(57)【要約】【課題】  安定した人工脂質二重膜を迅速に形成でき、例えば、単一チャネルの構造と機能を同時に測定する電流測定装置に用いることが可能な、人工脂質二重膜の形成装置および形成方法と、その代表的な利用の一例とを提供する。【解決手段】  本発明の人工脂質二重膜の形成装置は、底面に小孔１１を有する上溶液槽１と、支持層３が形成された下溶液槽２と脂質溶液除去手段とを備え、小孔１１に脂質溶液を塗布し、該脂質溶液を支持層３に接触させた状態で、水圧を変化させることなく脂質溶液除去手段により余剰な脂質溶液を排出しすることで、小孔１１に人工脂質二重膜を形成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状の部位に膜形成用開口部が形成されている膜支持体と、水溶液を蓄積可能となっている膜形成溶液槽とを備えているとともに、該膜形成溶液槽には、人工脂質二重膜を支持する支持層が設けられており、上記膜支持体の膜形成用開口部で形成した人工脂質二重膜を支持層上に接触させて支持する人工脂質二重膜の形成装置において、
さらに、水圧を変化させることなく上記膜形成用開口部に塗布した脂質溶液から余剰な脂質溶液を排出する脂質溶液排出手段を備えており、
上記膜形成用開口部の少なくとも一方の面を水溶液に接する状態となるように、膜支持体を膜形成溶液槽に投入した上で、該膜形成用開口部に脂質溶液を塗布し、該脂質溶液を上記水溶液と支持層とで挟んで該支持層に接触させるとともに、
この状態で上記脂質溶液除去手段により余剰な脂質溶液を排出することにより、上記膜形成用開口部に人工脂質二重膜を形成することを特徴とする人工脂質二重膜の形成装置。
【請求項２】
さらに、上記膜形成溶液槽を下溶液槽とした場合に、該下溶液槽の上方に設けられる水溶液を蓄積可能となっている上溶液槽を備え、上記支持層は、該下溶液槽の底面に設けられており、上記膜支持体は、上溶液槽の底面となっていることを特徴とする請求項１に記載の人工脂質二重膜の形成装置。
【請求項３】
上記脂質溶液排出手段は、上記膜形成用開口部に塗布した脂質溶液を管状部材により吸引する吸引手段であることを特徴とする請求項１または２に記載の人工脂質二重膜の形成装置。
【請求項４】
上記膜支持体は、上記膜形成溶液槽に設けられた支持層を押しつける方向に移動可能となっており、
当該移動可能な膜支持体を上記脂質溶液排出手段として用い、上記膜形成用開口部に塗布した脂質溶液を上記支持層に圧着させ脂質溶液を押し出すことで、余剰な脂質溶液を排出することを特徴とする請求項１または２に記載の人工脂質二重膜の形成装置。
【請求項５】
上記支持層は、高分子ゲルからなっていることを特徴とする請求項１ないし４の何れか１項に記載の人工脂質二重膜の形成装置。
【請求項６】
上記高分子ゲルとして、アガロースまたはポリアクリルアミドが用いられることを特徴とする請求項５に記載の人工脂質二重膜の形成装置。
【請求項７】
上記高分子ゲル層の厚さは、上記脂質溶液排出手段が、吸引部材である場合には１００ｎｍ以上２ｍｍ以下、移動可能な膜支持体である場合には０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項５または６に記載の人工脂質二重膜の形成装置。
【請求項８】
上記高分子ゲルは、上記膜形成用開口部に接する領域で、他の領域よりも５０μｍ以上２００μｍ以下高くなっていることを特徴とする請求項５または６に記載の人工脂質二重膜の形成装置。
【請求項９】
上記膜形成用開口部の直径は、１０μｍ以上５００μｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし８の何れか１項に記載の人工脂質二重膜の形成装置。
【請求項１０】
平板状の部位に膜形成用開口部が形成されている膜支持体を用い、この膜形成用開口部の少なくとも一方の面を水溶液に接した状態とした上で、該膜形成用開口部に、脂質溶液を塗布する脂質溶液塗布工程と、
上記膜形成用開口部に塗布した脂質溶液を上記水溶液と表面が親水性である支持層とで挟んで、上記塗布した脂質溶液を該支持層に接触させる支持層接触工程と、
水圧を変化させることなく上記膜形成用開口部に塗布した脂質溶液から余剰な脂質溶液を排出することにより、上記膜形成用開口部に薄化した人工脂質二重膜を形成する脂質膜薄化工程とを含むことを特徴とする人工脂質二重膜の形成方法。
【請求項１１】
上記脂質膜薄化工程では、管状部材により脂質溶液を吸引することで、余剰な脂質溶液を排出することを特徴とする請求項１０に記載の人工脂質二重膜の形成方法。
【請求項１２】
上記脂質膜薄化工程では、上記膜形成用開口部に塗布した脂質溶液を上記支持層に圧着させ脂質溶液を押し出すことで、余剰な脂質溶液を排出することを特徴とする請求項１０に記載の人工脂質二重膜の形成方法。
【請求項１３】
請求項１ないし９の何れか１項に記載の人工脂質二重膜の形成装置を用いて、形成された人工脂質二重膜。
【請求項１４】
上記人工脂質二重膜には、膜タンパク質が組み込まれていることを特徴とする請求項１３に記載の人工脂質二重膜。
【請求項１５】
上記膜タンパク質はイオンチャネルであることを特徴とする請求項１４に記載の人工脂質二重膜。
【請求項１６】
請求項１ないし９の何れか１項に記載の人工脂質二重膜の形成装置を用いてなる電流測定装置。
【請求項１７】
上記膜形成溶液槽の支持層が設けられる側面が透光性を有する材料からなっているとともに、該側面の外側には、支持層上の人工脂質二重膜を観察可能とする光学観察手段が設けられていることを特徴とする請求項１６に記載の電流測定装置。
【請求項１８】
上記上溶液槽に電気的に接続される電流計測手段と、上記下溶液槽に電気的に接続されるアース手段とを備えていることを特徴とする請求項１６または１７に記載の電流測定装置。
【請求項１９】
上記人工脂質二重膜には、膜タンパク質が組み込まれていることを特徴とする請求項１６ないし１８の何れか１項に記載の電流測定装置。
【請求項２０】
上記膜タンパク質がイオンチャネルであることを特徴とする請求項１９に記載の電流測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人工脂質二重膜の形成装置および人工脂質二重膜の形成方法、並びにその利用に関するものであり、例えば、膜タンパク、ペプチド等を介した微小電流の検出に利用される脂質平面膜法に好適に用いられる人工脂質二重膜の形成装置および形成方法と、その代表的な利用の一例とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
脂質二重膜（脂質二分子膜、脂質二重層）は、生体膜の基本構造であり、全ての生物の生体膜に見られる。生体膜には、各種の膜タンパク質が脂質二重膜に埋め込まれており、この膜タンパク質は、各種イオン、糖、アミノ酸、ヌクレオチド等の物質の輸送やシグナル伝達、あるいは脂質の合成等に関与している。
【０００３】
