(57)【要約】  本発明は、簡便で短時間に人工脂質膜を形成する方法およびそのような方法の実施に適した人工脂質膜の形成装置を提供することを目的とする。  具体的に、本発明の人工脂質膜形成方法は、基板と、第１スペーサと、第１薄膜と、第２スペーサと、第２薄膜と、カバーを備え、前記基板と前記第１薄膜との間には第１チャンバが備えられ、前記第１薄膜は第１貫通孔を備え、前記第１薄膜と前記第２薄膜の間には第２チャンバが備えられ、前記第２薄膜は第２貫通孔を備え、前記カバーは注入口を備え、前記方法は、前記第１チャンバへ電解液を注入する第１電解液注入工程、前記第１貫通孔または前記第２貫通孔脂質溶液を注入する脂質溶液注入工程、および前記注入口へ電解液を注入して、前記脂質溶液が注入された貫通孔の内部に人工脂質膜を形成するする第２電解液注入工程、を順に包含する。
2010023848.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人工脂質膜形成装置を用いた人工脂質膜形成方法であって、
前記装置は、
基板と、
前記基板の一端に設けられた第１スペーサと、
前記第１スペーサを介して前記基板に設けられた第１薄膜と、
前記第１薄膜の一端に設けられた第２スペーサと、
前記第２スペーサを介して前記第１薄膜に設けられた第２薄膜と、
第２薄膜の一端に設けられたカバーと
を備え、
前記基板と前記第１薄膜との間には第１チャンバが備えられ、
前記第１薄膜は両面を貫通する第１貫通孔を備え、
前記第１薄膜と前記第２薄膜との間には第２チャンバが備えられ、
前記第２薄膜は両面を貫通する第２貫通孔を備え、
前記カバーには前記第２貫通孔へ接続する注入口が備えられ、
平面視において前記第１貫通孔は前記第２貫通孔と重なり、
前記第１チャンバは、前記第１貫通孔と前記第２貫通孔を介して前記注入口に接続され、
前記方法は、
前記第１チャンバへ電解液を注入する第１電解液注入工程、
前記第２チャンバを経て、前記第１貫通孔または前記第２貫通孔の少なくとも一方へ、脂質溶液を注入する脂質溶液注入工程、および
前記注入口へ電解液を注入して、前記脂質溶液が注入された貫通孔の内部に人工脂質膜を形成する第２電解液注入工程、
を順に包含する人工脂質膜形成方法。
【請求項２】
前記第１薄膜、第１スペーサ、および前記第２薄膜は、一体的に形成されている、請求項１に記載の人工脂質膜形成方法。
【請求項３】
前記第１貫通孔は、前記第２貫通孔の断面積と同じ断面積を有する、請求項１に記載の人工脂質膜形成方法。
【請求項４】
前記注入口は、平面視において前記第１チャンバと重なり合う、請求項１に記載の人工脂質膜形成方法。
【請求項５】
前記第１チャンバの外周面は、親水性を有する、請求項１に記載の人工脂質膜形成方法。
【請求項６】
前記第２チャンバの外周面は、疎水性を有する、請求項１に記載の人工脂質膜形成方法。
【請求項７】
前記注入口の外周面は、親水性を有する、請求項１に記載の人工脂質膜形成方法。
【請求項８】
前記第１チャンバおよび前記注入口のうち少なくとも一方は、電極を備えている、請求項１に記載の人工脂質膜形成方法。
【請求項９】
前記第１チャンバおよび前記注入口のうち少なくとも一方は、センサを備えている、請求項１に記載の人工脂質膜形成方法。
【請求項１０】
前記第１電解液注入工程では、毛細管現象により前記第１チャンバへ前記電解液が注入される、請求項１に記載の人工脂質膜形成方法。
【請求項１１】
前記脂質溶液注入工程では、毛細管現象により前記第１貫通孔または前記第２貫通孔の少なくとも一方へ、前記脂質溶液が注入される、請求項１に記載の人工脂質膜形成方法。
【請求項１２】
人工脂質膜形成装置であって、
前記装置は、
基板と、
前記基板の一端に設けられた第１スペーサと、
前記第１スペーサを介して前記基板に設けられた第１薄膜と、
前記第１薄膜の一端に設けられた第２スペーサと、
前記第２スペーサを介して前記第１薄膜に設けられた第２薄膜と、
第２薄膜の一端に設けられたカバーと
を備え、
前記基板と前記第１薄膜との間には第１チャンバが備えられ、
前記第１薄膜は両面を貫通する第１貫通孔を備え、
前記第１薄膜と前記第２薄膜との間には第２チャンバが備えられ、
前記第２薄膜は両面を貫通する第２貫通孔を備え、
前記カバーには前記第２貫通孔へ接続する注入口が備えられ、
平面視において前記第１貫通孔は前記第２貫通孔と重なり、
前記第１チャンバは、前記第１貫通孔と前記第２貫通孔を介して前記注入口に接続されている、人工脂質膜形成装置。
【請求項１３】
前記第１薄膜、第１スペーサ、および前記第２薄膜は、一体的に形成されている、請求項１２に記載の人工脂質膜形成装置。
【請求項１４】
前記第１貫通孔は、前記第２貫通孔の断面積と同じ断面積を有する、請求項１２に記載の人工脂質膜形成装置。
【請求項１５】
前記注入口は、平面視において前記第１チャンバと重なり合う、請求項１２に記載の人工脂質膜形成装置。
【請求項１６】
前記第１チャンバの外周面は、親水性を有する、請求項１２に記載の人工脂質膜形成装置。
【請求項１７】
前記第２チャンバの外周面は、疎水性を有する、請求項１２に記載の人工脂質膜形成装置。
【請求項１８】
前記注入口の外周面は、親水性を有する、請求項１２に記載の人工脂質膜形成装置。
【請求項１９】
前記第１チャンバと前記注入口のうち少なくとも一方は、電極を備えている、請求項１２に記載の人工脂質膜形成装置。
【請求項２０】
前記第１チャンバと前記注入口のうち少なくとも一方は、センサを備えている、請求項１２に記載の人工脂質膜形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオンチャンネルをはじめとする膜タンパク解析に用いられる人工脂質膜の形成方法に関する。また、本発明は、そのような方法の実施に適した人工脂質膜の形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
細胞内と細胞外の間の物質輸送は膜貫通性タンパクを通じて行われる。なかでもイオンチャンネルはイオンの透過により膜電位の変化を生ずるので、神経の活動電位のような信号発生による情報伝達に重要な役割を果たすことが知られており、近年研究が盛んに進められている。【０００３】
イオンチャンネル研究を進める上で不可欠なのがパッチクランプ法と呼ばれる実験手法であり、１９７６年にＮｅｈｅｒとＳａｋｍａｎｎらによって開発された。パッチクランプ法では、まずパッチ電極と呼ばれる微小ガラス管の先端を細胞膜表面に密着させる。その先端開口部の微小膜領域を電気的に他の領域から絶縁した状態で電位固定し、微小膜領域に含まれるイオンチャンネルを通るイオン電流を計測する。この方法の開発は、チャンネルタンパク分子の機能エレメントの同定、その動作メカニズムや構造解明に役立ち、生理学研究に大きな革新をもたらした。【０００４】
しかしながら、パッチクランプ法は上述の通り生理学研究において極めて有効な方法であるにもかかわらず適用できない場合がある。例えば解剖学的にアクセスが困難な場合、すなわち細胞小器官上のチャンネルやシナプス前膜のような微小構造体上のチャンネルを解析する場合が、これに該当する。また、チャンネルの基本構造や詳細な構造機能相関研究を深めるためには単純な構成で実験を行う必要がある場合も適用できない。このときにはチャネル分子を単純な系、つまり水、塩類、リン脂質、チャンネルで構成される系で解析しなければならない。【０００５】
これらのようにパッチクランプ法を適用できない時に有効な手段として脂質平面膜法が開発された。脂質平面膜法には大きく分けて、泡吹き付け法と貼り合わせ法がある（たとえば非特許文献１）。【０００６】
図１８は、泡吹き付け法による従来の人工脂質膜の形成方法を示す。図１８において、容器１０を、テフロン（登録商標）、ポリスチレンなどの疎水性表面を有する樹脂からなる平板１１で仕切り、平板１１で仕切られた空間へ電解液１２を満たし、平板１１に開けられた微小孔１３へ、脂質溶液１４、つまり脂質分子と有機溶媒との混合液をピペット１５で塗布する。微小孔１３へ塗布された脂質溶液１４に含まれる余剰な有機溶媒は、微小孔１３の周辺縁を徐々に伝わって取り除かれる。３０分から３時間程度待てば人工脂質膜が形成される。【０００７】
人工脂質膜を形成する場合、有機溶媒は飽和炭化水素、例えばデカン、ヘキサデカン、ヘキサンなどが多く用いられる。脂質はリン脂質を用いることが多い。例えば、ジフィタノイルホスファチジルコリン、グリセロルモノオレエイトなどを用いる。【０００８】
一方、図１９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は貼り合わせ法による従来の人工脂質膜の形成方法を示す。図１９（ａ）において、容器２０は、テフロン（登録商標）、ポリスチレンなどの疎水性表面を有する樹脂からなる平板２１で、仕切られている。まず前処理として平板２１に開けた微小孔２２へ、スクアレンを塗布しておく。容器２０の一方のチャンバへ、電解液２３の液面の高さが微小孔２２下端の高さを越えない程度に、電解液２３を注入口２４から加える。次に、容器２０の上方から電解液２３へ、脂質溶液、つまり脂質分子２５と有機溶媒との混合液を滴下して数分間放置する。図１９（ａ）に示すように電解液２３の気−液界面には脂質単分子膜が形成される。脂質分子２５は親水性部と疎水性部を有しており、脂質分子２５の親水性部が電解液２３の方へ向くように配向する。【０００９】
そして図１９（ｂ）に示すように、電解液２３の液面の高さが微小孔２２上端の高さを通過するまで、電解液２３を注入口２４から加える。【００１０】
次に、容器２０のもう一方のチャンバにおいて同様の操作を行なう。すなわち、液面の高さが微小孔２２下端の高さを越えない程度に、電解液２６を注入口２７から加える。次に、容器２０の上方から電解液２６へ、脂質溶液を加えて数分間放置する。電解液２６の気−液界面には脂質単分子膜が形成される。そして電解液２６の液面の高さが微小孔２２上端の高さを通過するまで、電解液２６を注入口２７から加える。以上の操作を行なうことにより、先に微小孔２２に形成された脂質単分子膜にもう一方の脂質単分子膜が貼り合わされる。その結果、微小孔２２において人工脂質膜が形成される。【００１１】
ところが、上述の２つの方法によって安定で再現性のある人工脂質膜を形成するには、かなりの熟練を要する。より簡便な人工脂質膜を形成する方法として、ＭＥＭＳ(Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ)技術や半導体微細加工技術などを利用して小型チップ上に人工脂質膜を形成するという方法が考案された（たとえば特許文献１参照）。【００１２】
図２０は、特許文献１に記載された従来の人工脂質膜形成装置を示す。図２０において、第１の室３１と、第１の室から隔壁３２より隔離された第２の室３３とを設けられ、隔壁３２には、第１の室３１と第２の室３２とを流体的に連通する少なくとも１つの小孔３４が設けられている。図２０に示す人工脂質膜形成装置を用いて以下のように人工脂質膜が形成される。まず第１の室３１を第１水溶液で満たし、続いて第２の室３３を脂質溶液で満たす。小孔３４を介して第１水溶液と脂質溶液とを接触させる。さらに第２の室３３内にある脂質溶液を、第２水溶液へ置換することにより、小孔３４において人工脂質膜３５を形成できる。【００１３】
また、別の人工脂質膜形成装置が特許文献２に開示されている。この人工脂質膜形成装置は、脂質溶液を微細流路に導入する第３の導入口、生体関連物質などの物質を含有する第１の電解液および第２の電解液をマイクロチャンネルにそれぞれ導入する第１の導入口および第２の導入口を備える。そして第１の電解液と第２の電解液との境界面に分子膜を形成する。【００１４】
さらに、別の人工脂質膜形成装置が特許文献３に開示されている。この人工脂質膜形成装置は、基板に形成された微小孔を覆って人工脂質膜を形成する。このとき溶媒により微小孔の閉孔現象を利用して人工脂質膜を形成する。すなわち、微小孔が形成された基板上に脂質溶液を供給し、溶媒によって基板が膨潤し、微小孔が閉孔した状態で膜形成を行う。その後、溶媒の蒸発により微小孔を開孔させ、形成された人工脂質膜を引き伸ばす。なお、この人工脂質膜形成装置では、微小フロー操作を行い、混合液や電解液を界面移動させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００５−０９８７１８号公報（第１５頁、図５）
【特許文献２】特開２００５−１８５９７２号公報（第７３頁、図１）
【特許文献３】特開２００５−２４５３３１号公報（第１４頁、図２）
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】岡田泰伸著「パッチクランプ実験技術法」吉岡書店  １９９６年９月２５日（ｐ．１３３−１３９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
従来の小型チップ上で実現した人工脂質膜装置は、複雑で時間を要するものであった。なぜなら、従来の人工脂質膜形成装置は、（１）いったん過剰な脂質溶液を供給し、それを排出する方法、もしくは、（２）脂質溶液と電解液を供給するための経路を兼用する方法を採用している。そのため、余剰な脂質溶液を排出する方法として、（１）外部ポンプ、バルブや流量調節器を設ける、もしくは、(２)脂質溶液中の有機溶媒が気化や展開するのを待機する、しかなかった。【００１８】
たとえば特許文献１では、マイクロチャンネルに電解液、脂質分子と有機溶媒との混合液を順次送液するため、マイクロチャンネルの外部に設けられたシリンジポンプやダイアフラムポンプ、ペリスタティックポンプなどの送液手段を用いていた。【００１９】
また、特許文献２で開示されている装置は、特許文献１の人工脂質膜形成装置と同様に、加圧手段、流量調整手段などを用いて電解液や脂質溶液を供給していた。【００２０】
さらに、特許文献３で開示されている装置は、脂質溶液と電解液の供給は界面移動で行なうことができるので簡便であるものの、脂質溶液の排出は溶媒が気化するまで待機しなければならず、時間を要した。【００２１】
本発明は、前記従来の課題を解決し、簡便で短時間に人工脂質膜を形成する方法および装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
前記従来の課題を解決する本発明は、
人工脂質膜形成装置を用いた人工脂質膜形成方法であって、
前記装置は、
基板と、
前記基板の一端に設けられた第１スペーサと、
前記第１スペーサを介して前記基板に設けられた第１薄膜と、
前記第１薄膜の一端に設けられた第２スペーサと、
前記第２スペーサを介して前記第１薄膜に設けられた第２薄膜と、
第２薄膜の一端に設けられたカバーと
を備え、
前記基板と前記第１薄膜との間には第１チャンバが備えられ、
前記第１薄膜は両面を貫通する第１貫通孔を備え、
前記第１薄膜と前記第２薄膜との間には第２チャンバが備えられ、
前記第２薄膜は両面を貫通する第２貫通孔を備え、
前記カバーには前記第２貫通孔へ接続する注入口が備えられ、
平面視において前記第１貫通孔は前記第２貫通孔と重なり、
前記第１チャンバは、前記第１貫通孔と前記第２貫通孔を介して前記注入口に接続され、
前記方法は、
前記第１チャンバへ電解液を注入する第１電解液注入工程、
前記第２チャンバを経て、前記第１貫通孔または前記第２貫通孔の少なくとも一方へ、脂質溶液を注入する脂質溶液注入工程、および
前記注入口へ電解液を注入して、前記脂質溶液が注入された貫通孔の内部に人工脂質膜を形成する第２電解液注入工程、
を順に包含する人工脂質膜形成方法である。【００２３】
また、本発明は、
人工脂質膜形成装置であって、
前記装置は、
基板と、
前記基板の一端に設けられた第１スペーサと、
前記第１スペーサを介して前記基板に設けられた第１薄膜と、
前記第１薄膜の一端に設けられた第２スペーサと、
前記第２スペーサを介して前記第１薄膜に設けられた第２薄膜と、
第２薄膜の一端に設けられたカバーと
を備え、
前記基板と前記第１薄膜との間には第１チャンバが備えられ、
前記第１薄膜は両面を貫通する第１貫通孔を備え、
前記第１薄膜と前記第２薄膜との間には第２チャンバが備えられ、
前記第２薄膜は両面を貫通する第２貫通孔を備え、
前記カバーには前記第２貫通孔へ接続する注入口が備えられ、
平面視において前記第１貫通孔は前記第２貫通孔と重なり、
前記第１チャンバは、前記第１貫通孔と前記第２貫通孔を介して前記注入口に接続されている、人工脂質膜形成装置である。【００２４】
本発明において、前記第１薄膜、第１スペーサ、および前記第２薄膜は、一体的に形成されていることが好ましい。【００２５】
本発明において、前記第１貫通孔は、前記第２貫通孔の断面積と同じ断面積を有することが好ましい。【００２６】
本発明において、前記注入口は、平面視において前記第１チャンバと重なり合うことが好ましい。【００２７】
本発明において、前記第１チャンバの外周面は、親水性を有することが好ましい。【００２８】
本発明において、前記第２チャンバの外周面は、疎水性を有することが好ましい。【００２９】
本発明において、前記注入口の外周面は、親水性を有することが好ましい。【００３０】
本発明において、前記第１チャンバと前記注入口のうち少なくとも一方は、電極を備えていることが好ましい。【００３１】
本発明において、前記第１チャンバと前記注入口のうち少なくとも一方は、センサを備えていることが好ましい。【００３２】
本発明において、前記第１電解液注入工程では、毛細管現象により前記第１チャンバへ前記電解液が注入されることが好ましい。【００３３】
本発明において、前記脂質溶液注入工程では、毛細管現象により前記第１貫通孔または前記第２貫通孔の少なくとも一方へ、前記脂質溶液が注入されることが好ましい。【００３４】
本発明において、分析装置に請求項１に記載の人工脂質膜形成方法を用いることが好ましい。【００３５】
本発明の上記目的、他の目的、特徴および利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明の人工脂質膜形成方法および人工脂質膜形成装置によれば、適量の脂質溶液を貫通孔へ導入することができるので、余剰な脂質溶液を排出するための排出口を設けなくて良いし、外部ポンプを設ける必要もない。また人工脂質膜が形成されるまで長時間待機する必要もない。その結果、従来の人工脂質膜形成装置よりも簡便で短時間に人工脂質膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は、本発明の実施形態１における人工脂質膜形成装置の断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態１における人工脂質膜形成装置の分解斜投影図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態１における人工脂質膜形成装置の斜投影図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態１における人工脂質膜形成装置の拡大図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態１における第１貫通孔と第２貫通孔の拡大図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態１における人工脂質膜形成装置の動作図である。
【図７】図７は、本発明の実施形態１における第２電解液注入工程の説明図である。
【図８】図８は、本発明の実施形態２における人工脂質膜形成装置の断面図および斜投影図である。
【図９】図９は、本発明の実施形態２における人工脂質膜形成装置の分解斜投影図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施形態３における人工脂質膜形成装置の断面図および斜投影図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施形態４における人工脂質膜形成装置の断面図および斜投影図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施形態５における人工脂質膜形成装置の断面図および斜投影図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施例における人工脂質膜の顕微鏡写真である。
