte solution 201 was 22 degreeC.
<脂質溶液注入工程>
1μlの脂質溶液202を、人工脂質膜形成部103へ第2チャンバ105側から注入した。注入には、マイクロシリンジ(Hamilton)を用いた。人工脂質膜形成部103へ脂質溶液202を注入したとき、脂質溶液202は、隔壁102の表面に広がりながら、人工脂質膜形成部103へ到達した。
<Lipid solution injection process>
1 μl of the lipid solution 202 was injected into the artificial lipid film forming unit 103 from the second chamber 105 side. For injection, a micro syringe (Hamilton) was used. When the lipid solution 202 was injected into the artificial lipid film forming unit 103, the lipid solution 202 reached the artificial lipid film forming unit 103 while spreading on the surface of the partition wall 102.
<第2電解液注入工程>
第2電解液204をピペット(Gilson)により第2チャンバ105へ注入した。第2電解液204の温度は22℃であった。
<Second electrolyte injection process>
The 2nd electrolyte solution 204 was inject | poured into the 2nd chamber 105 with the pipette (Gilson). The temperature of the second electrolytic solution 204 was 22 ° C.
<人工脂質膜形成工程>
人工脂質膜形成装置100を静置した。
<Artificial lipid membrane formation process>
The artificial lipid film forming apparatus 100 was allowed to stand.
人工脂質膜形成工程の後、人工脂質膜形成装置100を水平面に対して45°、90°および180°の角度で設置した時の、第1電解液201および第2電解液204の漏出の有無を判定した。この判定により、人工脂質膜形成装置100を傾斜させたり、ひっくり返したりした時に、第1電解液201および第2電解液204が漏出するかどうかを確認した。 Existence of leakage of the first electrolyte solution 201 and the second electrolyte solution 204 when the artificial lipid film forming apparatus 100 is installed at angles of 45 °, 90 °, and 180 ° with respect to the horizontal plane after the artificial lipid film forming step. Was judged. By this determination, it was confirmed whether or not the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 leaked out when the artificial lipid film forming apparatus 100 was tilted or turned over.
第1電解液注入工程から人工脂質膜形成工程までは、室温22℃、相対湿度50%の環境であった。 From the first electrolyte solution injection process to the artificial lipid film formation process, the environment was a room temperature of 22 ° C. and a relative humidity of 50%.
表6は、第1電解液201および第2電解液204として0.1M Glucoseを含有する0.1M KCl水溶液を用いた時の、第1電解液201および第2電解液204の漏出の判定結果を表す。 Table 6 shows the determination result of leakage of the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204 when a 0.1 M KCl aqueous solution containing 0.1 M glucose is used as the first electrolytic solution 201 and the second electrolytic solution 204. Represents.
第1電解液201の液量が200μl以上の場合には、第1電解液201が第1チャンバ104の外へ漏出した。第2電解液204の液量が200μl以上の場合には、第2電解液204が第2チャンバ105の外へ漏出した。 When the amount of the first electrolytic solution 201 was 200 μl or more, the first electrolytic solution 201 leaked out of the first chamber 104. When the amount of the second electrolytic solution 204 was 200 μl or more, the second electrolytic solution 204 leaked out of the second chamber 105.
第1電解液201の液量が10plの場合には、急速に第1電解液201が蒸発したため、第1チャンバ104へ第1電解液201を注入できなかった。第2電解液204の液量が10plの場合には、急速に第2電解液204が蒸発したため、第2チャンバ105へ第2電解液204を注入できなかった。 When the amount of the first electrolytic solution 201 was 10 pl, the first electrolytic solution 201 rapidly evaporated, and thus the first electrolytic solution 201 could not be injected into the first chamber 104. When the amount of the second electrolytic solution 204 was 10 pl, the second electrolytic solution 204 rapidly evaporated, and thus the second electrolytic solution 204 could not be injected into the second chamber 105.
液量が10pl以上200μlの場合には、粘度が1.24mPa・sである第1電解液201は、粘度が1.3mPa・s以上200mPa・s以下である第1電解液201よりも高い蒸発速度を有するため、人工脂質膜の形成が困難であった。液量が10pl以上200μlの場合には、粘度が1.24mPa・sである第2電解液204は、粘度が1.3mPa・s以上200mPa・sである第2電解液204よりも高い蒸発速度を有するため、人工脂質膜の形成が困難であった。 When the liquid volume is 10 pl or more and 200 μl, the first electrolytic solution 201 having a viscosity of 1.24 mPa · s evaporates higher than the first electrolytic solution 201 having a viscosity of 1.3 mPa · s or more and 200 mPa · s or less. Due to its speed, it was difficult to form an artificial lipid membrane. When the liquid volume is 10 pl or more and 200 μl, the second electrolytic solution 204 having a viscosity of 1.24 mPa · s has a higher evaporation rate than the second electrolytic solution 204 having a viscosity of 1.3 mPa · s or more and 200 mPa · s. Therefore, it was difficult to form an artificial lipid film.
