JPWO2019156180A1 - Dissolution system for poorly water-soluble organic compounds, dissolution method for poorly water-soluble organic compounds, and odor detection system - Google Patents
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Abstract
気体状の難水溶性有機化合物を含む気体を格納可能な容器1と、容器1内の難水溶性有機化合物を含む気体に向けて、直径1μm以下の気泡を含む液滴を噴霧する噴霧装置20と、を備え、容器1内に、難水溶性有機化合物を含む水溶液2を貯める、難水溶性有機化合物の溶解システム。A spraying device 20 that sprays droplets containing bubbles having a diameter of 1 μm or less toward a container 1 capable of storing a gas containing a gaseous poorly water-soluble organic compound and a gas containing the poorly water-soluble organic compound in the container 1. A system for dissolving a poorly water-soluble organic compound, which comprises, and stores an aqueous solution 2 containing a poorly water-soluble organic compound in a container 1.
Description
本発明は溶解技術に関し、難水溶性有機化合物の溶解システム、難水溶性有機化合物の溶解方法、及び匂い検出システムに関する。 The present invention relates to a dissolution technique, a system for dissolving a poorly water-soluble organic compound, a method for dissolving a poorly water-soluble organic compound, and an odor detection system.
近年、昆虫が匂いを受容し、識別する分子機構及び神経機構の解析が進み、感度が高く、識別力も高い、昆虫の匂い識別の仕組みが明らかになりつつある。そのため、昆虫の嗅覚機能を、人工的に再現することが可能となりつつある。昆虫は、匂い物質に対する応答選択性が異なる複数の嗅覚細胞の応答パターンの組み合わせにより、匂い物質を識別している。嗅覚細胞の匂い応答特性は、個々の細胞で発現している嗅覚受容体タンパク質の特性により決定される。したがって、匂い物質の情報は、嗅覚受容体の応答パターンの組み合わせとして表現される(例えば、特許文献1参照。)。 In recent years, analysis of the molecular mechanism and neural mechanism by which insects receive and discriminate odors has progressed, and the mechanism of odor discrimination of insects, which has high sensitivity and high discriminating power, is becoming clear. Therefore, it is becoming possible to artificially reproduce the olfactory function of insects. Insects identify odorants by a combination of response patterns of multiple olfactory cells with different response selectivity to odorants. The odor response characteristics of olfactory cells are determined by the characteristics of the olfactory receptor proteins expressed in individual cells. Therefore, the odorant information is expressed as a combination of olfactory receptor response patterns (see, for example, Patent Document 1).
天然の嗅覚細胞に限らず、嗅覚受容体を発現している細胞は、匂いセンサの検出素子として使用可能である。しかし、嗅覚受容体を発現している細胞は、液中に配置される必要があり、気中に配置されることはできない。そのため、嗅覚受容体を発現している細胞を備える匂いセンサで気中を漂う匂い物質を検出する際には、気中を漂う難水溶性有機化合物である匂い物質を、水溶液中に溶解する必要がある。また、匂いセンサへの応用に限らず、食品、飲料品、及び香料等の分野において、気中に存在する匂い物質に限らない難水溶性有機化合物を水溶液中に溶解することができる技術が望まれている。しかし、オゾン等の反応性ガスで溶液の含有成分を化学変化させる報告(例えば、特許文献2参照。)はあるものの、気中の難水溶性有機化合物を水溶液中に溶解可能な技術は報告されていない。 Not limited to natural olfactory cells, cells expressing olfactory receptors can be used as detection elements for odor sensors. However, cells expressing the olfactory receptor need to be placed in the fluid and cannot be placed in the air. Therefore, when detecting an odorant floating in the air with an odor sensor equipped with cells expressing olfactory receptors, it is necessary to dissolve the odorant, which is a poorly water-soluble organic compound floating in the air, in an aqueous solution. There is. Further, not limited to application to odor sensors, in fields such as foods, beverages, and fragrances, a technology capable of dissolving a poorly water-soluble organic compound not limited to odor substances existing in the air in an aqueous solution is desired. It is rare. However, although there are reports that the components contained in the solution are chemically changed with a reactive gas such as ozone (see, for example, Patent Document 2), a technique capable of dissolving a poorly water-soluble organic compound in the air in an aqueous solution has been reported. Not.
そこで、本発明は、気中の難水溶性有機化合物を水溶液中に溶解可能な難水溶性有機化合物の溶解システム、難水溶性有機化合物の溶解方法、及び匂い検出システムを提供することを目的の一つとする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a system for dissolving a poorly water-soluble organic compound in an aqueous solution, a method for dissolving the poorly water-soluble organic compound, and an odor detection system. Let it be one.
本発明の態様によれば、気体状の難水溶性有機化合物を格納可能な容器と、容器内の難水溶性有機化合物を含む気体に向けて、直径1μm以下の気泡を含む液滴を噴霧する噴霧装置と、を備え、容器内に、難水溶性有機化合物を含む水溶液を貯める、難水溶性有機化合物の溶解システムが提供される。 According to the aspect of the present invention, droplets containing bubbles having a diameter of 1 μm or less are sprayed toward a container capable of storing a gaseous poorly water-soluble organic compound and a gas containing the poorly water-soluble organic compound in the container. Provided is a dissolution system for a poorly water-soluble organic compound, which comprises a spraying device and stores an aqueous solution containing the poorly water-soluble organic compound in a container.
上記の難水溶性有機化合物の溶解システムが、容器内に貯められた水溶液を吸引し、噴霧装置に送る吸引装置をさらに備え、噴霧装置が、吸引装置から送られた水溶液から液滴を生成してもよい。 The above-mentioned dissolution system for the poorly water-soluble organic compound further comprises a suction device that sucks the aqueous solution stored in the container and sends it to the spray device, and the spray device generates droplets from the aqueous solution sent from the suction device. You may.
上記の難水溶性有機化合物の溶解システムにおいて、吸引装置が、噴霧装置に水溶液を連続的に送ってもよい。 In the above-mentioned dissolution system of the poorly water-soluble organic compound, the suction device may continuously send the aqueous solution to the spray device.
上記の難水溶性有機化合物の溶解システムが、容器内の水溶液を撹拌する水溶液撹拌子をさらに備えていてもよい。 The above-mentioned dissolution system for the poorly water-soluble organic compound may further include an aqueous solution stirrer for stirring the aqueous solution in the container.
上記の難水溶性有機化合物の溶解システムが、気体中の難水溶性有機化合物が凝縮しないように容器を加熱する加熱装置をさらに備えていてもよい。 The above-mentioned dissolution system for the poorly water-soluble organic compound may further include a heating device for heating the container so that the poorly water-soluble organic compound in the gas does not condense.
上記の難水溶性有機化合物の溶解システムにおいて、加熱装置が、容器を温浴する温浴槽を備えていてもよい。 In the above-mentioned dissolution system of the poorly water-soluble organic compound, the heating device may include a hot bath for hot bathing the container.
上記の難水溶性有機化合物の溶解システムが、温浴槽内の温浴液を撹拌する温浴液撹拌子をさらに備えていてもよい。 The above-mentioned dissolution system for the poorly water-soluble organic compound may further include a hot bath liquid agitator for stirring the hot bath liquid in the hot bath.
上記の難水溶性有機化合物の溶解システムにおいて、難水溶性有機化合物が匂い物質であってもよい。 In the above-mentioned dissolution system of the poorly water-soluble organic compound, the poorly water-soluble organic compound may be an odorant.
上記の難水溶性有機化合物の溶解システムにおいて、噴霧装置が、超音波振動によって、直径1μm以下の気泡を含む液滴を噴霧するよう構成されていてもよい。 In the above-mentioned dissolution system of a poorly water-soluble organic compound, the spraying device may be configured to spray droplets containing bubbles having a diameter of 1 μm or less by ultrasonic vibration.
