JP5205583B2 - A chemical sensor that detects sensitive and selective taste-free non-ionized substances. - Google Patents

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Description

本発明は、擬似生体脂質高分子膜、及び当該膜を用いた作用電極、並びに当該作用電極を有する膜電位測定装置とその測定方法に関する。   The present invention relates to a pseudo-biological lipid polymer membrane, a working electrode using the membrane, a membrane potential measuring apparatus having the working electrode, and a measuring method thereof.

食品業界や製薬業界において味の評価は極めて重要な作業である。そのような官能検査は従来訓練された人間の舌による直接的な判断によって行われてきた。しかし、検査士による判断は、その者の生理的状態や心理的状態、あるいは健康状態によって影響を受けやすいという問題を有していた。   Taste evaluation is an extremely important task in the food and pharmaceutical industries. Such sensory tests have been performed by direct judgment with a conventionally trained human tongue. However, the judgment by the examiner has a problem that it is easily influenced by the physiological state, psychological state, or health state of the person.

上記問題を解決し、誰もが味を客観的、かつ正確に評価できるように、近年人間の舌に代わる人工のトランスデューサとしての味覚センサ装置が開発されている。例えば、特許文献1は本発明者らによる脂質高分子膜を用いた味覚センサであり、また当該技術を基本として特許文献2から5等の多数の味覚センサが公知となっている。これらのセンサは、いずれも味物質が脂質高分子膜の表面に吸着する等の際に両者の間で生じる電位変化を当該味物質の情報として電気信号に変換して取得するものである。このような味物質の認識機構は、生物の味物質の受容機構を模倣している。それ故、脂質高分子膜を用いた味覚センサ装置は、ヒトの味覚と言う感性に非常に近い質と強度で味を測定し、評価することが可能である。   In order to solve the above problems and allow anyone to evaluate the taste objectively and accurately, a taste sensor device as an artificial transducer replacing a human tongue has been developed in recent years. For example, Patent Document 1 is a taste sensor using a lipid polymer membrane by the present inventors, and many taste sensors such as Patent Documents 2 to 5 are known based on this technology. Each of these sensors acquires a change in potential generated between the two substances when the taste substance is adsorbed on the surface of the lipid polymer film, etc., converted into an electrical signal as information on the taste substance. Such a taste substance recognition mechanism mimics a biological taste substance acceptance mechanism. Therefore, a taste sensor device using a lipid polymer film can measure and evaluate the taste with a quality and strength very close to human sensitivity.

しかし、甘味物質に関しては、従来の脂質高分子膜を用いた味覚センサ装置では他の4つの基本味物質(塩味物質、酸味物質、苦味物質、旨味物質)と比較して応答感度と応答選択性が極めて低いという問題があった。この原因の一つは当該装置が脂質高分子膜を用いた電位測定装置である事に起因する。つまり、ショ糖やグルコースのような電離しない非電離物質では、脂質高分子膜に高い膜電位を発生させることが困難なためである。この問題は味覚センサ装置の測定結果全体の精度、安定性、そして再現性にも影響を及ぼす。そこで、本発明者らはこれまでに甘味物質に対して電気的な応答性を有する脂質高分子膜の開発を進めてきた。例えば、非特許文献1に記載されたジ−n−ヘキサデシルエステル(2C16)及びテトラドデシルアンモニウムブロマイド(以下TDABとする。)、リン酸ジ−n−オクチルフェニル(以下DOPPとする。)、そしてポリ塩化ビニル(以下PVCとする。)より構成された脂質高分子膜は、ヒトが検知可能なショ糖の最低濃度である30mMに対して比較的高い応答性を有することが判明している。しかし、この脂質高分子膜は、他の基本味物質と比較するとショ糖に対する応答の特異性、すなわち甘味物質に対する選択性が不十分という問題があった。   However, with regard to sweet substances, the conventional taste sensor device using a lipid polymer film has a response sensitivity and a response selectivity compared to the other four basic taste substances (salt taste substance, sour taste substance, bitter taste substance, and umami substance). There was a problem that was extremely low. One of the causes is that the device is a potential measuring device using a lipid polymer membrane. That is, non-ionizing substances such as sucrose and glucose that do not ionize are difficult to generate a high membrane potential in the lipid polymer membrane. This problem also affects the accuracy, stability, and reproducibility of the overall measurement results of the taste sensor device. Thus, the present inventors have so far developed a lipid polymer membrane having electrical responsiveness to sweet substances. For example, di-n-hexadecyl ester (2C16) and tetradodecyl ammonium bromide (hereinafter referred to as TDAB), di-n-octylphenyl phosphate (hereinafter referred to as DOPP) described in Non-Patent Document 1, and It has been found that a lipid polymer film composed of polyvinyl chloride (hereinafter referred to as PVC) has a relatively high response to 30 mM, which is the lowest sucrose concentration detectable by humans. However, the lipid polymer membrane has a problem that the specificity of the response to sucrose, that is, the selectivity to the sweet substance is insufficient as compared with other basic taste substances.

以上の様な背景から甘味成分等の非電離物質に対して電気的に高い応答感度と選択性を有する脂質高分子膜の開発、さらには甘味物質を高感度で測定できる味覚センサ装置の開発が望まれていた。
特開平3−54446 特開平4−238263 特開平4−303755 特開平4−324351 特開平5−34311 特開平3−163351 Habara M,Ikezaki H,Toko K,Biosens.Bioelectron.,2004,19,1559. 都甲 潔,九州大学中央分析センター:センターニュース,1997,15(3),2−8. Shallenberger RS and Acree TE,Nature,1967,216,480. Kier L,Journal of Pharmaceutical Science,1972,61,1394.
From the background described above, the development of lipid polymer membranes with high response sensitivity and selectivity for non-ionizing substances such as sweet ingredients, as well as the development of taste sensor devices that can measure sweet substances with high sensitivity It was desired.
JP-A-3-54446 JP-A-4-238263 JP-A-4-303755 JP-A-4-324351 JP-A-5-34311 JP-A-3-163351 Habara M, Ikezaki H, Toko K, Biosens. Bioelectron. , 2004, 19, 1559. Kiyoshi Toko, Central Analysis Center, Kyushu University: Center News, 1997, 15 (3), 2-8. Schallenberger RS and Acre TE, Nature, 1967, 216, 480. Kier L, Journal of Pharmaceutical Science, 1972, 61, 1394.

本発明の最終課題は、非電離物質を電気的に高感度に、かつ選択的に検出できる作用電極と当該作用電極を有した膜電位測定装置とを開発し、提供することである。当該課題を解決するためには、まず非電離物質に対して高い応答感度と応答選択性を有する作用電極用受容膜の開発が必要となる。そこで、本発明の第一の課題は、従来の脂質高分子膜では困難であった非電離物質、特に甘味物質に対する作用電極用受容膜を開発し、提供することである。   The final subject of this invention is developing and providing the working electrode which can detect a non-ionizing substance electrically highly sensitively, and a membrane potential measuring apparatus which has the said working electrode. In order to solve the problem, it is first necessary to develop a working membrane for a working electrode having high response sensitivity and response selectivity for non-ionized substances. Accordingly, a first object of the present invention is to develop and provide a working membrane for working electrodes for non-ionizing substances, particularly sweet substances, which has been difficult with conventional lipid polymer membranes.

上記課題を解決するために本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、脂質高分子膜を多価フェノールで表面修飾することにより、当該膜が非電離物質に対して高い電位応答性と選択性を有することを見出した。以下の(1)から(12)に示す発明は、係る発見に基づいて完成されたものであり、上記課題を解決するための手段として提供をするものである。
(1)本発明は、高分子材と、その可塑剤とからなる膜本体部と、膜本体部の表面を表面修飾する多価フェノールからなる修飾部と、からなる擬似生体脂質高分子膜を提供する。
(2)本発明は、高分子材と、その可塑剤とを混合してなる膜本体部と、この膜本体部を多価フェノールを含む溶液中に48時間程度浸漬することでその表面に生成される修飾部とからなる擬似生体脂質高分子膜を提供する。
(3)本発明は、高分子材と、その可塑剤と、脂質性物質とからなる膜本体部と、膜本体部の表面を表面修飾する多価フェノールからなる修飾部とからなる擬似生体脂質高分子膜を提供する。
(4)本発明は、高分子材と、その可塑剤と、脂質性物質とを混合してなる膜本体部と、この膜本体部を多価フェノールを含む溶液中に48時間程度浸漬することでその表面に生成される修飾部とからなる擬似生体脂質高分子膜を提供する。
(5)本発明は、前記脂質性物質がテトラドデシルアンモニウムブロマイド(TDAB)であることを特徴とする擬似生体脂質高分子膜を提供する。
(6)本発明は、前記可塑剤がリン酸ジ−n−オクチルフェニル(DOPP)及びフェニルホスホン酸モノオクチルエステル(PPME)であることを特徴とする擬似生体脂質高分子膜を提供する。
(7)本発明は、前記修飾部の多価フェノールが多価フェノール酸、及び/又は加水分解型タンニンであることを特徴とする擬似生体脂質高分子膜を提供する。
(8)本発明は、前記修飾部が外来の非電離物質に応答して膜本体部に電位を発生させる機能を有することを特徴とする擬似生体脂質高分子膜を提供する。
(9)本発明は、前記修飾部が外来の非電離物質である甘味物質に応答することを特徴とする擬似生体脂質高分子膜を提供する。
(10)本発明は、支持体と、前記(1)から(9)のいずれか一に記載の擬似生体脂質高分子膜と、擬似生体脂質高分子膜の表面側で外来の非電離物質に応答して発生する膜電位をその裏面側から取得する導電体とを有する作用電極を提供する。
(11)本発明は、前記作用電極を有する膜電位測定装置を提供する。
(12)本発明は、参照電極と前記作用電極とを測定対象溶液に接触させ、非電離物質に応答して各電極で発生する電位値の差分を測定する非電離物質測定方法を提供する。
In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have conducted extensive research, and as a result, surface modification of a lipid polymer membrane with a polyhydric phenol makes the membrane highly potential responsive and selective to non-ionizing substances. It was found to have The inventions shown in the following (1) to (12) have been completed based on such findings, and are provided as means for solving the above problems.
(1) The present invention provides a pseudo-biological lipid polymer membrane comprising a membrane body portion comprising a polymer material and a plasticizer thereof, and a modification portion comprising a polyhydric phenol that modifies the surface of the membrane body portion. provide.
(2) The present invention produces a membrane body formed by mixing a polymer material and a plasticizer thereof, and is formed on the surface of the membrane body by immersing the membrane body in a solution containing polyhydric phenol for about 48 hours. Provided is a pseudo-biological lipid polymer membrane comprising a modified portion.
(3) The present invention provides a pseudo-biological lipid comprising a polymer material, a membrane main body made of a plasticizer thereof, and a lipid substance, and a modifying portion made of a polyhydric phenol that modifies the surface of the membrane main body. A polymer membrane is provided.
(4) In the present invention, a membrane body formed by mixing a polymer material, its plasticizer, and a lipid substance, and immersing the membrane body in a solution containing polyhydric phenol for about 48 hours. To provide a pseudo-biological lipid polymer film comprising a modifying part formed on the surface thereof.
(5) The present invention provides a pseudo-biological lipid polymer membrane, wherein the lipid substance is tetradodecyl ammonium bromide (TDAB).
(6) The present invention provides a pseudo-biological lipid polymer membrane, wherein the plasticizer is di-n-octylphenyl phosphate (DOPP) and phenylphosphonic acid monooctyl ester (PPME).
(7) The present invention provides a pseudo-biological lipid polymer membrane, wherein the polyhydric phenol of the modifying part is a polyhydric phenolic acid and / or a hydrolyzed tannin.
(8) The present invention provides a pseudo-biological lipid polymer membrane characterized in that the modifying portion has a function of generating a potential in the membrane main body in response to a foreign non-ionizing substance.
(9) The present invention provides a pseudo-biological lipid polymer membrane characterized in that the modifying part responds to a sweet substance which is a foreign non-ionizing substance.
(10) The present invention provides a support, the pseudo-biological lipid polymer membrane according to any one of (1) to (9), and a non-ionizing substance exogenous on the surface side of the pseudo-biological lipid polymer membrane. Provided is a working electrode having a conductor for acquiring a membrane potential generated in response from the back side thereof.
(11) The present invention provides a membrane potential measuring device having the working electrode.
(12) The present invention provides a non-ionizing substance measuring method in which a reference electrode and the working electrode are brought into contact with a measurement target solution and a difference in potential value generated at each electrode in response to the non-ionizing substance is measured.

本発明の擬似生体脂質高分子膜によれば、非電離物質をその表面に捕捉することで、当該物質に対して高感度、かつ選択的に応答することができる。それ故、当該膜を電気化学的変化(膜電位測定,インピーダンス計測,表面分極制御法等)、屈折率(誘電率)変化(表面プラスモン共鳴法等)、質量変化(水晶振動子、表面弾性波計測等)計測のセンサ部等に使用すれば、非電離物質を高感度、かつ選択的に測定することができる。これにより甘味物質を他の基本味物質と同等の感度で検出することが可能となり、従来の味覚センサの問題が解消できる。したがって、そのような味覚センサ装置によれば、ヒトの味覚と言う感性に限りなく近い質と強さで味を客観的に評価し、また正確な味の再現をすることが可能となる。   According to the pseudo-biological lipid polymer membrane of the present invention, by capturing a non-ionizing substance on its surface, it is possible to respond sensitively and selectively to the substance. Therefore, electrochemical changes (membrane potential measurement, impedance measurement, surface polarization control method, etc.), refractive index (dielectric constant) change (surface plasmon resonance method, etc.), mass change (quartz crystal, surface elasticity) (Wave measurement, etc.) If used in a sensor unit for measurement, non-ionized substances can be measured with high sensitivity and selectivity. This makes it possible to detect sweet substances with the same sensitivity as other basic taste substances, and solve the problems of conventional taste sensors. Therefore, according to such a taste sensor device, it is possible to objectively evaluate the taste with quality and strength as close as possible to the sensitivity of human taste, and to accurately reproduce the taste.

以下に、図を用いて前記各発明を実施するための最良の形態を説明するが、本発明はこれらの実施の形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々なる様態で実施しうる。   The best mode for carrying out each invention described above will be described below with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Can be implemented in a manner.

なお、実施形態1は主に請求項1から2、及び6から9に関する。また、実施形態2は主に請求項3から9に関する。さらに、実施形態3は主に請求項10に関する。そして、実施形態4は主に請求項11、及び12に関する。   The first embodiment mainly relates to claims 1 to 2 and 6 to 9. The second embodiment mainly relates to claims 3 to 9. Furthermore, the third embodiment mainly relates to claim 10. The fourth embodiment mainly relates to claims 11 and 12.

<<実施形態1>>   << Embodiment 1 >>

<実施形態1:概要>   <Embodiment 1: Overview>

本実施形態は擬似生体脂質高分子膜に関する。擬似生体脂質高分子膜は、高分子材とその可塑剤からなる膜本体部、及び修飾部をその構成要素の基本としている。当該擬似生体脂質高分子膜は非電離物質に対して膜本体部に高感度で選択的な膜電位を発生させることができる。これにより従来の味覚センサ装置では極めて低い感度でしか測定できなかった甘味物質等を、高感度で、かつ選択的に測定することが可能となる。   The present embodiment relates to a pseudo-biological lipid polymer membrane. The pseudo-biological lipid polymer membrane is based on a membrane main body portion and a modifying portion made of a polymer material and its plasticizer. The pseudo-biological lipid polymer membrane can generate a membrane potential that is highly sensitive and selective to the membrane body with respect to non-ionizing substances. As a result, it is possible to selectively measure sweet substances and the like that could be measured only with extremely low sensitivity with the conventional taste sensor device with high sensitivity.

