JPH01248569A - 抗体を用いた光電変換装置とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、光電変換機能を有する蛋白質を含む脂質膜を
利用した感光装置とその製造方法に関し、特に光電変換
機能を有する蛋白質を含む脂質膜を基板上に固定化した
感光装置とその製造方法に関する。

［従来の技術］ 光電変換＠能を有する蛋白質を含む脂質膜として、たと
えばチラコイド膜が知られている。植物、藍藻、光合成
細菌等の光合成能を有する細胞に含まれるチラコイド膜
は、光合成機能に関する蛋白質および脂質を含む生体膜
である。この種の膜は、方向性を持って配列した光合成
反応中心蛋白質複合体を有し、光を吸収した時、膜を挾
んで電位差を生じる能力を持つ、このため、光電変換素
子等の感光装置へのチラコイド膜の利用が期待されてい
る。従来の調製方法によると、チラコイド膜は細胞を破
砕した後に微細な膜断片もしくは膜小胞として得られる
場合が多い、このような膜を挾んで生ずる電位差を直接
外部に取り出すことは困難であった。そこで測定の場合
も、蛍光等を利用した間接的測定方法により、主として
溶液状態での光電変換ｔｌｉ！ｌ構等の研究が成されて
きた（たとえば。

Ｍｅｔｈｏｄｓ　ｉｎ　Ｅｎｚｙｍｏｌｏｒ＋ｙ　６９
巻、４０９−７１５頁（１９８０年）Ａｃａｄｅｎｉｃ
　Ｐｒｅｓｓ）。

［発明が解決しようとする問題点］ 光な変換機能を有する蛋白質を含む脂質膜を光電変換素
子として利用するには、膜の表裏を揃えて固定化し、膜
を挾んで生ずる電気的信号を取り出す技術の開発が望ま
れている。電気的信号はたとえは電ニアＸＬ＋ないしは
電位差である６本発明の目的は電極を偏えた基板上に光
電変換機能を有する蛋白質を含む脂質膜を方向性をもっ
て固定化した感光装置を提供することである。

本発明の他の目的は基板上に光電変換機能を有する蛋白
質を含む脂質膜を方向性をもって固定化し、感光装置を
製造する方法を提供することであ［問題点を解決するた
めの手段］ 光電変換機能を有する蛋白質を含む脂質膜の特定の部位
に対する抗体を準備し、電極を備えた基板上に固定化し
、この基板上に光電変換機能を有する蛋白質を含む脂質
膜を方向性を持って固定化する。

光電変換機能を有する蛋白質を含む脂質膜として、たと
えば、植物の葉緑体、仁藻、光合成細菌等の細胞に含ま
れるチラコイド膜が用いられるが。

チラコイド膜中でもロドシュードモナス・ビリシス（Ａ
ＴＣＣＩ　９５６７）、ロドバクタ−スフェロイデス（
ＡＴＣＣ１７０２３）等の細胞を破砕して得られる標品
であるタロマトホア膜は好適な材料である。

電極には、インジウム−錫・酸化物（ＩＴＯ）。

酸化Ｍ（Ｓｎ０２）、金属蒸着膜、半導体等を用いるこ
とができる。電極基板の作成は、たとえば。

真空蒸着等の方法により、基板上に導電性膜を形成する
こと等により行うことができる。

電極基板に対する抗体の固定化は、たとえば。

化学結合、吸着等によって行うことができる。

抗原抗体反応により脂質膜と抗体とを結合させることが
できる。

このようにして、光電変換機能を有する蛋白質を含む脂
質膜を、一定の方向性を持って基板上に固定（ヒできる
。

また、このような操作を繰り返すことによって。

積層化を行うこともできる。

９作用］ 抗体は抗原を認識して、抗原−抗体反応を起こして抗原
と結、合する。光電変換機能を有する蛋白質を含む脂質
膜の特定の部位に対する抗体を基板上に固定化すると、
その上に光電変換機能を有する蛋白質を含む脂質ｗＡ（
抗原を含む）を方向性をもって固定化することができる
。