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施の形態が明らかである。したがって、上記説明は例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造および/または機能の詳細を実質的に変更できる。 From the foregoing description, many modifications and other embodiments of the present invention are apparent to persons skilled in the art. Accordingly, the foregoing description should be construed as illustrative only and is provided for the purpose of teaching those skilled in the art the best mode of carrying out the invention. The details of the structure and / or function may be substantially changed without departing from the spirit of the invention.
本発明の人工脂質膜形成方法は、環境、化学工業、半導体、金融、食品、住宅、自動車、警備、生活、農業、林業、水産、運輸、安全、介護、福祉分野、医療、製薬またはヘルスケア分野において有用である。 The artificial lipid membrane formation method of the present invention includes the environment, chemical industry, semiconductor, finance, food, housing, automobile, security, life, agriculture, forestry, fisheries, transportation, safety, nursing, welfare field, medical, pharmaceutical or healthcare. Useful in the field.
10 容器
11 平板
12 電解液
13 微小孔
14 脂質溶液
15 ピペット
20 容器
21 平板
22 微小孔
23 電解液
24 注入口
25 脂質分子
26 電解液
27 注入口
31 第1の室
32 隔壁
33 第2の室
34 小孔
35 人工脂質膜
100 人工脂質膜形成装置
101 容器
102 隔壁
103 人工脂質膜形成部
104 第1チャンバ
105 第2チャンバ
106 第1開口部
107 第2開口部
108 電極
201 第1電解液
202 脂質溶液
203 脂質
204 第2電解液
205 人工脂質膜
301 第1基板
302 第2基板
303 第1注入口
304 排出口
305 受容体型チャンネル
306 リガンド
307 イオン
308 チャンネル
309 受容体タンパク質
310 Gタンパク質
311 酵素
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Container 11 Flat plate 12 Electrolyte 13 Micropore 14 Lipid solution 15 Pipette 20 Container 21 Flat plate 22 Micropore 23 Electrolyte 24 Inlet 25 Lipid molecule 26 Electrolyte 27 Inlet 31 First chamber 32 Partition 33 Second chamber 34 Small pore 35 Artificial lipid membrane 100 Artificial lipid membrane forming device 101 Container 102 Partition wall 103 Artificial lipid membrane forming portion 104 First chamber 105 Second chamber 106 First opening 107 Second opening 108 Electrode 201 First electrolyte 202 Lipid solution 203 Lipid 204 Second Electrolyte 205 Artificial Lipid Membrane 301 First Substrate 302 Second Substrate 303 First Inlet 304 Ejector 305 Receptor Channel 306 Ligand 307 Ion 308 Channel 309 Receptor Protein 310 G Protein 311 Enzyme
Claims (14)
以下の人工脂質膜形成装置を準備する工程A
ここで前記人工脂質形成装置は、
第1チャンバと、
第2チャンバと、
前記第1チャンバおよび前記第2チャンバの間に挟まれた隔壁と、
前記隔壁に設けられた貫通孔からなる人工脂質膜形成部と
を備え、
前記第1チャンバは、10pl以上200μl以下の容量を有し、
前記第2チャンバは、10pl以上200μl以下の容量を有し、
1.3 mPa・s以上200mPa・s以下の粘度を有する第1電解液を、前記第1チャンバに注入する工程B、
脂質および有機溶媒を含有する脂質溶液を前記人工脂質膜形成部に注入する工程C、
1.3mPa・s以上200mPa・s以下の粘度を有する第2電解液を前記第2チャンバに注入し、前記第1電解液および前記第2電解液の間に前記脂質溶液を挟む工程D、および
前記有機溶媒を除去して人工脂質膜を前記人工脂質膜形成部に形成する工程E。A method for forming an artificial lipid membrane comprising the following steps A to E:
Step A for preparing the following artificial lipid film forming apparatus
Here, the artificial lipid forming device is:
A first chamber;
A second chamber;
A partition wall sandwiched between the first chamber and the second chamber;
An artificial lipid membrane forming part comprising a through-hole provided in the partition wall,
The first chamber has a volume of 10 pl to 200 μl;
The second chamber has a volume of 10 pl to 200 μl;
A step B of injecting a first electrolytic solution having a viscosity of 1.3 mPa · s to 200 mPa · s into the first chamber;
A step C of injecting a lipid solution containing a lipid and an organic solvent into the artificial lipid film forming part,
Injecting a second electrolyte having a viscosity of 1.3 mPa · s to 200 mPa · s into the second chamber, and sandwiching the lipid solution between the first electrolyte and the second electrolyte; and Step E of removing the organic solvent to form an artificial lipid film in the artificial lipid film forming part.
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