(57)【要約】【課題】脂質液のエマルジョン化を防ぎ、エマルジョンを含まない脂質膜の作製により、安定した脂質二分子膜を迅速に生成する脂質膜作製装置を提供する。【解決手段】脂質膜作製装置は、サンプル液収容部３と、基準液収容部４と、サンプル液収容部３と基準液収容部４との間に位置し、貫通孔を有する隔壁５と、脂質液を貫通孔に吐出する吐出手段（例えば、脂質液吐出用ノズル２）と、電極６と電極７の間の電位および膜電位を測定し、水溶液中に含まれる試料を検出する検出手段（例えば、電極６、電極７、計測装置８）と、吐出手段へ脂質液と流体とを交互に供給する供給手段（例えば、脂質液供給ポンプ１１、流体供給ポンプ１２）とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の水溶液収容部と、第２の水溶液収容部と、前記第１の水溶液収容部と前記第２の水溶液収容部との間に位置し、貫通孔を有する隔壁と、脂質液を前記貫通孔に吐出する吐出手段とを備える脂質膜作製装置であって、
前記吐出手段へ前記脂質液と流体とを交互に供給する供給手段を備えることを特徴とする脂質膜作製装置。
【請求項２】
前記供給手段は、前記脂質液を供給するポンプ及び前記流体を供給するポンプであることを特徴とする請求項１に記載の脂質膜作製装置。
【請求項３】
吐出動作の待機中において、前記吐出手段の吐出する先端には、前記流体が存在することを特徴とする請求項１又は２に記載の脂質膜作製装置。
【請求項４】
前記流体は、前記脂質液及び水溶液と反応しない不活性流体であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の脂質膜作製装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脂質膜作製装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日我々を取り巻く環境には、生体に有害である物質（広義の毒物）が多数存在している。例えば、水道水中のトリハロメタンや大気中のダイオキシンなどが念頭に浮かぶが、その他にも例数こそ少ないが、シアンやカドミウム、揮発性有機物（cis−1,2−ジクロロエチレン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン）といったいわゆる毒物による水道原水や地下水の汚染も時折新聞紙上を賑わしている。
【０００３】
こうした毒物の検出をリアルタイムで行うセンサとして、従来、水溶液中において脂質液吐出用ノズルによって脂質膜を作製し、自動的に脂質二分子膜を生成させる脂質膜作製装置が開示されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。この装置では、生成した脂質二分子膜をセンサプローブとして用い、毒物を電気化学的手法により検出する。一般に、このような装置は、複数の水槽を持ち、その水槽隔壁の一部に毒物が作用できる脂質二分子膜を生成し、水槽隔壁を挟む基準液及びサンプル液の電位差を電極によって測定することによって毒物を検出する仕組みとなっている。
【特許文献１】特開２００１−９１４９４号公報（段落番号「０００８」、図３）
【特許文献２】特開２００３−１９４７７２号公報（段落番号「０００９」〜「００１４」、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来の脂質膜作製法において作製される初期の脂質膜は、厚い脂質膜である。そして、脂質膜の自然薄化により、脂質多層膜を経て脂質二分子膜（黒膜）が生成されるが、この手法で作製された脂質膜は非常に厚いため、脂質を溶解する溶媒の拡散によって、脂質膜の薄化の進行は非常に遅く、脂質二分子膜に転化するまで長時間を費やさなければならないのは現状である。
【０００５】