［実施例］ 光電変換機能を有する蛋白質を含む脂質膜の材イミ１は
たとえばチラコイド膜であり、植物、藍藻、光合成細菌
等の細胞より調製することができる。

中でも光合成細菌ロドシュードモナスビリシス（ＡＴＣ
８１９５６７）　、ロドバクタ−スフェロイデス＋ＡＴ
ＣＣ１７０２３）等の細胞を破砕して得られるクロマト
ホア膜は、好適な材料である。これらのタロマトホア膜
において、光合成を行う光合成反応中心の蛋白質複倉体
は膜内在住蛋白質である。そのザブユニットには、Ｌ、
Ｍ両すブユニットのように脂質膜に埋まった部分の多い
サブユニットと、Ｃサブユニット、Ｈサブユニットのよ
うに比較的脂質膜外の部分が多いサブユニットか存在す
る。

生体、特に高等動物の体内に、異物が侵入したとき、生
体はこの異物をしりぞけて体を守ろうとする。この免疫
のしくみの１つとして異物を食べて分解してしまう食細
胞の働きがある。その場合、異物をいちはやく認識して
これと結合し、！Ａ物が食細胞によって食べられるのを
助ける役をするのが抗体である。抗原となる異物と抗体
との結合を抗原抗体反応と呼ぶ、抗体生産を促すものが
抗原であるが、蛋白質や脂質は、多糖類、ある種の非生
物的ポリマ等と共に抗原となる。抗体の化学的実体とし
ては、γ−グロブリンと呼ばれる一群の蛋白質分子が知
られている。γ〜グロブリンにはＩｇＧ、ＥｇＥ、Ｉｇ
Ｍ等いくつかの種類かある。

たとえば、ＩｇＧは分子量約１５万の蛋白質である。

光電変換機能を有する蛋白質を含む脂質膜の特定の部位
に対する抗体を作り、利用することによって、脂質膜を
方向性をもって固定化する。好ましくは脂質膜外の部分
か多いサブユニットの内で、さらに膜の片側に位置する
部位に対する抗体を準備し、基板表面上に、化学結合、
吸着等によって固定化する。

ホルムアルデヒド等の架橋試薬処理により、電極を備え
た基板上に残基を付けて抗体を結合させる場合、共有結
合をすると考えられる。ニトロセルロース膜等には抗体
分子が非共有結合的に吸着すると考えられる。

抗体を結合させた基板上にタロマトホア膜を接触させる
と、特異的な抗原−抗体反応によって、クロマトホア膜
が方向性を持って強く結合する。

以下に図面を参照して本発明をさらに詳細に説明する。

［クロマトホア膜の調製コ 光合成細菌であるロドシュードモナスビリシスＴＡＴＣ
Ｃ１９５６７）を、嫌気状態で、光照射下、３０℃で培
養した。得られた菌体より以下の手順によってタロマト
ホア膜を調製した。すなわち、菌体をフレンチプレスに
よって破砕し、庶糖密度勾配遠心等の遠心分画法によっ
て膜小胞を調製し、１０ｆｆｌｌ’１のトリス塩酸Ｔｒ
ｉｓ−ＨＣＩ（ｐＨ８，２）水溶液ニ透析した（Ａｒｃ
ｈ、　Ｂｉｏｃｈｅｍ、　Ｂ１０Ｄｈｙｓ、、２２３巻
２８２−２９０頁（１９７９年））。このようにして第
１図（Ａ）に示すようなりロマトホア膜を調製した。脂
質膜２に光合成反応中心の蛋白質複合体１が埋め込まれ
た構造を有している。