このように、生体膜は、生理機能を発現する場であり、外部からの情報の認識と膜内への伝送、物質の変換、輸送など、種々の重要な役割を果たしている。また、生体膜の機能を応用すれば、産業上の様々な用途への応用の可能性が見出される。したがって、生体膜モデルとして、人工的な膜を作製することは極めて重要である。
【０００４】
生体膜のモデルとなる人工的な膜としては、高分子キャスト膜、ラングミュア−ブロジェット（ＬＢ）膜など種々のものが考えられているが、人工脂質二重膜が生体膜に最も近い形態を有している。人工脂質二重膜とは、リン脂質などの両親媒性分子を疎水部のアルキル鎖どうしを内側に向けた状態で配列させた薄膜のことであり、例えば、イオンチャネルのイオン電流を測定する用途等に応用されている。
【０００５】
ところで、人工脂質二重膜の形成方法としては、脂質平面膜法が知られている。単一のイオンチャネルのイオン電流を測定する方法としてパッチクランプ法が用いられるが、チャネルの構造機能について相関研究を深めるためには、実験を行うときに、単純な再構成系を用いる必要が生ずる場合がある。このような場合に用いられる人工脂質二重膜の形成方法が脂質平面膜法である。
【０００６】
この脂質平面膜法は、イオン、水、人工脂質二重膜、イオンチャネルという最小限の単純系を用いて、イオンチャネルの基本的な構造や詳細な構造機能相関について調査するというものである（非特許文献１参照）。
【０００７】
脂質平面膜法の系について具体的に説明すると、図１３に示すように、人工脂質二重膜１１１にイオンチャネル１１２を組み込み、イオンチャネル１１２を介して流れる電流を計測する。上記人工脂質二重膜１１１は、水溶液槽１１３を仕切るプラスティック板等の仕切り板１１４に開けられた小孔１１５に形成されている。２つに仕切られた水溶液槽１１３の一方の槽には、電極１１６が投入され、この電極１１６を介して電流計測器１１７が設けられている。他方の槽には、電極１１８が投入され、この電極１１８を介して水溶液槽１１３に対してアース１１９がなされている。
【０００８】
ここで、上記小孔１１５に人工脂質二重膜１１１を形成する方法としては、以下の（Ａ）垂直型ペインティング法、（Ｂ）垂直型貼り合わせ法、（Ｃ）水平型法のいずれかの方法が挙げられる。
【０００９】
（Ａ）垂直型ペインティング法では、まず、図１４の左側に示すように、水溶液槽１１３（図１４には図示せず）を仕切る仕切り板１１４等の支持体に形成されている小孔１１５に、脂質溶液１１０を細いガラス管等で塗りつける。この状態では脂質溶液１１０は、小孔１１５をふさぐ状態で、仕切り板１１４の表面側双方に突出するように盛り上がっている。この脂質溶液１１０は、デカン等の有機溶媒に脂質を溶解してなる溶液である。塗りつけた後、図１４の右側に示すように、脂質溶液１１０が仕切り板１１４の表面を移動することにより、自然に薄化した人工脂質二重膜１１１が得られる。なお、薄化とは、塗りつけられた脂質溶液１１０の中心部から有機溶媒等が移動して、該中心部にて脂質二重膜が形成される過程をいう。
【００１０】
次に、（Ｂ）垂直型貼り合わせ法では、図１５の上段に示すように、水溶液槽１１３（図１５には図示せず）における気液界面に脂質の単分子膜１２１を展開する。このとき気液界面は、仕切り板１１４に形成されている小孔１１５の下方側の端部と同じ位置としておく。その後、図１５の中段に示すように、２つに仕切られた水溶液槽１１３の一方の槽（図中右側）における液面（気液界面）を上昇させることにより、単分子膜１２１を仕切り板１１４の表面開させる。これにより、小孔１１５の一方の開口が単分子膜１２１により塞がれた状態になる。さらにその後、図１５の下段に示すように、２つに仕切られた水溶液槽１１３の他方の槽（図中左側）における液面（気液界面）を上昇させることにより、単分子膜１２１を仕切り板１１４の表面に展開させる。これにより、小孔１１５の他方の開口も単分子膜１２１が塞がれた状態となる。その結果、小孔１１５の双方の開口において、単分子膜１２１が貼り合わせられ、最終的に人工脂質二重膜１１１が形成される。
【００１１】
次に、（Ｃ）水平型法では、図１３に示す水溶液槽１１３が仕切り板１１４により上下に仕切られた状態となる。このとき、図１６（ａ）に示すように、仕切り板１１４に形成した小孔１１５を脂質溶液１１０で塞ぎ、該脂質溶液１１０が自然に薄化して人工脂質二重膜１１１となるのを待つ。あるいは、図１６（ｂ）に示すように、小孔１１５より上側の槽の水圧を上げることにより脂質溶液１１０を下方に膨らませて薄化させることにより人工脂質二重膜１１１を形成する。
【００１２】
しかしながら、上記の何れの人工脂質二重膜の形成方法であっても、安定した人工脂質二重膜１１１を迅速に形成することが困難となっている。すなわち、上記（Ａ）垂直型ペインティング法では、脂質溶液１１０が仕切り板１１４の表面を移動し、十分に薄化して人工脂質二重膜１１１となるまでに数分から数十分を要する。また、（Ｂ）垂直型貼り合わせ法では、人工脂質二重膜１１１を形成する前に小孔１１５をスクアレン等の有機溶媒で前処理することが必須であり、工程の増加により形成方法が煩雑化する。さらに、複数回、液面を上下しないと人工脂質二重膜１１１が形成されていないことがほとんどである。
【００１３】
さらに、（Ｃ）水平型法のうち、小孔１１５を塞いだ脂質溶液１１０が自然に薄化するのを待つ場合（図１６（ａ）の場合）には、人工脂質二重膜の形成が人為的には全く制御できない。それゆえ、薄化に数時間以上を要する場合がある。また、小孔１１５より上側の槽の水圧を上げることにより薄化する場合（図１６（ｂ）の場合）には、得られる人工脂質二重膜１１１において、「脂質二重膜」となる薄い部分と、その周囲を取り囲む環状バルク層という厚い部分とが生じる。したがって、この方法で得られる人工脂質二重膜１１１は、上記各部分の物理化学的な平衡の上に成り立っているため、水溶液の流動などによる振動でこの平衡が崩れると、人工脂質二重膜１１１はすぐに破れる。しかも、水溶液槽１１３における上下各槽の圧力差を正確にコントロールするのは難しいため、得られる人工脂質二重膜１１１はより不安定になりやすい。
【００１４】
このように、脂質平面膜法を用いた場合、安定で耐久性のある人工脂質二重膜を形成することが克服すべき大きな課題となっている。
【００１５】
そこで、本発明者等は、電流測定装置に用いる人工脂質二重膜において、上記従来の問題点を改善する技術を提案している（例えば、非特許文献２参照）。この技術により得られる電流測定装置では、人工脂質二重膜を用いてイオンチャネル分子の構造と機能を同時に測定することが可能となっている。
【００１６】
具体的には、この電流測定装置は、図１７に示すように、上溶液槽１０１および下溶液槽１０２の２つの溶液槽を備えている。上溶液槽１０１の底面には中心部に小孔１０５が開けられたフィルム１０３が貼り付けられている。また、下溶液槽１０２は底面に開口部１０４があり、カバーガラス１０６が接着剤で固定されている。そしてこのカバーガラス１０６にはアガロースゲル層（図示せず）が形成されている。
【００１７】