また、本発明の態様によれば、容器内に気体状の難水溶性有機化合物を格納することと、容器内の難水溶性有機化合物を含む気体に向けて、直径1μm以下の気泡を含む液滴を噴霧し、容器内に、難水溶性有機化合物を含む水溶液を貯めることと、を含む、難水溶性有機化合物の溶解方法が提供される。 Further, according to the aspect of the present invention, a liquid containing bubbles having a diameter of 1 μm or less toward the gas containing the poorly water-soluble organic compound in the container and storing the gaseous poorly water-soluble organic compound in the container. A method for dissolving a poorly water-soluble organic compound is provided, which comprises spraying drops and storing an aqueous solution containing the poorly water-soluble organic compound in a container.
上記の難水溶性有機化合物の溶解方法において、容器内に貯められた水溶液を吸引し、水溶液から液滴を生成してもよい。 In the above-mentioned method for dissolving a poorly water-soluble organic compound, the aqueous solution stored in the container may be sucked and droplets may be generated from the aqueous solution.
上記の難水溶性有機化合物の溶解方法において、容器内に貯められた水溶液を連続的に吸引し、水溶液から液滴を生成してもよい。 In the above-mentioned method for dissolving a poorly water-soluble organic compound, the aqueous solution stored in the container may be continuously sucked to generate droplets from the aqueous solution.
上記の難水溶性有機化合物の溶解方法が、容器内の水溶液を撹拌することをさらに含んでいてもよい。 The method for dissolving the poorly water-soluble organic compound may further include stirring the aqueous solution in the container.
上記の難水溶性有機化合物の溶解方法が、気体中の難水溶性有機化合物が凝縮しないように容器を加熱することをさらに含んでいてもよい。 The method for dissolving the poorly water-soluble organic compound may further include heating the container so that the poorly water-soluble organic compound in the gas does not condense.
上記の難水溶性有機化合物の溶解方法において、容器を温浴する温浴槽を用いて容器を加熱してもよい。 In the above-mentioned method for dissolving a poorly water-soluble organic compound, the container may be heated by using a hot bath for hot bathing the container.
上記の難水溶性有機化合物の溶解方法が、温浴槽内の温浴液を撹拌することをさらに含んでいてもよい。 The method for dissolving the poorly water-soluble organic compound may further include stirring the hot bath liquid in the hot bath.
上記の難水溶性有機化合物の溶解方法において、難水溶性有機化合物が匂い物質であってもよい。 In the above-mentioned method for dissolving a poorly water-soluble organic compound, the poorly water-soluble organic compound may be an odorant.
上記の難水溶性有機化合物の溶解方法において、超音波振動によって、前記直径1μm以下の気泡を含む液滴を噴霧してもよい。 In the above-mentioned method for dissolving a poorly water-soluble organic compound, droplets containing bubbles having a diameter of 1 μm or less may be sprayed by ultrasonic vibration.
さらに、本発明の態様によれば、気体状の匂い物質を格納可能な容器と、容器内の匂い物質を含む気体に向けて、直径1μm以下の気泡を含む液滴を噴霧する噴霧装置と、容器内に貯められた匂い物質を含む水溶液が供給される匂いセンサと、を備える、匂い検出システムが提供される。 Further, according to the aspect of the present invention, a container capable of storing a gaseous odorant, a spraying device for spraying droplets containing bubbles having a diameter of 1 μm or less toward the gas containing the odorant in the container, and the like. An odor detection system comprising an odor sensor to which an aqueous solution containing an odor substance stored in a container is supplied is provided.
上記の匂い検出システムにおいて、匂いセンサが、匂い物質に反応する細胞を備えていてもよい。 In the above odor detection system, the odor sensor may include cells that react with odorants.
上記の匂い検出システムにおいて、細胞が、匂い物質に反応して蛍光を発してもよい。 In the odor detection system described above, cells may fluoresce in response to odorants.
上記の匂い検出システムにおいて、匂いセンサが、アルミニウム又は酸化アルミニウムを含むゲート電極を備えるトランジスターと、ゲート電極上に配置された嗅覚受容体を有する昆虫細胞と、昆虫細胞が水溶液中の匂い物質に反応した際にトランジスターで生じる電流を検出する検出装置と、を備えていてもよい。 In the above odor detection system, the odor sensor reacts with a transistor having a gate electrode containing aluminum or aluminum oxide, an insect cell having an olfactory receptor placed on the gate electrode, and an odor substance in an aqueous solution. It may be provided with a detection device for detecting the current generated by the transistor at that time.
上記の匂い検出システムにおいて、匂いセンサが、アルミニウム又は酸化アルミニウムを含むゲート電極を備えるトランジスターと、トランジスター上に配置された、嗅覚受容体を有する昆虫細胞を入れるためのチャンバーと、ゲート電極上の昆虫細胞が水溶液中の匂い物質に反応した際にトランジスターで生じる電流を検出する検出装置と、を備えていてもよい。 In the odor detection system described above, the odor sensor has a transistor with a gate electrode containing aluminum or aluminum oxide, a chamber on the transistor for containing olfactory receptor-bearing insect cells, and an insect on the gate electrode. It may be provided with a detection device that detects a current generated by a transistor when a cell reacts with an olfactory substance in an aqueous solution.
上記の匂い検出システムにおいて、昆虫細胞が、導入遺伝子によって嗅覚受容体を発現していてもよい。 In the above odor detection system, insect cells may express olfactory receptors by transgene.
上記の匂い検出システムにおいて、昆虫細胞が、昆虫の嗅覚受容体を発現していてもよい。 In the above odor detection system, insect cells may express the olfactory receptor of the insect.
上記の匂い検出システムにおいて、嗅覚受容体が、イオンチャンネル型受容体であってもよい。 In the above odor detection system, the olfactory receptor may be an ion channel type receptor.
上記の匂い検出システムにおいて、嗅覚受容体が、BmOR1、BmOR3、Or13a、Or56a、Or85b及びPxOR1から選択されてもよい。 In the above odor detection system, the olfactory receptor may be selected from BmOR1, BmOR3, Or13a, Or56a, Or85b and PxOR1.
上記の匂い検出システムにおいて、昆虫細胞が、ガ由来の細胞であってもよい。 In the above odor detection system, the insect cells may be ga-derived cells.
上記の匂い検出システムにおいて、昆虫細胞が、Sf21、Sf9、High Five及びTni由来細胞から選択されてもよい。 In the above odor detection system, insect cells may be selected from Sf21, Sf9, High Five and Tni-derived cells.
上記の匂い検出システムにおいて、昆虫細胞が、ショウジョウバエ由来の細胞であってもよい。 In the above odor detection system, the insect cells may be cells derived from Drosophila.
上記の匂い検出システムにおいて、昆虫細胞が、Drosophila S2細胞であってもよい。 In the above odor detection system, the insect cell may be a Drosophila S2 cell.
上記の匂い検出システムにおいて、昆虫細胞が、イオン濃度に応じて蛍光強度が変化する蛍光タンパク質を発現していてもよい。 In the above odor detection system, insect cells may express a fluorescent protein whose fluorescence intensity changes according to the ion concentration.
上記の匂い検出システムにおいて、トランジスターが、電界効果トランジスターであってもよい。 In the above odor detection system, the transistor may be a field effect transistor.
上記の匂い検出システムにおいて、ゲート電極が、伸長ゲート電極であってもよい。 In the above odor detection system, the gate electrode may be an extension gate electrode.
上記の匂い検出システムにおいて、ゲート電極の表面に、アルミニウム又は酸化アルミニウムが露出していてもよい。 In the above odor detection system, aluminum or aluminum oxide may be exposed on the surface of the gate electrode.
上記の匂い検出システムが、トランジスターを覆うファラデーケージをさらに備えていてもよい。 The odor detection system described above may further include a Faraday cage overlying the transistor.
上記の匂い検出システムにおいて、噴霧装置が、超音波振動によって、直径1μm以下の気泡を含む液滴を噴霧するよう構成されていてもよい。 In the above odor detection system, the spraying device may be configured to spray droplets containing bubbles having a diameter of 1 μm or less by ultrasonic vibration.
本発明によれば、気中の難水溶性有機化合物を水溶液中に溶解可能な難水溶性有機化合物の溶解システム、難水溶性有機化合物の溶解方法、及び匂い検出システムを提供可能である。 According to the present invention, it is possible to provide a system for dissolving a poorly water-soluble organic compound in an aqueous solution, a method for dissolving the poorly water-soluble organic compound, and an odor detection system.