【図１４】図１４は、本発明の実施例における人工脂質膜に流れる電流の過渡応答を示すグラフである。
【図１５】図１５は、比較例における人工脂質膜形成装置を示す図である。
【図１６】図１６は、比較例における人工脂質膜の顕微鏡写真である。
【図１７】図１７は、人工脂質膜の形成率の比較図である。
【図１８】図１８は、従来の人工脂質膜形成装置（泡吹き付け法）の模式図である。
【図１９】図１９は、従来の人工脂質膜形成装置（貼り合わせ法）の模式図である。
【図２０】図２０は、従来の人工脂質膜形成装置（特許文献１）の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
（実施形態１）
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３９】
図１〜図３は、本発明の実施形態１における人工脂質膜形成装置の断面図、分解斜投影図および斜投影図である。
【００４０】
本実施形態において、人工脂質膜形成装置１００は基板１０１を備えている。基板１０１の材料はガラスが最も好ましい。ガラスはソーダガラスでも良いし、石英、ホウケイ酸ガラス、低融点ガラス、感光性ガラスなどでも良い。なお、基板１０１はシリコン、酸化アルミなど他の無機材料でも良いし、ポリエチレン、ポリプロピレン、塩化ビニルなどの有機材料でも良いし、他の有機材料でも良い。基板１０１の材料は、複数の材料を組み合わせても良い。基板１０１の外周面の少なくとも一部は親水性表面を有することが好ましい。基板１０１の外周面の少なくとも一部を親水的にするために、酸素プラズマ処理を行なっても良いし、親水性材料で被覆しても良い。また、一般的に知られている他の親水処理を行なっても良い。基板１０１は、光学計測の観点から透明であることが好ましい。なお本発明では、基板１０１の形状は限定されない。
【００４１】
基板１０１の上には第１スペーサ１０２が設けられている。第１スペーサ１０２の材料は、有機材料でも良いし、無機材料でも良い。有機材料はテフロン（登録商標）が最も好ましく、ポリサルフォン、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、塩化ビニル、ポリジメチルシロキサンなどの有機ポリマーでも良い。ポリエチレン、ポリプロピレン、塩化ビニルなどのプラスチックでも良いし、有機材料を用いる場合、シリコン系、エポキシ系、ビニル系の接着剤や、フォトレジスト、ポリイミドを含む感光性有機材料などを用いても良い。
【００４２】
無機材料を用いる場合、ガラスが好ましい。ガラスは、ソーダガラスでも良いし、石英、ホウケイ酸ガラス、低融点ガラスなどでも良い。その他の無機材料を用いる場合、シリコン、酸化シリコン、酸化アルミ、窒化シリコンなどでも良い。第１スペーサ１０２の材料は、複数の材料を組み合わせても良い。
【００４３】
第１スペーサ１０２の外周面の少なくとも一部は親水性表面を有することが好ましい。第１スペーサ１０２を親水処理することが好ましい。第１スペーサ１０２の外周面の少なくとも一部を親水的にするために、酸素プラズマ処理を行なっても良いし、親水性材料で被覆しても良い。また、一般的に知られている他の親水処理を行なっても良い。なお本発明では、第１スペーサ１０２の形状は限定されない。ただし、一般的には、第１スペーサ１０２は、基板１０１の外周に沿って設けられる。
【００４４】
第１薄膜１０３は第１スペーサ１０２の上に設けられている。すなわち、基板１０１と第１薄膜１０３の間に第１スペーサ１０２が設けられている。第１薄膜１０３の材料は、有機材料が好ましい。有機材料はテフロン（登録商標）が最も好ましいが、ポリサルフォン、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、塩化ビニル、ポリジメチルシロキサン、パリレンなどの有機ポリマーでも良い。その他の有機材料として、シリコン系、エポキシ系、ビニル系の接着剤や、フォトレジスト、ポリイミドを含む感光性有機材料などを用いても良い。
【００４５】
第１薄膜１０３は、ガラス、酸化シリコン、酸化アルミなどの無機材料を基材にして、その表面をテフロン（登録商標）、ポリサルフォン、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、塩化ビニル、ポリジメチルシロキサン、パリレンなどの有機ポリマーや、シリコン系、エポキシ系、ビニル系の接着剤や、フォトレジスト、ポリイミドを含む感光性有機材料、炭化水素を含む自己組織化膜(ＳＡＭ膜)などで被覆しても良い。第１薄膜１０３の材料は、複数の材料を組み合わせても良い。
【００４６】
第１薄膜１０３の外周面の少なくとも一部は疎水性表面を有することが好ましい。なぜなら、第１薄膜１０３の疎水性表面により脂質分子の疎水部が保持されるため、人工脂質膜が安定になるためである。
【００４７】
第１薄膜１０３の厚みは５０ｎｍ以上１０ｍｍ以下が好ましく、１μｍ以上１ｍｍ以下がより好ましい。
【００４８】
第１薄膜１０３の上には第２スペーサ１０４が設けられている。すなわち、第２スペーサ１０４と第１スペーサ１０２の間に、第１薄膜１０３が設けられている。第２スペーサ１０４の材料は、有機材料でも良いし、無機材料でも良い。有機材料はテフロン（登録商標）が最も好ましく、ポリサルフォン、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、塩化ビニル、ポリジメチルシロキサンなどの有機ポリマーでも良い。ポリエチレン、ポリプロピレン、塩化ビニルなどのプラスチックでも良い。有機材料を用いる場合、シリコン系、エポキシ系、ビニル系の接着剤や、フォトレジスト、ポリイミドを含む感光性有機材料などを用いても良い。
【００４９】
無機材料を用いる場合、ガラスが好ましい。ガラスは、ソーダガラスでも良いし、石英、ホウケイ酸ガラス、低融点ガラスなどでも良い。その他の無機材料を用いる場合、シリコン、酸化シリコン、酸化アルミ、窒化シリコンなどでも良い。第２スペーサ１０４の材料は、複数の材料を組み合わせても良い。第２スペーサ１０４の外周面の少なくとも一部は親水性表面を有することが好ましい。
【００５０】
第２スペーサ１０４を親水処理することが好ましい。第２スペーサ１０４の外周面の少なくとも一部を親水的にするために、酸素プラズマ処理を行なっても良いし、親水性材料で被覆しても良い。また、一般的に知られている他の親水処理を行なっても良い。なお本発明では、第２スペーサ１０４の形状は限定されない。ただし、一般的には、第２スペーサ１０４は、基板１０１の外周に沿って設けられる。
【００５１】
第２薄膜１０５は第２スペーサ１０４の上に設けられている。すなわち、第２薄膜１０５と第１薄膜１０３の間に第２スペーサ１０４が設けられている。第２薄膜１０５の材料は、有機材料が好ましい。有機材料はプラスチックが好ましい。有機材料はテフロン（登録商標）が最も好ましく、ポリサルフォン、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、塩化ビニル、ポリジメチルシロキサン、パリレンなどの有機ポリマーでも良い。その他の有機材料として、シリコン系、エポキシ系、ビニル系の接着剤や、フォトレジスト、ポリイミドを含む感光性有機材料を用いても良い。
【００５２】
第２薄膜１０５は、ガラス、酸化シリコン、酸化アルミなど無機材料を基材にして、その表面をテフロン（登録商標）、ポリサルフォン、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、塩化ビニル、ポリジメチルシロキサン、パリレンなどの有機ポリマーや、シリコン系、エポキシ系、ビニル系の接着剤や、フォトレジスト、ポリイミドを含む感光性有機材料、炭化水素を含む自己組織化膜(ＳＡＭ膜)などで被覆しても良い。第２薄膜１０５の材料は、複数の材料を組み合わせても良い。
【００５３】
第２薄膜１０５の外周面の少なくとも一部は疎水性表面を有することが好ましい。なぜなら、第２薄膜１０５の疎水性表面により脂質分子の疎水部が保持されるため、人工脂質膜が安定になるためである。
【００５４】
第２薄膜１０５の厚みは５０ｎｍ以上１０ｍｍ以下が好ましく、１μｍ以上１ｍｍ以下がより好ましい。
【００５５】
カバー１０６は第２薄膜１０５の上に設けられている。すなわち、カバー１０６と第２スペーサ１０４の間に第２薄膜１０５が設けられている。カバー１０６の材料は、有機材料が好ましい。有機材料はポリジメチルシロキサンが好ましい。有機材料は、ポリサルフォン、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、塩化ビニル、ポリジメチルシロキサン、パリレンなどの有機ポリマーでも良い。また、フォトレジスト、ポリイミドを含む感光性有機材料を用いても良い。
【００５６】
カバー１０６は、ガラス、酸化シリコン、酸化アルミなど無機材料でも良い。カバー１０６の外周面の少なくとも一部は親水性表面を有することが好ましいが、疎水性表面を有していても良い。カバー１０６の材料は、複数の材料を組み合わせても良い。カバー１０６は光学計測の観点から透明であることが好ましい。なお本発明では、カバー１０６の形状は限定されない。
【００５７】
第１チャンバ１０７は、基板１０１と第１薄膜１０３の間に形成される。第１チャンバ１０７の高さ１１４は、１０ｎｍ以上１００ｍｍ以下が好ましく、１０ｎｍ以上１ｍｍ以下がより好ましい。図２において、第１チャンバ１０７の幅１２０は、１０ｎｍ以上１００ｍｍ以下が好ましく、１μｍ以上５ｍｍ以下がより好ましい。第１チャンバ１２１の長さ１２１は、１０ｎｍ以上１００ｍｍ以下が好ましく、１μｍ以上５ｍｍ以下がより好ましい。
【００５８】
第１チャンバ１０７の高さ１１４は、第１チャンバ１０７内において、全て同じでも良いし、異なっていても良い。第１チャンバ１０７の幅１２０および第１チャンバ１０７の長さ１２１は、第１チャンバ１０７内において、全て同じでも良いし、異なっていても良い。なお、本発明では、第１チャンバ１０７の形状は限定されない。第１チャンバ１０７の形状は、直方体が最も好ましいが、円柱、三角柱など他の形状でも良い。
【００５９】
第１貫通孔１０８は、第１薄膜１０３の両面を貫通するように形成される。第１貫通孔１０８を第１薄膜１０３の法線方向から眺めた時、第１貫通孔１０８の形状は円形が最も好ましい。なお、第１貫通孔１０８の形状は楕円形、正方形、長方形、ひし形、六角形、多角形など他の形状でも良い。
【００６０】
第１貫通孔１０８の直径１２２は、１０ｎｍ以上１ｍｍ以下が好ましく、２μｍ以上２００μｍ以下がより好ましい。
【００６１】
第１貫通孔１０８の加工方法は、切削加工、抜き加工などの機械加工でも良いし、リソグラフィ、エッチング、サンドブラスト、光造形、ナノインプリントなどでも良い。
【００６２】
第１貫通孔１０８の内壁は、平坦であることが好ましいが、溝構造や凹凸構造などを設けても良い。
【００６３】
第１貫通孔１０８の数は１つであることが最も好ましいが、２つ以上でも良い。第１貫通孔１０８を２つ以上設ける場合、第１貫通孔１０８の形状は、全て同じ形状でも良いし、異なっていても良い。また、第１貫通孔１０８を２つ以上設ける場合、第１貫通孔１０８の直径１２２は、全て同じでも良いし、異なっていても良い。
【００６４】
第２チャンバ１０９は、第１薄膜１０３と第２薄膜１０５の間に形成される。第２チャンバ１０９は第１貫通孔１０８を介して第１チャンバ１０７と接続する。第２チャンバ１０９の高さ１１５は、１０ｎｍ以上１ｍｍ以下が好ましく、１０ｎｍ以上１０μｍ以下がより好ましい。図２において、第２チャンバ１０９の幅１２３は、１０ｎｍ以上１００ｍｍ以下が好ましく、１μｍ以上５ｍｍ以下がより好ましい。第２チャンバ１０９の長さ１２４は、１０ｎｍ以上１００ｍｍ以下が好ましく、１μｍ以上５ｍｍ以下がより好ましい。
【００６５】
第２チャンバ１０９の高さ１１５は、第２チャンバ１０９内において、全て同じでも良いし、異なっていても良い。例えば、開口部から遠ざかる方向へ向かって第２チャンバ１０９の高さ１１５が減少する場合、脂質溶液は一方向へ注入されるので好ましい。第１貫通孔１０８と第２貫通孔１１０の外周縁の近傍で高さが減少する場合、余剰な脂質溶液の注入を抑制できるので好ましい。
【００６６】
第２チャンバ１０９の幅１２３および第２チャンバ１０９の長さ１２４は、第２チャンバ１０９内において、全て同じでも良いし、異なっていても良い。なお、本発明では、第２チャンバ１０９の形状は限定されない。第２チャンバ１０９の形状は、直方体が最も好ましいが、円柱、三角柱など他の形状でも良い。脂質溶液の注入を制御するために第２チャンバ１０９の内壁に溝構造や凹凸構造を設けても良い。
【００６７】
第２貫通孔１１０は、第２薄膜１０５の両面を貫通するように形成される。第２貫通孔１１０を第２薄膜１０５の法線方向から眺めた時、第２貫通孔１１０の形状は円形が最も好ましい。第２貫通孔１１０の形状が円形の場合、なお、第２貫通孔１１０の形状は楕円形、正方形、長方形、ひし形、六角形、多角形など他の形状でも良い。
【００６８】
第２貫通孔１１０の直径１２５は、１０ｎｍ以上１ｍｍ以下が好ましく、２μｍ以上２００μｍ以下がより好ましい。第２貫通孔１１０の直径１２５は、第１貫通孔１０８の直径１２２と同じであることが好ましいが、異なっても良い。
【００６９】
第２貫通孔１１０の加工方法は、切削加工、抜き加工などの機械加工でも良いし、リソグラフィ、エッチング、サンドブラスト、光造形、ナノインプリントなどでも良い。
【００７０】
第２貫通孔１１０の内壁は、平坦であることが好ましいが、溝構造や凹凸構造などを設けても良い。
【００７１】
第２貫通孔１１０の数は１つであることが最も好ましいが、２つ以上でも良い。第２貫通孔１１０を２つ以上設ける場合、第２貫通孔１１０の形状は、全て同じ形状でも良いし、異なっていても良い。また、第２貫通孔１１０を２つ以上設ける場合、第２貫通孔１１０の直径１２５は、全て同じでも良いし、異なっていても良い。
【００７２】
第１貫通孔１０８と第２貫通孔１１０の形状は、同じであることが好ましい。第１貫通孔１０８と第２貫通孔１１０の形状について、以下に詳しく述べる。図４（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施形態１における人工脂質膜形成装置の、第１貫通孔１０８と第２貫通孔１１０周辺の拡大図である。なお、図４（ａ）〜（ｃ）では、説明しやすくするために、第１薄膜１０３と第２薄膜１０５のみを示す。
【００７３】
図４（ａ）に示すように、第１貫通孔１０８と第２貫通孔１１０は円柱型であることが最も好ましい。第１貫通孔１０８と第２貫通孔１１０は同じ大きさであることが好ましい。第１貫通孔１０８の断面１０８ｂの面積は、第２貫通孔１１０の断面１１０ａの面積とほぼ等しいことが好ましい。なぜなら脂質溶液を注入しやすいためである。第１貫通孔１０８の断面１０８ｂの直径は１０ｎｍ以上１ｍｍ以下が好ましく、２μｍ以上２００μｍ以下がより好ましい。第２貫通孔１１０の断面１１０ａの直径は１０ｎｍ以上１ｍｍ以下が好ましく、２μｍ以上２００μｍ以下がより好ましい。
【００７４】
図４（ｂ）に示すように、第１貫通孔１０８と第２貫通孔１１０の少なくとも一方は、台形柱型であっても良い。第１貫通孔１０８と第２貫通孔１１０は同じ大きさであっても良い。第１貫通孔１０８の断面１０８ｂの面積は、第２貫通孔１１０の断面１１０ａの面積と、ほぼ等しいことが好ましい。第１貫通孔１０８の断面１０８ｂの面積は、第１貫通孔１０８の断面１０８ａの面積よりも小さいことが好ましい。第２貫通孔１１０の断面１１０ａの面積は、第２貫通孔１１０の断面１１０ｂの面積よりも小さいことが好ましい。
【００７５】
図４（ｃ）に示すように、第１貫通孔１０８および第２貫通孔１１０は、台形柱型であっても良い。第１貫通孔１０８の断面１０８ｂの面積は、第２貫通孔１１０の断面１１０ａの面積と、ほぼ等しいことが好ましい。第１貫通孔１０８の断面１０８ｂの面積は、第１貫通孔１０８の断面１０８ａの面積よりも大きいことが好ましい。第２貫通孔１１０の断面１１０ａの面積は、第２貫通孔１１０の断面１１０ｂの面積よりも小さいことが好ましい。
【００７６】
なお、簡単のため、図４（ａ）〜（ｃ）に示したように、第１貫通孔１０８と第２貫通孔１１０の形状は円柱型についてのみ説明した。しかし、他の形状でも同様である。
【００７７】
第１貫通孔１０８と第２貫通孔１１０は重なる位置に設けられることが好ましい。第１貫通孔１０８と第２貫通孔１１０の位置関係について、以下に詳しく述べる。図５（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施形態１における人工脂質膜形成装置の、第１薄膜１０３と第２薄膜１０５の法線方向からみた、第１貫通孔１０８と第２貫通孔１１０の拡大図である。なお、図５（ａ）〜（ｃ）では、説明しやすくするために、第１貫通孔１０８と第２貫通孔１１０のみを示す。
【００７８】
図５（ａ）に示すように、第１貫通孔１０８と第２貫通孔１１０が一致することが最も好ましい。なお本段落での説明では、簡単のため、第１貫通孔１０８と第２貫通孔１１０の形状は円柱形とする。
【００７９】
図５（ｂ）に示すように、第１貫通孔１０８と第２貫通孔１１０が一部重なっていても良い。図５（ｂ）では、第１貫通孔１０８の直径が、第２貫通孔１１０の直径よりも、小さいことを示す。なお、第１貫通孔１０８の直径が、第２貫通孔１１０の直径よりも、大きくても良い。
【００８０】
図５（ｃ）に示すように、第１貫通孔１０８の中心位置が、第２貫通孔１１０の中心位置と異なっても良い。なお、このとき第１貫通孔１０８の直径が、第２貫通孔１１０の直径と異なっても良い。
【００８１】
なお、複数の第１貫通孔１０８と第２貫通孔１１０を設ける場合、それらの配列は直線状でも良いし、円周状でも良いし、放射状でも良いし、正方格子状でも良いし、三角格子状などでも良い。
【００８２】
図１に示すように、第１開口１１１は、基板１０１および第１薄膜１０３の一端に形成される。基板１０１の端部と第１薄膜１０３の端部の位置を違えることにより第１張り出し部１９１を形成し、第１開口１１１とすることが好ましい。図３に示す第１開口１１１の第１張り出し部１９１の長さ１３０は、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下が好ましい。第１開口１１１の第１張り出し部１９１の幅１３１は１ｍｍ以上２０ｍｍ以下が好ましい。第１開口１１１は、図３に示すように平坦であっても良いし、液体を注入しやすいように溝構造や凹凸構造を備えていても良い。
【００８３】
第２開口１１２は、第１薄膜１０３および第２薄膜１０５の一端に形成される。図１に示すように、第１薄膜１０３の端部と第２薄膜１０５の端部の位置を違えることにより第２張り出し部１９２を形成し、第２開口１１２とすることが好ましい。図３に示す第２開口１１２の第２張り出し部１９２の長さ１３２は、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下が好ましい。第２開口１１２の第２張り出し部１９２の幅１３３は１ｍｍ以上２０ｍｍ以下が好ましい。第２開口１１２は、図３に示すように平坦であっても良いし、液体を注入しやすいように溝構造や凹凸構造を備えていても良い。
【００８４】
注入口１１３は、カバー１０６の一端に形成される。注入口１１３は第２貫通孔１１０を介して第２チャンバ１０９と接続する。図１に示すように、カバー１０６を貫通するように形成されることが好ましい。図３に示すように、注入口１１３の形状は円柱形であることが好ましいが、その他の形状でも良い。注入口１１３の形状が円柱形の場合、注入口１１３の直径１３４は０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下が好ましい。
