JP2019113417A - Inspection method for characteristics of lipid double membrane, screening method for agents, and analytical system for characteristics of the lipid double membrane - Google Patents
Inspection method for characteristics of lipid double membrane, screening method for agents, and analytical system for characteristics of the lipid double membrane Download PDFInfo
- Publication number
- JP2019113417A JP2019113417A JP2017246976A JP2017246976A JP2019113417A JP 2019113417 A JP2019113417 A JP 2019113417A JP 2017246976 A JP2017246976 A JP 2017246976A JP 2017246976 A JP2017246976 A JP 2017246976A JP 2019113417 A JP2019113417 A JP 2019113417A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- bubble
- lipid bilayer
- membrane
- lipid
- bilayer membrane
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
Abstract
Description
本発明は、脂質二重膜の特性の検査方法、薬剤のスクリーニング方法、および脂質二重膜の特性の解析システム、に関する。 The present invention relates to a method of testing the properties of a lipid bilayer membrane, a method of screening a drug, and a system for analyzing the properties of a lipid bilayer membrane.
細胞は、一般的に、脂質二重膜にて形成されている細胞膜によって覆われており、当該細胞膜によって、細胞と外界との境界が形成されている。 The cells are generally covered by a cell membrane formed of a lipid bilayer membrane, and the cell membrane forms a boundary between the cell and the outside world.
細胞膜は、外界から細胞内へ物質が自由拡散することを防ぐ機能を有しているのみならず、外界から細胞内へ物質を選択的に取り込む機能も有している。このような細胞膜の機能は、細胞膜を形成している脂質や、細胞膜中に埋め込まれている様々な膜タンパク質などによって発現されている。 The cell membrane not only has a function of preventing free diffusion of a substance from the outside into the cell, but also has a function of selectively taking a substance from the outside into the cell. Such cell membrane functions are expressed by lipids forming the cell membrane, various membrane proteins embedded in the cell membrane, and the like.
近年、細胞膜の研究の発展に伴い、人工的に脂質二重膜を作製する技術の開発、および、当該脂質二重膜の特性を検査および解析する技術の開発、が求められている（例えば、特許文献１、および非特許文献１を参照）。 In recent years, with the development of research on cell membranes, development of techniques for artificially producing lipid bilayer membranes and development of techniques for testing and analyzing the properties of the lipid bilayer membranes are required (for example, See Patent Document 1 and Non-Patent Document 1).
しかしながら、脂質二重膜の特性（例えば、膜の厚さおよび膜張力などの物理的特性）を検査および解析する従来の技術は、脂質二重膜の特性を、簡易に検査または解析するという観点からは十分なものでなく、さらなる改善の余地があった。 However, conventional techniques for examining and analyzing the properties of lipid bilayer membranes (eg, physical properties such as membrane thickness and membrane tension) are simple to inspect or analyze the properties of lipid bilayer membranes There is room for further improvement.
本発明の一実施形態の目的は、脂質二重膜の特性を検査することができる検査方法、および、脂質二重膜の特性を解析することができる解析システムを提供することである。また、本発明の他の一実施形態の目的は、脂質二重膜の特性を変化させる薬剤をスクリーニングできる薬剤のスクリーニング方法を提供することである。 An object of an embodiment of the present invention is to provide a test method capable of testing the properties of lipid bilayer membranes, and an analysis system capable of analyzing the properties of lipid bilayer membranes. In addition, an object of another embodiment of the present invention is to provide a method of screening a drug capable of screening for a drug that changes the property of lipid bilayer membrane.
本発明の一実施形態は、以下の構成を含むものである。
〔１〕脂質一重膜で覆われた第一のバブルと脂質一重膜で覆われた第二のバブルとの接触面に形成される脂質二重膜の特性の検査方法であり、上記第一のバブルの内圧ΔＰ１および上記第二のバブルの内圧ΔＰ２を検出する内圧検出工程、上記第一のバブルの長径Ｒ１１および短径Ｒ２１、ならびに、上記第二のバブルの長径Ｒ１２および短径Ｒ２２、を検出する長短径検出工程、上記脂質二重膜と上記第一のバブルの脂質一重膜との境界面に発生する接触角θ１および上記脂質二重膜と上記第二のバブルの脂質一重膜との境界面に発生する接触角θ２、を検出する接触角検出工程、ならびに、下記式（１）〜（５）から上記脂質二重膜の張力γを算出する張力算出工程、を含むことを特徴とする、脂質二重膜の特性の検査方法。
One embodiment of the present invention includes the following configuration.
[1] A method of examining the characteristics of a lipid bilayer membrane formed on the contact surface between a first bubble covered with a lipid single membrane and a second bubble covered with a lipid single membrane, Internal pressure detection step of detecting the internal pressure ΔP 1 of the bubble and the internal pressure ΔP 2 of the second bubble, the major axis R 11 and the minor axis R 21 of the first bubble, and the major axis R 12 and the minor of the second bubble Step of detecting the diameter R 22 , a contact angle θ 1 generated at the interface between the lipid bilayer membrane and the lipid single membrane of the first bubble, and the lipid bilayer membrane and the second bubble Contact angle detection step of detecting the contact angle θ 2 generated at the interface with the lipid single membrane, and tension calculation step of calculating the tension γ of the lipid bilayer membrane from the following formulas (1) to (5) , A method of examining a property of a lipid bilayer membrane, characterized by including.
式（１）ΔＰ１＝γ１×（１／Ｒ１１＋１／Ｒ２１）
式（２）ΔＰ２＝γ２×（１／Ｒ１２＋１／Ｒ２２）
式（３）γｂ１＝γ１×ｃｏｓθ１
式（４）γｂ2＝γ２×ｃｏｓθ２
式（５）γ＝γｂ1＋γｂ２
（ここで、γ１は上記第一のバブルの脂質一重膜の張力であり、γ２は上記第二のバブルの脂質一重膜の張力であり、γｂ１は上記脂質二重膜における上記第一のバブルの側の単分子層の張力であり、γｂ２は上記脂質二重膜における上記第二のバブルの側の単分子層の張力である）
〔２〕さらに、上記脂質二重膜の静電容量Ｃを検出する静電容量検出工程、上記脂質二重膜の面積Ａを検出する面積検出工程、および、下記式（６）から上記脂質二重膜の膜厚Ｔを算出する膜厚算出工程、を含むことを特徴とする、〔１〕に記載の脂質二重膜の特性の検査方法。
Formula (1) ΔP 1 = γ 1 × (1 / R 11 + 1 / R 21 )
Equation (2) ΔP 2 = γ 2 × (1 / R 12 + 1 / R 22 )
Equation (3) γ b1 = γ 1 × cos θ 1
Formula (4) γ b2 = γ 2 × cos θ 2
Formula (5) γ = γ b1 + γ b2
(Here, γ 1 is the tension of the lipid single membrane of the first bubble, γ 2 is the tension of the lipid single membrane of the second bubble, and γ b 1 is the first tension of the lipid bilayer membrane. Of the monolayer on the side of the bubble and γ b2 is the tension of the monolayer on the side of the second bubble in the lipid bilayer membrane)
[2] Further, a capacitance detection step of detecting the capacitance C of the lipid bilayer membrane, an area detection step of detecting the area A of the lipid bilayer membrane, and the lipid bilayer from the following formula (6) The method of testing a property of a lipid bilayer membrane according to [1], including the step of calculating the thickness T of the heavy membrane.
式（６）Ｔ＝εｍ×ε０×Ａ／Ｃ
（ここでεｍは上記脂質二重膜の比誘電率であり、ε０は真空の誘電率である。）
〔３〕脂質一重膜で覆われた第一のバブルと脂質一重膜で覆われた第二のバブルとの接触面に形成される脂質二重膜を用いた、上記脂質二重膜の特性を変化させる薬剤のスクリーニング方法であり、上記脂質二重膜中に対して薬剤の導入を行う薬剤導入工程、上記薬剤の導入の後に上記脂質二重膜の張力γを算出する張力算出工程、および、上記張力γを基準値と比較することによって薬剤を判定する第１の薬剤判定工程、を含み、上記張力算出工程は、上記第一のバブルの内圧ΔＰ１および上記第二のバブルの内圧ΔＰ２を検出する内圧検出工程、上記第一のバブルの長径Ｒ１１および短径Ｒ２１、ならびに、上記第二のバブルの長径Ｒ１２および短径Ｒ２２、を検出する長短径検出工程、ならびに上記脂質二重膜と上記第一のバブルの脂質一重膜との境界面に発生する接触角θ１および上記脂質二重膜と上記第二のバブルの脂質一重膜との境界面に発生する接触角θ２、を検出する接触角検出工程、を含み下記式（１）〜（５）から上記脂質二重膜の張力γを算出する工程であることを特徴とする、薬剤のスクリーニング方法。
Formula (6) T = ε m × ε 0 × A / C
(Here, ε m is the relative dielectric constant of the above-mentioned lipid bilayer film, and ε 0 is the dielectric constant of vacuum.)
[3] The characteristics of the above-mentioned lipid bilayer membrane using the lipid bilayer membrane formed on the contact surface between the first bubble covered with the lipid single membrane and the second bubble covered with the lipid single membrane A drug introduction step of introducing a drug into the lipid bilayer membrane, a tension calculation step of computing tension γ of the lipid bilayer membrane after introduction of the drug, and And a first drug determination step of determining a drug by comparing the tension γ with a reference value, wherein the tension calculation step includes an inner pressure ΔP 1 of the first bubble and an inner pressure ΔP 2 of the second bubble. Internal pressure detecting step of detecting the length, long and short diameter detecting step of detecting the major axis R 11 and minor axis R 21 of the first bubble, and major axis R 12 and minor axis R 22 of the second bubble, and the lipid Double membrane and above first bubble Contact angle detection step of detecting a 2, the contact angle theta generated at the interface between the contact angle theta 1 and the lipid bilayer and the second bubble lipid single film occurs at the interface between the lipid single film, And d) calculating the tension γ of the lipid bilayer membrane from the following formulas (1) to (5).
式（１）ΔＰ１＝γ１×（１／Ｒ１１＋１／Ｒ２１）
式（２）ΔＰ２＝γ２×（１／Ｒ１２＋１／Ｒ２２）
式（３）γｂ１＝γ１×ｃｏｓθ１
式（４）γｂ2＝γ２×ｃｏｓθ２
式（５）γ＝γｂ1＋γｂ２
（ここで、γ１は上記第一のバブルの脂質一重膜の張力であり、γ２は上記第二のバブルの脂質一重膜の張力であり、γｂ１は上記脂質二重膜における上記第一のバブルの側の単分子層の張力であり、γｂ２は上記脂質二重膜における上記第二のバブルの側の単分子層の張力である）
〔４〕さらに、上記薬剤の導入の後に上記脂質二重膜の膜厚Ｔを算出する膜厚算出工程、および、上記膜厚Ｔを基準値と比較することによって薬剤を判定する第２の薬剤判定工程、を含み、上記膜厚算出工程は、上記脂質二重膜の静電容量Ｃを検出する静電容量検出工程、および上記脂質二重膜の面積Ａを検出する面積検出工程、を含み、下記式（６）から上記脂質二重膜の膜厚Ｔを算出する工程であることを特徴とする、〔３〕に記載の薬剤のスクリーニング方法。
Formula (1) ΔP 1 = γ 1 × (1 / R 11 + 1 / R 21 )
Equation (2) ΔP 2 = γ 2 × (1 / R 12 + 1 / R 22 )
Equation (3) γ b1 = γ 1 × cos θ 1
Formula (4) γ b2 = γ 2 × cos θ 2
Formula (5) γ = γ b1 + γ b2
(Here, γ 1 is the tension of the lipid single membrane of the first bubble, γ 2 is the tension of the lipid single membrane of the second bubble, and γ b 1 is the first tension of the lipid bilayer membrane. Of the monolayer on the side of the bubble and γ b2 is the tension of the monolayer on the side of the second bubble in the lipid bilayer membrane)
[4] Further, a film thickness calculating step of calculating the film thickness T of the lipid bilayer membrane after introduction of the drug, and a second drug which determines the drug by comparing the film thickness T with a reference value A determination step, and the film thickness calculation step includes a capacitance detection step of detecting a capacitance C of the lipid bilayer membrane, and an area detection step of detecting an area A of the lipid bilayer membrane A method of screening a drug according to [3], which is a step of calculating the film thickness T of the lipid bilayer membrane from the following formula (6).
式（６）Ｔ＝εｍ×ε０×Ａ／Ｃ
（ここでεｍは上記脂質二重膜の比誘電率であり、ε０は真空の誘電率である。）
〔５〕脂質一重膜で覆われた第一のバブルと脂質一重膜で覆われた第二のバブルとの接触面に形成される脂質二重膜の特性の解析システムであり、上記第一のバブルの内圧ΔＰ１を検出する第一の内圧検出部、および、上記第二のバブルの内圧ΔＰ２を検出する第二の内圧検出部、上記第一のバブルの長径Ｒ１１および短径Ｒ２１、ならびに、上記第二のバブルの長径Ｒ１２および短径Ｒ２２、を検出し、かつ、上記脂質二重膜と上記第一のバブルの脂質一重膜との境界面に発生する接触角θ１および上記脂質二重膜と上記第二のバブルの脂質一重膜との境界面に発生する接触角θ２、を検出する、長短径−接触角検出部、ならびに、下記式（１）〜（５）から上記脂質二重膜の張力γを算出する張力算出部、を備えることを特徴とする、脂質二重膜の特性の解析システム。
Formula (6) T = ε m × ε 0 × A / C
(Here, ε m is the relative dielectric constant of the above-mentioned lipid bilayer film, and ε 0 is the dielectric constant of vacuum.)
[5] A system for analyzing the characteristics of a lipid bilayer membrane formed on the contact surface between a first bubble covered with a lipid single membrane and a second bubble covered with a lipid single membrane A first internal pressure detection unit for detecting the internal pressure ΔP 1 of the bubble, a second internal pressure detection unit for detecting the internal pressure ΔP 2 of the second bubble, a major axis R 11 and a minor axis R 21 of the first bubble And the contact angle θ 1 generated at the interface between the lipid bilayer membrane and the lipid single membrane of the first bubble by detecting the major axis R 12 and the minor axis R 22 of the second bubble and And a long and short diameter-contact angle detection unit for detecting the contact angle θ 2 generated at the interface between the lipid bilayer membrane and the lipid single membrane of the second bubble, and the following formulas (1) to (5) A tension calculation unit for calculating the tension γ of the lipid bilayer membrane from Analysis system properties of the lipid bilayer.
式（１）ΔＰ１＝γ１×（１／Ｒ１１＋１／Ｒ２１）
式（２）ΔＰ２＝γ２×（１／Ｒ１２＋１／Ｒ２２）
式（３）γｂ１＝γ１×ｃｏｓθ１
式（４）γｂ2＝γ２×ｃｏｓθ２
式（５）γ＝γｂ1＋γｂ２
（ここで、γ１は上記第一のバブルの脂質一重膜の張力であり、γ２は上記第二のバブルの脂質一重膜の張力であり、γｂ１は上記脂質二重膜における上記第一のバブルの側の単分子層の張力であり、γｂ２は上記脂質二重膜における上記第二のバブルの側の単分子層の張力である）
〔６〕さらに、上記脂質二重膜の静電容量Ｃを検出する静電容量検出部、上記脂質二重膜の面積Ａを検出する面積検出部、および、下記式（６）から上記脂質二重膜の膜厚Ｔを算出する膜厚算出部、を備えることを特徴とする、〔５〕に記載の脂質二重膜の特性の解析システム。
Formula (1) ΔP 1 = γ 1 × (1 / R 11 + 1 / R 21 )
Equation (2) ΔP 2 = γ 2 × (1 / R 12 + 1 / R 22 )
Equation (3) γ b1 = γ 1 × cos θ 1
Formula (4) γ b2 = γ 2 × cos θ 2
Formula (5) γ = γ b1 + γ b2
(Here, γ 1 is the tension of the lipid single membrane of the first bubble, γ 2 is the tension of the lipid single membrane of the second bubble, and γ b 1 is the first tension of the lipid bilayer membrane. Of the monolayer on the side of the bubble and γ b2 is the tension of the monolayer on the side of the second bubble in the lipid bilayer membrane)
[6] Further, a capacitance detection unit that detects the capacitance C of the lipid bilayer membrane, an area detection unit that detects the area A of the lipid bilayer membrane, and the above lipid 2 from the following formula (6) The analysis system of the characteristics of the lipid bilayer membrane according to [5], further comprising: a film thickness calculation unit for calculating a film thickness T of the heavy film.
式（６）Ｔ＝εｍ×ε０×Ａ／Ｃ
（ここでεｍは上記脂質二重膜の比誘電率であり、ε０は真空の誘電率である。）
Formula (6) T = ε m × ε 0 × A / C
(Here, ε m is the relative dielectric constant of the above-mentioned lipid bilayer film, and ε 0 is the dielectric constant of vacuum.)
本発明の一実施形態によれば、脂質二重膜の特性を簡易に検査または解析することができる。また、本発明の他の一実施形態によれば、脂質二重膜の特性を変化させる薬剤を簡易にスクリーニングできる。 According to one embodiment of the present invention, the characteristics of the lipid bilayer membrane can be easily examined or analyzed. In addition, according to another embodiment of the present invention, it is possible to easily screen for agents that alter the properties of lipid bilayer membranes.