この電流測定装置では、まず、脂質溶液中で上溶液槽１０１の下方部を移動させることにより、小孔１０５に脂質溶液の厚い膜を形成する。その後、上溶液槽１０１を下溶液槽１０２に投入し、小孔１０５に形成された厚い膜がカバーガラス１０６に形成されたアガロースゲル層に接するまで下降させる。ここで上溶液槽１０１の圧力（水圧）を高くすることによって、余剰の脂質溶液をアガロースゲル層の間から押し出し、厚い膜を薄化させ人工脂質二重膜を形成する。
【００１８】
この電流測定装置では、上溶液槽１０１の圧力を高くすることにより、人工脂質二重膜の形成（厚い膜の薄化）に時間を要することがない。また、形成された人工脂質二重膜は、アガロースゲル層に支持されるので、上溶液槽１０１から圧力がかけられていても人工脂質二重膜は上下方向に安定化する。
【非特許文献１】「新パッチクランプ実験技術法」、老木成稔著、吉岡書店、2001年、208-215頁、『１９．チャネル研究のための脂質平面膜法』
【非特許文献２】Ide,T., Takeuchi,U., Yanagida,T. Development of an Experimental Apparatus for Simultaneous Observation of Optical and Electrical Signals from Single Ion Cannels, Single Mol.3(2002)1,33-42
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかしながら、上記従来の人工脂質二重膜の形成技術では、人工脂質二重膜を安定して形成することが困難な場合があり、より安定した形成技術が求められているという課題を有している。
【００２０】
具体的には、上記従来の技術では、上溶液槽１０１の圧力（水圧）を高くすることによって、余剰の脂質溶液をアガロースゲル層の間から押し出し、厚い膜を薄化させている。このとき、上溶液槽１０１の圧力を高めると、図１８（ａ）に示すように、上溶液槽１０１の底面とアガロースゲル層１０８との間において、図中矢印Ｒ方向に余剰な脂質の逃げていくため、膜の薄化が可能となる。ところが、図１８（ｂ）に示すように、上溶液槽１０１の圧力が高くなることで、該上溶液槽１０１から下溶液槽１０２へ水溶液が移動することができる（図中矢印Ｍ方向）。そのため、図１８（ｃ）に示すように、薄化した人工脂質二重膜１１１が過剰に膨らみ、破れやすくなる。
【００２１】
このように、小孔に形成された脂質溶液の厚い膜を薄化する場合、上方の圧力を高める手法を採用すると、安定して薄化ができずに人工脂質二重膜が破れやすくなるという問題が生じていた。
【００２２】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、安定した人工脂質二重膜を迅速に形成でき、例えば、単一チャネルの構造と機能を同時に測定する電流測定装置に用いることが可能な、人工脂質二重膜の形成装置および形成方法と、その代表的な利用の一例とを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明にかかる人工脂質膜の形成装置は、平板状の部位に膜形成用開口部が形成されている膜支持体と、水溶液を蓄積可能となっている膜形成溶液槽とを備えているとともに、該膜形成溶液槽には、人工脂質二重膜を支持する支持層が設けられており、上記膜支持体の膜形成用開口部で形成した人工脂質二重膜を支持層上に接触させて支持する人工脂質二重膜の形成装置において、さらに、水圧を変化させることなく上記膜形成用開口部に塗布した脂質溶液から余剰な脂質溶液を排出する脂質溶液排出手段を備えており、上記膜形成用開口部の少なくとも一方の面を水溶液に接する状態となるように、膜支持体を膜形成溶液槽に投入した上で、該膜形成用開口部に脂質溶液を塗布し、該脂質溶液を上記水溶液と支持層とで挟んで該支持層に接触させるとともに、この状態で上記脂質溶液除去手段により余剰な脂質溶液を排出することにより、上記膜形成用開口部に薄化した人工脂質二重膜を形成することを特徴としている。
【００２４】
上記構成によれば、脂質溶液排出手段を備えているため、水圧を変化させることなく膜形成用開口部に塗布した脂質溶液から余剰な脂質溶液を排出することができる。そのため、膜の上から圧力がかからないため、薄膜化させる際に、膜を破いたり、膜を不安定な状態にするようなことはない。ゆえに、安定で耐久性が高い人工脂質二重膜を迅速に形成することができる。
【００２５】
さらに、本発明にかかる人工脂質膜の形成装置は、上記膜形成溶液槽を下溶液槽とした場合に、該下溶液槽の上方に設けられる水溶液を蓄積可能となっている上溶液槽を備え、上記支持層は、該下溶液槽の底面に設けられており、上記膜支持体は、上溶液槽の底面となっていてもよい。
【００２６】
上記構成によれば、上溶液槽の脂質溶液を塗布した底面と、下溶液の底面に設けられた支持層を接触することを容易に行うことができる。よって、単純な構成で、安定した人工脂質二重膜を迅速に容易に形成することができる。
【００２７】
さらに、本発明にかかる人工脂質膜の形成装置は、上記脂質溶液排出手段が、上記膜形成用開口部に塗布した脂質溶液を管状部材により吸引する吸引手段であってもよい。
【００２８】
上記構成によれば、吸引手段を用いて、形成用開口部に塗布した脂質溶液から余剰な脂質溶液を吸引する。それゆえ、短時間で容易に余剰名脂質溶液を排出し、人工脂質二重膜を薄膜化することができる。
【００２９】
さらに、本発明にかかる人工脂質膜の形成装置は、上記膜支持体が、上記膜形成溶液槽に設けられた支持層を押しつける方向に移動可能となっており、当該移動可能な膜支持体を上記脂質溶液排出手段として用い、上記膜形成用開口部に塗布した脂質溶液を上記支持層に圧着させ脂質溶液を押し出すことで、余剰な脂質溶液を排出してもよい。
【００３０】
上記構成によれば、膜支持体が、移動可能となっているため、脂質溶液を上記支持層に圧着させ脂質溶液を押し出すことで、余剰な脂質溶液を排出することができる。よって、余剰な脂質溶液を排出するための部材を用意する必要がないため、安価に容易に人工脂質二重膜を薄膜化することができる。
【００３１】
さらに、本発明にかかる人工脂質膜の形成装置は、上記支持層が、高分子ゲルからなっていることが好ましく、上記高分子ゲルとして、アガロースまたはポリアクリルアミドが用いられることがより好ましい。また、上記高分子ゲル層の厚さは任意でかまわないが、上記脂質溶液排出手段が、吸引部材である場合には１００ｎｍ以上２．０ｍｍ以下、移動可能な膜支持体である場合には０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下であることが好ましい。さらに、上記高分子ゲルは、上記膜形成用開口部に接する領域で、他の領域よりも高くなっていることが好ましく、５０μｍ以上２００μｍ以下高くなっていることがより好ましい。
【００３２】
上記の構成によれば、薄膜化する際に、高分子ゲル層に支えられて、人工脂質二重膜が上下方向に安定する。
【００３３】
さらに、本発明にかかる人工脂質膜の形成装置は、上記膜形成用開口部の直径が、１０μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。