<実施形態1:構成>   <Embodiment 1: Configuration>

図1に本実施形態の構成例を示す。この図で示すように本実施形態の擬似生体脂質高分子膜(0100)は、膜本体部(0101)とそれを被覆する修飾部(0102)から構成され、さらに膜本体部は、高分子材と可塑剤とから構成されている。なお、図1は修飾部が片面側に形成されている場合を示したものであり、矢印Aで示す面が測定対象溶液と接する。以下で本実施形態の各構成要素について説明する。   FIG. 1 shows a configuration example of this embodiment. As shown in this figure, the pseudo-biological lipid polymer membrane (0100) of this embodiment is composed of a membrane body portion (0101) and a modification portion (0102) covering the membrane body portion, and the membrane body portion is made of a polymer material. And a plasticizer. FIG. 1 shows a case where the modifying part is formed on one side, and the surface indicated by the arrow A is in contact with the solution to be measured. Below, each component of this embodiment is demonstrated.

「擬似生体脂質高分子膜」(0100)は、生物の細胞膜に見られる電気的性質を模倣した機能を有する人工膜であって、測定対象の物質との間で膜電位を発生し、さらに後述する導電体との間で発生した電荷を交換可能なように構成されている。後述の実施例6で示すように、本発明の擬似生体脂質高分子膜は、前記背景技術で述べた従来の脂質高分子膜よりも高い膜電位を非電離物質に対して発生させることができる。また、実施例7で示すように、5つの基本味物質のそれぞれに対して膜電位を測定した場合、本発明の擬似生体脂質高分子膜は、甘味物質について特異的な膜電位パターンを示す。すなわち、本発明の擬似生体脂質高分子膜は、非電離物質を選択的に測定可能な受容膜として利用できる。   The “pseudo-biological lipid polymer membrane” (0100) is an artificial membrane having a function imitating the electrical property found in a biological cell membrane, and generates a membrane potential with a substance to be measured. It is configured so that the electric charges generated with the conductor can be exchanged. As shown in Example 6 described later, the pseudo-biological lipid polymer membrane of the present invention can generate a membrane potential higher than that of the conventional lipid polymer membrane described in the background art for non-ionized substances. . Further, as shown in Example 7, when the membrane potential was measured for each of the five basic taste substances, the pseudo-biological lipid polymer membrane of the present invention shows a membrane potential pattern specific to the sweet substance. That is, the pseudo-biological lipid polymer membrane of the present invention can be used as a receptor membrane capable of selectively measuring non-ionizing substances.

なお、擬似生体脂質高分子膜の名称は、生体の細胞膜の機能を模倣していることに基づく。ここで言う脂質は、当該細胞膜が高分子であるタンパク質と脂質を主な構成成分とすることに由来したものに過ぎず、当該擬似生体脂質高分子膜が必ずしも脂質を構成要素として含有する必要はない。後述する本実施形態の膜本体部のように、それ自体が脂質の機能を兼ねている場合もある。   The name of the pseudo-biological lipid polymer membrane is based on imitating the function of the cell membrane of the living body. The lipid mentioned here is only derived from the fact that the cell membrane is mainly composed of protein and lipid, which are macromolecules, and the pseudo-biological lipid polymer membrane does not necessarily need to contain lipid as a component. Absent. There may be a case where the membrane body portion of this embodiment described later also functions as a lipid, as will be described later.

((膜本体部))   ((Membrane body))

(膜本体部の構成)     (Configuration of membrane body)

本実施形態の「膜本体部」(0101)は、擬似生体脂質高分子膜の本体を成すものであり、高分子材とその可塑剤とから構成されている。膜本体部は、後述する修飾部の多価フェノールをその表面に吸着可能なように構成されている。多価フェノールの膜本体部への吸着機序に関しては解明されていないが、両者は疎水結合、及び/又は水素結合等の電気的結合を介して結びついていると考えられている。その根拠は、多価フェノールの一つであるタンニンの性質と、後述する実施例2等の結果に基づく。タンニンはタンパク質と結合して塩基性官能基を凝集させる収斂作用を有することが知られているが、両者の結合は疎水結合と水素結合によって行われている。また、実施例2の結果から、膜本体部の構成要素による膜表面の電荷密度のバランスや疎水領域が重要であることが判明している。したがって、膜本体部はその表面に多価フェノールの疎水性部位に親和性の高い部位、若しくは多価フェノールの水酸基等と結合し易い部位を有することが好ましい。すなわち、以下で説明する高分子材又は可塑剤のうち少なくとも一方が、膜本体構成時にその表面に前記の性質を有していればよい。   The “membrane main body” (0101) of the present embodiment forms the main body of the pseudo-biological lipid polymer membrane, and is composed of a polymer material and a plasticizer thereof. The membrane main body is configured to be able to adsorb the polyhydric phenol of the modifying part described later on its surface. Although the mechanism of adsorption of the polyhydric phenol to the membrane main body has not been elucidated, it is considered that both are connected through an electrical bond such as a hydrophobic bond and / or a hydrogen bond. The grounds are based on the properties of tannin, which is one of polyhydric phenols, and the results of Example 2 and the like described later. Tannin is known to have a converging action by binding to a protein and aggregating a basic functional group, but the binding of both is performed by a hydrophobic bond and a hydrogen bond. From the results of Example 2, it has been found that the balance of charge density on the film surface and the hydrophobic region due to the components of the film main body are important. Therefore, it is preferable that the membrane main body has a site having a high affinity for the hydrophobic site of the polyhydric phenol on the surface thereof, or a site that easily binds to a hydroxyl group of the polyhydric phenol. That is, at least one of the polymer material or the plasticizer described below only needs to have the above-mentioned properties on the surface when the film body is configured.

「高分子材」は、膜全体の支持部材として機能するように構成されている。   The “polymer material” is configured to function as a support member for the entire membrane.

高分子材の種類は、後述のように電荷を必要としない限りにおいて液膜型イオン選択性電極等で使用されている公知の高分子材料等を使用すればよい。具体的には、PVC、ポリ塩化ビニリデン(PVDC)、ポリスチレン(PS)、ポリウレタン(PU)、ポリサルフォン(PSF)、ポリカーボネート(PC)、ポリアリレート(PAR)、ポリアミド(PA)、ポリビニルアルコール(PVA)等のプラスチック、漆のような天然樹脂、寒天のような多糖類高分子、ゼラチン(コラーゲン)のようなゲル化タンパク質、あるいはそれらの混合物等が挙げられる。特にPVCは、入手が容易で後述の可塑剤との混合比により軟化、硬化を調節し易い等の利点がある。それ故PVCは液膜型イオン選択性電極等で最も一般的に使用されている高分子材であり、当該高分子材としても好ましい。   As the type of the polymer material, a known polymer material used for a liquid membrane ion selective electrode or the like may be used as long as no charge is required as described later. Specifically, PVC, polyvinylidene chloride (PVDC), polystyrene (PS), polyurethane (PU), polysulfone (PSF), polycarbonate (PC), polyarylate (PAR), polyamide (PA), polyvinyl alcohol (PVA) And the like, natural resins such as lacquer, polysaccharide polymers such as agar, gelled proteins such as gelatin (collagen), and mixtures thereof. In particular, PVC is advantageous in that it is easily available and softening and curing can be easily adjusted by the mixing ratio with a plasticizer described later. Therefore, PVC is a polymer material that is most commonly used for liquid membrane ion-selective electrodes and the like, and is also preferable as the polymer material.

高分子材は、可塑剤が電荷を有する場合には当該可塑剤の電荷に対応する正負いずれかの電荷を有していてもよい。これは、膜本体部表面の電荷密度のバランスを考慮するためである。高分子材における電荷保持は荷電高分子を使用することで達成できる。「荷電高分子」とは、正負いずれかの電荷を有するプラスチック等の高分子である。例えば、正電荷高分子としては(ポリ)ビニルアミンが、また負電荷高分子としては(ポリ)スチレンスルホン酸が挙げられる。   When the plasticizer has a charge, the polymer material may have either a positive or negative charge corresponding to the charge of the plasticizer. This is because the balance of the charge density on the surface of the film main body is taken into consideration. Charge retention in the polymer material can be achieved by using a charged polymer. The “charged polymer” is a polymer such as plastic having a positive or negative charge. For example, the positively charged polymer includes (poly) vinylamine, and the negatively charged polymer includes (poly) styrene sulfonic acid.

「可塑剤」は、前記高分子材を可塑化し、軟性を与えることができる物質である。高分子材の軟性は添加する可塑剤の量によって決定される。例えば、可塑剤が後述するエステル化合物等であれば、その分子は極性領域と非極性領域を有する構造を持つ。具体的に説明すると、図2のAで示すDOPPの場合であれば0201の極性領域が高分子膜材の分子と電気的に結びつき、また0202の非極性領域が高分子膜材の分子どうしの接近を阻害する。これにより高分子材の分子間の距離が拡張されたまま保持されるため軟性が保たれる。   The “plasticizer” is a substance that can plasticize the polymer material and give it softness. The softness of the polymer material is determined by the amount of plasticizer added. For example, if the plasticizer is an ester compound described later, the molecule has a structure having a polar region and a nonpolar region. Specifically, in the case of DOPP shown in FIG. 2A, the polar region of 0201 is electrically connected to the molecules of the polymer film material, and the nonpolar region of 0202 is between the molecules of the polymer film material. Block access. As a result, the distance between the molecules of the polymer material is kept expanded, so that the softness is maintained.

可塑剤の種類は、使用する高分子材に応じてそれを可塑化できる物質を使用すればよい。高分子材が前述のプラスチックの場合には、一般的にエステル化合物やエーテル化合物が多用される。具体的には、DOPP、2−ニトロフェニルオクチルエーテル(POE)、4−ニトロフェニルフェニルエーテル(NPPE)、リン酸ジオクチル(DOP)、セバシン酸ジオクチル(DOS)、セバシン酸ジブチル(DBS)、リン酸トリクレシル(TCP)、又はそれらの組み合わせ等が挙げられる。いずれの可塑剤を使用するかは高分子膜材に対する相溶性、可塑化効率、低移行性、低揮発性等に応じて適宜選択すればよい。また、高分子材が高分子多糖類やゲル化タンパク質であれば可塑剤は水でよい。   The type of plasticizer may be a material that can plasticize it according to the polymer material to be used. When the polymer material is the above-mentioned plastic, generally an ester compound or an ether compound is frequently used. Specifically, DOPP, 2-nitrophenyl octyl ether (POE), 4-nitrophenyl phenyl ether (NPPE), dioctyl phosphate (DOP), dioctyl sebacate (DOS), dibutyl sebacate (DBS), phosphoric acid Examples include tricresyl (TCP) or a combination thereof. Which plasticizer is used may be appropriately selected according to compatibility with the polymer film material, plasticization efficiency, low migration, low volatility, and the like. If the polymer material is a polymer polysaccharide or gelled protein, the plasticizer may be water.

ところで、具体例として挙げた前記可塑剤自身はいずれも電荷を有していない。しかし、実際に膜本体部の作製に使用すると、ほとんどの膜本体部が電荷を有するようになる。これは市販される前記可塑剤に電荷を持った派生物等の不純物が混在するためと考えられている。例えば、図2のAで示す市販のDOPPには図2のBで示す負荷電性の派生物であるフェニルホスホン酸モノオクチルエステル(PPME)が0.6〜2.5%混在するとされている(非特許文献2)。一般的な可塑剤の製造において当該不純物の混在は不可避であり、純粋に精製することは難しい。したがって、市販の非電離性の可塑剤を使用した場合は、混在する不純物によって通常可塑剤は電荷を有するようになる。それ故、本実施形態の場合には、膜表面の電荷密度のバランスを得るために高分子材にも可塑剤と反対の電荷を有するものを使用することが好ましい。   By the way, none of the plasticizers mentioned as specific examples has a charge. However, when actually used for producing the membrane body, most membrane bodies have a charge. This is considered to be because impurities such as a derivative having a charge are mixed in the plasticizer commercially available. For example, the commercially available DOPP shown by A in FIG. 2 is mixed with 0.6 to 2.5% of phenylphosphonic acid monooctyl ester (PPME), which is a negatively charged derivative shown in B of FIG. (Non-patent document 2). In the production of a general plasticizer, the inclusion of such impurities is inevitable, and it is difficult to purify it purely. Therefore, when a commercially available non-ionizing plasticizer is used, the plasticizer usually has an electric charge due to mixed impurities. Therefore, in the case of this embodiment, it is preferable to use a polymer material having a charge opposite to that of the plasticizer in order to obtain a balance of charge density on the film surface.

(膜本体部の機能)     (Function of membrane body)

膜本体部は、擬似生体脂質高分子膜を支持する本体として、また、修飾部を構成する多価フェノールの足場として機能する。さらに、細胞膜の脂質と同様に膜表面側で捕捉された非電離物質に応答して発生する膜電位を膜裏面側で取得するように機能する。   The membrane body functions as a body that supports the pseudo-biological lipid polymer membrane and as a scaffold for the polyhydric phenol that constitutes the modification. Furthermore, it functions to acquire a membrane potential generated in response to a non-ionized substance trapped on the membrane surface side on the membrane back surface side as well as lipids of the cell membrane.

(膜本体部の作製)     (Production of membrane body)

膜本体部は、高分子材と可塑剤とを混合して作製される。膜本体部の作製方法は、従来の膜電位測定装置で使用される脂質高分子膜の作製方法等に準ずればよい。例えば、特許文献1等に記載された脂質高分子膜の作製方法が参考になる。ただし、本実施形態の場合、膜本体部の構成要素に脂質性物質は加えない。一例として、最も一般的な方法を以下で説明する。まず、高分子材と可塑剤を所定量混合する。高分子材と可塑剤との混合比率や混合方法は、それぞれの種類によって異なるため、擬似生体脂質高分子膜の使用用途や使用方法によって適宜調節すればよい。例えば、擬似生体脂質高分子膜を作用電極に使用する場合であって高分子材ポリビニルクロリド、可塑剤をジ-n-オクチルフェニルホスホナートとする場合には、それぞれを重量比で0.8:1程度で混合すればよい。次に、高分子材と可塑剤を溶剤によって溶解する。溶剤の種類は、使用する高分子材とその可塑剤の種類に応じて適宜選択する。例えば、高分子材がプラスチックの場合には、テトラヒドロフラン(以下THFとする。)、ニトロベンゼン、シクロヘキサノン等が一般的に用いられる。添加する溶剤の容量は、高分子材と可塑剤の種類や混合物の重量に応じて調整すればよい。例えば、前記ポリビニルクロリドとジ-n-オクチルフェニルホスホナートの混合物の重量が1800mgであれば、10ml程度のTHFで溶解すればよい。続いて、液状の混合物から膜を作製する。膜の作製方法は、例えば、ガラスプレート等の平面板上に液状の混合物を薄層状に広げ、溶剤を揮散させて再固化させせる。膜の厚さは、膜電位の効率的な発生等の機能上、10〜300μmの範囲内とすることが好ましい。   The membrane body is prepared by mixing a polymer material and a plasticizer. The method for producing the membrane body may be similar to the method for producing a lipid polymer membrane used in a conventional membrane potential measuring device. For example, the method for producing a lipid polymer membrane described in Patent Document 1 is helpful. However, in this embodiment, no lipid substance is added to the constituent elements of the membrane main body. As an example, the most common method is described below. First, a predetermined amount of a polymer material and a plasticizer are mixed. Since the mixing ratio and the mixing method of the polymer material and the plasticizer differ depending on each type, the mixing ratio and the mixing method may be appropriately adjusted depending on the intended use and usage of the pseudo-biological lipid polymer membrane. For example, when a pseudo-biological lipid polymer membrane is used for the working electrode and the polymer material is polyvinyl chloride and the plasticizer is di-n-octylphenylphosphonate, each is 0.8: What is necessary is just to mix at about 1. Next, the polymer material and the plasticizer are dissolved with a solvent. The type of the solvent is appropriately selected according to the polymer material to be used and the type of the plasticizer. For example, when the polymer material is plastic, tetrahydrofuran (hereinafter referred to as THF), nitrobenzene, cyclohexanone, etc. are generally used. What is necessary is just to adjust the capacity | capacitance of the solvent to add according to the kind of polymer material and a plasticizer, and the weight of a mixture. For example, if the weight of the mixture of polyvinyl chloride and di-n-octylphenylphosphonate is 1800 mg, it may be dissolved in about 10 ml of THF. Subsequently, a film is produced from the liquid mixture. As a method for producing the film, for example, a liquid mixture is spread in a thin layer on a flat plate such as a glass plate, and the solvent is evaporated to resolidify. The thickness of the film is preferably in the range of 10 to 300 μm for functions such as efficient generation of the membrane potential.

