(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に形成されたチャンバに、両親媒性分子を含む有機溶媒と該有機溶媒中で複数に区分される前記有機溶媒と混ざらない液体とを導入して、前記有機溶媒と前記液体との界面に複数の両親媒性単分子膜を形成させ、前記チャンバ内の前記有機溶媒と前記液体との対向する界面に両側から圧力をかけて前記複数の両親媒性単分子膜を互いに接触させて二分子膜を形成することを特徴とする両親媒性単分子膜の接触による二分子膜の形成方法。
【請求項２】
請求項１記載の両親媒性単分子膜の接触による二分子膜の形成方法において、前記チャンバが互いに直交して形成された第１および第２のマイクロ流路を含む略十字型チャンバであり、前記第２のマイクロ流路に前記液体を導入し、前記第１のマイクロ流路に前記有機溶媒を導入して、前記第１、第２のマイクロ流路の交差部で前記液体を分離することによって前記有機溶媒と前記液体との対向する界面に前記両親媒性単分子膜を形成させ、前記液体の圧力をシリンジポンプにより制御して、前記両親媒性単分子膜を互いに接触させ融合させて二分子膜を形成することを特徴とする両親媒性単分子膜の接触による二分子膜の形成方法。
【請求項３】
請求項１記載の両親媒性単分子膜の接触による二分子膜の形成方法において、前記チャンバが括れ部により複数のコンパートメントに区切られ、上面が開放されているチャンバであり、前記チャンバに前記有機溶媒を満たし、前記複数のコンパートメント毎に前記液体の液滴を滴下して、前記有機溶媒と前記液体の液滴それぞれとの界面に前記両親媒性単分子膜を形成させ、前記液滴の大きさの制御により、前記両親媒性単分子膜を互いに接触させ融合させて二分子膜を形成することを特徴とする両親媒性単分子膜の接触による二分子膜の形成方法。
【請求項４】
請求項１記載の両親媒性単分子膜の接触による二分子膜の形成方法において、前記チャンバが括れ部により複数のコンパートメントに区切られ、上面が閉止されているチャンバであり、前記チャンバに前記有機溶媒を満たし、前記複数のコンパートメント毎に前記液体の液滴を導入して、前記有機溶媒と前記液体の液滴それぞれとの界面に前記両親媒性単分子膜を形成させ、シリンジポンプによる前記液滴の大きさの制御により、前記両親媒性単分子膜を互いに接触させ融合させて二分子膜を形成することを特徴とする両親媒性単分子膜の接触による二分子膜の形成方法。
【請求項５】
請求項１から４の何れか一項記載の両親媒性単分子膜の接触による二分子膜の形成方法において、前記液体が水溶液であることを特徴とする両親媒性単分子膜の接触による二分子膜の形成方法。
【請求項６】
請求項３又は４記載の両親媒性単分子膜の接触による二分子膜の形成方法において、前記複数のコンパートメントが横配列に配置されることを特徴とする両親媒性単分子膜の接触による二分子膜の形成方法。
【請求項７】
請求項３又は４記載の両親媒性単分子膜の接触による二分子膜の形成方法において、前記複数のコンパートメントが３個のコンパートメントであり、前記チャンバの外形が略三角形状をなすことを特徴とする両親媒性単分子膜の接触による二分子膜の形成方法。
【請求項８】
請求項３又は４記載の両親媒性単分子膜の接触による二分子膜の形成方法において、前記複数のコンパートメントが５個のコンパートメントであり、前記チャンバの外形が略四角形状をなすことを特徴とする両親媒性単分子膜の接触による二分子膜の形成方法。
【請求項９】
（ａ）基板に形成されたチャンバと、
（ｂ）該チャンバに導入される両親媒性分子を含む有機溶媒と、
（ｃ）前記チャンバに導入される前記有機溶媒中で複数に区分される前記有機溶媒と混ざらない液体と、
（ｄ）前記有機溶媒と前記液体との界面に複数の両親媒性単分子膜を形成させ、前記有機溶媒と前記液体との対向する界面に両側から圧力をかける制御手段とを備え、
（ｅ）前記複数の両親媒性単分子膜を前記制御手段により互いに接触させて二分子膜を形成することを特徴とする両親媒性単分子膜の接触による二分子膜の形成装置。
【請求項１０】
請求項９記載の両親媒性単分子膜の接触による二分子膜の形成装置において、前記チャンバが互いに直交して形成された第１および第２のマイクロ流路を含む略十字型チャンバであり、前記第２のマイクロ流路に前記液体を導入し、前記第１のマイクロ流路に前記有機溶媒を導入して、前記第１、第２のマイクロ流路の交差部で前記液体を分離することによって前記有機溶媒と前記液体との対向する界面に前記両親媒性単分子膜を形成させ、前記液体の圧力をシリンジポンプにより制御して、前記対向する両親媒性単分子膜を互いに接触させ融合させて二分子膜を形成することを特徴とする両親媒性単分子膜の接触による二分子膜の形成装置。
【請求項１１】
