JPWO2018159795A1 - マイクロリアクタチップおよびその製造方法 - Google Patents

マイクロリアクタチップおよびその製造方法 Download PDF

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Abstract

マイクロリアクタチップは、基板と、基板上に設けられた疎水性物質からなる層であって、複数のチャンバーの開口部が該層の主面上に規則的に配列するように形成されている、疎水層と、を備える。各チャンバーには、それぞれ、該チャンバーを深さ方向に分画するように、第１脂質二重膜と第２脂質二重膜とが深さ方向に間隔を空けて設けられている。

Description

本発明は、マイクロリアクタチップおよびその製造方法に関する。
特開第２０１５−０４０７５４号（特許文献１）は、平坦な基板と、基板の表面に疎水性の物質により規則的に高密度に配列するように形成された容量が４０００×１０−１８ｍ３以下の複数の微小チャンバーと、試験用水溶液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水溶液を液封するよう形成された脂質二重膜とを備える高密度微小チャンバーアレイを開示する。
上記従来の高密度微小チャンバーアレイを基礎として、その応用技術の開発が望まれていた。
本開示の一側面に係るマイクロリアクタチップは、
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、複数のチャンバーの開口部が該層の主面上に規則的に配列するように形成されている、疎水層と、
を備え、
各チャンバーには、それぞれ、該チャンバーを深さ方向に分画するように、第１脂質二重膜と第２脂質二重膜とが深さ方向に間隔を空けて設けられている。
図１は、第１実施形態に係るマイクロリアクタチップの概略構成の一例を示す平面図である。 図２は、第１実施形態に係るマイクロリアクタチップの図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。 図３は、第１実施形態に係るマイクロリアクタチップの製造方法の一例を示すフローチャートである。 図４は、第１実施形態における脂質二重膜形成前のマイクロリアクタチップを用意する工程（ステップＳ１１）の一例を示すフローチャートである。 図５Ａは、第１実施形態における脂質二重膜形成前のマイクロリアクタチップを用意する工程において、基板を用意する工程を示す図である。 図５Ｂは、第１実施形態における脂質二重膜形成前のマイクロリアクタチップを用意する工程において、基板上に物質膜を形成する工程を示す図である。 図５Ｃは、第１実施形態における脂質二重膜形成前のマイクロリアクタチップを用意する工程において、物質膜上にレジストを形成する工程を示す図である。 図５Ｄは、第１実施形態における脂質二重膜形成前のマイクロリアクタチップを用意する工程において、レジストをパターニングする工程を示す図である。 図５Ｅは、第１実施形態における脂質二重膜形成前のマイクロリアクタチップを用意する工程において、パターニングされたレジストをマスクとして物質膜をエッチングする工程を示す図である。 図５Ｆは、第１実施形態における脂質二重膜形成前のマイクロリアクタチップを用意する工程において、レジストを除去する工程を示す図である。 図６は、第１実施形態における第１脂質二重膜を形成する工程（ステップＳ１２）の一例を示すフローチャートである。 図７Ａは、第１実施形態における第１脂質二重膜を形成する工程において、第１試験用水溶液を液体流路に導入する工程を示す図である。 図７Ｂは、第１実施形態における第１脂質二重膜を形成する工程において、脂質を含有する有機溶媒を液体流路に導入する工程を示す図である。 図７Ｃは、第１実施形態における第１脂質二重膜を形成する工程において、膜形成用水溶液を液体流路に導入する工程を示す図である。 図８Ａは、第１実施形態における第１脂質二重膜を押し下げる工程（ステップＳ１３）の一例を示すフローチャートである。 図８Ｂは、第１実施形態における第１脂質二重膜を押し下げる工程において、第１試験用水溶液より濃度の高い液体を液体流路に導入する工程を示す図である。 図８Ｃは、第１実施形態における第１脂質二重膜を押し下げる工程において、浸透圧により第１脂質二重膜が押し下げられる工程を示す図である。 図９は、第１実施形態における第２脂質二重膜を形成する工程（ステップＳ１４）の一例を示すフローチャートである。 図１０Ａは、第１実施形態における第２脂質二重膜を形成する工程において、第２試験用水溶液を液体流路に導入する工程を示す図である。 図１０Ｂは、第１実施形態における第２脂質二重膜を形成する工程において、脂質を含有する有機溶媒を液体流路に導入する工程を示す図である。 図１０Ｃは、第１実施形態における第２脂質二重膜を形成する工程において、膜形成用水溶液を液体流路に導入する工程を示す図である。 図１１Ａは、第１実施形態に係るマイクロリアクタチップにおいて第１脂質二重膜と第２脂質二重膜との間に画成されるリアクタの容積を制御する方法を説明するための図である。 図１１Ｂは、第１実施形態に係るマイクロリアクタチップにおいて第１脂質二重膜と第２脂質二重膜との間に画成されるリアクタの容積を制御する方法を説明するための図である。 図１２Ａは、第１実施形態に係るマイクロリアクタチップにおいて第１脂質二重膜と第２脂質二重膜との間に画成されるリアクタから反応生成物を回収する方法を説明するための図である。 図１２Ｂは、第１実施形態に係るマイクロリアクタチップにおいて第１脂質二重膜と第２脂質二重膜との間に画成されるリアクタから反応生成物を回収する方法を説明するための図である。 図１３は、第２実施形態に係るマイクロリアクタチップの縦断面および該断面の一部を拡大して示す図である。 図１４は、第２実施形態に係るマイクロリアクタチップの製造方法の一例を示すフローチャートである。 図１５Ａは、第２実施形態における第２脂質二重膜を押し下げる工程（ステップＳ１５）の一例を示すフローチャートである。 図１５Ｂは、第２実施形態における第２脂質二重膜を押し下げる工程において、第１試験用水溶液より濃度の高い液体を液体流路に導入する工程を示す図である。 図１５Ｃは、第２実施形態における第２脂質二重膜を押し下げる工程において、浸透圧により第２脂質二重膜が押し下げられる工程を示す図である。 図１６は、第２実施形態における第３脂質二重膜を形成する工程（ステップＳ１６）の一例を示すフローチャートである。 図１７Ａは、第２実施形態における第３脂質二重膜を形成する工程において、第３試験用水溶液を液体流路に導入する工程を示す図である。 図１７Ｂは、第２実施形態における第３脂質二重膜を形成する工程において、脂質を含有する有機溶媒を液体流路に導入する工程を示す図である。 図１７Ｃは、第２実施形態における第３脂質二重膜を形成する工程において、膜形成用水溶液を液体流路に導入する工程を示す図である。