【００８５】
基板１０１と第１スペーサ１０２は一体でも良い。第１スペーサ１０２と第１薄膜１０３は一体でも良い。第１薄膜１０３と第２スペーサ１０４は一体でも良い。第１スペーサ１０２と第１薄膜１０３と第２スペーサ１０４は一体でも良い。第１薄膜１０３と第２スペーサ１０４と第２薄膜１０５は一体でも良い。第２スペーサ１０４と第２薄膜１０５は一体でも良い。第２薄膜１０５とカバー１０６は一体でも良い。
【００８６】
基板１０１、第１スペーサ１０２、第１薄膜１０３、第２スペーサ１０４、第２薄膜１０５、カバー１０６は、積層した後に接合されることが好ましい。接着剤を使って各層を接着しても良いし、熱を加えて溶着しても良い。積層された各層を、２枚の板によって挟み、ボルトにより固定しても良いし、他の方法で接合しても良い。
【００８７】
次に、人工脂質膜の形成手順を説明する。図６は本発明の実施形態１における人工脂質膜形成装置の動作図を表す。なお、図６において、図１〜図３と同様の構成については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００８８】
まず、図６（ａ）および（ｂ）は第１電解液注入工程を表す。第１電解液注入工程では、第１チャンバ１０７へ第１電解液３０１を第１開口１１１から注入する。第１電解液３０１は、ＫＣｌを含むことが好ましく、等張のＫＣｌ液がより好ましい。第１電解液３０１は細胞内の生理的条件であることが好ましい。ｐＨは７付近が好ましい。ｐＨの調節にはＨＥＰＥＳなどの緩衝液などを用いても良い。あるいは、電気生理実験で用いられる一般的な溶液を用いても良い。Ｃａ２＋濃度は１０〜１００ｎＭであることが好ましい。Ｃａ濃度の調節にはＥＧＴＡなどのＣａ２＋キレータなどを用いても良い。注入する第１電解液３０１の液量は第１チャンバ１０７の容積と同程度が最も好ましいが、第１チャンバ１０７の容積より少なくても良いし、多くても良い。
【００８９】
第１電解液注入工程では、第１電解液３０１を毛細管現象により第１チャンバ１０７へ注入することが最も好ましいが、第１電解液３０１の自重で注入しても良いし、他の方法で注入しても良い。図６（ａ）および（ｂ）は、毛細管現象により第１電解液３０１を第１チャンバ１０７へ注入する様子を表している。毛細管現象により第１電解液３０１を注入する場合、図６（ａ）に示すように、第１電解液３０１は、第１開口１１１から第１貫通孔１０８へ向かって順次注入される。そして、図６(ｂ)に示すように、第１チャンバ１０７の内部は第１電解液３０１により満たされる。毛細管現象により第１電解液３０１を第１チャンバ１０７へ注入する場合、基板１０１の外周面の少なくとも一部は親水処理されることが好ましい。基板１０１の外周面のうち、第１電解液３０１に接する部分が親水処理されることが好ましい。基板１０１の外周面のうち、第１貫通孔１０８の近傍を親水処理することが好ましい。
【００９０】
第１電解液注入工程には、第１電解液３０１を第１チャンバ１０７へ注入し終えたことを検出する工程を含んでいても良い。第１電解液３０１を第１チャンバ１０７へ注入し終えたことを検出するには、光学顕微鏡による観察でも良い。第１チャンバ１０７に複数の電極を設けて、電気伝導度を測定して検出しても良い。その他の一般的な電解液の存在を検出する方法を用いても良い。
【００９１】
次に、図６（ｃ）は脂質溶液注入工程を表す。脂質溶液注入工程では、第２チャンバ１０９へ脂質溶液３０２を第２開口１１２から注入する。脂質溶液注入工程では、第２チャンバ１０９を経由して第１貫通孔１０８へ脂質溶液３０２を注入することが最も好ましい。脂質溶液注入工程では、第２チャンバ１０９を介して第１貫通孔１０８および第２貫通孔１１０へ脂質溶液３０２を注入しても良い。脂質溶液注入工程では、第２チャンバ１０９を介して第２貫通孔１１０へ脂質溶液３０２を注入しても良い。
【００９２】
脂質溶液３０２は、脂質を有機溶媒に分散したものであることが好ましい。脂質はリン脂質であることがもっとも好ましい。なお、脂質は糖脂質でも良いし、リポ脂質でも良いし、他の脂質でも良い。脂質はアゾレクチンでも良いし、その他の天然由来の脂質であっても良いし、合成脂質でも良い。合成脂質は高純度で化学的に安定なものが得やすいのでより好ましい。具体的にはリン酸脂質であるジフィタノイルフォスファジルコリン、グリセロルモノオレエイト、ホスファチジルコリン、ホスファチジルエタノールアミン、ホスファチジルセリン、ジパルミトイルホスファチジルコリンでも良いし、その他のリン酸脂質でも良い。また脂質分子の脂肪酸部分は炭素数が１０から２０の飽和脂肪酸または不飽和脂肪酸が好ましい。これらの脂質は単独で用いても良いし、２種類以上混合して用いても良い。また有機溶媒に対する脂質の濃度は３〜５０ｍｇ／ｍＬが好ましく、４〜４０ｍｇ／ｍＬがより好ましい。
【００９３】
脂質溶液３０２には、脂質と有機溶媒のほかに、人工脂質膜に正味の表面電荷を持たせる物質を混合しても良い。人工脂質膜の表面電荷はマイナスであることが好ましい。人工脂質膜に電荷を持たせるためにホスファチジルセリン、ホスファチジルイノシトールなどを混合しても良い。人工脂質膜に電荷を持たせるための物質は、脂質溶液注入工程の前に予め混合しても良いし、人工脂質膜形成工程の後で混合しても良い。なお本発明では、人工脂質膜に電荷を持たせるための物質量は限定されない。
【００９４】
脂質溶液３０２には、脂質と有機溶媒のほかに、受容体、イオンチャンネル、Ｇタンパクなど生体膜タンパクや分泌タンパクを混合しても良い。脂質溶液３０３にはグラミシジンなどのポリペプチドを混合しても良い。生体膜タンパクや分泌タンパク、ポリペプチドなどは、１種類だけ混合しても良いし、複数種類を混合しても良い。生体膜タンパクや分泌タンパク、ポリペプチドなどは、脂質溶液注入工程の前に予め混合しておいても良い。生体膜タンパクや分泌タンパク、ポリペプチドなどは、人工脂質膜形成工程の後で混合しても良い。
【００９５】
なお、人工脂質膜形成工程の後で生体膜タンパクや分泌タンパクなどを混合する場合、生体膜タンパクや分泌タンパクなどを一旦ベシクルに組み込んで、ベシクルを人工脂質膜へ融合しても良いし、公知の混合技術を用いても良い。人工脂質膜形成工程の後で混合する場合は、生体膜タンパクや分泌タンパク、ポリペプチドなどを混合するための機構を人工脂質膜形成装置１００に設けても良い。
【００９６】
脂質溶液注入工程では、毛細管現象により第２チャンバ１０９へ脂質溶液３０２を注入することが最も好ましい。脂質溶液注入工程では、脂質溶液３０２の自重により第２チャンバ１０９へ脂質溶液３０２を注入しても良いし、他の方法で注入しても良い。
【００９７】
脂質溶液注入工程では、第１チャンバ１０７が第１電解液３０１により満たされた後で、第２チャンバ１０９へ脂質溶液３０２の注入を開始することが好ましい。
【００９８】
脂質溶液注入工程には、脂質溶液３０２を第２チャンバ１０９へ注入し終えたことを検出する工程を含んでいても良い。脂質溶液３０２を第２チャンバ１０９へ注入し終えたことを検出するには、光学顕微鏡による観察でも良い。その他の一般的な有機溶媒または脂質溶液の存在を検出する方法を用いても良い。
【００９９】
次に、図６（ｄ）は第２電解液注入工程を表す。第２電解液注入工程では、注入口１１３へ第２電解液３０３を注入する。第２電解液３０３は、ＫＣｌを含むことが好ましく、等張のＫＣｌ液がより好ましい。第２電解液３０３は細胞内の生理的条件であることが好ましい。ｐＨは７付近が好ましい。ｐＨの調節にはＨＥＰＥＳなどの緩衝液などを用いても良い。Ｃａ２＋濃度は１０〜１００ｎＭであることが好ましい。Ｃａ濃度の調節にはＥＧＴＡなどのＣａ２＋キレータなどを用いても良い。注入する第２電解液３０３の液量は注入口１１３の容積と同程度が最も好ましいが、注入口１１３の容積よりも少なくても良いし、多くても良い。第２電解液３０３は、第１電解液３０１と同じでも良いし、異なっても良い。
【０１００】
第２電解液注入工程では、適量の第２電解液３０３を注入口１１３へ滴下することが好ましい。図７（ａ）および（ｂ）は、第２電解液注入工程において、第２電解液３０３を注入口１１３へ注入する様子を示す。図７（ａ）に示すように、第２電解液３０３を注入口１１３へ滴下する時、第１貫通孔１０８に形成された脂質溶液３０２の膜を壊さないように、注入口１１３の内壁面１１３ａに沿って第２電解液３０３を注入することが好ましい。注入口１１３の内壁面１１３ａは傾斜していることが好ましい。第２貫通孔１１０の内壁面１１０ｃは傾斜していることが好ましい。図７（ｂ）に示すように、第２貫通孔１１０の内壁面１１０ｃは傾斜していても良い。注入口１１３の内壁面１１３ａと、第２貫通孔１１０の内壁面１１０ｃの傾斜角は、同じでも良いし、異なっていても良い。第２電解液３０３を容易に注入するために、注入口１１３の内壁面１１３ａは、親水処理されることが好ましい。第２電解液３０３を容易に注入するために、第２貫通孔１１０の内壁面１１０ｃは、親水処理されることが好ましい。注入口１１３の内壁面１１３ａは、平坦であっても良いし、第２電解液３０３を注入しやすいように溝構造や凹凸構造を備えていても良い。
【０１０１】
第２電解液注入工程では、第１貫通孔１０８が脂質溶液３０２で満たされた後で、第２電解液３０３の注入を開始することが好ましい。第２電解液注入工程では、第１貫通孔１０８および第２貫通孔１１０が脂質溶液３０２で満たされた後で、第２電解液３０３の注入を開始することが好ましい。第２電解液注入工程では、第２貫通孔１１０が脂質溶液３０２で満たされた後で、第２電解液３０３の注入を開始することが好ましい。
【０１０２】
第２電解液注入工程には、第２電解液３０３を注入口１１３へ注入し終えたことを検出する工程を含んでいても良い。第２電解液３０３を注入口１１３へ注入し終えたことを検出するには、光学顕微鏡による観察でも良い。注入口１１３に複数の電極を設けて、電気伝導度を測定して検出しても良い。その他の一般的な電解液の存在を検出する方法を用いても良い。
【０１０３】
このようにして、第１貫通孔１０８に人工脂質膜が形成される。第１貫通孔１０８と第２貫通孔１１０に人工脂質膜が形成されても良い。第２貫通孔１１０のみに人工脂質膜が形成されも良い。人工脂質膜は脂質二重膜であることが最も好ましい。ここでは、第２電解液３０３の自重により、脂質溶液３０２の薄膜から有機溶媒が除去される。余剰な有機溶媒は、第１薄膜１０３と第２薄膜１０５の少なくとも一方の外周面に沿って、除去されることが好ましい。有機溶媒の除去を促進するために、第１薄膜１０３と第２薄膜１０５の少なくとも一方の外周面にあって、第１貫通孔１０８と第２貫通孔１１０の近傍に、溝構造や凹凸構造などの微小流体を制御する構造を設けても良い。また、有機溶媒の除去が必要以上に進みすぎないように、第１薄膜１０３と第２薄膜１０５の少なくとも一方の外周面にあって、第１貫通孔１０８と第２貫通孔１１０の近傍に、溝構造や凹凸構造などの微小流体を制御する構造を設けても良い。
【０１０４】
人工脂質膜形成工程には、人工脂質膜の形成を検出する工程を含んでいても良い。人工脂質膜の形成を検出するには、光学顕微鏡による観察でも良い。人工脂質膜の吸光度を測定しても良い。第１チャンバ１０７と注入口１１３に複数の電極を設けて、人工脂質膜の膜抵抗や膜容量、膜電流などを測定しても良いし、他の電気的特性を測定しても良い。
【０１０５】
かかる構成と動作の手順によれば、（１）適量の脂質溶液を貫通孔へ注入することができるので、外部ポンプなどを用いて余剰な脂質溶液を排出する必要がなくなる（２）脂質溶液を注入する経路と、電解液を注入する経路を別に設けているので、脂質溶液を電解液に置換する必要がなくなるため、簡便で短時間に人工脂質膜を形成することができる。
【０１０６】
本実施形態において、人工脂質膜装置１００を図１に示す向きに設置して動作させても良いし、他の向きで動作させても良い。図１に示す人工脂質膜形成装置１００を、紙面内で反時計方向へ９０度回転させた向きに設置し、動作させても良い。
【０１０７】
本実施形態において、第１電解液注入工程から人工脂質膜形成工程までの一連の工程は、２０℃以上６０℃以下で行なうことが好ましく、２５℃以上４０℃以下がより好ましい。
【０１０８】
本実施形態において、分析装置へ上述の人工脂質膜形成方法を採用することが好ましい。分析装置は、臨床検査用分析装置、電気化学分析装置、ガス分析装置、味覚分析装置、神経生理解析装置、イオンチャンネル解析装置、イオンチャンネル機能解析装置、ドラッグスクリーニング分析装置、バイオセンシング装置などに用いても良い。
【０１０９】
（実施形態２）
以下、本発明の実施形態２における人工脂質膜形成方法について、図面を参照しながら説明する。
【０１１０】
図８（ａ）および（ｂ）は、実施形態２における人工脂質膜形成装置の断面図および斜投影図である。なお本実施形態において、実施形態１と同様の部分については同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【０１１１】
本実施形態と実施形態１との相違点は、注入口１１３の形状である。また、本実施形態と実施形態１との相違点は、第２電解液注入工程である。
【０１１２】
図８（ａ）に示すように、人工脂質膜形成装置１００は、第３スペーサ２０１を備えている。第３スペーサ２０１の一端には、カバー１０６が設けられている。第２薄膜１０５とカバー１０６の間に、第３チャンバ２０２が形成される。第３チャンバ２０２の高さ２０３は、１０ｎｍ以上１００ｍｍ以下が好ましく、１０ｎｍ以上１ｍｍ以下がより好ましい。第３チャンバ２０２の高さ２０３は、第３チャンバ２０２内において、同じでも良いし、異なっていても良い。
【０１１３】
図９は、本発明の実施形態２における人工脂質膜形成装置の分解斜投影図である。第３チャンバ２０２の幅１２６および第３チャンバ２０２の長さ１２７は、第３チャンバ２０２内において、同じでも良いし、異なっていても良い。なお、本発明では、第３チャンバ１０７の形状は限定されない。第３チャンバ１０７の形状は、直方体が最も好ましいが、円柱、三角柱など他の形状でも良い。
【０１１４】
第３チャンバ２０２の幅１２６は、１０ｎｍ以上１００ｍｍ以下が好ましく、１μｍ以上５ｍｍ以下がより好ましい。第３チャンバ２０２の長さ１２７は、１０ｎｍ以上１００ｍｍ以下が好ましく、１μｍ以上５ｍｍ以下がより好ましい。
【０１１５】
図８（ａ）に示すように、注入口１１３は、第２薄膜１０５とカバー１０６の一端に形成される。第２薄膜１０５とカバー１０６の端部の位置を違えることにより第３張り出し部１９３を形成し、注入口１１３とすることが好ましい。図８（ｂ）に示す注入口１１３の第３張り出し部１９３の長さ２０４は、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下が好ましい。注入口１１３の第３張り出し部１９３の幅２０５は１ｍｍ以上２０ｍｍ以下が好ましい。注入口１１３は、図８（ｂ）に示すように平坦であっても良いし、液体を注入しやすいように溝構造や凹凸構造を備えていても良い。
【０１１６】
第２電解液注入工程は、適量の第２電解液３０３を毛細管現象により注入口１１３から第３チャンバ２０２へ注入することが好ましい。毛細管現象により第２電解液３０３を第３チャンバ２０２へ注入する場合、カバー１０６の外周面の少なくとも一部は親水処理されることが好ましい。カバー１０６の外周面のうち、第２電解液３０３に接する部分が親水処理されることが好ましい。カバー１０６の外周面のうち、第２貫通孔１１０の近傍を親水処理することが好ましい。カバー１０６の外周面の少なくとも一部を親水処理するために、酸素プラズマ処理を行なっても良いし、親水性材料で被覆しても良い。また、一般的に知られている他の親水処理を行なっても良い。
【０１１７】
本実施形態において、人工脂質膜装置１００を図８（ａ）に示す向きに設置して動作させても良いし、他の向きで動作させても良い。図８（ａ）に示す人工脂質膜形成装置１００を、紙面内で反時計方向へ９０度回転させた向きに設置し、動作させても良い。
【０１１８】
本実施形態の構成であれば、（１）開口が同一方向を向いている、（２）第３チャンバ２０２へ第２電解液３０３を注入する時に、毛細管現象を利用することができるので、容易に溶液を注入することができ、その結果として簡便に人工脂質膜を形成できる。
【０１１９】
（実施形態３）
以下、本発明の実施形態３における人工脂質膜形成方法について、図面を参照しながら説明する。
【０１２０】
図１０（ａ）および（ｂ）は、実施形態３における人工脂質膜形成装置の断面図および斜投影図である。なお本実施形態において、実施形態１と同様の部分については同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【０１２１】
本実施形態と実施形態１との相違点は、第１開口１１１および第２開口１１２の形状である。
【０１２２】
本実施形態において、図１０（ａ）に示すように、第１開口１１１は、第１薄膜１０３と第２薄膜１０５とカバー１０６に形成された貫通孔でも良い。
【０１２３】
本実施形態において、図１０（ｂ）に示すように、第２開口１１２は、第２薄膜１０５とカバー１０６に形成された貫通孔でも良い。
【０１２４】
本実施形態の構成であれば、（１）開口が同一方向を向いている、（２）開口や注入口を小さくできるので、溶液が蒸発しにくいので、その結果として簡便に人工脂質膜を形成できる。
【０１２５】
（実施形態４）
以下、本発明の実施形態４における人工脂質膜形成方法について、図面を参照しながら説明する。
【０１２６】
図１１は、実施形態４における人工脂質膜形成装置の断面図および斜投影図である。なお本実施形態において、実施形態１と同様の部分については同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【０１２７】
本実施形態と実施形態１との相違点は、第１チャンバ１０７と注入口１１３に電極４０１を設けることである。
【０１２８】
本実施形態において、電極４０１は１つでも良いし、複数でも良い。電極４０１は電気化学測定に適した電極が好ましい。非分極性の電極であることが好ましい。電極４０１はＡｇ／ＡｇＣｌ電極が最も好ましが、飽和カロメル電極、水素電極などでも良い。電極４０１は、あるいは、Ａｇ電極、Ｐｔ電極、Ａｕ電極などの金属電極でも良いし、カーボン電極、グラファイト電極、カーボンナノチューブ電極などでも良い。電極４０１を用いて人工脂質膜のコンダクタンス、電気容量を測定しても良い。
【０１２９】
また、電極４０１を用いて、第１電解液３０１または第２電解液３０３に含まれるイオン、酵素、反応生成物、基質などの化学物質を測定しても良い。なお、本発明では、電極形状、大きさは限定されない。
【０１３０】
電極４０１の位置は、第１チャンバ１０７と注入口１１３にあって、第１貫通孔１０８と第２貫通孔１１０の近傍に設けることがより好ましい。図１１に示すように第１チャンバ１０７と注入口１１３に電極４０１ａ、４０１ｂをそれぞれ設ける場合、同じ電極でも良いし、異なっても良い。複数の電極を組み合わせても良い。
【０１３１】
電極４０１は、人工脂質膜を形成する前に予め設けてあっても良いし、人工脂質膜を形成した後で設けても良い。電極４０１は、人工脂質膜形成装置１００に固定しても良いし、取り外し可能でも良い。第１チャンバ１０７に設けられる電極４０１ａは、基板１０１の外周面に形成されることが好ましい。注入口１１３に設けられる電極４０１ｂは、第２薄膜１０５の外周面またはカバー１０６の外周面に形成されることが好ましい。
【０１３２】
電極４０１には、増幅器を接続することが好ましい。増幅器はパッチクランプアンプが最も好ましいが、電界効果トランジスタ、バイポーラトランジスタ、オペアンプ、作動アンプなどの増幅器を接続しても良い。
【０１３３】
本実施形態の構成であれば、人工脂質膜脂を形成するまでの各工程の進捗状況や終点などを、電極４０１を用いて検出できる。例えば、第１電解液注入工程において、第１チャンバ１０７に２つの電極を設けて、２つの電極間の電気伝導度を測定すれば、第１電解液３０１の注入が完了したことを容易に検出できる。