又、脂質液吐出用ノズルが水溶液中にある場合、脂質液吐出用ノズル内へ周囲の水溶液の逆流により、脂質液のエマルジョン化を引き起こすことがある。あるいは、吐出動作待機中のノズルから脂質液の漏洩が発生することもある。このようにエマルジョンを含む脂質液を用いて生成される脂質膜はエマルジョンを多量に含んでおり、脂質膜の薄化による脂質二分子膜の生成の障害となっている。
【０００６】
更に、センサデバイスによって吐出される脂質量は少なければ少ないほど作製される脂質膜は薄く、脂質膜から脂質二分子膜に転化する時間も短くなるため、吐出液滴量をできるだけ少なくすることも重要である。従来では、エマルジョンを含まない脂質膜を作製するために、脂質液を吐出させる際にノズル先端のエマルジョンを含む脂質液の部分とそれに続く脂質液を一度に飛ばしている。そのため、一回の吐出脂質量が多くなり、ランニングコストが上昇するだけでなく、脂質多層膜から脂質二分子膜への転化時間もかかるという不具合が生じている。
【０００７】
そこで、本発明は、上記の問題に鑑み、脂質液のエマルジョン化を防ぎ、安定した脂質二分子膜を迅速に生成する脂質膜作製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】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の特徴は、第１の水溶液収容部と、第３の水溶液収容部と、第１の水溶液収容部と第２の水溶液収容部との間に位置し、貫通孔を有する隔壁と、脂質液を貫通孔に吐出する吐出手段とを備える脂質膜作製装置であって、吐出手段へ脂質液と流体とを交互に供給する供給手段を備える脂質膜作製装置であることを要旨とする。ここで、「吐出手段」とは、例えば、ジェット水流などによって脂質液を吐出する脂質液吐出用ノズルなどを指す。
【０００９】
本発明の特徴に係る脂質膜作製装置によると、脂質液のエマルジョン化を防ぎ、安定した脂質二分子膜を迅速に生成することができる。
【００１０】
又、本発明の特徴に係る脂質膜作製装置において、供給手段は、脂質液を供給するポンプ及び流体を供給するポンプであることが好ましい。このように、ポンプを用いることにより、容易に脂質液と流体とを交互に供給することができる。
【００１１】
又、本発明の特徴に係る脂質膜作製装置において、吐出動作の待機中において、吐出手段の吐出する先端には、流体が存在することが好ましい。吐出手段として、例えば脂質液吐出用ノズルを用いた場合、ノズルの先端が流体で塞がれていることにより、脂質液がノズルの周囲の溶液と接触せず、エマルジョン化を防ぐことができる。
【００１２】
又、本発明の特徴に係る脂質膜作製装置において、流体は、脂質液及び水溶液と反応しない不活性流体であることが好ましい。このように不活性流体を用いることにより、流体が脂質液や吐出装置周辺の溶液と反応せず、エマルジョン化を防ぎ、安定した脂質二分子膜を生成することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、脂質液のエマルジョン化を防ぎ、安定した脂質二分子膜を迅速に生成する脂質膜作製装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には、同一または類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。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勿論である。
【００１５】
（脂質膜作製装置）
本発明の実施の形態では、吐出手段へ脂質液と流体とを交互に供給することにより、脂質液のエマルジョン化を防ぎ、脂質多層膜から脂質二分子膜への薄化を促進する脂質膜作製装置について説明する。
【００１６】