脂質二重膜を介して生じる様々の生体分子反応、例えば膜輸送過程や膜透過反応、膜表面での酵素反応などでは、反応生成物の拡散に長時間かかることや、酵素活性に伴った物質濃度の変化が極めて緩やかであることなどから、脂質二重膜を介して生じる様々な生体分子反応を高感度に検出することが困難となりやすい。チャンバーの容量が大きいと、チャンバー内の濃度変化が小さくなり、濃度変化としての検出が困難となる。チャンバー数が少ない場合は、計測のスループットが悪くなる。したがって、脂質二重膜により液封された極めて容量が小さな多数の微小チャンバーが高密度に形成された高密度微小チャンバーアレイが必要となる。上記特許文献１は、かかる高密度微小チャンバーアレイを開示する。しかしながら、その応用技術については未検討の部分があった。
発明者は、従来の高密度微小チャンバーアレイの応用技術を見出すべく、鋭意検討した。その結果、以下の知見を得た。なお、以下の知見はあくまで本発明をなすきっかけとなったものであり、本発明を限定するものではない。
すなわち、上記高密度微小チャンバーアレイが開発されたことにより、膜タンパク質による膜横断型の物質輸送などの計測が効率的に実施可能となった。ところで、高密度微小チャンバーアレイにおいて各チャンバーをさらに細分化することができれば、活性の検出感度の向上が実現され、膜タンパク質の性質をより詳細に解明できる可能性がある。
かかる洞察に基づき、発明者は、従来の高密度微小チャンバーアレイにおいて、脂質二重膜の形成プロトコルを新規開発することにより、各チャンバーの内部に２層の脂質二重膜を形成する技術を確立し、すなわち、各チャンバーを脂質二重膜により細分化することに成功した。また、該技術においては、形成される２層の脂質二重膜の間隔を定量制御することが可能であり、細分化された各分画の容積を制御（超小型化）することができる。
さらに、該技術を利用すると、分画によるリアクタ容量の小型化に伴い、従来の膜タンパク質の活性検出感度が大幅に改善されるだけでなく、２層膜オルガネラや細菌細胞膜をｉｎ ｖｉｔｒｏで人工的に構築することとなり、従来計測困難であった２層膜オルガネラや細菌細胞膜に存在する膜タンパク質の機能解析への道筋が拓かれる。すなわち、該技術の開発は、膜タンパク質の機能解析におけるイノベーションである。
以下で説明する実施形態は、このような知見に基づいて創案されたものである。
実施形態の第１の態様に係るマイクロリアクタチップは、
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、複数のチャンバーの開口部が該層の主面上に規則的に配列するように形成されている、疎水層と、
を備え、
各チャンバーには、それぞれ、該チャンバーを深さ方向に分画するように、第１脂質二重膜と第２脂質二重膜とが深さ方向に間隔を空けて設けられている。
このような態様によれば、各チャンバーが２層の脂質二重膜により細分化されているため、リアクタの容積が大幅に小型化される。この結果、生体分子１個の反応によるリアクタ内の反応生成物や反応基質などの濃度変化を大きくし、濃度変化として検出する際の検出感度を高くすることができ、生体分子の反応が極めて遅くても、生体分子の反応を高感度で検出することができる。また、２層膜オルガネラや細菌細胞膜がｉｎ ｖｉｔｒｏで人工的に構築されていることになり、従来計測困難であった２層膜オルガネラや細菌細胞膜に存在する膜タンパク質の機能解析が可能となる。
また、このような態様によれば、各チャンバーが２層の脂質二重膜により深さ方向に分画されていることから、リアクタ内の液体に含まれる蛍光物質が発する光を、基板の下方に配置された共焦点レーザー顕微鏡を用いて検出する際に、分画されたリアクタでのレンズ作用によって蛍光画像が歪んでしまうことが抑制され、定量的に観察することが可能である。
実施形態の第２の態様に係るマイクロリアクタチップは、第１の態様に係るマイクロリアクタチップであって、
各チャンバーの容量は、４０００×１０−１８ｍ３以下である。
実施形態の第３の態様に係るマイクロリアクタチップは、第１または第２の態様に係るマイクロリアクタチップであって、
前記第１脂質二重膜と前記第２脂質二重膜との間の間隔は、１０μｍ以下である。
このような態様によれば、２層膜オルガネラや細菌細胞膜の膜間隔をｉｎ ｖｉｔｒｏで再現することができる。
実施形態の第４の態様に係るマイクロリアクタチップは、第１〜第３のいずれか態様に係るマイクロリアクタチップであって、
前記第１脂質二重膜および前記第２脂質二重膜の少なくともいずれか一方は、膜タンパク質を保持している。
実施形態の第５の態様に係るマイクロリアクタチップは、第１〜第４のいずれか態様に係るマイクロリアクタチップであって、
各チャンバーには、それぞれ、該チャンバーを深さ方向にさらに分画するように、第３脂質二重膜が前記第１脂質二重膜および第２脂質二重膜に対して深さ方向に間隔を空けて設けられている。
実施形態の第６の態様に係るマイクロリアクタチップの製造方法は、
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、複数のチャンバーの開口部が該層の主面上に規則的に配列するように形成されている、疎水層と、を備えた脂質二重膜形成前のマイクロリアクタチップを用意するステップと、
前記チャンバーの開口部に第１脂質二重膜を形成するステップと、
前記疎水層の主面を底面とする液体流路に、前記チャンバーに満たされた液体より濃度の高い液体を導入し、浸透圧により前記第１脂質二重膜を前記チャンバーの内側に押し下げるステップと、
前記チャンバーの開口部に第２脂質二重膜を形成するステップと、
を備える。
このような態様によれば、各チャンバーを２層の脂質二重膜により細分化することができる。これにより、リアクタの容積が大幅に小型化される。この結果、生体分子１個の反応によるリアクタ内の反応生成物や反応基質などの濃度変化を大きくし、濃度変化として検出する際の検出感度を高くすることができ、生体分子の反応が極めて遅くても、生体分子の反応を高感度で検出することができる。また、このような態様によれば、２層膜オルガネラや細菌細胞膜がｉｎ ｖｉｔｒｏで人工的に構築されていることになり、従来計測困難であった２層膜オルガネラや細菌細胞膜に存在する膜タンパク質の機能解析が可能となる。
実施形態の第７の態様に係るマイクロリアクタチップの製造方法は、第６の態様に係るマイクロリアクタチップの製造方法であって、
前記第１脂質二重膜を形成するステップでは、前記チャンバーが第１の液体で満たされた状態で、前記液体流路に脂質を含有する有機溶媒を流すことにより、前記脂質の親水基が前記チャンバーの前記第１の液体側を向いた状態の内側脂質単層膜を前記チャンバーの開口部に形成し、前記液体流路に膜形成用水溶液を流すことにより、前記脂質の疎水基が前記内側脂質単層膜側を向いた状態の外側脂質単層膜を前記内側脂質単層膜に重ねるように形成する。
このような態様によれば、チャンバーの開口部に第１脂質二重膜を効率的に形成することができる。
実施形態の第８の態様に係るマイクロリアクタチップの製造方法は、第６または第７の態様に係るマイクロリアクタチップの製造方法であって、
