JP5051841B2 - 基板の微小孔上の人工脂質膜の作製方法及びその人工脂質膜保持基板 - Google Patents
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Description
C.Miller,Ion Channel Reconstitution,Plenum Pub,Corp,New York,1986. M.Montal,P.Mueller,"Formation of Bimolecular Membranes from Lipid Monolayers and a Study of their Electrical Properties",Proc.Natl.Acad.Sci.,vol.69,pp.3561−3566,1972. C.Schmidt,M.Mayer,H.Vogel,"A Chip−Based Biosensor for the Functional Analysis of Single Ion Channels",Angew.Chem.Int.Ed,vol.39,pp.3137−3140,2000. M.Sondermann,M.George,N.Fertig,J.Behrends,"High−Resolution Electrophysiology on a Chip:Transient Dynamics of Alamethicin Channel Formation",Biochimica et Biophysica Acta,vol.1758,pp.545−551,2006. M.Angelova,D.Dimitrov,"Liposome electroformation",Faraday Discuss.Chem.Soc.,vol.81,pp.303−311 and 345,1986. K.Kuribayashi,S.Takeuchi,"Formation of Monodisperse Giant Liposomes using Micro−Patterned Lipid Films",in The Proceedings of microTAS’05 Conference,Boston,October 9−13,2005,pp.1455−1457. K.Kuribayashi,S.Takeuchi,"Sequential Parylene Lift−Off Process for Selective Patterning of Biological Materials",in The Proceedings of MEMS‘07 Conference,Tokyo,January 21−25,2007,pp.10−15.
本発明の利点は、吸い込みや電気泳動によらず直接微小孔アレイの微小孔の上に無有機溶媒の人工脂質膜を作製することができることである。また、アレイ状の無有機溶媒の人工脂質膜を容易に作製することができる。
〔1〕基板の微小孔上の人工脂質膜の作製方法において、基板に形成された微小孔の外周に脂質パターンを形成し、この脂質パターンをエレクトロフォーメーション法により膨らませ、この膨らんだ脂質パターンは溶合し、この溶合した前記微小孔毎の脂質パターンは更に膨張しドーム形状の無有機溶媒の脂質膜を作製することを特徴とする。
〔3〕上記〔2〕記載の基板の微小孔上の人工脂質膜の作製方法において、前記電極膜がCr/Au電極膜であることを特徴とする。
〔4〕上記〔2〕記載の基板の微小孔上の人工脂質膜の作製方法において、前記微小孔の外周の脂質パターンは、パリレンリフトオフにより形成することを特徴とする。
〔7〕上記〔1〕記載の基板の微小孔上の人工脂質膜の作製方法において、前記ドーム形状の無有機溶媒の脂質膜は、前記微小孔の回りのドーナツ形状の脂質パターンを緩衝液(バッファ)が導入されたチャンバー内に配置して前記エレクトロフォーメーション法により作製することを特徴とする。
〔9〕上記〔8〕記載の人工脂質膜保持基板において、前記引き剥がしが容易な薄膜がパリレンフィルムからなることを特徴とする。
図1は本発明の実施例を示す微小孔上にドーム形状の人工脂質膜を有する人工脂質膜アレイの形成工程を示す斜視図、図2はその微小孔アレイの微小孔上に人工脂質膜を作製する形成工程断面図である。
以下、詳細に本発明の微小孔アレイの微小孔上のドーム形状の人工脂質膜及びその人工脂質膜アレイの形成について説明する。
この溶合させた脂質膜5′をさらに膨張させると、図2(c)に示すように、各微小孔4毎にドーム形状に膨張した脂質膜7が形成される。
この方法の利点は、図2(d)に示すように、ドーム形状の脂質膜7の形成後に各微小孔4を通じて内部の溶液8を交換できることである。
なお、ここでは、好適であるので、エレクトロフォーメーション法を示したが、一般的なリポソームの製作方法である水和法を用いるようにしてもよい。
ここでは、標準的な光リソグラフィを用いることによって微小孔を有する隔膜構造に簡単に加工することができ、また、脂質パターンがCr/Au電極膜上に形成された時、脂質パターンがシリコン基板の表面から除去しやすいためパリレンフィルムを用いた。
まず、シリコンウエハ(シリコン基板)10上にCVD法を用いて、例えば、5μm厚さの第1次のパリレン(C又はN)フィルム11を堆積する。そこで、第1次のパリレンフィルム11上にCr/Au電極膜12を蒸着させた〔図3(a)参照〕。そして、フォトレジストがCr/Au電極膜12及び第1次のパリレンフィルム11上に回転塗布され、標準的なリソグラフィが実施される。O2 プラズマ(15ml/min,50W,10分間)の印加によって、第1次のパリレンフィルム11はエッチングされ、結果的にマイクロサイズの微小孔13を有するアレイ14が作られた〔図3(b)参照〕。なお、基板としてはシリコン基板が好適であるが、これに限定されるものではない。
まず、上記(1)で作製されたアレイ14上に中間層15を形成する〔図3(c)参照〕。その上に第2次のパリレンフィルム16を堆積し、第1次のパリレンフィルム11と同様の方法でパターン化した〔図3(d),(e)参照〕。第2次のパリレンフィルム16の厚さは例えば4μmである。
