JPWO2016199741A1 - 高密度微小チャンバーアレイおよびこれを用いた測定方法 - Google Patents
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Abstract
Description
A)前記電極が、それぞれの前記微小チャンバーの内側面に設けられている。
B)前記電極が、それぞれの前記微小チャンバーの底面に透明電極として設けられている。
A)前記電極が、それぞれの前記微小チャンバーの内側面に設けられている。
B)前記電極が、それぞれの前記微小チャンバーの底面に透明電極として設けられている。
A)前記電極が、それぞれの前記微小チャンバーの内側面に設けられている。
B)前記電極が、それぞれの前記微小チャンバーの底面に透明電極として設けられている。
第1実施形態にかかる高密度微小チャンバーアレイは、透光性を有する平坦な基板と、基板上に設けられ疎水性物質からなる層であって、複数の微小チャンバーの開口部が該層の主面上に規則的かつ高密度に配列するよう設けられ、微小チャンバーの容量が4000×10−18m3以下である、疎水層と、試験用液体が満たされた状態の複数の微小チャンバーの開口部に試験用液体を封止するように形成された脂質二重膜とを備え、それぞれの微小チャンバー内に電極が設けられており、基板において、疎水層が設けられている側を上方とするとき、下記A)およびB)の少なくともいずれか一方を満たすことにより、基板の下方から基板へと入射した光が基板を透過して微小チャンバーの内部へと進入し、かつ、微小チャンバーの内部から基板へと入射した光が基板を透過して基板の下方へと脱出するように構成されている。
A)電極が、それぞれの微小チャンバーの内側面に設けられている。
B)電極が、それぞれの微小チャンバーの底面に透明電極として設けられている。
A)電極が、それぞれの微小チャンバーの内側面に設けられている。
B)電極が、それぞれの微小チャンバーの底面に透明電極として設けられている。
図1は、第1実施形態にかかる高密度微小チャンバーアレイの概略構成の一例を示す平面図である。図2は、第1実施形態にかかる高密度微小チャンバーアレイの図1におけるA−A断面および該断面の一部を拡大して示す図である。以下、図1および図2を参照しつつ、第1実施形態の高密度微小チャンバーアレイ20の装置構成について説明する。
A)電極23が、それぞれの微小チャンバー26の内側面に設けられている。
B)電極23が、それぞれの微小チャンバー26の底面に透明電極として設けられている。
図4は、第1実施形態の変形例にかかる高密度微小チャンバーアレイの概略構成を示す平面図である。以下、図4を参照しつつ、変形例にかかる高密度微小チャンバーアレイ20Bについて説明する。
以下、第1実施形態の高密度微小チャンバーアレイ20の製造方法について説明する。図5は、第1実施形態にかかる高密度微小チャンバーアレイの製造方法の一例を示す工程図である。
微小チャンバーデバイスの形成工程は、例えば、基板22の表面に電極材料と疎水性物質の薄膜を順次形成し、薄膜表面の複数の微小チャンバー26を形成する部分以外の部分にレジストを形成し、ドライエッチングにより疎水性物質の薄膜に複数の微小チャンバー26の一部を形成し、レジストを除去し、さらに疎水性物質の層をマスクとしたウエットエッチングにより電極材料の薄膜に複数の微小チャンバー26の残部を形成するものとすることができる。こうすれば、高精度で比較的容易に高密度微小チャンバーアレイ20を製造することができる。なお、ドライエッチング以外の手法、例えばナノインプリンティングなどの手法を用いて疎水性物質の薄膜に複数の微小チャンバー26の一部を形成するものとしてもよいのは勿論である。
脂質二重膜30の形成工程は、例えば、複数の微小チャンバー26が形成された面が略水平な底面を形成する液体流路48に試験用液体を流すことにより複数の微小チャンバー26に試験用液体を充填し、液体流路48に脂質二重膜30を形成する脂質を含有する脂質含有有機溶媒を流すことにより脂質の親水基が複数の微小チャンバー26の試験用液体側に向いた状態の第1脂質膜32を微小チャンバー26の開口部に形成し、液体流路48に膜形成用液体を流すことにより脂質の疎水基が第1脂質膜32側を向いた状態の第2脂質膜34を第1脂質膜32に重ねるように形成することにより脂質二重膜30を形成するものである。
第1実施形態の高密度微小チャンバーアレイ20は、更に、脂質二重膜30に膜タンパク質を再構成することで、膜タンパク質の解析に用いることができる。すなわち、第1実施形態にかかる膜タンパク質の解析方法は、第1実施形態の高密度微小チャンバーアレイを用意し、複数の微小チャンバーの開口部に脂質二重膜を形成する。脂質二重膜には膜タンパク質を保持させる。その上で、電極と脂質二重膜の上方に設けられた反対電極との間に電圧を印加することで膜タンパク質の性質を変化させる。
第1実験例では、第1実施形態の高密度微小チャンバーアレイ20A(図1、図2、図3参照)と蛍光性膜電位指示薬とを用いて膜電位の検出を行った。本実験例の実験条件は、以下の通りとした。
基板22の材料:無色ガラス
基板22の厚み:0.12mm
基板22の形状:24mm×32mmの矩形
反対電極27の材料:金
反対電極27の形状:18mm×18mmの矩形
基板22から反対電極27までの距離:0.2mm
疎水層24の材料:旭硝子株式会社製のフッ素樹脂(CYTOP)
疎水層24の厚み:約500nm
電極23の材料:金
電極23の厚み:約500nm
微小チャンバ:直径約5μm、高さ約1μmの円筒形状
脂質二重膜:1,2−ジオレオイル−sn−グリセロ−3−ホスホエタノールアミン(DOPE)と1,2−ジオレオイル−sn−グリセロ−3−ホスホグリセロール(DOPG)との1:1(重量比)混合物のクロロホルム溶液を用いて形成
試験用液体:10mMのpH緩衝液(pH5〜9)と、20μMの蛍光性膜電位指示薬(DiBac4)と、10mMの塩化ナトリウムとを含む水溶液
電圧印加装置:ファンクションジェネレータ(株式会社エヌエフ回路設計ブロック製)
共焦点レーザー顕微鏡:A1R(Nikon社製)
蛍光性膜電位指示薬:DiBAC4(Dojindo社製)
なお、DiBAC4は、Bis-oxonol型のアニオン性膜電位感受性色素であり、細胞膜の脱分極に伴って、細胞質中への分布が増し、蛍光増強する。
第2実験例では、第1実験例と同様の高密度微小チャンバーアレイ20A(図1、図2、図3参照)において、膜タンパクとして大腸菌由来のF型ATP合成酵素(FoF1)を、リポソームを用いて脂質二重膜30に導入し、プロトンの能動輸送を検出した。
第2実施形態では、電極に電流を通流することで微小チャンバーの内部を加熱する。
図13は、第2実施形態にかかる高密度微小チャンバーアレイシステムの概略構成の一例を示す図である。以下、図13を参照しつつ、第2実施形態の高密度微小チャンバーアレイシステム200の装置構成について説明する。
第2実施形態の方法では、電流印加装置29を用いて電極23に電流を流し、もって電極23を発熱させることで、微小チャンバー26内に封止された試験用液体、脂質二重膜30、膜タンパク等の温度を制御することができる。
第3実施形態では、脂質二重膜で封止された微小チャンバーの内部に生体高分子を集積する。
A)電極が、それぞれの微小チャンバーの内側面に設けられている。
B)電極が、それぞれの微小チャンバーの底面に透明電極として設けられている。
図14は、第3実施形態において生体高分子が集積された高密度微小チャンバーアレイの概略構成の一例を示す図である。以下、図14を参照しつつ、第3実施形態の高密度微小チャンバーアレイ300の装置構成について説明する。
以下、第3実施形態の高密度微小チャンバーアレイ300の製造方法について説明する。図15は、第3実施形態における生体高分子集積高密度微小チャンバーアレイの製造方法の一例を示す工程図である。
第4実施形態では、細胞融合により膜タンパク質を脂質二重膜へと導入する。
12 レーザ光源
14 ダイクロイックミラー
20 高密度微小チャンバーアレイ
22 基板
23 電極
23a 電極層
24 疎水層
24a 物質膜
24b 物質膜
25a レジスト
25b レジスト
26 微小チャンバー
27 反対電極
28 電圧印加装置
29 電流印加装置
30 脂質二重膜
32 第1脂質膜
34 第2脂質膜
35 脂質
36 生体高分子
42 スペーサ
44 ガラス板
46 液体導入孔
48 液体流路
52 細胞
54 膜タンパク質
100 高密度微小チャンバーアレイシステム
200 高密度微小チャンバーアレイシステム
300 高密度微小チャンバーアレイ
Claims (14)
- 透光性を有する平坦な基板と、
前記基板上に設けられ疎水性物質からなる層であって、複数の微小チャンバーの開口部が該層の主面上に規則的かつ高密度に配列するよう設けられ、前記微小チャンバーの容量が4000×10−18m3以下である、疎水層と、
試験用液体が満たされた状態の前記複数の微小チャンバーの開口部に前記試験用液体を封止するように形成された脂質二重膜とを備え、
それぞれの前記微小チャンバー内に電極が設けられており、
前記基板において、前記疎水層が設けられている側を上方とするとき、
下記A)およびB)の少なくともいずれか一方を満たすことにより、前記基板の下方から前記基板へと入射した光が前記基板を透過して前記微小チャンバーの内部へと進入し、かつ、前記微小チャンバーの内部から前記基板へと入射した光が前記基板を透過して前記基板の下方へと脱出するように構成されている、
高密度微小チャンバーアレイ。
A)前記電極が、それぞれの前記微小チャンバーの内側面に設けられている。
B)前記電極が、それぞれの前記微小チャンバーの底面に透明電極として設けられている。 - 前記電極が金属であって、それぞれの前記微小チャンバーの内側面に設けられている、請求項1に記載の高密度微小チャンバーアレイ。
- 前記金属がクロムである、請求項2に記載の高密度微小チャンバーアレイ。
- 前記微小チャンバーの内部に、生体高分子が集積されている、請求項1ないし3のいずれかに記載の高密度微小チャンバーアレイ。
- さらに、前記脂質二重膜の上方に反対電極を備える、請求項1ないし4のいずれかに記載の高密度微小チャンバーアレイ。
- 前記微小チャンバーが形成された面が底面となる液体流路を備える、
請求項1ないし5のいずれかに記載の高密度微小チャンバーアレイ。 - 請求項5に記載の高密度微小チャンバーアレイと、
前記電極と前記反対電極との間に電圧を印加する電圧印加装置とを備える、
高密度微小チャンバーアレイシステム。 - 請求項2または3に記載の高密度微小チャンバーアレイと、
前記電極内を前記基板と平行に電流を流すことで前記電極を発熱させる電流印加装置とを備える、
高密度微小チャンバーアレイシステム。 - さらに、前記脂質二重膜の上方に設けられた反対電極と、
前記電極と前記反対電極との間に電圧を印加する電圧印加装置とを備える、
請求項8に記載の高密度微小チャンバーアレイシステム。 - 透光性を有する平坦な基板と、前記基板上に設けられた疎水性物質からなる層であって、複数の微小チャンバーの開口部が該層の主面上に規則的かつ高密度に配列するよう設けられ、前記微小チャンバーの容量が4000×10−18m3以下である、疎水層とを備え、それぞれの前記微小チャンバー内に電極が設けられており、前記基板において、前記疎水層が設けられている側を上方とするとき、下記A)およびB)の少なくともいずれか一方を満たすことにより、前記基板の下方から前記基板へと入射した光が前記基板を透過して前記微小チャンバーの内部へと進入し、かつ、前記微小チャンバーの内部から前記基板へと入射した光が前記基板を透過して前記基板の下方へと脱出するように構成されている、高密度微小チャンバーアレイを用意し、
前記複数の微小チャンバーの開口部に脂質二重膜を形成し、ここで前記脂質二重膜は膜タンパク質を保持するものであり、
前記電極と前記脂質二重膜の上方に設けられた反対電極との間に電圧を印加することで前記膜タンパク質の性質を変化させる、
膜タンパク質の解析方法。
A)前記電極が、それぞれの前記微小チャンバーの内側面に設けられている。
B)前記電極が、それぞれの前記微小チャンバーの底面に透明電極として設けられている。 - 透光性を有する平坦な基板と、前記基板上に設けられた疎水性物質からなる層であって、複数の微小チャンバーの開口部が該層の主面上に規則的かつ高密度に配列するよう設けられ、前記微小チャンバーの容量が4000×10−18m3以下である、疎水層とを備え、それぞれの前記微小チャンバー内に電極が設けられており、前記基板において、前記疎水層が設けられている側を上方とするとき、下記A)およびB)の少なくともいずれか一方を満たすことにより、前記基板の下方から前記基板へと入射した光が前記基板を透過して前記微小チャンバーの内部へと進入し、かつ、前記微小チャンバーの内部から前記基板へと入射した光が前記基板を透過して前記基板の下方へと脱出するように構成されている、高密度微小チャンバーアレイを用意し、
前記電極に電圧を印加することで、前記複数の微小チャンバーの内部に生体高分子を集積し、その後、
前記複数の微小チャンバーの開口部に前記生体高分子を封止するように脂質二重膜を形成する、方法。
A)前記電極が、それぞれの前記微小チャンバーの内側面に設けられている。
B)前記電極が、それぞれの前記微小チャンバーの底面に透明電極として設けられている。 - 請求項2または3に記載の高密度微小チャンバーアレイを用意し、
前記電極に電流を流すことで前記電極を発熱させることで、前記微小チャンバー内に封止された前記試験用液体の温度を制御する、方法。 - 請求項5に記載の高密度微小チャンバーアレイを用意し、
前記電極と前記反対電極との間に電流を印加することにより前記脂質二重膜に細胞を融合させることで、前記細胞由来の膜タンパク質を前記脂質二重膜へと移行させる、方法。 - 前記高密度微小チャンバーアレイを用意するステップは、前記脂質二重膜の上方に反対電極を設けるステップを含み、
前記膜タンパク質は、前記電極と前記反対電極との間に電流を印加することにより前記脂質二重膜に細胞を融合させることで前記脂質二重膜へと導入された、前記細胞由来の膜タンパク質である、請求項10に記載の膜タンパク質の解析方法。
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