【０１３４】
さらには、脂質溶液を注入する経路と電解液を注入する経路を別に設けているので、電解液に浸漬される電極は、脂質溶液によって汚染されない。したがって、電極表面の保護や電極表面の洗浄といったわずらわしい工程を必要としないので、容易に人工脂質膜を形成できる。
【０１３５】
（実施形態５）
以下、本発明の実施形態５における人工脂質膜形成方法について、図面を参照しながら説明する。
【０１３６】
図１２は、実施形態５における人工脂質膜形成装置の断面図および斜投影図である。なお本実施形態において、実施形態１と同様の部分については同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【０１３７】
本実施形態と実施形態１との相違点は、第１チャンバ１０７にセンサ４０２を設けることである。
【０１３８】
センサ４０２は、人工脂質膜を形成する前に予め設けてあっても良いし、人工脂質膜を形成した後で設けても良い。センサ４０２は、人工脂質膜形成装置１００に固定しても良いし、取り外し可能でも良い。第１チャンバ１０７に設けられるセンサ４０２は、基板１０１の外周面に形成されることが最も好ましい。
【０１３９】
本実施形態において、センサ４０２は、電気化学測定に適したセンサが最も好ましい。センサ４０２は、イオン電極、イオン感応電界効果トランジスタ（ＩＳＦＥＴ）が最も好ましい。イオン電極はカリウムイオン電極、ナトリウムイオン電極、カルシウムイオン電極、塩化物イオン電極などが好ましい。イオン感応電界効果トランジスタにより、カリウムイオン、ナトリウムイオン、カルシウムイオン、塩化物イオンなどを検出することが好ましい。
【０１４０】
なお、センサ４０２は、オプトード、ＱＣＭ（Quartz crystal microbalance）、ＳＡＷ（Surfaceacousticwave）センサ、ＳＰＲ（Surface plasmonresonance）、ＬＳＰＲ（Localizedsurface plasmon microbalance）、有機電気化学トランジスタ、酵素センサなどでも良い。吸光度や反射率など光学特性を計測するための光源や検出器などを設けても良い。
【０１４１】
本発明では、センサ４０２の数、形状、大きさは限定されない。またセンサ４０２の位置は、第１チャンバ１０７にあって、第１貫通孔１０８の近傍に設けることがより好ましい。なお、センサ４０２は注入口１１３に設けても良い。センサ４０２を注入口１１３に設ける場合、第２薄膜１０５の外周面またはカバー１０６の外周面に形成されることが好ましい。
【０１４２】
本実施形態において、注入口１１３に電極４０３を設けても良い。電極４０３は、人工脂質膜を形成する前に予め設けてあっても良いし、人工脂質膜を形成した後で設けても良い。電極４０３は、人工脂質膜形成装置１００に固定しても良いし、取り外し可能でも良い。電極４０３は、第２薄膜１０５の外周面またはカバー１０６の外周面に形成されることが好ましい。電極４０３は第１チャンバ１０７に設けても良い。電極４０３を第１チャンバ１０７に設ける場合、基板１０１の外周面に形成されることが最も好ましく、第１薄膜１０３の外周面に形成されても良い。
【０１４３】
電極４０３は電気化学測定に適した電極が好ましい。非分極性の電極であることが好ましい。電極４０３はＡｇ／ＡｇＣｌ電極が最も好ましいが、飽和カロメル電極、水素電極などでも良い。電極４０３は、あるいは、Ａｇ電極、Ｐｔ電極、Ａｕ電極などの金属電極でも良いし、カーボン電極、グラファイト電極、カーボンナノチューブ電極などでも良い。電極４０３を用いて人工脂質膜のコンダクタンス、電気容量を測定しても良い。また、電極４０３を用いて、第１電解液３０１または第２電解液３０３に含まれるイオン、酵素、反応生成物、基質などの化学物質を測定しても良い。
【０１４４】
なお、本発明では、電極形状、大きさは限定されない。また電極４０３の位置は、注入口１１３にあって、第２貫通孔１１０の近傍に設けることがより好ましい。電極４０３は参照電極として用いても良い。
【０１４５】
本実施形態の構成であれば、人工脂質膜脂を形成するまでの各工程の進捗状況や終点などを、センサ４０２を用いて検出できる。例えば、第１電解液注入工程において、第１チャンバ１０７にセンサ４０２としてイオン電極を設けることにより、第１電解液３０１の注入が完了したことを容易に検出できる。
【０１４６】
さらには、人工脂質膜の直近にセンサを設けるので、人工脂質膜の電気的特性を測定するときにノイズを低減することができる。その結果、容易に人工脂質膜の形成を検出できるのでより好ましい。
【０１４７】
［実施例］
まず、人工脂質膜形成装置の作製方法を説明する。基板１０１としてホウケイ酸ガラスを用いた。ホウケイ酸ガラスは２２ｍｍ×２２ｍｍ×０．１７ｍｍであった。まず、ホウケイ酸ガラスを純水、エタノール、アセトンで１０分ずつ超音波洗浄した。次に、ＵＶオゾンアッシャーによりホウケイ酸ガラスの外周面を親水化処理した。処理時間は５分間とした。
【０１４８】
第１スペーサ１０２、第１薄膜１０３、第２スペーサ１０４、第２薄膜１０５は厚み１００μｍのテフロン（登録商標）フィルムを用いた。第１スペーサ１０２と第１薄膜１０３と第２スペーサ１０４と第２薄膜１０５には、一枚のテフロン（登録商標）フィルムを用いた。テフロン（登録商標）フィルムの大きさは２０ｍｍｘ１０ｍｍであった。１枚のテフロン（登録商標）フィルムを中央で折り曲げて成型した。
【０１４９】
カバー１０６にはポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）を用いた。ポリジメチルシロキサンは厚み０．５ｍｍのフィルム状に成型し、第２貫通孔１１０へ溶液を注入できる位置に直径３ｍｍの貫通孔を形成した。
【０１５０】
第１貫通孔１０８は第１薄膜１０３の両面を貫通するようにドリルにより形成した。第１貫通孔１０８の直径は２００μｍであった。
【０１５１】
第２貫通孔１１０は第２薄膜１０５の両面を貫通するようにドリルにより形成した。第２貫通孔１１０の直径は２００μｍであった。
【０１５２】
第１貫通孔１０８と第２貫通孔１１０は、位置ずれを抑制するために、第１薄膜１０３と第２薄膜１０５を重ねた状態で同時に形成した。
【０１５３】
なお、第１貫通孔１０８と第２貫通孔１１０の形成は、第１薄膜１０３と第２薄膜１０５にそれぞれ第１貫通孔１０８と第２貫通孔１１０を別々に形成した後、位置合わせを行いながら、第１薄膜１０３と第２薄膜１０５を積層しても良い。
【０１５４】
第１貫通孔１０８と第２貫通孔１１０は、第１薄膜１０３と第２薄膜１０５の一辺から２ｍｍの位置に形成した。第１貫通孔１０８と第２貫通孔１１０は、第１薄膜１０３と第２薄膜１０５の一辺から０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下の位置に形成することが好ましい。
【０１５５】
第２薄膜１０５に第２開口１１２を設けた。第２開口１１２は第２薄膜１０５を貫通する直径１ｍｍの円形の孔であった。第２開口１１２はドリルで形成した。
【０１５６】
第１薄膜１０３と第２薄膜１０５に第１開口１１１を設けた。第１開口１１１は、第１薄膜１０３と第２薄膜１０５を貫通する直径１ｍｍの円形の孔であった。第１開口１１１は、第１薄膜１０３と第２薄膜１０５を重ねた状態で同時にドリルにより形成した。
【０１５７】
基板１０１、第１スペーサ１０２、第１薄膜１０３、第２スペーサ１０４、第２薄膜１０５、カバー１０６を積層した。第１チャンバ１０７と第２チャンバ１０９から溶液が漏洩しないように積層された基板１０１、第１スペーサ１０２、第１薄膜１０３、第２スペーサ１０４、第２薄膜１０５、カバー１０６の周縁部をエポキシ接着剤で封止した。なお、カバー１０６は第２薄膜１０５へ自発密着させた。
【０１５８】
最後に、積層された基板１０１、第１スペーサ１０２、第１薄膜１０３、第２スペーサ１０４、第２薄膜１０５、カバー１０６を、２枚のポリカーボネート板（３６ｍｍ×３６ｍｍ×１ｍｍ）で挟み、ポリカーボネート板の４隅をボルトで固定した。カバー１０６に接する方のポリカーボネート板には、第１開口１１１、第２開口１１２、注入口１１３へ溶液を注入できるように、直径９ｍｍの円形孔を１つ設けた。
【０１５９】
次に、人工脂質膜の形成手順を説明する。まず、第１電解液注入工程を行なった。第１電解液３０１として１Ｍ  ＫＣｌ溶液を用いた。第１電解液３０１の液量は１μＬであった。第１電解液３０１を第１開口１１１へ滴下した。滴下された第１電解液３０１は、毛細管現象により第１チャンバ１０７へ注入された。第１チャンバ１０７の内壁面は親水処理されているため、容易に第１電解液３０１を注入することができた。第１電解液３０１を注入するのに要する時間は１秒以下であった。第１電解液注入工程では、はじめに、第１チャンバ１０７の中で第１貫通孔１０８および第１貫通孔１０８周辺領域以外が、第１電解液で満たされた。その後、第１貫通孔１０８周辺領域および第１貫通孔１０８が第１電解液３０１で満たされた。第１電解液３０１が第１チャンバ１０７へ注入される様子を光学顕微鏡により観察した。
【０１６０】
第１電解液注入工程の後で、脂質溶液注入工程を行なった。脂質溶液３０２としてリン脂質(1,2-diphytanoyl-sn-glycero-3-phosphocholine, Avanti Polar Lipids)と有機溶媒（chloroform, 和光純薬）の混合液を用いた。脂質溶液３０２の濃度は２５ｍｇ／ｍＬであった。脂質溶液３０２を第２開口１１２へ滴下した。脂質溶液３０２の液量は０．４μＬであった。脂質溶液３０２は、第２チャンバ１０９を経由して、第１貫通孔１０８と第２貫通孔１１０へ注入した。脂質溶液３０２は毛細管現象により注入した。第２チャンバ１０９の内壁面はテフロン（登録商標）であって疎水的であるため、容易に脂質溶液３０２を注入することができた。脂質溶液３０２を注入するのに要する時間は１秒以下であった。脂質溶液３０２が第１貫通孔１０８と第２貫通孔１１０へ注入される様子を光学顕微鏡により観察した。
【０１６１】
次に、脂質溶液注入工程の後で、第２電解液注入工程を行なった。第２電解液３０３は１Ｍ  ＫＣｌ溶液を用いた。第２電解液３０３の液量は２μＬであった。第２電解液３０３を注入口１１３へ滴下した。第２電解液３０３は、注入口１１３の内壁を伝わって注入された。第２電解液３０３を注入するのに要する時間は１秒以下であった。第２電解液３０３が注入口１１３へ注入される様子を目視および光学顕微鏡により観察した。
【０１６２】
最後に、第２電解液注入工程の後で、人工脂質膜形成工程を行なった。人工脂質膜形成工程として、１０秒間待機した。なお人工脂質膜形成工程を経て、人工脂質膜が形成されたことを確認するために、光学顕微鏡により人工脂質膜を観察した。人工脂質膜が形成されるといわゆる黒膜として観察される。なぜなら人工脂質膜の厚みは２〜５ｎｍ程度であり、光をほとんど反射しないためである。図１３（ａ）および（ｂ）は人工脂質膜の顕微鏡写真である。図１３（ｂ）は、図１３（ａ）において、第１貫通孔１０８および人工脂質膜の領域５０１の境界線を白点線により明示したものである。図１３（ｂ）において領域５０１は、その周りに比べて暗く見えた。時間の経過と共に領域５０１の面積は広がり、人工脂質膜の薄膜化が進展する様子を観察できた。
【０１６３】
さらに、人工脂質膜の電気的特性を測定するために、第１開口１１１と注入口１１３にそれぞれ電極４０１ａと電極４０１ｂを設けた。電気的特性の測定にはパッチクランプアンプ（EPC-10, HEKA）を用いた。電極４０１ａはグランド線、電極４０１ｂは信号線に接続した。電極４０１ａに対して電極４０１ｂへ、５ｍＶ、１０ｍｓｅｃのパルス電圧を印加した。人工脂質膜に流れる電流の過渡応答を記録した。図１４は人工脂質膜に流れる電流の過渡応答を示す。過渡応答は人工脂質膜に見られる電気容量性の膜電流が測定された。
【０１６４】
一方、人工脂質膜が形成されずに、第１チャンバ１０７の中の第１電解液３０１と注入口１１３の中の第２電解液３０３が直接接触する場合には、図１４に示すような電気容量性の膜電流は測定されなかった。
【０１６５】
さらに、上述の人工脂質膜形成の手順によれば、第１開口１１１と注入口１１３に設けられた電極４０１ａと電極４０１ｂは、脂質溶液３０２に触れることなく、電極表面を清浄な状態を保ったままで人工脂質膜を形成できた。その結果、人工脂質膜の電気的特性を正常に測定できた。
【０１６６】
［比較例］
従来の人工脂質膜形成方法の１つである、泡吹き付け法を用いて、人工脂質膜を形成した。
【０１６７】
図１５は比較例の人工脂質膜形成装置である。第１チャンバ６０１は、薄膜６０２に直径１．５ｍｍの円形の貫通孔を開けて作製した。第１チャンバ６０１は抜き加工により作製した。薄膜６０２としてポリジメチルシロキサンを用いた。薄膜６０２の大きさは、１０ｍｍ×１０ｍｍ×０．５ｍｍであった。人工脂質膜を形成する貫通孔６０３は、厚さ１００μｍのテフロン（登録商標）フィルム６０４に直径２００μｍの円形の貫通孔を開けて作製した。貫通孔６０３はドリルにより形成した。注入口６０５は、薄膜６０６に直径１．５ｍｍの円形の貫通孔を開けて作製した。注入口６０５は抜き加工により作製した。薄膜６０６としてポリジメチルシロキサンを用いた。薄膜６０６の大きさは、１０ｍｍ×１０ｍｍ×０．５ｍｍであった。そして、図１５に示すように、テフロン（登録商標）フィルム６０４と薄膜６０２と薄膜６０６をガラス基板６０７の上に積層した。ガラス基板６０７としてホウケイ酸ガラスを用いた。ガラス基板６０７の大きさは、２２ｍｍ×２２ｍｍ×０．１７ｍｍであった。
【０１６８】
次に、人工脂質膜形成方法の手順を説明する。まず、マイクロピペットを用いて、第１チャンバ６０１へ電解液を注入した。電解液として１Ｍ  ＫＣｌを用いた。注入した電解液の量は１μＬであった。次に薄膜６０２の上にテフロン（登録商標）フィルム６０４を積層した。余剰な電解液を除去した。次に、テフロン（登録商標）フィルム６０４の上に薄膜６０６を積層した。そして、マイクロピペットを用いて、注入口６０５へ電解液を注入した。電解液として１Ｍ  ＫＣｌを用いた。注入した電解液の量は１μＬであった。最後に、マイクロピペットを用いて脂質溶液を貫通孔６０３へ吹き付けた。脂質溶液は、リン脂質(1,2-diphytanoyl-sn-glycero-3-phosphocholine, Avanti Polar Lipids)と有機溶媒（chloroform, 和光純薬）の混合液を用いた。脂質溶液の濃度は２５ｍｇ／ｍＬであっ
た。
【０１６９】
形成された人工脂質膜を光学顕微鏡により観察した。図１６（ａ）および（ｂ）は、比較例での人工脂質膜の光学顕微鏡写真である。図１６（ｂ）は、図１６（ａ）において、貫通孔６０３および人工脂質膜の領域６０８の境界線を白点線により明示したものである。図１６（ｂ）において領域６０８は、その周りに比べて暗く見えた。時間の経過と共に領域６０８の面積は広がり、人工脂質膜の薄膜化が進展する様子が観察された。
【０１７０】
図１７は、本発明の実施例と比較例において、人工脂質膜の形成率を比較した図である。ここで言う形成率とは、人工脂質膜が形成された回数を試行回数で除して１００を掛けた数値である。具体的には、実施例および比較例において１０回ずつ人工脂質膜の形成を試みた。その結果、実施例においては６０％、比較例では１０％の形成率で人工脂質膜を形成できた。この結果は、従来例に比べて簡便な操作で人工脂質膜を高率に形成できることを示す。
【０１７１】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施の形態が明らかである。したがって、上記説明は例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造および／または機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【０１７２】
本発明によれば、適量の脂質溶液を貫通孔へ導入することができるので、余剰な脂質溶液を排出するために外部ポンプを設ける必要もないし、長時間待機する必要もない。その結果、従来の人工脂質膜形成方法および人工脂質形成装置よりも簡便で短時間に人工脂質膜を形成することができる。【０１７３】
簡便で短時間に人工脂質膜を形成できるならば、人工脂質膜を利用するような各種分析操作を大幅に効率化できる。例えば、イオンチャンネルや受容体などの膜タンパクを組み込んだ人工脂質膜は、膜タンパクの基本構造解析、機能解明および膜タンパク−膜タンパク間の相関研究への用途に応用できる。本発明は上述の研究発展に直接寄与できるだけでなく、イオンチャンネルに起因する疾患の診断や新薬開発のスクリーニングなどの医療、製薬分野への産業応用の可能性もある。また、膜タンパクが有する特異的な分子認識性を利用すればバイオセンサなどへ応用することが可能である。
【符号の説明】
【０１７４】
１０  容器
１１  平板
１２  電解液
１３  微小孔
１４  脂質溶液
１５  ピペット
２０  容器
２１  平板
２２  微小孔
２３  電解液
２４  注入口
２５  脂質分子
２６  電解液
２７  注入口
３１  第１の室
３２  隔壁
３３  第２の室
３４  小孔
３５  人工脂質膜
１００  人工脂質膜形成装置
１０１  基板
１０２  第１スペーサ
１０３  第１薄膜
１０４  第２スペーサ
１０５  第２薄膜
１０６  カバー
１０７  第１チャンバ
１０８  第１貫通孔
１０８ａ、１０８ｂ  断面
１０９  第２チャンバ
１１０  第２貫通孔
１１０ａ、１１０ｂ  断面
１１０ｃ  内壁面
１１１  第１開口
１１２  第２開口
１１３  注入口
１１３ａ  内壁面
１１４  第１チャンバの高さ
１１５  第２チャンバの高さ
１２０  第１チャンバの幅
１２１  第１チャンバの長さ
１２２  第１貫通孔の直径
１２３  第２チャンバの幅
１２４  第２チャンバの長さ
１２５  第２貫通孔の直径
１２６  第３チャンバの幅
１２７  第３チャンバの長さ
１３０  第１開口の張り出し部の長さ
１３１  第１開口の張り出し部の幅
１３２  第２開口の張り出し部の長さ
１３３  第２開口の張り出し部の幅
１３４  注入口の直径
１９１  第１張り出し部
１９２  第２張り出し部
１９３  第３張り出し部
２０１  第３スペーサ
２０２  第３チャンバ
２０３  第３チャンバの高さ
２０４  注入口の張り出し部の長さ
２０５  注入口の張り出し部の幅
３０１  第１電解液
３０２  脂質溶液
３０３  第２電解液
４０１、４０１ａ、４０１ｂ  電極
４０２  センサ
４０３  電極
５０１  領域
６０１  第１チャンバ
６０２  薄膜
６０３  貫通孔
６０４  テフロン（登録商標）フィルム
６０５  注入口
６０６  薄膜
６０７  ガラス基板
６０８  領域
【図１】
2010023848.tif 000003
【図２】
2010023848.tif 000004
【図３】
2010023848.tif 000005
【図４】
2010023848.tif 000006
【図５】
2010023848.tif 000007
【図６】
2010023848.tif 000008
【図７】
2010023848.tif 000009
【図８】
2010023848.tif 000010
【図９】
2010023848.tif 000011
【図１０】
2010023848.tif 000012
【図１１】
2010023848.tif 000013
【図１２】
2010023848.tif 000014
【図１４】
2010023848.tif 000015
【図１５】
2010023848.tif 000016
【図１７】
2010023848.tif 000017
【図１８】
2010023848.tif 000018
【図１９】
2010023848.tif 000019
【図２０】
2010023848.tif 000020