請求項９記載の両親媒性単分子膜の接触による二分子膜の形成装置において、前記チャンバが括れ部により複数のコンパートメントに区切られ、上面が開放されているチャンバであり、前記チャンバに前記有機溶媒を満たし、前記複数のコンパートメント毎に前記液体の液滴を滴下して、前記有機溶媒と前記液体の液滴それぞれとの界面に前記両親媒性単分子膜を形成させ、前記液滴の大きさの制御により、前記両親媒性単分子膜を互いに接触させ融合させて二分子膜を形成することを特徴とする両親媒性単分子膜の接触による二分子膜の形成装置。
【請求項１２】
請求項９記載の両親媒性単分子膜の接触による二分子膜の形成装置において、前記チャンバが括れ部により複数のコンパートメントに区切られ、上面が閉止されているチャンバであり、前記チャンバに前記有機溶媒を満たし、前記複数のコンパートメント毎に前記液体の液滴を導入して、前記有機溶媒と前記液体の液滴それぞれとの界面に前記両親媒性単分子膜を形成させ、シリンジポンプによる前記液滴の大きさの制御により、前記両親媒性単分子膜を互いに接触させ融合させて二分子膜を形成することを特徴とする両親媒性単分子膜の接触による二分子膜の形成装置。
【請求項１３】
請求項９から１２の何れか一項記載の両親媒性単分子膜の接触による二分子膜の形成装置において、前記液体が水溶液であることを特徴とする両親媒性単分子膜の接触による二分子膜の形成装置。
【請求項１４】
請求項１１又は１２記載の両親媒性単分子膜の接触による二分子膜の形成装置において、前記複数のコンパートメントが横配列に配置されることを特徴とする両親媒性単分子膜の接触による二分子膜の形成装置。
【請求項１５】
請求項１１又は１２記載の両親媒性単分子膜の接触による二分子膜の形成装置において、前記複数のコンパートメントが３個のコンパートメントであり、前記チャンバの外形が略三角形状をなすことを特徴とする両親媒性単分子膜の接触による二分子膜の形成装置。
【請求項１６】
請求項１１又は１２記載の両親媒性単分子膜の接触による二分子膜の形成方法において、前記複数のコンパートメントが５個のコンパートメントであり、前記チャンバの外形が略四角形状をなすことを特徴とする両親媒性単分子膜の接触による二分子膜の形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオテクノロジー、バイオチップ、膜タンパク質分析、創薬スクリーニング、バイオセンサーなどの分野に用いられる膜タンパク質分析用二分子膜の形成方法とその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
膜タンパク質は、細胞膜中に存在し、免疫反応、細胞の内外の物質輸送・排出に重要な役割を果たしているため、各種の膜タンパク質の機能や特性を一つ一つ解明することが、次世代の治療、創薬法の開発に重要な課題となっている。
イオンチャンネル等、膜タンパク質分析のための平面脂質膜作製の代表的な従来方法としては平面膜法、すなわち、はけ塗り法やＬＢ法（Ｌａｎｇｍｕｉｒ−Ｂｌｏｄｇｅｔｔ法）が挙げられる。両者とも、バッファを満たしたチャンバ内でテフロン（登録商標）シートなどに開けた数百ミクロン程度の小孔に、脂質二分子膜を形成する方法であるが、前者は脂質溶液をはけで小孔に塗る方法、後者は、液体表面に脂質の単分子膜が形成されることを利用して、テフロン（登録商標）シートの両側のチャンバの溶液表面を徐々に上昇させることによって平面脂質膜を形成する方法である。
【０００３】
図１４はかかる従来のＬＢ法による平面脂質二分子膜形成法を示す模式図である。
この図において、１０１はテフロン（登録商標）シート、１０２はそのテフロン（登録商標）シート１０１に開口された小孔、１０３は表面に脂質の単分子膜１０４が形成される溶液、１０５はバッファ液であり、テフロン（登録商標）シート１０１の両側のチャンバの溶液１０３表面を徐々に上昇させることによって脂質二分子膜１０６を形成するようにしている。
【０００４】
また、脂質二分子膜の形成方法として、
（１）液体の三層系の界面に両親媒性の分子を展開し、中間層の液体を取り除くことにより脂質二分子膜を形成する方法（下記特許文献１参照）
（２）貫通された小孔を有する基板の一方の表面を第１の水溶液の表面に接触させた後、小孔内の第１の水溶液上に脂質二分子膜形成分子を含む溶液を添加し、さらに基板の他方の表面上に第２の水溶液を供給する方法（下記特許文献２参照）などが提案されている。
【特許文献１】特開平０３−１１８８３２号公報
【特許文献２】特開平０５−２６１２７７号公報
【非特許文献１】“Ｉｏｎ  Ｃｈａｎｎｅｌ  Ｒｅｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ，”Ｃ．Ｍｉｌｌｅｒ  Ｅｄ．，Ｐｌｅｎｕｍ  ｐｒｅｓｓ，（１９８６）