前記第２脂質二重膜を形成するステップでは、前記チャンバーの前記第１脂質二重膜より開口部側が第２の液体で満たされた状態で、前記液体流路に脂質を含有する有機溶媒を流すことにより、前記脂質の親水基が前記チャンバーの前記第２の液体側を向いた状態の内側脂質単層膜を前記チャンバーの開口部に形成し、前記液体流路に膜形成用水溶液を流すことにより、前記脂質の疎水基が前記内側脂質単層膜側を向いた状態の外側脂質単層膜を前記内側脂質単層膜に重ねるように形成する。
このような態様によれば、チャンバーの開口部に第２脂質二重膜を効率的に形成することができる。
実施形態の第９の態様に係るマイクロリアクタチップの製造方法は、第６〜第８のいずれか態様に係るマイクロリアクタチップの製造方法であって、
前記液体流路に、前記第１脂質二重膜と前記第２脂質二重膜との間に満たされた液体より濃度の高い液体を導入し、浸透圧により前記第２脂質二重膜を前記チャンバーの内側に押し下げるステップと、
前記チャンバーの開口部に第３脂質二重膜を形成するステップと、
をさらに備える。
実施形態の第１０の態様に係る方法は、
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、複数のチャンバーの開口部が該層の主面上に規則的に配列するように形成されている、疎水層と、を備え、各チャンバーには、それぞれ、該チャンバーを深さ方向に分画するように、第１脂質二重膜と第２脂質二重膜とが深さ方向に間隔を空けて設けられている、マイクロリアクタチップの前記第１脂質二重膜と前記第２脂質二重膜との間に画成されるリアクタから反応生成物を回収する方法であって、
前記疎水層の主面を底面とする液体流路に、前記リアクタに満たされた試験用水溶液より濃度の低い回収用水溶液を導入し、浸透圧により前記第２脂質二重膜を前記チャンバーの外側に押し上げて破壊し、前記試験用水溶液中の反応生成物を前記回収用水溶液に移行させ、前記液体流路から前記回収用水溶液とともに前記反応生成物を回収する。
このような態様によれば、第１脂質二重膜と第２脂質二重膜との間に画成されるリアクタ内の反応生成物を一括で容易に回収することができる。
実施形態の第１１の態様に係る方法は、
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、複数のチャンバーの開口部が該層の主面上に規則的に配列するように形成されている、疎水層と、を備え、各チャンバーには、それぞれ、該チャンバーを深さ方向に分画するように、第１脂質二重膜と第２脂質二重膜とが深さ方向に間隔を空けて設けられている、マイクロリアクタチップの前記第１脂質二重膜と前記第２脂質二重膜との間に画成されるリアクタの容積を制御する方法であって、
前記疎水層の主面を底面とする液体流路に、前記リアクタに満たされた試験用水溶液より濃度の高い容積制御用水溶液を導入し、浸透圧により前記第２脂質二重膜を前記チャンバーの内側に押し下げる。
このような態様によれば、浸透圧を制御することで、２層の脂質二重膜の間隔を定量制御することが可能であり、細分化された各リアクタの容積を制御（超小型化）することができる。
以下に、添付の図面を参照して、実施の形態の具体例を詳細に説明する。なお、各図において同等の機能を有する構成要素には同一の符号を付し、同一符号の構成要素の詳しい説明は繰り返さない。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るマイクロリアクタチップの概略構成の一例を示す図である。図２は、第１実施形態に係るマイクロリアクタチップの図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。
図１および図２に示すように、マイクロリアクタチップ２０は、基板２２と、基板２２上に設けられた疎水層２４とを備えている。
基板２２は、透光性を有しており、平坦である。基板２２は、たとえばガラス、アクリル樹脂などで構成され得る。基板２２の材料、厚み、および形状などは、基板２２の下方から基板２２へと入射した光が基板２２を透過してチャンバー２６の内部へと進入し、かつ、チャンバー２６の内部から基板２２へと入射した光が基板２２を透過して基板２２の下方へと脱出可能であれば特に限定されない。具体的には、たとえば、基板２２の厚みは０．１ｍｍ以上５ｍｍ以下であってもよいし、０．３ｍｍ以上３ｍｍ以下であってもよいし、０．７ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であってもよい。平面視における基板２２の大きさは特に限定されない。
疎水層２４は、疎水性物質からなる層である。疎水性物質としては、たとえばフッ素樹脂などの疎水性の樹脂、およびガラスなどの樹脂以外の物質が含まれる。疎水層２４の厚みは、後述するチャンバー２６の容量に応じて適宜に調整され得る。具体的には、たとえば、１０ｎｍ以上１００μｍ以下であってもよいし、１００ｎｍ以上５μｍ以下であってもよいし、２５０ｎｍ以上１μｍ以下であってもよい。
疎水層２４には、複数の微小なチャンバー２６の開口部が、疎水層２４の主面上に規則的かつ高密度に配列するように設けられている。チャンバー２６の容量は４０００×１０−１８ｍ３以下（４０００μｍ３以下）である。チャンバー２６の容量は、たとえば、０．１×１０−１８ｍ３以上４０００×１０−１８ｍ３以下であってもよいし、０．５×１０−１８ｍ３以上４００×１０−１８ｍ３以下であってもよいし、１×１０−１８ｍ３以上４０×１０−１８ｍ３以下であってもよい。
チャンバー２６の深さは、たとえば、１０ｎｍ以上１００μｍ以下であってもよいし、１００ｎｍ以上５μｍ以下であってもよいし、２５０ｎｍ以上１μｍ以下であってもよい。
チャンバー２６の開口部は、たとえば円形とすることができる。円形とする場合の円の直径は、たとえば、０．１μｍ以上１００μｍ以下であってもよいし、０．５μｍ以上５μｍ以下であってもよいし、１μｍ以上１０μｍ以下であってもよい。
「規則的」とは、たとえば、基板の厚み方向から見て、各チャンバーが基板上に、格子状、マトリクス状、千鳥状などに配列されていることを言う。「規則的」とは、たとえば、各チャンバーが複数の列をなすように一定間隔で配列されていることを意味し得る。
「高密度」とは、たとえば、１平方ｍｍ（１ｍｍ２）あたりのチャンバーの数が、０．１×１０３個以上２０００×１０３個以下であってもよいし、１×１０３個以上１０００×１０３以下であってもよいし、５×１０３個以上１００×１０３以下であってもよい。１ｃｍ２（１×１０−４ｍ２）あたりに換算すると、１０×１０３個以上２００×１０６個以下であってもよいし、１００×１０３個以上１００×１０６個以下であってもよいし、０．５×１０６個以上１０×１０６個以下であってもよい。