【図１３】
2010023848.tif 000021
【図１６】
2010023848.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】平成21年12月8日(2009.12.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオンチャンネルをはじめとする膜タンパク解析に用いられる人工脂質膜の形成方法に関する。また、本発明は、そのような方法の実施に適した人工脂質膜の形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
細胞内と細胞外の間の物質輸送は膜貫通性タンパクを通じて行われる。なかでもイオンチャンネルはイオンの透過により膜電位の変化を生ずるので、神経の活動電位のような信号発生による情報伝達に重要な役割を果たすことが知られており、近年研究が盛んに進められている。
【０００３】
イオンチャンネル研究を進める上で不可欠なのがパッチクランプ法と呼ばれる実験手法であり、１９７６年にＮｅｈｅｒとＳａｋｍａｎｎらによって開発された。パッチクランプ法では、まずパッチ電極と呼ばれる微小ガラス管の先端を細胞膜表面に密着させる。その先端開口部の微小膜領域を電気的に他の領域から絶縁した状態で電位固定し、微小膜領域に含まれるイオンチャンネルを通るイオン電流を計測する。この方法の開発は、チャンネルタンパク分子の機能エレメントの同定、その動作メカニズムや構造解明に役立ち、生理学研究に大きな革新をもたらした。
【０００４】
しかしながら、パッチクランプ法は上述の通り生理学研究において極めて有効な方法であるにもかかわらず適用できない場合がある。例えば解剖学的にアクセスが困難な場合、すなわち細胞小器官上のチャンネルやシナプス前膜のような微小構造体上のチャンネルを解析する場合が、これに該当する。また、チャンネルの基本構造や詳細な構造機能相関研究を深めるためには単純な構成で実験を行う必要がある場合も適用できない。このときにはチャネル分子を単純な系、つまり水、塩類、リン脂質、チャンネルで構成される系で解析しなければならない。
【０００５】
これらのようにパッチクランプ法を適用できない時に有効な手段として脂質平面膜法が開発された。脂質平面膜法には大きく分けて、泡吹き付け法と貼り合わせ法がある（たとえば非特許文献１）。
【０００６】
図１８は、泡吹き付け法による従来の人工脂質膜の形成方法を示す。図１８において、容器１０を、テフロン（登録商標）、ポリスチレンなどの疎水性表面を有する樹脂からなる平板１１で仕切り、平板１１で仕切られた空間へ電解液１２を満たし、平板１１に開けられた微小孔１３へ、脂質溶液１４、つまり脂質分子と有機溶媒との混合液をピペット１５で塗布する。微小孔１３へ塗布された脂質溶液１４に含まれる余剰な有機溶媒は、微小孔１３の周辺縁を徐々に伝わって取り除かれる。３０分から３時間程度待てば人工脂質膜が形成される。
【０００７】
人工脂質膜を形成する場合、有機溶媒は飽和炭化水素、例えばデカン、ヘキサデカン、ヘキサンなどが多く用いられる。脂質はリン脂質を用いることが多い。例えば、ジフィタノイルホスファチジルコリン、グリセロルモノオレエイトなどを用いる。
【０００８】
一方、図１９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は貼り合わせ法による従来の人工脂質膜の形成方法を示す。図１９（ａ）において、容器２０は、テフロン（登録商標）、ポリスチレンなどの疎水性表面を有する樹脂からなる平板２１で、仕切られている。まず前処理として平板２１に開けた微小孔２２へ、スクアレンを塗布しておく。容器２０の一方のチャンバへ、電解液２３の液面の高さが微小孔２２下端の高さを越えない程度に、電解液２３を注入口２４から加える。次に、容器２０の上方から電解液２３へ、脂質溶液、つまり脂質分子２５と有機溶媒との混合液を滴下して数分間放置する。図１９（ａ）に示すように電解液２３の気−液界面には脂質単分子膜が形成される。脂質分子２５は親水性部と疎水性部を有しており、脂質分子２５の親水性部が電解液２３の方へ向くように配向する。
【０００９】
そして図１９（ｂ）に示すように、電解液２３の液面の高さが微小孔２２上端の高さを通過するまで、電解液２３を注入口２４から加える。
【００１０】
次に、容器２０のもう一方のチャンバにおいて同様の操作を行なう。すなわち、液面の高さが微小孔２２下端の高さを越えない程度に、電解液２６を注入口２７から加える。次に、容器２０の上方から電解液２６へ、脂質溶液を加えて数分間放置する。電解液２６の気−液界面には脂質単分子膜が形成される。そして電解液２６の液面の高さが微小孔２２上端の高さを通過するまで、電解液２６を注入口２７から加える。以上の操作を行なうことにより、先に微小孔２２に形成された脂質単分子膜にもう一方の脂質単分子膜が貼り合わされる。その結果、微小孔２２において人工脂質膜が形成される。
【００１１】
ところが、上述の２つの方法によって安定で再現性のある人工脂質膜を形成するには、かなりの熟練を要する。より簡便な人工脂質膜を形成する方法として、ＭＥＭＳ(Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ)技術や半導体微細加工技術などを利用して小型チップ上に人工脂質膜を形成するという方法が考案された（たとえば特許文献１参照）。
【００１２】
図２０は、特許文献１に記載された従来の人工脂質膜形成装置を示す。図２０において、第１の室３１と、第１の室から隔壁３２より隔離された第２の室３３とを設けられ、隔壁３２には、第１の室３１と第２の室３２とを流体的に連通する少なくとも１つの小孔３４が設けられている。図２０に示す人工脂質膜形成装置を用いて以下のように人工脂質膜が形成される。まず第１の室３１を第１水溶液で満たし、続いて第２の室３３を脂質溶液で満たす。小孔３４を介して第１水溶液と脂質溶液とを接触させる。さらに第２の室３３内にある脂質溶液を、第２水溶液へ置換することにより、小孔３４において人工脂質膜３５を形成できる。
【００１３】
また、別の人工脂質膜形成装置が特許文献２に開示されている。この人工脂質膜形成装置は、脂質溶液を微細流路に導入する第３の導入口、生体関連物質などの物質を含有する第１の電解液および第２の電解液をマイクロチャンネルにそれぞれ導入する第１の導入口および第２の導入口を備える。そして第１の電解液と第２の電解液との境界面に分子膜を形成する。
【００１４】
さらに、別の人工脂質膜形成装置が特許文献３に開示されている。この人工脂質膜形成装置は、基板に形成された微小孔を覆って人工脂質膜を形成する。このとき溶媒により微小孔の閉孔現象を利用して人工脂質膜を形成する。すなわち、微小孔が形成された基板上に脂質溶液を供給し、溶媒によって基板が膨潤し、微小孔が閉孔した状態で膜形成を行う。その後、溶媒の蒸発により微小孔を開孔させ、形成された人工脂質膜を引き伸ばす。なお、この人工脂質膜形成装置では、微小フロー操作を行い、混合液や電解液を界面移動させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００５−０９８７１８号公報（第１５頁、図５）
【特許文献２】特開２００５−１８５９７２号公報（第７３頁、図１）
【特許文献３】特開２００５−２４５３３１号公報（第１４頁、図２）
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】岡田泰伸著「パッチクランプ実験技術法」吉岡書店  １９９６年９月２５日（ｐ．１３３−１３９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
従来の小型チップ上で実現した人工脂質膜装置は、複雑で時間を要するものであった。なぜなら、従来の人工脂質膜形成装置は、（１）いったん過剰な脂質溶液を供給し、それを排出する方法、もしくは、（２）脂質溶液と電解液を供給するための経路を兼用する方法を採用している。そのため、余剰な脂質溶液を排出する方法として、（１）外部ポンプ、バルブや流量調節器を設ける、もしくは、(２)脂質溶液中の有機溶媒が気化や展開するのを待機する、しかなかった。
【００１８】
たとえば特許文献１では、マイクロチャンネルに電解液、脂質分子と有機溶媒との混合液を順次送液するため、マイクロチャンネルの外部に設けられたシリンジポンプやダイアフラムポンプ、ペリスタティックポンプなどの送液手段を用いていた。
【００１９】
また、特許文献２で開示されている装置は、特許文献１の人工脂質膜形成装置と同様に、加圧手段、流量調整手段などを用いて電解液や脂質溶液を供給していた。
【００２０】
さらに、特許文献３で開示されている装置は、脂質溶液と電解液の供給は界面移動で行なうことができるので簡便であるものの、脂質溶液の排出は溶媒が気化するまで待機しなければならず、時間を要した。
【００２１】
本発明は、前記従来の課題を解決し、簡便で短時間に人工脂質膜を形成する方法および装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
前記従来の課題を解決する本発明は、
人工脂質膜形成装置を用いた人工脂質膜形成方法であって、
前記装置は、
基板と、
前記基板の一端に設けられた第１スペーサと、
前記第１スペーサを介して前記基板に設けられた第１薄膜と、
前記第１薄膜の一端に設けられた第２スペーサと、
前記第２スペーサを介して前記第１薄膜に設けられた第２薄膜と、
第２薄膜の一端に設けられたカバーと
を備え、
前記基板と前記第１薄膜との間には第１チャンバが備えられ、
前記第１薄膜は両面を貫通する第１貫通孔を備え、
前記第１薄膜と前記第２薄膜との間には第２チャンバが備えられ、
前記第２薄膜は両面を貫通する第２貫通孔を備え、
前記カバーには前記第２貫通孔へ接続する注入口が備えられ、
平面視において前記第１貫通孔は前記第２貫通孔と重なり、
前記第１チャンバは、前記第１貫通孔と前記第２貫通孔を介して前記注入口に接続され、
前記方法は、
前記第１チャンバへ電解液を注入する第１電解液注入工程、
前記第２チャンバを経て、前記第１貫通孔または前記第２貫通孔の少なくとも一方へ、脂質溶液を注入する脂質溶液注入工程、および
前記注入口へ電解液を注入して、前記脂質溶液が注入された貫通孔の内部に人工脂質膜を形成する第２電解液注入工程、
を順に包含する人工脂質膜形成方法である。
【００２３】
また、本発明は、
人工脂質膜形成装置であって、
前記装置は、
基板と、
前記基板の一端に設けられた第１スペーサと、
前記第１スペーサを介して前記基板に設けられた第１薄膜と、
前記第１薄膜の一端に設けられた第２スペーサと、
前記第２スペーサを介して前記第１薄膜に設けられた第２薄膜と、
第２薄膜の一端に設けられたカバーと
を備え、
前記基板と前記第１薄膜との間には第１チャンバが備えられ、
前記第１薄膜は両面を貫通する第１貫通孔を備え、
前記第１薄膜と前記第２薄膜との間には第２チャンバが備えられ、
前記第２薄膜は両面を貫通する第２貫通孔を備え、
前記カバーには前記第２貫通孔へ接続する注入口が備えられ、
平面視において前記第１貫通孔は前記第２貫通孔と重なり、
前記第１チャンバは、前記第１貫通孔と前記第２貫通孔を介して前記注入口に接続されている、人工脂質膜形成装置である。
【００２４】
本発明において、前記第１薄膜、第１スペーサ、および前記第２薄膜は、一体的に形成されていることが好ましい。
【００２５】
本発明において、前記第１貫通孔は、前記第２貫通孔の断面積と同じ断面積を有することが好ましい。
【００２６】
本発明において、前記注入口は、平面視において前記第１チャンバと重なり合うことが好ましい。
【００２７】
本発明において、前記第１チャンバの外周面は、親水性を有することが好ましい。
【００２８】
本発明において、前記第２チャンバの外周面は、疎水性を有することが好ましい。
【００２９】
本発明において、前記注入口の外周面は、親水性を有することが好ましい。
【００３０】
本発明において、前記第１チャンバと前記注入口のうち少なくとも一方は、電極を備えていることが好ましい。
【００３１】
本発明において、前記第１チャンバと前記注入口のうち少なくとも一方は、センサを備えていることが好ましい。
【００３２】
本発明において、前記第１電解液注入工程では、毛細管現象により前記第１チャンバへ前記電解液が注入されることが好ましい。
【００３３】
本発明において、前記脂質溶液注入工程では、毛細管現象により前記第１貫通孔または前記第２貫通孔の少なくとも一方へ、前記脂質溶液が注入されることが好ましい。
【００３４】
本発明において、分析装置に請求項１に記載の人工脂質膜形成方法を用いることが好ましい。
【００３５】
本発明の上記目的、他の目的、特徴および利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明の人工脂質膜形成方法および人工脂質膜形成装置によれば、適量の脂質溶液を貫通孔へ導入することができるので、余剰な脂質溶液を排出するための排出口を設けなくて良いし、外部ポンプを設ける必要もない。また人工脂質膜が形成されるまで長時間待機する必要もない。その結果、従来の人工脂質膜形成装置よりも簡便で短時間に人工脂質膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は、本発明の実施形態１における人工脂質膜形成装置の断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態１における人工脂質膜形成装置の分解斜投影図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態１における人工脂質膜形成装置の斜投影図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態１における人工脂質膜形成装置の拡大図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態１における第１貫通孔と第２貫通孔の拡大図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態１における人工脂質膜形成装置の動作図である。
【図７】図７は、本発明の実施形態１における第２電解液注入工程の説明図である。
【図８】図８は、本発明の実施形態２における人工脂質膜形成装置の断面図および斜投影図である。
【図９】図９は、本発明の実施形態２における人工脂質膜形成装置の分解斜投影図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施形態３における人工脂質膜形成装置の断面図および斜投影図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施形態４における人工脂質膜形成装置の断面図および斜投影図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施形態５における人工脂質膜形成装置の断面図および斜投影図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施例における人工脂質膜の顕微鏡写真である。
【図１４】図１４は、本発明の実施例における人工脂質膜に流れる電流の過渡応答を示すグラフである。
【図１５】図１５は、比較例における人工脂質膜形成装置を示す図である。
【図１６】図１６は、比較例における人工脂質膜の顕微鏡写真である。
【図１７】図１７は、人工脂質膜の形成率の比較図である。
【図１８】図１８は、従来の人工脂質膜形成装置（泡吹き付け法）の模式図である。
【図１９】図１９は、従来の人工脂質膜形成装置（貼り合わせ法）の模式図である。
【図２０】図２０は、従来の人工脂質膜形成装置（特許文献１）の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
（実施形態１）
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３９】
図１〜図３は、本発明の実施形態１における人工脂質膜形成装置の断面図、分解斜投影図および斜投影図である。
【００４０】
本実施形態において、人工脂質膜形成装置１００は基板１０１を備えている。基板１０１の材料はガラスが最も好ましい。ガラスはソーダガラスでも良いし、石英、ホウケイ酸ガラス、低融点ガラス、感光性ガラスなどでも良い。なお、基板１０１はシリコン、酸化アルミなど他の無機材料でも良いし、ポリエチレン、ポリプロピレン、塩化ビニルなどの有機材料でも良いし、他の有機材料でも良い。基板１０１の材料は、複数の材料を組み合わせても良い。基板１０１の外周面の少なくとも一部は親水性表面を有することが好ましい。基板１０１の外周面の少なくとも一部を親水的にするために、酸素プラズマ処理を行なっても良いし、親水性材料で被覆しても良い。また、一般的に知られている他の親水処理を行なっても良い。基板１０１は、光学計測の観点から透明であることが好ましい。なお本発明では、基板１０１の形状は限定されない。
【００４１】
基板１０１の上には第１スペーサ１０２が設けられている。第１スペーサ１０２の材料は、有機材料でも良いし、無機材料でも良い。有機材料はテフロン（登録商標）が最も好ましく、ポリサルフォン、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、塩化ビニル、ポリジメチルシロキサンなどの有機ポリマーでも良い。ポリエチレン、ポリプロピレン、塩化ビニルなどのプラスチックでも良いし、有機材料を用いる場合、シリコン系、エポキシ系、ビニル系の接着剤や、フォトレジスト、ポリイミドを含む感光性有機材料などを用いても良い。
【００４２】
無機材料を用いる場合、ガラスが好ましい。ガラスは、ソーダガラスでも良いし、石英、ホウケイ酸ガラス、低融点ガラスなどでも良い。その他の無機材料を用いる場合、シリコン、酸化シリコン、酸化アルミ、窒化シリコンなどでも良い。第１スペーサ１０２の材料は、複数の材料を組み合わせても良い。
【００４３】
第１スペーサ１０２の外周面の少なくとも一部は親水性表面を有することが好ましい。第１スペーサ１０２を親水処理することが好ましい。第１スペーサ１０２の外周面の少なくとも一部を親水的にするために、酸素プラズマ処理を行なっても良いし、親水性材料で被覆しても良い。また、一般的に知られている他の親水処理を行なっても良い。なお本発明では、第１スペーサ１０２の形状は限定されない。ただし、一般的には、第１スペーサ１０２は、基板１０１の外周に沿って設けられる。
【００４４】
第１薄膜１０３は第１スペーサ１０２の上に設けられている。すなわち、基板１０１と第１薄膜１０３の間に第１スペーサ１０２が設けられている。第１薄膜１０３の材料は、有機材料が好ましい。有機材料はテフロン（登録商標）が最も好ましいが、ポリサルフォン、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、塩化ビニル、ポリジメチルシロキサン、パリレンなどの有機ポリマーでも良い。その他の有機材料として、シリコン系、エポキシ系、ビニル系の接着剤や、フォトレジスト、ポリイミドを含む感光性有機材料などを用いても良い。
【００４５】
第１薄膜１０３は、ガラス、酸化シリコン、酸化アルミなどの無機材料を基材にして、その表面をテフロン（登録商標）、ポリサルフォン、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、塩化ビニル、ポリジメチルシロキサン、パリレンなどの有機ポリマーや、シリコン系、エポキシ系、ビニル系の接着剤や、フォトレジスト、ポリイミドを含む感光性有機材料、炭化水素を含む自己組織化膜(ＳＡＭ膜)などで被覆しても良い。第１薄膜１０３の材料は、複数の材料を組み合わせても良い。
【００４６】
第１薄膜１０３の外周面の少なくとも一部は疎水性表面を有することが好ましい。なぜなら、第１薄膜１０３の疎水性表面により脂質分子の疎水部が保持されるため、人工脂質膜が安定になるためである。