((修飾部))   ((Modifier))

(修飾部の構成)     (Configuration of modifier)

「修飾部」(0102)は、膜本体部の表面を表面修飾するように構成されており、多価フェノールからなる。修飾部を構成する多価フェノールは、単一種類に限らない。例えば、以下で述べるタンニン酸のように多価フェノール酸と加水分解型タンニンの混合物であってもよい。また、多価フェノールの分子どうしが重合した化合物が混合していてもよい。   The “modifying part” (0102) is configured to modify the surface of the membrane main body part and is made of polyhydric phenol. The polyhydric phenol which comprises a modification part is not restricted to a single kind. For example, it may be a mixture of polyhydric phenolic acid and hydrolyzable tannin such as tannic acid described below. Moreover, the compound which the molecule | numerators of the polyhydric phenol polymerized may be mixed.

修飾部の配置は、膜本体部の表面全部であっても、一部であってもよい。ただし、表面の一部の場合には後述する機能上、少なくとも測定対象溶液に接する領域に配置するようにする。   The arrangement of the modifying part may be the entire surface of the membrane main body part or a part thereof. However, in the case of a part of the surface, it is arranged at least in a region in contact with the solution to be measured for the function described later.

「多価フェノール」は、ポリフェノールとも呼ばれる植物界に広く分布する物質で、芳香族の分子内に二価以上のフェノール性水酸基を有する化合物の総称である。例えば、多価フェノール酸、フラボノイド、タンニン等が該当する。本発明の多価フェノールとしては、多価フェノール酸、又は加水分解型タンニン、あるいはそれらの混合物が好ましい。これらの物質は糖等の非電離物質との親和性が高いと考えられるためである。   "Polyhydric phenol" is a substance widely distributed in the plant kingdom called polyphenol, and is a general term for compounds having a dihydric or higher phenolic hydroxyl group in an aromatic molecule. For example, polyhydric phenolic acid, flavonoid, tannin and the like are applicable. As the polyhydric phenol of the present invention, polyhydric phenolic acid, hydrolyzed tannin, or a mixture thereof is preferable. This is because these substances are considered to have high affinity with non-ionizing substances such as sugar.

「多価フェノール酸」とは、分子内にカルボキシル基を有する多価フェノールであり、正確には二以上の水酸基を有するフェノール酸を意味する。例えば、図3のAで示す没食子酸(gallic acid:3,4,5−trihydroxyl benzoic acid)や、没食子酸の二量体で図4のAに示すHHDP(hexahydroxydiphenilic acid)等が該当する。なお、HHDPは遊離状態ではラクトン化し、通常直ちに図4のBに示すエラグ酸(ellagic acid)となる。   "Polyhydric phenol" is a polyhydric phenol having a carboxyl group in the molecule, and precisely means a phenolic acid having two or more hydroxyl groups. For example, gallic acid (gallic acid: 3,4,5-trihydroxybenzoic acid) indicated by A in FIG. 3, HHDP (hexahydroxyphenic acid) indicated by A in FIG. 4, which is a dimer of gallic acid, and the like are applicable. In addition, HHDP is lactonized in a free state, and usually immediately becomes ellagic acid shown in FIG. 4B.

「加水分解型タンニン」とは、多価フェノール酸と多価アルコールがエステル結合した化合物で、酸やアルカリ、酵素等によって加水分解されるタンニンを言う。具体的には没食子酸の派生物であるガロタンニン(gallotannin)と、エラグ酸/HHDPの派生物であるエラジタンニン(ellagitannin)等が該当する。ガロタンニンの一例としては、図3のBで示すPGG(β−1,2,3,4,6−Pentagalloyl−O−D−Glucose)が、またエラジタンニンの一例としては図4のCで示すカザリクチン(casuarictin)が挙げられる。   “Hydrolyzed tannin” refers to a tannin that is a compound in which a polyhydric phenol acid and a polyhydric alcohol are ester-bonded and is hydrolyzed by an acid, an alkali, an enzyme, or the like. Specifically, gallotannin, which is a derivative of gallic acid, ellagitannin, which is a derivative of ellagic acid / HHDP, and the like are applicable. As an example of gallotannin, PGG (β-1,2,3,4,6-pentagalloyl-OD-Glucose) indicated by B in FIG. 3 is used, and as an example of ellagitannin, casalictin ( CASARICTIN).

本発明において「非電離物質」とは、水やエタノール等の極性溶媒中に可溶であり、かつ電離しない物質を意味する。例えば、カフェイン、カプサイシン、甘味物質等が該当する。   In the present invention, the “non-ionizing substance” means a substance that is soluble in a polar solvent such as water or ethanol and does not ionize. For example, caffeine, capsaicin, sweet substances and the like are applicable.

「甘味物質」とは、本発明ではヒトに対して一般に甘味を感じさせる天然の物質を意味する。例えば、糖やステビオサイド等が該当する。ただし、本発明の甘味物質は、必ずしもヒトに対して甘味を感じさせる必要はない。甘味を感じさせなくとも前記の甘味を感じさせる物質に構造的に類似した同属の物質であればよい。また、ここで言う「糖」とは、C(HO)の一般式で表される炭水化物又は糖のアルデヒド基若しくはケト基を還元して得られる多価アルコールのうち比較的低分子のものを言う。具体的には、単糖類、若しくはオリゴ糖類、グリセロール、キシリトール、ソルビトール、マンニトール、アラビニトール等が該当する。 The term “sweet substance” as used in the present invention means a natural substance that generally makes a human feel sweet. For example, sugar and stevioside are applicable. However, the sweet substance of the present invention does not necessarily require humans to feel sweetness. Any substance of the same genus that is structurally similar to the substance that makes the sweet taste feel may be used without making the sweet taste. The “sugar” as used herein refers to a relatively low molecular weight polyhydric alcohol obtained by reducing the aldehyde group or keto group of a carbohydrate or sugar represented by the general formula of C m (H 2 O) n. Say things. Specific examples include monosaccharides or oligosaccharides, glycerol, xylitol, sorbitol, mannitol, arabinitol, and the like.

(修飾部の機能)     (Function of modifier)

修飾部は、非電離物質と膜表面で相互作用するという本発明における中心的な機能を有する。後述の実施例4で示すように、表面に多価フェノールからなる修飾部を有する膜本体部は、膜本体部のみの場合と比較して、ショ糖に対する電位応答性が飛躍的に高くなる。また、実施例6で示すように、本発明の修飾部を有する擬似生体脂質高分子膜は、ショ糖に対する電位応答性で従来最も感度の高かった脂質高分子膜の約4倍の感度を有する。さらに、実施例7で示すように、甘味物質等の非電離物質に対して選択的な応答性を示す。このように膜本体部表面に多価フェノールからなる修飾部を付加させることによって、従来の人工脂質高分子膜では困難であった非電離物質に対して高い応答感度と選択性のある膜電位を発生させることが可能となる。   The modifying part has a central function in the present invention of interacting with a non-ionizing substance on the film surface. As shown in Example 4 to be described later, the membrane body portion having a modified portion made of a polyhydric phenol on the surface has a drastically increased potential responsiveness to sucrose compared to the case of only the membrane body portion. In addition, as shown in Example 6, the pseudo-biological lipid polymer membrane having the modified portion of the present invention has about four times the sensitivity of a lipid polymer membrane that has been the most sensitive in terms of potential response to sucrose. . Furthermore, as shown in Example 7, it exhibits selective responsiveness to non-ionizing substances such as sweet substances. In this way, by adding a modification part consisting of polyhydric phenol to the membrane body surface, high response sensitivity and selectivity for non-ionizing substances, which was difficult with conventional artificial lipid polymer membranes, can be achieved. Can be generated.

ここで、甘味物質の化学受容説について説明をしておく。発甘味団(Glucophore)と甘味物質受容体からなる複合体の幾何学的モデルとしては、ShallenbergerとAcreeによる非特許文献3やKierによる非特許文献4のモデルが知られている。図13で示すように、それらによれば、甘味物質とその受容体の相互作用には互いに相補的な3つの基礎となる部位が必要とされている。すなわち、分子内で一定の距離で離れた水酸結合ドナー部位(AH:プロトン供与基)と水素結合アクセプター部位(B:プロトン受容基)、及び図示していない疎水結合部位(X)の3つである。甘味物質とその受容体間では、甘味物質のAH−Bのユニットが受容体側のAH−Bのユニットとお互いに結合し、また双方のX部位が疎水結合によって結合していると考えられている。   Here, the chemical acceptance theory of sweet substances will be explained. As a geometric model of a complex composed of a sweetening group (Glucophore) and a sweet substance receptor, models of Non-Patent Document 3 by Schallenberger and Acree and Non-Patent Document 4 by Kier are known. As shown in FIG. 13, they require three underlying sites that are complementary to each other for the interaction of the sweet substance and its receptor. That is, three of a hydroxyl bond donor site (AH: proton donor group) and a hydrogen bond acceptor site (B: proton acceptor group) and a hydrophobic bond site (X) (not shown) that are separated by a certain distance in the molecule. It is. Between the sweet substance and its receptor, it is considered that the AH-B unit of the sweet substance is bound to the AH-B unit on the receptor side, and both X sites are bound by a hydrophobic bond. .

本発明の修飾部を構成する多価フェノールが、前記化学受容説と同様の機序によって非電離物質を捕捉しているという実験的証拠はない。したがって、実際どのようにして非電離物質を捕捉しているのかは未解明である。しかしながら、非電離物質が何らかの結合力によって膜表面の多価フェノールに吸着されているであろうことは、後述の「修飾部の再利用前処理」のように測定に使用した擬似生体脂質高分子膜は十分に洗浄しなければ元の電位値には戻らないことからも推測される。また、PGG等の加水分解型カテキンが、その分子構造の中心部にグルコース等の糖を配置している事実は、多価フェノールが糖等の非電離物質に対して高い親和性を有することを示唆していると考えられる。   There is no experimental evidence that the polyphenol constituting the modifying part of the present invention captures a non-ionizing substance by the same mechanism as in the chemoreceptive theory. Therefore, it is unclear how the non-ionized substance is actually captured. However, the fact that non-ionizing substances will be adsorbed to the polyhydric phenol on the membrane surface by some binding force means that the pseudo-biological lipid polymer used for the measurement as described below “Pretreatment for reuse of modified part” It is also inferred from the fact that the membrane does not return to the original potential value unless it is sufficiently washed. In addition, the fact that hydrolyzable catechins such as PGG have sugars such as glucose arranged at the center of their molecular structure indicates that polyphenols have a high affinity for non-ionizing substances such as sugars. It seems to suggest.

(修飾部の作製)
修飾部は、多価フェノールを含む溶液中に膜本体部を浸漬することで前記膜本体部の表面に生成することができる。ここで言う「浸漬する」とは、膜本体部を混合液中に浸すことに限られず、膜本体部の表面に混合液を掛け流すことや、刷毛等を用いて当該混合液を塗布すること等、広く膜本体部表面と混合液を接触させることを意味する。混合液の組成は、非電離物質に対する応答感度、膜本体部の組成等に応じて適宜選択すればよく、特に限定されるものではない。例えば、0.05%(W/V)タンニン酸/0.3mM酒石酸/30mMKClの混合溶液(以下、タンニン酸混合液とする。)を用いてもよい。なお、タンニン酸とはウルシ科Rhus属、ブナ科Quercus属等から得られるガロタンニンを主成分とする混合物で、没食子酸やPGG等を含む。修飾部の作製方法の一例としては、前記膜本体部を前記のタンニン酸混合液中に25℃で48時間程度浸せばよい。これにより膜本体部の表面に修飾部を形成することができる。
(Production of modified part)
The modifying part can be generated on the surface of the membrane body by immersing the membrane body in a solution containing polyhydric phenol. “Immerse” as used herein is not limited to immersing the membrane main body in the mixed liquid, but pouring the mixed liquid over the surface of the membrane main body or applying the mixed liquid using a brush or the like. It means that the mixed liquid is brought into contact with the surface of the membrane main body widely. The composition of the mixed solution may be appropriately selected according to the response sensitivity to the non-ionized substance, the composition of the film main body, and the like, and is not particularly limited. For example, a mixed solution of 0.05% (W / V) tannic acid / 0.3 mM tartaric acid / 30 mM KCl (hereinafter referred to as a tannic acid mixed solution) may be used. Tannic acid is a mixture mainly composed of gallotannin obtained from Urushi family Rhus, Beech family Quercus, etc., and includes gallic acid, PGG and the like. As an example of the production method of the modifying portion, the membrane body may be immersed in the tannic acid mixed solution at 25 ° C. for about 48 hours. Thereby, a modification part can be formed in the surface of a film | membrane main-body part.

(修飾部の再利用前処理)
測定後の修飾部は、その表面に一部の非電離物質が吸着したままの状態にあると考えられる。これは、一度測定対象溶液で測定に用いた擬似生体脂質高分子膜を軽く洗浄した後、基準液を再測定した場合、元の基準液測定値にならないことからも推測できる。したがって、擬似生体脂質高分子膜を再利用する際には、前処理を行う必要がある。前処理は、プラス電荷を有する膜の場合、100mM KCl/10mM KOH/30% エタノール混合液で、またマイナス電荷を有する膜の場合、100mM HCl/30% エタノール混合液で、十分に洗浄すればよい。この操作によって修飾部はリセットされ、擬似生体脂質高分子膜は複数回測定が可能となるため、ランニングコストを抑えることも可能となる。
(Processing before reuse of modifier)
The modified part after the measurement is considered to be in a state in which a part of the non-ionized substance remains adsorbed on the surface. This can also be inferred from the fact that when the reference liquid is measured again after the pseudo-biological lipid polymer membrane used for the measurement with the measurement object solution is lightly washed, the original reference liquid measurement value is not obtained. Therefore, it is necessary to perform pretreatment when reusing the pseudo-biological lipid polymer membrane. In the case of a membrane having a positive charge, the pretreatment should be sufficiently washed with a 100 mM KCl / 10 mM KOH / 30% ethanol mixed solution, and in the case of a membrane having a negative charge, with a 100 mM HCl / 30% ethanol mixed solution. . By this operation, the modifying part is reset, and the pseudo-biological lipid polymer membrane can be measured a plurality of times, so that the running cost can be suppressed.