マイクロリアクタチップ２０において、複数のチャンバー２６は、深さが１００μｍ以下で、円形に換算したときに直径が１００μｍ以下となるよう形成されているものとしたり、深さが２μｍ以下で、円形に換算したときも直径が１０μｍ以下となるよう形成されているものとしたり、深さが１μｍ以下で、円形に換算したときに直径が５μｍ以下となるよう形成されているものとしたりすることもできる。こうすれば、基板２２の表面に疎水性物質による薄膜を形成し、該薄膜に複数の微小なチャンバー２６を形成する手法を用いて、脂質二重膜形成前のマイクロリアクタチップ２０を比較的容易に製造することができる。なお、「円形に換算したとき」の「直径」とは、深さ方向に対して垂直な断面の形状と同じ面積を有する円形の直径を言い、たとえば、該断面が１μｍ四方の正方形の場合には、円形に換算したときの直径は２／√π≒１．１μｍとなる。
チャンバー２６は、それぞれ厚さが５００ｎｍを含む所定厚範囲の疎水性物質による薄膜に、円形に換算したときに直径が１μｍを含む所定直径範囲となるよう形成されているものとすることもできる。試験対象の生体分子の反応速度の大きさや生体分子の含有率を考慮するとともに製造の容易さも考慮すると、チャンバー２６の深さや直径は数百ｎｍ〜数μｍが好適であると考えられる。ここで、「所定厚範囲」は、たとえば、５００ｎｍの０．１倍の５０ｎｍ以上で５００ｎｍの１０倍の５μｍ以下の範囲としたり、５００ｎｍの０．５倍の２５０ｎｍ以上で５００ｎｍの２倍の１μｍ以下の範囲としたりすることができる。「所定直径範囲」は、たとえば、１μｍの０．１倍の１００ｎｍ以上で１μｍの１０倍の１０μｍ以下としたり、１μｍの０．５倍の５００ｎｍ以上で１μｍの２倍の２μｍ以下の範囲としたりすることができる。
一例において、それぞれのチャンバー２６は、厚さＤが１μｍの疎水層２４に、直径Ｒが５μｍとなるよう形成されている。したがって、それぞれのチャンバー２６の容量Ｌは、Ｌ＝π（２．５×１０−６）２×１×１０−６ｍ３≒１９．６×１０−１８ｍ３となる。仮に平面視においてチャンバー２６を縦横２μｍの間隔で配列したものとすると、１つのチャンバー２６に必要な面積Ｓは一辺が７μｍの正方形となり、Ｓ＝（７×１０−６）２ｍ２＝４９×１０−１２ｍ２と計算される。したがって、ガラス基板２２には、１ｃｍ２（１×１０−４ｍ２）あたり約２×１０６個（１平方ｍｍあたり２０×１０３個）のチャンバー２６が形成されることになる。
図２に示すように、各チャンバー２６には、それぞれ、該チャンバー２６を深さ方向に分画するように、第１脂質二重膜３１と第２脂質二重膜３２とが深さ方向に間隔を空けて設けられている。図示された例では、第１脂質二重膜３１は、第２脂質二重膜３２よりチャンバー２６の内側（図２における下側）に設けられている。
第１脂質二重膜３１と第２脂質二重膜３２との間の間隔は、１０μｍ以下である。第１脂質二重膜３１と第２脂質二重膜３２との間の間隔は、たとえば、０．１ｎｍ以上１０μｍ以下であってもよいし、０．５ｎｍ以上５μｍ以下であってもよいし、１ｎｍ以上１μｍ以下であってもよい。
マイクロリアクタチップ２０において、第１脂質二重膜３１と第２脂質二重膜３２との間の間隔が１０μｍ以下であることから、２層膜オルガネラや細菌細胞膜の膜間隔をｉｎ ｖｉｔｒｏで再現することができる。
第１脂質二重膜３１および第２脂質二重膜３２により分画されたチャンバー２６のそれぞれの内部空間には、試験用水溶液が満たされている。試験用水溶液は、第１脂質二重膜３１および第２脂質二重膜３２を形成可能な液体であれば特に限定されない。
第１脂質二重膜３１は、脂質の親水基がチャンバー２６の内側（図２における下側）を向いた内側脂質単層膜３１ａと、脂質の疎水基がチャンバー２６の内側（図２における下側）を向いた外側脂質単層膜３１ｂとが、疎水基同士が向かい合うように重なるように形成されている。同様に、第２脂質二重膜３２は、脂質の親水基がチャンバー２６の内側（図２における下側）を向いた内側脂質単層膜３２ａと、脂質の疎水基がチャンバー２６の内側（図２における下側）を向いた外側脂質単層膜３２ｂとが、疎水基同士が向かい合うように重なるように形成されている。
内側脂質単層膜３１ａ、３２ａや外側脂質単層膜３１ｂ、３２ｂを構成する脂質としては、大豆や大腸菌由来などの天然脂質、ＤＯＰＥ（ジオレオイルホスファチジルエタノールアミン）やＤＯＰＧ（ジオレオイルホスファチジルグリセロール）などの人工脂質を用いることができる。
第１脂質二重膜３１および第２脂質二重膜３２のいずれか一方または両方は、膜タンパク質を保持しているものとすることもできる。こうすれば、マイクロリアクタチップ２０を、様々な膜タンパク質を介しての生体分子反応などの検出に用いることができる。膜タンパク質を脂質二重膜３０に保持させる（再構成させる）方法については後述する。
チャンバー２６が第１脂質二重膜３１および第２脂質二重膜３２により深さ方向に分画されているから、マイクロリアクタチップ２０を生体分子反応の検出に用いることにより、第１脂質二重膜３１と第２脂質二重膜３２との間に画成される分画の容積を小さくすることができる。この結果、生体分子１個の反応によるマイクロリアクタ内の反応生成物や反応基質などの濃度変化を大きくし、濃度変化として検出する際の検出感度を高くすることができ、生体分子の反応が極めて遅くても、生体分子の反応を高感度で検出することができる。また、このような態様によれば、２層膜オルガネラや細菌細胞膜がｉｎ ｖｉｔｒｏで人工的に構築されていることになり、従来計測困難であった２層膜オルガネラや細菌細胞膜に存在する膜タンパク質の機能解析が可能となる。特に細菌細胞膜をｉｎ ｖｉｔｒｏで再現することができれば、従来困難であった多剤耐性菌由来の薬剤排出膜タンパク質の機能解析が可能となることが予想され、すなわち、当該技術は、薬理学的に極めて重要な技術である。
図示は省略するが、各チャンバー２６の内部（たとえばチャンバー２６の内側面または底面）には電極が設けられていてもよい。各電極は互いに電気的に接続されていてもよい。電極は、金属、たとえば、銅、銀、金、アルミ、クロムなどで構成されていてもよい。電極は、金属以外の材料、たとえば、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）、ＩＺＯ（酸化インジウムスズと酸化亜鉛とからなる材料）、ＺｎＯ、ＩＧＺＯ（インジウム、ガリウム、亜鉛、酸素から構成される材料）などで構成されていてもよい。
電極の厚みは、たとえば、１０ｎｍ以上１００μｍ以下であってもよいし、１００ｎｍ以上５μｍ以下であってもよいし、２５０ｎｍ以上１μｍ以下であってもよい。
かかる構成において、基板２２の下方から基板２２へと入射した光は、基板２２を透過してチャンバー２６の内部へと進入し、かつ、チャンバー２６の内部から基板２２へと入射した光は、基板２２を透過して基板２２の下方へと脱出する。
［マイクロリアクタチップの製造方法］
以下、第１実施形態に係るマイクロリアクタチップ２０の製造方法について説明する。図３は、第１実施形態に係るマイクロリアクタチップ２０の製造方法の一例を示すフローチャートである。