以下に本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。ただし、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。 An embodiment of the present invention will be described below. In the description of the drawings below, the same or similar parts are represented by the same or similar reference numerals. However, the drawings are schematic. Therefore, the specific dimensions and the like should be determined in light of the following explanations. In addition, it goes without saying that the drawings include parts having different dimensional relationships and ratios from each other.
[第1実施形態]
第1実施形態に係る難水溶性有機化合物の溶解システムは、図1に示すように、気体状の難水溶性有機化合物を格納可能な容器1と、容器1内の難水溶性有機化合物を含む気体に向けて、直径1μm以下の気泡を含む液滴を噴霧する噴霧装置20と、を備え、容器1内に、難水溶性有機化合物を含む水溶液2を貯める。[First Embodiment]
As shown in FIG. 1, the system for dissolving a poorly water-soluble organic compound according to the first embodiment includes a
容器1は、例えば、ガラス及び樹脂等の透明材料からなっていてもよいし、不透明材料からなっていてもよい。容器1には、例えば、円筒形であるが、特に限定されない。容器1の底上には、難水溶性有機化合物を溶解させるための水溶液2が入れられる。水溶液2は、例えば、緩衝液、培養液、及び香料の溶媒であるが、特に限定されない。また、本開示においては、水溶液2は、水及び純水を含む。
The
有機化合物の水溶性を表す指標の例としては、分配係数が挙げられる。分配係数は、有機化合物が、水と、1−オクタノール等の有機溶媒と、の二相に溶解したときの、それぞれの相における有機化合物の濃度比から得られる値であり、下記(1)式で与えられる。
LogP=Log10(CO/CW) (1)
ここで、LogPは分配係数を、COは有機溶媒相における有機化合物の濃度を、CWは水相における有機化合物の濃度を表す。分配係数が高いほど有機化合物は脂溶性であり、水溶性が低い。本開示では、例えば分配係数が2.0以上の有機化合物を難水溶性化合物という。難水溶性有機化合物は、例えば、匂い物質である。あるいは、難水溶性有機化合物の他の例としては、アルコール、アルデヒド、ケトン、アミン、テルペン、芳香族化合物、エステル、酸、炭化水素、エーテル、ラクトン、アミド、及びラクタム等が挙げられる。容器1内に導入される難水溶性有機化合物を含む気体は、例えば空気であるが、特に限定されない。容器1には、例えば、水溶液2及び難水溶性有機化合物を含む気体を導入するための導入口が設けられている。しかし、例えば、水溶液2及び難水溶性有機化合物を含む気体を容器1内に導入した後、導入口は密閉される。したがって、容器1は、密閉可能である。An example of an index showing the water solubility of an organic compound is a partition coefficient. The partition coefficient is a value obtained from the concentration ratio of the organic compound in each phase when the organic compound is dissolved in two phases of water and an organic solvent such as 1-octanol, and is obtained by the following equation (1). Given in.
LogP = Log 10 ( CO / C W ) (1)
Here, Log P represents the partition coefficient, CO represents the concentration of the organic compound in the organic solvent phase, and C W represents the concentration of the organic compound in the aqueous phase. The higher the partition coefficient, the more lipophilic the organic compound is and the lower the water solubility. In the present disclosure, for example, an organic compound having a partition coefficient of 2.0 or more is referred to as a poorly water-soluble compound. The poorly water-soluble organic compound is, for example, an odorant. Alternatively, other examples of poorly water-soluble organic compounds include alcohols, aldehydes, ketones, amines, terpenes, aromatic compounds, esters, acids, hydrocarbons, ethers, lactones, amides, lactams and the like. The gas containing the poorly water-soluble organic compound introduced into the
噴霧装置20は、例えば、容器1の上面又は側面に設けられる。噴霧装置20は、例えば、スプレーノズルと、スプレーノズルに超音波を与えるピエゾと、を備える。超音波振動により、スプレーノズルに供給される液体から、直径1μm以下の気泡を含む液滴が生成される。超音波による噴霧は、加圧が不要かつ少量の送液で動作可能であり、低消費電力で小型化にも有用である。しかし、噴霧方法は超音波以外によっても可能である。噴霧装置20は、直径1μm以下の気泡を含む液滴を噴霧可能であれば、特に限定されない。液滴は、例えば、水溶液2と組成が同じである。図2に示す液滴に含まれる直径1μm以下の気泡は、ウルトラファインバブルとも呼ばれる。気泡の直径は、例えば、10nm以上、20nm以上、あるいは30nm以上である。また、気泡の直径は、例えば、700nm以下、800nm以下、あるいは900nm以下である。気泡の直径は、100nm以上200nm以下であってもよい。
The spraying
図1に示す噴霧装置20が噴霧した液滴は、重力に従って水溶液2に向かって落下する。水溶液2に落下した液滴に含まれていた直径1μm以下の気泡は、水溶液2中に拡散する。直径1μm以下の気泡は、液滴中においても、水溶液2中においても、目視することは不可能である。気泡を含む前の水溶液2が無色透明であれば、直径1μm以下の気泡を含ませても、水溶液2は無色透明のままである。ただし、直径1μm以下の気泡は、液中粒子観察装置で観察可能である。液中粒子観察装置としては、例えば、ナノサイトLM10(Malvern Instruments Limited)が使用可能である。
The droplets sprayed by the spraying
直径1μm以下の気泡の表面は、通常、負の電荷を帯びている。そのため、気泡どうしの凝集が生じにくい。また、直径1μm以下の気泡の浮力は極めて小さいため、直径1μm以下の気泡は水溶液2の表面まで浮上せずに、水溶液2内でブラウン運動し、水溶液2中に長く留まる傾向にある。
The surface of a bubble having a diameter of 1 μm or less is usually negatively charged. Therefore, agglutination between bubbles is unlikely to occur. Further, since the buoyancy of bubbles having a diameter of 1 μm or less is extremely small, the bubbles having a diameter of 1 μm or less tend not to float to the surface of the
原理は必ずしも明らかではないが、直径1μm以下の気泡を内包する液滴を噴霧すると、液滴の周囲に存在する気体に含まれる匂い物質等の難水溶性有機化合物の水溶液2への効率的な溶解が促進される。理論に拘束されるものではないが、直径1μm以下の気泡を含む液滴を噴霧することにより、気体と液体の界面が増大し、気体に含まれる難水溶性有機化合物の水溶液2への効率的な溶解が促進されると考えることができる。
Although the principle is not always clear, spraying a droplet containing bubbles having a diameter of 1 μm or less is efficient for the
実施形態に係る難水溶性有機化合物の溶解システムは、容器1の底上に貯められた水溶液2を吸引し、噴霧装置20に送る吸引装置30をさらに備える。吸引装置30は、例えば、容器1の側壁に接続された管31を介して、容器1内の水溶液2を吸引する。また、吸引装置30は、噴霧装置20に接続された管32を介して、水溶液2を噴霧装置20に送る。この場合、噴霧装置20は、吸引装置30から送られた水溶液2から液滴を生成する。これにより、水溶液2が、容器1内と、吸引装置30及び噴霧装置20を含む経路と、を循環する。
The solution system for the poorly water-soluble organic compound according to the embodiment further includes a
吸引装置30としては、ポンプが使用可能である。ポンプの例としては、ペリスタポンプ(登録商標)等のチューブポンプ、ローラーポンプ、及びペリスタルティックポンプが挙げられる。あるいは、ポンプの例としては、セラミックポンプが挙げられる。吸引装置30は、例えば、噴霧装置20に液体を連続的に送る。チューブポンプ、ローラーポンプ、及びペリスタルティックポンプのようにチューブを圧縮することによりチューブ内の液体を送液するポンプは、連続的な送液に適している。