【００４７】
第１薄膜１０３の厚みは５０ｎｍ以上１０ｍｍ以下が好ましく、１μｍ以上１ｍｍ以下がより好ましい。
【００４８】
第１薄膜１０３の上には第２スペーサ１０４が設けられている。すなわち、第２スペーサ１０４と第１スペーサ１０２の間に、第１薄膜１０３が設けられている。第２スペーサ１０４の材料は、有機材料でも良いし、無機材料でも良い。有機材料はテフロン（登録商標）が最も好ましく、ポリサルフォン、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、塩化ビニル、ポリジメチルシロキサンなどの有機ポリマーでも良い。ポリエチレン、ポリプロピレン、塩化ビニルなどのプラスチックでも良い。有機材料を用いる場合、シリコン系、エポキシ系、ビニル系の接着剤や、フォトレジスト、ポリイミドを含む感光性有機材料などを用いても良い。
【００４９】
無機材料を用いる場合、ガラスが好ましい。ガラスは、ソーダガラスでも良いし、石英、ホウケイ酸ガラス、低融点ガラスなどでも良い。その他の無機材料を用いる場合、シリコン、酸化シリコン、酸化アルミ、窒化シリコンなどでも良い。第２スペーサ１０４の材料は、複数の材料を組み合わせても良い。第２スペーサ１０４の外周面の少なくとも一部は親水性表面を有することが好ましい。
【００５０】
第２スペーサ１０４を親水処理することが好ましい。第２スペーサ１０４の外周面の少なくとも一部を親水的にするために、酸素プラズマ処理を行なっても良いし、親水性材料で被覆しても良い。また、一般的に知られている他の親水処理を行なっても良い。なお本発明では、第２スペーサ１０４の形状は限定されない。ただし、一般的には、第２スペーサ１０４は、基板１０１の外周に沿って設けられる。
【００５１】
第２薄膜１０５は第２スペーサ１０４の上に設けられている。すなわち、第２薄膜１０５と第１薄膜１０３の間に第２スペーサ１０４が設けられている。第２薄膜１０５の材料は、有機材料が好ましい。有機材料はプラスチックが好ましい。有機材料はテフロン（登録商標）が最も好ましく、ポリサルフォン、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、塩化ビニル、ポリジメチルシロキサン、パリレンなどの有機ポリマーでも良い。その他の有機材料として、シリコン系、エポキシ系、ビニル系の接着剤や、フォトレジスト、ポリイミドを含む感光性有機材料を用いても良い。
【００５２】
第２薄膜１０５は、ガラス、酸化シリコン、酸化アルミなど無機材料を基材にして、その表面をテフロン（登録商標）、ポリサルフォン、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、塩化ビニル、ポリジメチルシロキサン、パリレンなどの有機ポリマーや、シリコン系、エポキシ系、ビニル系の接着剤や、フォトレジスト、ポリイミドを含む感光性有機材料、炭化水素を含む自己組織化膜(ＳＡＭ膜)などで被覆しても良い。第２薄膜１０５の材料は、複数の材料を組み合わせても良い。
【００５３】
第２薄膜１０５の外周面の少なくとも一部は疎水性表面を有することが好ましい。なぜなら、第２薄膜１０５の疎水性表面により脂質分子の疎水部が保持されるため、人工脂質膜が安定になるためである。
【００５４】
第２薄膜１０５の厚みは５０ｎｍ以上１０ｍｍ以下が好ましく、１μｍ以上１ｍｍ以下がより好ましい。
【００５５】
カバー１０６は第２薄膜１０５の上に設けられている。すなわち、カバー１０６と第２スペーサ１０４の間に第２薄膜１０５が設けられている。カバー１０６の材料は、有機材料が好ましい。有機材料はポリジメチルシロキサンが好ましい。有機材料は、ポリサルフォン、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、塩化ビニル、ポリジメチルシロキサン、パリレンなどの有機ポリマーでも良い。また、フォトレジスト、ポリイミドを含む感光性有機材料を用いても良い。
【００５６】
カバー１０６は、ガラス、酸化シリコン、酸化アルミなど無機材料でも良い。カバー１０６の外周面の少なくとも一部は親水性表面を有することが好ましいが、疎水性表面を有していても良い。カバー１０６の材料は、複数の材料を組み合わせても良い。カバー１０６は光学計測の観点から透明であることが好ましい。なお本発明では、カバー１０６の形状は限定されない。
【００５７】
第１チャンバ１０７は、基板１０１と第１薄膜１０３の間に形成される。第１チャンバ１０７の高さ１１４は、１０ｎｍ以上１００ｍｍ以下が好ましく、１０ｎｍ以上１ｍｍ以下がより好ましい。図２において、第１チャンバ１０７の幅１２０は、１０ｎｍ以上１００ｍｍ以下が好ましく、１μｍ以上５ｍｍ以下がより好ましい。第１チャンバ１２１の長さ１２１は、１０ｎｍ以上１００ｍｍ以下が好ましく、１μｍ以上５ｍｍ以下がより好ましい。
【００５８】
第１チャンバ１０７の高さ１１４は、第１チャンバ１０７内において、全て同じでも良いし、異なっていても良い。第１チャンバ１０７の幅１２０および第１チャンバ１０７の長さ１２１は、第１チャンバ１０７内において、全て同じでも良いし、異なっていても良い。なお、本発明では、第１チャンバ１０７の形状は限定されない。第１チャンバ１０７の形状は、直方体が最も好ましいが、円柱、三角柱など他の形状でも良い。
【００５９】
第１貫通孔１０８は、第１薄膜１０３の両面を貫通するように形成される。第１貫通孔１０８を第１薄膜１０３の法線方向から眺めた時、第１貫通孔１０８の形状は円形が最も好ましい。なお、第１貫通孔１０８の形状は楕円形、正方形、長方形、ひし形、六角形、多角形など他の形状でも良い。
【００６０】
第１貫通孔１０８の直径１２２は、１０ｎｍ以上１ｍｍ以下が好ましく、２μｍ以上２００μｍ以下がより好ましい。
【００６１】
第１貫通孔１０８の加工方法は、切削加工、抜き加工などの機械加工でも良いし、リソグラフィ、エッチング、サンドブラスト、光造形、ナノインプリントなどでも良い。
【００６２】
第１貫通孔１０８の内壁は、平坦であることが好ましいが、溝構造や凹凸構造などを設けても良い。
【００６３】
第１貫通孔１０８の数は１つであることが最も好ましいが、２つ以上でも良い。第１貫通孔１０８を２つ以上設ける場合、第１貫通孔１０８の形状は、全て同じ形状でも良いし、異なっていても良い。また、第１貫通孔１０８を２つ以上設ける場合、第１貫通孔１０８の直径１２２は、全て同じでも良いし、異なっていても良い。
【００６４】
第２チャンバ１０９は、第１薄膜１０３と第２薄膜１０５の間に形成される。第２チャンバ１０９は第１貫通孔１０８を介して第１チャンバ１０７と接続する。第２チャンバ１０９の高さ１１５は、１０ｎｍ以上１ｍｍ以下が好ましく、１０ｎｍ以上１０μｍ以下がより好ましい。図２において、第２チャンバ１０９の幅１２３は、１０ｎｍ以上１００ｍｍ以下が好ましく、１μｍ以上５ｍｍ以下がより好ましい。第２チャンバ１０９の長さ１２４は、１０ｎｍ以上１００ｍｍ以下が好ましく、１μｍ以上５ｍｍ以下がより好ましい。
【００６５】
第２チャンバ１０９の高さ１１５は、第２チャンバ１０９内において、全て同じでも良いし、異なっていても良い。例えば、開口部から遠ざかる方向へ向かって第２チャンバ１０９の高さ１１５が減少する場合、脂質溶液は一方向へ注入されるので好ましい。第１貫通孔１０８と第２貫通孔１１０の外周縁の近傍で高さが減少する場合、余剰な脂質溶液の注入を抑制できるので好ましい。
【００６６】
第２チャンバ１０９の幅１２３および第２チャンバ１０９の長さ１２４は、第２チャンバ１０９内において、全て同じでも良いし、異なっていても良い。なお、本発明では、第２チャンバ１０９の形状は限定されない。第２チャンバ１０９の形状は、直方体が最も好ましいが、円柱、三角柱など他の形状でも良い。脂質溶液の注入を制御するために第２チャンバ１０９の内壁に溝構造や凹凸構造を設けても良い。
【００６７】
第２貫通孔１１０は、第２薄膜１０５の両面を貫通するように形成される。第２貫通孔１１０を第２薄膜１０５の法線方向から眺めた時、第２貫通孔１１０の形状は円形が最も好ましい。第２貫通孔１１０の形状が円形の場合、なお、第２貫通孔１１０の形状は楕円形、正方形、長方形、ひし形、六角形、多角形など他の形状でも良い。
【００６８】
第２貫通孔１１０の直径１２５は、１０ｎｍ以上１ｍｍ以下が好ましく、２μｍ以上２００μｍ以下がより好ましい。第２貫通孔１１０の直径１２５は、第１貫通孔１０８の直径１２２と同じであることが好ましいが、異なっても良い。
【００６９】
第２貫通孔１１０の加工方法は、切削加工、抜き加工などの機械加工でも良いし、リソグラフィ、エッチング、サンドブラスト、光造形、ナノインプリントなどでも良い。
【００７０】
第２貫通孔１１０の内壁は、平坦であることが好ましいが、溝構造や凹凸構造などを設けても良い。
【００７１】
第２貫通孔１１０の数は１つであることが最も好ましいが、２つ以上でも良い。第２貫通孔１１０を２つ以上設ける場合、第２貫通孔１１０の形状は、全て同じ形状でも良いし、異なっていても良い。また、第２貫通孔１１０を２つ以上設ける場合、第２貫通孔１１０の直径１２５は、全て同じでも良いし、異なっていても良い。
【００７２】
第１貫通孔１０８と第２貫通孔１１０の形状は、同じであることが好ましい。第１貫通孔１０８と第２貫通孔１１０の形状について、以下に詳しく述べる。図４（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施形態１における人工脂質膜形成装置の、第１貫通孔１０８と第２貫通孔１１０周辺の拡大図である。なお、図４（ａ）〜（ｃ）では、説明しやすくするために、第１薄膜１０３と第２薄膜１０５のみを示す。
【００７３】
図４（ａ）に示すように、第１貫通孔１０８と第２貫通孔１１０は円柱型であることが最も好ましい。第１貫通孔１０８と第２貫通孔１１０は同じ大きさであることが好ましい。第１貫通孔１０８の断面１０８ｂの面積は、第２貫通孔１１０の断面１１０ａの面積とほぼ等しいことが好ましい。なぜなら脂質溶液を注入しやすいためである。第１貫通孔１０８の断面１０８ｂの直径は１０ｎｍ以上１ｍｍ以下が好ましく、２μｍ以上２００μｍ以下がより好ましい。第２貫通孔１１０の断面１１０ａの直径は１０ｎｍ以上１ｍｍ以下が好ましく、２μｍ以上２００μｍ以下がより好ましい。
【００７４】
図４（ｂ）に示すように、第１貫通孔１０８と第２貫通孔１１０の少なくとも一方は、台形柱型であっても良い。第１貫通孔１０８と第２貫通孔１１０は同じ大きさであっても良い。第１貫通孔１０８の断面１０８ｂの面積は、第２貫通孔１１０の断面１１０ａの面積と、ほぼ等しいことが好ましい。第１貫通孔１０８の断面１０８ｂの面積は、第１貫通孔１０８の断面１０８ａの面積よりも小さいことが好ましい。第２貫通孔１１０の断面１１０ａの面積は、第２貫通孔１１０の断面１１０ｂの面積よりも小さいことが好ましい。
【００７５】
図４（ｃ）に示すように、第１貫通孔１０８および第２貫通孔１１０は、台形柱型であっても良い。第１貫通孔１０８の断面１０８ｂの面積は、第２貫通孔１１０の断面１１０ａの面積と、ほぼ等しいことが好ましい。第１貫通孔１０８の断面１０８ｂの面積は、第１貫通孔１０８の断面１０８ａの面積よりも大きいことが好ましい。第２貫通孔１１０の断面１１０ａの面積は、第２貫通孔１１０の断面１１０ｂの面積よりも小さいことが好ましい。
【００７６】
なお、簡単のため、図４（ａ）〜（ｃ）に示したように、第１貫通孔１０８と第２貫通孔１１０の形状は円柱型についてのみ説明した。しかし、他の形状でも同様である。
【００７７】
第１貫通孔１０８と第２貫通孔１１０は重なる位置に設けられることが好ましい。第１貫通孔１０８と第２貫通孔１１０の位置関係について、以下に詳しく述べる。図５（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施形態１における人工脂質膜形成装置の、第１薄膜１０３と第２薄膜１０５の法線方向からみた、第１貫通孔１０８と第２貫通孔１１０の拡大図である。なお、図５（ａ）〜（ｃ）では、説明しやすくするために、第１貫通孔１０８と第２貫通孔１１０のみを示す。
【００７８】
図５（ａ）に示すように、第１貫通孔１０８と第２貫通孔１１０が一致することが最も好ましい。なお本段落での説明では、簡単のため、第１貫通孔１０８と第２貫通孔１１０の形状は円柱形とする。
【００７９】
図５（ｂ）に示すように、第１貫通孔１０８と第２貫通孔１１０が一部重なっていても良い。図５（ｂ）では、第１貫通孔１０８の直径が、第２貫通孔１１０の直径よりも、小さいことを示す。なお、第１貫通孔１０８の直径が、第２貫通孔１１０の直径よりも、大きくても良い。
【００８０】
図５（ｃ）に示すように、第１貫通孔１０８の中心位置が、第２貫通孔１１０の中心位置と異なっても良い。なお、このとき第１貫通孔１０８の直径が、第２貫通孔１１０の直径と異なっても良い。
【００８１】
なお、複数の第１貫通孔１０８と第２貫通孔１１０を設ける場合、それらの配列は直線状でも良いし、円周状でも良いし、放射状でも良いし、正方格子状でも良いし、三角格子状などでも良い。
【００８２】
図１に示すように、第１開口１１１は、基板１０１および第１薄膜１０３の一端に形成される。基板１０１の端部と第１薄膜１０３の端部の位置を違えることにより第１張り出し部１９１を形成し、第１開口１１１とすることが好ましい。図３に示す第１開口１１１の第１張り出し部１９１の長さ１３０は、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下が好ましい。第１開口１１１の第１張り出し部１９１の幅１３１は１ｍｍ以上２０ｍｍ以下が好ましい。第１開口１１１は、図３に示すように平坦であっても良いし、液体を注入しやすいように溝構造や凹凸構造を備えていても良い。
【００８３】
第２開口１１２は、第１薄膜１０３および第２薄膜１０５の一端に形成される。図１に示すように、第１薄膜１０３の端部と第２薄膜１０５の端部の位置を違えることにより第２張り出し部１９２を形成し、第２開口１１２とすることが好ましい。図３に示す第２開口１１２の第２張り出し部１９２の長さ１３２は、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下が好ましい。第２開口１１２の第２張り出し部１９２の幅１３３は１ｍｍ以上２０ｍｍ以下が好ましい。第２開口１１２は、図３に示すように平坦であっても良いし、液体を注入しやすいように溝構造や凹凸構造を備えていても良い。
【００８４】
注入口１１３は、カバー１０６の一端に形成される。注入口１１３は第２貫通孔１１０を介して第２チャンバ１０９と接続する。図１に示すように、カバー１０６を貫通するように形成されることが好ましい。図３に示すように、注入口１１３の形状は円柱形であることが好ましいが、その他の形状でも良い。注入口１１３の形状が円柱形の場合、注入口１１３の直径１３４は０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下が好ましい。
【００８５】
基板１０１と第１スペーサ１０２は一体でも良い。第１スペーサ１０２と第１薄膜１０３は一体でも良い。第１薄膜１０３と第２スペーサ１０４は一体でも良い。第１スペーサ１０２と第１薄膜１０３と第２スペーサ１０４は一体でも良い。第１薄膜１０３と第２スペーサ１０４と第２薄膜１０５は一体でも良い。第２スペーサ１０４と第２薄膜１０５は一体でも良い。第２薄膜１０５とカバー１０６は一体でも良い。
【００８６】
基板１０１、第１スペーサ１０２、第１薄膜１０３、第２スペーサ１０４、第２薄膜１０５、カバー１０６は、積層した後に接合されることが好ましい。接着剤を使って各層を接着しても良いし、熱を加えて溶着しても良い。積層された各層を、２枚の板によって挟み、ボルトにより固定しても良いし、他の方法で接合しても良い。
【００８７】
次に、人工脂質膜の形成手順を説明する。図６は本発明の実施形態１における人工脂質膜形成装置の動作図を表す。なお、図６において、図１〜図３と同様の構成については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００８８】
まず、図６（ａ）および（ｂ）は第１電解液注入工程を表す。第１電解液注入工程では、第１チャンバ１０７へ第１電解液３０１を第１開口１１１から注入する。第１電解液３０１は、ＫＣｌを含むことが好ましく、等張のＫＣｌ液がより好ましい。第１電解液３０１は細胞内の生理的条件であることが好ましい。ｐＨは７付近が好ましい。ｐＨの調節にはＨＥＰＥＳなどの緩衝液などを用いても良い。あるいは、電気生理実験で用いられる一般的な溶液を用いても良い。Ｃａ２＋濃度は１０〜１００ｎＭであることが好ましい。Ｃａ濃度の調節にはＥＧＴＡなどのＣａ２＋キレータなどを用いても良い。注入する第１電解液３０１の液量は第１チャンバ１０７の容積と同程度が最も好ましいが、第１チャンバ１０７の容積より少なくても良いし、多くても良い。
【００８９】
第１電解液注入工程では、第１電解液３０１を毛細管現象により第１チャンバ１０７へ注入することが最も好ましいが、第１電解液３０１の自重で注入しても良いし、他の方法で注入しても良い。図６（ａ）および（ｂ）は、毛細管現象により第１電解液３０１を第１チャンバ１０７へ注入する様子を表している。毛細管現象により第１電解液３０１を注入する場合、図６（ａ）に示すように、第１電解液３０１は、第１開口１１１から第１貫通孔１０８へ向かって順次注入される。そして、図６(ｂ)に示すように、第１チャンバ１０７の内部は第１電解液３０１により満たされる。毛細管現象により第１電解液３０１を第１チャンバ１０７へ注入する場合、基板１０１の外周面の少なくとも一部は親水処理されることが好ましい。基板１０１の外周面のうち、第１電解液３０１に接する部分が親水処理されることが好ましい。基板１０１の外周面のうち、第１貫通孔１０８の近傍を親水処理することが好ましい。
【００９０】
第１電解液注入工程には、第１電解液３０１を第１チャンバ１０７へ注入し終えたことを検出する工程を含んでいても良い。第１電解液３０１を第１チャンバ１０７へ注入し終えたことを検出するには、光学顕微鏡による観察でも良い。第１チャンバ１０７に複数の電極を設けて、電気伝導度を測定して検出しても良い。その他の一般的な電解液の存在を検出する方法を用いても良い。
【００９１】
次に、図６（ｃ）は脂質溶液注入工程を表す。脂質溶液注入工程では、第２チャンバ１０９へ脂質溶液３０２を第２開口１１２から注入する。脂質溶液注入工程では、第２チャンバ１０９を経由して第１貫通孔１０８へ脂質溶液３０２を注入することが最も好ましい。脂質溶液注入工程では、第２チャンバ１０９を介して第１貫通孔１０８および第２貫通孔１１０へ脂質溶液３０２を注入しても良い。脂質溶液注入工程では、第２チャンバ１０９を介して第２貫通孔１１０へ脂質溶液３０２を注入しても良い。
【００９２】
脂質溶液３０２は、脂質を有機溶媒に分散したものであることが好ましい。脂質はリン脂質であることがもっとも好ましい。なお、脂質は糖脂質でも良いし、リポ脂質でも良いし、他の脂質でも良い。脂質はアゾレクチンでも良いし、その他の天然由来の脂質であっても良いし、合成脂質でも良い。合成脂質は高純度で化学的に安定なものが得やすいのでより好ましい。具体的にはリン酸脂質であるジフィタノイルフォスファジルコリン、グリセロルモノオレエイト、ホスファチジルコリン、ホスファチジルエタノールアミン、ホスファチジルセリン、ジパルミトイルホスファチジルコリンでも良いし、その他のリン酸脂質でも良い。また脂質分子の脂肪酸部分は炭素数が１０から２０の飽和脂肪酸または不飽和脂肪酸が好ましい。これらの脂質は単独で用いても良いし、２種類以上混合して用いても良い。また有機溶媒に対する脂質の濃度は３〜５０ｍｇ／ｍＬが好ましく、４〜４０ｍｇ／ｍＬがより好ましい。
【００９３】