図３に示すように、第１実施形態に係るマイクロリアクタチップ２０は、まず、脂質二重膜形成前のマイクロリアクタチップを用意し（ステップＳ１１）、各チャンバー２６の開口部に第１脂質二重膜３１を形成し（ステップＳ１２）、浸透圧により第１脂質二重膜３１を各チャンバー２６の内側に押し下げ（ステップＳ１３）、各チャンバー２６の開口部に第２脂質二重膜３２を形成して（ステップＳ１４）、完成する。以下、各工程について詳しく説明する。
１．脂質二重膜形成前のマイクロリアクタチップの用意
図４は、脂質二重膜形成前のマイクロリアクタチップを用意する工程（ステップＳ１１）の一例を示すフローチャートである。図５Ａ〜図５Ｆは、脂質二重膜形成前のマイクロリアクタチップを用意する工程における各工程を示す図である。
まず、図５に示すように、ガラス基板２２のガラス表面を洗浄するための洗浄処理として、１０Ｍの水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液にガラス基板２２を２４時間程度浸す（ステップＳ１１１）。
次に、図５Ｂに示すように、ガラス基板２２の表面に、疎水性の物質（たとえば、旭硝子株式会社製のフッ素樹脂（ＣＹＴＯＰ））をスピンコートして物質膜２４ａを形成し、物質膜２４ａをガラス基板２２の表面に密着させる（ステップＳ１１２）。スピンコートの条件としては、たとえば、２０００ｒｐｓ、３０秒という条件を用いることができ、この場合、物質膜２４ａの膜厚は約１μｍとなる。物質膜２４ａのガラス基板２２表面への密着は、たとえば、１８０℃のホットプレートで１時間ベークすることにより行うことができる。
次に、図５Ｃに示すように、物質膜２４ａの表面にレジスト２５ａをスピンコートにより形成し、レジスト２５ａを物質膜２４ａの表面に密着させる（ステップＳ１１３）。レジスト２５ａとしては、ＡＺ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ製のＡＺ−４９０３などを用いることができる。スピンコートの条件としては、たとえば、４０００ｒｐｓ、６０秒という条件を用いることができる。レジスト２５ａの物質膜２４ａ表面への密着は、たとえば、１１０℃のホットプレートで５分間ベークして、レジスト２５ａ内の有機溶媒を蒸発させることにより行うことができる。
次に、図５Ｄに示すように、チャンバー２６のパターンのマスクを用いてレジスト２５ａを露光し、レジスト専用の現像液に浸して現像して、チャンバー２６を形成する部分が除かれたレジスト２５ｂを形成する（ステップＳ１１４）。露光の条件は、たとえば、ＳＡＮ−ＥＩ製の露光機によりＵＶ ｐｏｗｅｒ ２５０Ｗで７秒照射する条件を用いることができる。現像の条件としては、たとえば、ＡＺ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ製のＡＺ ｄｅｖｅｌｏｐｅｒに５分浸す条件を用いることができる。
次に、図５Ｅに示すように、レジスト２５ｂによりマスクされた物質膜２４ａをドライエッチングすることにより、物質膜２４ａからチャンバー２６となる部分を取り除いた物質膜２４ｂとし（ステップＳ１１５）、その後、図５Ｆに示すように、レジスト２５ｂを除去する（ステップＳ１１６）。ドライエッチングは、たとえば、Ｓａｍｃｏ製のＲｅａｃｔｉｖｅ ｉｏｎ ｅｔｃｈｉｎｇ装置を使用し、エッチング条件として、Ｏ２ ５０ｓｃｃｍ、Ｐｒｅｓｓｕｒｅ １０Ｐａ、Ｐｏｗｅｒ ５０Ｗ、Ｔｉｍｅ ３０ｍｉｎという条件を用いることができる。レジスト２５ｂの除去は、アセトンに浸し、イソプロパノールで洗浄した後に純水で洗浄することにより行うことができる。
なお、ドライエッチング以外の手法、たと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チャンバー２６を形成するものとしてもよい。ドライエッチングの場合には、Ｏ２プラズマの作用によりチャンバー２６の内側面が親水性を帯び、後述する脂質二重膜形成の際にチャンバー２６内に試験用水溶液を充填しやすくなるため好ましい。
２．第１脂質二重膜の形成
図６は、第１脂質二重膜３１を形成する工程（ステップＳ１２）の一例を示すフローチャートである。図７Ａ〜図７Ｃは、第１脂質二重膜３１を形成する工程における各工程を示す図である。
まず、図７Ａに示すように、マイクロリアクタチップにスペーサ４２を介在させつつ、液体導入孔４６が形成されたガラス板４４を載せる。これにより、疎水層２４の主面が略水平な底面となる液体流路４８が形成される。次いで、液体導入孔４６から液体流路４８に第１試験用水溶液を導入し、液体流路４８およびチャンバー２６を第１試験用水溶液で満たしておく（ステップＳ１２１）。ここで、第１試験用水溶液としては、具体的には、たとえば、１ｍＭのＨＥＰＥＳと１０ｍＭの塩化カリウムとを含有する液体（以下「緩衝液Ａ」と呼ぶことがある）を６０％に希釈したものに終濃度１０μＭの蛍光色素（たとえばＡｌｅｘａ４０５（紫色））を添加したものを用いることができる。
次に、図７Ｂに示すように、液体流路４８およびチャンバー２６が第１試験用水溶液で満たされた状態で、液体導入孔４６から液体流路４８に脂質３５を含有する有機溶媒を導入する（ステップＳ１２２）。ここで、脂質としては、大豆や大腸菌由来などの天然脂質、ＤＯＰＥ（ジオレオイルホスファチジルエタノールアミン）やＤＯＰＧ（ジオレオイルホスファチジルグリセロール）などの人工脂質を用いることができる。有機溶媒としては、ヘキサデカンやクロロホルムを用いることができる。具体的な一例としては、０．３ｍｇ／ｍｌのＤＯＰＣと０．０４５ｍｇ／ｍｌの蛍光脂質（たとえばＮＢＤ−ＰＳ（緑色））とを含有するものを用いることができる。
液体導入孔４６から液体流路４８に脂質３５を含有する有機溶媒が導入されると、チャンバー２６が第１試験用水溶液で満たされた状態で、脂質３５の親水基がチャンバー２６の第１試験用水溶液側を向いた状態の内側脂質単層膜３１ａが、チャンバー２６の開口部を液封するように形成される。
次に、液体導入孔４６から液体流路４８に第１脂質二重膜３１を形成するための膜形成用水溶液を導入する（ステップＳ１２３）。膜形成用水溶液としては、具体的には、たとえば、緩衝液Ａを６０％に希釈したものを用いることができる。
液体導入孔４６から液体流路４８に膜形成用水溶液が導入されると、脂質３５の疎水基が内側脂質単層膜３１ａ側を向いた状態の外側脂質単層膜３１ｂが、内側脂質単層膜３１ａに重なるように形成され、これにより、チャンバー２６の開口部に第１脂質二重膜３１が形成される。
第１脂質二重膜３１の形成工程の後に、第１脂質二重膜３１に膜タンパク質を再構成させる工程を備えるものとすることもできる。再構成させる工程は、膜タンパク質を含む細胞膜断片、タンパク質を埋め込んだ脂質二重膜、水溶性タンパク質、タンパク質を取り込んだリポソーム、界面活性剤により可溶化させたタンパク質のいずれかを第１脂質二重膜３１に導入し、第１脂質二重膜３１にタンパク質を組み込んで膜タンパク質とする工程であってもよい。脂質二重膜にタンパク質を組み込む手法としては、リポソームの場合には膜融合などを用いることができ、界面活性剤により可溶化させたタンパク質の場合には熱揺動などを用いることができる。
３．第１脂質二重膜の押し下げ