本発明の一実施形態について以下に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は、以下に説明する各構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した範囲で種々の変更が可能である。本発明はまた、異なる実施形態や実施例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態や実施例についても本発明の技術的範囲に含まれる。なお、本明細書中に記載された学術文献および特許文献の全てが、本明細書中において参考文献として援用される。また、本明細書において特記しない限り、数値範囲を表す「Ａ〜Ｂ」は、「Ａ以上（Ａを含みかつＡより大きい）Ｂ以下（Ｂを含みかつＢより小さい）」を意図する。 Although one embodiment of the present invention is described below, the present invention is not limited to this. The present invention is not limited to the configurations described below, and various modifications can be made within the scope of the claims. The present invention also includes embodiments and examples obtained by appropriately combining the technical means disclosed in different embodiments and examples, respectively, within the technical scope of the present invention. In addition, all the academic literature and patent documents described in the present specification are incorporated herein by reference. Moreover, unless otherwise specified in the present specification, “A to B” representing a numerical range intends “more than A (including A and greater than A) B or less (including B and less than B)”.
〔１．本発明の特徴点〕
本発明の一実施形態に係る検査方法は、脂質二重膜の特性（具体的には、物理的特性である張力）を測定するために、バブルの内圧、バブルの長径および短径、ならびに、バブルを覆っている脂質一重膜と脂質二重膜との接触角を、それぞれ一度測定（検出）すればよい。
[1. Features of the present invention]
According to an embodiment of the present invention, there is provided a test method for measuring the properties of a lipid bilayer membrane (specifically, physical properties such as tension), the internal pressure of the bubble, the major and minor axes of the bubble, and The contact angle between the lipid single membrane covering the bubble and the lipid bilayer membrane may be measured (detected) once each.
また、本発明の一実施形態に係る検査方法は、脂質二重膜の特性（具体的には、物理的特性である膜厚）を測定するために、脂質二重膜の、静電容量と面積とを、それぞれ一度測定（検出）すればよい。 In addition, the inspection method according to one embodiment of the present invention is characterized in that the capacitance of the lipid bilayer membrane and the capacitance of the lipid bilayer membrane are measured in order to measure the properties of the lipid bilayer membrane (specifically, the film thickness that is a physical characteristic) The area and the area may be measured (detected) once respectively.
従って、本発明の一実施形態に係る検査方法は、ある組成の脂質二重膜の物理的特性である張力および膜厚を、極めて簡便にかつ短時間に算出（例えば、リアルタイムにて算出）することができる。 Therefore, the inspection method according to an embodiment of the present invention calculates (for example, in real time) the tension and film thickness which are physical characteristics of a lipid bilayer membrane of a certain composition extremely easily and in a short time be able to.
また、本発明の一実施形態に係る検査方法では、脂質二重膜の張力だけでなく、脂質二重膜を構成する、バブル由来の２枚の単分子層の各張力を算出することもできる。なお、上記単分子層とは、バブルの脂質一重膜のうち、脂質二重膜を構成している部分のことである。 In addition, in the inspection method according to one embodiment of the present invention, not only the tension of the lipid bilayer membrane but also each tension of two bubble-derived monolayers constituting the lipid bilayer membrane can be calculated. . The above-mentioned monolayer is a portion constituting a lipid bilayer membrane in a lipid monolayer membrane of a bubble.
〔２．脂質二重膜の特性の検査方法〕
本発明の一実施形態は、内圧検出工程、長短径検出工程、接触角検出工程、および張力算出工程、を含む、脂質二重膜の特性の検査方法を提供する。
[2. Method of testing characteristics of lipid bilayer membrane]
One embodiment of the present invention provides a method of inspecting a property of a lipid bilayer membrane, which includes an internal pressure detection step, a long and short diameter detection step, a contact angle detection step, and a tension calculation step.
本発明の一実施形態に係る脂質二重膜の特性の検査方法は、上述した構成を有することにより、脂質二重膜の特性、特に脂質二重膜の張力、を簡易に検査することができるという利点を有する。 The method for inspecting the properties of a lipid bilayer membrane according to an embodiment of the present invention can easily inspect the properties of a lipid bilayer membrane, particularly the tension of the lipid bilayer membrane, by having the above-described configuration. It has the advantage of
本明細書において、「脂質二重膜の特性の検査方法」を単に「検査方法」とも称する。 In the present specification, the “method of examining the characteristics of lipid bilayer membrane” is also simply referred to as “the examination method”.
（脂質二重膜形成工程）
本発明の一実施形態に係る検査方法において、検査される脂質二重膜は、脂質一重膜で覆われた第一のバブルと脂質一重膜で覆われた第二のバブルとの接触面に形成される脂質二重膜である。故に、本検査方法は、脂質二重膜を形成する脂質二重膜形成工程を含んでいてもよい。
(Lipid bilayer membrane formation process)
In the test method according to one embodiment of the present invention, the lipid bilayer membrane to be tested is formed on the contact surface between the first bubble covered with the lipid single membrane and the second bubble covered with the lipid single membrane. Lipid bilayer membrane. Therefore, the present test method may include a lipid bilayer membrane forming step of forming a lipid bilayer membrane.
本脂質二重膜形成工程において、脂質二重膜を形成する方法としては、特に限定されず、従来公知の方法が用いられ得る。例えば、次の（１）および（２）を有する方法が挙げられる：
（１）油（油相とも称する）の中に水溶液からなるバブル（液滴とも称する。）を少なくとも２つ形成する。ここで、油の中に形成された水溶液からなるバブルでは、バブルの形成後、油中に含まれる、または、バブル内の水溶液中に含まれる、所望の脂質がバブルと油との界面に移動することによって、当該界面において、当該脂質を含む脂質一重膜が形成される。その結果、バブルは、脂質一重膜で覆われたバブルとなる；
（２）次に、脂質一重膜で覆われた複数のバブルのうち少なくとも２つのバブル（すなわち、第一のバブルおよび第二のバブル）を接触させることによって、それらバブルの接触面に脂質二重膜が形成される。
The method for forming a lipid bilayer membrane in the present lipid bilayer membrane formation step is not particularly limited, and conventionally known methods may be used. For example, a method having the following (1) and (2) may be mentioned:
(1) Form at least two bubbles (also referred to as droplets) composed of an aqueous solution in oil (also referred to as oil phase). Here, in the bubble consisting of an aqueous solution formed in the oil, the desired lipid contained in the oil or contained in the aqueous solution in the bubble after formation of the bubble moves to the interface between the bubble and the oil As a result, at the interface, a lipid single membrane containing the lipid is formed. As a result, the bubble becomes a bubble covered with a lipid single membrane;
(2) Next, by contacting at least two bubbles (i.e., the first bubble and the second bubble) of the plurality of bubbles covered with the lipid single membrane, the lipid doubles on the contact surface of the bubbles A film is formed.
ここで、バブルを構成する水溶液は、電解質溶液であってもよい。水溶液が電解質溶液である場合には、バブルは、電解質溶液バブルともいえる。 Here, the aqueous solution constituting the bubble may be an electrolyte solution. When the aqueous solution is an electrolyte solution, the bubble can be said to be an electrolyte solution bubble.
油の中に水溶液からなるバブルを形成する方法としては、以下の（１）〜（３）の方法が挙げられるが、これらに限定されない：（１）マイクロピペットまたはシリンジなどによって油へ水溶液を滴下する方法（以下、滴下方法とも称する）；（２）マイクロピペットまたはシリンジの先端を油の中に挿入し、油の中に水溶液を注入する方法（以下、注入方法とも称する）；および（３）（ｉ）少なくとも２つの微小流路を、各微小流路の開口部が近接するように、かつ、各微小流路の開口部がバブル形成用流路内に満たされた油の中に浸かった状態にて配置し、（ｉｉ）その後、各開口部から水溶液を放出して、油の中に、水溶液からなるバブルを形成させた後、開口部からの水溶液の放出を停止する、方法。 Examples of the method for forming a bubble consisting of an aqueous solution in oil include, but are not limited to, the following methods (1) to (3): (1) Dropping the aqueous solution into oil with a micropipette or syringe etc. Method (hereinafter also referred to as dropping method); (2) a method of inserting an aqueous solution into the oil by inserting the tip of the micropipette or syringe into the oil (hereinafter also referred to as injection method); and (3) (I) At least two microchannels were in close proximity to the openings of each microchannel, and the openings of each microchannel were immersed in the oil filled in the bubble-forming channel (Ii) Then, the aqueous solution is discharged from each opening to form bubbles of the aqueous solution in the oil, and then the release of the aqueous solution from the opening is stopped.
２つのバブルを接触させる方法としては、例えば、２つのバブルをマニピュレーターで操作する方法、および、一方のバブルを形成した後、当該バブルの上に他方のバブルを形成し、重力を利用して２つのバブルを接触させる方法、および、２つの微小流路系の開口部同士を近接させることによって当該２つの開口部から膨らんだバブル同士を自動的に接触させる方法、が挙げられるがこれらに限定されない。 As a method of bringing two bubbles into contact, for example, a method of manipulating two bubbles with a manipulator, and after forming one bubble, form the other bubble on the bubble and use gravity to make 2 There is a method of contacting two bubbles, and a method of automatically contacting the bubbles expanded from the two openings by bringing the openings of the two microchannel systems close to each other, but the method is not limited thereto. .
本脂質二重膜形成工程は、特願２０１７―０６３７９６に記載の技術を用いて実施されてもよい。なお、特願２０１７―０６３７９６の全体が、本明細書中において参考文献として援用される。 The present lipid bilayer membrane forming step may be carried out using the technique described in Japanese Patent Application No. 2017-063796. The entire content of Japanese Patent Application No. 2017-063796 is incorporated herein by reference.
本脂質二重膜形成工程で使用する油は、特に限定されないが、リン脂質、ヘキサデカン、デカン、スクアレン、シリコンオイル、およびミネラルオイル等があげられる。これらの中でも、形成された２枚の脂質一重膜の間隙に入り込まず、形成された脂質二重膜が生体膜に近い膜構造となること、および揮発性の低さからヘキサデカンが好ましい。 The oil used in the present lipid bilayer membrane formation step is not particularly limited, and examples thereof include phospholipid, hexadecane, decane, squalene, silicone oil, and mineral oil. Among these, hexadecane is preferable because it does not enter the gap between the two formed lipid single membranes, and the formed lipid bilayer membrane has a membrane structure close to a biological membrane and the low volatility.
油には、脂質一重膜を形成可能な脂質が含まれていてもよい。別の構成としては、水溶液に、脂質一重膜を形成可能な脂質が含まれていてもよい。別の構成としては、油および水溶液の両方に、脂質一重膜を形成可能な脂質が含まれていてもよい。油が脂質一重膜を形成可能な脂質を含む場合には、水溶液に脂質一重膜を形成可能な脂質が含まれていない場合であっても、バブルが脂質一重膜で覆われることが可能になる。 The oil may include a lipid capable of forming a lipid single membrane. As another configuration, the aqueous solution may contain a lipid capable of forming a lipid single membrane. Alternatively, both the oil and the aqueous solution may contain a lipid capable of forming a lipid monolayer. When the oil contains a lipid capable of forming a lipid monolayer, the bubble can be covered with a lipid monolayer even if the aqueous solution does not contain a lipid capable of forming a lipid monolayer. .
上記脂質一重膜を形成可能な脂質としては、脂質二重膜を形成できる限り特に限定されないが、例えばリン脂質、およびコレステロールがあげられる。リン脂質としては、特に限定されないが、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、ジパルミトイルホスファチジルコリン、パルミトイルオレオイルホスファチジルコリン、ジオレオ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、スフィンゴミエリン、およびホスファチジルグリセロール等があげられる。 The lipid capable of forming a lipid single membrane is not particularly limited as long as it can form a lipid bilayer membrane, and examples include phospholipids and cholesterol. Examples of phospholipids include, but are not limited to, phosphatidyl choline, dipitanoyl phosphatidyl choline, dipalmitoyl phosphatidyl choline, palmitoyl oleoyl phosphatidyl choline, dioleoylphosphatidyl choline, phosphatidyl ethanolamine, phosphatidyl serine, sphingomyelin, and phosphatidyl glycerol etc. .
油が脂質一重膜を形成可能な脂質を含む場合、当該脂質の濃度は特に限定されないが、１０ｍｇ／ｍｌ〜２００ｍｇ／ｍｌであることが好ましく、１５ｍｇ／ｍｌ〜１５０ｍｇ／ｍｌであることがより好ましく、２５ｍｇ／ｍｌ〜１００ｍｇ／ｍｌであることがさらに好ましく、４０ｍｇ／ｍｌ〜６０ｍｇ／ｍｌであることが特に好ましい。上記構成であれば、水溶液が脂質一重膜を形成可能な脂質を含まない場合であっても、短時間（例えば、１０秒未満）の脂質一重膜層形成時間を実現できる。 When the oil contains a lipid capable of forming a lipid monolayer, the concentration of the lipid is not particularly limited, but is preferably 10 mg / ml to 200 mg / ml, and more preferably 15 mg / ml to 150 mg / ml. And 25 mg / ml to 100 mg / ml, and more preferably 40 mg / ml to 60 mg / ml. If it is the said structure, even if it is a case where aqueous solution does not contain the lipid which can form a lipid single membrane, the lipid single membrane layer formation time of a short time (for example, less than 10 seconds) is realizable.
本脂質二重膜形成工程で使用する水溶液は、水を主成分とする溶液であれば特に限定されず、水溶液は様々な成分（例えば、塩、塩基、糖、脂質、およびタンパク質など）を含んでいてもよい。水溶液の組成は、適宜設定されることが可能であり、例えば、特定の細胞質ゾルの成分、血液成分、またはリンパ液成分など生体内の特定の環境の成分を模した組成であってもよい。 The aqueous solution used in the present lipid bilayer membrane forming process is not particularly limited as long as it is a solution containing water as a main component, and the aqueous solution contains various components (eg, salts, bases, sugars, lipids, proteins, etc.) It may be. The composition of the aqueous solution can be set appropriately, and may be, for example, a composition that mimics a component of a specific environment in a living body, such as a specific cytosolic component, a blood component, or a lymph component.
水溶液に含まれる塩としては、特に限定されないが、生体中に含まれる塩などから適宜選択され、例えば、ナトリウム塩、カリウム塩、マグネシウム塩、カルシウム塩、およびリン酸塩等の金属塩、ならびにアミノ酸塩等があげられる。 The salt contained in the aqueous solution is not particularly limited but is appropriately selected from salts contained in the living body and the like, for example, metal salts such as sodium salt, potassium salt, magnesium salt, calcium salt and phosphate, and amino acids Salt and the like can be mentioned.
水溶液に含まれる塩基としては、特に限定されないが、グアニン、アデニン、チミン、およびシトシン等があげられる。 The base contained in the aqueous solution is not particularly limited, and examples thereof include guanine, adenine, thymine, cytosine and the like.
水溶液に含まれる脂質としては、特に限定されないが、コレステロール、糖脂質、リン脂質、および複合脂質等があげられる。これら脂質成分の中には、形成されたバブルにおいて、バブルと油との界面に移動し、脂質一重膜の成分になり得るものもある。そのような、脂質一重膜の成分になり得る脂質は、コレステロール、糖脂質、リン脂質、および複合脂質等である。つまり、本発明の一実施形態では、バブルを覆っている脂質一重膜は、コレステロール、糖脂質、リン脂質、および複合脂質等の脂質を含んでもよい。 Examples of the lipid contained in the aqueous solution include, but are not limited to, cholesterol, glycolipids, phospholipids, and complex lipids. Among these lipid components, some of the formed bubbles can move to the interface between the bubble and the oil and become components of a lipid single membrane. Such lipids that can be components of lipid monolayers are cholesterol, glycolipids, phospholipids, complex lipids and the like. That is, in one embodiment of the present invention, the lipid monolayer covering the bubble may include lipids such as cholesterol, glycolipids, phospholipids, and complex lipids.
水溶液は、脂質一重膜を形成可能な脂質を含んでもよい。水溶液が脂質一重膜を形成可能な脂質を含む場合には、油に脂質一重膜を形成可能な脂質が含まれていない場合であっても、バブルが脂質一重膜で覆われることが可能になる。水溶液に含まれる脂質一重膜を形成可能な脂質としては、油に含まれる脂質一重膜を形成可能な脂質と同様の物質をあげることができ、上述した通りである。 The aqueous solution may contain a lipid capable of forming a lipid single membrane. When the aqueous solution contains a lipid capable of forming a lipid monolayer, the bubble can be covered with a lipid monolayer even if the oil does not contain a lipid capable of forming a lipid monolayer. . Examples of the lipid capable of forming a lipid single membrane contained in an aqueous solution include the same substances as the lipid capable of forming a lipid single membrane contained in oil, as described above.
水溶液が脂質一重膜を形成可能な脂質を含む場合、当該脂質の濃度は特に限定されないが、１０ｍｇ／ｍｌ〜２００ｍｇ／ｍｌであることが好ましく、１５ｍｇ／ｍｌ〜１５０ｍｇ／ｍｌであることがより好ましく、２５ｍｇ／ｍｌ〜１００ｍｇ／ｍｌであることがさらに好ましく、４０ｍｇ／ｍｌ〜６０ｍｇ／ｍｌであることが特に好ましい。上記構成であれば、水溶液が脂質一重膜を形成可能な脂質を含まない場合であっても、短時間（例えば、１０秒未満）の脂質一重膜層形成時間を実現できる。 When the aqueous solution contains a lipid capable of forming a lipid monolayer, the concentration of the lipid is not particularly limited, but is preferably 10 mg / ml to 200 mg / ml, and more preferably 15 mg / ml to 150 mg / ml. And 25 mg / ml to 100 mg / ml, and more preferably 40 mg / ml to 60 mg / ml. If it is the said structure, even if it is a case where aqueous solution does not contain the lipid which can form a lipid single membrane, the lipid single membrane layer formation time of a short time (for example, less than 10 seconds) is realizable.