本実施形態に係る脂質膜作製装置は、図１に示すように、サンプル液収容部（第１の水溶液収容部）３と、基準液収容部（第２の水溶液収容部）４と、サンプル液収容部３と基準液収容部４との間に位置し、貫通孔を有する隔壁５と、脂質液を貫通孔に吐出する吐出手段（例えば、脂質液吐出用ノズル２）と、吐出手段へ脂質液と流体とを交互に供給する供給手段（例えば、脂質液供給ポンプ１１、流体供給ポンプ１２）と、計測装置８により電極６と電極７の間の電位差、或いは脂質膜や脂質二分子膜の膜電位などを測定する検知手段とを備える。尚、図１における脂質膜１は、貫通孔に作製された当初は厚い脂質膜であるが、時間の経過と共に分子二層からなる脂質二分子膜へと転化する。
【００１７】
サンプル液収容部３の内部には電極７が設置され、この電極７はサンプル液中に挿入されている。同様に、基準液収容部４の内部には電極６が設置され、この電極６は基準液中に挿入されている。計測装置８は、電極６及び電極７によって、脂質膜１の膜電位を測定する。計測装置８は、例えば、エレクトロメータなどが用いられる。この計測装置８によって得られたデータは、記録計９によって記録することができる。尚、サンプル液としては、例えば地下水などが用いられ、検出手段によって、地下水に含まれる毒物などの種類や量を検出する。
【００１８】
又、サンプル液収容部３には、サンプル液流通口２１が設けられ、サンプル液の注入及び排出を行う。図１では、サンプル液流通口２１は１つであるが、本実施形態に係る脂質膜作製装置は、注入口と排出口とを分けて複数の流通口を設けることにより、注入及び排出が同時にかつ連続的に行われてもよい。同様に、基準液収容部４には、基準液流通口２０が設けられ、基準液の注入及び排出を行う。図１では、基準液流通口２０は１つであるが、本実施形態に係る脂質膜作製装置は、注入口と排出口とを分けて複数の流通口を設けることにより、注入及び排出が同時にかつ連続的に行われてもよい。又、脂質膜をセンサ膜として用いる場合、サンプル液を連続的に流通口２１から注入することができ、サンプル液に含まれる試料の脂質膜との相互作用により引き起こされる膜電位などの変化を測定することにより、試料を検出することができる。
【００１９】
隔壁５は、サンプル液収容部３と基準液収容部４の間に位置し、例えば、２５μｍ程度の厚さのテフロンTM（ポリ−テトラ−フルオロ−エチレン (-CF２-CF２-)ｎ）からなる。隔壁５は、１つ以上の貫通孔を有し、この貫通孔には脂質膜１が作製される。尚、貫通孔は、直径１０〜１０００μｍの円形状であり、その深さは約２５μｍである。望ましい貫通孔径は１００μｍ〜６００μｍである。
【００２０】
脂質液吐出用ノズル２は、インクジェット様の装置であり、ジェット水流などによって脂質液を貫通孔に吐出し、貫通孔にサンプル液と基準液との両者が接触する脂質膜１を作製する。図１では、脂質液吐出用ノズル２は、サンプル液収容部３内に設置されているが、基準液収容部４内に設置されてもよい。
【００２１】
脂質液供給ポンプ１１は、脂質液吐出用ノズル２へつながるチューブ１４へ脂質液を供給する。又、流体供給ポンプ１２は、脂質液吐出用ノズル２へつながるチューブ１４へ流体を供給する。このとき、脂質液及び流体は合流部１３で合流し、チューブ１４へ交互に導入される。即ち、チューブ１４内では、図２に示すように、脂質液１６及び流体１５が交互に流れる。脂質液及び流体それぞれの量や流速は、図示しない制御装置で管理され、脂質液供給ポンプ１１及び流体供給ポンプ１２は、制御装置からの信号に基づき、所定量の脂質液及び流体を所定の流速で送り出す。尚、チューブ１４としては、例えば、テフロンチューブなどが用いられる。
【００２２】
又、流体供給ポンプ１２は、供給する流体が気体である場合、エアコンプレッサ、エアポンプ、ガスを供給できるシステム（例えば、ガスラインあるいはガスボンベによるガスの供給）を用いることができるが、特にこれらに限定されるものではない。
【００２３】
又、供給される流体は、脂質液及び水溶液と反応しない不活性流体であればよい。又、図１に示すように、脂質液吐出用ノズル２がサンプル液中に挿入される場合は、流体はサンプル液と反応しないものである必要がある。同様に、脂質液吐出用ノズル２が基準液中に挿入される場合は、流体は基準液と反応しないものである必要がある。