A pump can be used as the
実施形態に係る難水溶性有機化合物の溶解システムは、容器1内の水溶液2を撹拌する水溶液撹拌子40と、水溶液撹拌子40を回転させるマグネティックスターラーと、をさらに備えていてもよい。容器1内の水溶液2を撹拌することにより、容器1内の気体及び水溶液2中における難水溶性有機化合物の分散が均一化される。また、水溶液2への難水溶性有機化合物の溶解が促進される。
The solution system for the poorly water-soluble organic compound according to the embodiment may further include an
実施形態に係る難水溶性有機化合物の溶解システムは、容器1内の気体中の難水溶性有機化合物が凝縮して液化しないように容器1を加熱する加熱装置3をさらに備えていてもよい。加熱装置3が、容器1を温浴する温浴槽51を備えていてもよい。容器1を加熱することにより、容器1内の気体及び水溶液2中における難水溶性有機化合物の分散が均一化される。また、水溶液2への難水溶性有機化合物の溶解が促進される。
The system for dissolving the poorly water-soluble organic compound according to the embodiment may further include a
実施形態に係る難水溶性有機化合物の溶解システムは、温浴槽51内の温浴液52を撹拌する温浴液撹拌子4をさらに備えていてもよい。温浴槽51内の温浴液52を撹拌することにより、容器1内の気体及び水溶液2中における難水溶性有機化合物の分散が均一化される。また、水溶液2への難水溶性有機化合物の溶解が促進される。
The solution system for the poorly water-soluble organic compound according to the embodiment may further include a hot
[第2実施形態]
第2実施形態に係る匂い検出システムは、図1に示す気体状の匂い物質を格納可能な容器1と、容器1内の匂い物質を含む気体に向けて、直径1μm以下の気泡を含む液滴を噴霧する噴霧装置20と、を備える難水溶性有機化合物の溶解システムと、容器1内に貯められた匂い物質を含む水溶液が供給される図3に示す匂いセンサ500と、を備える。第2実施形態に係る難水溶性有機化合物の溶解システムは、第1実施形態と同様であるので、説明は省略する。[Second Embodiment]
The odor detection system according to the second embodiment is a
匂いセンサ500は、アルミニウム又は酸化アルミニウムを含むゲート電極14を備えるトランジスター10と、ゲート電極14上に配置された嗅覚受容体を有する昆虫細胞50と、昆虫細胞50が匂いに反応した際にトランジスター10で生じる電流を検出する検出装置80と、を備える。
The
トランジスター10は、半導体基板11を備える。トランジスター10は、例えば、電界効果トランジスター(FET)であり、MOSFETであってもよい。半導体基板11内の表面近傍には、ソース電極12及びドレイン電極13が、間隔をおいて設けられている。半導体基板11のソース電極12及びドレイン電極13の間の上に、酸化絶縁膜を挟んでゲート電極14が配置されている。ゲート電極14には、伸長(Extended)ゲート電極であってもよい。
The
ゲート電極14の表面には、アルミニウム又は酸化アルミニウムが露出している。例えば、ゲート電極14は、アルミニウムからなり、表面近傍に酸化アルミニウム(Al2O3)からなる酸化膜が形成されている。表面近傍に酸化アルミニウム(Al2O3)からなる酸化膜が形成されていなくてもよい。伸長ゲート電極であるゲート電極14は、昆虫細胞50が配置される領域を有する。昆虫細胞50が配置される領域の大きさは、例えば100μm×100μmであるが、これに限定されない。ゲート電極14に配置される昆虫細胞50の数は、例えば10個以下であるが、これに限定されない。Aluminum or aluminum oxide is exposed on the surface of the
昆虫細胞50は、トランジスター10のゲート電極14上に配置されている。ゲート電極14上に昆虫細胞50を含む溶液を与え、数十分から数時間静置することにより、昆虫細胞50は、ゲート電極14に接着する。昆虫細胞50は、細胞膜に嗅覚受容体を発現している。昆虫細胞50において、嗅覚受容体は天然に発現されていてもよいし、導入遺伝子によって発現されていてもよい。
The
昆虫細胞は、ヨトウガ(Spodoptera frugiperda)及びイラクサギンウワバ(Trichoplusia ni)等のガ由来の細胞であってもよい。ヨトウガ由来の細胞の例としては、Sf21及びSf9が挙げられる。Sf21細胞は、卵巣細胞由来である。Sf21細胞は、無限分裂し、導入した遺伝子を永続的に発現する安定発現系統を樹立することが可能である。また、Sf21細胞は、18℃から40℃の広い温度範囲で生存可能であり、培養液のpHを調整するための二酸化炭素も不要である。Sf21細胞は、本来、嗅覚受容体を有しないが、嗅覚受容体の遺伝子を導入することにより、嗅覚受容体を発現させることが可能である。Sf9細胞は、Sf21のクローンである。イラクサギンウワバ由来の細胞の例としては、High Five及びTniが挙げられる。Tni由来細胞は、卵巣細胞由来である。 Insect cells may be cells derived from moths such as Spodoptera frugiperda and Cabbage looper (Trichoplusia ni). Examples of cells derived from Spodoptera frugiperda include Sf21 and Sf9. Sf21 cells are derived from ovarian cells. Sf21 cells can divide infinitely and establish a stable expression line that permanently expresses the introduced gene. In addition, Sf21 cells can survive in a wide temperature range of 18 ° C to 40 ° C and do not require carbon dioxide to adjust the pH of the culture medium. Originally, Sf21 cells do not have an olfactory receptor, but it is possible to express an olfactory receptor by introducing an olfactory receptor gene. Sf9 cells are clones of Sf21. Examples of cells derived from the cabbage looper include High Five and Tni. Tni-derived cells are derived from ovarian cells.
あるいは、昆虫細胞は、ショウジョウバエ由来の細胞であってもよい。ショウジョウバエ由来の細胞の例としては、Drosophila S2細胞が挙げられる。 Alternatively, the insect cell may be a cell derived from Drosophila. Examples of Drosophila-derived cells include Drosophila S2 cells.
嗅覚受容体は、Gタンパク質共役型受容体であってもよいし、イオンチャンネル型受容体であってもよい。イオンチャネル型受容体は、匂い物質であるリガンドと相互作用する部位と、イオンが流入する部位と、を有する。昆虫細胞50のイオンチャンネル型受容体がリガンドと結合すると、昆虫細胞50内にナトリウムイオンやカルシウムイオン等の陽イオンが流入する。昆虫細胞50において、イオンの流入は、リガンドの結合から数10ミリ秒程度で生じ得る。流入するイオンの量は多く、1個のリガンドの結合に対し、細胞内に流入するイオンの量は107個ともいわれている。The olfactory receptor may be a G protein-coupled receptor or an ion channel receptor. The ion channel type receptor has a site that interacts with a ligand that is an odorant and a site through which ions flow. When the ion channel type receptor of the
一般に、特定の種類の嗅覚受容体は、特定の匂い物質に対する特異性を有する。昆虫細胞50において、1種類の匂い物質に対応する1種類の嗅覚受容体のみを発現させてもよいし、複数種類の匂い物質に対応する複数種類の嗅覚受容体を発現させてもよい。また、発現させる嗅覚受容体の量を調整して、匂いセンサの検出感度を調整してもよい。
In general, certain types of olfactory receptors have specificity for certain odorants. In the
嗅覚受容体の例としては、カイコガの性フェロモンであるボンビコール(Bombykol)の受容体であるBmOR1、カイコガの性フェロモンであるボンビカール(Bombykal)の受容体であるBmOR3、ショウジョウバエの受容体であって、カビ臭である1−octen−3−olの受容体であるOr13a、ショウジョウバエの受容体であって、カビ臭であるgeosminの受容体であるOr56a、キイロショウジョウバエの一般臭受容体であるOr85b、及びコナガの性フェロモン受容体であるPxOR1が挙げられるが、これらに限定されない。 Examples of olfactory receptors are BmOR1, which is a receptor for Bombycol, which is a sex pheromone of Kaikoga, BmOR3, which is a receptor for Bombykal, which is a sex pheromone of Kaikoga, and a receptor for Drosophila. Or13a, which is a receptor for 1-octen-3-ol, which has a musty odor, Or56a, which is a receptor for geosmin, which is a moldy odor, and Or85b, which is a general odor receptor for yellowtail flies. And PxOR1, which is the sex pheromone receptor of Konaga, but is not limited thereto.