水溶液に含まれるタンパク質としては、特に限定されないが、酵素タンパク質、輸送タンパク質、および膜タンパク質等があげられる。これらのタンパク質は、脂質二重膜内に埋め込まれ、これによって、細胞膜を再現することができる。 Examples of the protein contained in the aqueous solution include, but are not limited to, enzyme proteins, transport proteins, and membrane proteins. These proteins are embedded in lipid bilayer membranes, which allow them to reproduce cell membranes.
膜タンパク質としては、限定されず、各種イオンチャネル、膜貫通接着タンパク質、トランスポータ、および膜貫通型輸送タンパク質等があげられる。また、上記タンパク質は、膜タンパク質であるか否かが不明なタンパク質、膜タンパク質であるが機能未知なタンパク質、または、機能が未知なタンパク質であってもよい。 Examples of membrane proteins include, but are not limited to, various ion channels, transmembrane adhesion proteins, transporters, and transmembrane transport proteins. Further, the above-mentioned protein may be a protein whose membrane protein is unknown or not, a membrane protein but a protein whose function is unknown, or a protein whose function is unknown.
本発明の一実施形態に係る脂質二重膜形成方法ではまた、脂質二重膜を形成すると同時に、または、脂質二重膜が形成された後に、例えば、自由拡散、および／または、マイクロピペットなどを用いること、によって、膜タンパク質を脂質二重膜に埋め込むことが可能である。 In the lipid bilayer membrane formation method according to one embodiment of the present invention, for example, free diffusion, and / or micropipette, etc. are simultaneously formed with the lipid bilayer membrane, or after the lipid bilayer membrane is formed. It is possible to embed membrane proteins in lipid bilayer membranes by using
本発明の一実施形態に係る脂質二重膜形成方法ではまた、チャネルタンパク質等の膜タンパク質を発現させる方法を含んでいてもよい。この場合には、発現された膜タンパク質が自由拡散、および／または、マイクロピペットなどを用いること、によって、脂質二重膜に埋め込まれ得る。 The method of forming a lipid bilayer membrane according to an embodiment of the present invention may also include a method of expressing a membrane protein such as a channel protein. In this case, the expressed membrane protein can be embedded in the lipid bilayer membrane by free diffusion and / or by using a micropipette or the like.
膜タンパク質を発現させる方法としては、例えば、バブル内の水溶液が膜タンパク質をコードする遺伝子（ＤＮＡ、ＲＮＡ等）を含み、かつ、遺伝子をインヴィトロで転写および翻訳させるために必要な任意のタンパク質を含むことによって、達成され得る。また、膜タンパク質以外のタンパク質と、膜に移行させるためのシグナルペプチドとからなる融合タンパク質を発現させてもよい。 As a method for expressing a membrane protein, for example, the aqueous solution in the bubble contains a gene (DNA, RNA, etc.) encoding the membrane protein, and includes any protein necessary for transcription and translation of the gene in vitro Can be achieved by Alternatively, a fusion protein consisting of a protein other than a membrane protein and a signal peptide for transfer to the membrane may be expressed.
本発明の一実施形態に係る脂質二重膜形成方法ではまた、膜タンパク質の機能を測定する方法を含んでいてもよい。例えば、膜タンパク質としてチャネルタンパク質を用いる場合には、バブル内に電流を検出する電流検出部を設け、かつ、脂質二重膜にあらかじめ膜電位を負荷しておくことにより、チャネルタンパク質の機能を単一チャネル電流として測定できる。 The method for forming a lipid bilayer membrane according to one embodiment of the present invention may also include a method for measuring the function of a membrane protein. For example, in the case of using a channel protein as a membrane protein, a function of the channel protein is singled by providing a current detection unit for detecting a current in a bubble and loading a membrane potential on the lipid bilayer membrane in advance. It can be measured as one channel current.
これら膜タンパク質を発現させる方法および膜タンパク質の機能を測定する方法を組み合わせることにより、本発明の一実施形態は、膜タンパク質を発現させるとともに、膜タンパク質の機能をリアルタイムで測定できるシステムを提供できる。当該システムの具体例としては、次のようなシステムが挙げられる。システムが備える第一のバブルにチャネルタンパク質をコードするＤＮＡと、当該ＤＮＡをインヴィトロで転写および翻訳させ得る任意のタンパク質とを導入する。次に、当該システムを３７度に維持することにより、チャネルタンパク質がバブル内で合成され、当該チャネルタンパク質は自発的に脂質二重膜に移行する。脂質二重膜にあらかじめ膜電位を負荷しておくことによって、チャネルタンパク質の機能を、単一チャネル電流として測定できる。 By combining the method of expressing the membrane protein and the method of measuring the function of the membrane protein, one embodiment of the present invention can provide a system capable of measuring the function of the membrane protein in real time while expressing the membrane protein. The following system is mentioned as a specific example of the said system. In a first bubble of the system, a DNA encoding a channel protein and any protein capable of causing transcription and translation of the DNA in vitro are introduced. Next, maintaining the system at 37 degrees, the channel protein is synthesized in the bubble and the channel protein spontaneously translocates to the lipid bilayer membrane. By preloading the membrane potential on the lipid bilayer membrane, the function of the channel protein can be measured as a single channel current.
本脂質二重膜形成工程ではまた、脂質二重膜が形成された後に、脂質二重膜を形成するバブル内に、任意の成分を添加することが可能であるか、または、バブルから任意の成分を回収することも可能である。この場合には、例えば、マイクロピペットなどを用いて、バブル内に任意の成分を注入、または、バブル内の任意の成分を吸引すればよい。 In the present lipid bilayer membrane formation step, after the lipid bilayer membrane is formed, it is possible to add any component into the bubble that forms the lipid bilayer membrane, or from the bubble It is also possible to recover the components. In this case, for example, a micropipette or the like may be used to inject any component into the bubble or to suction any component within the bubble.
本検査方法では、第一のバブルと第二のバブルとは、大きさ（長径および短径）、内圧、バブル内部の水溶液の組成、および、バブルを覆う脂質一重膜の組成、が同じであってもよく、または異なっていてもよい。ここで、「水溶液の組成」とは、上述したような、水溶液に含まれる様々な成分の種類および含有量など、を指す。また、「脂質一重膜の組成」とは、脂質一重膜に含まれる様々な成分（例えば、リン脂質、およびコレステロールなどの脂質、ならびに、膜タンパク質などのタンパク質）の種類および含有量などを指す。
また、第一のバブルと第二のバブルとは、脂質二重膜とバブルの脂質一重膜との境界面に発生する接触角が異なっていてもよい。さらに、上述した点の相違の結果として、第一のバブルと第二のバブルとは、バブルを覆う脂質一重膜の張力および／または膜厚、が同じであってもよく、または異なっていてもよい。
In this test method, the first bubble and the second bubble have the same size (long diameter and short diameter), the internal pressure, the composition of the aqueous solution inside the bubble, and the composition of the lipid single membrane covering the bubble. Or may be different. Here, "the composition of the aqueous solution" refers to the types and contents of various components contained in the aqueous solution as described above. In addition, “composition of a lipid single membrane” refers to types and contents of various components (for example, phospholipids and lipids such as cholesterol, and proteins such as membrane proteins) included in the lipid single membrane.
In addition, the first bubble and the second bubble may have different contact angles generated at the interface between the lipid bilayer membrane and the bubble single lipid membrane. Furthermore, as a result of the differences described above, the first bubble and the second bubble may be the same or different in tension and / or thickness of the lipid single membrane covering the bubble. Good.
（内圧検出工程）
内圧検出工程は、第一のバブルの内圧ΔＰ１および第二のバブルの内圧ΔＰ２を検出する工程である。また、検出された内圧ΔＰ１および内圧ΔＰ２の情報は、内圧信号として、後述する張力算出工程に用いられ得る。
(Internal pressure detection process)
The internal pressure detection step is a step of detecting the internal pressure ΔP 1 of the first bubble and the internal pressure ΔP 2 of the second bubble. Further, information on the detected internal pressure ΔP 1 and internal pressure ΔP 2 can be used as an internal pressure signal in a tension calculation step described later.
ここで、内圧ΔＰ１および内圧ΔＰ２を合わせて、内圧ΔＰとも称する。また、内圧ΔＰは、バブルの脂質一重膜にかかる圧力でもあり、油相からバブルの脂質一重膜にかかる圧力と、バブル内部から、バブルの脂質一重膜にかかる圧力との差である。 Here, the internal pressure ΔP 1 and the internal pressure ΔP 2 are collectively referred to as an internal pressure ΔP. The internal pressure ΔP is also a pressure applied to the bubble single lipid membrane, and is a difference between a pressure applied from the oil phase to the bubble single lipid membrane and a pressure applied from the inside of the bubble to the bubble single lipid membrane.
本内圧検出工程は、バブルの内圧ΔＰを検出することができればよく、内圧ΔＰを検出するための具体的な方法は、特に限定されない。内圧ΔＰを検出するための方法のいくつかの例を以下に記載するが、本発明は、これらの方法に限定されない。 The present internal pressure detection process only needs to detect the internal pressure ΔP of the bubble, and a specific method for detecting the internal pressure ΔP is not particularly limited. Although some examples of methods for detecting the internal pressure ΔP are described below, the present invention is not limited to these methods.
例えば、油の中に水溶液からなるバブルを形成する方法が上述した注入方法である場合には、水溶液を油の中に注入する時に水溶液に加えられる圧力を、内圧ΔＰとすることができる。この場合には、水溶液を注入するマイクロピペットまたはシリンジの内側の空間内に設けられたセンサによって、水溶液に加えられる圧力（印加する圧力）を検出することができる。さらに、かかる圧力に基づき内圧ΔＰを得、得られた内圧ΔＰの値を、後述する張力算出工程に用いることができる。 For example, in the case where the method of forming a bubble consisting of an aqueous solution in oil is the above-described injection method, the pressure applied to the aqueous solution when injecting the aqueous solution into the oil can be the internal pressure ΔP. In this case, the pressure applied to the aqueous solution can be detected by a sensor provided in the space inside the micropipette or syringe that injects the aqueous solution. Further, the internal pressure ΔP can be obtained based on the pressure, and the value of the obtained internal pressure ΔP can be used in the tension calculation step described later.
また、例えば、バブルの中に挿入されたセンサによって、バブルの中の圧力を直接検出し、かかる圧力に基づき内圧ΔＰを得、得られた内圧ΔＰの値を、後述する張力算出工程に用いることができる。 Also, for example, the pressure in the bubble is directly detected by a sensor inserted in the bubble, the internal pressure ΔP is obtained based on the pressure, and the value of the obtained internal pressure ΔP is used in the tension calculation step described later. Can.
つまり、本内圧検出工程は、バブルの中の圧力を直接検出する工程であってもよいし、バブルに加えられる力から、バブルの中の圧力を間接的に検出する工程であってもよい。 That is, this internal pressure detection step may be a step of directly detecting the pressure in the bubble, or may be a step of indirectly detecting the pressure in the bubble from the force applied to the bubble.
上述したセンサとしては、それぞれの検出対象を検出できる限り特に限定されず、周知のセンサを使用することができる。 The sensor described above is not particularly limited as long as each detection target can be detected, and a known sensor can be used.
ここで、脂質二重膜を形成する二つのバブル、第一のバブルおよび第二のバブル、について、バブルの内部の水溶液の組成、および、バブルを覆う脂質一重膜の組成がともに同じである場合を考える。この場合には、内圧ΔＰ１および内圧ΔＰ２は等しいと仮定してもよい。従って、脂質二重膜を形成する二つのバブルのうちのいずれか一方のバブルの内圧ΔＰを検出して、当該内圧ΔＰを、内圧ΔＰ１および内圧ΔＰ２としてもよい。 Here, with respect to two bubbles forming the lipid bilayer membrane, the first bubble and the second bubble, when the composition of the aqueous solution inside the bubble and the composition of the lipid single membrane covering the bubble are the same. think of. In this case, the internal pressure ΔP 1 and the internal pressure ΔP 2 may be assumed to be equal. Therefore, the internal pressure ΔP of one of two bubbles forming the lipid bilayer membrane may be detected, and the internal pressure ΔP may be the internal pressure ΔP 1 and the internal pressure ΔP 2 .
（長短径検出工程）
長短径検出工程は、第一のバブルの長径Ｒ１１および短径Ｒ２１、ならびに、第二のバブルの長径Ｒ１２および短径Ｒ２２、を検出する工程である。ここで、第一のバブルの長径Ｒ１１および第二のバブルの長径Ｒ１２を合わせて、長径Ｒ１とも称し、第一のバブルの短径Ｒ２１および第二のバブルの短径Ｒ２２を合わせて、短径Ｒ２とも称する。検出された長径Ｒ１および短径Ｒ２の情報は、それぞれ、後述する張力算出工程に用いられ得る。
(Long and short diameter detection process)
The long and short diameter detecting step is a step of detecting the long diameter R 11 and the short diameter R 21 of the first bubble and the long diameter R 12 and the short diameter R 22 of the second bubble. Here, the combined diameter R 11 and second diameter R 12 of the bubble in the first bubble, also referred to as major axis R 1, the minor axis R 22 of the first minor R 21 and a second bubble of the bubble together, they referred to as minor R 2. Information of the detected diameter R 1 and the minor axis R 2 each may be used to tension calculating step described below.
本長短径検出工程は、バブルの長径Ｒ１およびバブルの短径Ｒ２を検出することができればよく、バブルの長径Ｒ１および短径Ｒ２を検出するための具体的な方法は、特に限定されない。なお、バブルの長径Ｒ１とは、バブルの径のうち最も長い径を指し、バブルの短径Ｒ２とは、バブルの径のうち最も短い径を指す。また、バブルの径は、バブルの中心を通る直線のうち、バブルの脂質一重膜によって切り取られた線分の長さである。本長短径検出工程の一例を、以下に説明する。 The present long and short diameter detecting step as long as it can detect the diameter R 1 and bubble minor R 2 bubble, a specific method for detecting diameter R 1 and minor axis R 2 of the bubble, particularly limited I will not. Note that the major axis R 1 of the bubble, it refers to the longest diameter of the diameter of the bubble, and the minor axis R 2 of the bubble, refers to the shortest diameter of the diameter of the bubble. Also, the diameter of the bubble is the length of a line segment cut out by the lipid single membrane of the bubble, of the straight line passing through the center of the bubble. An example of the major and minor diameter detection step will be described below.
本長短径検出工程では、例えば、撮像部を用いてバブルを撮像し、撮像データから、バブルの長径Ｒ１および短径Ｒ２を検出してもよい。 In this long and short diameter detecting step, for example, imaging a bubble using the imaging unit, the imaging data may be detected diameter R 1 and minor axis R 2 of the bubble.
本長短径検出工程では、二つのバブルがともに写しだされた一つの撮像データを取得することが好ましい。また、二つのバブルがともに写しだされた一つの撮像データを取得する場合には、これら二つのバブルは、撮像データにおいて互いに重なり合わないことが好ましい。撮像部を用いて、脂質二重膜とバブルの脂質一重膜との境界面に対して平行な方向から二つのバブルを撮像することによって、互いに重なり合わない二つのバブルを含む一つの撮像データを取得することが可能となる。脂質二重膜とバブルの脂質一重膜との境界面に対して平行な方向は、脂質二重膜に対して平行な方向ともいえる。また、脂質二重膜とバブルの脂質一重膜との境界面は、２つのバブルの接触面でもある。 In the long and short diameter detection step, it is preferable to acquire one imaging data in which two bubbles are captured together. Moreover, when acquiring one imaging data in which two bubbles were copied together, it is preferable that these two bubbles do not mutually overlap in imaging data. By imaging the two bubbles in a direction parallel to the interface between the lipid bilayer membrane and the bubble-lipid single membrane using the imaging unit, one imaging data including two non-overlapping bubbles can be obtained. It becomes possible to acquire. The direction parallel to the interface between the lipid bilayer membrane and the bubble single membrane may be said to be parallel to the lipid bilayer membrane. In addition, the interface between the lipid bilayer membrane and the bubble single membrane is also the contact surface of the two bubbles.
本検査方法におけるバブルの形状は特に限定されないが、楕円形および略真円形などの略円形であり得る。 Although the shape of the bubble in the present inspection method is not particularly limited, it may be substantially circular such as oval and substantially circular.
ここで、脂質二重膜を形成する二つのバブル（第一のバブルおよび第二のバブル）について、バブルの内部の水溶液の組成、および、バブルを覆う脂質一重膜の組成がともに同じである場合を考える。この場合には、長径Ｒ１１および長径Ｒ１２は等しく、また、短径Ｒ２１および短径Ｒ２２は等しいと仮定することができる。従って、脂質二重膜を形成する二つのバブルのうちのいずれか一方のバブルの長径および短径を検出して、当該長径および短径を、第一のバブルの長径Ｒ１１および短径Ｒ２１、ならびに、第二のバブルの長径Ｒ１２および短径Ｒ２２とすることができる。 Here, for the two bubbles (first bubble and second bubble) forming the lipid bilayer membrane, the composition of the aqueous solution inside the bubble and the composition of the lipid single membrane covering the bubble are the same. think of. In this case, the major axis R 11 and the major diameter R 12 are equal, also minor R 21 and minor diameter R 22 may be assumed to be equal. Therefore, by detecting the major axis and the minor axis of one of the bubble of the two bubbles to form a lipid bilayer membrane, the major axis and a minor axis, the major axis of the first bubble R 11 and minor axis R 21 , and it can be the second bubble diameter R 12 and minor axis R 22.
（接触角検出工程）
本検査方法が含む接触角検出工程は、脂質二重膜と第一のバブルの脂質一重膜との境界面に発生する接触角θ１および脂質二重膜と第二のバブルの脂質一重膜との境界面に発生する接触角θ２、を検出する工程である。また、検出された接触角θ１および接触角θ２の情報は、後述する張力算出工程に用いることができる。
(Contact angle detection process)
The contact angle detection step included in this test method includes a contact angle θ 1 generated at the interface between the lipid bilayer membrane and the lipid single membrane of the first bubble, and a lipid bilayer membrane of the lipid bilayer and the second bubble and The contact angle θ 2 generated at the interface of The information of the detected contact angle theta 1 and the contact angle theta 2 may be used to tension calculating step described below.