まず、リン脂質(phospholipid)溶液17をシリコンゴムチャンバー18内に導入し、窒素ガスを供給して蒸着させる〔図3(f)参照〕。それから、第2次のパリレンフィルム16を剥がすことによって、ドーナツ形状の脂質パターン19を形成する〔図3(g)参照〕。その後、脂質パターン19は、有機溶媒を完全に蒸発させるために少なくとも2時間真空チャンバー内に置かれる。
ここでは、ITO(酸化インジウム錫;indium tin oxide)ガラス20が対極として用いられ、ガス抜きされた緩衝液(水)21で満たされたシリコンスペーサチャンバーによって脂質パターン19を有する第1次のパリレンフィルム11から分離されて配置される〔図3(h)参照〕。AC電界(10Hz,0.1−1.0VPP)が電極に印加されると、微小孔の回りに無有機溶媒のドーム形状の脂質膜22が形成された。
一方、接着に関する中間層の効果は、表1に示す通りである。なお、表1中の○は図4(a)の状態を示し、×は図4(b)の状態を示している。
図5は本発明の実施例を示す作製された脂質パターン及びその厚さを示す図である。
図5(a)及び図5(b)はそれぞれ、第2次のパリレンフィルムを剥がす前と後の脂質パターンの蛍光イメージを示している。第2次のパリレンフィルムを剥がす前は、赤く染まった脂質パターンを全体に観察することができる。一方、第2次のパリレンフィルムを剥がした後は、第2次のパリレンフィルムの孔の領域のみである。このようにパリレンフィルムのリフトオフ技術を用いることで図5(c)に示すように、微小孔(直径5μm)の回りに30μmの間隔でドーナツ形状(外径15μm)の脂質パターンを形成することに成功した。図5(d)は脂質パターンの厚さのAFM画像及びプロファイルを示している。AFMによる断面解析の結果、脂質の濃度が1.5mg/mlのケースにおいて、脂質の厚さは400nmになることが分かった。その厚さはリン脂質溶液の濃度で制御することができる。
ここでは、孔がないITOガラス基板上にエレクトロフォーメーション法を用いて、脂質パターンから脂質膜を作る予備実験を行った。
図6(a)は、この予備実験において作製された脂質膜の蛍光イメージである。このエレクトロフォーメーション法では、AC電界(10Hz,1.5V)が2時間印加された。図6(b)にはその作製された脂質膜の数と直径が示されている。ここで、作製された脂質膜の直径の偏差の係数〔C.V.=(標準偏差値sd/平均評価値avg)×100%〕、つまり、脂質膜の画一性は、脂質パターンがない時の53%から15%に改良された。この結果は、狭い寸法で配置される脂質膜の形成に脂質パターンが有用であることを示している。
なお、上記実施例では、微小孔アレイの場合について述べたが、これに限定されるものではなく、単一の微小孔に単一の人工脂質膜を作製してもよい。また、そのような単一の人工脂質膜保持基板であってもよい。
2,12 Cu/Au電極膜
3 パリレンフィルム(パリレンシート)
4,13 微小孔(マイクロ孔)
5,19 ドーナツ形状の脂質パターン
5′ 脂質膜
6,21 緩衝液(水)
7,22 ドーム形状の脂質膜
8 溶液
10 シリコンウエハ(シリコン基板)
11 第1次のパリレンフィルム
14 アレイ
15 中間層
16 第2次のパリレンフィルム
17 リン脂質溶液
18 シリコンゴムチャンバー
20 ITOガラス
Claims (9)
- (a)基板に形成された微小孔の外周に脂質パターンを形成し、
(b)該脂質パターンをエレクトロフォーメーション法により膨らませ、該膨らんだ脂質パターンは溶合し、該溶合した前記微小孔毎の脂質パターンは更に膨張しドーム形状の無有機溶媒の脂質膜を作製することを特徴とする基板の微小孔上の人工脂質膜の作製方法。 - 請求項1記載の基板の微小孔上の人工脂質膜の作製方法において、前記基板は電極膜が堆積されたパリレンフィルムからなることを特徴とする基板の微小孔上の人工脂質膜の作製方法。
- 請求項2記載の基板の微小孔上の人工脂質膜の作製方法において、前記電極膜がCr/Au電極膜であることを特徴とする基板の微小孔上の人工脂質膜の作製方法。
- 請求項2記載の基板の微小孔上の人工脂質膜の作製方法において、前記微小孔の外周の脂質パターンは、パリレンリフトオフにより形成することを特徴とする基板の微小孔上の人工脂質膜の作製方法。
- 請求項4記載の基板の微小孔上の人工脂質膜の作製方法において、前記微小孔の外周の脂質パターンは、基板上に第1次のパリレンフィルムとその上にCr/Au電極膜を堆積し、該第1次のパリレンフィルムとCr/Au電極膜をリソグラフィによりエッチングし、次に、前記Cr/Au電極膜上に中間層を形成し、該中間層上に第2次のパリレンフィルムを堆積し、該第2次のパリレンフィルム及び前記中間層をリソグラフィによりエッチングし、その上に脂質溶液を塗布し、前記第2次のパリレンフィルム及び前記基板を剥がし、数時間真空チャンバーに保存して、形成することを特徴とする基板の微小孔上の人工脂質膜の作製方法。
- 請求項5記載の基板の微小孔上の人工脂質膜の作製方法において、前記中間層がODTであることを特徴とする基板の微小孔上の人工脂質膜の作製方法。
- 請求項1記載の基板の微小孔上の人工脂質膜の作製方法において、前記ドーム形状の無有機溶媒の脂質膜は、前記微小孔の外周の脂質パターンが形成された基板を緩衝液(バッファ)が導入されたチャンバー内に配置して前記エレクトロフォーメーション法により作製することを特徴とする基板の微小孔上の人工脂質膜の作製方法。
- 電極膜が堆積された引き剥がしが容易な薄膜を備え、微小孔が形成された基板であって、該微小孔上にドーム形状の無有機溶媒の人工脂質膜を具備することを特徴とする人工脂質膜保持基板。
- 請求項8記載の人工脂質膜保持基板において、前記引き剥がしが容易な薄膜がパリレンフィルムからなることを特徴とする人工脂質膜保持基板。
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