遺伝子工学的に嗅覚受容体を昆虫細胞50に発現させる場合は、例えば、嗅覚受容体をコードする遺伝子をベクターに組み込み、構築されたベクターを宿主細胞にトランスフェクトさせる。嗅覚受容体をコードする遺伝子は、例えば、昆虫の嗅覚器官からmRNAを抽出し、cDNAを合成して単離することができる。単離されたcDNAから、PCRプライマーを用いて、嗅覚受容体をコードする遺伝子の一部をPCR法にて増幅することが可能である。
When the olfactory receptor is expressed in the
嗅覚受容体をコードする遺伝子の一部は、合成した二本鎖cDNAを適当なベクターに組み込み、当該ベクターを用いて大腸菌等を形質転換してcDNAライブラリーを作製することによっても取得することができる。cDNAは、制限酵素とリガーゼを用いる通常の方法、例えば、得られたcDNAを制限酵素で切断し、ベクターDNAの制限酵素部位に挿入してベクターに連結する方法によって、ベクターに組込むことができる。 A part of the gene encoding the olfactory receptor can also be obtained by incorporating the synthesized double-stranded cDNA into an appropriate vector and transforming Escherichia coli or the like with the vector to prepare a cDNA library. it can. The cDNA can be incorporated into a vector by a usual method using a restriction enzyme and a ligase, for example, by cutting the obtained cDNA with a restriction enzyme, inserting it into the restriction enzyme site of the vector DNA, and ligating it to the vector.
昆虫細胞50において、嗅覚受容体とともに蛍光タンパク質が発現されていてもよい。例えば昆虫細胞50において、イオンチャンネル型嗅覚受容体に匂い物質が結合すると、昆虫細胞50内にカルシウムイオン等のイオンが流れる。したがって、イオンに応じて蛍光強度が変化する蛍光タンパク質を発現させる遺伝子を昆虫細胞50に導入することにより、蛍光強度の変化からも、昆虫細胞50が匂い物質を検出しているか否かを確認することが可能となる。蛍光タンパク質の例としては、GCaMP3、GCaMP6s及びエクオリンが挙げられる。
In the
実施形態に係る匂いセンサのゲート電極14の少なくとも一部は、チャンバー60中に配置される。チャンバー60には、検出対象となる匂い物質を含む可能性がある水溶液70が入れられる。水溶液70は、昆虫細胞50の生存に必要な物質を適宜含んでいてもよい。また、チャンバー60内には、水溶液70と接触するように、参照電極15が配置される。
At least a part of the
チャンバー60には、匂い物質を含む可能性のある水溶液をチャンバー60内に送り込むための導入口と、チャンバー60内の水溶液を排出するための排出口と、が設けられていてもよい。チャンバー60の導入口には、水溶液をチャンバー60内に送り込むための導入ポンプが接続される。また、チャンバー60の排出口には、水溶液をチャンバー60から排出するための排出ポンプが接続される。導入ポンプ及び排出ポンプとしては、例えば定量送液ポンプが使用可能である。
The
水溶液70に、昆虫細胞50が有する嗅覚受容体に対応する匂い物質が存在する場合、昆虫細胞50が匂い物質に反応してゲート電極14のゲート電位が変位し、ソース電極12及びドレイン電極13の間を流れるドレイン電流に変調が生じる。したがって、トランジスター10のドレイン電流の変調を検出することによって、匂い物質の存在を検出することが可能である。
When the odorant corresponding to the olfactory receptor of the
検出装置80は、例えば、トランジスター10のソース電極12、ドレイン電極13、バックゲート16、及び参照電極15に接続されており、トランジスター10のドレイン電流の変調を検出する。検出装置80としては、ソースメジャーユニット(SMU)等が使用可能である。検出装置80には、検出された電流を分析したり、ディスプレイに表示したりするためのコンピュータシステム300が接続されていてもよい。
The
昆虫細胞50が匂い物質に反応してゲート電極14のゲート電位が変位する理由としては、昆虫細胞50が匂い物質に反応すると、昆虫細胞50において内向きのイオン流が生じるためと考えられるが、当該理論に拘束されるものではない。
The reason why the gate potential of the
実施形態に係る匂いセンサをアレイ状に配置し、個々の匂いセンサの細胞に異なる嗅覚受容体を発現させることにより、異なる匂い物質を検出することも可能である。 It is also possible to detect different odorants by arranging the odor sensors according to the embodiment in an array and expressing different olfactory receptors in the cells of each odor sensor.
実施形態に係る匂いセンサは、トランジスター10を覆うファラデーケージを備えていてもよい。ファラデーケージは、電場からトランジスター10を遮蔽するため、匂いセンサにおけるドレイン電流のノイズを低下させることが可能である。
The odor sensor according to the embodiment may include a Faraday cage covering the
従来、アルミニウム及び酸化アルミニウムは、細胞にとって有害と考えられていた。そのため、従来、トランジスターと細胞とを組み合わせた匂いセンサを製造する際には、トランジスターの電極を金で形成したり、生体適合物質でコーティングしたりして、その上に細胞を配置していた。しかし、これらの手法は、コストがかかる。これに対し、本発明者らは、鋭意研究の末、昆虫細胞は、アルミニウム又は酸化アルミニウムが表出する電極の上に配置されても、アルミニウム又は酸化アルミニウムによってダメージを受けず、長期にわたって生存可能であることを見出した。したがって、実施形態によれば、例えば商用のCMOSファウンドリなどを利用して、高信頼性かつコストの低い匂いセンサを提供可能である。 Traditionally, aluminum and aluminum oxide have been considered harmful to cells. Therefore, conventionally, when manufacturing an odor sensor that combines a transistor and a cell, the electrode of the transistor is formed of gold or coated with a biocompatible substance, and the cell is arranged on the electrode. However, these methods are costly. On the other hand, after diligent research, we have studied that insect cells can survive for a long period of time without being damaged by aluminum or aluminum oxide even if they are placed on the electrodes where aluminum or aluminum oxide is exposed. I found that. Therefore, according to the embodiment, it is possible to provide a highly reliable and low-cost odor sensor by using, for example, a commercial CMOS foundry.