【非特許文献２】Ｈ．Ｓｕｚｕｋｉ，Ｋ．Ｔａｂａｔａ，Ｙ．Ｋａｔｏ−Ｙａｍａｄａ，Ｈ．Ｎｏｊｉ，ａｎｄ  Ｓ．Ｔａｋｅｕｃｈｉ，μＴＡＳ，２，２４６（２００４）
【非特許文献３】Ｈ．Ｓｕｚｕｋｉ  ｅｔ  ａｌ，３ｒｄ  Ｉｎｔ．ＩＥＥＥ−ＥＭＢＳ  Ｓｐｅｃｉａｌ  Ｔｏｐｉｃ  Ｃｏｎｆ．ｏｎ  Ｍｉｃｒｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  ｉｎ  Ｍｅｄｉｃｉｎｅ  ａｎｄ  Ｂｉｏｌｏｇｙ，Ｈａｗａｉｉ．Ｍａｙ  ２００５．
【非特許文献４】Ｔ．Ｉｄｅ，Ｙ．Ｔａｋｅｕｃｈｉ，ａｎｄ  Ｔ．Ｙａｎａｇｉｄａ，Ｓｉｎｇｌｅ  Ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ．３，３３（２００２）．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記したはけ塗り法とＬＢ法の両方法とも、数ｃｍ程度の大きなチャンバが必要であり、デッドボリュームが大きく、顕微鏡観察も不可能である。また、上記した従来の（１）の方法の場合は、中間層の液体を取り除くプロセスに難がある。さらに、上記（２）の方法の場合は、溶液の蒸発や、自然薄化させる工程を必要とし、工程が完了するまでに長時間を要するとともに、再現性に難がある。
【０００６】
このように、従来の方法では、簡便にして的確な脂質二分子膜の形成には問題があった。
本発明は、上記問題点に鑑みて、簡便にして的確に二分子膜を形成することができる両親媒性単分子膜の接触による二分子膜の形成方法およびその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】
【０００７】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕両親媒性単分子膜の接触による二分子膜の形成方法において、基板に形成されたチャンバに、両親媒性分子を含む有機溶媒とこの有機溶媒中で複数に区分される前記有機溶媒と混ざらない液体とを導入して、この有機溶媒と前記液体との界面に複数の両親媒性単分子膜を形成させ、前記チャンバ内の前記有機溶媒と前記液体との対向する界面に両側から圧力をかけて前記複数の両親媒性単分子膜を互いに接触させて二分子膜を形成することを特徴とする。
【０００８】
〔２〕上記〔１〕記載の両親媒性単分子膜の接触による二分子膜の形成方法において、前記チャンバが互いに直交して形成された第１および第２のマイクロ流路を含む略十字型チャンバであり、前記第２のマイクロ流路に前記液体を導入し、前記第１のマイクロ流路に前記有機溶媒を導入して、前記第１、第２のマイクロ流路の交差部で前記液体を分離することによって前記有機溶媒と前記液体との対向する界面に前記両親媒性単分子膜を形成させ、前記液体の圧力をシリンジポンプにより制御して、前記両親媒性単分子膜を互いに接触させ融合させて二分子膜を形成することを特徴とする。
【０００９】
〔３〕上記〔１〕記載の両親媒性単分子膜の接触による二分子膜の形成方法において、前記チャンバが括れ部により複数のコンパートメントに区切られ、上面が開放されているチャンバであり、前記チャンバに前記有機溶媒を満たし、前記複数のコンパートメント毎に前記液体の液滴を滴下して、前記有機溶媒と前記液体の液滴それぞれとの界面に前記両親媒性単分子膜を形成させ、前記液滴の大きさの制御により、前記両親媒性単分子膜を互いに接触させ融合させて二分子膜を形成することを特徴とする。
【００１０】
〔４〕上記〔１〕記載の両親媒性単分子膜の接触による二分子膜の形成方法において、前記チャンバが括れ部により複数のコンパートメントに区切られ、上面が閉止されているチャンバであり、前記チャンバに前記有機溶媒を満たし、前記複数のコンパートメント毎に前記液体の液滴を導入して、前記有機溶媒と前記液体の液滴それぞれとの界面に前記両親媒性単分子膜を形成させ、シリンジポンプによる前記液滴の大きさの制御により、前記両親媒性単分子膜を互いに接触させ融合させて二分子膜を形成することを特徴とする。
【００１１】
〔５〕上記〔１〕から〔４〕の何れか一項記載の両親媒性単分子膜の接触による二分子膜の形成方法において、前記液体が水溶液であることを特徴とする。
〔６〕上記〔３〕又は〔４〕記載の両親媒性単分子膜の接触による二分子膜の形成方法において、前記複数のコンパートメントが横配列に配置されることを特徴とする。
〔７〕上記〔３〕又は〔４〕記載の両親媒性単分子膜の接触による二分子膜の形成方法において、前記複数のコンパートメントが３個のコンパートメントであり、前記チャンバの外形が略三角形状をなすことを特徴とする。