脂質溶液３０２には、脂質と有機溶媒のほかに、人工脂質膜に正味の表面電荷を持たせる物質を混合しても良い。人工脂質膜の表面電荷はマイナスであることが好ましい。人工脂質膜に電荷を持たせるためにホスファチジルセリン、ホスファチジルイノシトールなどを混合しても良い。人工脂質膜に電荷を持たせるための物質は、脂質溶液注入工程の前に予め混合しても良いし、人工脂質膜形成工程の後で混合しても良い。なお本発明では、人工脂質膜に電荷を持たせるための物質量は限定されない。
【００９４】
脂質溶液３０２には、脂質と有機溶媒のほかに、受容体、イオンチャンネル、Ｇタンパクなど生体膜タンパクや分泌タンパクを混合しても良い。脂質溶液３０３にはグラミシジンなどのポリペプチドを混合しても良い。生体膜タンパクや分泌タンパク、ポリペプチドなどは、１種類だけ混合しても良いし、複数種類を混合しても良い。生体膜タンパクや分泌タンパク、ポリペプチドなどは、脂質溶液注入工程の前に予め混合しておいても良い。生体膜タンパクや分泌タンパク、ポリペプチドなどは、人工脂質膜形成工程の後で混合しても良い。
【００９５】
なお、人工脂質膜形成工程の後で生体膜タンパクや分泌タンパクなどを混合する場合、生体膜タンパクや分泌タンパクなどを一旦ベシクルに組み込んで、ベシクルを人工脂質膜へ融合しても良いし、公知の混合技術を用いても良い。人工脂質膜形成工程の後で混合する場合は、生体膜タンパクや分泌タンパク、ポリペプチドなどを混合するための機構を人工脂質膜形成装置１００に設けても良い。
【００９６】
脂質溶液注入工程では、毛細管現象により第２チャンバ１０９へ脂質溶液３０２を注入することが最も好ましい。脂質溶液注入工程では、脂質溶液３０２の自重により第２チャンバ１０９へ脂質溶液３０２を注入しても良いし、他の方法で注入しても良い。
【００９７】
脂質溶液注入工程では、第１チャンバ１０７が第１電解液３０１により満たされた後で、第２チャンバ１０９へ脂質溶液３０２の注入を開始することが好ましい。
【００９８】
脂質溶液注入工程には、脂質溶液３０２を第２チャンバ１０９へ注入し終えたことを検出する工程を含んでいても良い。脂質溶液３０２を第２チャンバ１０９へ注入し終えたことを検出するには、光学顕微鏡による観察でも良い。その他の一般的な有機溶媒または脂質溶液の存在を検出する方法を用いても良い。
【００９９】
次に、図６（ｄ）は第２電解液注入工程を表す。第２電解液注入工程では、注入口１１３へ第２電解液３０３を注入する。第２電解液３０３は、ＫＣｌを含むことが好ましく、等張のＫＣｌ液がより好ましい。第２電解液３０３は細胞内の生理的条件であることが好ましい。ｐＨは７付近が好ましい。ｐＨの調節にはＨＥＰＥＳなどの緩衝液などを用いても良い。Ｃａ２＋濃度は１０〜１００ｎＭであることが好ましい。Ｃａ濃度の調節にはＥＧＴＡなどのＣａ２＋キレータなどを用いても良い。注入する第２電解液３０３の液量は注入口１１３の容積と同程度が最も好ましいが、注入口１１３の容積よりも少なくても良いし、多くても良い。第２電解液３０３は、第１電解液３０１と同じでも良いし、異なっても良い。
【０１００】
第２電解液注入工程では、適量の第２電解液３０３を注入口１１３へ滴下することが好ましい。図７（ａ）および（ｂ）は、第２電解液注入工程において、第２電解液３０３を注入口１１３へ注入する様子を示す。図７（ａ）に示すように、第２電解液３０３を注入口１１３へ滴下する時、第１貫通孔１０８に形成された脂質溶液３０２の膜を壊さないように、注入口１１３の内壁面１１３ａに沿って第２電解液３０３を注入することが好ましい。注入口１１３の内壁面１１３ａは傾斜していることが好ましい。第２貫通孔１１０の内壁面１１０ｃは傾斜していることが好ましい。図７（ｂ）に示すように、第２貫通孔１１０の内壁面１１０ｃは傾斜していても良い。注入口１１３の内壁面１１３ａと、第２貫通孔１１０の内壁面１１０ｃの傾斜角は、同じでも良いし、異なっていても良い。第２電解液３０３を容易に注入するために、注入口１１３の内壁面１１３ａは、親水処理されることが好ましい。第２電解液３０３を容易に注入するために、第２貫通孔１１０の内壁面１１０ｃは、親水処理されることが好ましい。注入口１１３の内壁面１１３ａは、平坦であっても良いし、第２電解液３０３を注入しやすいように溝構造や凹凸構造を備えていても良い。
【０１０１】
第２電解液注入工程では、第１貫通孔１０８が脂質溶液３０２で満たされた後で、第２電解液３０３の注入を開始することが好ましい。第２電解液注入工程では、第１貫通孔１０８および第２貫通孔１１０が脂質溶液３０２で満たされた後で、第２電解液３０３の注入を開始することが好ましい。第２電解液注入工程では、第２貫通孔１１０が脂質溶液３０２で満たされた後で、第２電解液３０３の注入を開始することが好ましい。
【０１０２】
第２電解液注入工程には、第２電解液３０３を注入口１１３へ注入し終えたことを検出する工程を含んでいても良い。第２電解液３０３を注入口１１３へ注入し終えたことを検出するには、光学顕微鏡による観察でも良い。注入口１１３に複数の電極を設けて、電気伝導度を測定して検出しても良い。その他の一般的な電解液の存在を検出する方法を用いても良い。
【０１０３】
このようにして、第１貫通孔１０８に人工脂質膜が形成される。第１貫通孔１０８と第２貫通孔１１０に人工脂質膜が形成されても良い。第２貫通孔１１０のみに人工脂質膜が形成されも良い。人工脂質膜は脂質二重膜であることが最も好ましい。ここでは、第２電解液３０３の自重により、脂質溶液３０２の薄膜から有機溶媒が除去される。余剰な有機溶媒は、第１薄膜１０３と第２薄膜１０５の少なくとも一方の外周面に沿って、除去されることが好ましい。有機溶媒の除去を促進するために、第１薄膜１０３と第２薄膜１０５の少なくとも一方の外周面にあって、第１貫通孔１０８と第２貫通孔１１０の近傍に、溝構造や凹凸構造などの微小流体を制御する構造を設けても良い。また、有機溶媒の除去が必要以上に進みすぎないように、第１薄膜１０３と第２薄膜１０５の少なくとも一方の外周面にあって、第１貫通孔１０８と第２貫通孔１１０の近傍に、溝構造や凹凸構造などの微小流体を制御する構造を設けても良い。
【０１０４】
人工脂質膜形成工程には、人工脂質膜の形成を検出する工程を含んでいても良い。人工脂質膜の形成を検出するには、光学顕微鏡による観察でも良い。人工脂質膜の吸光度を測定しても良い。第１チャンバ１０７と注入口１１３に複数の電極を設けて、人工脂質膜の膜抵抗や膜容量、膜電流などを測定しても良いし、他の電気的特性を測定しても良い。
【０１０５】
かかる構成と動作の手順によれば、（１）適量の脂質溶液を貫通孔へ注入することができるので、外部ポンプなどを用いて余剰な脂質溶液を排出する必要がなくなる（２）脂質溶液を注入する経路と、電解液を注入する経路を別に設けているので、脂質溶液を電解液に置換する必要がなくなるため、簡便で短時間に人工脂質膜を形成することができる。
【０１０６】
本実施形態において、人工脂質膜装置１００を図１に示す向きに設置して動作させても良いし、他の向きで動作させても良い。図１に示す人工脂質膜形成装置１００を、紙面内で反時計方向へ９０度回転させた向きに設置し、動作させても良い。
【０１０７】
本実施形態において、第１電解液注入工程から人工脂質膜形成工程までの一連の工程は、２０℃以上６０℃以下で行なうことが好ましく、２５℃以上４０℃以下がより好ましい。
【０１０８】
本実施形態において、分析装置へ上述の人工脂質膜形成方法を採用することが好ましい。分析装置は、臨床検査用分析装置、電気化学分析装置、ガス分析装置、味覚分析装置、神経生理解析装置、イオンチャンネル解析装置、イオンチャンネル機能解析装置、ドラッグスクリーニング分析装置、バイオセンシング装置などに用いても良い。
【０１０９】
（実施形態２）
以下、本発明の実施形態２における人工脂質膜形成方法について、図面を参照しながら説明する。
【０１１０】
図８（ａ）および（ｂ）は、実施形態２における人工脂質膜形成装置の断面図および斜投影図である。なお本実施形態において、実施形態１と同様の部分については同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【０１１１】
本実施形態と実施形態１との相違点は、注入口１１３の形状である。また、本実施形態と実施形態１との相違点は、第２電解液注入工程である。
【０１１２】
図８（ａ）に示すように、人工脂質膜形成装置１００は、第３スペーサ２０１を備えている。第３スペーサ２０１の一端には、カバー１０６が設けられている。第２薄膜１０５とカバー１０６の間に、第３チャンバ２０２が形成される。第３チャンバ２０２の高さ２０３は、１０ｎｍ以上１００ｍｍ以下が好ましく、１０ｎｍ以上１ｍｍ以下がより好ましい。第３チャンバ２０２の高さ２０３は、第３チャンバ２０２内において、同じでも良いし、異なっていても良い。
【０１１３】
図９は、本発明の実施形態２における人工脂質膜形成装置の分解斜投影図である。第３チャンバ２０２の幅１２６および第３チャンバ２０２の長さ１２７は、第３チャンバ２０２内において、同じでも良いし、異なっていても良い。なお、本発明では、第３チャンバ１０７の形状は限定されない。第３チャンバ１０７の形状は、直方体が最も好ましいが、円柱、三角柱など他の形状でも良い。
【０１１４】
第３チャンバ２０２の幅１２６は、１０ｎｍ以上１００ｍｍ以下が好ましく、１μｍ以上５ｍｍ以下がより好ましい。第３チャンバ２０２の長さ１２７は、１０ｎｍ以上１００ｍｍ以下が好ましく、１μｍ以上５ｍｍ以下がより好ましい。
【０１１５】
図８（ａ）に示すように、注入口１１３は、第２薄膜１０５とカバー１０６の一端に形成される。第２薄膜１０５とカバー１０６の端部の位置を違えることにより第３張り出し部１９３を形成し、注入口１１３とすることが好ましい。図８（ｂ）に示す注入口１１３の第３張り出し部１９３の長さ２０４は、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下が好ましい。注入口１１３の第３張り出し部１９３の幅２０５は１ｍｍ以上２０ｍｍ以下が好ましい。注入口１１３は、図８（ｂ）に示すように平坦であっても良いし、液体を注入しやすいように溝構造や凹凸構造を備えていても良い。
【０１１６】
第２電解液注入工程は、適量の第２電解液３０３を毛細管現象により注入口１１３から第３チャンバ２０２へ注入することが好ましい。毛細管現象により第２電解液３０３を第３チャンバ２０２へ注入する場合、カバー１０６の外周面の少なくとも一部は親水処理されることが好ましい。カバー１０６の外周面のうち、第２電解液３０３に接する部分が親水処理されることが好ましい。カバー１０６の外周面のうち、第２貫通孔１１０の近傍を親水処理することが好ましい。カバー１０６の外周面の少なくとも一部を親水処理するために、酸素プラズマ処理を行なっても良いし、親水性材料で被覆しても良い。また、一般的に知られている他の親水処理を行なっても良い。
【０１１７】
本実施形態において、人工脂質膜装置１００を図８（ａ）に示す向きに設置して動作させても良いし、他の向きで動作させても良い。図８（ａ）に示す人工脂質膜形成装置１００を、紙面内で反時計方向へ９０度回転させた向きに設置し、動作させても良い。
【０１１８】
本実施形態の構成であれば、（１）開口が同一方向を向いている、（２）第３チャンバ２０２へ第２電解液３０３を注入する時に、毛細管現象を利用することができるので、容易に溶液を注入することができ、その結果として簡便に人工脂質膜を形成できる。
【０１１９】
（実施形態３）
以下、本発明の実施形態３における人工脂質膜形成方法について、図面を参照しながら説明する。
【０１２０】
図１０（ａ）および（ｂ）は、実施形態３における人工脂質膜形成装置の断面図および斜投影図である。なお本実施形態において、実施形態１と同様の部分については同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【０１２１】
本実施形態と実施形態１との相違点は、第１開口１１１および第２開口１１２の形状である。
【０１２２】
本実施形態において、図１０（ａ）に示すように、第１開口１１１は、第１薄膜１０３と第２薄膜１０５とカバー１０６に形成された貫通孔でも良い。
【０１２３】
本実施形態において、図１０（ｂ）に示すように、第２開口１１２は、第２薄膜１０５とカバー１０６に形成された貫通孔でも良い。
【０１２４】
本実施形態の構成であれば、（１）開口が同一方向を向いている、（２）開口や注入口を小さくできるので、溶液が蒸発しにくいので、その結果として簡便に人工脂質膜を形成できる。
【０１２５】
（実施形態４）
以下、本発明の実施形態４における人工脂質膜形成方法について、図面を参照しながら説明する。
【０１２６】
図１１は、実施形態４における人工脂質膜形成装置の断面図および斜投影図である。なお本実施形態において、実施形態１と同様の部分については同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【０１２７】
本実施形態と実施形態１との相違点は、第１チャンバ１０７と注入口１１３に電極４０１を設けることである。
【０１２８】
本実施形態において、電極４０１は１つでも良いし、複数でも良い。電極４０１は電気化学測定に適した電極が好ましい。非分極性の電極であることが好ましい。電極４０１はＡｇ／ＡｇＣｌ電極が最も好ましが、飽和カロメル電極、水素電極などでも良い。電極４０１は、あるいは、Ａｇ電極、Ｐｔ電極、Ａｕ電極などの金属電極でも良いし、カーボン電極、グラファイト電極、カーボンナノチューブ電極などでも良い。電極４０１を用いて人工脂質膜のコンダクタンス、電気容量を測定しても良い。
【０１２９】
また、電極４０１を用いて、第１電解液３０１または第２電解液３０３に含まれるイオン、酵素、反応生成物、基質などの化学物質を測定しても良い。なお、本発明では、電極形状、大きさは限定されない。
【０１３０】
電極４０１の位置は、第１チャンバ１０７と注入口１１３にあって、第１貫通孔１０８と第２貫通孔１１０の近傍に設けることがより好ましい。図１１に示すように第１チャンバ１０７と注入口１１３に電極４０１ａ、４０１ｂをそれぞれ設ける場合、同じ電極でも良いし、異なっても良い。複数の電極を組み合わせても良い。
【０１３１】
電極４０１は、人工脂質膜を形成する前に予め設けてあっても良いし、人工脂質膜を形成した後で設けても良い。電極４０１は、人工脂質膜形成装置１００に固定しても良いし、取り外し可能でも良い。第１チャンバ１０７に設けられる電極４０１ａは、基板１０１の外周面に形成されることが好ましい。注入口１１３に設けられる電極４０１ｂは、第２薄膜１０５の外周面またはカバー１０６の外周面に形成されることが好ましい。
【０１３２】
電極４０１には、増幅器を接続することが好ましい。増幅器はパッチクランプアンプが最も好ましいが、電界効果トランジスタ、バイポーラトランジスタ、オペアンプ、作動アンプなどの増幅器を接続しても良い。
【０１３３】
本実施形態の構成であれば、人工脂質膜脂を形成するまでの各工程の進捗状況や終点などを、電極４０１を用いて検出できる。例えば、第１電解液注入工程において、第１チャンバ１０７に２つの電極を設けて、２つの電極間の電気伝導度を測定すれば、第１電解液３０１の注入が完了したことを容易に検出できる。
【０１３４】
さらには、脂質溶液を注入する経路と電解液を注入する経路を別に設けているので、電解液に浸漬される電極は、脂質溶液によって汚染されない。したがって、電極表面の保護や電極表面の洗浄といったわずらわしい工程を必要としないので、容易に人工脂質膜を形成できる。
【０１３５】
（実施形態５）
以下、本発明の実施形態５における人工脂質膜形成方法について、図面を参照しながら説明する。
【０１３６】
図１２は、実施形態５における人工脂質膜形成装置の断面図および斜投影図である。なお本実施形態において、実施形態１と同様の部分については同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【０１３７】
本実施形態と実施形態１との相違点は、第１チャンバ１０７にセンサ４０２を設けることである。
【０１３８】
センサ４０２は、人工脂質膜を形成する前に予め設けてあっても良いし、人工脂質膜を形成した後で設けても良い。センサ４０２は、人工脂質膜形成装置１００に固定しても良いし、取り外し可能でも良い。第１チャンバ１０７に設けられるセンサ４０２は、基板１０１の外周面に形成されることが最も好ましい。
【０１３９】
本実施形態において、センサ４０２は、電気化学測定に適したセンサが最も好ましい。センサ４０２は、イオン電極、イオン感応電界効果トランジスタ（ＩＳＦＥＴ）が最も好ましい。イオン電極はカリウムイオン電極、ナトリウムイオン電極、カルシウムイオン電極、塩化物イオン電極などが好ましい。イオン感応電界効果トランジスタにより、カリウムイオン、ナトリウムイオン、カルシウムイオン、塩化物イオンなどを検出することが好ましい。
【０１４０】
なお、センサ４０２は、オプトード、ＱＣＭ（Quartz crystal microbalance）、ＳＡＷ（Surfaceacousticwave）センサ、ＳＰＲ（Surface plasmonresonance）、ＬＳＰＲ（Localizedsurface plasmon microbalance）、有機電気化学トランジスタ、酵素センサなどでも良い。吸光度や反射率など光学特性を計測するための光源や検出器などを設けても良い。
【０１４１】
本発明では、センサ４０２の数、形状、大きさは限定されない。またセンサ４０２の位置は、第１チャンバ１０７にあって、第１貫通孔１０８の近傍に設けることがより好ましい。なお、センサ４０２は注入口１１３に設けても良い。センサ４０２を注入口１１３に設ける場合、第２薄膜１０５の外周面またはカバー１０６の外周面に形成されることが好ましい。
【０１４２】
本実施形態において、注入口１１３に電極４０３を設けても良い。電極４０３は、人工脂質膜を形成する前に予め設けてあっても良いし、人工脂質膜を形成した後で設けても良い。電極４０３は、人工脂質膜形成装置１００に固定しても良いし、取り外し可能でも良い。電極４０３は、第２薄膜１０５の外周面またはカバー１０６の外周面に形成されることが好ましい。電極４０３は第１チャンバ１０７に設けても良い。電極４０３を第１チャンバ１０７に設ける場合、基板１０１の外周面に形成されることが最も好ましく、第１薄膜１０３の外周面に形成されても良い。
【０１４３】
電極４０３は電気化学測定に適した電極が好ましい。非分極性の電極であることが好ましい。電極４０３はＡｇ／ＡｇＣｌ電極が最も好ましいが、飽和カロメル電極、水素電極などでも良い。電極４０３は、あるいは、Ａｇ電極、Ｐｔ電極、Ａｕ電極などの金属電極でも良いし、カーボン電極、グラファイト電極、カーボンナノチューブ電極などでも良い。電極４０３を用いて人工脂質膜のコンダクタンス、電気容量を測定しても良い。また、電極４０３を用いて、第１電解液３０１または第２電解液３０３に含まれるイオン、酵素、反応生成物、基質などの化学物質を測定しても良い。
【０１４４】
なお、本発明では、電極形状、大きさは限定されない。また電極４０３の位置は、注入口１１３にあって、第２貫通孔１１０の近傍に設けることがより好ましい。電極４０３は参照電極として用いても良い。
【０１４５】
本実施形態の構成であれば、人工脂質膜脂を形成するまでの各工程の進捗状況や終点などを、センサ４０２を用いて検出できる。例えば、第１電解液注入工程において、第１チャンバ１０７にセンサ４０２としてイオン電極を設けることにより、第１電解液３０１の注入が完了したことを容易に検出できる。
【０１４６】
さらには、人工脂質膜の直近にセンサを設けるので、人工脂質膜の電気的特性を測定するときにノイズを低減することができる。その結果、容易に人工脂質膜の形成を検出できるのでより好ましい。
【０１４７】
［実施例］
まず、人工脂質膜形成装置の作製方法を説明する。基板１０１としてホウケイ酸ガラスを用いた。ホウケイ酸ガラスは２２ｍｍ×２２ｍｍ×０．１７ｍｍであった。まず、ホウケイ酸ガラスを純水、エタノール、アセトンで１０分ずつ超音波洗浄した。次に、ＵＶオゾンアッシャーによりホウケイ酸ガラスの外周面を親水化処理した。処理時間は５分間とした。
【０１４８】