アルミニウム又は酸化アルミニウムを含むゲート電極14上で、昆虫細胞50は、例えば5日以上生存可能である。
On the
実施形態に係る匂いセンサは、使用後、洗浄することにより、トランジスター10の部分を繰り返し再使用することが可能である。洗浄方法としては、例えば、トランジスター10の表面に、市販の洗剤を滴下すればよい。
The odor sensor according to the embodiment can be repeatedly reused in the portion of the
[実施例1]
図4に示すような難水溶性有機化合物の溶解システムを用意した。500mLビーカー110内に、ガラス製の液体匂い物質容器201を配置し、液体匂い物質容器201の中に、液体の匂い物質である1−octen−3−ol(シグマアルドリッチ、含量98%)を1mL入れた。1−octen−3−olは、カビの匂い、キノコの匂い、及び人の汗に含まれる匂いをなす。1−octen−3−olの化学式は、図5に示すとおりである。1−octen−3−olは、難水溶性の有機化合物であり、従来、水に液状の1−octen−3−olを攪拌したときの溶解量は、25℃で、2.6g/Lであると報告されている。また、1−octen−3−olのCLogPは、2.6である。なお、CLogPとは、コンピューターで予測されたLogPである。[Example 1]
A dissolution system for a poorly water-soluble organic compound as shown in FIG. 4 was prepared. A glass
図4に示す液体匂い物質容器201は、蓋を備えるが、蓋をしても揮発した匂い物質が容器内外を連通可能な構造を有していた。ビーカー110内には、撹拌子140を入れた。ビーカー110は蓋112で密閉した。
The liquid
蓋112には、ビーカー110内に直径1μm以下の気泡を含む液滴を噴霧できるアトマイザー120(Sonaer Inc.)を配置した。また、蓋112を貫通し、ビーカー110内の蒸留水111を吸引するための管131を設け、管131をセラミックポンプ130(CPA−2、アズワン)の吸引口に接続した。さらに、セラミックポンプ130の排出口とアトマイザー120の液体供給口を接続する管132を配置した。
On the
内部に水である温浴液152を入れた温浴槽151内にビーカー110を入れた。また、温浴液152に、撹拌子160を入れた。温浴槽151は、温度フィードバック機能を備えるホットマグネットスターラー153(CMAGHS100デジタル、IKA)上に配置した。室温は21.5℃であった。
The
温度フィードバック機能を備えるホットマグネットスターラー153で温浴液152を30℃に保った。その状態で30分間放置し、液体匂い物質容器201内の液体状の1−octen−3−olをビーカー110内に揮発させた。次に、蓋112に設けられたシリンジ210によって液体匂い物質容器201が沈まない量である50mLの蒸留水をビーカー110に入れ、撹拌子140、160を回転させた後、セラミックポンプ130を駆動して、約13mL/分の流量でビーカー110内の蒸留水111を吸引し、アトマイザー120に供給して、アトマイザー120から直径1μm以下の気泡を含む液滴を噴霧した。
The
液滴の噴霧を開始してから、蓋112に設けられたガスタイトシリンジ220(1002LTN、ハミルトン)でビーカー110内の気体を1mL吸引し、吸引した気体をガスクロマトグラフィー装置(GC−2010、島津製作所)で分析して、吸引した気体に含まれる1−octen−3−olの濃度を計測した。その結果、図6に示すように、気体中の1−octen−3−olの濃度は、時間を経過するごとに減少していることが確認された。このことは、時間を経過するごとに、ビーカー110内に揮発した1−octen−3−olが、蒸留水111に溶解していったことを示している。
After starting the spraying of the droplets, 1 mL of the gas in the
また、シリンジ210で、ビーカー110内の蒸留水111に1−octen−3−olが溶解した水溶液を吸引し、吸引した水溶液をガスクロマトグラフィー装置(GC−2010、島津製作所)で分析して、吸引した水溶液に含まれる1−octen−3−olの濃度を計測した。その結果、図7に示すように、開始1分後で、水溶液における1−octen−3−olの濃度が平均39μmol/Lに達し、その後、時間が経過するごとに、水溶液における1−octen−3−olの濃度が上昇していることが確認された。図8に示すように、水溶液への1−octen−3−olの溶解率は、直径1μm以下の気泡を含む液滴の噴霧開始30分後には、20%近くに達した。
Further, the aqueous solution in which 1-octen-3-ol was dissolved was sucked into the distilled
[比較例1]
図4に示す撹拌子140、160を入れず、温浴槽151とホットマグネットスターラー153の代わりに温度フィードバックつき恒温水槽(サーマックス、アズワン)を使用し、セラミックポンプ130及びアトマイザー120を停止した以外は、実施例1と同様に、蒸留水111に1−octen−3−olを溶解させ、水溶液に含まれる1−octen−3−olの濃度を計測した。ビーカー内に設置した容器には2mLの液体1−octen−3−olを入れた。室温は26℃であった。その結果、図7に示すように、水溶液における1−octen−3−olの濃度は、最初の5分間はガスクロマトグラフィー装置によって検出されなかった。10分経過後から水溶液における1−octen−3−olの濃度は上昇したが、実施例1と比較して低かった。図8に示すように、水溶液への1−octen−3−olの溶解率は、直径1μm以下の気泡を含む液滴の噴霧開始30分後でも、実施例1と比較して低かった。[Comparative Example 1]
Except that the
[実施例2]
1μLの1−octen−3−ol(シグマアルドリッチ、含量98%)を999μLの蒸留水に溶解し、ボルテックスミキサーで撹拌して、希釈した匂い物質溶液を1mL用意した。希釈した匂い物質溶液を図4に示す液体匂い物質容器201に入れた。この点と、室温が23℃であること以外は、実施例1と同様に、蒸留水111に1−octen−3−olを溶解させ、水溶液に含まれる1−octen−3−olの濃度を計測した。その結果、図9に示すように、気体中の1−octen−3−olの濃度は、時間を経過するごとに減少していることが確認された。また、平均1.7ppmの気体状の1−octen−3−olがビーカー110内に存在する場合、図10に示すように、直径1μm以下の気泡を含む液滴の噴霧開始20分後に、水溶液中に平均10μmol/Lの1−octen−3−olが溶解したことが確認された。このことは、気体中の匂い物質の濃度が低くても、水溶液に匂い物質を溶解させることができたことを示している。[Example 2]
1 μL of 1-octen-3-ol (Sigma-Aldrich, 98% content) was dissolved in 999 μL of distilled water and stirred with a vortex mixer to prepare 1 mL of a diluted odorant solution. The diluted odorant solution was placed in the
[実施例3]
実施例1で示した難水溶性有機化合物の溶解システムを用いて、蒸留水に1−octen−3−olを溶解させて、匂い物質溶液を得た。ガスクロマトグラフィー装置(GC−2010、島津製作所)で分析したところ、匂い物質を溶解させた直後の匂い物質溶液における1−octen−3−olの濃度は、図11及び図12に示すように、418μmol/Lであった。また、匂い物質溶液をバイアルに入れて4℃で保管したところ、2か月及び6か月経過後においても、匂い物質溶液における1−octen−3−olの濃度は高かった。[Example 3]
Using the poorly water-soluble organic compound dissolution system shown in Example 1, 1-octen-3-ol was dissolved in distilled water to obtain an odorant solution. Analysis with a gas chromatograph (GC-2010, Shimadzu Corporation) revealed that the concentration of 1-octen-3-ol in the odorant solution immediately after the odorant was dissolved was as shown in FIGS. 11 and 12. It was 418 μmol / L. Moreover, when the odorant solution was placed in a vial and stored at 4 ° C., the concentration of 1-octen-3-ol in the odorant solution was high even after 2 months and 6 months had passed.
[実施例4]
図4に示す撹拌子140、160を入れず、温浴槽151とホットマグネットスターラー153の代わりに温度フィードバックつき恒温水槽(サーマックス、アズワン)を使用し、室温が30.5℃であった以外は、実施例1と同様に、セラミックポンプを用いて蒸留水111をアトマイザー120に供給し、蒸留水111に1−octen−3−olを溶解させた。また、撹拌子140、160を入れず、温浴槽151とホットマグネットスターラー153の代わりに温度フィードバックつき恒温水槽(サーマックス、アズワン)を使用し、室温が30.0℃であり、セラミックポンプの代わりに流量が17mL/分であるペリスタポンプ(登録商標、AC−2120ペリスタ・バイオミニポンプ、アトー)を用いた以外は、実施例1と同様に、蒸留水111に1−octen−3−olを溶解させた。その結果、図13及び図14に示すように、非連続的に蒸留水111をアトマイザー120に供給するセラミックポンプよりも、連続的に蒸留水111をアトマイザー120に供給するペリスタポンプを用いたほうが、1−octen−3−olを蒸留水111中に効率的に溶解させることができた。[Example 4]
A constant temperature water tank with temperature feedback (Thermax, AS ONE) was used instead of the
[実施例5]
333μLの3−octanone(シグマアルドリッチ、含量98%以上)、333μLの3−octanol(シグマアルドリッチ、含量99%)、333μLの1−octen−3−ol(シグマアルドリッチ、含量98%)を図4に示す液体匂い物質容器201に入れ、合計999μLの匂い物質混合溶液を用意した。この点と、室温が30.5℃であること以外は、実施例1と同様に、蒸留水111に3種類の匂い物質を溶解させ、水溶液に含まれる各匂い物質の濃度を計測した。装置作動前の気体中の匂い物質濃度は3−octanoneが14.7ppmと最も高く、3−octanolは2.2ppm、1−octen−3−olは2.7ppmであった。その結果、図15に示すように、気体中の匂い物質の濃度は、時間を経過するごとに減少していることが確認された。また、図16に示すように、全ての匂い物質が装置作動後1分で水溶液中に溶解され、時間を経過するごとに濃度が増加することが確認された。水溶液中への溶解濃度は、揮発量の大きい3−octanoneが最も高く、揮発量が同程度であった3−octanolと1−octen−3−olは溶解濃度も同程度であることが確認された。このことは、脂肪族不飽和アルコールの1−octen−3−olのみならず、脂肪族ケトンの3−octanone、脂肪族飽和アルコールの3−octanolも水溶液中に短時間で溶解できることを示している。また、多種の匂い物質を、気中に存在する比率を維持したまま水溶液に溶解させることを示している。[Example 5]