【００１２】
〔８〕上記〔３〕又は〔４〕記載の両親媒性単分子膜の接触による二分子膜の形成方法において、前記複数のコンパートメントが５個のコンパートメントであり、前記チャンバの外形が略四角形状をなすことを特徴とする。
〔９〕両親媒性単分子膜の接触による二分子膜の形成装置において、基板に形成されたチャンバと、このチャンバに導入される両親媒性分子を含む有機溶媒と、前記チャンバに導入される前記有機溶媒中で複数に区分される前記有機溶媒と混ざらない液体と、前記有機溶媒と前記液体との界面に複数の両親媒性単分子膜を形成させ、前記有機溶媒と前記液体との対向する界面に両側から圧力をかける制御手段とを備え、前記複数の両親媒性単分子膜を前記制御手段により互いに接触させて二分子膜を形成することを特徴とする。
【００１３】
〔１０〕上記〔９〕記載の両親媒性単分子膜の接触による二分子膜の形成装置において、前記チャンバが互いに直交して形成された第１および第２のマイクロ流路を含む略十字型チャンバであり、前記第２のマイクロ流路に前記液体を導入し、前記第１のマイクロ流路に前記有機溶媒を導入して、前記第１、第２のマイクロ流路の交差部で前記液体を分離することによって前記有機溶媒と前記液体との対向する界面に前記両親媒性単分子膜を形成させ、前記液体の圧力をシリンジポンプにより制御して、前記対向する両親媒性単分子膜を互いに接触させ融合させて二分子膜を形成することを特徴とする。
【００１４】
〔１１〕上記〔９〕記載の両親媒性単分子膜の接触による二分子膜の形成装置において、前記チャンバが括れ部により複数のコンパートメントに区切られ、上面が開放されているチャンバであり、前記チャンバに前記有機溶媒を満たし、前記複数のコンパートメント毎に前記液体の液滴を滴下して、前記有機溶媒と前記液体の液滴それぞれとの界面に前記両親媒性単分子膜を形成させ、前記液滴の大きさの制御により、前記両親媒性単分子膜を互いに接触させ融合させて二分子膜を形成することを特徴とする。
【００１５】
〔１２〕上記〔９〕記載の両親媒性単分子膜の接触による二分子膜の形成装置において、前記チャンバが括れ部により複数のコンパートメントに区切られ、上面が閉止されているチャンバであり、前記チャンバに前記有機溶媒を満たし、前記複数のコンパートメント毎に前記液体の液滴を導入して、前記有機溶媒と前記液体の液滴それぞれとの界面に前記両親媒性単分子膜を形成させ、シリンジポンプによる前記液滴の大きさの制御により、前記両親媒性単分子膜を互いに接触させ融合させて二分子膜を形成することを特徴とする。
【００１６】
〔１３〕上記〔９〕から〔１２〕の何れか一項記載の両親媒性単分子膜の接触による二分子膜の形成装置において、前記液体が水溶液であることを特徴とする。
〔１４〕上記〔１１〕又は〔１２〕記載の両親媒性単分子膜の接触による二分子膜の形成装置において、前記複数のコンパートメントが横配列に配置されることを特徴とする。
〔１５〕上記〔１１〕又は〔１２〕記載の両親媒性単分子膜の接触による二分子膜の形成装置において、前記複数のコンパートメントが３個のコンパートメントであり、前記チャンバの外形が略三角形状をなすことを特徴とする。
【００１７】
〔１６〕上記〔１１〕又は〔１２〕記載の両親媒性単分子膜の接触による二分子膜の形成方法において、前記複数のコンパートメントが５個のコンパートメントであり、前記チャンバの外形が略四角形状をなすことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
（１）簡便にして的確な二分子膜の形成を行うことができる。
（２）請求項２，４，１０及び１２記載の発明では、シリンジポンプの制御により、液体の圧力、容量を制御することができ、これにより膜厚の制御が可能となり、再現性を飛躍的に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の両親媒性単分子膜の接触による二分子膜の形成方法によれば、基板に形成されたチャンバに、両親媒性分子を含む有機溶媒とこの有機溶媒中で複数に区分される前記有機溶媒と混ざらない液体とを導入して、この有機溶媒と前記液体との界面に複数の両親媒性単分子膜を形成させ、前記チャンバ内の前記有機溶媒と前記液体との対向する界面に両側から圧力をかけて前記複数の両親媒性単分子膜を互いに接触させて二分子膜を形成する。
【実施例】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は本発明の第１実施例を示す略十字型チャンバを用いた単分子膜の接触による脂質二分子膜形成方法を示す図であり、図１（ａ）は水溶液界面同士が接触していない状態を示す図、図１（ｂ）は水溶液界面同士が接触した状態を示す図、図１（ｃ）は脂質二分子膜構造中に膜タンパク質を組み込んだ状態を示す図である。