図８Ａは、第１脂質二重膜３１を押し下げる工程（ステップＳ１３）の一例を示すフローチャートである。図８Ｂおよび図８Ｃは、第１脂質二重膜３１を押し下げる工程における各工程を示す図である。
まず、図８Ｂに示すように、液体導入孔４６から液体流路４８に、チャンバー２６に満たされた液体（すなわち第１試験用水溶液）より濃度の高い液体を導入し（ステップＳ１３１）、たとえば５分間インキュベーションする。液体流路４８に導入される液体としては、具体的には、たとえば、緩衝液Ａを８０％に希釈したものを用いることができる。
インキュベーション中に、図８Ｃに示すように、第１脂質二重膜３１より外側（液体流路４８側）の濃度が内側（チャンバー２６側）の濃度より高いことから、浸透圧によって第１脂質二重膜３１がチャンバー２６の内側に押し下げられる（ステップＳ１３２）。
第１脂質二重膜３１の押し下げ量は、定量制御することが可能である。具体的には、たとえば、チャンバー２６に１００ｍＭの電解質を含む液体が満たされた状態で、第１脂質二重膜３１をチャンバー２１の深さの１／２まで押し下げるためには、液体流路４８に２００ｍＭの電解質を含む液体を導入する。この場合、チャンバー２６の第１脂質二重膜３１より内側の空間の容積が１／２に減少して第１脂質二重膜３１より内側の液体の電解質の濃度が２００ｍＭとなるように、浸透圧により第１脂質二重膜３１がチャンバー２１の深さの１／２まで押し下げられる。
４．第２脂質二重膜の形成
図９は、第２脂質二重膜３２を形成する工程（ステップＳ１４）の一例を示すフローチャートである。図１０Ａ〜図１０Ｃは、第２脂質二重膜３２を形成する工程における各工程を示す図である。
まず、図１０Ａに示すように、液体導入孔４６から液体流路４８に第２試験用水溶液を導入し、液体流路４８およびチャンバー２６の第１脂質二重膜３１より開口部側を第２試験用水溶液で満たしておく（ステップＳ１４１）。ここで、第２試験用水溶液としては、具体的には、たとえば、緩衝液Ａの原液に終濃度１０μＭの蛍光色素（たとえばＡｌｅｘａ６４７（赤色））を添加したものを用いることができる。
第２試験用水溶液の濃度が、第１脂質二重膜３１より内側の液体の濃度より高い場合には、液体導入孔４６から液体流路４８に第２試験用水溶液を導入した後、たとえば５分間インキュベーションすることで、浸透圧により第１脂質二重膜３１をチャンバー２６の内側にさらに押し下げることもできる。
次に、図１０Ｂに示すように、液体流路４８およびチャンバー２６の第１脂質二重膜３１より開口部側が第２試験用水溶液で満たされた状態で、液体導入孔４６から液体流路４８に脂質３５を含有する有機溶媒を導入する（ステップＳ１４２）。ここで、脂質としては、大豆や大腸菌由来などの天然脂質、ＤＯＰＥ（ジオレオイルホスファチジルエタノールアミン）やＤＯＰＧ（ジオレオイルホスファチジルグリセロール）などの人工脂質を用いることができる。有機溶媒としては、ヘキサデカンやクロロホルムを用いることができる。具体的な一例としては、０．３ｍｇ／ｍｌのＤＯＰＣと０．０４５ｍｇ／ｍｌの蛍光脂質（たとえばＮＢＤ−ＰＳ（緑色））とを含有するものを用いることができる。
液体導入孔４６から液体流路４８に脂質３５を含有する有機溶媒が導入されると、チャンバー２６の第１脂質二重膜３１より開口部側が第２試験用水溶液で満たされた状態で、脂質３５の親水基がチャンバー２６の第２試験用水溶液側を向いた状態の内側脂質単層膜３２ａが、チャンバー２６の開口部を液封するように形成される。
次に、液体導入孔４６から液体流路４８に第２脂質二重膜３２を形成するための膜形成用水溶液を導入する（ステップＳ１４３）。膜形成用水溶液としては、具体的には、たとえば、緩衝液Ａを６０％に希釈したものを用いることができる。
液体導入孔４６から液体流路４８に膜形成用水溶液が導入されると、脂質３５の疎水基が内側脂質単層膜３２ａ側を向いた状態の外側脂質単層膜３２ｂが、内側脂質単層膜３２ａに重なるように形成され、これにより、チャンバー２６の開口部に第２脂質二重膜３２が形成される。
第２脂質二重膜３２の形成工程の後に、第２脂質二重膜３２に膜タンパク質を再構成させる工程を備えるものとすることもできる。再構成させる工程は、膜タンパク質を含む細胞膜断片、タンパク質を埋め込んだ脂質二重膜、水溶性タンパク質、タンパク質を取り込んだリポソーム、界面活性剤により可溶化させたタンパク質のいずれかを第２脂質二重膜３２に導入し、第２脂質二重膜３２にタンパク質を組み込んで膜タンパク質とする工程であってもよい。脂質二重膜にタンパク質を組み込む手法としては、リポソームの場合には膜融合などを用いることができ、界面活性剤により可溶化させたタンパク質の場合には熱揺動などを用いることができる。
以上のような方法により、図２に示すような、各チャンバー２６が２層の脂質二重膜３１、３２により細分化されたマイクロリアクタチップ２０を製造することができる。
ここで、基板２２の下方から基板２２へと入射した光は、基板２２を透過してチャンバー２６の内部へと進入し、かつ、チャンバー２６の内部から基板２２へと入射した光は、基板２２を透過して基板２２の下方へと脱出する。第１脂質二重膜３１または第２脂質二重膜３２に膜タンパク質が再構成されている場合、該膜タンパク質の機能は、共焦点レーザー顕微鏡を用いて、チャンバー２６の内部に収容されている試験用液体に含まれる蛍光物質が発する光を検出することなどにより解析することができる。顕微鏡として、落射型共焦点顕微鏡が用いられてもよい。
本実施の形態では、各チャンバー２６が２層の脂質二重膜３１、３２により深さ方向に分画されているため、チャンバー２６内の試験用液体に含まれる蛍光物質が発する光を、基板２２の下方に配置された共焦点レーザー顕微鏡を用いて検出する際に、分画されたリアクタでのレンズ作用によって蛍光画像が歪んでしまうことが抑制され、定量的に観察することが可能である。
［第１脂質二重膜と第２脂質二重膜との間に画成されるリアクタの容積を制御する方法］
次に、図１１Ａおよび図１１Ｂを参照し、第１実施形態に係るマイクロリアクタチップ２０において、第１脂質二重膜３１と第２脂質二重膜３２との間に画成されるリアクタの容積を制御する方法について説明する。
まず、図１１Ａに示すように、液体導入孔４６から液体流路４８に、第１脂質二重膜３１と第２脂質二重膜３２との間のリアクタに満たされた液体（すなわち第２試験用水溶液）より濃度の高い液体を導入し、たとえば５分間インキュベーションする。
インキュベーション中に、図１１Ｂに示すように、第２脂質二重膜３２より外側（液体流路４８側）の濃度が内側（チャンバー２６側）の濃度より高いことから、浸透圧によって第２脂質二重膜３２がチャンバー２６の内側に押し下げられる。
第２脂質二重膜３２の押し下げ量は、定量制御することが可能である。具体的には、たとえば、第１脂質二重膜３１と第２脂質二重膜３２との間のリアクタに１００ｍＭの電解質を含む液体が満たされた状態で、該リアクタの容積が１／２に減少するまで第２脂質二重膜３２を押し下げるためには、液体流路４８に２００ｍＭの電解質を含む液体を導入する。この場合、リアクタ内の液体の電解質の濃度が２００ｍＭとなるように、浸透圧により第２脂質二重膜３２が該リアクタの容積が１／２に減少するまで押し下げられる。
以上のような方法によれば、浸透圧を制御することで、２層の脂質二重膜３１、３２の間隔を定量制御することが可能であり、細分化された各リアクタの容積を制御（超小型化）することができる。
［第１脂質二重膜と第２脂質二重膜との間に画成されるリアクタから反応生成物を回収する方法］
次に、図１２Ａおよび図１２Ｂを参照し、第１実施形態に係るマイクロリアクタチップ２０において、第１脂質二重膜３１と第２脂質二重膜３２との間に画成されるリアクタから反応生成物を回収する方法について説明する。
まず、図１２Ａに示すように、液体導入孔４６から液体流路４８に、第１脂質二重膜３１と第２脂質二重膜３２との間のリアクタに満たされた液体（すなわち第２試験用水溶液）より濃度の低い回収用水溶液を導入し、たとえば５分間インキュベーションする。回収用水溶液としては、具体的には、たとえば、緩衝液Ａを１０％に希釈したものを用いることができる。
インキュベーション中に、図１２Ｂに示すように、第２脂質二重膜３２より外側（液体流路４８側）の濃度が内側（チャンバー２６側）の濃度より低いことから、浸透圧によって第２脂質二重膜３２がチャンバー２６の外側に押し上げられ、破壊される。これにより、リアクタと液体流路４８とが連通され、第２試験用水溶液中の反応生成物が回収用水溶液に移行される。そして、液体流路４８から回収用水溶液とともに反応生成物を回収する。
以上のような方法によれば、リアクタ内の反応生成物を一括で容易に回収することができる。
なお、第１実施形態に係るマイクロリアクタチップ２０において、第１脂質二重膜３１と第２脂質二重膜３２との間に画成されるリアクタから反応生成物を回収する方法は、かかる方法に限定されるものではなく、たとえば第２脂質二重膜３２にニードルを刺して該リアクタから反応生成物を回収するものであってもよい。
（第２実施形態）
図１３は、第２実施形態に係るマイクロリアクタチップの縦断面および該断面の一部を拡大して示す図である。第２実施形態において、上述した第１実施形態と同様に構成され得る部分について、第１の実施形態における対応する部分に対して用いた符号と同一の符号を用いるとともに、重複する説明を省略する。
上述した第１実施形態では、チャンバー２６が２層の脂質二重膜３１、３２により深さ方向に分画された例について説明した。これに対して、第２実施形態では、図１３に示すように、各チャンバー２６には、それぞれ、該チャンバー２６を深さ方向にさらに分画するように、第３脂質二重膜３３が第１脂質二重膜３１および第２脂質二重膜３２に対して深さ方向に間隔を空けて設けられており、すなわち、チャンバー２６が３層の脂質二重膜３１〜３３により深さ方向に分画されている。図示された例では、第３脂質二重膜３３は、第１脂質二重膜３１および第２脂質二重膜３２よりチャンバー２６の開口部側（図１３における上側）に設けられている。
３層の脂質二重膜３１〜３３により分画されたチャンバー２６のそれぞれの内部空間には、試験用水溶液が満たされている。試験用水溶液は、脂質二重膜３１〜３３を形成可能な液体であれば特に限定されない。チャンバー２６が３層の脂質二重膜３１〜３３により分画されているため、３種類の液体の関係を観察することができる。
［マイクロリアクタチップの製造方法］
次に、第２実施形態にかかるマイクロリアクタチップ２０の製造方法について説明する。図１４は、第２実施形態に係るマイクロリアクタチップ２０の製造方法の一例を示すフローチャートである。
図１４に示すように、第２実施形態に係るマイクロリアクタチップ２０は、まず、脂質二重膜形成前のマイクロリアクタチップを用意し（ステップＳ１１）、各チャンバー２６の開口部に第１脂質二重膜３１を形成し（ステップＳ１２）、浸透圧により第１脂質二重膜３１を各チャンバー２６の内側に押し下げ（ステップＳ１３）、各チャンバー２６の開口部に第２脂質二重膜３２を形成し（ステップＳ１４）、浸透圧により第２脂質二重膜３２を各チャンバー２６の内側に押し下げ（ステップＳ１５）、各チャンバー２６の開口部に第３脂質二重膜３３を形成して（ステップＳ１６）、完成する。各チャンバー２６に第２脂質二重膜３２を形成するまでの工程（ステップＳ１１〜Ｓ１４）は、上述の第１実施形態と同様であり、説明を省略する。
５．第２脂質二重膜の押し下げ
図１５Ａは、第２脂質二重膜３２を押し下げる工程（ステップＳ１５）の一例を示すフローチャートである。図１５Ｂおよび図１５Ｃは、第２脂質二重膜３２を押し下げる工程における各工程を示す図である。
まず、図１５Ｂに示すように、液体導入孔４６から液体流路４８に、第１脂質二重膜３１と第２脂質二重膜３２との間の空間に満たされた液体（すなわち第２試験用水溶液）より濃度の高い液体を導入し（ステップＳ１５１）、たとえば５分間インキュベーションする。
インキュベーション中に、図１５Ｃに示すように、第２脂質二重膜３２より外側（液体流路４８側）の濃度が内側（チャンバー２６側）の濃度より高いことから、浸透圧によって第２脂質二重膜３２がチャンバー２６の内側に押し下げられる（ステップＳ１５２）。
６．第３脂質二重膜の形成
図１６は、第３脂質二重膜３３を形成する工程（ステップＳ１６）の一例を示すフローチャートである。図１７Ａ〜図１７Ｃは、第３脂質二重膜３３を形成する工程における各工程を示す図である。
まず、図１７Ａに示すように、液体導入孔４６から液体流路４８に第３試験用水溶液を導入し、液体流路４８およびチャンバー２６の第２脂質二重膜３２より開口部側を第３試験用水溶液で満たしておく（ステップＳ１６１）。
第３試験用水溶液の濃度が、第２脂質二重膜３２より内側の液体の濃度より高い場合には、液体導入孔４６から液体流路４８に第３試験用水溶液を導入した後、たとえば５分間インキュベーションすることで、浸透圧により第２脂質二重膜３２をチャンバー２６の内側にさらに押し下げることもできる。
次に、図１７Ｂに示すように、液体流路４８およびチャンバー２６の第２脂質二重膜３２より開口部側が第３試験用水溶液で満たされた状態で、液体導入孔４６から液体流路４８に脂質３５を含有する有機溶媒を導入する（ステップＳ１６２）。ここで、脂質としては、大豆や大腸菌由来などの天然脂質、ＤＯＰＥ（ジオレオイルホスファチジルエタノールアミン）やＤＯＰＧ（ジオレオイルホスファチジルグリセロール）などの人工脂質を用いることができる。有機溶媒としては、ヘキサデカンやクロロホルムを用いることができる。
液体導入孔４６から液体流路４８に脂質３５を含有する有機溶媒が導入されると、チャンバー２６の第２脂質二重膜３２より開口部側が第３試験用水溶液で満たされた状態で、脂質３５の親水基がチャンバー２６の第３試験用水溶液側を向いた状態の内側脂質単層膜３３ａが、チャンバー２６の開口部を液封するように形成される。
次に、液体導入孔４６から液体流路４８に第３脂質二重膜３３を形成するための膜形成用水溶液を導入する（ステップＳ１６３）。
液体導入孔４６から液体流路４８に膜形成用水溶液が導入されると、脂質３５の疎水基が内側脂質単層膜３３ａ側を向いた状態の外側脂質単層膜３３ｂが、内側脂質単層膜３３ａに重なるように形成され、これにより、チャンバー２６の開口部に第３脂質二重膜３３が形成される。