本明細書において、「脂質二重膜とバブルの脂質一重膜との境界面」を、「脂質二重膜とバブルとの境界面」、または単に「境界面」と称する場合もある。また、上述したように、脂質二重膜とバブルの脂質一重膜との境界面は、２つのバブルの接触面でもある。 In the present specification, "the interface between the lipid bilayer membrane and the bubble single lipid membrane" may be referred to as "the interface between the lipid bilayer membrane and the bubble" or simply "the interface". Also, as mentioned above, the interface between the lipid bilayer membrane and the bubble single lipid membrane is also the interface between the two bubbles.
本接触角検出工程は、脂質二重膜とバブルとの境界面に発生する接触角θを検出することができればよく、接触角θを検出するための具体的な方法は特に限定されない。本接触角検出工程の一例を、以下に説明する。 The present contact angle detection step only needs to detect the contact angle θ generated at the interface between the lipid bilayer membrane and the bubble, and a specific method for detecting the contact angle θ is not particularly limited. An example of the present contact angle detection step will be described below.
本接触角検出工程では、例えば、撮像部を用いて境界面を撮像し、当該撮像データから接触角θを検出してもよい。 In the present contact angle detection step, for example, the boundary surface may be imaged using an imaging unit, and the contact angle θ may be detected from the imaging data.
本接触角検出工程において、境界面を撮像する場合には、境界面に対して平行な方向から接触角を撮像することが好ましい。上記の構成であれば、境界面とバブルとが重なり合わないため、正確に接触角θを検出することができる。 In the present contact angle detection step, when imaging the boundary surface, it is preferable to image the contact angle from a direction parallel to the boundary surface. With the above configuration, the interface and the bubble do not overlap with each other, so that the contact angle θ can be accurately detected.
ここで、脂質二重膜を形成する二つのバブル（第一のバブルおよび第二のバブル）について、バブルの内部の水溶液の組成、および、バブルを覆う脂質一重膜の組成がともに同じである場合を考える。この場合には、接触角θ１および接触角θ２は等しいと仮定することができる。従って、脂質二重膜を形成する二つのバブルのうちのいずれか一方のバブルの接触角θを検出して、当該接触角θを、接触角θ１および接触角θ２としてもよい。 Here, for the two bubbles (first bubble and second bubble) forming the lipid bilayer membrane, the composition of the aqueous solution inside the bubble and the composition of the lipid single membrane covering the bubble are the same. think of. In this case, the contact angle theta 1 and the contact angle theta 2 may be assumed to be equal. Therefore, by detecting the contact angle theta of either bubbles of the two bubbles to form a lipid bilayer membrane, the contact angle theta, may contact angle theta 1 and the contact angle theta 2.
（張力算出工程）
本検査方法が含む張力算出工程は、下記式（１）〜（５）から脂質二重膜の張力γを算出する工程である。
(Tension calculation process)
The tension calculation step included in the present inspection method is a step of calculating the tension γ of the lipid bilayer membrane from the following formulas (1) to (5).
式（１）ΔＰ１＝γ１×（１／Ｒ１１＋１／Ｒ２１）
式（２）ΔＰ２＝γ２×（１／Ｒ１２＋１／Ｒ２２）
式（３）γｂ１＝γ１×ｃｏｓθ１
式（４）γｂ2＝γ２×ｃｏｓθ２
式（５）γ＝γｂ1＋γｂ２
（ここで、γ１は第一のバブルの脂質一重膜の張力であり、γ２は第二のバブルの脂質一重膜の張力であり、γｂ１は脂質二重膜における第一のバブルの側の単分子層の張力であり、γｂ２は脂質二重膜における第二のバブルの側の単分子層の張力である）。
Formula (1) ΔP 1 = γ 1 × (1 / R 11 + 1 / R 21 )
Equation (2) ΔP 2 = γ 2 × (1 / R 12 + 1 / R 22 )
Equation (3) γ b1 = γ 1 × cos θ 1
Formula (4) γ b2 = γ 2 × cos θ 2
Formula (5) γ = γ b1 + γ b2
(Where γ 1 is the tension of the lipid single membrane of the first bubble, γ 2 is the tension of the lipid single membrane of the second bubble, and γ b 1 is the side of the first bubble in the lipid bilayer And γ b2 is the tension of the monolayer on the side of the second bubble in the lipid bilayer membrane).
具体的には、本張力算出工程は、（ｉ）第一のバブルの内圧ΔＰ１、第一のバブルの長径Ｒ１１および短径Ｒ２１から、式（１）に基づき、第一のバブルの脂質一重膜の張力γ１を算出し、（ｉｉ）第二のバブルの内圧ΔＰ２、第二のバブルの長径Ｒ１２および短径Ｒ２２から、式（２）に基づき、第二のバブルの脂質一重膜の張力γ２を算出し、（ｉｉｉ）上記（ｉ）で得られた張力γ１から、式（３）に基づき、脂質二重膜における第一のバブルの側の単分子層の張力γｂ１を算出し、（ｉｖ）上記（ｉｉ）で得られた張力γ２から、式（４）に基づき、脂質二重膜における第二のバブルの側の単分子層の張力γｂ２を算出し、かつ、（ｖ）上記（ｉｉｉ）で得られた張力γｂ１および上記（ｉｖ）で得られた張力γｂ２から、式（５）に基づき、脂質二重膜の張力γを算出する工程である。 Specifically, in the present tension calculation step, the internal pressure ΔP 1 of the first bubble, the major axis R 11 of the first bubble, and the minor axis R 21 of the first bubble are calculated based on the equation (1). The tension γ 1 of the lipid single membrane is calculated, and (ii) from the internal pressure ΔP 2 of the second bubble, the major axis R 12 and the minor axis R 22 of the second bubble, based on the equation (2), calculating the tension gamma 2 lipid single film, from the tension gamma 1 obtained in (iii) above (i), based on the equation (3), on the side of the first bubble in the lipid bilayer membrane of the monolayer The tension γ b1 is calculated, and (iv) the tension γ b2 of the monolayer on the side of the second bubble in the lipid bilayer membrane from the tension γ 2 obtained in (ii) above, based on the equation (4) calculated, and, from the tension gamma b2 obtained in (v) (iii) above obtained in tension gamma b1 and the (iv), the formula ( Based on), a step of calculating the tension γ of the lipid bilayer.
ここで、内圧ΔＰ１および内圧ΔＰ２は、上記内圧検出工程にて検出された内圧ΔＰであり得、長径Ｒ１および短径Ｒ２は、上記長短径検出工程にて検出された長径Ｒ１および短径Ｒ２であり得、接触角θは、上記接触角検出工程にて検出された接触角θであり得る。 Here, the internal pressure ΔP 1 and the internal pressure ΔP 2 may be the internal pressure ΔP detected in the internal pressure detection step, and the major diameter R 1 and the minor diameter R 2 are the major diameter R 1 detected in the major and minor diameter detection step. And the minor axis R 2 , and the contact angle θ may be the contact angle θ detected in the contact angle detection step.
本張力算出工程では、脂質二重膜の張力γを算出することができる限り、張力γを算出するための具体的な方法は特に限定されず、周知の方法を用いることができる。本張力算出工程では、例えば、記憶部及び演算部を備えるコンピュータなどを使用することができる。 In the tension calculation step, a specific method for calculating the tension γ is not particularly limited as long as the tension γ of the lipid bilayer membrane can be calculated, and a known method can be used. In the tension calculation step, for example, a computer including a storage unit and a calculation unit can be used.
ここで、脂質二重膜を形成する二つのバブル（第一のバブルおよび第二のバブル）について、バブルの内部の水溶液の組成、および、バブルを覆う脂質一重膜の組成がともに同じである場合を考える。この場合には、張力γ１および張力γ２は等しく、また、張力γｂ１および張力γｂ２は等しいと仮定することができる。従って、脂質二重膜を形成する二つのバブルのうちのいずれか一方のバブルについて脂質一重膜の張力、および単分子層の張力を算出し、当該単分子層の張力を、張力γｂ１および張力γｂ２としてもよい。 Here, for the two bubbles (first bubble and second bubble) forming the lipid bilayer membrane, the composition of the aqueous solution inside the bubble and the composition of the lipid single membrane covering the bubble are the same. think of. In this case, the tension gamma 1 and tension gamma 2 are equal, also the tension gamma b1 and tension gamma b2 can be assumed to be equal. Therefore, the tension of the lipid monolayer and the tension of the monolayer are calculated for one of the two bubbles forming the lipid bilayer, and the tension of the monolayer is determined by the tension γ b1 and the tension. It is good also as (gamma) b2 .
本発明の一実施形態に係る脂質二重膜の特性の検査方法は、さらに、静電容量検出工程、面積検出工程、および膜厚算出工程を含み、脂質二重膜の膜厚Ｔを算出することが好ましい。 The inspection method of the characteristics of the lipid bilayer membrane according to one embodiment of the present invention further includes a capacitance detection step, an area detection step, and a film thickness calculating step, and calculates the thickness T of the lipid bilayer membrane. Is preferred.
本発明の一実施形態に係る検査方法、すなわち本検査方法は、上述した構成を有することにより、脂質二重膜の特性として、脂質二重膜の張力に加えて脂質二重膜の膜厚を、簡易に検査することができるという利点を有する。 The inspection method according to an embodiment of the present invention, that is, this inspection method has the above-described configuration, and thereby, in addition to the tension of the lipid bilayer, the thickness of the lipid bilayer is set as the characteristics of the lipid bilayer. It has the advantage that it can be easily inspected.
（静電容量検出工程）
静電容量検出工程は、脂質二重膜の静電容量Ｃを検出する工程である。また、検出された静電容量Ｃの情報は、後述する膜厚算出工程に用いられ得る。
(Capacitance detection process)
The capacitance detection step is a step of detecting the capacitance C of the lipid bilayer membrane. Further, information of the detected capacitance C can be used in a film thickness calculation process described later.
本静電容量検出工程は、脂質二重膜の静電容量Ｃを検出することができればよく、静電容量Ｃを検出するための具体的な方法は特に限定されず、周知の方法を用いることができる。本静電容量検出工程の一例を、以下に説明する。 This capacitance detection step only needs to detect the capacitance C of the lipid bilayer membrane, and the specific method for detecting the capacitance C is not particularly limited, and a known method should be used. Can. An example of the present capacitance detection process will be described below.
例えば、第一のバブルの中、および第二のバブルの中、にそれぞれ配置した電極を使用し、当該電極間にランプ波を発生させることによって脂質二重膜の容量性電流値を取得し、当該容量性電流値から、静電容量Ｃを検出することができる。この場合には、上記電極間に脂質二重膜が存在するように、各電極を配置する。脂質二重膜の静電容量Ｃをより正確に検出する観点から、上記各電極は、脂質二重膜に近い位置に配置することが好ましい。ランプ波を発生させるための装置としては、特に限定されず、周知の装置を用いることができる。 For example, using electrodes respectively disposed in the first bubble and in the second bubble, the capacitive current value of the lipid bilayer membrane is obtained by generating a ramp wave between the electrodes, The capacitance C can be detected from the capacitive current value. In this case, each electrode is disposed such that a lipid bilayer membrane is present between the electrodes. From the viewpoint of detecting the capacitance C of the lipid bilayer membrane more accurately, it is preferable to place each of the electrodes at a position close to the lipid bilayer membrane. The device for generating the ramp wave is not particularly limited, and a known device can be used.
（面積検出工程）
面積検出工程は、脂質二重膜の面積Ａを検出する工程である。また、検出された面積Ａの情報は、後述する膜厚算出工程に用いられ得る。
(Area detection process)
The area detection step is a step of detecting the area A of the lipid bilayer membrane. Also, information on the detected area A can be used in a film thickness calculation process described later.
本面積検出工程は、脂質二重膜の面積Ａを検出することができればよく、面積Ａを検出するための具体的な方法は特に限定されない。本面積検出工程の一例を、以下に説明する。 The area detection step is sufficient as long as the area A of the lipid bilayer membrane can be detected, and a specific method for detecting the area A is not particularly limited. An example of this area detection process will be described below.
本面積検出工程では、例えば、撮像部を用いて脂質二重膜を撮像し、撮像データを取得することによって、面積Ａを検出してもよい。 In the area detection step, for example, the area A may be detected by imaging a lipid bilayer membrane using an imaging unit and acquiring imaging data.
本面積検出工程において、脂質二重膜を撮像する場合には、脂質二重膜に対して垂直な方向から脂質二重膜を撮像することが好ましい。上記の構成であれば、脂質二重膜の全面が写しだされた撮像データを取得できるため、正確に面積Ａを検出することができる。脂質二重膜に対して垂直な方向は、脂質二重膜とバブルの脂質一重膜との境界面に対して垂直な方向ともいえる。 In the case of imaging a lipid bilayer membrane in the area detection step, it is preferable to image the lipid bilayer membrane in a direction perpendicular to the lipid bilayer membrane. If it is said structure, since the imaging data in which the whole surface of the lipid bilayer membrane was copied can be acquired, area A can be detected correctly. The direction perpendicular to the lipid bilayer membrane can also be said to be perpendicular to the interface between the lipid bilayer membrane and the bubble single lipid membrane.
また、脂質二重膜が真円であると近似できる場合には、脂質二重膜に平行な方向から脂質二重膜を撮像することによって、得られた撮像データから脂質二重膜の直径を取得することができ、かかる直径から、面積Ａを検出することができる。脂質二重膜に平行な方向は境界面に対して平行な方向である。それ故に、脂質二重膜が真円であると近似できる場合には、上記接触角検出工程にて得られた撮像データから、面積Ａを検出することができる。ここで、脂質二重膜が真円であると近似できる場合とは、例えばバブルの直径が５０μｍ以下の場合などである。 In addition, when the lipid bilayer can be approximated to be a perfect circle, the diameter of the lipid bilayer is obtained from the imaging data obtained by imaging the lipid bilayer from a direction parallel to the lipid bilayer. The area A can be detected from this diameter. The direction parallel to the lipid bilayer membrane is the direction parallel to the interface. Therefore, when the lipid bilayer membrane can be approximated to be a perfect circle, the area A can be detected from the imaging data obtained in the contact angle detection step. Here, the case where the lipid bilayer membrane can be approximated as a perfect circle means, for example, the case where the diameter of the bubble is 50 μm or less.
（膜厚算出工程）
本検査方法が含む膜厚算出工程は、下記式（６）から脂質二重膜の膜厚Ｔを算出する工程である。
(Film thickness calculation process)
The film thickness calculation step included in the present inspection method is a step of calculating the film thickness T of the lipid bilayer membrane from the following equation (6).
式（６）Ｔ＝εｍ×ε０×Ａ／Ｃ
（ここでεｍは上記脂質二重膜の比誘電率であり、ε０は真空の誘電率である。）
具体的には、本膜厚算出工程は、脂質二重膜の静電容量Ｃおよび面積Ａ、ならびに、脂質二重膜の比誘電率εｍ、および真空の誘電率ε０から、式（６）に基づき、脂質二重膜の膜厚Ｔを算出する。また、脂質二重膜の膜厚Ｔの算出は、解析部を用いて行われてもよい。
Formula (6) T = ε m × ε 0 × A / C
(Here, ε m is the relative dielectric constant of the above-mentioned lipid bilayer film, and ε 0 is the dielectric constant of vacuum.)
Specifically, in the present film thickness calculating step, the capacitance C and the area A of the lipid bilayer film, and the dielectric constant ε m of the lipid bilayer film, and the dielectric constant ε 0 of a vacuum, the formula (6 The film thickness T of the lipid bilayer membrane is calculated based on The calculation of the thickness T of the lipid bilayer membrane may be performed using an analysis unit.
ここで、静電容量Ｃは、上記静電容量検出工程にて検出された静電容量Ｃであり得、面積Ａは、上記面積検出工程にて検出された面積Ａであり得る。 Here, the capacitance C may be the capacitance C detected in the capacitance detection step, and the area A may be the area A detected in the area detection step.
本明細書において、「脂質二重膜の比誘電率」とは、また、脂質二重膜の疎水性コア領域に存在するリン脂質の炭化水素鎖層と当該炭化水素鎖層に挟まれた油とからなる複合層を均一の油相とみなしたとき、当該複合層の比誘電率である。油がヘキサデカンである場合には、脂質二重膜の比誘電率は、例えば２．２である。 In the present specification, “the relative dielectric constant of a lipid bilayer membrane” also refers to a hydrocarbon chain layer of a phospholipid present in the hydrophobic core region of the lipid bilayer membrane and an oil sandwiched between the hydrocarbon chain layers. When it is regarded that the composite layer comprising the above is a uniform oil phase, it is the relative dielectric constant of the composite layer. When the oil is hexadecane, the dielectric constant of the lipid bilayer is, for example, 2.2.
上記「真空の誘電率」は、基礎物理定数であり、本明細書では、科学技術データ委員会（Committee on Data for Science and Technology: CODATA）によって提供された推奨値を採用するものとする。例えば、真空の誘電率を２０１４年の推奨値に基づき、小数点以下第４位を四捨五入して小数点以下第３位まで示すと、８．８５４×１０−１２Ｆｍ−１である。 The above-mentioned "dielectric constant of vacuum" is a basic physical constant, and in the present specification, the recommended value provided by the Committee on Data for Science and Technology (CODATA) is adopted. For example, it is 8.854 * 10 < -12 > Fm < -1 > when rounding off the 4th decimal place and showing the dielectric constant of a vacuum to the 3rd decimal place based on the recommended value of 2014. FIG.