【００３４】
上記構成によれば、人工脂質二重膜を、良好に形成することができる。
【００３５】
本発明にかかる人工脂質膜の形成方法は、平板状の部位に膜形成用開口部が形成されている膜支持体を用い、この膜形成用開口部の少なくとも一方の面を水溶液に接した状態とした上で、該膜形成用開口部に、脂質溶液を塗布する脂質溶液塗布工程と、上記膜形成用開口部に塗布した脂質溶液を上記水溶液と表面が親水性である支持層とで挟んで、上記塗布した脂質溶液を該支持層に接触させる支持層接触工程と、水圧を変化させることなく上記膜形成用開口部に塗布した脂質溶液から余剰な脂質溶液を排出することにより、上記膜形成用開口部に薄化した人工脂質二重膜を形成する脂質膜薄化工程とを含むことを特徴としている。
【００３６】
上記方法によれば、水圧を変化させることなく膜形成用開口部に塗布した脂質溶液から余剰な脂質溶液を排出することができる。そのため、膜の上から圧力がかからないため、脂質膜薄化工程で、膜を破いたり、膜を不安定な状態にするようなことはない。ゆえに、安定で耐久性が高い人工脂質二重膜を迅速に形成することができる。
【００３７】
さらに、本発明にかかる人工脂質膜の形成方法は、上記脂質膜薄化工程では、管状部材により脂質溶液を吸引することで、余剰な脂質溶液を排出してもよい。
【００３８】
上記方法によれば、短時間で容易に余剰名脂質溶液を排出し、人工脂質二重膜を薄膜化することができる。
【００３９】
さらに、本発明にかかる人工脂質膜の形成方法は、上記脂質膜薄化工程では、上記膜形成用開口部に塗布した脂質溶液を上記支持層に圧着させ脂質溶液を押し出すことで、余剰な脂質溶液を排出してもよい。
【００４０】
上記方法によれば、安価で容易に人工脂質二重膜を薄膜化することができる。
【００４１】
本発明にかかる人工脂質二重膜は、上記人工脂質二重膜の形成方法を用いて、形成されていることを特徴とする。
【００４２】
上記構成によれば、上記人工脂質二重膜の形成方法を用いて形成されているため、人工脂質二重膜は、安定で耐久性が高い。
【００４３】
さらに、本発明にかかる人工脂質二重膜は上記人工脂質二重膜には、膜タンパク質が組み込まれていてもよいし、この膜タンパク質がイオンチャネルであってもかまわない。
【００４４】
本発明にかかる電流測定装置は、上記本発明にかかる人工脂質二重膜の形成装置を用いて形成されていることを特徴とする。
【００４５】
上記構成によれば、膜を介した電流測定に際し、安定した人工脂質二重膜を用いることができるため、精度よく電流測定を行うことができる。
【００４６】
さらに、本発明にかかる電流測定装置は、上記膜形成溶液槽の支持層が設けられる側面が透光性を有する材料からなっているとともに、該側面の外側には、支持層上の人工脂質二重膜を観察可能とする光学観察手段が設けられていてもよい。
【００４７】
上記構成によれば、膜形成溶液槽と支持層とを通して、人工脂質二重膜を光学的に観測することができる。
【００４８】
さらに、本発明にかかる電流測定装置は、上記上溶液槽に電気的に接続される電流計測手段と、上記下溶液槽に電気的に接続されるアース手段とを備えているのが好ましい。
【００４９】
さらに、本発明にかかる電流測定装置は、上記人工脂質二重膜には、膜タンパク質が組み込まれてもよく、該膜タンパク質がイオンチャネルであってもかまわない。
【発明の効果】
【００５０】
以上のように、本発明の脂質二重膜の形成装置を用いれば、安定で耐久性が高い人工脂質二重膜を短時間で形成することができる。また、上記の人工脂質の形成装置を用いて形成される本発明の脂質二重膜は、安定で耐久性が高い。
【００５１】
さらに、本発明の電流測定装置を用いれば、安定な人工脂質二重膜に組み込まれた分子によって、様々な物質の検出に用いることができる。例えば、イオンチャネルを組み込んだ場合、イオン透過の様子を確認することができる。それゆえ、上記の電流測定装置は、イオンチャネルの機能解析に役立てることができる。
【００５２】
イオンチャネルは、種類も多く、ほとんどすべての細胞に分布して生体が生存するために重要な役割を果たすことから、疾患の原因にもなりやすい。このことから、イオンチャネルをターゲットとする薬剤が多く必要とされている。本発明は、イオンチャンネルをターゲットとする薬剤開発におけるスクリーニングや薬理試験にも利用できる可能性を有しているため、その有用性は高いと言える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５３】
〔実施の形態１〕
本発明の実施の一形態について、図１ないし４を用いて説明すれば、以下の通りである。なお、本発明は、以下の本実施の形態の記載に限定されるものではない。
【００５４】
（１）人工脂質二重膜の形成装置の一例
本発明にかかる人工脂質二重膜の形成装置（以下の説明では、適宜、形成装置と略す）は、図１に示すように、少なくとも上溶液槽１と、下溶液槽（膜形成溶液槽）２と、支持層３と、図示しない吸引部（吸引手段）とを備えている。この吸引部は、水圧を変化させることなく膜形成用開口部に塗布した脂質溶液から余剰な脂質溶液を排出する脂質溶液排出手段として機能する。また、上溶液槽１の底面は膜支持体５となっており、この膜支持体５に形成されている小孔（膜形成用開口部）１１で人工脂質二重膜が形成される。
【００５５】
＜膜支持体＞
上記膜支持体５の具体的な構成は、平板状の部位に膜形成用開口部である小孔１１が形成されている構成となっていれば得に限定されるものではない。本実施の形態では、図１に示すように、膜支持体５は、溶液を蓄積可能な上溶液槽１の底部分となっている。
【００５６】
上記膜支持体５は、板状またはフィルム状であれば特に限定されるものではない。したがって、図１に示すような上溶液槽１の底面となっている構成では、当該上溶液槽１の底面そのものに小孔１１が形成されている構成となっていてもよいし、上溶液槽１の底面に開口部を設け該開口部に小孔１１を形成したフィルムを接着した構成となっていてもよい。
【００５７】
上記膜支持体５の材質は特に限定されるものではないが、具体的には、例えば、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン等のプラスティック、フッ素樹脂等が好適に用いられる。また、上記膜支持体５の厚さは０．１ｍｍ以上、０．３ｍｍ以下であることが好ましい。なお、小孔１１周辺のみ他の領域より薄くすることにより、安定な人工脂質二重膜を迅速に形成することができる。上記小孔１１は、直径が１０μｍ以上、５００μｍ以下であることが好ましく、５０μｍ以上、２００μｍ以下であることがさらに好ましい。これにより、人工脂質二重膜を良好に形成することができる。
【００５８】
上記小孔１１は、例えば、以下に示すような従来公知の方法によって形成することができる。まず、ごく先端まで円錐形に鋭利に削ったステンレス棒をガスバーナー等で熱する。次にこれを上記小孔１１を形成する面に強く押し付け、押し付けた面と反対側にわずかに膨らみができるところまで押し付けを続ける。この膨らみを剃刀で切り取ることで小孔１１が形成される。なお、小孔１１はクロロホルム／メタノールで洗浄することにより不純物等を取り除く。もちろん、小孔１１を形成する方法は、これに限定されるものではなく、公知のあらゆる方法を用いることができる。
【００５９】
＜上溶液槽＞
上記上溶液槽１は、下溶液槽２の上方に設けられ、水溶液を蓄積可能となっており、上記膜支持体５を上溶液槽１の底面とする構成となっていれば特に限定されるものではない。
【００６０】
上記上溶液槽１の形状は特に限定されるものではないが、例えば、円筒形のものが挙げられる。また、上記上溶液槽１の大きさは、小孔１１より大きければ特に限定されるものではないが、例えば円筒形である場合、その内径は０．５ｍｍ以上、２０ｍｍ以下であることが好ましく、１．０ｍｍ以上、１０ｍｍ以下であることがより好ましい。さらに、上記上溶液槽１の大きさは、好ましくは上記内径が数十μｍまで小型化することができる。また、上溶液槽１の容積は特に限定されるものではないが、０．０１ｃｍ3以上、１．０ｃｍ3以下であることが好ましい。これにより、本発明にかかる人工脂質二重膜の形成装置を、小型のチップ上に作成することが可能となり、より小型のセンサーを製造することが可能となる。
【００６１】
さらに、上記上溶液槽１の上記小孔１１を形成する部分以外（膜支持体５以外の部分）の材質も、特に限定されるものではないが、例えば、ガラス、プラスティック等が挙げられる。
【００６２】
上記上溶液槽１は、水溶液を蓄積可能となっている。そして小孔１１に形成される人工脂質二重膜は、上溶液槽１および下溶液槽２に満たされた水溶液に各側面が接している。これは、人工脂質二重膜の下溶液槽２側が支持層３に接触している場合も同様であり、人工脂質二重膜は支持層３を浸透した水溶液に接している。これにより人工脂質二重膜の下方からも小分子のアクセスが可能となる。上記水溶液は、界面活性剤、有機溶媒等を含むものでなければ特に限定されるものではない。上記水溶液の好ましい一例としては、塩化カリウム、塩化ナトリウム、塩化カルシウム等の水溶液が挙げられる。
【００６３】
また、上記上溶液槽１は、上下方向に移動することができるものであることが好ましい。上記上溶液槽１の上下移動は、手動で行ってもよいし、移動のための装置を用いてもよい。移動のための装置としては、具体的には、一例として、マイクロマニュピレーター等が挙げられる。
【００６４】
＜下溶液槽＞
上記下溶液槽２は、上溶液槽１の下方に配置され、上記水溶液を蓄積可能となっており、膜支持体５を形成するための膜形成溶液槽となっていればよい。下溶液槽２の底面には、人工脂質二重膜を支持する支持層３が設けられており、上溶液槽１の小孔１１で形成した人工脂質二重膜を、支持層３上に接触させて支持するようになっている。
【００６５】
下溶液槽２の容積は、支持層３を形成した上に上溶液槽１の底を入れることができれば、特に限定されるものではない。
【００６６】
上記下溶液槽２の材質は特に限定されるものではないが、例えば、ガラス、ポリスチレン等のプラスティック等が挙げられる。
【００６７】
また、上記水溶液は、上溶液槽１の水溶液と同様、界面活性剤、有機溶媒等を含むものでなければ特に限定されるものではない。上記水溶液の好ましい一例としては、塩化カリウム、塩化ナトリウム、塩化カルシウム等の水溶液が挙げられる。
【００６８】
＜支持層＞
上記下溶液槽２の底面に設けられる、支持層３は、上記膜支持体５の小孔１１で形成した人工脂質二重膜を接触させ支持する構成であればよい。
【００６９】
上記支持層３は、水溶液が浸透することができ、且つ、人工脂質二重膜２を支持することができるものであれば特に限定されるものではない。上記支持層３としては、具体的には、例えば、高分子ゲル、セルロース膜等の多孔質膜を挙げることができる。中でも、上記支持層３は高分子ゲルからなるものであることがより好ましい。上記高分子ゲルとしては具体的には特に限定されるものではないが、アガロース等の多糖類や、ポリアクリルアミド等の親水性樹脂を好ましく用いることができる。これらを用いることにより、安価かつ信頼性の高い材料を用いて簡単に支持層３を形成することができる。
【００７０】
上記支持層３の厚さは、任意でかまわないが、１００ｎｍ以上、２ｍｍ以下であることが好ましい。支持層３の厚みがこの範囲内であることにより、形成された人工脂質二重膜が上下方向に安定する。
【００７１】
また、支持層３の形成方法は特に限定されるものではなく、従来公知の方法を用いればよい。例えば、具体的な一例としては、支持層３として、高分子ゲルであるアガロースを用いる場合には、アガロースの分散液を調製し、これを加熱してアガロースを溶解させた後、これを下溶液槽２の底面に塗布して、室温で乾燥する方法が挙げられる。
【００７２】
＜人工脂質二重膜＞
上記人工脂質二重膜は、上記のように、上溶液槽１の底面５に開けられた小孔１１に形成される。人工脂質二重膜は、後述するように、小孔１１に脂質溶液を添塗した後、下溶液槽２の支持層３と接触させ、吸引部により余分な脂質溶液を吸引することにより形成される。
【００７３】
上記脂質としては、人工脂質二重膜を形成するものであれば特に限定されないが、リン脂質が好適に用いられる。具体的には、例えば、ホスファチジルコリン、ジフィタノイル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等が挙げられる。
【００７４】
これらのリン脂質における２本の炭化水素鎖は、飽和炭化水素であってもよいし、不飽和炭化水素であってもよい。これらの脂質は純粋なものを用いてもよいし、少なくとも２種類の脂質を混合したものであってもよい。
【００７５】
上記脂質溶液とは、上記脂質を有機溶媒に分散したものをいう。用いられる有機溶媒としては、非極性有機溶媒であれば特に限定されるものではない。具体的な一例としては、例えば、デカン、ヘキサデカン、ヘキサン等の飽和炭化水素が好適に用いられる。また、脂質濃度は５〜４０ｍｇ／ｍＬであることが好ましく、１５〜２０ｍｇ／ｍＬであることがより好ましい。
【００７６】
＜吸引部＞
上記吸引部は、上記小孔１１に塗布した脂質溶液から余剰な脂質溶液を吸引することで排出できるような構成であればよい。
【００７７】
上記吸引部による薄膜化について、図２を用いて説明する。
【００７８】
膜支持体５の小孔１１に脂質溶液１３を塗布する。この脂質溶液１３を後述するように水溶液と支持層とで挟んで支持層に接触させる。この状態で吸引部１２を用いて余剰な脂質溶液１３を排出し、小孔１１に薄化した人工脂質二重膜１４を形成する。
【００７９】
この吸引部１２は、小孔１１周辺から塗布された脂質溶液１３から、脂質二重膜が形成させる以外の余剰の脂質溶液１３を吸引できる管状部材であればどのようなものでもかまわない。例えば、注射器に繋いだガラス管、シリコンのスポイト等が挙げられる。
【００８０】
吸引は、例えば、図３に示すように、ガラス管１５を熱伸展して細く引いたものを脂質溶液１３につけシリコンチューブ１６を繋いだ注射器１７を用いて行えばよい。脂質溶液１３を吸引するとき、膜を破かずに形成させるために、開口部周辺から吸引するのが好ましく、特にバルク部分から吸引するのが好ましい。なお、吸引の方法は上記に限らない。