第３脂質二重膜３３の形成工程の後に、第３脂質二重膜３３に膜タンパク質を再構成させる工程を備えるものとすることもできる。再構成させる工程は、膜タンパク質を含む細胞膜断片、タンパク質を埋め込んだ脂質二重膜、水溶性タンパク質、タンパク質を取り込んだリポソーム、界面活性剤により可溶化させたタンパク質のいずれかを第３脂質二重膜３３に導入し、第３脂質二重膜３３にタンパク質を組み込んで膜タンパク質とする工程であってもよい。脂質二重膜にタンパク質を組み込む手法としては、リポソームの場合には膜融合などを用いることができ、界面活性剤により可溶化させたタンパク質の場合には熱揺動などを用いることができる。
以上のような方法により、図１３に示すような、各チャンバー２６が３層の脂質二重膜３１〜３３により細分化されたマイクロリアクタチップ２０を製造することができる。
なお、同様にして、浸透圧により最上層の脂質二重膜をチャンバー２６の内側に押し下げた後、チャンバー２６の開口部に新たな脂質二重膜を形成するという工程を繰り返すことで、各チャンバー２６に４層以上の脂質二重膜を設けることも可能である。
なお、上述した実施の形態および個々の変形例の記載ならびに図面の開示は、特許請求の範囲に記載された発明を説明するための一例に過ぎず、上述した実施の形態および個々の変形例の記載または図面の開示によって特許請求の範囲に記載された発明が限定されることはない。上述した実施の形態および個々の変形例の構成要素は、発明の主旨を逸脱しない範囲で任意に組み合わせることが可能である。

Claims (11)

  1. 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、複数のチャンバーの開口部が該層の主面上に規則的に配列するように形成されている、疎水層と、
    を備え、
    各チャンバーには、それぞれ、該チャンバーを深さ方向に分画するように、第１脂質二重膜と第２脂質二重膜とが深さ方向に間隔を空けて設けられている、
    マイクロリアクタチップ。
  2. 各チャンバーの容量は、４０００×１０-18ｍ3以下である、
    請求項１に記載のマイクロリアクタチップ。
  3. 前記第１脂質二重膜と前記第２脂質二重膜との間の間隔は、１０μｍ以下である、
    請求項１または２に記載のマイクロリアクタチップ。
  4. 前記第１脂質二重膜および前記第２脂質二重膜の少なくともいずれか一方は、膜タンパク質を保持している、
    請求項１〜３のいずれかに記載のマイクロリアクタチップ。
  5. 各チャンバーには、それぞれ、該チャンバーを深さ方向にさらに分画するように、第３脂質二重膜が前記第１脂質二重膜および第２脂質二重膜に対して深さ方向に間隔を空けて設けられている、
    請求項１〜４のいずれかに記載のマイクロリアクタチップ。
  6. 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、複数のチャンバーの開口部が該層の主面上に規則的に配列するように形成されている、疎水層と、を備えた脂質二重膜形成前のマイクロリアクタチップを用意するステップと、
    前記チャンバーの開口部に第１脂質二重膜を形成するステップと、
    前記疎水層の主面を底面とする液体流路に、前記チャンバーに満たされた液体より濃度の高い液体を導入し、浸透圧により前記第１脂質二重膜を前記チャンバーの内側に押し下げるステップと、
    前記チャンバーの開口部に第２脂質二重膜を形成するステップと、
    を備えた、マイクロリアクタチップの製造方法。
  7. 前記第１脂質二重膜を形成するステップでは、前記チャンバーが第１の液体で満たされた状態で、前記液体流路に脂質を含有する有機溶媒を流すことにより、前記脂質の親水基が前記チャンバーの前記第１の液体側を向いた状態の内側脂質単層膜を前記チャンバーの開口部に形成し、前記液体流路に膜形成用水溶液を流すことにより、前記脂質の疎水基が前記内側脂質単層膜側を向いた状態の外側脂質単層膜を前記内側脂質単層膜に重ねるように形成する、
    請求項６に記載のマイクロリアクタチップの製造方法。
  8. 前記第２脂質二重膜を形成するステップでは、前記チャンバーの前記第１脂質二重膜より開口部側が第２の液体で満たされた状態で、前記液体流路に脂質を含有する有機溶媒を流すことにより、前記脂質の親水基が前記チャンバーの前記第２の液体側を向いた状態の内側脂質単層膜を前記チャンバーの開口部に形成し、前記液体流路に膜形成用水溶液を流すことにより、前記脂質の疎水基が前記内側脂質単層膜側を向いた状態の外側脂質単層膜を前記内側脂質単層膜に重ねるように形成する、
    請求項６または７に記載のマイクロリアクタチップの製造方法。
  9. 前記液体流路に、前記第１脂質二重膜と前記第２脂質二重膜との間に満たされた液体より濃度の高い液体を導入し、浸透圧により前記第２脂質二重膜を前記チャンバーの内側に押し下げるステップと、
    前記チャンバーの開口部に第３脂質二重膜を形成するステップと、
    をさらに備えた、請求項６〜８のいずれかに記載のマイクロリアクタチップの製造方法。
  10. 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、複数のチャンバーの開口部が該層の主面上に規則的に配列するように形成されている、疎水層と、を備え、各チャンバーには、それぞれ、該チャンバーを深さ方向に分画するように、第１脂質二重膜と第２脂質二重膜とが深さ方向に間隔を空けて設けられている、マイクロリアクタチップの前記第１脂質二重膜と前記第２脂質二重膜との間に画成されるリアクタから反応生成物を回収する方法であって、
    前記疎水層の主面を底面とする液体流路に、前記リアクタに満たされた試験用水溶液より濃度の低い回収用水溶液を導入し、浸透圧により前記第２脂質二重膜を前記チャンバーの外側に押し上げて破壊し、前記試験用水溶液中の反応生成物を前記回収用水溶液に移行させ、前記液体流路から前記回収用水溶液とともに前記反応生成物を回収する、方法。
  11. 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、複数のチャンバーの開口部が該層の主面上に規則的に配列するように形成されている、疎水層と、を備え、各チャンバーには、それぞれ、該チャンバーを深さ方向に分画するように、第１脂質二重膜と第２脂質二重膜とが深さ方向に間隔を空けて設けられている、マイクロリアクタチップの前記第１脂質二重膜と前記第２脂質二重膜との間に画成されるリアクタの容積を制御する方法であって、
    前記疎水層の主面を底面とする液体流路に、前記リアクタに満たされた試験用水溶液より濃度の高い容積制御用水溶液を導入し、浸透圧により前記第２脂質二重膜を前記チャンバーの内側に押し下げる、方法。
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