〔３．薬剤のスクリーニング方法〕
本発明の他の一実施形態は、薬剤導入工程、張力算出工程、および、第１の薬剤判定工程、を含む、脂質二重膜の特性を変化させる薬剤のスクリーニング方法を提供する。
[3. Drug screening method]
Another embodiment of the present invention provides a method of screening a drug that alters properties of a lipid bilayer membrane, which comprises a drug introduction step, a tension calculation step, and a first drug determination step.
本発明の一実施形態に係る薬剤のスクリーニング方法は、上述した構成を有することにより、脂質二重膜の特性、特に脂質二重膜の張力、を変化させる薬剤を簡易にスクリーニングすることができるという利点を有する。 According to the drug screening method of one embodiment of the present invention, by having the above-described configuration, it is possible to easily screen a drug that changes the properties of a lipid bilayer membrane, in particular, the tension of the lipid bilayer membrane. Have an advantage.
本明細書中において、「薬剤のスクリーニング方法」を「薬剤スクリーニング方法」とも称する。 In the present specification, the “agent screening method” is also referred to as “agent screening method”.
（脂質二重膜形成工程）
本発明の一実施形態に係る薬剤スクリーニング方法は、脂質一重膜で覆われた第一のバブルと脂質一重膜で覆われた第二のバブルとの接触面に形成される脂質二重膜を用いる。故に、本薬剤スクリーニング方法は、脂質二重膜を形成する脂質二重膜形成工程を含んでいてもよい。
(Lipid bilayer membrane formation process)
The drug screening method according to one embodiment of the present invention uses a lipid bilayer membrane formed on the contact surface of a first bubble covered with a lipid single membrane and a second bubble covered with a lipid single membrane. . Therefore, the present drug screening method may include a lipid bilayer membrane formation step of forming a lipid bilayer membrane.
本薬剤スクリーニング方法における脂質二重膜形成工程の態様は、上記〔１．脂質二重膜の特性の検査方法〕の項の説明が援用され得る。 The mode of the lipid bilayer membrane formation step in the present drug screening method is as described above [1. The method described in the section on the examination of the properties of lipid bilayer membranes can be incorporated.
（薬剤導入工程）
薬剤導入工程は、脂質二重膜中に対して薬剤の導入を行う工程である。
(Drug introduction process)
The drug introduction step is a step of introducing a drug into the lipid bilayer membrane.
本薬剤導入工程は、脂質二重膜中に薬剤を導入することができればよく、薬剤の導入を行う方法は、特に限定されない。例えば、マイクロピペットなどを用いて、油に、および／または、バブル内に、薬剤を添加する方法を挙げることができる。油およびバブル内に添加された薬剤は、拡散または脂質二重膜中の任意の成分との相互作用によって、脂質二重膜中に導入され得る。 The drug introduction step is sufficient as long as the drug can be introduced into the lipid bilayer membrane, and the method for introducing the agent is not particularly limited. For example, a method of adding a drug to oil and / or in a bubble using a micropipette or the like can be mentioned. The oil and the agent added into the bubble can be introduced into the lipid bilayer membrane by diffusion or interaction with any component in the lipid bilayer membrane.
本薬剤導入工程では、より簡便に薬剤を導入するために、潅流法により、脂質二重膜中に対して薬剤が導入されることが好ましい。潅流法について、以下に説明する。 In the present drug introduction step, in order to more easily introduce the drug, it is preferable that the drug is introduced into the lipid bilayer membrane by the perfusion method. The perfusion method is described below.
潅流法は、油中における脂質二重膜とバブルとの境界面（すなわち脂質二重膜）の近傍において任意の成分を噴射することにより、当該成分を脂質二重膜中に導入する方法である。噴射された任意の成分は、速やかに、脂質二重膜中に組み込まれる。 The perfusion method is a method of introducing an arbitrary component into a lipid bilayer membrane by spraying an arbitrary component in the vicinity of the interface between the lipid bilayer membrane and the bubble (ie, the lipid bilayer membrane) in oil. . Any components that are jetted are rapidly incorporated into the lipid bilayer membrane.
（張力算出工程）
張力算出工程は、薬剤の導入の後に上記脂質二重膜の張力γを算出する工程であり、内圧検出工程、長短径検出工程、および接触角検出工程を含み、下記式（１）〜（５）から脂質二重膜の張力γを算出する工程である。
(Tension calculation process)
The tension calculation step is a step of calculating the tension γ of the lipid bilayer membrane after the introduction of a drug, and includes an internal pressure detection step, a long and short diameter detection step, and a contact angle detection step. Is the step of calculating the tension γ of the lipid bilayer membrane.
式（１）ΔＰ１＝γ１×（１／Ｒ１１＋１／Ｒ２１）
式（２）ΔＰ２＝γ２×（１／Ｒ１２＋１／Ｒ２２）
式（３）γｂ１＝γ１×ｃｏｓθ１
式（４）γｂ2＝γ２×ｃｏｓθ２
式（５）γ＝γｂ1＋γｂ２
（ここで、γ１は第一のバブルの脂質一重膜の張力であり、γ２は第二のバブルの脂質一重膜の張力であり、γｂ１は脂質二重膜における第一のバブルの側の単分子層の張力であり、γｂ２は脂質二重膜における第二のバブルの側の単分子層の張力である）
本薬剤スクリーニング方法が含む張力算出工程における内圧検出工程、長短径検出工程、および接触角検出工程の態様は、上記〔１．脂質二重膜の特性の検査方法〕の項の説明が援用され得る。
Formula (1) ΔP 1 = γ 1 × (1 / R 11 + 1 / R 21 )
Equation (2) ΔP 2 = γ 2 × (1 / R 12 + 1 / R 22 )
Equation (3) γ b1 = γ 1 × cos θ 1
Formula (4) γ b2 = γ 2 × cos θ 2
Formula (5) γ = γ b1 + γ b2
(Where γ 1 is the tension of the lipid single membrane of the first bubble, γ 2 is the tension of the lipid single membrane of the second bubble, and γ b 1 is the side of the first bubble in the lipid bilayer Is the tension of the monolayer, and γ b2 is the tension of the monolayer on the side of the second bubble in the lipid bilayer membrane)
The embodiments of the internal pressure detection step, the long and short diameter detection step, and the contact angle detection step in the tension calculation step included in the present drug screening method are the same as those described in [1. The method described in the section on the examination of the properties of lipid bilayer membranes can be incorporated.
また、本薬剤スクリーニング方法が含む張力算出工程は、内圧ΔＰ、長径Ｒ１、および短径Ｒ２から脂質一重膜の張力を算出し、さらに、当該脂質一重膜の張力および接触角θから脂質二重膜の張力γを算出するものである。従って、本薬剤スクリーニング方法が含む張力算出工程の実質的態様は、上記〔１．脂質二重膜の特性の検査方法〕の項で説明した張力算定工程の態様と同じであり、上記〔１．脂質二重膜の特性の検査方法〕の項の説明が援用され得る。 Further, the tension calculation step of the drug screening method comprises the pressure [Delta] P, diameter R 1, and calculates the tension of the minor axis R 2 of a lipid single film, further lipids from the tension and contact angle θ of the lipid single layer two The tension γ of the heavy film is calculated. Therefore, a substantial aspect of the tension calculation step included in the present drug screening method is the above-mentioned [1. Method of Testing Properties of Lipid Bilayer Membrane] This is the same as the embodiment of the tension calculation step described in the section above, and the above [1. The method described in the section on the examination of the properties of lipid bilayer membranes can be incorporated.
（第１の薬剤判定工程）
第１の薬剤判定工程は、張力算出工程を通して得られた張力γを基準値と比較することによって薬剤を判定する工程である。
(First drug determination process)
The first drug determination step is a step of determining the drug by comparing the tension γ obtained through the tension calculation step with a reference value.
上記基準値は、薬剤の導入の前に張力算出工程を通して得られた張力γの値であってもよく、他の薬剤の導入後に張力算出工程を通して得られた張力γの値であってもよく、または、あらかじめ設定された所定の値であってもよい。 The reference value may be the value of tension γ obtained through the tension calculation process prior to the introduction of the drug, or may be the value of tension γ obtained through the tension calculation process after the introduction of the other drug. Alternatively, it may be a predetermined value set in advance.
張力γの値が変化すると、脂質二重膜中に存在する膜タンパク質の機能が変化し得る。つまり、張力γを変化させ得る薬剤は、膜タンパク質の機能を調節し得る（例えば、膜タンパク質の酵素活性を上昇させる、または、膜タンパク質の酵素活性を低下させる。）。それ故に、第１の薬剤判定工程によって、膜タンパク質を標的とする薬剤の候補になり得る物質を選択することができる。 As the value of tension γ changes, the function of membrane proteins present in the lipid bilayer membrane may change. That is, an agent capable of changing tension γ can modulate the function of a membrane protein (eg, increase the enzyme activity of the membrane protein or decrease the enzyme activity of the membrane protein). Therefore, the first drug determination step can select a substance that can be a drug candidate that targets a membrane protein.
上記「張力算出工程を通して得られた張力γを基準値と比較することによって薬剤を判定する」とは、例えば、張力算出工程を通して得られた張力γと基準値との差の絶対値に基づいて、投与した薬剤が脂質二重膜の張力γを変化させ得る薬剤であるか否か、を判定することを意図する。 The above “determining the drug by comparing the tension γ obtained through the tension calculation step with a reference value” means, for example, based on the absolute value of the difference between the tension γ obtained through the tension calculation step and the reference value. It is intended to determine whether the administered agent is an agent that can alter the lipid gamma membrane tension γ.
本発明の一実施形態に係る薬剤スクリーニング方法は、さらに、膜厚算出工程、および第２の薬剤判定工程を含むことが好ましい。 The drug screening method according to an embodiment of the present invention preferably further includes a film thickness calculating step and a second drug determining step.
本発明の一実施形態に係る薬剤スクリーニング方法、すなわち本薬剤スクリーニング方法は、上述した構成を有することにより、脂質二重膜の特性として、脂質二重膜の張力に加えて脂質二重膜の膜厚、を変化させる薬剤を簡易にスクリーニングすることができるという利点を有する。 The drug screening method according to one embodiment of the present invention, that is, the drug screening method according to the present invention has the above-described constitution, and as a property of a lipid bilayer membrane, a membrane of a lipid bilayer membrane in addition to tension of the lipid bilayer It has the advantage that the agent which changes thickness can be easily screened.
（膜厚算出工程）
膜厚算出工程は、薬剤の導入の後に上記脂質二重膜の膜厚Ｔを算出する工程であり、静電容量検出工程、および面積検出工程を含み、下記式（６）から脂質二重膜の膜厚Ｔを算出する工程である。
(Film thickness calculation process)
The film thickness calculating step is a step of calculating the film thickness T of the lipid bilayer membrane after introduction of the drug, and includes a capacitance detecting step and an area detecting step, and the lipid bilayer membrane is obtained from the following formula (6) Is a step of calculating the film thickness T of
式（６）Ｔ＝εｍ×ε０×Ａ／Ｃ
（ここでεｍは上記脂質二重膜の比誘電率であり、ε０は真空の誘電率である。）
本薬剤スクリーニング方法が含む膜厚算出工程における静電容量検出工程、および面積検出工程の態様は、上記〔１．脂質二重膜の特性の検査方法〕の項の説明が援用され得る。
Formula (6) T = ε m × ε 0 × A / C
(Here, ε m is the relative dielectric constant of the above-mentioned lipid bilayer film, and ε 0 is the dielectric constant of vacuum.)
The aspect of the electrostatic capacitance detection process in the film thickness calculation process which this drug screening method contains, and an area detection process is the above-mentioned [1. The method described in the section on the examination of the properties of lipid bilayer membranes can be incorporated.
また、本薬剤スクリーニング方法が含む膜厚算出工程は、静電容量Ｃ、面積Ａ、脂質二重膜の比誘電率εｍ、および真空の誘電率ε０から脂質二重膜の膜厚Ｔを算出するものである。従って、本薬剤スクリーニング方法が含む膜厚算出工程の実質的態様は、上記〔１．脂質二重膜の特性の検査方法〕の項で説明した膜厚算定工程の態様と同じであり、上記〔１．脂質二重膜の特性の検査方法〕の項の説明が援用され得る。 Further, in the film thickness calculation step included in the present drug screening method, the film thickness T of the lipid bilayer film is calculated from the capacitance C, the area A, the dielectric constant ε m of the lipid bilayer film, and the dielectric constant ε 0 of vacuum. It is calculated. Therefore, the substantial aspect of the film thickness calculation step included in the present drug screening method is the same as that described in [1. Method of Testing Properties of Lipid Bilayer Membrane] The same as the embodiment of the film thickness calculating step described in the section of the item [1. The method described in the section on the examination of the properties of lipid bilayer membranes can be incorporated.
（第２の薬剤判定工程）
第２の薬剤判定工程は、膜厚算出工程を通して得られた膜厚Ｔを基準値と比較することによって薬剤を判定する工程である。
(Second drug determination process)
The second drug determination step is a step of determining a drug by comparing the film thickness T obtained through the film thickness calculation step with a reference value.
上記基準値は、薬剤の導入の前に膜厚算出工程を通して得られた膜厚Ｔの値であってもよく、他の薬剤の導入後に膜厚算出工程を通して得られた膜厚Ｔの値であってもよく、または、あらかじめ設定された所定の値であってもよい。 The reference value may be the value of the film thickness T obtained through the film thickness calculating step before the introduction of a drug, or the value of the film thickness T obtained through the film thickness calculating step after the introduction of another drug It may be present or may be a predetermined value set in advance.
膜厚Ｔの値が変化すると、脂質二重膜中に存在する膜タンパク質の機能が変化し得る。つまり、膜厚Ｔを変化させ得る薬剤は、膜タンパク質の機能を調節し得る（例えば、膜タンパク質の酵素活性を上昇させる、または、膜タンパク質の酵素活性を低下させる。）。それ故に、第２の薬剤判定工程によって、薬剤の候補になり得る物質を選択することができる。 When the value of the film thickness T changes, the function of the membrane protein present in the lipid bilayer membrane may change. That is, an agent capable of changing the film thickness T can modulate the function of the membrane protein (eg, increase the enzyme activity of the membrane protein or decrease the enzyme activity of the membrane protein). Therefore, the second drug determination step can select a substance that can be a drug candidate.
上記「膜厚算出工程を通して得られた膜厚Ｔを基準値と比較することによって薬剤を判定する」とは、例えば、膜厚算出工程を通して得られた膜厚Ｔと基準値との差の絶対値に基づいて、投与した薬剤が脂質二重膜の膜厚Ｔを変化させ得る薬剤であるか否か、を判定することを意図する。 The above “determining the drug by comparing the film thickness T obtained through the film thickness calculating process with a reference value” means, for example, the absolute difference between the film thickness T obtained through the film thickness calculating process and the reference value. Based on the value, it is intended to determine whether the administered drug is one that can change the thickness T of the lipid bilayer membrane.
〔４．脂質二重膜の特性の解析システム〕
本発明の他の一実施形態は、第一の内圧検出部および第二の内圧検出部、長短径−接触角検出部、ならびに、張力算出部を備える、脂質二重膜の特性の解析システムを提供する。
[4. Analysis system of characteristics of lipid bilayer membrane]
Another embodiment of the present invention is an analysis system of characteristics of a lipid bilayer membrane, comprising a first internal pressure detection unit and a second internal pressure detection unit, a long / short diameter-contact angle detection unit, and a tension calculation unit. provide.
本発明の一実施形態に係る脂質二重膜の特性の解析システムは、上述した構成を有することにより、脂質二重膜の特性、特に脂質二重膜の張力、を簡易に解析することができるという利点を有する。 The analysis system of the characteristics of the lipid bilayer membrane according to the embodiment of the present invention can easily analyze the characteristics of the lipid bilayer membrane, particularly the tension of the lipid bilayer membrane, by having the above-described configuration. It has the advantage of
本発明の一実施形態に係る解析システム、すなわち本解析システムについて、図１〜５を参照して説明する。 An analysis system according to an embodiment of the present invention, that is, the present analysis system will be described with reference to FIGS.
図１は、本発明の一実施形態に係る解析システム１００の構成を示す概略図である。解析システム１００は、脂質二重膜形成部１、第一の内圧検出部１０、第二の内圧検出部２０、長短径−接触角検出部３０、および張力算出部４０を備える。ここで、解析システム１００は脂質二重膜形成部１を備えているが、脂質二重膜形成部１を備えていない解析システムも、本発明の範囲内である。 FIG. 1 is a schematic view showing the configuration of an analysis system 100 according to an embodiment of the present invention. The analysis system 100 includes a lipid bilayer membrane formation unit 1, a first internal pressure detection unit 10, a second internal pressure detection unit 20, a long / short diameter-contact angle detection unit 30, and a tension calculation unit 40. Here, although the analysis system 100 includes the lipid bilayer membrane forming unit 1, an analysis system that does not include the lipid bilayer membrane forming unit 1 is also within the scope of the present invention.