<実施形態1:効果>   <Embodiment 1: Effect>

本実施形態の擬似生体脂質高分子膜によれば、甘味物質等の非電離物質をその表面に捕捉することにより当該物質に対して高感度、かつ選択的に応答することができる。したがって、当該膜を電気化学的変化(膜電位測定,インピーダンス計測,表面分極制御法等)、屈折率(誘電率)変化(表面プラスモン共鳴法等)、質量変化(水晶振動子、表面弾性波計測等)計測のセンサ部等に使用すれば、非電離物質を高感度、かつ選択的に測定することができる。   According to the pseudo-biological lipid polymer membrane of the present embodiment, a non-ionizing substance such as a sweet substance can be captured on the surface of the substance and can respond to the substance with high sensitivity and selectivity. Therefore, electrochemical changes (membrane potential measurement, impedance measurement, surface polarization control method, etc.), refractive index (dielectric constant) change (surface plasmon resonance method, etc.), mass change (quartz crystal oscillator, surface acoustic wave) Measurement, etc.) If used in a sensor unit for measurement, non-ionized substances can be selectively measured with high sensitivity.

<<実施形態2>>   << Embodiment 2 >>

<実施形態2:概要>   <Embodiment 2: Overview>

本実施形態は擬似生体脂質高分子膜に関する。基本的な構成は前記実施形態1の擬似生体脂質高分子膜と同様であるが、膜本体部が高分子材と可塑剤に加えて脂質性物質を構成要素とする点で実施形態1とは異なる。脂質性物質は、疎水性部位と電荷を有することから、多価フェノールの膜本体部への吸着や膜本体部の介した電荷の授受を容易にする機能を持つ。その結果、非電離物質に対してより強い膜電位応答性を得ることができる   The present embodiment relates to a pseudo-biological lipid polymer membrane. The basic configuration is the same as that of the pseudo-biological lipid polymer membrane of the first embodiment, but the first embodiment is different from the first embodiment in that the membrane body includes a lipid substance in addition to the polymer material and the plasticizer. Different. Since the lipid substance has a charge with a hydrophobic site, it has a function of facilitating adsorption of polyhydric phenol to the membrane body and transfer of charge through the membrane body. As a result, it is possible to obtain a stronger membrane potential response to non-ionizing substances.

<実施形態2:構成>   <Embodiment 2: Configuration>

図5に本実施形態の構成例を示す。この図で示すように本実施形態の擬似生体脂質高分子膜(0500)の基本構成は、実施形態1と同様に膜本体部(0501)と修飾部(0502)とから構成されている。しかし、本実施形態の膜本体部は実施形態1の膜本体部の構成要素に加えて、さらに脂質性物質(0503)を有する。各構成要素に関して、実施形態1と同様の箇所についてはその説明は省略し、ここでは本実施形態に特徴的な点、及び本実施形態に特有の構成要素である脂質性物質について以下で説明をする。   FIG. 5 shows a configuration example of this embodiment. As shown in this figure, the basic configuration of the pseudo-biological lipid polymer membrane (0500) of this embodiment is composed of a membrane body (0501) and a modification (0502) as in the first embodiment. However, in addition to the components of the membrane main body of Embodiment 1, the membrane main body of the present embodiment further has a lipid substance (0503). For each component, the description of the same parts as in Embodiment 1 is omitted, and here, the characteristic points of the present embodiment and the lipid substance that is a component unique to the present embodiment will be described below. To do.

本実施形態の「膜本体部」(0501)は、高分子材、可塑剤、脂質性物質を主な構成要素としている。本実施形態の膜本体部の構成要件は実施形態1と同様であるが、脂質性物質が正負いずれかの電荷を有していることから、高分子材は必ずしも電荷を有する必要はない。実施形態1で述べた可塑剤(正確にはそれに含まれる不純物)に対応する電荷を持つ脂質性物質を使用すればよい。   The “membrane main body” (0501) of the present embodiment mainly includes a polymer material, a plasticizer, and a lipid substance. The constituent elements of the membrane body of this embodiment are the same as those of the first embodiment. However, since the lipid substance has a positive or negative charge, the polymer material does not necessarily have a charge. A lipid substance having a charge corresponding to the plasticizer described in Embodiment 1 (more precisely, impurities contained therein) may be used.

本実施形態の「脂質性物質」(0503)とは、両親媒性脂質、又はそれに類似した構造を有する両親媒性物質を言う。いずれの場合も分子構造上は極性を持つ親水性部位と長炭素鎖からなる疎水性部位とを有する。親水性部位としては、リン酸基、アミノ基、カルボキシル基、水酸基の他、イオン系アンモニウム等が挙げられる。使用する脂質性物質の種類については、特に限定はしないが、膜本体部を構成した際に膜表面に露出した脂質性物質が多価フェノールを吸着可能な性質を有することが好ましい。例えば、前述のように分子構造中に水酸基のような電荷を有する領域、及び/又は疎水性部位を有するという具合である。具体的には図6に示すTDABやその派生物である4級アンモニウム等が挙げられる。後述の実施例3で示すように、TDABは、糖に対して非常に高い膜電位応答性が得られることから本実施形態の脂質性物質としても非常に好ましい。   The “lipidic substance” (0503) of the present embodiment refers to an amphipathic lipid or an amphiphilic substance having a similar structure. In either case, the molecular structure has a polar hydrophilic portion and a hydrophobic portion composed of a long carbon chain. Examples of the hydrophilic site include a phosphate group, an amino group, a carboxyl group, and a hydroxyl group, as well as ionic ammonium. The type of lipidic substance to be used is not particularly limited, but it is preferable that the lipidic substance exposed on the membrane surface when adsorbing the membrane main body has a property of adsorbing polyhydric phenol. For example, as described above, the molecular structure has a region having a charge such as a hydroxyl group and / or a hydrophobic site. Specific examples include TDAB shown in FIG. 6 and quaternary ammonium which is a derivative thereof. As shown in Example 3 to be described later, TDAB is very preferable as a lipid substance of the present embodiment because it has a very high membrane potential responsiveness to sugar.

<実施形態2:効果>   <Embodiment 2: Effect>

本実施形態の擬似生体脂質高分子膜によれば、膜本体部に脂質性物質を加えることで甘味物質等の非電離物質に対してより高い膜電位を得ることができる。   According to the pseudo-biological lipid polymer membrane of this embodiment, a higher membrane potential can be obtained for non-ionizing substances such as sweet substances by adding a lipid substance to the membrane body.

<<実施形態3>>   << Embodiment 3 >>

<実施形態3:概要>
本実施形態は作用電極に関する。当該作用電極は、非電離物質の受容膜として前記実施形態1又は2の擬似生体脂質高分子膜を有し、非電離物質に対して高感度に、かつ選択的に膜電位を発生させ、かつそれを取得することができる。これにより甘味物質等の非電離物質を電位的に高感度で測定する膜電子測定装置の提供が可能となる。
<Embodiment 3: Overview>
This embodiment relates to a working electrode. The working electrode has the pseudo-biological lipid polymer membrane of Embodiment 1 or 2 as a non-ionizing substance receiving membrane, and generates a membrane potential selectively with high sensitivity to the non-ionizing substance, and Can get it. As a result, it is possible to provide a membrane electron measuring apparatus that measures a non-ionizing substance such as a sweet substance with high potential in terms of potential.

<実施形態3:構成>
図7に本実施形態の構成例を示す。この図で示すように本実施形態の作用電極(0700)は、必須の構成要素として支持体(0701)と前記実施形態1又は2の擬似生体脂質高分子膜(0702)、及び導電体(0703)とを有している。また、緩衝層(0704)を選択的に有する。これらのうち、擬似生体脂質高分子膜(0702)に関しては実施形態1又は2で詳述していることからその説明は省略し、ここでは本実施形態に特徴的な構成要素である支持体(0701)、導電体(0703)、及び緩衝層(0704)について以下で説明をする。
<Embodiment 3: Configuration>
FIG. 7 shows a configuration example of this embodiment. As shown in this figure, the working electrode (0700) of the present embodiment includes the support (0701), the pseudo-biological lipid polymer membrane (0702) of the first or second embodiment, and the conductor (0703) as essential components. ). A buffer layer (0704) is selectively provided. Among these, since the pseudo-biological lipid polymer membrane (0702) has been described in detail in the first or second embodiment, the description thereof will be omitted. Here, a support (characteristic component of the present embodiment) 0701), the conductor (0703), and the buffer layer (0704) will be described below.

((支持体))   ((Support))

(支持体の構成)     (Structure of support)

「支持体」(0701)は、作用電極の基盤であって、その一部に擬似生体脂質高分子膜を配置するように構成されている。したがって、支持体の形状が作用電極の主たる形状を決定する。当該支持体の形状は、非電離物質に応答して擬似生体脂質高分子膜で発生する膜電位を取得できる形状であれば特に限定はしない。膜電位測定装置において作用電極と参照電極を有するセンサ部の使用用途等に応じて適宜決めればよい。例えば、卓上型センサ部で使用する作用電極の場合には図7に示すように閉じた管状形状の支持体(0701)であってもよいし、図8に示すようにチップ型センサにおける作用電極(0802)の場合には板状形状の支持体(0801)であってもよい。   The “support” (0701) is a base of the working electrode and is configured to dispose a pseudo-biological lipid polymer membrane on a part thereof. Therefore, the shape of the support determines the main shape of the working electrode. The shape of the support is not particularly limited as long as it can acquire the membrane potential generated in the pseudo-biological lipid polymer membrane in response to the non-ionizing substance. What is necessary is just to determine suitably according to the use application etc. of the sensor part which has a working electrode and a reference electrode in a membrane potential measuring apparatus. For example, in the case of a working electrode used in a desktop sensor unit, it may be a closed tubular support (0701) as shown in FIG. 7, or a working electrode in a chip type sensor as shown in FIG. In the case of (0802), it may be a plate-shaped support (0801).

当該支持体の材質は、絶縁体であり、かつ耐水性であれば特に限定はしない。具体的には、ガラス、プラスチック、セラミックス、合成ゴム、又は耐水処理を施した紙や木材等が挙げられる。ただし、最外部が耐水性の絶縁体材料で被覆されていれば、当該支持体は内部に導電体材料を有していてもよい。例えば、内部が絶縁体材料と導電体材料からなる積層構造を有しており、最外部を耐水性の絶縁体材料で被覆した多層基盤等が該当する。   The material of the support is not particularly limited as long as it is an insulator and is water resistant. Specific examples include glass, plastic, ceramics, synthetic rubber, water-resistant paper, wood, and the like. However, as long as the outermost part is covered with a water-resistant insulating material, the support may have a conductive material inside. For example, a multilayer substrate having a laminated structure composed of an insulator material and a conductor material and having the outermost portion coated with a water-resistant insulator material is applicable.

当該支持体における擬似生体脂質高分子膜の位置は、測定対象溶液に直接接触可能な位置に配置されていれば、特に限定はしない。   The position of the pseudo-biological lipid polymer membrane on the support is not particularly limited as long as it is disposed at a position where it can directly contact the solution to be measured.

((導電体))   ((conductor))

(導電体の構成)     (Construction of conductor)

「導電体」(0703)は、擬似生体脂質高分子膜の裏面側に測定対象溶液と非接触的に配置され、また、表面側にある非電離物質に応答して発生する膜電位を取得するように構成されている。ここで言う「表面側/裏面側」とは、単に平面状物質の表裏の関係に留まらず、中空状物質の外面側と内面側のように広く物質の片面側と他面側を意味する。   The “conductor” (0703) is disposed in contact with the solution to be measured on the back side of the pseudo-biological lipid polymer membrane, and acquires a membrane potential generated in response to a non-ionizing substance on the front side. It is configured as follows. The term “front side / back side” as used herein is not limited to the front / back relationship of a planar substance, but means the single side and the other side of a substance as wide as the outer side and inner side of a hollow substance.

導電体の材質は、電子導電体、イオン導電体、又は電子・イオン混合導電体のいずれであってもよい。加工処理の点を考慮すれば電子導電体が好ましい。電子導電体の具体例としては、アルミニウム(Al)、クロム(Cr)、銅(Cu)、銀(以下Agとする。)、白金(Pt)、金(Au)等の金属や炭素(C)等が挙げられる。中でもAgは液膜型イオン選択性電極装置の作用電極で最も一般的な配線材として使用されており、その性能が確認されていることや入手が容易なことから本導電体の材質として好ましい。さらに、Ag表面に塩化銀(以下AgClとする。)を生成、若しくは付着させたAg/AgClは、Agのみからなる導電体において生じる分極現象を抑制できることから特に好ましい。   The material of the conductor may be any of an electronic conductor, an ionic conductor, or an electron / ion mixed conductor. In consideration of processing points, an electronic conductor is preferable. Specific examples of the electronic conductor include metals such as aluminum (Al), chromium (Cr), copper (Cu), silver (hereinafter referred to as Ag), platinum (Pt), gold (Au), and carbon (C). Etc. Above all, Ag is used as the most common wiring material in the working electrode of the liquid membrane type ion selective electrode device, and is preferable as the material of the conductor because its performance has been confirmed and is easily available. Further, Ag / AgCl in which silver chloride (hereinafter referred to as AgCl) is generated or adhered on the Ag surface is particularly preferable because it can suppress a polarization phenomenon that occurs in a conductor made of only Ag.

導電体の形状、大きさは、作用電極の形状、電極部や擬似生体脂質高分子膜の形状や大きさに応じて適宜決めればよく、特に限定はしない。例えば、図7で示す導電体(0703)のように棒状で、かつ擬似生体脂質高分子膜(0702)よりも大きなものであってもよいし、図8で示す導電体(0804)のように平面状で擬似生体脂質高分子膜(0803)とほぼ同等の大きさであってもよい。   The shape and size of the conductor may be appropriately determined according to the shape of the working electrode and the shape and size of the electrode part and the pseudo-biological lipid polymer membrane, and is not particularly limited. For example, it may be rod-like like the conductor (0703) shown in FIG. 7 and larger than the pseudo-biological lipid polymer membrane (0702), or like the conductor (0804) shown in FIG. It may be planar and substantially the same size as the pseudo-biological lipid polymer membrane (0803).

(導電体の機能)     (Function of conductor)

本導電体は後述する実施形態4の膜電位測定装置では装置配線の端末部に存在し、本実施形態の作用電極で取得される電位値を電気信号として膜電位測定装置内の他の部等へ伝達する機能を有する。   In the membrane potential measuring apparatus according to the fourth embodiment, which will be described later, this conductor is present at the terminal portion of the apparatus wiring. It has a function to transmit to.

((緩衝層))   ((Buffer layer))

(緩衝層の構成)     (Composition of buffer layer)

「緩衝層」(0704)は、擬似生体脂質高分子膜と導電体との間に存在する層である。当該緩衝層は必須の構成要素ではない。作用電極の構成によっては、必要に応じて適宜選択すればよい。例えば、図8で示す作用電極(0802)のように、擬似生体脂質高分子膜(0803)と導電体(0804)とが直接に接するような場合には、当該緩衝層必要はない。   The “buffer layer” (0704) is a layer existing between the pseudo-biological lipid polymer membrane and the conductor. The buffer layer is not an essential component. What is necessary is just to select suitably as needed depending on the structure of a working electrode. For example, when the pseudo-biological lipid polymer membrane (0803) and the conductor (0804) are in direct contact like the working electrode (0802) shown in FIG. 8, the buffer layer is not necessary.