【００２１】
まず、最初に、図１（ａ）に示すように、表裏を有する基板５に形成された第２のマイクロ流路３に液体（例えば、水溶液）４を導入する。次に、この第２のマイクロ流路３に直交するように形成された第１のマイクロ流路１に、脂質分子を含む有機溶媒２を導入する。この有機溶媒２は液体（水溶液）４とは混ざらないので、第１、第２のマイクロ流路１，３の交差部で液体（水溶液）４が有機溶媒２よって分離される。第２のマイクロ流路３の両端にはシリンジポンプ（図示なし）を配置して、このシリンジポンプの調整により、第２のマイクロ流路３内の液体４の圧力を制御可能にしている。なお、ここでは、通電させるために液体（水溶液）４としてはＫＣｌ溶液を用いているが、脂質二分子膜形成だけのためであれば、脂質分子を含む有機溶媒２と混ざらないものであれば、一般的な水溶液を用いることができる。
【００２２】
このように、第２のマイクロ流路３に液体４を導入し、第１のマイクロ流路１内に脂質分子を含む有機溶媒２を導入すると、図１（ａ）に示すように、十字型チャンバ６の第１のマイクロ流路１と第２のマイクロ流路３とが交差する交差部において、液体４と有機溶媒２の界面に脂質単分子膜２Ａが形成される。
次に、シリンジポンプからの液体４の注入による圧力の制御によって、２つの水溶液４の表面を接近させる。図１（ｂ）に示すように、２つの脂質単分子膜２Ａ間の距離が数オングストローム以下になると、ファンデルワールス引力によって脂質単分子膜２Ａは融合し、脂質二分子膜２Ｂとなる。
【００２３】
なお、図１（ｃ）に示すように、膜輸送の実験を行うために、図１（ｂ）の脂質二分子膜構造中に膜タンパク質９を組み込むことができる。図１において、７はＡｇ／ＡｇＣｌ電極、８は電流・電圧計測装置である。
図２は本発明の第１実施例を示す単分子膜の接触による脂質二分子膜の形成装置の模式図である。
【００２４】
十字型チャンバ６は、アクリルプラスチック（ＰＭＭＡ）基板５上にＣＡＤ／ＣＡＭモデリングシステムで機械加工され、流路を閉じるために、薄いＰＭＭＡ板を基板５に貼り付けている。流路の幅および深さは共に０．５ｍｍである。第２のマイクロ流路３の対向する２つの注入口からは水溶液４が導入され、第１のマイクロ流路１の一方端に設けられる注入口からは脂質分子を含む有機溶媒２が導入される。ここでは、イオン分子輸送の実験のために膜タンパク質の一種であるグラミシジンペプチドイオンチャンネルを用いる。イオンの流れ (電流）を検出するために、電流・電圧計測装置８に接続されたＡｇ／ＡｇＣｌ電極７を第２のマイクロ流路３における２つの水溶液（ここでは、ＫＣｌ溶液）４の流路に挿入する。前述のように、ＫＣｌ溶液４の注入、押し出しの制御はシリンジポンプ（図示なし）により行う。これにより、ＫＣｌ溶液４の圧力・容量を任意に制御可能である。
【００２５】
なお、ここで用いた脂質分子を含む有機溶媒２は、１，２−Ｄｉｏｌｅｏｙｌ−ｓｎ−Ｇｌｙｃｅｒｏ−３−Ｐｈｏｓｐｈｏｃｈｏｌｉｎｅ（ＤＯＰＣ，ＣＡＳ  Ｎｏ；４２３５−９５−４）をクロロホルム・ヘキサデカン（１：１  ｖｏｌ％）に溶解した溶液である。この実験では、上記のＤＯＰＣを２５ｍｇ／ｍｌで使用した。濃度の最適な条件は０．５〜２５ｍｇ／ｍｌである。膜形成が可能な膜成分は、脂質〔ｌｉｐｉｄ、例えばホスファチジルコリン（ｐｈｏｓｐｈａｔｉｄｙｌｃｈｏｌｉｎｅ）など〕の他、両親媒性分子、界面活性剤などが挙げられる。
【００２６】
図３は本発明の第１実施例を示す、水溶液界面同士が接触しているときの顕微鏡画像を示す図である。この２つの水溶液（ＫＣｌ溶液）４は表面に脂質分子が存在するので互いに融合しない。本発明の利点の１つに、もし脂質二分子膜が破れてしまった場合でも、チャンバ内の溶媒を流して再度簡単かつ迅速に手順をやり直すことができるという点がある。
【００２７】
ところで、脂質二分子膜は薄い誘電膜であるため、キャパシタとして作用する。
図４は本発明にかかる１０ｍＶの矩形信号を印加した時の界面を通過する容量性過渡電流（ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  ｔｒａｎｓｉｅｎｔ  ｃｕｒｒｅｎｔ）を示す図である。なお、図中のａは、水溶液表面の脂質単分子膜同士が接触してできた脂質二分子膜における容量性過渡電流、ｂはその接触前における容量性過渡電流を示している。
【００２８】
この図４から分かるように、１００ｍＶ（１００Ｈｚ）の矩形波の電圧を与えた場合、薄膜の形成によって膜キャパシタンス特性が発生する。この実験結果では、水溶液界面同士が接触した時（図中ａ）に、１３０ｐＦに相当する膜キャパシタンスが計測された。これにより、接触した水溶液同士の界面に脂質二分子膜の膜構造が形成されていることが確認できた。