第１スペーサ１０２、第１薄膜１０３、第２スペーサ１０４、第２薄膜１０５は厚み１００μｍのテフロン（登録商標）フィルムを用いた。第１スペーサ１０２と第１薄膜１０３と第２スペーサ１０４と第２薄膜１０５には、一枚のテフロン（登録商標）フィルムを用いた。テフロン（登録商標）フィルムの大きさは２０ｍｍｘ１０ｍｍであった。１枚のテフロン（登録商標）フィルムを中央で折り曲げて成型した。
【０１４９】
カバー１０６にはポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）を用いた。ポリジメチルシロキサンは厚み０．５ｍｍのフィルム状に成型し、第２貫通孔１１０へ溶液を注入できる位置に直径３ｍｍの貫通孔を形成した。
【０１５０】
第１貫通孔１０８は第１薄膜１０３の両面を貫通するようにドリルにより形成した。第１貫通孔１０８の直径は２００μｍであった。
【０１５１】
第２貫通孔１１０は第２薄膜１０５の両面を貫通するようにドリルにより形成した。第２貫通孔１１０の直径は２００μｍであった。
【０１５２】
第１貫通孔１０８と第２貫通孔１１０は、位置ずれを抑制するために、第１薄膜１０３と第２薄膜１０５を重ねた状態で同時に形成した。
【０１５３】
なお、第１貫通孔１０８と第２貫通孔１１０の形成は、第１薄膜１０３と第２薄膜１０５にそれぞれ第１貫通孔１０８と第２貫通孔１１０を別々に形成した後、位置合わせを行いながら、第１薄膜１０３と第２薄膜１０５を積層しても良い。
【０１５４】
第１貫通孔１０８と第２貫通孔１１０は、第１薄膜１０３と第２薄膜１０５の一辺から２ｍｍの位置に形成した。第１貫通孔１０８と第２貫通孔１１０は、第１薄膜１０３と第２薄膜１０５の一辺から０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下の位置に形成することが好ましい。
【０１５５】
第２薄膜１０５に第２開口１１２を設けた。第２開口１１２は第２薄膜１０５を貫通する直径１ｍｍの円形の孔であった。第２開口１１２はドリルで形成した。
【０１５６】
第１薄膜１０３と第２薄膜１０５に第１開口１１１を設けた。第１開口１１１は、第１薄膜１０３と第２薄膜１０５を貫通する直径１ｍｍの円形の孔であった。第１開口１１１は、第１薄膜１０３と第２薄膜１０５を重ねた状態で同時にドリルにより形成した。
【０１５７】
基板１０１、第１スペーサ１０２、第１薄膜１０３、第２スペーサ１０４、第２薄膜１０５、カバー１０６を積層した。第１チャンバ１０７と第２チャンバ１０９から溶液が漏洩しないように積層された基板１０１、第１スペーサ１０２、第１薄膜１０３、第２スペーサ１０４、第２薄膜１０５、カバー１０６の周縁部をエポキシ接着剤で封止した。なお、カバー１０６は第２薄膜１０５へ自発密着させた。
【０１５８】
最後に、積層された基板１０１、第１スペーサ１０２、第１薄膜１０３、第２スペーサ１０４、第２薄膜１０５、カバー１０６を、２枚のポリカーボネート板（３６ｍｍ×３６ｍｍ×１ｍｍ）で挟み、ポリカーボネート板の４隅をボルトで固定した。カバー１０６に接する方のポリカーボネート板には、第１開口１１１、第２開口１１２、注入口１１３へ溶液を注入できるように、直径９ｍｍの円形孔を１つ設けた。
【０１５９】
次に、人工脂質膜の形成手順を説明する。まず、第１電解液注入工程を行なった。第１電解液３０１として１Ｍ  ＫＣｌ溶液を用いた。第１電解液３０１の液量は１μＬであった。第１電解液３０１を第１開口１１１へ滴下した。滴下された第１電解液３０１は、毛細管現象により第１チャンバ１０７へ注入された。第１チャンバ１０７の内壁面は親水処理されているため、容易に第１電解液３０１を注入することができた。第１電解液３０１を注入するのに要する時間は１秒以下であった。第１電解液注入工程では、はじめに、第１チャンバ１０７の中で第１貫通孔１０８および第１貫通孔１０８周辺領域以外が、第１電解液で満たされた。その後、第１貫通孔１０８周辺領域および第１貫通孔１０８が第１電解液３０１で満たされた。第１電解液３０１が第１チャンバ１０７へ注入される様子を光学顕微鏡により観察した。
【０１６０】
第１電解液注入工程の後で、脂質溶液注入工程を行なった。脂質溶液３０２としてリン脂質(1,2-diphytanoyl-sn-glycero-3-phosphocholine, Avanti Polar Lipids)と有機溶媒（chloroform, 和光純薬）の混合液を用いた。脂質溶液３０２の濃度は２５ｍｇ／ｍＬであった。脂質溶液３０２を第２開口１１２へ滴下した。脂質溶液３０２の液量は０．４μＬであった。脂質溶液３０２は、第２チャンバ１０９を経由して、第１貫通孔１０８と第２貫通孔１１０へ注入した。脂質溶液３０２は毛細管現象により注入した。第２チャンバ１０９の内壁面はテフロン（登録商標）であって疎水的であるため、容易に脂質溶液３０２を注入することができた。脂質溶液３０２を注入するのに要する時間は１秒以下であった。脂質溶液３０２が第１貫通孔１０８と第２貫通孔１１０へ注入される様子を光学顕微鏡により観察した。
【０１６１】
次に、脂質溶液注入工程の後で、第２電解液注入工程を行なった。第２電解液３０３は１Ｍ  ＫＣｌ溶液を用いた。第２電解液３０３の液量は２μＬであった。第２電解液３０３を注入口１１３へ滴下した。第２電解液３０３は、注入口１１３の内壁を伝わって注入された。第２電解液３０３を注入するのに要する時間は１秒以下であった。第２電解液３０３が注入口１１３へ注入される様子を目視および光学顕微鏡により観察した。
【０１６２】
最後に、第２電解液注入工程の後で、人工脂質膜形成工程を行なった。人工脂質膜形成工程として、１０秒間待機した。なお人工脂質膜形成工程を経て、人工脂質膜が形成されたことを確認するために、光学顕微鏡により人工脂質膜を観察した。人工脂質膜が形成されるといわゆる黒膜として観察される。なぜなら人工脂質膜の厚みは２〜５ｎｍ程度であり、光をほとんど反射しないためである。図１３（ａ）および（ｂ）は人工脂質膜の顕微鏡写真である。図１３（ｂ）は、図１３（ａ）において、第１貫通孔１０８および人工脂質膜の領域５０１の境界線を白点線により明示したものである。図１３（ｂ）において領域５０１は、その周りに比べて暗く見えた。時間の経過と共に領域５０１の面積は広がり、人工脂質膜の薄膜化が進展する様子を観察できた。
【０１６３】
さらに、人工脂質膜の電気的特性を測定するために、第１開口１１１と注入口１１３にそれぞれ電極４０１ａと電極４０１ｂを設けた。電気的特性の測定にはパッチクランプアンプ（EPC-10, HEKA）を用いた。電極４０１ａはグランド線、電極４０１ｂは信号線に接続した。電極４０１ａに対して電極４０１ｂへ、５ｍＶ、１０ｍｓｅｃのパルス電圧を印加した。人工脂質膜に流れる電流の過渡応答を記録した。図１４は人工脂質膜に流れる電流の過渡応答を示す。過渡応答は人工脂質膜に見られる電気容量性の膜電流が測定された。
【０１６４】
一方、人工脂質膜が形成されずに、第１チャンバ１０７の中の第１電解液３０１と注入口１１３の中の第２電解液３０３が直接接触する場合には、図１４に示すような電気容量性の膜電流は測定されなかった。
【０１６５】
さらに、上述の人工脂質膜形成の手順によれば、第１開口１１１と注入口１１３に設けられた電極４０１ａと電極４０１ｂは、脂質溶液３０２に触れることなく、電極表面を清浄な状態を保ったままで人工脂質膜を形成できた。その結果、人工脂質膜の電気的特性を正常に測定できた。
【０１６６】
［比較例］
従来の人工脂質膜形成方法の１つである、泡吹き付け法を用いて、人工脂質膜を形成した。
【０１６７】
図１５は比較例の人工脂質膜形成装置である。第１チャンバ６０１は、薄膜６０２に直径１．５ｍｍの円形の貫通孔を開けて作製した。第１チャンバ６０１は抜き加工により作製した。薄膜６０２としてポリジメチルシロキサンを用いた。薄膜６０２の大きさは、１０ｍｍ×１０ｍｍ×０．５ｍｍであった。人工脂質膜を形成する貫通孔６０３は、厚さ１００μｍのテフロン（登録商標）フィルム６０４に直径２００μｍの円形の貫通孔を開けて作製した。貫通孔６０３はドリルにより形成した。注入口６０５は、薄膜６０６に直径１．５ｍｍの円形の貫通孔を開けて作製した。注入口６０５は抜き加工により作製した。薄膜６０６としてポリジメチルシロキサンを用いた。薄膜６０６の大きさは、１０ｍｍ×１０ｍｍ×０．５ｍｍであった。そして、図１５に示すように、テフロン（登録商標）フィルム６０４と薄膜６０２と薄膜６０６をガラス基板６０７の上に積層した。ガラス基板６０７としてホウケイ酸ガラスを用いた。ガラス基板６０７の大きさは、２２ｍｍ×２２ｍｍ×０．１７ｍｍであった。
【０１６８】
次に、人工脂質膜形成方法の手順を説明する。まず、マイクロピペットを用いて、第１チャンバ６０１へ電解液を注入した。電解液として１Ｍ  ＫＣｌを用いた。注入した電解液の量は１μＬであった。次に薄膜６０２の上にテフロン（登録商標）フィルム６０４を積層した。余剰な電解液を除去した。次に、テフロン（登録商標）フィルム６０４の上に薄膜６０６を積層した。そして、マイクロピペットを用いて、注入口６０５へ電解液を注入した。電解液として１Ｍ  ＫＣｌを用いた。注入した電解液の量は１μＬであった。最後に、マイクロピペットを用いて脂質溶液を貫通孔６０３へ吹き付けた。脂質溶液は、リン脂質(1,2-diphytanoyl-sn-glycero-3-phosphocholine, Avanti Polar Lipids)と有機溶媒（chloroform, 和光純薬）の混合液を用いた。脂質溶液の濃度は２５ｍｇ／ｍＬであっ
た。
【０１６９】
形成された人工脂質膜を光学顕微鏡により観察した。図１６（ａ）および（ｂ）は、比較例での人工脂質膜の光学顕微鏡写真である。図１６（ｂ）は、図１６（ａ）において、貫通孔６０３および人工脂質膜の領域６０８の境界線を白点線により明示したものである。図１６（ｂ）において領域６０８は、その周りに比べて暗く見えた。時間の経過と共に領域６０８の面積は広がり、人工脂質膜の薄膜化が進展する様子が観察された。
【０１７０】
図１７は、本発明の実施例と比較例において、人工脂質膜の形成率を比較した図である。ここで言う形成率とは、人工脂質膜が形成された回数を試行回数で除して１００を掛けた数値である。具体的には、実施例および比較例において１０回ずつ人工脂質膜の形成を試みた。その結果、実施例においては６０％、比較例では１０％の形成率で人工脂質膜を形成できた。この結果は、従来例に比べて簡便な操作で人工脂質膜を高率に形成できることを示す。
【０１７１】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施の形態が明らかである。したがって、上記説明は例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造および／または機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【０１７２】
本発明によれば、適量の脂質溶液を貫通孔へ導入することができるので、余剰な脂質溶液を排出するために外部ポンプを設ける必要もないし、長時間待機する必要もない。その結果、従来の人工脂質膜形成方法および人工脂質形成装置よりも簡便で短時間に人工脂質膜を形成することができる。
【０１７３】
簡便で短時間に人工脂質膜を形成できるならば、人工脂質膜を利用するような各種分析操作を大幅に効率化できる。例えば、イオンチャンネルや受容体などの膜タンパクを組み込んだ人工脂質膜は、膜タンパクの基本構造解析、機能解明および膜タンパク−膜タンパク間の相関研究への用途に応用できる。本発明は上述の研究発展に直接寄与できるだけでなく、イオンチャンネルに起因する疾患の診断や新薬開発のスクリーニングなどの医療、製薬分野への産業応用の可能性もある。また、膜タンパクが有する特異的な分子認識性を利用すればバイオセンサなどへ応用することが可能である。
【符号の説明】
【０１７４】
１０  容器
１１  平板
１２  電解液
１３  微小孔
１４  脂質溶液
１５  ピペット
２０  容器
２１  平板
２２  微小孔
２３  電解液
２４  注入口
２５  脂質分子
２６  電解液
２７  注入口
３１  第１の室
３２  隔壁
３３  第２の室
３４  小孔
３５  人工脂質膜
１００  人工脂質膜形成装置
１０１  基板
１０２  第１スペーサ
１０３  第１薄膜
１０４  第２スペーサ
１０５  第２薄膜
１０６  カバー
１０７  第１チャンバ
１０８  第１貫通孔
１０８ａ、１０８ｂ  断面
１０９  第２チャンバ
１１０  第２貫通孔
１１０ａ、１１０ｂ  断面
１１０ｃ  内壁面
１１１  第１開口
１１２  第２開口
１１３  注入口
１１３ａ  内壁面
１１４  第１チャンバの高さ
１１５  第２チャンバの高さ
１２０  第１チャンバの幅
１２１  第１チャンバの長さ
１２２  第１貫通孔の直径
１２３  第２チャンバの幅
１２４  第２チャンバの長さ
１２５  第２貫通孔の直径
１２６  第３チャンバの幅
１２７  第３チャンバの長さ
１３０  第１開口の張り出し部の長さ
１３１  第１開口の張り出し部の幅
１３２  第２開口の張り出し部の長さ
１３３  第２開口の張り出し部の幅
１３４  注入口の直径
１９１  第１張り出し部
１９２  第２張り出し部
１９３  第３張り出し部
２０１  第３スペーサ
２０２  第３チャンバ
２０３  第３チャンバの高さ
２０４  注入口の張り出し部の長さ
２０５  注入口の張り出し部の幅
３０１  第１電解液
３０２  脂質溶液
３０３  第２電解液
４０１、４０１ａ、４０１ｂ  電極
４０２  センサ
４０３  電極
５０１  領域
６０１  第１チャンバ
６０２  薄膜
６０３  貫通孔
６０４  テフロン（登録商標）フィルム
６０５  注入口
６０６  薄膜
６０７  ガラス基板
６０８  領域
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人工脂質膜形成装置を用いた人工脂質膜形成方法であって、
前記装置は、
基板と、
前記基板の一端に設けられた第１スペーサと、
前記第１スペーサを介して前記基板に設けられた第１薄膜と、
前記第１薄膜の一端に設けられた第２スペーサと、
前記第２スペーサを介して前記第１薄膜に設けられた第２薄膜と、
第２薄膜の一端に設けられたカバーと
を備え、
前記基板と前記第１薄膜との間には第１チャンバが備えられ、
前記第１薄膜は両面を貫通する第１貫通孔を備え、
前記第１薄膜と前記第２薄膜との間には第２チャンバが備えられ、
前記第２薄膜は両面を貫通する第２貫通孔を備え、
前記カバーには前記第２貫通孔へ接続する注入口が備えられ、
平面視において前記第１貫通孔は前記第２貫通孔と重なり、
前記第１チャンバは、前記第１貫通孔と前記第２貫通孔を介して前記注入口に接続され、
前記方法は、
前記第１チャンバへ電解液を注入する第１電解液注入工程、
前記第２チャンバを経て、前記第１貫通孔または前記第２貫通孔の少なくとも一方へ、脂質溶液を注入する脂質溶液注入工程、および
前記注入口へ電解液を注入して、前記脂質溶液が注入された貫通孔の内部に人工脂質膜を形成する第２電解液注入工程、
を順に包含する人工脂質膜形成方法。
【請求項２】
前記第１薄膜、第１スペーサ、および前記第２薄膜は、一体的に形成されている、請求項１に記載の人工脂質膜形成方法。
【請求項３】
前記第１貫通孔は、前記第２貫通孔の断面積と同じ断面積を有する、請求項１に記載の人工脂質膜形成方法。
【請求項４】
前記注入口は、平面視において前記第１チャンバと重なり合う、請求項１に記載の人工脂質膜形成方法。
【請求項５】
前記第１チャンバの外周面は、親水性を有する、請求項１に記載の人工脂質膜形成方法。
【請求項６】
前記第２チャンバの外周面は、疎水性を有する、請求項１に記載の人工脂質膜形成方法。
【請求項７】
前記注入口の外周面は、親水性を有する、請求項１に記載の人工脂質膜形成方法。
【請求項８】
前記第１チャンバおよび前記注入口のうち少なくとも一方は、電極を備えている、請求項１に記載の人工脂質膜形成方法。
【請求項９】
前記第１チャンバおよび前記注入口のうち少なくとも一方は、センサを備えている、請求項１に記載の人工脂質膜形成方法。
【請求項１０】
前記第１電解液注入工程では、毛細管現象により前記第１チャンバへ前記電解液が注入される、請求項１に記載の人工脂質膜形成方法。
【請求項１１】
前記脂質溶液注入工程では、毛細管現象により前記第１貫通孔または前記第２貫通孔の少なくとも一方へ、前記脂質溶液が注入される、請求項１に記載の人工脂質膜形成方法。
【請求項１２】
人工脂質膜形成装置であって、
前記装置は、
基板と、
前記基板の一端に設けられた第１スペーサと、
前記第１スペーサを介して前記基板に設けられた第１薄膜と、
前記第１薄膜の一端に設けられた第２スペーサと、
前記第２スペーサを介して前記第１薄膜に設けられた第２薄膜と、
第２薄膜の一端に設けられたカバーと
を備え、
前記基板と前記第１薄膜との間には第１チャンバが備えられ、
前記第１薄膜は両面を貫通する第１貫通孔を備え、
前記第１薄膜と前記第２薄膜との間には第２チャンバが備えられ、
前記第２薄膜は両面を貫通する第２貫通孔を備え、
前記カバーには前記第２貫通孔へ接続する注入口が備えられ、
平面視において前記第１貫通孔は前記第２貫通孔と重なり、
前記第１チャンバは、前記第１貫通孔と前記第２貫通孔を介して前記注入口に接続されている、人工脂質膜形成装置。
【請求項１３】
前記第１薄膜、第１スペーサ、および前記第２薄膜は、一体的に形成されている、請求項１２に記載の人工脂質膜形成装置。
【請求項１４】
前記第１貫通孔は、前記第２貫通孔の断面積と同じ断面積を有する、請求項１２に記載の人工脂質膜形成装置。
【請求項１５】
前記注入口は、平面視において前記第１チャンバと重なり合う、請求項１２に記載の人工脂質膜形成装置。
【請求項１６】
前記第１チャンバの外周面は、親水性を有する、請求項１２に記載の人工脂質膜形成装置。
【請求項１７】
前記第２チャンバの外周面は、疎水性を有する、請求項１２に記載の人工脂質膜形成装置。
【請求項１８】
前記注入口の外周面は、親水性を有する、請求項１２に記載の人工脂質膜形成装置。
【請求項１９】
前記第１チャンバと前記注入口のうち少なくとも一方は、電極を備えている、請求項１２に記載の人工脂質膜形成装置。
【請求項２０】
前記第１チャンバと前記注入口のうち少なくとも一方は、センサを備えている、請求項１２に記載の人工脂質膜形成装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2010023848.tif 000023
【図２】
2010023848.tif 000024
【図３】
2010023848.tif 000025
【図４】
2010023848.tif 000026
【図５】
2010023848.tif 000027
【図６】
2010023848.tif 000028
【図７】
2010023848.tif 000029
【図８】
2010023848.tif 000030
【図９】
2010023848.tif 000031
【図１０】
2010023848.tif 000032
【図１１】
2010023848.tif 000033
【図１２】
2010023848.tif 000034
【図１４】
2010023848.tif 000035
【図１５】
2010023848.tif 000036
【図１７】
2010023848.tif 000037
【図１８】
2010023848.tif 000038
【図１９】
2010023848.tif 000039
【図２０】
2010023848.tif 000040
【図１３】
2010023848.tif 000041
【図１６】
2010023848.tif 000042
【国際調査報告】
2010023848.tif 000043
2010023848.tif 000044
2010023848.tif 000045
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