緩衝層は、緩衝作用のある電解質を含んだ電解液、又は当該電解液を保持し、かつ高分子ポリマーのようなマトリクスとしての構造を有する湿潤材等によって構成される。ここで「電解液」とは、水等の溶媒に電解質が溶解して導電性を有する液体である。   The buffer layer is composed of an electrolytic solution containing an electrolyte having a buffering action, or a wetting material that holds the electrolytic solution and has a structure as a matrix such as a polymer. Here, the “electrolytic solution” is a liquid having conductivity by dissolving an electrolyte in a solvent such as water.

電解液を構成する電解質の種類は、緩衝作用のあるものであれば特に限定はされない。好ましくは、塩化カリウム(以下KClとする。)溶液である。これはKClを構成する陽イオン(Kイオン)と陰イオン(Clイオン)の輸率がほぼ等しいことから、電解液内や湿潤材内で局部的電池を発生させにくいためである。また、前記導電体の一部が金属によって構成される場合には、KClと当該金属の金属塩との混合溶液であることが、より好ましい。例えば、導電体が前記Ag/AgClで構成される場合の電解液は、KClとAgClの混合溶液が望ましい。これは、Ag/AgCl表面のAgのイオン化による電極の消耗を防止し、寿命を延ばすためである。当該電解液における電解質の濃度は特に限定されない。電解質の溶解度、又は当該電解液を保持させる湿潤材の材質に応じて適宜調整すれば良い。   The type of electrolyte constituting the electrolytic solution is not particularly limited as long as it has a buffering action. A potassium chloride (hereinafter referred to as KCl) solution is preferable. This is because the transport number of the cation (K ion) and the anion (Cl ion) constituting KCl is almost equal, so that it is difficult to generate a local battery in the electrolytic solution or the wetting material. Moreover, when a part of said conductor is comprised with a metal, it is more preferable that it is a mixed solution of KCl and the metal salt of the said metal. For example, the electrolyte solution when the conductor is composed of Ag / AgCl is preferably a mixed solution of KCl and AgCl. This is to prevent the electrode from being consumed due to the ionization of Ag on the Ag / AgCl surface and to extend the life. The concentration of the electrolyte in the electrolytic solution is not particularly limited. What is necessary is just to adjust suitably according to the solubility of electrolyte, or the material of the wetting material holding the said electrolyte solution.

(緩衝層の機能)
緩衝層の機能は、導電体周囲のイオン濃度を一定に保つことである。さらに、測定に供する溶液中に存在するイオンが擬似生体脂質高分子膜を介して導電体に到達することで生じる導電体と擬似生体脂質高分子膜との間の電位の変動を抑制することである。
(Function of buffer layer)
The function of the buffer layer is to keep the ion concentration around the conductor constant. Furthermore, by suppressing fluctuations in the potential between the conductor and the pseudo-biological lipid polymer membrane that occur when ions present in the solution used for measurement reach the conductor via the pseudo-biological lipid polymer membrane. is there.

<実施形態3:機能>   <Embodiment 3: Function>

本実施形態の作用電極の機能は、従来の液膜型イオン選択性作用電極と同様である。すなわち、溶液内において測定する対象物質に対して受容膜で応答し、発生した膜電位を取得し、他の部へ伝達することである。特に本実施形態の作用電極は、非電離物質に応答して発生する膜電位を選択的に取得し、伝達する機能を有している。   The function of the working electrode of this embodiment is the same as that of a conventional liquid membrane ion selective working electrode. In other words, the receptor membrane responds to the target substance to be measured in the solution, and the generated membrane potential is acquired and transmitted to other parts. In particular, the working electrode of this embodiment has a function of selectively acquiring and transmitting a membrane potential generated in response to a non-ionizing substance.

<実施形態3:効果>   <Embodiment 3: Effect>

本実施形態の作用電極によれば、甘味物質等の非電離物質に応答して発生する膜電位を選択的に、かつ高感度で測定することができる作用電極を提供できる。   According to the working electrode of this embodiment, it is possible to provide a working electrode that can selectively and highly sensitively measure a membrane potential generated in response to a non-ionizing substance such as a sweet substance.

<<実施形態4>>   << Embodiment 4 >>

<実施形態4:概要>
本実施形態は膜電位測定装置とその測定方法に関する。図9に本実施形態の膜電位測定装置の一例を示す。この図で示すように、本装置は参照電極(0901)と作用電極(0902)からなるセンサ部(0903)と、各電極を測定の対象溶液に接触させることにより発生する膜電位を取得し解析する解析装置(0904)とからなる。したがって、前記実施形態3の作用電極(0905)を有することを除けば、基本構成は従来の膜電位装置と変わらない。
<Embodiment 4: Overview>
The present embodiment relates to a membrane potential measuring apparatus and a measuring method thereof. FIG. 9 shows an example of the membrane potential measuring apparatus of this embodiment. As shown in this figure, this apparatus acquires and analyzes a sensor part (0903) composed of a reference electrode (0901) and a working electrode (0902), and a membrane potential generated by bringing each electrode into contact with a measurement target solution. Analysis device (0904). Therefore, the basic configuration is the same as that of the conventional membrane potential device except that the working electrode (0905) of Embodiment 3 is provided.

しかし、本実施形態の装置は実施形態3の作用電極を有することにより、5つの基本味物質(甘味物質、酸味物質、塩味物質、苦味物質、旨味物質)の全てに対して高い感度と選択性による測定が可能な味覚センサ装置を提供できる。   However, the apparatus of this embodiment has the working electrode of Embodiment 3 so that it has high sensitivity and selectivity for all five basic taste substances (sweet substance, sour substance, salty substance, bitter substance, umami substance). It is possible to provide a taste sensor device capable of measuring by the above.

<実施形態4:構成>
図9で示すように本実施形態の膜電位測定装置の構成において特徴的な点は、当該装置が実施形態3の作用電極(0905)を有している点である。それ以外の構成については、公知の膜電位測定装置の構成に準じている。例えば、特許文献1から6等に記載された味覚センサに基づいた図10で示す測定回路によって構成される装置であってもよい。図10で示す測定回路は参照電極(1001)、作用電極(1002)、差動増幅器(1003)、A/D変換器(1004)、コンピュータ(PC等:1005)を基本構成として有している。なお、図10では複数の作用電極(マルチチャネル)を有する場合を示しているが、そのうち少なくとも一つの電極は実施形態3の作用電極で構成されている。したがって、公知技術と同様の構成についてはその説明を省略し、本実施形態に特徴的な構成についてのみ以下で説明をする。
<Embodiment 4: Configuration>
As shown in FIG. 9, a characteristic point in the configuration of the membrane potential measuring apparatus according to the present embodiment is that the apparatus has the working electrode (0905) according to the third embodiment. Other configurations are based on the configuration of a known membrane potential measuring device. For example, the apparatus comprised by the measurement circuit shown in FIG. 10 based on the taste sensor described in patent document 1 to 6 grade | etc., May be sufficient. The measurement circuit shown in FIG. 10 has a reference electrode (1001), a working electrode (1002), a differential amplifier (1003), an A / D converter (1004), and a computer (PC, etc .: 1005) as basic components. . FIG. 10 shows a case where a plurality of working electrodes (multi-channel) are provided, but at least one of them is composed of the working electrode of the third embodiment. Therefore, the description of the same configuration as that of the known technique is omitted, and only the configuration characteristic to the present embodiment will be described below.

当該装置は、センサ部(0903)が実施形態3の作用電極(0905)を有することを特徴とする。当該作用電極は一の膜電位測定装置に少なくとも一つ有していればよい。また、図9のように一の装置が複数の作用電極を有する場合には、他の作用電極を実施形態3の作用電極とは異なる応答感度を示す電極にすることもできる。例えば、本実施形態の膜電位測定装置が味覚センサ装置であれば、他の作用電極は甘味物質以外の基本味物質に対してそれぞれ選択な応答感度を示す作用電極にしてもよい。   The apparatus is characterized in that the sensor unit (0903) includes the working electrode (0905) of the third embodiment. It is sufficient that at least one working electrode is included in one membrane potential measuring device. Further, when one apparatus has a plurality of working electrodes as shown in FIG. 9, the other working electrode can be an electrode having a response sensitivity different from that of the working electrode of the third embodiment. For example, if the membrane potential measuring device of the present embodiment is a taste sensor device, the other working electrode may be a working electrode that exhibits selective response sensitivity with respect to basic taste substances other than sweet substances.

本実施形態の構成要件は、実施形態3の作用電極を有し、当該電極から取得される電位値を測定、及び解析できることである。したがって、膜電位測定装置自体の基本構成要件は従来の膜電位測定装置と同様であってもよい。例えば、市販の味覚センサ装置に実施形態3の作用電極を追加する構成であっても構わない。   The configuration requirement of the present embodiment is that the working electrode of the third embodiment is included, and the potential value acquired from the electrode can be measured and analyzed. Therefore, the basic components of the membrane potential measuring device itself may be the same as those of the conventional membrane potential measuring device. For example, the structure which adds the working electrode of Embodiment 3 to a commercially available taste sensor apparatus may be sufficient.

<実施形態4:測定方法>   <Embodiment 4: Measurement method>

前記実施形態3の作用電極を用いた非電離物質の測定方法は、以下のA、Bに大別できる。   Methods for measuring non-ionized substances using the working electrode of Embodiment 3 can be broadly divided into the following A and B.

A.基準溶液処理を行わない場合     A. When standard solution treatment is not performed

図11は非電離物質の測定行う際に、各電極を後述する基準溶液で予め処理しない場合の処理の流れの一例を示したものである。この図で示す測定方法は、本実施形態の膜電位測定装置に基づいて行われている。以下で基準溶液処理を行わない場合の非電離物質の測定を処理の流れに沿って説明する。
(1)測定対象溶液接触工程(S1101):参照電極と前記実施形態3に記載の作用電極とを非電離物質を含む測定対象溶液に接触させる。接触は、例えば溶液中に電極を浸漬させる等して行えばよい。
(2)参照電極電位値取得工程(S1102):S1101で参照電極から発生する電位値を取得する。本工程で取得した電位値をVcとする。
(3)作用電極電位値取得工程(S1103):S1101で作用電極から発生する測定対象溶液中の非電離物質の量に応じた電位値を取得する。本工程で取得した電位値をVsとする。ここで取得した電位値が低い場合には必要に応じて電位値を増幅してもよい。増幅は、高入力インピーダンス増幅器等を使用すればよい。なお、S1102と本工程の処理の順序は問わない。両者の処理を同時に行ってもよい。
(4)差分電位値取得工程(S1104):S1102とS1103で発生した電位値の差分、すなわちVs−Vcを取得する。
(5)差分電位値出力工程(S1105):S1104で得られた差分電位値Vs−Vc等を出力する。当該差分電位値の出力パターンは、目的に応じて適宜選択すればよい。例えば、差分電位値のそのままの出力してもよいし、同一非電離物質の異なる濃度から得られる濃度ごとの差分電位値をプロットしたグラフとして出力してもよい。出力先は、モニタ、プリンタ、又はスピーカ等が挙げられる。以上の処理の流れにより非電離物質に対して発生する膜電位を測定することができる。
FIG. 11 shows an example of a processing flow when each electrode is not previously treated with a reference solution to be described later when the non-ionized substance is measured. The measuring method shown in this figure is performed based on the membrane potential measuring apparatus of this embodiment. Hereinafter, measurement of non-ionized substances when the reference solution treatment is not performed will be described along the flow of the treatment.
(1) Measurement object solution contact step (S1101): A reference electrode and the working electrode described in the third embodiment are brought into contact with a measurement object solution containing a non-ionizing substance. The contact may be performed, for example, by immersing the electrode in a solution.
(2) Reference electrode potential value acquisition step (S1102): In S1101, a potential value generated from the reference electrode is acquired. The potential value acquired in this step is defined as Vc.
(3) Working electrode potential value acquisition step (S1103): In S1101, a potential value corresponding to the amount of non-ionizing substance in the measurement target solution generated from the working electrode is acquired. The potential value acquired in this step is defined as Vs. If the acquired potential value is low, the potential value may be amplified as necessary. For amplification, a high input impedance amplifier or the like may be used. Note that the order of processing in S1102 and this step is not limited. Both processes may be performed simultaneously.
(4) Difference potential value acquisition step (S1104): A difference between potential values generated in S1102 and S1103, that is, Vs−Vc is acquired.
(5) Differential potential value output step (S1105): The differential potential value Vs−Vc obtained in S1104 is output. The output pattern of the difference potential value may be appropriately selected according to the purpose. For example, the difference potential value may be output as it is, or may be output as a graph in which the difference potential value for each concentration obtained from different concentrations of the same non-ionized substance is plotted. Examples of the output destination include a monitor, a printer, and a speaker. The membrane potential generated for non-ionized substances can be measured by the above processing flow.