【００２９】
次に、上記で形成された脂質膜が二分子膜であることをさらに確認するため、個々の単分子膜のモノマーの二量体化に同調して開くグラミシジンペプチドイオンチャンネルを水溶液に導入する。
図５は本発明の実施例を示す６３ｍＶが印加された場合の、グラミシジンを組み込んだ脂質二分子膜を通過する電流の時系列変化を示す図である。
【００３０】
まず最初に、脂質単分子膜同士を接触させる〔図５（ａ）〕。脂質単分子膜表面を接触させ続けると、脂質二分子膜領域の拡大〔図５（ｂ）〕に対応して電流が増加する。次に、シリンジポンプによる制御で脂質単分子膜表面を互いから分離していく〔図５（ｃ），（ｄ）〕と、電流は基準値まで下がる（グラミシジン濃度は、１００ｍＭのＫＣｌ中に５．０×１０-12 Ｍ）。
【００３１】
このように、水溶液の界面が接触した後、Ｋ+ イオンの流れ（電流）が徐々に増加しており、これは脂質二分子膜領域の拡大と対応している。一方で、界面が離れると、電流は０に下がる。グラミシジンは二分子膜中にある場合にのみ電流を通すので、この結果から、水溶液界面の接触中は、脂質二分子膜が存在することが分かる。
上記したように、本発明では、垂直方向への脂質二分子膜の再構成のために微小流体チップに接触する脂質単分子膜を作り上げた。本発明による２つの脂質単分子膜から作られた脂質二分子膜は、従来法であるＢＬＭ法と一致するキャパシタンスを示し、グラミシジンチャンネルがその膜内に形成された。したがって、本発明によって形成された膜は脂質二分子膜であると確認された。ここでは、イオンチャンネルを使って、電気的に膜輸送のモニタリングを行った。本手法で、膜を通過する分子輸送の蛍光イメージングも可能となる。
【００３２】
図６は本発明の第２実施例を示す括れ部を有する複数のチャンバを備えた単分子膜の接触による脂質二分子膜形成装置の概略平面図、図７はそれを用いた脂質二分子膜形成方法を示す概略斜視図である。
まず、図６（ａ）又は図７（ａ）に示すように、基板１１上に、上面が開放されている括れ部１３で区切られたチャンバ１２を形成する。次に、図６（ｂ）又は図７（ｂ）に示すように、その括れ部１３を有するチャンバ１２内に脂質分子を含む有機溶媒１４を満たす。次に、図６（ｃ）又は図７（ｃ）に示すように、括れ部１３で区切られたチャンバ１２のそれぞれに、脂質分子を含む有機溶媒１４とは混ざらない水溶液の液滴１６，１７をピぺット１５〔図７（ｃ）参照〕で滴下する。すると、この状態で、水溶液の液滴１６，１７と脂質分子を含む有機溶媒１４の界面に脂質単分子膜１８が形成される。次に、図６（ｄ）又は図７（ｄ）に示すように、水溶液の液滴１６，１７を大きくし（水溶液の液滴１６′、１７′）、水溶液の液滴１６′と１７′の界面を接触させると、水溶液の液滴１６′，１７′と脂質分子を含む有機溶媒１４との界面に生成されていた脂質単分子膜１８も接触、融合して脂質二分子膜１９が形成される。
【００３３】
図８は本発明の第２実施例の変形例を示す括れ部を有する複数のチャンバを備えた単分子膜の接触による脂質二分子膜形成装置の模式図である。
この実施例では、基板２１上に、上面が閉止されている括れ部２３を有するチャンバ２２を形成し、チャンバ２２に脂質分子を含む有機溶媒２４を送る流路２５と、チャンバ２２それぞれに水溶液の液滴２７を導入する流路２６と、この流路２６に配置されるシリンジポンプ２８と、このシリンジポンプ２８に接続される制御装置２９を有している。
【００３４】
そこで、流路２５から脂質分子を含む有機溶媒２４がチャンバ２２に導入され、次に、流路２６から脂質分子を含む有機溶媒２４とは混じらない水溶液の液滴２７が導入される。そして、シリンジポンプ２８の制御により、水溶液の液滴２７が制御され、水溶液の液滴２７と脂質分子を含む有機溶媒２４との界面に生成された脂質単分子膜は接触し、融合して脂質二分子膜２４Ｂが形成される。
【００３５】
図９及び図１０は本発明の実験例であり、図９は本発明の実験例の括れ部を有する複数のチャンバを備えたチップデバイスの構造を示す図であり、図９（ａ）はその全体の上面図、図９（ｂ）はその複数のチャンバ部の拡大平面図、図９（ｃ）はその側面断面図、図９（ｄ）はその全体の斜視図を示す図面代用写真である。
図９（ａ）において、基板３０の長さｘは３０ｍｍ、幅ｙは２０ｍｍであり、図９（ｂ）において、チャンバ３１の半径ｒは２ｍｍ、括れ部３２間の長さｌは２ｍｍ、また、図９（ｃ）において、基板３０の厚さｄは２ｍｍである。さらに、基板３０の材質はアクリルである。
【００３６】
図１０は本発明の実験例の脂質二分子膜の形成方法を示す図である。
（１）まず、脂質分子を含む有機溶媒（１５μｌ）３３を図９で示したチャンバ３１に満たす〔チップデバイスの斜視図である図１０（ａ−１）、チップデバイスの側面断面図である図１０（ａ−２）、チップデバイスの上面図である図１０（ａ−３）をそれぞれ参照〕。
【００３７】
（２）次に、脂質分子を含む有機溶媒３３中にピペット３４により、脂質分子を含む有機溶媒３３と混ざらない水溶液の１つ目の液滴（１５μｌ）３５を導入する〔チップデバイスの側面断面図である図１０（ｂ−１）、チップデバイスの上面図である図１０（ｂ−２）をそれぞれ参照〕。
（３）次に、脂質分子を含む有機溶媒３３と混ざらない水溶液の、２つ目の液滴（１５μｌ）３６を導入する〔チップデバイスの側面断面図である図１０（ｃ−１）、チップデバイスの上面図である図１０（ｃ−２）をそれぞれ参照〕。
【００３８】
（４）すると、図１０（ｄ）に示すように、チップデバイスの括れ部３２（図９参照）では、水溶液の液滴３５，３６の接触部分３７に脂質二分子膜３８が得られる。
図１１は本発明の第３実施例を示す２つの括れ部により横配列に３つに区切られたチャンバを備え、２つの脂質二分子膜を形成する脂質二分子膜の形成装置の平面模式図である。
【００３９】
この実施例では、基板４１上に横配列の２個の括れ部４３，４４を形成したチャンバ４２を用意して、そのチャンバ４２に、まず、脂質分子を含む有機溶媒４５を導入し、そこに３つの液滴４６，４７，４８を導入することによって、それらの液滴４６と４７との接触面に第１の脂質二分子膜４９が、それらの液滴４７と４８との接触面に第２の脂質二分子膜５０がそれぞれ形成される。
【００４０】
図１２は本発明の第４実施例を示す３つの脂質二分子膜を形成させる外形が略三角形状のチャンバを有する脂質二分子膜の形成装置の平面模式図である。
この実施例では、チャンバ５１は外形が略三角形状をなし、脂質分子を含む有機溶媒５２中に３つの液滴５３，５４，５５を導入することにより、液滴５３と５４との接触面に第１の脂質二分子膜５６、液滴５４と５５との接触面に第２の脂質二分子膜５７、液滴５５と５３との接触面に第３の脂質二分子膜５８をそれぞれ形成することができる。
【００４１】
図１３は本発明の第５実施例を示す４つの脂質二分子膜を形成させる外形が略四角形状のチャンバを有する脂質二分子膜の形成装置の平面模式図である。
この実施例では、チャンバ６１は外形が略四角形状をなし、脂質分子を含む有機溶媒６２中に５つの液滴６３，６４，６５，６６，６７を導入する。つまり、中心に液滴６３が位置し、その回りに液滴６４，６５，６６，６７が配置されることにより、液滴６３と６４との接触面に第１の脂質二分子膜６８、液滴６３と６５との接触面に第２の脂質二分子膜６９、液滴６３と６６との接触面に第３の脂質二分子膜７０、液滴６３と６７との接触面に第４の脂質二分子膜７１をそれぞれ形成することができる。
【００４２】
なお、チャンバの形状は上記したものに限定されるものではなく、上記したように、液滴と脂質分子を含む有機溶媒との界面に脂質単分子膜が形成され、チャンバの括れ部において脂質二分子膜が形成可能であれば、種々の形状に変形することができる。
このように、あらかじめ脂質分子を含む有機溶媒に、有機溶媒とは混ざらない水溶液の液滴を導入して脂質単分子膜を形成しておき、その液滴を制御することにより、脂質単分子膜を接触、融合させた脂質二分子膜を形成することができる。
【００４３】
なお、上記実施例では専ら脂質分子を含む有機溶媒とは混ざらない液体の制御について述べたが、脂質分子を含む有機溶媒の制御を行うようにしてもよい。例えば、脂質分子を含む有機溶媒の圧力（容積）を減じることによって、相対的に複数の脂質単分子膜が接触し融合することにより脂質二分子膜を形成するようにしてもよい。
また、上記実施例では、脂質分子を含む有機溶媒を用いる実施例を示したが、両親媒性分子を含む有機溶媒を用いるようにしてもよい。この両親媒性分子としては、例えば、リン脂質、長鎖アルコール、長鎖カンボン酸、石鹸、合成洗剤などが挙げられ、これらの両親媒性分子は、無極性溶液／水溶液界面や気相／水溶液界面に単分子膜を形成することができる。
【００４４】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
膜タンパク質は、薬剤応答・エネルギー変換・免疫反応・物質輸送・情報伝達などの生理的な機能の重要な役割を担っている。また、膜タンパク質の多くは、創薬の主なターゲットであり、たとえばＧＰＣＲ（Ｇ−ｐｒｏｔｅｉｎ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｒｅｃｅｐｔｏｒ；Ｇタンパク質共役受容体）と呼ばれる一連のレセプタータンパク質に関する薬の市場規模は大きい。そのため、チップ上への膜タンパク質のアレイ化が期待されているが、脂質平面膜を効率的にアレイ上に再構成したものは報告されていない。また、生理的条件設定と同様に膜電流を計測可能なデバイスは皆無である。
【００４６】
例えば、ヒトゲノム計画で、すでに全てのＧＰＣＲの遺伝子は同定されており、実質上ターゲットとなりうる数は限られている。そのため、これをチップ上にアレイ状に並べて、それぞれのＧＰＣＲに対する薬剤に対する応答を調べることが急務である。これ以外にも、がん細胞の薬剤耐性の原因であるＡＢＣトランスポータと呼ばれる一連の膜タンパク質など、次世代の創薬ターゲットの主なものも膜タンパク質である。本システムの開発は、こういった創薬のターゲット膜タンパク質を組み込むことで、迅速な薬剤開発に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第１実施例を示す略十字型チャンバを用いた単分子膜の接触による脂質二分子膜形成方法を示す図である。
【図２】本発明の第１実施例を示す単分子膜の接触による脂質二分子膜の形成装置の模式図である。
【図３】本発明の第１実施例を示す、水溶液界面同士が接触しているときの顕微鏡画像を示す図である。
【図４】本発明にかかる１０ｍＶの矩形信号を印加した時の界面を通過する容量性過渡電流（ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  ｔｒａｎｓｉｅｎｔ  ｃｕｒｒｅｎｔ）を示す図である。
【図５】本発明の実施例を示す６３ｍＶが印加された場合の、グラミシジンを組み込んだ脂質二分子膜を通過する電流の時系列変化を示す図である。
【図６】本発明の第２実施例を示す括れ部を有する複数のチャンバを備えた単分子膜の接触による脂質二分子膜形成装置の概略平面図である。
【図７】本発明の第２実施例を示す括れ部を有する複数のチャンバを備えた単分子膜の接触による脂質二分子膜形成方法を示す概略斜視図である。
【図８】本発明の第２実施例の変形例を示す括れ部を有する複数のチャンバを備えた単分子膜の接触による脂質二分子膜形成装置の模式図である。
【図９】本発明の実験例の括れ部を有する複数のチャンバを備えたチップデバイスの構造を示す図である。
【図１０】本発明の実験例の脂質二分子膜の形成方法を示す図である。
【図１１】本発明の第３実施例を示す２つの括れ部により横配列に３つに区切られたチャンバを備え、２つの脂質二分子膜を形成する脂質二分子膜の形成装置の平面模式図である。
【図１２】本発明の第４実施例を示す３つの脂質二分子膜を形成させる外形が略三角形状のチャンバを有する脂質二分子膜の形成装置の平面模式図である。
【図１３】本発明の第５実施例を示す４つの脂質二分子膜を形成させる外形が略四角形状のチャンバを有する脂質二分子膜の形成装置の平面模式図である。
【図１４】従来のＬＢ法による平面脂質二分子膜形成法を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４８】
１    第１のマイクロ流路
２，１４，２４，３３，４５，５２，６２    脂質分子を含む有機溶媒
２Ａ，１８    脂質単分子膜
２Ｂ，１９，２４Ｂ，３８    脂質二分子膜
３    第２のマイクロ流路
４    脂質分子を含む有機溶媒とは混ざらない液体（例えば、水溶液）
５，１１，２１，３０，４１   基板
６    十字型チャンバ
７    Ａｇ／ＡｇＣｌ電極
８    電流・電圧計測装置
９ 膜タンパク質
１２，２２，３１，４２，５１，６１    チャンバ
１３，２３，３２，４３，４４    括れ部
１５，３４    ピぺット
１６，１７，１６′，１７′，２７，４６，４７，４８，５３，５４，５５，６３，６４，６５，６６，６７    脂質分子を含む有機溶媒とは混ざらない水溶液の液滴
２５，２６    流路
２８    シリンジポンプ
２９    制御装置
３５    水溶液の１つ目の液滴
３６    水溶液の２つ目の液滴
３７    水溶液の液滴の接触部分
４９，５６，６８    第１の脂質二分子膜
５０，５７，６９    第２の脂質二分子膜
５８，７０    第３の脂質二分子膜
７１    第４の脂質二分子膜
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【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３】
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【図９】
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【図１０】
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