［抗体の作成］ り０７ト；ｔ　７　Ｊｌｊ　Ｆ、’ｉ濁液（Ａ１０２０
＝１００）　ニ２０Ｘ　Ｎ、Ｎ−ジメチルドデシルアミ
ン−Ｎ−オキシド（Ｎ、Ｎ−ｃ！ｉｍｅｔｈｙ　１ｄｏ
ｄｅｃｙ　ｔａＩＩｌｉｎｅ−Ｎ−ｏｘ　ｉｄｅ、　Ｌ
ＤＡＯ）を加えて可溶化し、セファｏ−ス（Ｓｅｐｈａ
ｒｏｓｅ　）　Ｃ１−６Ｂゲル濾過を用いて光合成反応
中心蛋白質を精製する。得られた精製標品をドデシル硫
酸ナトリウム（ＳＤＳ）−ポリアクリルアミドゲル電気
泳動にがけ（ＮａｔＵｒｅ。

２２７巻６８０−６８５頁（１９７０））、Ｈサブユニ
ットおよびＣサブユニットのバンドをそれぞれ切り出し
て、蛋白質を抽出、回収する。この様にして精製された
サブユニット蛋白質３−５＋ｎｇをウサギに免疫して各
サブユニットに対する抗血清゛を得る。この抗血清から
γ−グロブリンを精製する。γ−グロブリンの精製には
必要に応じて塩析法、抗原吸収法、各種カラムクロマト
グラフィー等を用いることができる。本実施例では、硫
酸アンモニウム塩析法を用いた。

［抗体の基板表面への固定化コ 固定化の基板として、ガラス基板６に酸化錫（Ｓｎ０２
　）、ＩＴＯ，金等の導電性物質を蒸着して薄膜状電極
５としたものを用いる。第１図（Ｂ）に示すように５ｎ
０２電極５の表面に蛋白質吸着能力の高いニトロセルロ
ース等の物質でさらに薄膜４を作り、抗体を吸着させる
。

このような薄膜の作成については、ニトロセルロースの
０．００２％酢酸アミル溶液（コロジオン溶液）５０マ
イクロリツトルを２平方センチメートルの電極面上にの
せて乾燥固化させる方法。

および２％コロジオンｆｆ１ｆｉ２０マイ−クロリット
ルを水面上に展開し、温媒を蒸発させて固化した薄膜を
電極面に圧着する方法等を用いることができる。

これらの電極を燐酸緩衝液（ｐＨ７，４）を含む生理的
食塩水（ＰＢＳ）で洗浄後、２０μｇ＃ｎｌの抗体を含
むＰＢＳで３０’Ｃで２０分処理を行い。

抗体分子３を吸着させる。

上述のニトロセルロース膜を用いた固定化は各種材料か
らなる基板への抗体の固定化に広く用いることができる
。

電極の素材によってはホルムアルデヒド、グルタルアル
デヒド等の架橋試薬を用いて残基を形成し、抗体分子を
電極平面に化学的に結合させることも可能である。

［クロマトホア膜の囲体表面への固定化コ抗体を固定化
したカラス基板をクロマトホア膜（Ａ１０２０＝５．Ｏ
）を含むＰＢＳで３０℃で２０分処理する。反応ｆ’Ｊ
　Ｐ　Ｂ　Ｓで洗浄して未結合のタロマトホア膜を除く
。以上の操作により第１図（Ｃ）に示すようにタロマト
ホア膜９を固定化できる。さらにこの後１．７％ホルム
アルデヒドを含むＰＢＳで３０°Ｃで３０分処理して、
結合したクロマトホア膜を固定化した。第２図にＰＢＳ
中で測定した固定化したクロマトホア膜の光吸収スペク
トルを示す。このように固定化した感光装置を１％牛血
清アルブミン（ＢＳＡ）水溶液に浸した後、乾燥させる
。

また、固定化クロマトホア、膜の上に、コロジオン薄膜
を重ね、その上に改めて固定化を行うことにより、第１
図（Ｅ）に示すように、複数回の積層も可能である。

第１図（Ｄ＞に示すように、抗体７がタロマトホア膜の
反対側の部位に対するものであれば、クロマトホア膜９
は第１図（Ｃ＞の場合とは逆向きに固定化する。

上述のような固定化法により、チラコイド膜を方向性を
もって固定化できる。積層することもできる。チラコイ
ド膜のみに限らず、蛋白質を含む脂質膜を方向性を持っ
て固定化できるものと考えられる。