【００８１】
（２）人工脂質二重膜の形成方法の一例
本発明にかかる人工脂質二重膜の形成方法として、上記（１）で説明した人工脂質二重膜の形成装置を用いた場合について、図４（ａ）〜（ｃ）に基づいて説明する。
【００８２】
初めに、脂質溶液塗布工程について説明する。図４（ａ）に示すように、予め下溶液槽２の底部に支持層３を形成しておき、上溶液槽１および下溶液槽２を上記水溶液で満たす。そして、上溶液槽１の底面となっている膜支持体５に形成された小孔１１に上記脂質溶液１３を添塗する。
【００８３】
次に、支持層接触工程について説明する。図４（ｂ）に示すように、上溶液槽１の底面を下溶液槽２に入れて支持層３に接触させ、上記脂質溶液塗布工程で小孔１１に塗布した脂質溶液１３を上溶液槽１中の水溶液と支持層３とで挟む。これにより、塗布した脂質溶液１３を支持層３に接触させることができる。
【００８４】
次に、脂質膜薄化工程について説明する。図４（ｃ）に示すように、支持層３に接触させた脂質溶液１３に管状部材を有する吸引部１２をつけ、上述したように余剰な脂質溶液１３を吸引して排出し、小孔１１に薄化した人工脂質二重膜１４を形成する。。
【００８５】
以上により、水圧を変化させることなく小孔１１に塗布した脂質溶液１３から余剰な脂質溶液１３を排出し、小孔１１に人工脂質二重膜を支持層３と接触した状態で形成することができる。また、上溶液槽１が解放系であるのに対し、下溶液槽２の底面は閉じており、解放系ではない。そのため、従来では不安定であった底面に平行な方向で、人工脂質二重膜が安定するので、人工脂質二重膜の耐久性をより一層向上することができる。
【００８６】
（３）本発明の用途
以上のように本発明にかかる人工脂質二重膜の形成装置は、安定で耐久性が高い人工脂質二重膜を短時間で形成することができる。また、本発明にかかる人工脂質二重膜の形成装置を用いて形成された人工脂質二重膜も、本発明に含まれる。
【００８７】
この人工脂質二分子膜の何らかの変化（例えば、膜電位、電気容量、イオン透過性、発光、発熱、吸熱・吸熱などの変化）を利用して、例えば、サンプル液中の溶解物質の有無およびその濃度を検出することができる。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人工脂質二重膜、および各種のタンパク質や糖などの分子を付着ないし配合した人工脂質二重膜等を例示することができる。脂質や蛋白質、糖の種類や量並びに脂質二分子膜の作製方法などを適宜選択することにより、測定目的ないしサンプル液等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。
【００８８】
上述のように、各種の蛋白質や糖などの分子を付着ないし配合した人工脂質二重膜として、膜タンパク質が組み込まれた人工脂質二重膜でもかまわない。
【００８９】
膜タンパク質として、例えば、イオンチャネルが挙げられる。イオンチャネルを上記人工脂質二重膜に埋め込む方法は、従来公知の方法を用いることができ、特に限定されるものではない。具体的には、例えばイオンチャネルを含む膜分画を界面活性剤で可溶化し、膜ベシクルへ再構成し、人工脂質二重膜に融合させる方法が挙げられる。
【００９０】
上記人工脂質二重膜の形成装置を用いて電流測定装置を形成することができ、この電流測定装置も本発明に含まれる。この電流測定装置は、人工脂質二重を介して流れる電流を計測可能となっている構成であれば特に限定されるものではない。例えば、図５に示すように、本実施形態の電流測定装置は、上述した図１に示す人工脂質二重膜の形成装置の構成に加え、上溶液槽１に電気的に接続される電流測定器（電流計測手段）１８と、下溶液槽２に電気的に接続されるアース（アース手段）１９とを備えている。なお電流測定装置の構成は上記に限らない。上水溶液槽１には、電極２０が投入され、この電極２０を介して電流計測器１８が設けられている。下水溶液槽には、電極２１が投入され、この電極２１を介して下水溶液槽２に対してアース１９がなされている。
【００９１】
さらに、上記下溶液槽２の底面が透光性を有する材料からなっているとともに、該底面の下方には、支持層３上の人工脂質二重膜を観察可能とする光学観察手段１８が設けられていてもよい。光学観察手段２０が設けられていることにより、人工脂質二重膜に、例えば、膜タンパク質が組み込まれていれば、該膜タンパク質の構造等を観測することができる。
【００９２】
光学観察手段としては、例えば、光学顕微鏡が挙げられる。光学顕微鏡による観察としては、例えば、ゲートの開閉に伴う蛍光標識したイオンチャネルの蛍光強度の変化、イオンチャネルの動き、２つの蛍光染料間のエネルギー転移によるスペクトルの変化等の観察が挙げられる。また、人工脂質二重膜が形成されていることを光学顕微鏡により確認することも可能である。さらに、蛍光標識した脂質を用いた人工脂質二重膜を用いて脂質分子の動きを観察することもできる。もちろん光学測定はこれらに限定されるものではなく、従来公知のあらゆる方法が適用されうる。
【００９３】
本発明の人工脂質二重膜の形成装置は、形成した人工脂質二重膜をより安定化させることができるので、膜タンパク質を人工脂質二重膜に組み込んだ状態でも、十分に安定した状態で膜タンパク質の構造と機能を同時に測定することができる。
【００９４】
本発明にかかる電流測定装置の具体的な用途の一例について説明すると、例えば、疾患に関与するイオンチャネルタンパク質を用いた創薬におけるスクリーニングに用いることができる。
【００９５】
イオンチャネルタンパク質は、種類も多く、殆どすべての細胞に分布している。従って、これらは、疾患の原因にもなりやすいタンパク質であり、創薬のターゲットの３０〜４０％がイオンチャネルタンパク質であると言われている。一般に薬理実験は、試薬を実験動物に投与して効果をみるものであるが、安定な人工脂質二重膜２ができれば、標的となるイオンチャネルタンパク質に対する効果を直接調べながら、創薬におけるスクリーニングを行うことが可能となる。特に、向精神薬など神経系に作用する薬は、イオンチャネルタンパク質に直接働くものが多く、この分野の創薬に好適に用いることができる。また、農薬の創薬に際しては、逆に、人間のイオンチャネルに作用しないものを選択するために用いることができる。
【００９６】
また、本発明にかかる電流測定装置は、人工脂質二重膜の膜上のタンパク質−タンパク質（薬物）相互作用の可視化解析に用いることができる。さらには、人工脂質二重膜に組み込む分子の種類を変えることにより、様々な物質の検出に応用することができる。
【００９７】
〔実施の形態２〕
本発明における実施の他の形態について説明すれば、以下の通りである。なお、本発明は、本実施の形態の記載内容にのみ限定されるものではない。また、上記実施の形態１において説明した部材等と同じ機能や作用を有する部材等については、その説明を省略する。
【００９８】
（１）人工脂質二重膜の形成装置の他の例
本実施の形態にかかる人工脂質二重膜の形成装置は、上記実施の形態１で説明した図１に示す人工脂質二重膜の形成装置と同様の構成を有しているが、吸引部が無く、移動可能な膜支持体によって、水圧を変化させることなく上記開口部に塗布した脂質溶液から余剰な脂質溶液を排出する。本実施形態ではこの移動可能な膜支持体が、脂質溶液排出手段として機能する。また、支持層が以下で説明するように異なっている。
【００９９】
＜移動可能な膜支持体＞
上記移動可能な膜支持体は、下溶液槽２に設けられた支持層を押しつける方向に移動可能となっている構成であれば特に限定されるものではない。本実施の形態では、実施の形態１と同様、移動可能な膜支持体は、溶液を蓄積可能な上溶液槽１の底部分となっている。
【０１００】
図６に示すように、移動可能な膜支持体５０を脂質溶液排出手段として用い、膜支持体５０の小孔１１に塗布した脂質溶液１３を支持層３０に圧着させ脂質溶液１３を押し出すことで、水圧を変化させることなく小孔１１に塗布した脂質溶液１３から余剰な脂質溶液を排出する。脂質溶液１３を支持層３０に圧着させることで、移動可能な膜支持体５０と支持層３０との隙間を通って、脂質溶液１３が押し出され人工脂質二重膜が薄膜化される。
【０１０１】
移動可能な膜支持体５０は、上下方向に移動することができるものであることが好ましい。本実施形態では、上溶液槽１の底面となっているため、上溶液槽１と共に移動することこなる。この上記上溶液槽１の移動は、手動で行ってもよいし、移動のための装置を用いてもよい。移動のための装置としては、具体的には、一例として、マイクロマニュピレーター等が挙げられる。
【０１０２】
＜支持層＞
支持層３０は、実施の形態１と同様、上記下溶液槽２の底面に設けられ、上記膜支持体５０の小孔１１で形成した人工脂質二重膜を接触させ支持する構成であればよい。支持層３０は、移動可能な膜支持体５０を通して加圧されるため、弾力性があるものが好ましい。
【０１０３】
支持層３０として、例えば、実施の形態１と同様に高分子ゲル層が挙げられるが、当該高分子ゲル層の厚さは、０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であれば好ましい。この厚さであると、支持層３０と、膜支持体５０の小孔１１に塗布した脂質溶液１３とを圧着させたとき、好適に余剰な脂質溶液１３を押し出すことができる。
【０１０４】
なお、脂質溶液を塗布した移動可能な膜支持体５０を支持層３０に圧着させたとき、支持層３０が例えば高分子ゲル層であった場合、支持層３０の形状が変形し、図７（ａ）のように小孔１１に入り込んでいることもある。よって、予め、上記支持層３０を、図７（ｂ）に示すように、小孔１１に接する領域で、他の領域よりも、５０μｍ以上２００μｍ以下高くしておいてもよい。このように、高くなっていることで、支持層３０を小孔１１に押し込むことができる。そのため、支持層３０が良好に脂質二重膜と接することができ、安定した人工脂質二重膜を形成することができる。
【０１０５】
（２）人工脂質二重膜の形成方法の他の例
本発明にかかる人工脂質二重膜の他の形成方法として、上記（１）で説明した人工脂質二重膜の形成装置を用いた場合について、図８（ａ）〜（ｃ）に基づいて説明する。
【０１０６】
初めに、脂質溶液塗布工程について説明する。図８（ａ）に示すように、予め下溶液槽２の底部に支持層３０を形成しておき、上溶液槽１および下溶液槽２を上記水溶液で満たす。そして、上溶液槽１の底面となっている膜支持体５０に形成された小孔１１に上記脂質溶液１３を添塗する。
【０１０７】
次に、支持層接触工程について説明する。図８（ｂ）に示すように、上溶液槽１の底面を下溶液槽２に入れて支持層３０に接触させ、上記脂質溶液塗布工程で小孔１１に塗布した脂質溶液１３を上溶液槽１中の水溶液と支持層３０とで挟む。これにより、塗布した脂質溶液１３を支持層３０に接触させることができる。
【０１０８】
次に、脂質膜薄化工程について説明する。図８（ｃ）に示すように、移動可能な膜支持体５０を支持層３０に押しつけることで、脂質溶液１３を支持層３０圧着させ脂質溶液１３を排出させる。脂質溶液１３を支持層３０に圧着させることで、膜支持体５０と支持層３０との隙間を通って、脂質溶液１３が押し出され人工脂質二重膜が薄膜化される。
【０１０９】
以上により、水圧を変化させることなく小孔１１に塗布した脂質溶液１３から余剰な脂質溶液１３を排出し、小孔１１に人工脂質二重膜を支持層３０と接触した状態で形成することができる。また、本実施の形態でも上溶液槽１が解放系であるのに対し、下溶液槽２の底面は閉じており、解放系ではない。そのため、従来では不安定であった底面に平行な方向で、人工脂質二重膜が安定するので、人工脂質二重膜の耐久性をより一層向上することができる。
【実施例】
【０１１０】
以下、実施例及び９図ないし１３図により、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。以下の実施例においては、上記実施の形態１で説明した図５に示す人工脂質二重膜の形成装置を用いてなる電流測定装置を用いた。図５に基づいて説明すると、上溶液槽１として、容積が０．１ｃｍ3で、底面が厚さ０．２ｍｍ−０．３ｍｍのポリプロピレンで、直径０．１５ｍｍの小孔１１の開いているものを用いた。下浴槽２の底には、１５０ｎｍの厚さのアガロースゲル層を形成し、支持層３とした。電極としては、ＡｇホイルをＡｇメッキしたＡｇ−ＡｇＣｌ電極を用いた。また、脂質を薄化させるための吸引部としてシリコンチューブに繋いだガラス管を用いた。電流の測定には、パッチクランプアンプリファイア（ＣＥＺ−２４００、日本光電製）を用い、ＤＡＴレコーダーを用いてＤＡＴテープに記録した。
【０１１１】
〔実施例１：平滑筋Ｃａ２＋依存性Ｋ−チャネルの単一チャネル電流記録〕
まず、上溶液槽１及び下溶液槽２に、１００ｍＭ ＫＣｌ、１ｍＭ ＣａＣｌ２（又は１０−９Ｍ ＣａＣｌ２）、１０ｍＭ Ｈｅｐｅｓ（ｐＨ７．４）水溶液を満たした。
【０１１２】
その後、上溶液槽１の膜支持体５に形成された小孔１１に、ホスファチジルコリン（Ｓｉｇｍａ製）を２０ｍｇ／ｍＬとなるようにデカンに溶解した脂質溶液を添塗した。添塗後、上溶液槽１の底面と下溶液槽２のアガロースゲル（支持層３）とを接触させた。そして、ガラス管を小孔１１に塗布した脂質溶液につけ、余剰なホスファチジルコリンデカン溶液を吸引し、人工脂質二重膜を形成した。人工脂質二重膜２が形成されていることを顕微鏡観察により確認した。その結果が図９である。図９に示すように、人工脂質二重膜（図中「二重膜」と表記）とその周囲を囲む環状バルク相（図中「バルク相」と表記）との境界が視認できることにより、薄化が完了したことがわかった。
【０１１３】
次に、ウシ気管平滑筋より調整した細胞膜ベシクルを上記人工脂質二重膜と融合させ、ベシクル膜上のＫ＋チャネルを人工脂質二重膜に組み込んだ。この電流測定装置を用いて経時的に電流を測定した。
【０１１４】
次に、上溶液槽１および下溶液槽２に満たす水溶液のＣａＣｌ２濃度のみを１ｍＭに変えて、上記と同様に電流の測定を行った。
【０１１５】