脂質二重膜形成部１において、脂質一重膜で覆われた第一のバブルと脂質一重膜で覆われた第二のバブルとの接触面に形成された脂質二重膜が作製される。次に、第一のバブルの内圧ΔＰ１が第一の内圧検出部１０によって検出され、第二のバブルの内圧ΔＰ２が第二の内圧検出部２０によって検出され、第一のバブルの長径Ｒ１１、短径Ｒ２１および接触角θ１、ならびに第二のバブルの長径Ｒ１２、短径Ｒ２２、および接触角θ２が長短径−接触角検出部３０によって検出される。その後、内圧ΔＰ１、内圧ΔＰ２、長径Ｒ１１、短径Ｒ２１、長径Ｒ１２、短径Ｒ２２、接触角θ１、接触角θ２から、脂質二重膜の張力γが張力算出部４０によって算出される。 In the lipid bilayer membrane formation part 1, a lipid bilayer membrane formed on the contact surface between the first bubble covered with the lipid single membrane and the second bubble covered with the lipid single membrane is produced. Next, the internal pressure ΔP 1 of the first bubble is detected by the first internal pressure detection unit 10, the internal pressure ΔP 2 of the second bubble is detected by the second internal pressure detection unit 20, and the major axis R of the first bubble 11 , the minor axis R 21 and the contact angle θ 1 , and the second bubble major axis R 12 , the minor axis R 22 , and the contact angle θ 2 are detected by the major and minor axis-contact angle detector 30. Then, based on the internal pressure ΔP 1 , internal pressure ΔP 2 , major axis R 11 , minor axis R 21 , major axis R 12 , minor axis R 22 , contact angle θ 1 and contact angle θ 2 , the tension γ of the lipid bilayer membrane is the tension calculation portion Calculated by 40.
（脂質二重膜形成部１）
脂質二重膜形成部１について、図３を参照してさらに説明する。図３の（ａ）は、本発明の一実施形態に係る解析システムにおける脂質二重膜形成部の構成を示す概略図であり、脂質二重膜に垂直な断面の断面図である。
(Lipid bilayer membrane formation part 1)
The lipid bilayer membrane forming part 1 will be further described with reference to FIG. FIG. 3A is a schematic view showing a configuration of a lipid bilayer membrane forming part in an analysis system according to an embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view of a cross section perpendicular to the lipid bilayer membrane.
脂質二重膜形成部１は、容器２と油相３とバブル４とから構成される。容器２は油相３およびバブル４を収容可能に構成される。容器２の形状および材質は、周知の構成が用いられる。油相３は、バブル４を覆っており、すなわち、バブル４は、油相３および別のバブル４と接している。 The lipid bilayer membrane forming unit 1 comprises a container 2, an oil phase 3 and a bubble 4. The container 2 is configured to be able to accommodate the oil phase 3 and the bubble 4. A known configuration is used for the shape and material of the container 2. Oil phase 3 covers bubble 4, ie, bubble 4 is in contact with oil phase 3 and another bubble 4.
油相３として使用可能な油は、上記〔１．脂質二重膜の特性の検査方法〕の（脂質二重膜形成工程）の項の説明が援用され得る。バブル４は、水溶液からなり、第一のバブルＭ１と第二のバブルＭ２とから構成される。なお、解析システム１００におけるバブル４は、２つであるが、本発明の他の態様では、バブル４の数は２つ以上であれば特に限定されるものではない。バブル４に使用される水溶液の態様としては、上記〔１．脂質二重膜の特性の検査方法〕の（脂質二重膜形成工程）の項の説明が援用され得る。 The oil usable as the oil phase 3 is the above-mentioned [1. The method of the test of the property of a lipid bilayer membrane] can be incorporated. Bubble 4 consists of an aqueous solution, and is comprised from the 1st bubble M1 and the 2nd bubble M2. Although the number of bubbles 4 in the analysis system 100 is two, in another aspect of the present invention, the number of bubbles 4 is not particularly limited as long as it is two or more. As an aspect of the aqueous solution used for bubble 4, the above-mentioned [1. The method of the test of the property of a lipid bilayer membrane] can be incorporated.
第一のバブルＭ１は、第二のバブルＭ２の鉛直上方に積層されており、第一のバブルＭ１および第二のバブルＭ２の接触面６には、脂質二重膜７が形成されている。なお、接触面６は、脂質二重膜とバブルの脂質一重膜との境界面でもあるため、接触面６は、後述する境界面６と同一の構成を指す。また、解析システム１００では、第一のバブルＭ１および第二のバブルＭ２は、鉛直方向に積層されているが、本発明の他の態様では、第一のバブルおよび第二のバブルが水平方向に配置されていてもよい。第一のバブルおよび第二のバブルが鉛直方向に積層されている場合には、脂質二重膜は水平方向に形成され、第一のバブルおよび第二のバブルが水平方向に配置されている場合には、脂質二重膜は鉛直方向に形成される。図３の（ｂ）は、図３の（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面図である。 The first bubble M1 is stacked vertically above the second bubble M2, and a lipid bilayer membrane 7 is formed on the contact surface 6 of the first bubble M1 and the second bubble M2. In addition, since the contact surface 6 is also an interface between the lipid bilayer membrane and the lipid single membrane of the bubble, the contact surface 6 has the same configuration as the interface 6 to be described later. Also, in the analysis system 100, the first bubble M1 and the second bubble M2 are vertically stacked, but in another aspect of the present invention, the first bubble and the second bubble are horizontally oriented. It may be arranged. When the first bubble and the second bubble are vertically stacked, the lipid bilayer membrane is horizontally formed, and the first bubble and the second bubble are horizontally arranged The lipid bilayer membrane is formed vertically. (B) of FIG. 3 is a sectional view taken along the line AA of (a) of FIG.
本解析システムにおける脂質二重膜形成部のその他の態様としては、上記〔１．脂質二重膜の特性の検査方法〕の項の説明が適宜援用され得る。 As another aspect of the lipid bilayer membrane formation part in this analysis system, the above-mentioned [1. The description of the section of the section on the examination of the properties of lipid bilayer membranes can be incorporated as appropriate.
（第一の内圧検出部１０および第二の内圧検出部２０）
解析システム１００では、第一の内圧検出部１０および第二の内圧検出部２０は、それぞれ、マイクロピペット５の内部に設けられている。マイクロピペット５のそれぞれは第一のバブルＭ１または第二のバブルＭ２に対して力を加えるように配置されている。ここで、第一の内圧検出部１０および第二の内圧検出部２０を単に「内圧検出部１０および２０」とも称する。
(First Internal Pressure Detector 10 and Second Internal Pressure Detector 20)
In the analysis system 100, the first internal pressure detection unit 10 and the second internal pressure detection unit 20 are respectively provided inside the micropipette 5. Each of the micropipettes 5 is arranged to apply a force to the first bubble M1 or the second bubble M2. Here, the first internal pressure detection unit 10 and the second internal pressure detection unit 20 are also simply referred to as “internal pressure detection units 10 and 20”.
内圧検出部１０および２０は、それぞれ、マイクロピペット５に加わる力（すなわちバブルによる反発の力であり、バブルの圧力ともいえる）を検出可能なセンサを備えている。内圧検出部１０および２０は、それぞれ、さらに、センサにより検出された力（または圧力）から内圧ΔＰを検出してもよい。 The internal pressure detection units 10 and 20 each include a sensor capable of detecting a force applied to the micropipette 5 (i.e., a repulsive force by a bubble, which can also be referred to as a pressure of the bubble). The internal pressure detection units 10 and 20 may further detect an internal pressure ΔP from the force (or pressure) detected by the sensor.
図４に示すように、内圧検出部１０および２０によって検出された内圧ΔＰは、張力算出部４０に出力される。 As shown in FIG. 4, the internal pressure ΔP detected by the internal pressure detection units 10 and 20 is output to the tension calculation unit 40.
上記センサとしては、マイクロピペット５に加わる力を検出可能であれば特に限定されず、周知のセンサを使用できる。 The sensor is not particularly limited as long as the force applied to the micropipette 5 can be detected, and a known sensor can be used.
本解析システムにおいて、第一の内圧検出部および第二の内圧検出部は、それぞれ、バブルの内圧ΔＰを検出することができる限り、特に限定されない。 In the present analysis system, the first internal pressure detection unit and the second internal pressure detection unit are not particularly limited as long as the internal pressure ΔP of the bubble can be detected.
本解析システムにおける第一の内圧検出部および第二の内圧検出部のその他の態様としては、上記〔１．脂質二重膜の特性の検査方法〕の項の説明が適宜援用されてもよい。すなわち、第一の内圧検出部および第二の内圧検出部は、バブルの中に設けられたセンサを備えており、かかるセンサはバブルの中の圧力を検出可能な構成であってもよい。 As other aspects of the first internal pressure detection unit and the second internal pressure detection unit in the present analysis system, the above-mentioned [1. The description of the section of the test method of the property of the lipid bilayer membrane may be incorporated as appropriate. That is, the first internal pressure detection unit and the second internal pressure detection unit may include sensors provided in the bubble, and such sensors may be configured to be able to detect the pressure in the bubble.
（長短径−接触角検出部３０）
長短径−接触角検出部３０は、水平方向から、バブル４を撮像し、バブル４が写しだされた撮像データを取得する。故に、解析システム１００において、長短径−接触角検出部３０は、長短径−接触角撮像部ともいえる。なお、水平方向とは、接触面（境界面）６および脂質二重膜７と平行な方向である。従って、長短径−接触角検出部３０は、第一のバブルおよび第二のバブルを同時に撮像可能である。当該撮像データから、第一のバブルの長径および短径、第二のバブルの長径および短径、第一のバブルの脂質一重膜と脂質二重膜との境界面に発生する接触角、ならびに、第二のバブルの脂質一重膜と脂質二重膜との境界面に発生する接触角を同時に検出することができる。
(Long and short diameter-contact angle detection unit 30)
The long and short diameter-contact angle detection unit 30 captures an image of the bubble 4 from the horizontal direction, and acquires imaging data in which the bubble 4 is captured. Therefore, in the analysis system 100, the long and short diameter-contact angle detection unit 30 can be said to be a long and short diameter-contact angle imaging unit. The horizontal direction is a direction parallel to the contact surface (interface) 6 and the lipid bilayer membrane 7. Therefore, the long and short diameter-contact angle detection unit 30 can simultaneously image the first bubble and the second bubble. From the imaging data, the major and minor axes of the first bubble, the major and minor axes of the second bubble, the contact angle generated at the interface between the lipid single membrane and the lipid bilayer membrane of the first bubble, and The contact angle generated at the interface between the lipid single membrane and the lipid bilayer membrane of the second bubble can be simultaneously detected.
長短径−接触角検出部３０は、上述したようにバブル４を撮像することにより得られた撮像データを解析することにより、バブルの長径Ｒ１および短径Ｒ２、ならびに接触角θを検出することができるものであってもよい。 The long and short diameter-contact angle detection unit 30 detects the long diameter R 1 and the short diameter R 2 of the bubble and the contact angle θ by analyzing the imaging data obtained by imaging the bubble 4 as described above. It may be possible.
図４に示すように、撮像データ、長径Ｒ１、短径Ｒ２、および／または、接触角θは、張力算出部４０に出力される。 As shown in FIG. 4, the imaging data, the major diameter R 1 , the minor diameter R 2 , and / or the contact angle θ are output to the tension calculation unit 40.
上記長短径−接触角撮像部としては、バブルの長径Ｒ１および短径Ｒ２ならびに接触角θを解析可能な解像度の撮像データを取得することができるものであればよく、周知の構成を使用することができる（例えば、顕微鏡のレンズ、または、顕微鏡自体）。上記レンズは、例えば、顕微鏡に用いられる対物レンズであってもよい。従って、上記長短径−接触角撮像部は、対物レンズと、対物レンズに入射した光を受光する撮像素子から構成されていてもよい。 The long and short diameter - as the contact angle imaging unit, as long as it can acquire the imaging data of analyzable resolution diameter R 1 and the minor axis R 2 and the contact angle θ of the bubble, using a known structure (Eg, the lens of the microscope, or the microscope itself). The lens may be, for example, an objective lens used in a microscope. Therefore, the long and short diameter-contact angle imaging unit may be configured of an objective lens and an imaging element that receives light incident on the objective lens.
本解析システムにおいて、長短径−接触角検出部は、バブルの長径Ｒ１および短径Ｒ２、ならびに接触角θを検出することができる限り、上記構成に特に限定されない。 In the present analysis system, the long and short diameter-contact angle detection unit is not particularly limited to the above configuration as long as the long diameter R 1 and the short diameter R 2 of the bubble and the contact angle θ can be detected.
（張力算出部４０）
張力算出部４０は、第一の内圧検出部１０および第二の内圧検出部２０より得た内圧ΔＰ、長短径−接触角検出部３０より得られた長径Ｒ１および短径Ｒ２、ならびに接触角θから、下記式（１）〜（５）を適用して、脂質二重膜の張力γを算出する。
(Tension calculation unit 40)
Tension calculating unit 40, the internal pressure ΔP obtained from the first pressure detection section 10 and the second pressure detection section 20, long and short diameter - diameter R 1 obtained from the contact angle detecting unit 30 and the minor axis R 2, and contact From the angle θ, the following equation (1) to (5) is applied to calculate the tension γ of the lipid bilayer membrane.
式（１）ΔＰ１＝γ１×（１／Ｒ１１＋１／Ｒ２１）
式（２）ΔＰ２＝γ２×（１／Ｒ１２＋１／Ｒ２２）
式（３）γｂ１＝γ１×ｃｏｓθ１
式（４）γｂ2＝γ２×ｃｏｓθ２
式（５）γ＝γｂ1＋γｂ２
（ここで、γ１は第一のバブルＭ１の脂質一重膜の張力であり、γ２は第二のバブルＭ２の脂質一重膜の張力であり、γｂ１は脂質二重膜における第一のバブルの側の単分子層の張力であり、γｂ２は脂質二重膜における第二のバブルの側の単分子層の張力である）。
Formula (1) ΔP 1 = γ 1 × (1 / R 11 + 1 / R 21 )
Equation (2) ΔP 2 = γ 2 × (1 / R 12 + 1 / R 22 )
Equation (3) γ b1 = γ 1 × cos θ 1
Formula (4) γ b2 = γ 2 × cos θ 2
Formula (5) γ = γ b1 + γ b2
(Where γ 1 is the tension of the lipid single membrane of the first bubble M 1, γ 2 is the tension of the lipid single membrane of the second bubble M 2, and γ b 1 is the first bubble of the lipid bilayer membrane of a tension of monomolecular layers on the side, gamma b2 is tension monolayer of the side of a second bubble in the lipid bilayer).
張力算出部４０としては、特に限定されないが、例えば、記憶部及び演算部を備えるコンピュータなどを使用することができる。 The tension calculation unit 40 is not particularly limited, but, for example, a computer including a storage unit and a calculation unit can be used.
本発明の一実施形態に係る解析システムは、さらに、静電容量検出部、面積検出部、および、膜厚算出部を備えることが好ましい。図２は、本発明の一実施形態に係る解析システム２００の構成を示す概略図である。解析システム２００は、上述した解析システム１００の構成に加えて、静電容量検出部５０、面積検出部６０、および膜厚算出部７０を備える。 The analysis system according to an embodiment of the present invention preferably further includes a capacitance detection unit, an area detection unit, and a film thickness calculation unit. FIG. 2 is a schematic view showing the configuration of an analysis system 200 according to an embodiment of the present invention. The analysis system 200 includes a capacitance detection unit 50, an area detection unit 60, and a film thickness calculation unit 70 in addition to the configuration of the analysis system 100 described above.
解析システム２００では、脂質二重膜の張力γに加えて、脂質二重膜の膜厚Ｔを算出する。具体的には、脂質二重膜の静電容量Ｃが静電容量検出部５０によって検出され、脂質二重膜の面積Ａが面積検出部６０によって検出される。その後、静電容量Ｃ、面積Ａ、脂質二重膜の比誘電率、および真空の誘電率から、脂質二重膜の膜厚Ｔが膜厚算出部７０によって算出される。 In the analysis system 200, in addition to the tension γ of the lipid bilayer membrane, the thickness T of the lipid bilayer membrane is calculated. Specifically, the capacitance C of the lipid bilayer membrane is detected by the capacitance detector 50, and the area A of the lipid bilayer membrane is detected by the area detector 60. After that, the film thickness T of the lipid bilayer film is calculated by the film thickness calculation unit 70 from the capacitance C, the area A, the relative dielectric constant of the lipid bilayer film, and the dielectric constant of vacuum.
（静電容量検出部５０）
静電容量検出部５０は、電極およびランプ波発生装置を備える。電極は、第一のバブルおよび第二のバブルの内部にそれぞれに配置されており、電極間にランプ波を発生させることによって脂質二重膜の電気抵抗値が取得される。図２では、電極は、マイクロピペット５の内部に配置されており、マイクロピペット５内部に満たされた電解質溶液を介して電流がそれぞれのバブルの内部に伝達される。
(Capacitance detection unit 50)
The electrostatic capacitance detection unit 50 includes an electrode and a ramp wave generator. The electrodes are respectively disposed inside the first bubble and the second bubble, and the electric resistance value of the lipid bilayer membrane is obtained by generating a ramp wave between the electrodes. In FIG. 2, the electrodes are disposed inside the micropipette 5, and an electric current is transmitted to the inside of each bubble via the electrolytic solution filled inside the micropipette 5.
静電容量検出部５０は、上述したように取得された脂質二重膜７の電気抵抗値を解析することにより、脂質二重膜７の静電容量Ｃを検出する。 The capacitance detection unit 50 detects the capacitance C of the lipid bilayer membrane 7 by analyzing the electric resistance value of the lipid bilayer membrane 7 obtained as described above.
図５に示すように、静電容量Ｃは、膜厚算出部７０に出力され得る。 As shown in FIG. 5, the capacitance C can be output to the film thickness calculation unit 70.
本解析システムにおいて、静電容量検出部は、脂質二重膜の静電容量Ｃを検出することができる限り、上記構成に特に限定されない。 In the present analysis system, the capacitance detection unit is not particularly limited to the above configuration as long as the capacitance C of the lipid bilayer membrane can be detected.