B.基準溶液処理を行う場合     B. When performing standard solution processing

図12は非電離物質の測定行う際に、基準溶液で処理する場合の処理の流れの一例を示したものである。この方法は、測定対象溶液で得られた電位差分値から基準溶液で得られる基準電位差分値を減じた電位値を目的の差分電位値とする。したがって、前記Aよりも一般に高い精度での測定が可能となる。図12で示す測定方法は本実施形態の膜電位測定装置に基づいて行われている。以下で基準溶液処理を行う場合の非電離物質の測定を処理の流れに沿って説明する。
(1)基準溶液接触工程(S1201):参照電極と前記実施形態3に記載の作用電極とを基準溶液に接触させる。基準溶液は、各電極の状態を安定的に保持する溶液であれば、特に限定はしない。好ましくは30mM KCl/0.3mM 酒石酸の混合溶液である。
(2)参照電極基準電位値取得工程(S1202):S1201で参照電極から発生した参照電極基準電位値を取得する。本工程で取得した基準電位値をbVcとする。
(3)作用電極基準電位値取得工程(S1203):S1201で作用電極から発生した基準電位値を取得する。本工程で取得した作用電極基準電位値をbVsとする。S1202と本工程の処理の順序は問わない。両者の処理を同時に行ってもよい。
(4)測定対象溶液接触工程(S1204):前記S1101と同様に参照電極と前記実施形態3に記載の作用電極とを非電離物質を含む測定対象溶液に接触させる。
(5)参照電極電位値取得工程(S1205):前記S1102と同様にS1204で参照電極から発生した測定電位値を取得する。本工程で取得した測定電位値をVcとする。
(6)作用電極電位値取得工程(S1206):前記S1103と同様にS1204で作用電極から発生した測定電位値を取得する。本工程で取得した測定電位値をVsとする。S1205と本工程の処理の順序は問わない。両者の処理を同時に行っても構わない。ここで取得した電位値が低いような場合には必要に応じて電位値を増幅してもよい。
(7)基準差分電位値取得工程(S1207):前記S1202とS1203で発生した基準電位値の差分、すなわちbVs−bVcを取得する。
(8)測定差分電位値取得工程(S1208):前記S1205とS1206で発生した測定電位値の差分、すなわちVs−Vcを取得する。
(9)目的差分電位値取得工程(S1209):S1207で取得された基準差分電位値とS1208取得された測定差分電位値の両電位値の差分である(Vs−Vc)−(bVs−bVc)を目的差分電位値として取得する。本測定方法によれば、引き続き、擬似生体脂質高分子膜への非電離物質の吸着に基づいた電位変化を測定することもできる。当該測定方法について、以下で説明する。
(10)洗浄工程(S1210):前記S1205とS1206で電位値を取得した後、基準溶液を用いて各電極に付着した測定対象溶液を軽く洗浄する。
(11)基準溶液再接触工程(S1211):洗浄後の参照電極と作用電極とを再び基準溶液に接触させる。
(12)参照電極再基準電位値取得工程(S1212):S1211において参照電極で得られる基準電位値を取得する。本工程で取得した再基準電位値をbVc’とする。
(13)作用電極歳基準電位値取得工程(S1213):S1211において作用電極で得られる基準電位値を取得する。本工程で取得した再基準電位値をbVs’とする。S1212と本工程の処理の順序は問わない。同時に行っても構わない。
(14)再基準差分電位値取得工程(S1214):前記S1212とS1213で発生した再基準電位値の差分、すなわちbVs’−bVc’を取得する。
(15)再差分電位値取得工程(S1215):S1207で取得された基準差分電位値とS1214取得された再基準差分電位値の両電位値の差分である(bVs’−bVc’)−(bVs−bVc)を再差分電位値として取得する。ここで、非電離物質の擬似生体脂質高分子膜への吸着がなければ、再差分電位値は0となるが、実際には吸着により正負いずれかの電位を取得できる。非電離物質が甘味物質である場合には、当該再差分電位値を取得することによって、甘味物質を食べた後の舌の上に残る後味を測定することが可能となる。
(16)差分電位値出力工程(S1216):前記S1209で得られる目的差分電位値(Vs−Vc)−(bVs−bVc)、S1215で得られる再差分電位値(bVs’−bVc’)−(bVs−bVc)等を出力する。当該差分電位値の出力パターンは、目的に応じて適宜選択すればよい。
FIG. 12 shows an example of the flow of processing when processing with a reference solution when measuring non-ionizing substances. In this method, a potential value obtained by subtracting the reference potential difference value obtained from the reference solution from the potential difference value obtained from the measurement target solution is set as a target difference potential value. Therefore, it is generally possible to measure with higher accuracy than A. The measurement method shown in FIG. 12 is performed based on the membrane potential measurement apparatus of this embodiment. Hereinafter, measurement of non-ionized substances in the case of performing the reference solution treatment will be described along the flow of the treatment.
(1) Standard solution contact step (S1201): The reference electrode and the working electrode described in Embodiment 3 are brought into contact with the standard solution. The reference solution is not particularly limited as long as it is a solution that stably maintains the state of each electrode. A mixed solution of 30 mM KCl / 0.3 mM tartaric acid is preferred.
(2) Reference electrode reference potential value acquisition step (S1202): The reference electrode reference potential value generated from the reference electrode in S1201 is acquired. The reference potential value acquired in this step is defined as bVc.
(3) Working electrode reference potential value acquisition step (S1203): The reference potential value generated from the working electrode in S1201 is acquired. The working electrode reference potential value acquired in this step is defined as bVs. The order of processing in S1202 and this process is not limited. Both processes may be performed simultaneously.
(4) Measurement object solution contact step (S1204): Similar to S1101, the reference electrode and the working electrode described in Embodiment 3 are brought into contact with the measurement object solution containing a non-ionizing substance.
(5) Reference electrode potential value acquisition step (S1205): Similar to S1102, the measured potential value generated from the reference electrode in S1204 is acquired. The measured potential value acquired in this step is defined as Vc.
(6) Working electrode potential value acquisition step (S1206): The measured potential value generated from the working electrode in S1204 is acquired as in S1103. The measured potential value acquired in this step is defined as Vs. The order of processing in S1205 and this step is not limited. Both processes may be performed simultaneously. When the acquired potential value is low, the potential value may be amplified as necessary.
(7) Reference difference potential value acquisition step (S1207): The difference between the reference potential values generated in S1202 and S1203, that is, bVs−bVc is acquired.
(8) Measurement difference potential value acquisition step (S1208): The difference between the measurement potential values generated in S1205 and S1206, that is, Vs−Vc is acquired.
(9) Target difference potential value acquisition step (S1209): difference between both potential values of the reference difference potential value acquired in S1207 and the measured difference potential value acquired in S1208 (Vs−Vc) − (bVs−bVc) Is obtained as a target differential potential value. According to this measurement method, the potential change based on the adsorption of the non-ionizing substance to the pseudo-biological lipid polymer membrane can be continuously measured. The measurement method will be described below.
(10) Washing step (S1210): After obtaining the potential value in S1205 and S1206, the solution to be measured attached to each electrode is gently washed using the reference solution.
(11) Standard solution recontacting step (S1211): The cleaned reference electrode and working electrode are brought into contact with the standard solution again.
(12) Reference electrode re-reference potential value acquisition step (S1212): The reference potential value obtained at the reference electrode in S1211 is acquired. The re-reference potential value acquired in this step is defined as bVc ′.
(13) Working electrode age reference potential value acquisition step (S1213): The reference potential value obtained at the working electrode in S1211 is acquired. The re-reference potential value acquired in this step is defined as bVs ′. The order of processing in S1212 and this step is not limited. You can go at the same time.
(14) Re-reference difference potential value acquisition step (S1214): A difference between re-reference potential values generated in S1212 and S1213, that is, bVs′−bVc ′ is acquired.
(15) Re-difference potential value acquisition step (S1215): difference between both potential values of the reference difference potential value acquired in S1207 and the re-reference difference potential value acquired in S1214 (bVs′−bVc ′) − (bVs) -BVc) is acquired as the re-difference potential value. Here, if the non-ionizing substance is not adsorbed on the pseudo-biological lipid polymer membrane, the re-difference potential value is 0. When the non-ionizing substance is a sweet substance, the aftertaste remaining on the tongue after eating the sweet substance can be measured by acquiring the re-differential potential value.
(16) Differential potential value output step (S1216): target differential potential value (Vs−Vc) − (bVs−bVc) obtained in S1209, redifferential potential value (bVs′−bVc ′) − (obtained in S1215) bVs−bVc) and the like are output. The output pattern of the difference potential value may be appropriately selected according to the purpose.

以上の処理は、計算機に実行させるためのプログラムで実行することができる。また、このプログラムを計算機によって読み取り可能な記録媒体に記録することができる。   The above processing can be executed by a program for causing a computer to execute. Moreover, this program can be recorded on a recording medium readable by a computer.

<実施形態4:効果>
本実施形態の膜電位測定装置によれば、非電離物質を電位的に高感度で測定することが可能となる。従来の味覚センサ装置においては甘味物質に対する応答感度の著しい低さが最大の問題であった。しかし、本実施形態の膜電位測定装置によれば、他の基本味物質のそれぞれに応答する作用電極を有することで、上記問題を解決することができる。すなわち、基本味の全てを高感度に、かつ選択的に測定することが可能となる。加えて、各味覚物質の相乗効果や抑制効果の正確な測定が可能となる等、ヒトの味覚という感性に限りなく近い味覚センサ装置を提供することができる。また、当該装置を用いることで、精度の高い味の再現、味覚のデータベース化等も可能となる。
<Embodiment 4: Effect>
According to the membrane potential measuring apparatus of the present embodiment, it is possible to measure a non-ionized substance with high potential sensitivity. In the conventional taste sensor device, the remarkably low response sensitivity to sweet substances is the biggest problem. However, according to the membrane potential measuring apparatus of the present embodiment, the above problem can be solved by having the working electrode that responds to each of the other basic taste substances. That is, it becomes possible to selectively measure all of the basic tastes with high sensitivity. In addition, it is possible to provide a taste sensor device that is as close as possible to the sensitivity of human taste, such as enabling accurate measurement of synergistic effects and suppression effects of each taste substance. In addition, by using the apparatus, it is possible to reproduce the taste with high accuracy, create a taste database, and the like.

<<実施例>>   << Example >>

以下の実施例1から7をもって本発明を具体的に説明する。ただし、以下の実施例は単に例示するのみであり、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。   The present invention will be specifically described with reference to the following Examples 1 to 7. However, the following examples are merely illustrative, and the present invention is not limited to these examples.

<擬似生体脂質高分子膜の作製>
本発明の擬似生体脂質高分子膜の作製方法についての具体例を以下に挙げる。ここでは、前記実施形態2の擬似生体脂質高分子膜について説明する。なお、擬似生体脂質高分子膜の修飾部の説明は、作製上の関係から実施例2の作用電極の作製の説明と一部前後する。
<Preparation of pseudo-biological lipid polymer membrane>
Specific examples of the method for producing the pseudo-biological lipid polymer membrane of the present invention are given below. Here, the pseudo-biological lipid polymer membrane of Embodiment 2 will be described. Note that the description of the modified part of the pseudo-biological lipid polymer membrane is partly the same as the description of the production of the working electrode of Example 2 because of the production relationship.

(膜本体部の作製方法)
1.ねじ口瓶(SV−20)に攪拌子を入れ、続いて、マイクロピペットでTHF(シグマ?アルドリッチ:以下同じ)を5ml入れた。THFは揮発性物質のため、以降、操作後は直ちにフッ素樹脂シート(100μm厚)を挟んで蓋をした。
2.脂質性物質としてTDAB(フルカ)を2.5mg、可塑剤としてDOPP(同仁化学:0.3%PPME含有)を1.5ml、それぞれマイクロピペットで加えた後、30分間攪拌した。
3.THF5mlを加え(合計10ml)、さらに30分間攪拌した。
4.高分子材としてPVC(和光純薬:以下同じ)を800mg入れて1時間攪拌した。
5.上記THFにより溶解した混合溶液をシャーレに取り出し、薄く広げた。
6・シャーレの蓋をした状態でドラフト内にて72時間以上乾燥させた。この工程で、THFが揮散するため混合液が再固化する。以上の工程によって膜本体部を作製した。なお、この方法で得られた膜本体部の厚さは約200μmであった。
(Membrane body production method)
1. A stir bar was placed in the screw-mouth bottle (SV-20), and then 5 ml of THF (Sigma-Aldrich: the same applies below) was placed with a micropipette. Since THF is a volatile substance, the lid was immediately covered with a fluororesin sheet (100 μm thick) immediately after the operation.
2. After adding 2.5 ml of TDAB (Fluka) as a lipid substance and 1.5 ml of DOPP (Dojin Chemical: containing 0.3% PPME) as a plasticizer, each was stirred for 30 minutes.
3. THF (5 ml) was added (total 10 ml), and the mixture was further stirred for 30 minutes.
4). As a polymer material, 800 mg of PVC (Wako Pure Chemical: the same applies hereinafter) was added and stirred for 1 hour.
5. The mixed solution dissolved in THF was taken out into a petri dish and spread thinly.
6. Drying for 72 hours or more in a fume hood with a petri dish covered. In this step, since the THF is volatilized, the mixed solution is solidified again. The membrane main body was produced by the above process. In addition, the thickness of the film | membrane main-body part obtained by this method was about 200 micrometers.

(修飾部の作製方法)
1.タンニン酸溶解液として30mM KCl/0.3mM 酒石酸の混合溶液を35ml調整した。
2.多価フェノールとしてタンニン酸(関東化学)を17.5mg(0.05%W/V)を加えた後、攪拌子で1分間攪拌した。これにより、タンニン酸混合液を調製した。
3.上記で作製したシャーレ内の膜本体部をTHF、若しくはエタノールで洗浄したカッターで21区画に切り分けた。
4.膜本体部を支持体に貼り付けた。支持体への膜張り方法については、実施例2に記載した。
5.前記タンニン酸溶液に1区画分の膜本体部を貼り付けた支持体を48時間完全に浸漬させた。なお、膜本体部はTHF(もしくはエタノール)で洗浄したピンセットで取り扱った。
以上の工程をもって、擬似生体脂質高分子膜を作製した。
(Method for producing the modified part)
1. As a tannic acid solution, 35 ml of a mixed solution of 30 mM KCl / 0.3 mM tartaric acid was prepared.
2. After adding 17.5 mg (0.05% W / V) of tannic acid (Kanto Chemical) as a polyhydric phenol, the mixture was stirred with a stir bar for 1 minute. Thereby, a tannic acid mixed solution was prepared.
3. The membrane main body in the petri dish prepared above was cut into 21 sections with a cutter washed with THF or ethanol.
4). The membrane body was attached to the support. The method for attaching the film to the support was described in Example 2.
5. The support on which the one-compartment membrane body part was attached to the tannic acid solution was completely immersed for 48 hours. The membrane body was handled with tweezers washed with THF (or ethanol).
Through the above steps, a pseudo-biological lipid polymer membrane was produced.

また、上記以外の修飾部の作製方法として以下の方法も用いた。
1.タンニン酸溶解液として30mM KCl/0.3mM 酒石酸の混合溶液を35ml調整した。
2.多価フェノール酸として没食子酸(東京化成工業)を17.5mg(0.05%W/V)を加えた後、攪拌子で1分間攪拌した。これにより、タンニン酸混合液を調製した。
3.上記で作製したシャーレ内の膜本体部をTHF、若しくはエタノールで洗浄したカッターで21区画に切り分けた。
4.膜本体部を支持体に貼り付けた。
5.100mM KCl/10mM KOH/30% エタノール混合液に90秒浸漬後、30mM KCl/0.3mM 酒石酸の混合溶液に270秒浸漬させた。その後、タンニン酸混合溶液に30秒浸漬した後、再び、30mM KCl/0.3mM 酒石酸の混合溶液に40秒浸漬させた。
6.本手順5を約140回繰り返した。
以上の工程をもって、擬似生体脂質高分子膜を作製した。
Moreover, the following method was also used as a production method of the modified part other than the above.
1. As a tannic acid solution, 35 ml of a mixed solution of 30 mM KCl / 0.3 mM tartaric acid was prepared.
2. After adding 17.5 mg (0.05% W / V) of gallic acid (Tokyo Kasei Kogyo) as polyhydric phenolic acid, the mixture was stirred with a stirrer for 1 minute. Thereby, a tannic acid mixed solution was prepared.
3. The membrane main body in the petri dish prepared above was cut into 21 sections with a cutter washed with THF or ethanol.
4). The membrane body was attached to the support.
5. After being immersed in a 100 mM KCl / 10 mM KOH / 30% ethanol mixed solution for 90 seconds, it was immersed in a mixed solution of 30 mM KCl / 0.3 mM tartaric acid for 270 seconds. Then, after being immersed in a tannic acid mixed solution for 30 seconds, it was again immersed in a mixed solution of 30 mM KCl / 0.3 mM tartaric acid for 40 seconds.
6). This procedure 5 was repeated about 140 times.
Through the above steps, a pseudo-biological lipid polymer membrane was produced.

<作用電極の作製>
前記実施例1で作製した擬似生体脂質高分子膜を用いて作用電極を作製する。
<Production of working electrode>
A working electrode is produced using the pseudo-biological lipid polymer membrane produced in Example 1.

(接着剤の作製)
1.ねじ口瓶(SV−20)に攪拌子を入れ、マイクロピペットでTHFを10ml入れた。操作後は直ちにフッ素樹脂シート(100μm厚)を挟んで蓋をした。
2.PVCを800mg加え、攪拌子で1500rpm程度の回転速度にて1時間攪拌した。以上の工程により得られる溶液を膜張り用の接着剤として使用した。
(Production of adhesive)
1. A stir bar was placed in a screw-mouth bottle (SV-20), and 10 ml of THF was added using a micropipette. Immediately after the operation, a lid was placed with a fluororesin sheet (100 μm thick) in between.
2. 800 mg of PVC was added, and the mixture was stirred with a stirrer at a rotational speed of about 1500 rpm for 1 hour. The solution obtained by the above steps was used as an adhesive for film coating.

(支持体への膜張り)
1.不織布(ベンコット:旭化成せんい)上にフッ素樹脂シート(500μm厚)を敷き、実施例1で作製した擬似生体脂質高分子膜を置いた。
2.支持体の膜張り付け箇所にピペットを使って20μlの前記接着剤を塗布した。
3.支持体の膜張り付け箇所をフッ素樹脂シート上の膜に押し付けた後、フッ素樹脂シートごと裏返し、空気を抜くように当該シート上からさらに綿密に押した。
4.支持体からフッ素樹脂シートを慎重に剥がして、1時間乾燥させた。
5.支持体と膜本体部の密着性を確実にするために、ピペットを使って支持体と膜本体部の間隙にTHFを塗布した後、一日乾燥させた。
6.支持体内部に緩衝層として3.3M KCl/飽和AgClを入れ、導電体としてAgCl/Clからなる電極棒を支持体内部に配置した。なお、上記作業は全てピンセットを用いてグローブを着用した状態でドラフト内にて行った。また、ピンセットはTHF、若しくはエタノールで洗浄し、膜取扱用、雑用をそれぞれ使い分けた。以上の工程をもって作用電極を作製した。
(Membrane on support)
1. A fluororesin sheet (500 μm thick) was laid on a non-woven fabric (Bencot: Asahi Kasei Fiber), and the pseudo-biological lipid polymer membrane prepared in Example 1 was placed.
2. Using a pipette, 20 μl of the adhesive was applied to the support where the film was applied.
3. After pressing the film pasting portion of the support to the film on the fluororesin sheet, the whole fluororesin sheet was turned over and pressed further closely from above the sheet so as to remove air.
4). The fluororesin sheet was carefully removed from the support and dried for 1 hour.
5. In order to ensure the adhesion between the support and the membrane body, THF was applied to the gap between the support and the membrane body using a pipette, and then dried for one day.
6). 3.3M KCl / saturated AgCl was placed inside the support as a buffer layer, and an electrode rod made of AgCl / Cl as a conductor was placed inside the support. All of the above operations were performed in a draft with tweezers and wearing gloves. Further, the tweezers were washed with THF or ethanol, and the film handling and the miscellaneous use were separately used. The working electrode was produced through the above steps.

(プリコンディション処理)
上記作用電極を用いた測定において、安定した測定電位を得るために実測定前の処理としてプリコンディション処理を行った。当該処理は、基準溶液に予め電極を浸漬することで、電極の膜に呈味物質を吸着させ測定電位を安定させる操作である。基準溶液には通常、測定対象溶液の一つが用いられる。ここでは、30mM KCl/0.3mM 酒石酸を基準溶液として、前記作製した作用電極を2日間当該溶液中に浸漬した。
(Precondition processing)
In the measurement using the working electrode, a preconditioning process was performed as a process before actual measurement in order to obtain a stable measurement potential. The treatment is an operation of preliminarily dipping the electrode in a reference solution to adsorb a taste substance to the electrode film and stabilize the measurement potential. Usually, one of the measurement target solutions is used as the reference solution. Here, the prepared working electrode was immersed in the solution for 2 days using 30 mM KCl / 0.3 mM tartaric acid as a reference solution.

<膜本体部構成要素の非電離物質応答感度における至適濃度条件の検証> <Verification of optimum concentration conditions for non-ionizing substance response sensitivity of membrane body components>

(目的)非電離物質に最も高感度に応答する脂質性物質と可塑剤の濃度を検証する。   (Purpose) To verify the concentrations of lipid substances and plasticizers that respond to non-ionizing substances with the highest sensitivity.

(方法)脂質性物質と可塑剤との濃度を変えた擬似生体脂質高分子膜を作製し、各膜に対する測定対象溶液の応答電位を測定した。
1.脂質性物質と可塑剤はそれぞれTDABとDOPPを以下に示した濃度範囲で用いた。
脂質性物質:TDAB・・・・・・・・・・・1.3mg〜3.0mg
可塑剤:DOPP(0.3%PPME含有)・・1.0ml〜1.7ml
2.TDABとDOPPの濃度を上記範囲で変えた擬似生体脂質高分子膜を作製した。各擬似生体脂質高分子膜の膜本体部の作製方法は前記実施例1に準じて行った。
3.各膜に対する測定対象溶液の応答電位を測定した。測定対象溶液には1Mショ糖/30mM KCl/0.3mM 酒石酸の混合液を用いた。
(Method) Pseudo-biological lipid polymer membranes having different concentrations of lipid substance and plasticizer were prepared, and the response potential of the solution to be measured for each membrane was measured.
1. As the lipid substance and the plasticizer, TDAB and DOPP were used in the concentration ranges shown below.
Lipid substance: TDAB ... 1.3mg-3.0mg
Plasticizer: DOPP (containing 0.3% PPME) .. 1.0 ml to 1.7 ml
2. Pseudo-biological lipid polymer membranes in which the concentrations of TDAB and DOPP were changed within the above range were prepared. The method for producing the membrane body of each pseudo-biological lipid polymer membrane was performed according to Example 1.
3. The response potential of the solution to be measured for each membrane was measured. A mixed solution of 1M sucrose / 30 mM KCl / 0.3 mM tartaric acid was used as the measurement target solution.

なお、本実施例以降での電位測定を行う膜電位測定装置は、いずれも市販の味覚センサ(SA402B:(株)インセント)を用いた。それ故、前記実施例2の作用電極(以下、本発明の作用電極とする。)は、その支持体を当該センサの作用電極支持体と同型のもので作製した。そして、本発明の作用電極を他の作用電極と同様の方法で当該センサに配置し、同様の操作で測定に使用した。電極で取得した電位の処理も、当該センサのコンピュータにインストールされている解析プログラムに従って従来の作用電極と同様に行った。   Note that a commercially available taste sensor (SA402B: Incent Co., Ltd.) was used for each of the membrane potential measuring devices for measuring potentials in and after this example. Therefore, the working electrode of Example 2 (hereinafter referred to as the working electrode of the present invention) was made of the same type as the working electrode support of the sensor. And the working electrode of this invention was arrange | positioned to the said sensor by the method similar to another working electrode, and it used for the measurement by the same operation. The processing of the potential acquired by the electrode was performed in the same manner as the conventional working electrode according to the analysis program installed in the computer of the sensor.

(結果)測定の結果を図14に示す。図中X軸はDOPPの濃度(ml)を、またY軸はTDABの濃度を、そしてZ軸は擬似生体脂質高分子膜から得られる応答電位(mV)を表す。   (Results) The measurement results are shown in FIG. In the figure, the X-axis represents DOPP concentration (ml), the Y-axis represents TDAB concentration, and the Z-axis represents response potential (mV) obtained from the pseudo-biological lipid polymer membrane.

この図で示すようにショ糖に対する電位応答性は破線で示すようにDOPPが2.25〜2.5mg間、TDABが1.5mlのときに電荷のピークが見られた。すなわち、ショ糖に対する電位応答性はTDABやDOPPの濃度の増加に伴って直線的に増加するのでなく、正電荷を帯びたTDAB(脂質性物質)と負電荷を有するDOPP(可塑剤:ただし、実際に負電荷を有するのはPPME等の不純物)の膜表面における電荷密度のバランスが重要であることが示唆された。それ故、実施例1の擬似生体脂質高分子膜は、非電離物質に対して応答感度の高いTDABとDOPPの濃度条件で作製している。   As shown in this figure, the potential response to sucrose showed a charge peak when DOPP was between 2.25 and 2.5 mg and TDAB was 1.5 ml as indicated by the broken line. That is, the potential responsiveness to sucrose does not increase linearly as the concentration of TDAB or DOPP increases, but positively charged TDAB (lipid substance) and negatively charged DOPP (plasticizer: It was suggested that the balance of the charge density on the film surface of the film (impurities such as PPME that actually have a negative charge) is important. Therefore, the pseudo-biological lipid polymer membrane of Example 1 is produced under the concentration conditions of TDAB and DOPP having high response sensitivity to non-ionizing substances.

<修飾部の非電離物質に対する応答性の検証> <Verification of responsiveness of non-ionized substances in the modified part>

(目的)多価フェノールからなる修飾部の機能について検証した。   (Purpose) The function of the modified part composed of polyhydric phenol was verified.

(方法)膜本体部のみと、修飾部を有する擬似生体脂質高分子膜との非電離物質に対する応答性を検証した。
1.実施例1の膜本体部のみを用いて、実施例2の方法に従って作用電極を作製した。この作用電極を作用電極C(Control)とする。
2.実施例1の修飾部を有する擬似生体脂質高分子膜を用いて、実施例2の方法に従って作用電極を作製した。この作用電極を作用電極T(Test)とする。
3.それぞれの作用電極を味覚センサA402Bに取り付けた。
4.非電離物質は、ショ糖を用いた。測定対象溶液は、以下のショ糖溶液を調製した。
(a)1mM ショ糖/30mM KCl/0.3mM 酒石酸
(b)3mM ショ糖/30mM KCl/0.3mM 酒石酸
(c)10mM ショ糖/30mM KCl/0.3mM 酒石酸
(d)30mM ショ糖/30mM KCl/0.3mM 酒石酸
(e)100mM ショ糖/30mM KCl/0.3mM 酒石酸
(f)300mM ショ糖/30mM KCl/0.3mM 酒石酸
(g)1M ショ糖/30mM KCl/0.3mM 酒石酸
5.各作用電極における上記(a)〜(g)の各濃度のショ糖溶液の応答電位を前記実施例3の方法に従って測定した。
(Method) The responsiveness to the non-ionizing substance of only the membrane main body and the pseudo-biological lipid polymer membrane having the modifying portion was verified.
1. Using only the membrane body of Example 1, a working electrode was produced according to the method of Example 2. This working electrode is referred to as a working electrode C (Control).
2. Using the pseudo-biological lipid polymer membrane having the modified portion of Example 1, a working electrode was produced according to the method of Example 2. This working electrode is referred to as a working electrode T (Test).
3. Each working electrode was attached to taste sensor A402B.
4). Sucrose was used as the non-ionizing substance. The following sucrose solutions were prepared as measurement target solutions.
(A) 1 mM sucrose / 30 mM KCl / 0.3 mM tartaric acid (b) 3 mM sucrose / 30 mM KCl / 0.3 mM tartaric acid (c) 10 mM sucrose / 30 mM KCl / 0.3 mM tartaric acid (d) 30 mM sucrose / 30 mM KCl / 0.3 mM tartaric acid (e) 100 mM sucrose / 30 mM KCl / 0.3 mM tartaric acid (f) 300 mM sucrose / 30 mM KCl / 0.3 mM tartaric acid (g) 1 M sucrose / 30 mM KCl / 0.3 mM tartaric acid The response potentials of the sucrose solutions at the respective concentrations (a) to (g) at each working electrode were measured according to the method of Example 3.

(結果)測定の結果を図15に示す。各濃度において作用電極Cで得られた電位値は黒四角で、作用電極Tで得られた電位値は黒丸でそれぞれグラフ中にスポットし、それらの基づく近似線を記した。   (Results) The measurement results are shown in FIG. At each concentration, the potential value obtained at the working electrode C was a black square, the potential value obtained at the working electrode T was spotted as a black circle, and an approximate line based on them was marked.

この図で示すように作用電極Cでは上記測定濃度範囲内での応答はほとんど見られず、1Mショ糖水溶液の測定でやや応答電位が得られる程度であった。これに対して作用電極Tでは30mVから応答電位が得られ、特に100mM以上の濃度では著しい応答電位が確認された。以上の結果から、本発明の修飾部は擬似生体脂質高分子膜が非電離物質に応答する上で重要な機能を果たしていることが立証された。   As shown in this figure, with the working electrode C, almost no response was observed within the above measurement concentration range, and a response potential was obtained to some extent in the measurement of the 1M sucrose aqueous solution. On the other hand, a response potential was obtained from 30 mV with the working electrode T, and a particularly significant response potential was confirmed at a concentration of 100 mM or more. From the above results, it was proved that the modified portion of the present invention performs an important function in responding to the non-ionized substance by the pseudo-biological lipid polymer membrane.

<擬似生体脂質高分子の非電離物質に対する応答性の検証> <Verification of responsiveness of pseudo-biological lipid polymer to non-ionizing substances>

(目的)ショ糖以外の非電離物質に対する擬似生体脂質高分子の応答性について検証した。   (Purpose) We examined the responsiveness of pseudo-biological lipid polymers to non-ionizing substances other than sucrose.

(方法)前記実施例4の作用電極Tを用いて、甘味物質以外の非電離物質であるカフェインの応答性について検証した。また、比較に実施例4で応答性の見られた1mMショ糖についても測定を行った。測定装置、及び測定方法は実施例3、及び4に準じた。測定対象溶液は、以下のように調製した。
(a)0.1mM カフェイン/30mM KCl/0.3mM 酒石酸
(b)0.3mM カフェイン/30mM KCl/0.3mM 酒石酸
(c)1mM カフェイン/30mM KCl/0.3mM 酒石酸
(d)10mM カフェイン/30mM KCl/0.3mM 酒石酸
(e)1M ショ糖/30mM KCl/0.3mM 酒石酸
(Method) Using the working electrode T of Example 4, the responsiveness of caffeine, which is a non-ionizing substance other than a sweet substance, was verified. Moreover, it measured also about 1 mM sucrose in which the responsiveness was seen in Example 4 for the comparison. The measuring apparatus and measuring method were the same as in Examples 3 and 4. The solution to be measured was prepared as follows.
(A) 0.1 mM caffeine / 30 mM KCl / 0.3 mM tartaric acid (b) 0.3 mM caffeine / 30 mM KCl / 0.3 mM tartaric acid (c) 1 mM caffeine / 30 mM KCl / 0.3 mM tartaric acid (d) 10 mM Caffeine / 30 mM KCl / 0.3 mM tartaric acid (e) 1M sucrose / 30 mM KCl / 0.3 mM tartaric acid

(結果)測定の結果を図16に示す。それぞれの濃度で5回測定を行い、その平均値を棒グラフで示している。図中のエラーバーは当該測定結果の誤差範囲を示すものである。   (Results) The measurement results are shown in FIG. The measurement was performed five times at each concentration, and the average value is shown by a bar graph. The error bar in the figure indicates the error range of the measurement result.

この図で示すように、カフェインの応答電位は10mMにおいても10mV以下と、ショ糖と比較すると低い。しかし、従来の脂質高分子膜では例え高濃度であってもカフェインからは応答電位を得ることができなかった(図示せず)。当該事実を鑑みれば、本発明の擬似生体脂質高分子は従来膜よりもカフェインに対して高い応答性を有すると解することができる。これはまた、本発明の擬似生体脂質高分子膜が甘味物質以外の非電離物質に対しても従来膜よりも高い応答性を有することを示唆している。   As shown in this figure, the response potential of caffeine is 10 mV or less even at 10 mM, which is lower than that of sucrose. However, with conventional lipid polymer membranes, no response potential could be obtained from caffeine even at high concentrations (not shown). In view of the fact, it can be understood that the pseudo-biological lipid polymer of the present invention has higher responsiveness to caffeine than the conventional membrane. This also suggests that the pseudo-biological lipid polymer membrane of the present invention has higher responsiveness to non-ionizing substances other than sweet substances than conventional membranes.

<非電離物質に対する応答感度の検証> <Verification of response sensitivity to non-ionizing substances>

(目的)本発明の擬似生体脂質高分子膜の非電離物質に対する応答感度について検証した。   (Objective) The response sensitivity of the pseudo-biological lipid polymer membrane of the present invention to non-ionizing substances was examined.

(方法)従来の非電離物質に対して最も応答性の高かった脂質高分子膜(以下、従来膜とする。)と本発明の膜との非電離物質に対する応答感度を比較した。
1.従来膜は、背景技術で述べた非特許文献1に記載のPVC、DOPP、2C16、そしてTDABから構成される脂質高分子膜を使用した。当該膜は膜本体部のみからなり修飾部は有していない。この膜を用いて前記実施例2で示した方法に従って作用電極を作製した。当該作用電極を作用電極F(Former)とする。
2.作用電極Tは前記実施例5で作製した電極と同様のものを使用した。
3.それぞれの作用電極を味覚センサA402Bに取り付けた後、前記実施例3〜5と同様の測定条件で測定した。
(Method) The sensitivity of non-ionized substances was compared between the lipid polymer film (hereinafter referred to as conventional film) having the highest response to conventional non-ionized substances and the film of the present invention.
1. As the conventional membrane, a lipid polymer membrane composed of PVC, DOPP, 2C16, and TDAB described in Non-Patent Document 1 described in the background art was used. The membrane consists only of the membrane body and has no modifier. Using this membrane, a working electrode was produced according to the method shown in Example 2 above. The working electrode is referred to as a working electrode F (Former).
2. The working electrode T was the same as the electrode prepared in Example 5.
3. Each working electrode was attached to the taste sensor A402B and then measured under the same measurement conditions as in Examples 3-5.

(結果)図17に本実施例の結果を示す。各濃度において作用電極Fで得られた電位値は黒三角で、作用電極Tで得られた電位値は黒丸でそれぞれグラフ中にスポットし、それらの基づく近似線を記した。なお、本実施例は同一条件で5回測定を行い、その平均値をプロットで示している。図中のエラーバーは当該測定結果の誤差範囲を示すものである。   (Results) FIG. 17 shows the results of this example. At each concentration, the potential value obtained at the working electrode F was a black triangle, the potential value obtained at the working electrode T was spotted as a black circle, and an approximate line based on them was marked. In this example, the measurement was performed five times under the same conditions, and the average value was shown by a plot. The error bar in the figure indicates the error range of the measurement result.

この図で示すように作用電極FとTは共に30mM前後のショ糖溶液から応答電位が得られた。しかし、その後の応答感度は作用電極Tにおいて著しく、300mMでは作用電極Fの約3倍、1Mでは約4倍の応答電位が得られた。このように本発明の擬似生体脂質高分子膜は、従来膜よりも非電離物質に対して高い応答感度を有することが明らかとなった。   As shown in this figure, the response potentials were obtained from the working electrodes F and T from a sucrose solution of about 30 mM. However, the subsequent response sensitivity was remarkable at the working electrode T, and a response potential of about 3 times that of the working electrode F was obtained at 300 mM and about 4 times that at 1M. Thus, it has been clarified that the pseudo-biological lipid polymer membrane of the present invention has a higher response sensitivity to non-ionizing substances than the conventional membrane.

また、作用電極Tにおいて300mMから1Mの範囲のショ糖濃度から得られる応答電位の絶対値は、約20mV〜約80mVであった。他の受容膜で測定されるそれぞれの基本味物質に対する応答電位は、通常0mV〜10mVの範囲内にある。この事実を鑑みれば、当該測定値は非電離物質に対する応答感度として十分な値であると言える。   Moreover, the absolute value of the response potential obtained from the sucrose concentration in the range of 300 mM to 1 M at the working electrode T was about 20 mV to about 80 mV. The response potential for each basic taste substance measured with other receptor membranes is usually in the range of 0 mV to 10 mV. In view of this fact, it can be said that the measured value is sufficient as response sensitivity to non-ionized substances.

<非電離物質に対する選択性の検証> <Verification of selectivity for non-ionized substances>

(目的)本発明の擬似生体脂質高分子膜の応答感度が非電離物質に対して選択性を有するかについて検証した。   (Objective) It was verified whether the response sensitivity of the pseudo-biological lipid polymer membrane of the present invention has selectivity for non-ionizing substances.

(方法)本実施例で用いた各基本味物質の測定対象溶液の組成は以下の通りである。
(1)塩味:300mM KCl/0.3mM 酒石酸
(2)酸味:30mM KCl/3mM 酒石酸
(3)旨味:10mM MSG(グルタミン酸水素ナトリウム)/30mM KCl/0.3mM 酒石酸
(4)苦味:0.1mMキニーネ塩酸塩/30mM KCl/0.3mM 酒石酸 (5)甘味:1M ショ糖/30mM KCl/0.3mM 酒石酸
前記作用電極Tと、作用電極Fでそれぞれの測定対象溶液の応答電位を測定した。なお、想定装置、及び測定方法等については前記実施例3〜6に準じた。
(Method) The composition of the solution to be measured for each basic taste substance used in this example is as follows.
(1) Salty taste: 300 mM KCl / 0.3 mM Tartaric acid (2) Acidity: 30 mM KCl / 3 mM Tartaric acid (3) Umami: 10 mM MSG (Sodium glutamate) / 30 mM KCl / 0.3 mM Tartaric acid (4) Bitter taste: 0.1 mM Quinine hydrochloride / 30 mM KCl / 0.3 mM tartaric acid (5) Sweetness: 1 M sucrose / 30 mM KCl / 0.3 mM tartaric acid The response potential of each measurement target solution was measured with the working electrode T and the working electrode F. In addition, about an assumption apparatus, a measuring method, etc., it applied to the said Examples 3-6.

(結果)図18に本実施例の結果を示す。測定対象溶液の測定は同一条件で5回を行い、その平均値を棒グラフとして示した。図中のエラーバーは各測定結果の誤差範囲である。また、図中の黒棒は作用電極Tの測定値を、白棒は作用電極Fの測定値をそれぞれ示している。   (Results) FIG. 18 shows the results of this example. The measurement target solution was measured five times under the same conditions, and the average value was shown as a bar graph. The error bar in the figure is the error range of each measurement result. In the figure, the black bar represents the measured value of the working electrode T, and the white bar represents the measured value of the working electrode F.

この図で示すように、従来膜を有する作用電極Fで基本味を測定した場合、酸味物質と苦味物質は20mV〜30mVの応答電位を、また旨味物質と甘味物質の各物質はいずれも約−40mV〜−20mVを示した。このように従来膜は甘味物質以外に旨味物質に対しても比較的近い応答感度を示した。したがって、従来膜は実施例6で示した非電荷物質に対する応答性が見られてもその選択性が低いため非電荷物質の受容膜として十分な機能を有しているとは言い難かった。   As shown in this figure, when the basic taste is measured with the working electrode F having a conventional membrane, the sour and bitter substances have a response potential of 20 mV to 30 mV, and the umami substance and the sweet substance all have about − It showed 40 mV to -20 mV. Thus, the conventional membrane showed a response sensitivity relatively close to umami substances other than sweet substances. Therefore, even if the conventional membrane shows the responsiveness to the uncharged substance shown in Example 6, it is difficult to say that the conventional membrane has a sufficient function as a receiving film for the uncharged substance because of its low selectivity.

一方、本発明の擬似生体脂質高分子膜を有する作用電極Tで基本味を測定した場合、甘味物質から約−70mVの応答電位が得られた。これは他のいずれの基本味物質から得られる応答電位とも明瞭に区別できる。塩味物質に対する応答電位が約−30mVと若干高いことから、塩味物質による誤測定が懸念されるかもしれない。しかし、これは塩味物質に対する受容膜を有した作用電極を併用することで容易に解決できる。非電離物質は塩味物質の受容膜では応答電位がほとんど得られないためである。したがって、本発明の擬似生体脂質高分子膜は、非電離物質に対して高い選択性を有することが立証された。   On the other hand, when the basic taste was measured with the working electrode T having the pseudo-biological lipid polymer membrane of the present invention, a response potential of about −70 mV was obtained from the sweet substance. This can be clearly distinguished from the response potential obtained from any other basic taste substance. Since the response potential to the salty substance is slightly high at about −30 mV, there may be a concern about erroneous measurement due to the salty substance. However, this can be easily solved by using a working electrode having a receptor film for salty substances. This is because a non-ionizing substance can hardly obtain a response potential in a salty substance receiving membrane. Therefore, it was proved that the pseudo-biological lipid polymer membrane of the present invention has high selectivity for non-ionizing substances.

(結論)以上、実施例3から7の結果より本発明の擬似生体脂質高分子膜は、非電離物質に対して高い応答感度と選択性を有することが証明された。したがって、本発明の擬似生体脂質高分子膜とそれを用いた作用電極、さらに当該電極を有する膜電位測定装置は、非電離物質を測定する上で有用である。   (Conclusion) From the results of Examples 3 to 7, it was proved that the pseudo-biological lipid polymer membrane of the present invention has high response sensitivity and selectivity for non-ionized substances. Therefore, the pseudo-biological lipid polymer membrane of the present invention, a working electrode using the same, and a membrane potential measuring device having the electrode are useful for measuring non-ionizing substances.

実施形態1の擬似生体脂質高分子膜の構成を説明するための図The figure for demonstrating the structure of the pseudo | simulation biological lipid polymer membrane of Embodiment 1. FIG. 可塑剤DOPPとそれに含まれる不純物PPMEの構造を説明するための図The figure for demonstrating the structure of plasticizer DOPP and the impurity PPME contained in it 没食子酸とPGGの構造を説明するための図Diagram for explaining the structure of gallic acid and PGG HHDPとエラグ酸、およびカザリクチンの構造を説明するための図Diagram for explaining the structures of HHDP, ellagic acid, and casalictin 実施形態2の擬似生体脂質高分子膜の構成を説明するための膜の拡大概念図Enlarged conceptual diagram of the membrane for explaining the configuration of the pseudo-biological lipid polymer membrane of Embodiment 2 脂質性物質TDABの構造を説明するための図Diagram for explaining structure of lipidic substance TDAB 実施形態3の構成を説明するための作用電極の断面図Sectional drawing of the working electrode for demonstrating the structure of Embodiment 3. FIG. 実施形態3のチップ型センサにおける作用電極を説明するための斜断図FIG. 6 is a perspective view for explaining a working electrode in the chip-type sensor according to the third embodiment. 実施形態4の膜電位装置を説明するための図The figure for demonstrating the membrane potential apparatus of Embodiment 4. 味覚センサの測定回路を説明するための図The figure for demonstrating the measurement circuit of a taste sensor 実施形態4で基準溶液処理を行わない場合の測定方法の流れ図Flow chart of measurement method when reference solution treatment is not performed in Embodiment 4 実施形態4で基準溶液処理を行う場合の測定方法の流れ図Flow chart of measurement method when performing reference solution treatment in Embodiment 4 甘味物質の化学受容説を説明するための図Illustration for explaining the chemical acceptance theory of sweet substances 実施例3の結果を説明するための図The figure for demonstrating the result of Example 3 実施例4の結果を説明するための図The figure for demonstrating the result of Example 4 実施例5の結果を説明するための図The figure for demonstrating the result of Example 5 実施例6の結果を説明するための図The figure for demonstrating the result of Example 6 実施例7の結果を説明するための図The figure for demonstrating the result of Example 7

符号の説明Explanation of symbols

0101、0501:膜本体部
0102、0502:修飾部
0503:脂質性物質
0700、0806、0905、1006:擬似生体脂質高分子膜を有する作用電極
0702、0803:擬似生体脂質高分子膜
0802、0902、1002:作用電極
0703、0804:導電体
0805、0901、1001:参照電極
0101, 0501: Membrane body parts 0102, 0502: Modification part 0503: Lipid substances 0700, 0806, 0905, 1006: Working electrodes 0702, 0803 having pseudo-biological lipid polymer membranes: Pseudo-biological lipid polymer membranes 0802, 0902, 1002: Working electrode 0703, 0804: Conductor 0805, 0901, 1001: Reference electrode

Claims (11)

高分子材と、その可塑剤とを混合してなる膜本体部と、
この膜本体部を多価フェノールを含む溶液中に48時間程度浸漬することでその表面に生成される修飾部と、
からなる擬似生体脂質高分子膜。
A membrane body formed by mixing a polymer material and its plasticizer;
A modified part generated on the surface of the membrane main body by immersing it in a solution containing polyphenol for about 48 hours ,
A pseudo-biological lipid polymer membrane comprising:
高分子材と、その可塑剤と、脂質性物質とを混合してなる膜本体部と、
この膜本体部を多価フェノールを含む溶液中に48時間程度浸漬することでその表面に生成される修飾部と、
からなる擬似生体脂質高分子膜。
A membrane body formed by mixing a polymer material, its plasticizer, and a lipid substance;
A modified part generated on the surface of the membrane main body by immersing it in a solution containing polyphenol for about 48 hours ,
A pseudo-biological lipid polymer membrane comprising:
前記脂質性物質は、テトラドデシルアンモニウムブロマイド(TDAB)である請求項2に記載の擬似生体脂質高分子膜。 The pseudo-biological lipid polymer membrane according to claim 2 , wherein the lipid substance is tetradodecyl ammonium bromide (TDAB). 前記可塑剤は、リン酸ジ−n−オクチルフェニル(DOPP)及びフェニルホスホン酸モノオクチルエステル(PPME)である請求項1から3のいずれか一に記載の擬似生体脂質高分子膜。   The pseudo-biological lipid polymer membrane according to any one of claims 1 to 3, wherein the plasticizer is di-n-octylphenyl phosphate (DOPP) and phenylphosphonic acid monooctyl ester (PPME). 前記修飾部の多価フェノールは、多価フェノール酸、及び/又は加水分解型タンニンである請求項1から4のいずれか一に記載の擬似生体脂質高分子膜。   The pseudo-biological lipid polymer membrane according to any one of claims 1 to 4, wherein the polyhydric phenol in the modifying portion is polyhydric phenolic acid and / or hydrolyzable tannin. 前記修飾部は、外来の非電離物質に応答して膜本体部に電位を発生させる機能を有する請求項1から5のいずれか一に記載の擬似生体脂質高分子膜。   The pseudo-biological lipid polymer membrane according to any one of claims 1 to 5, wherein the modifying unit has a function of generating a potential in the membrane body in response to an external non-ionizing substance. 前記修飾部は、外来の非電離物質である甘味物質に応答する請求項6に記載の擬似生体脂質高分子膜。   The pseudo-biological lipid polymer membrane according to claim 6, wherein the modifying unit responds to a sweet substance that is a foreign non-ionizing substance. 前記修飾部は、タンニン酸を含む溶液中に浸漬することで膜本体部の表面に形成されることを特徴とする請求項1から7のいずれか一に記載の擬似生体脂質高分子膜。   The pseudo-biological lipid polymer film according to any one of claims 1 to 7, wherein the modifying part is formed on the surface of the membrane main body part by being immersed in a solution containing tannic acid. 支持体と、
請求項1から8のいずれか一に記載の擬似生体脂質高分子膜と、
擬似生体脂質高分子膜の表面側で外来の非電離物質に応答して発生する膜電位をその裏面側から取得する導電体と、
を有する作用電極。
A support;
The pseudo-biological lipid polymer membrane according to any one of claims 1 to 8,
A conductor for acquiring a membrane potential generated in response to a foreign non-ionizing substance on the surface side of the pseudo-biological lipid polymer membrane from the back side;
Working electrode.
請求項9に記載の作用電極を有する膜電位測定装置。   A membrane potential measuring device comprising the working electrode according to claim 9. 参照電極と請求項9に記載の作用電極とを測定対象溶液に接触させ、非電離物質に応答して各電極で発生する電位値の差分を測定する非電離物質測定方法。   A non-ionizing substance measuring method in which a reference electrode and a working electrode according to claim 9 are brought into contact with a measurement target solution, and a difference in potential value generated at each electrode in response to the non-ionizing substance is measured.
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