【００２４】
流体は、例えば、不活性ガス、ゾルなどの流体を用いることができるが、不活性ガスの使用が好ましい。不活性ガスとしては、例えば、エア、窒素ガス、二酸化炭素、アルゴンなどを用いることができるが、特にこれらに限定されるものではない。
【００２５】
又、脂質液吐出用ノズル２は、吐出動作を行わない状態、即ち、吐出動作の待機中においては、図３に示すように、脂質液吐出用ノズル２の先端２ａに、脂質液１６ではなく、流体１５が存在する。脂質液吐出用ノズル２の先端２ａは、流体１５に塞がれ、脂質液１６が脂質液吐出用ノズル２の周囲の水溶液と接触することはない。
【００２６】
又、流体の供給量は、脂質膜１を作製するための一回の吐出脂質液滴と次回の吐出脂質液滴を遮断することができ、且つ、吐出動作の待機中において、脂質液吐出用ノズル２の先端部分に残ることによって、脂質液と脂質液吐出用ノズル２の周囲の水溶液との接触を防ぐことができれば特に限定されるものではない。よって、流体の供給量は、上記の条件を満たす適当な量とする。
【００２７】
又、脂質二分子膜は、水溶液中に含まれる試料質の作用によって生じる脂質二分子膜の何らかの変化（例えば、電気信号、イオン透過性、発光、蛍光、吸収スペクトル、熱変化などの変化）を利用して、水溶液中に含まれる試料の有無及びその濃度を検出するセンサプローブとして作用する。このような脂質二分子膜としては、実質的に脂質のみから構成される脂質二分子膜や、各種の蛋白質、分子や物質を導入した脂質二分子膜等が挙げられる。脂質、蛋白質、分子や物質などを適宜に選択し、測定目的あるいは測定対象などの具体的内容に応じた各種のセンサを製造することができる。
【００２８】
本実施形態に係る脂質膜作製装置に用いられる脂質としては、例えば、リン脂質、糖脂質、蛍光脂質、境界脂質、コレステロール、スフィンゴ脂質などの脂質、あるいは、合成脂質を用いることができるが、特にこれらに限定されるものではない。
【００２９】
（作用及び効果）
本実施形態に係る脂質膜作製装置によると、脂質液吐出用ノズル２へ脂質液１６と流体１５とを交互に供給することにより、脂質液１６が脂質液吐出用ノズル２の周囲の溶液に接触せず、脂質液のエマルジョン化を防ぐことができる。又、このように、脂質液と流体とが交互に充填されていることにより、一度に吐出する脂質液の吐出量は少なくなり、ランニングコストの低下につながる。
【００３０】
更に、脂質液が少ないことから、薄い脂質膜が作製され、脂質二分子膜への転化時間も短縮できる。従来、脂質多層膜から脂質二分子膜への転化には、数時間程度を要したが、本実施形態に係る脂質膜作製装置によると、数秒から数分で、脂質膜を脂質多層膜から脂質二分子膜へ転化させることができる。
【００３１】
従って、本実施形態に係る脂質膜作製装置によると、安定した脂質二分子膜を迅速に生成することができる。
【００３２】
又、本実施形態に係る脂質膜作製装置によると、脂質液供給ポンプ及び流体供給ポンプを用いることにより、容易に脂質液と流体とを交互に供給することができる。
【００３３】
又、本実施形態に係る脂質膜作製装置によると、吐出動作の待機中において、脂質液吐出用ノズル２の吐出する先端２ａには、流体１５が存在し、先端２ａを流体１５で塞ぐことができる。このため、脂質液１６が脂質液吐出用ノズル２の周囲の溶液と接触せず、又、周囲の水溶液がノズルへ逆流しないため、エマルジョン化による脂質膜の劣化を防ぐことができる。更に、脂質液吐出用ノズル２の先端２ａに残された流体によって、流体に続く脂質液の漏洩を防ぐことができる。
【００３４】
又、本実施形態に係る脂質膜作製装置において、流体は、脂質液及び水溶液と反応しない不活性流体であることが好ましい。このように不活性流体を用いることにより、流体が脂質液や吐出装置周辺の溶液と反応せず、エマルジョン化を防ぎ、安定した脂質二分子膜を生成することができる。
【００３５】
（その他の実施の形態）
本発明は上記の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００３６】