333 μL 3-octanone (sigma-aldrich, content 98% or more), 333 μL 3-octanol (sigma-aldrich, content 99%), 333 μL 1-octen-3-ol (sigma-aldrich, content 98%) in FIG. A total of 999 μL of the odorant mixed solution was prepared in the
[実施例6]
超音波スプレーノズルから噴霧される液滴に含有される気泡の量が多いほど、気体状の匂い物質のより効率的な溶解に有利であると予想される。そこで、ノズル先端と水溶液の液面までの距離の違いによって、液滴に含有される気泡の量を調査した。漏斗とガラスビン、200mLビーカー、500mLビーカーを用いて、ノズル先端と水溶液の液面までの距離を、0mm、3.8mm、11.7mmと3段階に変化させて噴霧を行った。噴霧時には、図4に示すセラミックポンプ130を用いて水溶液を灌流した。このとき温浴槽151は使用せず、室温は23℃であった。また、撹拌子による水溶液の撹拌が、水溶液中に存在する気泡の量に与える影響についても検証した。撹拌子による撹拌にはホットマグネットスターラー153を用いた。全ての実験でセラミックポンプ130は実施例1と同程度の流量で5分間駆動し、蒸留水は50mLで室温は約23℃であった。ナノサイトによる分析の結果、図17に示すように、ノズル先端と水溶液の液面までの距離を0mmとして撹拌した場合には、8.7×108粒子数/mLの粒子が確認された。撹拌がない場合には15.7×108粒子数/mLの粒子が確認された。水溶液の液面までの距離を3.8mmとして撹拌した場合には、2.3×108粒子数/mLの粒子が確認された。撹拌がない場合には0.4×108粒子数/mLの粒子が確認された。水溶液の液面までの距離を11.7mmとして撹拌した場合には、1.3×108粒子数/mLの粒子が確認された。撹拌がない場合には0.9×108粒子数/mLの粒子が確認された。このことは、ノズル先端と水溶液の水面までの距離が近い方が、水溶液中により多くの気泡を生成できることを示唆している。また、装置全体を小型化しても水溶液中に多量の気泡を生成できることを示唆している。さらに、撹拌を行うことが、水溶液中の気泡量を増加させることを示している。また、アトマイザー120を用いることで、数センチ角のサイズであるにもかかわらず、109オーダーの極めて多量の気泡を生成することが可能であり、小型かつ低消費電力の匂いセンサの構築に有用であることが示された。[Example 6]
It is expected that the larger the amount of air bubbles contained in the droplets sprayed from the ultrasonic spray nozzle, the more efficient the dissolution of the gaseous odorant. Therefore, the amount of air bubbles contained in the droplet was investigated based on the difference in the distance between the tip of the nozzle and the liquid surface of the aqueous solution. Using a funnel, a glass bottle, a 200 mL beaker, and a 500 mL beaker, the distance between the tip of the nozzle and the liquid level of the aqueous solution was changed in three stages of 0 mm, 3.8 mm, and 11.7 mm for spraying. At the time of spraying, the aqueous solution was perfused using the
[実施例7]
リポフェクション法により、Or13a受容体及び共受容体DmOrcoを発現しているSf21細胞を得た。Or13a受容体は、1−octen−3−olに反応する嗅覚受容体である。Sf21細胞は、1日間から3日間継代した。その後、セルカウンターを用いて、Sf21細胞の濃度が1.0×106cells/mLから1.5×106cells/mLとなるよう調整し、Sf21細胞をシャーレに接着させた。[Example 7]
By the lipofection method, Sf21 cells expressing Or13a receptor and co-receptor DmOrco were obtained. The Or13a receptor is an olfactory receptor that responds to 1-octen-3-ol. Sf21 cells were passaged for 1 to 3 days. Then, using a cell counter, the concentration of Sf21 cells was adjusted from 1.0 × 10 6 cells / mL to 1.5 × 10 6 cells / mL, and the Sf21 cells were adhered to the petri dish.
室温が25.5℃であり、液体匂い物質容器201の中の1−octen−3−olの量が2mLであり、撹拌子140、160を入れず、温度フィードバックつき恒温水槽(サーマックス、アズワン)を使用した以外は実施例1と同じ方法により、蒸留水111に1−octen−3−olを溶解させた。
The room temperature is 25.5 ° C., the amount of 1-octen-3-ol in the
1−octen−3−olが溶解している水溶液をガスクロマトグラフィー装置(GC−2010、島津製作所)で分析し、水溶液における1−octen−3−olの濃度を決定した。決定した濃度に基づき、1−octen−3−olが溶解している水溶液をアッセイバッファー溶液で希釈して、1−octen−3−olの濃度が1μmol/L、3μmol/L、10μmol/L、及び30μmol/Lの水溶液をサンプルとして用意した。アッセイバッファーの組成は、140mmol/L NaCl、5.6mmol/L KCl、 4.5mmol/L CaCl2、11.26mmol/L MgCl2、11.32mmol/L MgSO4、9.4mmol/L D−glucose、及び5mmol/L HEPESであり、アッセイバッファーのpHは7.2であった。The aqueous solution in which 1-octen-3-ol was dissolved was analyzed by a gas chromatograph (GC-2010, Shimadzu Corporation) to determine the concentration of 1-octen-3-ol in the aqueous solution. Based on the determined concentration, the aqueous solution in which 1-octen-3-ol is dissolved is diluted with an assay buffer solution so that the concentration of 1-octen-3-ol is 1 μmol / L, 3 μmol / L, 10 μmol / L, And a 30 μmol / L aqueous solution was prepared as a sample. The composition of the assay buffer is 140 mmol / L NaCl, 5.6 mmol / L KCl, 4.5 mmol / L CaCl 2 , 11.26 mmol / L MgCl 2 , 11.32 mmol / L sulfonyl 4 , 9.4 mmol / L D-glucose. , And 5 mmol / L HEPES, and the pH of the assay buffer was 7.2.
また、有機溶媒であるジメチルスルホキシド(DMSO)を用いて、1−octen−3−olの濃度が1μmol/L、3μmol/L、10μmol/L、及び30μmol/Lである刺激液を比較サンプルとして用意した。 Further, using dimethyl sulfoxide (DMSO) as an organic solvent, a stimulus solution having a 1-octen-3-ol concentration of 1 μmol / L, 3 μmol / L, 10 μmol / L, and 30 μmol / L was prepared as a comparative sample. did.
図4に示す撹拌子140、160をビーカー110内及び温浴液152内に入れず、温浴槽151とホットマグネットスターラー153の代わりに温度フィードバックつき恒温水槽(サーマックス、アズワン)を使用し、液体匂い物質容器201の中の1−octen−3−olの量が2mLであり、室温が25.5℃であった以外は実施例1と同様にビーカー110に50mLの蒸留水を入れて溶解したサンプルを調製して11日後、Sf21細胞を接着したシャーレに1.5mL/分でアッセイバッファーを灌流しながら、灌流液にサンプルを加えたところ、図18に示すように、1−octen−3−olの濃度に応じた強度の蛍光応答が観察された。灌流液に比較サンプルを加えた場合も、1−octen−3−olの濃度に応じた強度の蛍光応答が観察された。ここで、△F/F0はベースラインからの蛍光強度変化を示す。また、図19に示すように、サンプルを加えた場合の蛍光強度と、比較サンプルを加えた場合の蛍光強度と、の間には、有意差は確認されなかった。
The
[実施例8]
スパッタリング装置によって、シリコン基板の表面に膜厚500nmのアルミニウム膜を形成し、アルミニウム基板を得た。また、嗅覚受容体を導入していない、ワイルドタイプのSf21細胞を用意した。[Example 8]
An aluminum film having a film thickness of 500 nm was formed on the surface of the silicon substrate by a sputtering apparatus to obtain an aluminum substrate. In addition, wild-type Sf21 cells into which no olfactory receptor has been introduced were prepared.
図20に示すように、Sf21細胞をアルミニウム基板上に播種してから5日間、毎日、アルミニウム基板上のSf21細胞の生死判定を行った。生死判定には、トリパンブルー(和光純薬)を用いた色素排除試験法を用いた。色素排除試験法によれば、死細胞は色素によって青く染色されるため、顕微鏡観察により、生存細胞の割合を求めることが可能である。 As shown in FIG. 20, the life or death of Sf21 cells on the aluminum substrate was determined every day for 5 days after the Sf21 cells were seeded on the aluminum substrate. A dye exclusion test method using trypan blue (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used to determine life or death. According to the dye exclusion test method, dead cells are stained blue by the dye, so that the proportion of viable cells can be determined by microscopic observation.