図１０に、得られた電流のトレースを、図１１に膜電位−電流特性を示す。図１０（ａ）は、水溶液が１００ｍＭ ＫＣｌ、１０−９Ｍ ＣａＣｌ２を含む場合、図１０（ｂ）は、水溶液が１００ｍＭ ＫＣｌ、１ｍＭ ＣａＣｌ２を含む場合の電流のトレースを示す。ＣａＣｌ２が１０−９Ｍであるときはイオンチャネルが閉じられた状態であるのに対し、ＣａＣｌ２が１ｍＭであるときはイオンチャネルが開く割合が増大することが確認された。得られた電流のトレースのパターンは、従来の実験結果より明らかとなっているパターンと同一であった。このことより、本発明の人工脂質二重膜の形成装置を用いてなる電流測定装置を用いることにより、安定した人工脂質二重膜を迅速且つ簡単に形成でき、信頼性のある電流の測定結果が得られることが判る。また、図１１より、単一チャンネル電流の大きさ（単一チャンネルのインダクタンス）は、従来の方法により明らかになっている値と一致した。このことより、本発明の電流測定装置は、人工脂質二重膜の真下のアガロースゲル層がチャネルの性質に影響を与えることなく、電流を測定することが可能であることが判る。
【０１１６】
〔実施例２：抗生物質アラメチシン（alamethicin）による、チャネルポアの形成（光学計測）と単一チャネル電流の同時計測〕
上記実施例１のベシクルの代わりに、Ｃｙ３（アマンシャム・ファルマシア製）で蛍光標識したアラメチシン（Ｓｉｇｍａ製）のメタノール溶液を、最終濃度が１０−８Ｍ程度になるように上溶液槽１の水溶液に添加した。アラメチシンの蛍光標識は、アラメチシンのＣ末端にグリシンを付加し、このグリシンのアミノ基にＣｙ３をCy3 mono functional dye kit（アマンシャム・ファルマシア製）を用いて固定し、結合させることで行った。アラメチシンは両親媒性ペプチドであり、液相から人工脂質二重膜に自然に移行しイオンチャネルを形成する。なお、上下溶液槽に満たす水溶液としては、１００ｍＭ ＫＣｌ、１０ｍＭ Ｈｅｐｅｓ（ｐＨ７．４）水溶液を用いた。
【０１１７】
本発明の電流測定装置を用いてその蛍光像とアラメチシンによるイオン電流を同時に観察、測定した。なお、蛍光像は、対物レンズ型全反射蛍光顕微鏡（ＴＩＲＦＭ）を用いて測定した。
【０１１８】
図１２（ａ）に得られた蛍光性アラメチシンの蛍光像と膜中でのブラウン運動の軌跡を、図１２（ｂ）に電流トレースを示す。このように、本発明の人工脂質二重膜の形成装置を用いてなる電流測定装置を用いることにより、イオン電流の測定とイオンチャネルの光学観察を同時に行うことができる。
【０１１９】
以上の実施例の結果から、本発明の脂質二重膜の形成装置によって、脂質二重膜を安定に迅速に形成できることが示された。
【産業上の利用可能性】
【０１２０】
以上のように、本発明の脂質二重膜の形成装置を用いれば、安定で耐久性が高い人工脂質二重膜を短時間で形成することができる。また、上記の人工脂質の形成装置を用いて形成される本発明の脂質二重膜は、安定で耐久性が高い。また、本発明の電流測定装置を用いれば、安定な人工脂質二重膜に組み込まれた分子によって、様々な物質の検出に用いることができる。
【０１２１】
従って、本発明は、生体膜モデルを用いるバイオ、医療、医薬等の生命科学の分野、生体膜モデルをデバイスとして適用するエレクトロニクスの分野等の広い範囲で利用が可能である。例えば、生体膜モデルを用いた各種センサの開発、膜タンパク質をターゲットとする薬剤開発におけるスクリーニングや薬理試験等において利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】本発明にかかる一実施形態の人工脂質二重膜の形成装置の構成を表す断面図である。
【図２】（ａ）は、図１に示す人工脂質二重膜の形成装置において、脂質溶液を上溶液槽の小孔に塗布し、余剰な脂質溶液を吸引部で吸引する様子を表す部分断面図であり、（ｂ）は、余剰な脂質溶液を吸引して人工脂質二重膜が形成された様子を表す部分断面図である。
【図３】図１に示す人工脂質二重膜の形成装置における、吸引部の構成の一例を表す断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、本発明にかかる一実施形態の人工脂質二重膜の形成方法の工程を表す断面図である。
【図５】本発明にかかる一実施形態の電流測定装置を表す断面図である。
【図６】本発明にかかる他の実施形態の人工脂質二重膜の形成装置における小孔と支持層の部分断面図であり、（ａ）は、脂質溶液を上溶液槽の小孔に塗布した様子を表し、（ｂ）は、脂質溶液と支持層とを接触させた状態を表し、（ｃ）は、人工脂質二重膜が形成された様子を表している。
【図７】（ａ）は、脂質溶液を塗布した膜支持体を高分子ゲルに押しつけて、高分子ゲルが小孔に入り込で、人工脂質二重膜が形成された様子を表す部分断面図であり、（ｂ）は、小孔に接するの部分を予め他の部分より高く形成した高分子ゲルに人工脂質二重膜が形成された様子を表す部分断面図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は、本発明にかかる他の実施形態の人工脂質二重膜の形成方法の工程を表す断面図である。
【図９】〔実施例１〕において、人工脂質二重膜の薄化が完了した状態を撮影した図である。
【図１０】〔実施例１〕において得られた電流のトレースを示す図である。
【図１１】〔実施例１〕において得られた電位−電流特性を示す図である。
【図１２】（ａ）は、〔実施例２〕において観察された蛍光標識したアラメチシンの蛍光像を示す図であり、（ｂ）は、〔実施例２〕において測定された電流トレースを示す図である。
【図１３】従来の脂質平面膜法を示す模式図である。
【図１４】従来の垂直型ペインティング法を示す図である。
【図１５】従来の垂直型貼り合わせ法を示す図である。
【図１６】従来の水平型の人工脂質二重膜形成方法を示す図である。
【図１７】従来の電流測定装置を示す図である。
【図１８】従来の高分子ゲル層上に形成された人工脂質二重膜を示す図である。
【符号の説明】
【０１２３】
１    上溶液槽
２    下溶液槽（膜形成溶液槽）
３    支持層
５    膜支持体
１１    小孔（膜形成用開口部）
１２    吸引部（脂質溶液除去手段、吸引手段）
【図１】
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【図２】
2005091305.tif 000004
【図３】
2005091305.tif 000005
【図４】
2005091305.tif 000006
【図５】
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【図６】
2005091305.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2005091305.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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