例えば、本実施形態において、供給手段として脂質液供給ポンプ及び流体供給ポンプを用いて説明したが、脂質液と流体を交互に供給できるものであればこれに限るわけではない。
【００３７】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【実施例】
【００３８】
以下に実施例を挙げて、本発明を更に詳しく説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。本発明の実施の形態に係る脂質膜作製装置の効果を確かめるため、従来の脂質膜作製装置を用いた場合と、図１に示す脂質膜作製装置を用いた場合とについて、脂質二分膜の生成を行った。
【００３９】
（従来例）
従来の脂質膜作製装置を用い、脂質二分子膜の生成を行った。
【００４０】
具体的には、デカンに溶解した５％モノオレイン脂質液を用いて、直径４００μｍの貫通孔に１μｌの脂質液を吐出した。そして、脂質膜の変化を観察した。
【００４１】
（結果）
結果を図４に示す。図４は、光学顕微鏡による写真であり、貫通孔径は４００μｍである。図４は、脂質液を吐出した直後の状態であり、脂質膜にエマルジョンが多量に含まれている。又、脂質多層膜から脂質二分子膜への転化には、３時間程度を要した。
【００４２】
（実施例）
図１に示す脂質膜作製装置を用い、脂質二分子膜の生成を行った。
【００４３】
具体的には、エアとデカンに溶解した５％モノオレイン脂質液とを２対１の割合で、交互にテフロンチューブに送り込み、直径４００μｍの貫通孔に０．５μｌの脂質液を吐出した。そして、脂質膜の変化を観察した。
【００４４】
（結果）
結果を図５に示す。図５は、光学顕微鏡による写真であり、貫通孔径は４００μｍである。
【００４５】
図５（ａ）は、脂質液を吐出した直後の状態であり、図５（ｂ）は、脂質液を吐出してから３０秒後、図５（ｃ）は、脂質液を吐出してから３２秒後、図５（ｄ）は、脂質液を吐出してから３５秒後の状態を示している。図５（ａ）に示すように、エマルジョンを含まない脂質膜が作製された。更に、待機中の脂質液吐出用ノズル２から脂質液の漏洩も観察されなかった。そして、図５（ｂ）において、虹色の脂質多層膜に転化し、図５（ｃ）において、右上から脂質多層膜から脂質二分子膜への転化が始まり、図５（ｄ）において、脂質二分子膜が虹色膜全体に広がった。
【００４６】
従って、本実施形態に係る脂質膜作製装置によると、エマルジョンを含まない脂質液を作製することができ、脂質液を吐出してから３５秒で、脂質二分子膜を生成することができることが分かった。又、脂質液吐出用ノズル２からの脂質液の漏洩を防ぐことができることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本実施形態に係る脂質膜作製装置の構成ブロック図である。
【図２】図１におけるチューブの拡大図である。
【図３】図１における脂質液吐出用ノズルの拡大図である。
【図４】従来例における脂質二分子膜の生成を示す光学顕微鏡写真である。
【図５】実施例における脂質二分子膜の生成を示す光学顕微鏡写真である。
【符号の説明】
【００４８】
１…脂質膜
２…脂質液吐出用ノズル
２ａ…先端
３…サンプル液収容部
４…基準液収容部
５…隔壁
６、７…電極
８…計測装置
９…記録計
１１…脂質液供給ポンプ
１２…流体供給ポンプ
１３…合流部
１４…チューブ
１５…流体
１６…脂質液
２０…基準液流通口
２１…サンプル液流通口
【図１】
2005283286.tif 000003
【図２】
2005283286.tif 000004
【図３】
2005283286.tif 000005
【図４】
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【図５】
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