その結果、図21に示すように、5日間にわたって、97%以上のSf21細胞が、アルミニウム基板上で生存していることが確認された。さらに、図20に示した顕微鏡観察の結果から、Sf21細胞は、アルミニウム基板上でも成長し、細胞密度が増加したことが確認された。 As a result, as shown in FIG. 21, it was confirmed that 97% or more of Sf21 cells survived on the aluminum substrate over 5 days. Furthermore, from the results of the microscopic observation shown in FIG. 20, it was confirmed that the Sf21 cells also grew on the aluminum substrate and the cell density increased.
次に、ヒト胎児腎由来のHEK293T細胞を用意した。図22に示すように、HEK293T細胞をアルミニウム基板上に播種してから5日間、毎日、アルミニウム基板上のHEK293T細胞の生死判定を行った。生死判定には、トリパンブルー(和光純薬)を用いた色素排除試験法を用いた。その結果、HEK293T細胞は、アルミニウム基板上では時間が経っても細胞成長が遅く、アルミニウム基板の腐食により細胞が死滅する場合も観察された。 Next, HEK293T cells derived from human fetal kidney were prepared. As shown in FIG. 22, the life or death of the HEK293T cells on the aluminum substrate was determined every day for 5 days after the HEK293T cells were seeded on the aluminum substrate. A dye exclusion test method using trypan blue (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used to determine life or death. As a result, it was observed that the HEK293T cells grew slowly on the aluminum substrate over time, and the cells died due to the corrosion of the aluminum substrate.
アルミニウム基板上におけるSf21細胞とHEK293T細胞の増加曲線を図23に示す。Sf21細胞は、アルミニウム基板上で成長することが確認された。これに対し、HEK293T細胞は、アルミニウム基板上で数が増減し、細胞数が安定しなかった。 The increase curves of Sf21 cells and HEK293T cells on the aluminum substrate are shown in FIG. 23. It was confirmed that Sf21 cells grew on an aluminum substrate. On the other hand, the number of HEK293T cells increased / decreased on the aluminum substrate, and the number of cells was not stable.
以上の結果は、昆虫細胞は、アルミニウム基板に対する適合性を有するが、哺乳類細胞は、アルミニウム基板に対する適合性を有しないことを示していた。 These results indicate that insect cells are compatible with the aluminum substrate, while mammalian cells are not compatible with the aluminum substrate.
1・・・容器、2・・・水溶液、3・・・加熱装置、4・・・温浴液撹拌子、10・・・トランジスター、11・・・半導体基板、12・・・ソース電極、13・・・ドレイン電極、14・・・ゲート電極、15・・・参照電極、16・・・バックゲート、20・・・噴霧装置、30・・・吸引装置、31・・・管、32・・・管、40・・・水溶液撹拌子、50・・・昆虫細胞、51・・・温浴槽、52・・・温浴液、60・・・チャンバー、70・・・水溶液、80・・・検出装置、110・・・ビーカー、111・・・蒸留水、112・・・蓋、120・・・アトマイザー、130・・・セラミックポンプ、131・・・管、132・・・管、140・・・撹拌子、151・・・温浴槽、152・・・温浴液、153・・・ホットマグネットスターラー、160・・・撹拌子、201・・・物質容器、210・・・シリンジ、220・・・ガスタイトシリンジ、300・・・コンピュータシステム、500・・・センサ
1 ... container, 2 ... aqueous solution, 3 ... heating device, 4 ... hot bath liquid stir bar, 10 ... transistor, 11 ... semiconductor substrate, 12 ... source electrode, 13. Drain electrode, 14 ... gate electrode, 15 ... reference electrode, 16 ... back gate, 20 ... spray device, 30 ... suction device, 31 ... tube, 32 ... Tube, 40 ... aqueous solution stir bar, 50 ... insect cells, 51 ... hot bath, 52 ... hot bath liquid, 60 ... chamber, 70 ... aqueous solution, 80 ... detection device, 110 ... beaker, 111 ... distilled water, 112 ... lid, 120 ... atomizer, 130 ... ceramic pump, 131 ... tube, 132 ... tube, 140 ... stir bar , 151 ... hot bath, 152 ... hot bath liquid, 153 ... hot magnet stirrer, 160 ... stir bar, 201 ... substance container, 210 ... syringe, 220 ... gas tight syringe , 300 ... computer system, 500 ... sensor
Claims (24)
前記容器内の前記難水溶性有機化合物を含む気体に向けて、直径1μm以下の気泡を含む液滴を噴霧する噴霧装置と、
を備え、
前記容器内に、前記難水溶性有機化合物を含む水溶液を貯める、
難水溶性有機化合物の溶解システム。A container that can store gaseous, poorly water-soluble organic compounds,
A spraying device that sprays droplets containing bubbles having a diameter of 1 μm or less toward a gas containing the poorly water-soluble organic compound in the container.
With
An aqueous solution containing the poorly water-soluble organic compound is stored in the container.
Dissolution system for poorly water-soluble organic compounds.
前記噴霧装置が、前記吸引装置から送られた水溶液から前記液滴を生成する、
請求項1に記載の難水溶性有機化合物の溶解システム。A suction device that sucks the aqueous solution stored in the container and sends it to the spray device is further provided.
The spraying device produces the droplets from the aqueous solution sent from the suction device.
The dissolution system for a poorly water-soluble organic compound according to claim 1.
前記容器内の前記難水溶性有機化合物を含む気体に向けて、直径1μm以下の気泡を含む液滴を噴霧し、前記容器内に、前記難水溶性有機化合物を含む水溶液を貯めることと、
を含む、難水溶性有機化合物の溶解方法。To store gaseous poorly water-soluble organic compounds in a container,
To spray a droplet containing bubbles having a diameter of 1 μm or less toward a gas containing the poorly water-soluble organic compound in the container, and to store an aqueous solution containing the poorly water-soluble organic compound in the container.
A method for dissolving a poorly water-soluble organic compound, including.
前記容器内の前記匂い物質を含む気体に向けて、直径1μm以下の気泡を含む液滴を噴霧する噴霧装置と、
前記容器内に貯められた前記匂い物質を含む水溶液が供給される匂いセンサと、
を備える、
匂い検出システム。A container that can store gaseous odorous substances,
A spraying device that sprays droplets containing bubbles having a diameter of 1 μm or less toward the gas containing the odorant in the container.
An odor sensor to which an aqueous solution containing the odor substance stored in the container is supplied, and
To prepare
Smell detection system.
アルミニウム又は酸化アルミニウムを含むゲート電極を備えるトランジスターと、
前記ゲート電極上に配置された嗅覚受容体を有する昆虫細胞と、
前記昆虫細胞が前記水溶液中の匂い物質に反応した際に前記トランジスターで生じる電流を検出する検出装置と、
を備える、
請求項19に記載の匂い検出システム。The odor sensor
Transistors with gate electrodes containing aluminum or aluminum oxide,
Insect cells having olfactory receptors placed on the gate electrode,
A detector that detects the current generated by the transistor when the insect cells react with the odorant in the aqueous solution.
To prepare
The odor detection system according to claim 19.
アルミニウム又は酸化アルミニウムを含むゲート電極を備えるトランジスターと、
前記トランジスター上に配置された、嗅覚受容体を有する昆虫細胞を入れるためのチャンバーと、
前記ゲート電極上の前記昆虫細胞が前記水溶液中の匂い物質に反応した際に前記トランジスターで生じる電流を検出する検出装置と、
を備える、
請求項19に記載の匂い検出システム。The odor sensor
Transistors with gate electrodes containing aluminum or aluminum oxide,
A chamber placed on the transistor for containing insect cells having an olfactory receptor,
A detection device that detects the current generated by the transistor when the insect cells on the gate electrode react with the odorous substance in the aqueous solution.
To prepare
The odor detection system according to claim 19.
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