（面積検出部６０）
面積検出部６０は、鉛直下方から、脂質二重膜７を撮像し、脂質二重膜７が写しだされた撮像データを取得する。なお、鉛直下方とは、接触面（境界面）６および脂質二重膜７に対して垂直な方向である。従って、面積検出部６０は、脂質二重膜７の全面を撮像可能である。
(Area detection unit 60)
The area detection unit 60 images the lipid bilayer membrane 7 from vertically below, and acquires imaging data in which the lipid bilayer membrane 7 is captured. The vertically downward direction is a direction perpendicular to the contact surface (interface) 6 and the lipid bilayer membrane 7. Therefore, the area detection unit 60 can image the entire surface of the lipid bilayer membrane 7.
面積検出部６０は、上述したように脂質二重膜７を撮像することにより得られた撮像データを解析することにより、脂質二重膜の面積Ａを検出する。 The area detection unit 60 detects the area A of the lipid bilayer membrane by analyzing imaging data obtained by imaging the lipid bilayer membrane 7 as described above.
図５に示すように、脂質二重膜の面積Ａは、膜厚算出部７０に出力され得る。 As shown in FIG. 5, the area A of the lipid bilayer membrane can be output to the film thickness calculation unit 70.
本解析システムにおいて、面積検出部は、脂質二重膜の面積Ａを検出することができる限り、上記構成に特に限定されない。 In the present analysis system, the area detection unit is not particularly limited to the above configuration as long as the area A of the lipid bilayer membrane can be detected.
（膜厚算出部７０）
膜厚算出部７０は、静電容量検出部５０より得た静電容量Ｃ、面積検出部６０より得られた面積Ａ、脂質二重膜の比誘電率、および真空の誘電率から、下記式（６）を適用して、脂質二重膜の膜厚Ｔを算出する。
(Film thickness calculation unit 70)
The film thickness calculation unit 70 uses the capacitance C obtained by the capacitance detection unit 50, the area A obtained by the area detection unit 60, the dielectric constant of the lipid bilayer film, and the dielectric constant of vacuum, and the following equation (6) is applied to calculate the thickness T of the lipid bilayer membrane.
式（６）Ｔ＝εｍ×ε０×Ａ／Ｃ
（ここでεｍは上記脂質二重膜の比誘電率であり、ε０は真空の誘電率である。）
膜厚算出部７０としては、特に限定されないが、例えば、記憶部及び演算部を備えるコンピュータなどを使用することができる。張力算出部４０と膜厚算出部７０とは同じ装置が用いられてもよい。
Formula (6) T = ε m × ε 0 × A / C
(Here, ε m is the relative dielectric constant of the above-mentioned lipid bilayer film, and ε 0 is the dielectric constant of vacuum.)
The film thickness calculation unit 70 is not particularly limited, but, for example, a computer including a storage unit and a calculation unit can be used. The same device may be used for the tension calculation unit 40 and the film thickness calculation unit 70.
（本解析システムの用途）
本解析システムは、上述した脂質二重膜の特性の検査方法を実施するためのシステムとして用いることが可能である。また、本解析システムは、特に、上述した薬剤スクリーニング方法を実施するためのシステムとして好適に用いることができる。
(Application of this analysis system)
This analysis system can be used as a system for carrying out the above-described method of inspecting the characteristics of the lipid bilayer membrane. In addition, the present analysis system can be particularly suitably used as a system for carrying out the aforementioned drug screening method.
なお、本発明の各部や各処理ステップは、ＣＰＵなどの演算手段が、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭなどの記憶手段に記憶されたプログラムを実行し、キーボードなどの入力手段、ディスプレイなどの出力手段、あるいは、インターフェース回路などの通信手段を制御することにより実現することが可能である。 In each part and each processing step of the present invention, the operation means such as CPU executes the program stored in the storage means such as ROM (Read Only Memory) and RAM, and the output means such as input means such as keyboard and display It is possible to realize by controlling the communication means such as the means or the interface circuit.
したがって、これらの手段を有するコンピュータが、上記プログラムを記録した記録媒体を読み取り、当該プログラムを実行するだけで、本発明を実現することができる。また、上記プログラムをリムーバブルな記録媒体に記録することにより、任意のコンピュータ上で上記の各種機能および各種処理を実現することができる。 Therefore, a computer having these means can realize the present invention only by reading a recording medium having the above program recorded thereon and executing the program. Further, by recording the program on a removable recording medium, the various functions and the various processes can be realized on any computer.
上記記録媒体としては、マイクロコンピュータで処理を行うために図示しないメモリ、例えばＲＯＭのようなものがプログラムメディアであってもよいし、また、図示していないが外部記憶装置としてプログラム読取り装置が設けられ、そこに記録媒体を挿入することにより読取り可能なプログラムメディアであってもよい。 As the above recording medium, a memory (not shown) such as a ROM may be a program medium for performing processing by a microcomputer, and although not shown, a program reader is provided as an external storage device. It may be a program medium readable by inserting a recording medium therein.
また、何れの場合でも、格納されているプログラムは、マイクロプロセッサがアクセスして実行される構成であることが好ましい。さらに、プログラムを読み出し、読み出されたプログラムは、マイクロコンピュータのプログラム記憶エリアにダウンロードされて、そのプログラムが実行される方式であることが好ましい。なお、このダウンロード用のプログラムは予め本体装置に格納されていることが好ましい。 Also, in any case, the stored program is preferably configured to be accessed by the microprocessor and executed. Furthermore, it is preferable that the program is read out and the read out program is downloaded to a program storage area of the microcomputer and the program is executed. Preferably, the program for downloading is stored in advance in the main device.
また、上記プログラムメディアは、本体と分離可能に構成される記録媒体であり、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスクやＣＤ／ＭＯ／ＭＤ／ＤＶＤ等のディスクのディスク系、ＩＣカード（メモリカードを含む）等のカード系、あるいはマスクＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）、フラッシュＲＯＭ等による半導体メモリを含めた固定的にプログラムを担持する記録媒体等があり得る。 The program medium is a recording medium configured to be separable from the main unit, and may be a tape system such as a magnetic tape or cassette tape, a magnetic disk such as a flexible disk or hard disk, or a disk such as a CD / MO / MD / DVD. Disk type, card type such as IC card (including memory card) or fixed type including semiconductor memory by mask ROM, EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), flash ROM etc. There may be a recording medium etc. carrying a program.
また、インターネットを含む通信ネットワークを接続可能なシステム構成であれば、通信ネットワークからプログラムをダウンロードするように流動的にプログラムを担持する記録媒体であることが好ましい。 In addition, in the case of a system configuration capable of connecting a communication network including the Internet, it is preferable that the recording medium dynamically carry the program so as to download the program from the communication network.
さらに、このように通信ネットワークからプログラムをダウンロードする場合には、そのダウンロード用のプログラムは予め本体装置に格納しておくか、あるいは別な記録媒体からインストールされるものであることが好ましい。 Furthermore, in the case where the program is downloaded from the communication network in this way, it is preferable that the program for downloading be stored in advance in the main device or installed from another recording medium.
本発明者らは、脂質二重膜の特性の変化によって、膜の機能が変化することを初めて見出した。以下、実施例において、脂質二重膜の張力を変化させた場合に、膜に埋め込まれた膜タンパク質の活性が変化することを実証する。
（操作）
（１．脂質二重膜の作製）
最初に、２ｍｇ／ｍLの濃度で膜タンパク質を含むリポソーム溶液（すなわちプロテオリポソーム溶液）を作製した。ここで、プロテオリポソーム溶液は、電解液にリポソームおよび膜タンパク質を溶解した溶液である。膜タンパク質としては、カリウムチャネルであるＫｃｓＡを用いた。作製したプロテオリポソーム溶液を２本のマイクロピペットに充填し、その後、当該マイクロピペットを容器内に満たされたヘキサデカン（油相）中に挿入した。ここで、容器は、倒立顕微鏡（ＩＸ７３、オリンパス社製）のステージ上に配置した。また、マイクロピペットの先端は約３０μｍであった。
We have found for the first time that changes in the properties of lipid bilayers alter the function of the membrane. The following examples demonstrate that when the tension of the lipid bilayer membrane is changed, the activity of the membrane protein embedded in the membrane changes.
(operation)
(1. Preparation of lipid bilayer membrane)
First, a liposome solution (ie, proteoliposome solution) containing membrane proteins at a concentration of 2 mg / mL was prepared. Here, the proteoliposome solution is a solution in which a liposome and a membrane protein are dissolved in an electrolytic solution. As a membrane protein, KcsA, which is a potassium channel, was used. The prepared proteoliposome solution was loaded into two micropipettes, and then, the micropipette was inserted into hexadecane (oil phase) filled in a container. Here, the container was placed on the stage of an inverted microscope (IX73, manufactured by Olympus Corporation). In addition, the tip of the micropipette was about 30 μm.
次に、プロテオリポソーム溶液を２本のマイクロピペットのそれぞれからヘキサデカン中に押出し、脂質一重膜で覆われたバブルを２つ作製した。バブルの直径は、約１００μｍとした。次に、作製された２つのバブルを、マイクロピペットを操作することにより接触させ、２つのバブルの接触面に脂質二重膜を形成させた。ここで、マイクロピペットの操作は、モーター駆動式マイクロマニピュレーター（ＥＭＭ−３ＮＶ、ナリシゲ社製）を用いて行った。また、マイクロピペットの内圧を、ニューマティックマイクロジンジェクター（ＩＭ−１１−２）を用いて制御した。マイクロピペットの内圧は、バブルの維持圧でもある。 The proteoliposome solution was then extruded from each of the two micropipettes into hexadecane to create two single-layer lipid-covered bubbles. The diameter of the bubble was about 100 μm. Next, the two generated bubbles were brought into contact by manipulating a micropipette to form a lipid bilayer membrane on the contact surface of the two bubbles. Here, the operation of the micropipette was performed using a motor-driven micromanipulator (EMM-3NV, manufactured by Narishige). In addition, the internal pressure of the micropipette was controlled using a pneumatic micro zinjector (IM-11-2). The internal pressure of the micropipette is also the maintenance pressure of the bubble.
ここで、ＫｃｓＡの働きによるイオン電流の変化（すなわちＫｃｓＡの活性）を測定するために、２つのバブル内のプロテオリポソーム溶液のｐＨを非対称とした（ｐＨ７およびｐＨ４）。リファレンス電極は、ｐＨ７．５のプロテオリポソーム溶液を含むバブルを作製したマイクロピペットに接続した。 Here, the pH of the proteoliposome solution in the two bubbles was asymmetric (pH 7 and pH 4) in order to measure the change in ionic current due to the action of KcsA (ie, the activity of KcsA). The reference electrode was connected to a micropipette made of bubbles containing a pH 7.5 proteoliposome solution.
（２．イオン電流の測定）
イオン電流を測定するための電極を、マイクロピペット内部に配置した。電極は、Ａｇ／ＡｇＣｌ金属線電極（Ｅ２５５、ワーナーインスツルメンツ社製）を使用した。イオン電流は、パッチクランプ増幅器（ＥＰＣ８００ＵＳＢ、ＨＥＫＡ社製）を用いて、電圧固定化で測定した。電流シグナルは、周波数のカットオフのために１ｋＨｚでフィルタ処理し、Ａ／Ｄコンバーター（Ｄｉｇｉｄａｔａ １５５０Ａ、モレキュラーデバイス社製）によって５ｋＨｚでサンプリングした。サンプリングした電流シグナルは、ソフトウェア（ｐＣＬＡＭＰ、モレキュラーデバイス社製）を用いてコンピュータ内に保存した。
(2. Measurement of ion current)
An electrode for measuring ion current was placed inside the micropipette. As an electrode, an Ag / AgCl metal wire electrode (E255, manufactured by Warner Instruments, Inc.) was used. The ion current was measured by voltage fixation using a patch clamp amplifier (EPC800USB, manufactured by HEKA). The current signal was filtered at 1 kHz for frequency cutoff and sampled at 5 kHz by an A / D converter (Digidata 1550A, manufactured by Molecular Devices). The sampled current signals were stored in a computer using software (pCLAMP, manufactured by Molecular Devices).
（３．バブルの維持圧の減圧による、脂質二重膜の変化）
マイクロピペットの内圧を減少させることにより、バブルの維持圧が減少（すなわち減圧）する。バブルの維持圧を減圧させたときの、脂質一重膜で覆われた２つのバブル、および２つのバブルの接触面に形成された脂質二重膜の変化を、図６に示した。図６の（ａ）は、バブルの維持圧の減圧にともなう２つのバブルおよび脂質二重膜の形状の変化を示す図である。図６の（ｂ）は、図６の（ａ）を模式的に示した概略図である。
(3. Changes in lipid bilayer membrane due to reduction of bubble maintenance pressure)
By reducing the internal pressure of the micropipette, the maintenance pressure of the bubble is reduced (i.e. reduced pressure). Changes in the two bubbles covered with a single lipid membrane and the lipid bilayer formed at the contact surface of the two bubbles when the pressure for maintaining the bubble was reduced are shown in FIG. (A) of FIG. 6 is a figure which shows the change of the shape of two bubble and lipid bilayer membrane accompanying pressure reduction of the maintenance pressure of a bubble. (B) of FIG. 6 is a schematic view schematically showing (a) of FIG.
図６より、バブルの維持圧の減圧に伴い、脂質二重膜の面積が増加し、脂質二重膜とバブルの脂質一重膜との境界面に発生する接触角θが増加することが分かった。 From FIG. 6, it was found that the area of the lipid bilayer increases and the contact angle θ generated at the interface between the lipid bilayer and the lipid single membrane of the bubble increases with the decrease in the bubble maintenance pressure. .
バブルの維持圧の減少は、バブルの内圧の減少も引き起こす。従って、本発明の式（１）および（２）を参照すると、バブルの内圧の減少によって、バブルの脂質一重膜の張力が減少することが分かる。さらに、本発明の式（３）〜（５）を参照すると、バブルの脂質一重膜の張力の減少によって、脂質二重膜の張力が減少することが分かる。 A decrease in the bubble maintenance pressure also causes a decrease in the internal pressure of the bubble. Therefore, referring to the equations (1) and (2) of the present invention, it can be seen that the decrease in the internal pressure of the bubble reduces the tension of the lipid single membrane of the bubble. Furthermore, referring to the formulas (3) to (5) of the present invention, it can be seen that the reduction of the tension of the bubble single lipid membrane reduces the tension of the lipid bilayer membrane.
（４．バブルの維持圧の減圧による、膜タンパク質の活性の変化）
次に、バブルの維持圧の減少に伴う膜タンパク質（ＫｃｓＡ）の活性の変化を、バブルの維持圧の減少に伴うイオン電流の変化を測定することにより、評価した。
(4. Changes in the activity of membrane proteins due to the reduction of bubble maintenance pressure)
Next, the change in the activity of membrane protein (KcsA) with the decrease of the bubble maintenance pressure was evaluated by measuring the change of the ion current with the decrease of the bubble maintenance pressure.
経時的にイオン電流を測定し続ける中、ある時点でバブルの維持圧を減少させ、イオン電流の変化を評価した。結果を図７に示す。図７は、バブルの維持圧の減圧にともなうイオン電流の変化を示すグラフである。 While measuring ion current over time, at a certain point, the maintenance pressure of the bubble was decreased to evaluate the change in ion current. The results are shown in FIG. FIG. 7 is a graph showing the change in ion current with the reduction of the bubble maintenance pressure.
図７より、バブルの維持圧の減圧にともない、イオン電流が減少することが示された。イオン電流の減少は、すなわち、カリウムチャネルＫｃｓＡの活性が減少したことを示している。従って、バブルの維持圧の減少、すなわち、脂質二重膜の張力の減少に伴い、カリウムチャネルＫｃｓＡの活性が減少したことが示された。 From FIG. 7, it was shown that the ion current decreased with the decrease of the bubble maintenance pressure. The decrease in ion current indicates that the activity of the potassium channel KcsA is reduced. Therefore, it was shown that the activity of the potassium channel KcsA decreased with the decrease of the bubble maintenance pressure, that is, the decrease of the lipid bilayer membrane tension.
本発明は、脂質二重膜に関する分野に利用することができる。 The present invention can be used in the field of lipid bilayer membranes.
１ 脂質二重膜形成部
２ 容器
３ 油相
４ バブル
５ マイクロピペット
６ 接触面
７ 脂質二重膜
１０ 第一の内圧検出部
２０ 第二の内圧検出部
３０ 長短径−接触角検出部
４０ 張力算出部
５０ 静電容量検出部
６０ 面積検出部
７０ 膜厚算出部
１００、２００ 解析システム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 lipid double film formation part 2 container 3 oil phase 4 bubble 5 micropipette 6 contact surface 7 lipid double membrane 10 1st internal pressure detection part 20 2nd internal pressure detection part 30 long-breadth-contact angle detection part 40 tension calculation Unit 50 Capacitance detection unit 60 Area detection unit 70 Film thickness calculation unit 100, 200 Analysis system
Claims (6)
上記第一のバブルの内圧ΔＰ１および上記第二のバブルの内圧ΔＰ２を検出する内圧検出工程、
上記第一のバブルの長径Ｒ１１および短径Ｒ２１、ならびに、上記第二のバブルの長径Ｒ１２および短径Ｒ２２、を検出する長短径検出工程、
上記脂質二重膜と上記第一のバブルの脂質一重膜との境界面に発生する接触角θ１および上記脂質二重膜と上記第二のバブルの脂質一重膜との境界面に発生する接触角θ２、を検出する接触角検出工程、ならびに、
下記式（１）〜（５）から上記脂質二重膜の張力γを算出する張力算出工程、を含むことを特徴とする、脂質二重膜の特性の検査方法。
式（１）ΔＰ１＝γ１×（１／Ｒ１１＋１／Ｒ２１）
式（２）ΔＰ２＝γ２×（１／Ｒ１２＋１／Ｒ２２）
式（３）γｂ１＝γ１×ｃｏｓθ１
式（４）γｂ2＝γ２×ｃｏｓθ２
式（５）γ＝γｂ1＋γｂ２
（ここで、γ１は上記第一のバブルの脂質一重膜の張力であり、γ２は上記第二のバブルの脂質一重膜の張力であり、γｂ１は上記脂質二重膜における上記第一のバブルの側の単分子層の張力であり、γｂ２は上記脂質二重膜における上記第二のバブルの側の単分子層の張力である） It is a test method of the characteristic of the lipid bilayer membrane formed on the contact surface of the first bubble covered with the lipid single membrane and the second bubble covered with the lipid single membrane,
An internal pressure detection step of detecting an internal pressure ΔP 1 of the first bubble and an internal pressure ΔP 2 of the second bubble;
A long / short diameter detecting step of detecting the long diameter R 11 and the short diameter R 21 of the first bubble, and the long diameter R 12 and the short diameter R 22 of the second bubble;
The contact angle θ 1 generated at the interface between the lipid bilayer membrane and the lipid single membrane of the first bubble and the contact generated at the interface between the lipid bilayer membrane and the lipid single membrane of the second bubble A contact angle detection step of detecting an angle θ 2 , and
And a tension calculating step of calculating tension γ of the lipid bilayer from the following formulas (1) to (5).