［光電応答の検出コ 基板上に固定化した脂質膜上に、対極となる電極を取り
付けて、光刺激を与え１光電応答による両電極間の電気
信号を取り出すことかできる。たとえば、電位、電流の
変化を測定する。対極は。

感光装置の表面に水銀玉を載せる。金属薄膜を圧着する
。金属薄膜を蒸着する等の方法で形成できる。光刺激の
光源は、太陽光等自然のものでもよいし、ストロボラン
プ、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザ、アーク燈等で
もよい。

第３図に、感光装置の光電応答検出系の概略を示す、ガ
ラス基板１２上の５ｎ０２電極１１上にニトロセルロー
ス薄膜１０を介してクロマトホア膜層９を固定化、Ｖ１
層する。その上に、水銀玉を載せる等の方法で対極８を
作成する。

図中下側より、ストロボランプ、ＬＥＤ等の光源１３か
らの光刺激をガラス基板１２．５ｎ０２電＆１１、ニト
ロセルロース薄膜１０を通してクロマトホア膜層９に与
える。光刺激によって画電極８．１１間に生じる電位変
化を導線１４．１５で取り出し、差動アンプ１６を介し
てオシロスコープ１７で観察した。

第４図に光刺激に対する感光装置の電位応答の例を示す
、ストロボランプ光の刺激に対して、ミリ秒以下の速い
応答の立ち上がりがみられた３本例においては抗Ｈサブ
ユニット抗体をもちいて。

１回固定化を行った感光装置を用いた。

［発明の効果］ 光電変換機能を有する蛋白質を含む脂質膜を方向性をも
って固定化できる。

これにより感光装置が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はクロマトホア膜の固定化を示す該略図であり、 （Ａ）はクロマトホア膜、 （Ｂ）はニトロセルロース薄膜を張った電極上に抗Ｈサ
ブユニット抗体を吸着させた場合。 （Ｃ）は（Ｂ）にクロマトホア膜を国定化した場合。 ＣＤ＞は抗Ｃサブユニット抗体を用いてクロマトホア膜
を固定化した場合。 （Ｅ）は２回固定化績層巳な場合を示す。 第２図は５ｎ０２電極上にニトロセルロース薄膜を張り
、クロマトホア膜を１回固定化後、ＰＢＳ中にて測定し
た吸収スペクトルである。 第３図は感光装置の光電応答検出系の概略図である。 第４図はストロボランプ光の光刺激に対する感光装置の
電位応答で、抗Ｈサブユニット抗体を用いてクロマトホ
ア膜１回固定化後の感光装置を用いて検出した６ 符号の説明 １　光合成反応中心蛋白質複合体 ２　脂質膜 ３　ニトロセルロース薄膜に吸着された抗Ｈサブユニッ
ト抗体 ４　ニトロセルロース薄膜 ５　５ｎ０２電極 ６　ガラス基板 ７　抗Ｃサブユニット抗体 ８　対極となる電極 ９　固定化積層されたクロマトホア膜層１０　ニトロセ
ルロース薄膜 １１　５ｎ０２電極 １２　カラス基板 １３　光源 １４　対極に接続された導線 １５　５ｎ０２電極に接続された導線 １６　差動アンプ １７　オシロスコープ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）、光電変換機能を有する蛋白質を含む脂質膜と、
   その特定の部位に対する抗体を結合させた電極基板と を含む感光装置。
2. （２）、光電変換機能を有する蛋白質を含む脂質膜の特
   定の部位に対する抗体を基板上に固定化する工程と、 抗体を固定した該基板に光電変換機能を有する蛋白質を
   含む脂質膜を固定化する工程と を含む感光装置の製造方法。