Formula (1) ΔP 1 = γ 1 × (1 / R 11 + 1 / R 21 )
Equation (2) ΔP 2 = γ 2 × (1 / R 12 + 1 / R 22 )
Equation (3) γ b1 = γ 1 × cos θ 1
Formula (4) γ b2 = γ 2 × cos θ 2
Formula (5) γ = γ b1 + γ b2
(Here, γ 1 is the tension of the lipid single membrane of the first bubble, γ 2 is the tension of the lipid single membrane of the second bubble, and γ b 1 is the first tension of the lipid bilayer membrane. Of the monolayer on the side of the bubble and γ b2 is the tension of the monolayer on the side of the second bubble in the lipid bilayer membrane)
上記脂質二重膜の静電容量Ｃを検出する静電容量検出工程、
上記脂質二重膜の面積Ａを検出する面積検出工程、および、
下記式（６）から上記脂質二重膜の膜厚Ｔを算出する膜厚算出工程、を含むことを特徴とする、請求項１に記載の脂質二重膜の特性の検査方法。
式（６）Ｔ＝εｍ×ε０×Ａ／Ｃ
（ここでεｍは上記脂質二重膜の比誘電率であり、ε０は真空の誘電率である） further,
A capacitance detection step of detecting the capacitance C of the lipid bilayer membrane,
An area detection step of detecting the area A of the lipid bilayer membrane;
The film thickness calculation process of calculating the film thickness T of the said lipid bilayer membrane from following formula (6), The inspection method of the characteristic of the lipid bilayer membrane of Claim 1 characterized by the above-mentioned.
Formula (6) T = ε m × ε 0 × A / C
(Here, ε m is the relative permittivity of the above-mentioned lipid bilayer film, and ε 0 is the permittivity of vacuum)
上記脂質二重膜中に対して薬剤の導入を行う薬剤導入工程、
上記薬剤の導入の後に上記脂質二重膜の張力γを算出する張力算出工程、および、
上記張力γを基準値と比較することによって薬剤を判定する第１の薬剤判定工程、を含み、
上記張力算出工程は、
上記第一のバブルの内圧ΔＰ１および上記第二のバブルの内圧ΔＰ２を検出する内圧検出工程、
上記第一のバブルの長径Ｒ１１および短径Ｒ２１、ならびに、上記第二のバブルの長径Ｒ１２および短径Ｒ２２、を検出する長短径検出工程、ならびに
上記脂質二重膜と上記第一のバブルの脂質一重膜との境界面に発生する接触角θ１および上記脂質二重膜と上記第二のバブルの脂質一重膜との境界面に発生する接触角θ２、を検出する接触角検出工程、を含み
下記式（１）〜（５）から上記脂質二重膜の張力γを算出する工程であることを特徴とする、薬剤のスクリーニング方法。
式（１）ΔＰ１＝γ１×（１／Ｒ１１＋１／Ｒ２１）
式（２）ΔＰ２＝γ２×（１／Ｒ１２＋１／Ｒ２２）
式（３）γｂ１＝γ１×ｃｏｓθ１
式（４）γｂ2＝γ２×ｃｏｓθ２
式（５）γ＝γｂ1＋γｂ２
（ここで、γ１は上記第一のバブルの脂質一重膜の張力であり、γ２は上記第二のバブルの脂質一重膜の張力であり、γｂ１は上記脂質二重膜における上記第一のバブルの側の単分子層の張力であり、γｂ２は上記脂質二重膜における上記第二のバブルの側の単分子層の張力である） An agent that changes the characteristics of the above lipid bilayer membrane, using a lipid bilayer membrane formed on the contact surface between a lipid single membrane-covered first bubble and a lipid single membrane-covered second bubble Screening method of
A drug introducing step of introducing a drug into the lipid bilayer membrane,
A tension calculation step of calculating tension γ of the lipid bilayer membrane after introduction of the drug, and
A first drug determination step of determining a drug by comparing the tension γ with a reference value;
The above tension calculation process
An internal pressure detection step of detecting an internal pressure ΔP 1 of the first bubble and an internal pressure ΔP 2 of the second bubble;
A long / short detecting step of detecting the long diameter R 11 and the short diameter R 21 of the first bubble and the long diameter R 12 and the short diameter R 22 of the second bubble; Contact angle for detecting the contact angle θ 1 generated at the interface between the bubble and the lipid single membrane and the contact angle θ 2 generated at the interface between the lipid bilayer membrane and the second bubble A method of screening a drug, comprising the step of detecting, and calculating the tension γ of the lipid bilayer membrane from the following formulas (1) to (5).
Formula (1) ΔP 1 = γ 1 × (1 / R 11 + 1 / R 21 )
Equation (2) ΔP 2 = γ 2 × (1 / R 12 + 1 / R 22 )
Equation (3) γ b1 = γ 1 × cos θ 1
Formula (4) γ b2 = γ 2 × cos θ 2
Formula (5) γ = γ b1 + γ b2
(Here, γ 1 is the tension of the lipid single membrane of the first bubble, γ 2 is the tension of the lipid single membrane of the second bubble, and γ b 1 is the first tension of the lipid bilayer membrane. Of the monolayer on the side of the bubble and γ b2 is the tension of the monolayer on the side of the second bubble in the lipid bilayer membrane)
上記薬剤の導入の後に上記脂質二重膜の膜厚Ｔを算出する膜厚算出工程、および、
上記膜厚Ｔを基準値と比較することによって薬剤を判定する第２の薬剤判定工程、を含み、
上記膜厚算出工程は、
上記脂質二重膜の静電容量Ｃを検出する静電容量検出工程、および
上記脂質二重膜の面積Ａを検出する面積検出工程、を含み、
下記式（６）から上記脂質二重膜の膜厚Ｔを算出する工程であることを特徴とする、請求項３に記載の薬剤のスクリーニング方法。
式（６）Ｔ＝εｍ×ε０×Ａ／Ｃ
（ここでεｍは上記脂質二重膜の比誘電率であり、ε０は真空の誘電率である） further,
A film thickness calculating step of calculating a film thickness T of the lipid bilayer membrane after introduction of the drug, and
A second drug determination step of determining a drug by comparing the film thickness T with a reference value;
The above film thickness calculation process is
A capacitance detection step of detecting the capacitance C of the lipid bilayer membrane, and an area detection step of detecting the area A of the lipid bilayer membrane,
The method of screening a drug according to claim 3, which is a step of calculating the film thickness T of the lipid bilayer membrane from the following formula (6).
Formula (6) T = ε m × ε 0 × A / C
(Here, ε m is the relative permittivity of the above-mentioned lipid bilayer film, and ε 0 is the permittivity of vacuum)
上記第一のバブルの内圧ΔＰ１を検出する第一の内圧検出部、および、上記第二のバブルの内圧ΔＰ２を検出する第二の内圧検出部、
上記第一のバブルの長径Ｒ１１および短径Ｒ２１、ならびに、上記第二のバブルの長径Ｒ１２および短径Ｒ２２、を検出し、かつ、上記脂質二重膜と上記第一のバブルの脂質一重膜との境界面に発生する接触角θ１および上記脂質二重膜と上記第二のバブルの脂質一重膜との境界面に発生する接触角θ２、を検出する、長短径−接触角検出部、ならびに、
下記式（１）〜（５）から上記脂質二重膜の張力γを算出する張力算出部、を備えることを特徴とする、脂質二重膜の特性の解析システム。
式（１）ΔＰ１＝γ１×（１／Ｒ１１＋１／Ｒ２１）
式（２）ΔＰ２＝γ２×（１／Ｒ１２＋１／Ｒ２２）
式（３）γｂ１＝γ１×ｃｏｓθ１
式（４）γｂ2＝γ２×ｃｏｓθ２
式（５）γ＝γｂ1＋γｂ２
（ここで、γ１は上記第一のバブルの脂質一重膜の張力であり、γ２は上記第二のバブルの脂質一重膜の張力であり、γｂ１は上記脂質二重膜における上記第一のバブルの側の単分子層の張力であり、γｂ２は上記脂質二重膜における上記第二のバブルの側の単分子層の張力である） It is a system for analyzing the characteristics of the lipid bilayer formed on the contact surface between the first bubble covered with the lipid single membrane and the second bubble covered with the lipid single layer,
A first internal pressure detection unit that detects an internal pressure ΔP 1 of the first bubble; and a second internal pressure detection unit that detects an internal pressure ΔP 2 of the second bubble;
The first bubble long diameter R 11 and short diameter R 21 , and the second bubble long diameter R 12 and short diameter R 22 are detected, and the lipid bilayer membrane and the first bubble are detected. detecting the 2, contact angle theta generated at the interface between the contact angle theta 1 and the lipid bilayer and the second bubble lipid single film occurs at the interface between the lipid single film, long and short diameters - contact Corner detection unit, and
A system for analyzing the characteristics of a lipid bilayer membrane, comprising: a tension calculating unit that calculates the tension γ of the lipid bilayer membrane from the following formulas (1) to (5).
Formula (1) ΔP 1 = γ 1 × (1 / R 11 + 1 / R 21 )
Equation (2) ΔP 2 = γ 2 × (1 / R 12 + 1 / R 22 )
Equation (3) γ b1 = γ 1 × cos θ 1
Formula (4) γ b2 = γ 2 × cos θ 2
Formula (5) γ = γ b1 + γ b2
(Here, γ 1 is the tension of the lipid single membrane of the first bubble, γ 2 is the tension of the lipid single membrane of the second bubble, and γ b 1 is the first tension of the lipid bilayer membrane. Of the monolayer on the side of the bubble and γ b2 is the tension of the monolayer on the side of the second bubble in the lipid bilayer membrane)
上記脂質二重膜の静電容量Ｃを検出する静電容量検出部、
上記脂質二重膜の面積Ａを検出する面積検出部、および、
下記式（６）から上記脂質二重膜の膜厚Ｔを算出する膜厚算出部、を備えることを特徴とする、請求項５に記載の脂質二重膜の特性の解析システム。
式（６）Ｔ＝εｍ×ε０×Ａ／Ｃ
（ここでεｍは上記脂質二重膜の比誘電率であり、ε０は真空の誘電率である） further,
Capacitance detection unit that detects the capacitance C of the lipid bilayer membrane,
An area detection unit for detecting the area A of the lipid bilayer membrane;
The film thickness calculation part which calculates film thickness T of the said lipid bilayer membrane from following formula (6) is provided, The analysis system of the characteristic of the lipid bilayer membrane of Claim 5 characterized by the above-mentioned.
Formula (6) T = ε m × ε 0 × A / C
(Here, ε m is the relative permittivity of the above-mentioned lipid bilayer film, and ε 0 is the permittivity of vacuum)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017246976A JP6964878B2 (en) | 2017-12-22 | 2017-12-22 | Lipid bilayer property testing method, drug screening method, and lipid bilayer property analysis system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017246976A JP6964878B2 (en) | 2017-12-22 | 2017-12-22 | Lipid bilayer property testing method, drug screening method, and lipid bilayer property analysis system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2019113417A true JP2019113417A (en) | 2019-07-11 |
| JP6964878B2 JP6964878B2 (en) | 2021-11-10 |
Family
ID=67222529
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2017246976A Active JP6964878B2 (en) | 2017-12-22 | 2017-12-22 | Lipid bilayer property testing method, drug screening method, and lipid bilayer property analysis system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6964878B2 (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2138840A1 (en) * | 2008-06-27 | 2009-12-30 | Universidad Complutense De Madrid | A method for evaluating the surface activity of test preparations |
| JP2016117005A (en) * | 2014-12-19 | 2016-06-30 | 富士フイルム株式会社 | Liposome producing method and liposome producing device |
-
2017
- 2017-12-22 JP JP2017246976A patent/JP6964878B2/en active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2138840A1 (en) * | 2008-06-27 | 2009-12-30 | Universidad Complutense De Madrid | A method for evaluating the surface activity of test preparations |
| JP2016117005A (en) * | 2014-12-19 | 2016-06-30 | 富士フイルム株式会社 | Liposome producing method and liposome producing device |
Non-Patent Citations (7)
| Title |
|---|
| D NEEDHAM: "Tensions and free energies of formation of "solventless" lipid bilayers. Measurement of high contact", BIOPHYS J., vol. 41, JPN6021017612, March 1983 (1983-03-01), pages 251 - 257, ISSN: 0004504009 * |
| MARJUKKA IKONEN: "Studying the interactions of drugs and hydrophobic model membranes using contact angle goniometry", COLLOIDS AND SURFACES B: BIOINTERFACES, vol. 71, JPN6021017611, 2009, pages 107 - 112, XP026050198, ISSN: 0004504008, DOI: 10.1016/j.colsurfb.2009.01.013 * |
| MASAYUKI IWAMOTO & SHIGETOSHI OIKI: "Contact Bubble Bilayers with Flush DrainageContact Bubble Bilayers with Flush Drainage", SCIENTFIC REPORTS, vol. 5, 9110, JPN6021017606, 15 March 2015 (2015-03-15), pages 1 - 7, ISSN: 0004504003 * |
| P. POULIN: "Wetting of Emulsions Droplets: From Macroscopic to Colloidal Scale", PHYS. REV. LETT., vol. 79(17), JPN6021017610, 27 October 1997 (1997-10-27), pages 3290 - 3293, ISSN: 0004504007 * |
| 川上憲司: "静電容量, 誘電率", 医用電子と生体工学医用電子と生体工学, vol. 第24巻、第6号（Oct. 1986）, JPN6021017609, October 1986 (1986-10-01), pages 406 - 410, ISSN: 0004504006 * |
| 後藤健一: "金属表面上における鉱油潤滑油留分の接触角について", 金属表面技術, vol. 11, no. 3, JPN6021017607, 1960, pages 19 - 28, ISSN: 0004504004 * |
| 田中敏宏: "濡れ性とラプラスの式", ふぇらむ, vol. Vol.8 (2003) No.3, JPN6021017608, 2003, pages 161 - 166, ISSN: 0004504005 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP6964878B2 (en) | 2021-11-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Yusko et al. | Real-time shape approximation and fingerprinting of single proteins using a nanopore | |
| US10656117B2 (en) | Nanopore-based determination of protein charge, sharp, volume, rotational diffusion coefficient, and dipole moment | |
| Taylor et al. | Direct in situ measurement of specific capacitance, monolayer tension, and bilayer tension in a droplet interface bilayer | |
| JP7079092B2 (en) | Devices and methods for sample analysis | |
| CN102687021B (en) | Bilayers | |
| US20100196203A1 (en) | Formation of Lipid Bilayers | |
| US10451619B2 (en) | Substance sealing method and target molecule detecting method | |
| US7858030B2 (en) | Artificial lipid bilayer membrane formation device, artificial lipid bilayer membrane formation method, and usage thereof | |
| JP6762494B2 (en) | Exosome shape distribution analyzer, cancer screening device, exosome shape distribution analysis method, and cancer screening method | |
| Shoji et al. | Spatially resolved chemical detection with a nanoneedle-probe-supported biological nanopore | |
| JP4734542B2 (en) | Method and apparatus for measuring membrane transport function of membrane transport molecule using artificial bilayer membrane | |
| WO2013076943A1 (en) | Single molecule detection method and single molecule detection apparatus for biological molecule, and disease marker testing apparatus | |
| JP2007529003A (en) | Analytical chip and method of using the analytical chip for measuring molecular structure and function | |
| Huang et al. | Physicochemical characteristics of droplet interface bilayers | |
| Skalová et al. | Model biological membranes and possibilities of application of electrochemical impedance spectroscopy for their characterization | |
| JP6964878B2 (en) | Lipid bilayer property testing method, drug screening method, and lipid bilayer property analysis system | |
| JP2010081838A (en) | Microfluidic chip and cell counter | |
| Burden et al. | Confirming Silent Translocation through Nanopores with Simultaneous Single-Molecule Fluorescence and Single-Channel Electrical Recordings | |
| Kramar et al. | Voltage-and current-clamp methods for determination of planar lipid bilayer properties | |
| Wachlmayr et al. | Biophysical quantification of unitary solute and solvent permeabilities to enable translation to membrane science | |
| Stefanowska et al. | Electrochemical studies of the mitochondrial ROMK2 potassium channel activity reconstituted into the free-standing and tethered bilayer lipid membranes | |
| Messerli et al. | Advances in Electrochemistry for Monitoring Cellular Chemical Flux | |
| JP2020201272A (en) | Cancer identification method | |
| Huang | Formation and Separation Mechanics of Droplet Interface Bilayers | |
| Krogseth | The Effect of Antimicrobial Peptides on Ion Transport in Model Membranes |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20200831 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20210430 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20210518 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210715 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20211005 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20211013 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6964878 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |