JP6964878B2 - Lipid bilayer property testing method, drug screening method, and lipid bilayer property analysis system - Google Patents
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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 for examining the characteristics of a lipid bilayer membrane, a method for screening a drug, and a system for analyzing the characteristics 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。 A cell is generally covered with a cell membrane formed of a lipid bilayer membrane, which 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 the substance from freely diffusing from the outside world into the cell, but also has a function of selectively taking in the substance from the outside world into the cell. Such functions of the cell membrane are expressed by lipids forming the cell membrane and various membrane proteins embedded in the cell membrane.
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 cell membrane research, the development of a technique for artificially producing a lipid bilayer membrane and the development of a technique for inspecting and analyzing the characteristics of the lipid bilayer membrane have been required (for example,). See
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 inspecting and analyzing the properties of lipid bilayers (eg, physical properties such as membrane thickness and membrane tension) are from the perspective of simply inspecting or analyzing the properties of lipid bilayers. It was not enough from the beginning, and there was 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 an inspection method capable of inspecting the characteristics of a lipid bilayer membrane and an analysis system capable of analyzing the characteristics of the lipid bilayer membrane. Another object of the other embodiment of the present invention is to provide a method for screening a drug capable of screening a drug that changes the properties of a 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 configurations.
[1] A method for inspecting the characteristics of a lipid bilayer membrane formed on a contact surface between a first bubble covered with a lipid monolayer and a second bubble covered with a lipid monolayer. Internal pressure detection step for 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 axis of the second bubble. A major / minor axis detection step for detecting the diameter R 22 , the contact angle θ 1 generated at the interface between the lipid double membrane and the lipid single membrane of the first bubble, and the lipid double membrane and the second bubble. A contact angle detection step for detecting the contact angle θ 2 generated at the interface with the lipid single membrane, and a tension calculation step for calculating the tension γ of the lipid double membrane from the following equations (1) to (5). A method for inspecting the properties of a lipid bilayer membrane, which comprises.
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。
Equation (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
Equation (4) γ b2 = γ 2 × cos θ 2
Equation (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 b1 is the tension of the first lipid bilayer membrane. The tension of the monolayer on the bubble side of the above, and γ b2 is the tension of the monolayer on the side of the second bubble in the lipid bilayer).
[2] Further, a capacitance detection step for detecting the capacitance C of the lipid bilayer membrane, an area detection step for detecting the area A of the lipid bilayer membrane, and the lipid bilayer from the following formula (6). The method for inspecting the characteristics of a lipid bilayer film according to [1], which comprises a film thickness calculation step of calculating the 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。)
〔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。
Equation (6) T = ε m × ε 0 × A / C
(Here, ε m is the relative permittivity of the lipid bilayer film, and ε 0 is the permittivity of the vacuum.)
[3] Characteristics of the above-mentioned lipid double membrane using the lipid double 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 method for screening a drug to be changed, which is a drug introduction step of introducing a drug into the lipid double membrane, a tension calculation step of calculating the tension γ of the lipid double membrane after the introduction of the drug, and a tension calculation step. The first drug determination step of determining a drug by comparing the tension γ with a reference value is included, and the tension calculation step includes the internal pressure ΔP 1 of the first bubble and the internal pressure ΔP 2 of the second bubble. The major / minor axis detection step for detecting the major axis R 11 and the minor axis R 21 of the first bubble, and the major axis R 12 and the minor axis R 22 of the second bubble, and the above-mentioned lipid. The contact angle θ 1 generated at the interface between the double membrane and the lipid monolayer of the first bubble, and the
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。
Equation (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
Equation (4) γ b2 = γ 2 × cos θ 2
Equation (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 b1 is the tension of the first lipid bilayer membrane. The tension of the monolayer on the bubble side of the above, and γ b2 is the tension of the monolayer on the side of the second bubble in the lipid bilayer).
[4] Further, a film thickness calculation step of calculating the thickness T of the lipid bilayer membrane after the introduction of the drug, and a second drug for determining the drug by comparing the film thickness T with a reference value. The determination step is included, and the film thickness calculation step includes a capacitance detection step for detecting the capacitance C of the lipid bilayer membrane and an area detection step for detecting the area A of the lipid bilayer membrane. The method for screening a drug according to [3], which is a step of calculating the 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。
Equation (6) T = ε m × ε 0 × A / C
(Here, ε m is the relative permittivity of the lipid bilayer film, and ε 0 is the permittivity of the vacuum.)
[5] This is an analysis system for the characteristics of the lipid bilayer formed on the contact surface between the first bubble covered with the lipid monolayer and the second bubble covered with the lipid monolayer. A first internal pressure detecting unit that detects the internal pressure ΔP 1 of the bubble, a second internal pressure detecting unit that detects the internal pressure ΔP 2 of the second bubble, and a major axis R 11 and a minor axis R 21 of the first bubble. , And the major axis R 12 and minor axis R 22 of the second bubble are detected, and the contact angle θ 1 generated at the interface between the lipid bilayer and the lipid single film of the first bubble. And the major / minor axis-contact angle detection unit that detects the contact angle θ 2 generated at the interface between the lipid bilayer and the lipid single film of the second bubble, and the following equations (1) to (5). A tension calculation unit for calculating the tension γ of the lipid bilayer from)), which is a characteristic analysis system for 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。
Equation (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
Equation (4) γ b2 = γ 2 × cos θ 2
Equation (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 b1 is the tension of the first lipid bilayer membrane. The tension of the monolayer on the bubble side of the above, and γ b2 is the tension of the monolayer on the side of the second bubble in the lipid bilayer).
[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 lipid bilayer from the following formula (6). The analysis system for the characteristics of a lipid bilayer film according to [5], which comprises a film thickness calculation unit for calculating the 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。)
Equation (6) T = ε m × ε 0 × A / C
(Here, ε m is the relative permittivity of the lipid bilayer film, and ε 0 is the permittivity of the 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 inspected or analyzed. Further, according to another embodiment of the present invention, a drug that changes the properties of the lipid bilayer membrane can be easily screened.
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。 An embodiment of the present invention will be described below, but the present invention is not limited thereto. 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 within the technical scope of the present invention. In addition, all the academic documents and patent documents described in the present specification are incorporated as references in the present specification. Further, unless otherwise specified in the present specification, "A to B" representing a numerical range is intended to be "A or more (including A and larger than A) and B or less (including B and smaller 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]
In the inspection method according to the embodiment of the present invention, in order to measure the characteristics of the lipid bilayer membrane (specifically, the tension which is a physical characteristic), the internal pressure of the bubble, the major axis and the minor axis of the bubble, and the major axis and the minor axis of the bubble, and The contact angle between the lipid single membrane and the lipid bilayer membrane covering the bubble may be measured (detected) once.
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。 Further, in the inspection method according to the embodiment of the present invention, in order to measure the characteristics of the lipid bilayer membrane (specifically, the film thickness which is a physical characteristic), the capacitance of the lipid bilayer membrane is used. The area and the area may be measured (detected) once.
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, in the inspection method according to the embodiment of the present invention, the tension and the film thickness, which are the physical characteristics of the lipid bilayer membrane having a certain composition, are calculated extremely easily and in a short time (for example, calculated in real 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。 Further, in the inspection method according to the embodiment of the present invention, not only the tension of the lipid bilayer membrane but also the tension of each of the two monolayers derived from the bubble constituting the lipid bilayer membrane can be calculated. .. The monolayer is a portion of the lipid monolayer of the bubble that constitutes the lipid bilayer.
〔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 for inspecting the properties of lipid bilayer membranes]
One embodiment of the present invention provides a method for inspecting the characteristics of a lipid bilayer membrane, which includes an internal pressure detection step, a major / minor axis 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 characteristics of the lipid bilayer membrane according to the embodiment of the present invention can easily inspect the characteristics of the lipid bilayer membrane, particularly the tension of the lipid bilayer membrane, by having the above-mentioned 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 for inspecting the properties of the lipid bilayer membrane" is also simply referred to as the "inspection 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 formation step)
In the inspection method according to the embodiment of the present invention, the lipid bilayer membrane to be inspected is formed on the contact surface between the first bubble covered with the lipid monolayer and the second bubble covered with the lipid monolayer. It is a lipid bilayer membrane that is formed. Therefore, the present inspection method may include a lipid bilayer forming step of forming a lipid bilayer.
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。
In the present lipid bilayer film forming step, the method for forming the lipid bilayer membrane is not particularly limited, and a conventionally known method can be used. For example, a method having the following (1) and (2) can be mentioned:
(1) At least two bubbles (also referred to as droplets) composed of an aqueous solution are formed in an oil (also referred to as an oil phase). Here, in the bubble composed of the aqueous solution formed in the oil, after the formation of the bubble, the desired lipid contained in the oil or contained in the aqueous solution in the bubble moves to the interface between the bubble and the oil. By doing so, a lipid monolayer containing the lipid is formed at the interface. As a result, the bubble becomes a bubble covered with a single lipid membrane;
(2) Next, by contacting at least two bubbles (that is, the first bubble and the second bubble) among the plurality of bubbles covered with the lipid monolayer, the lipid bilayer is brought to the contact surface of those 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 also 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 composed of an aqueous solution in oil include, but are not limited to, the following methods (1) to (3): (1) Dropping an aqueous solution into oil using a micropipette or a syringe. (Hereinafter, also referred to as a dropping method); (2) A method in which the tip of a micropipette or a syringe is inserted into oil and an aqueous solution is injected into the oil (hereinafter, also referred to as an injection method); and (3). (I) At least two microchannels were immersed in oil so that the openings of the microchannels were close to each other and the openings of the microchannels were filled in the bubble forming channel. A method of arranging in a state, (ii) then discharging an aqueous solution from each opening to form a bubble composed of the aqueous solution in the oil, and then stopping the release of the aqueous solution from the opening.
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 the two bubbles into contact with each other, for example, a method of manipulating the two bubbles with a manipulator, and a method of forming one bubble and then forming the other bubble on the bubble and using
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 lipid bilayer membrane forming step may be carried out using the technique described in Japanese Patent Application No. 2017-063796. The entire 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 this lipid bilayer forming step is not particularly limited, and examples thereof include phospholipids, hexadecanes, decanes, squalene, silicon oils, and mineral oils. Among these, hexadecane is preferable because it does not enter the gap between the two formed lipid monolayers and the formed lipid bilayer has a membrane structure close to that of a biological membrane and has 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 contain lipids capable of forming a lipid monolayer. As another configuration, the aqueous solution may contain a lipid capable of forming a lipid monolayer. Alternatively, both the oil and the aqueous solution may contain lipids capable of forming a lipid monolayer. When the oil contains a lipid capable of forming a lipid monolayer, the bubble can be covered with the 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 the lipid single membrane is not particularly limited as long as it can form a lipid bilayer membrane, and examples thereof include phospholipids and cholesterol. Examples of the phospholipid include, but are not limited to, phosphatidylcholine, difitanoylphosphatidylcholine, dipalmitoylphosphatidylcholine, palmitoyloleoil phosphatidylcholine, dioleoil phosphatidylcholine, phosphatidylethanolamine, phosphatidylserine, sphingomyelin, and phosphatidylglycerol. ..
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. , 25 mg / ml to 100 mg / ml, more preferably 40 mg / ml to 60 mg / ml. With the above configuration, even when the aqueous solution does not contain a lipid capable of forming a lipid monolayer, a short-time (for example, less than 10 seconds) lipid monolayer formation time can be realized.
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 this lipid bilayer forming step is not particularly limited as long as it is a solution containing water as a main component, and the aqueous solution contains various components (for example, salts, bases, sugars, lipids, proteins, etc.). You may be. The composition of the aqueous solution can be appropriately set, and may be a composition that imitates a specific environmental component in the living body such as a specific cytosol component, a blood component, or a lymph fluid component, for example.
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, for example, metal salts such as sodium salt, potassium salt, magnesium salt, calcium salt, and phosphate, and amino acids. Examples include salt.
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, and cytosine.
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。 The lipid contained in the aqueous solution is not particularly limited, and examples thereof include cholesterol, glycolipid, phospholipid, and complex lipid. Some of these lipid components can move to the interface between the bubble and the oil in the formed bubble and become a component of the lipid monolayer. Such lipids that can be components of the lipid monolayer include cholesterol, glycolipids, phospholipids, and complex lipids. That is, in one embodiment of the present invention, the lipid monolayer covering the bubble may contain 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 lipids capable of forming a lipid monolayer. When the aqueous solution contains a lipid capable of forming a lipid monolayer, the bubble can be covered with the lipid monolayer even if the oil does not contain a lipid capable of forming a lipid monolayer. .. Examples of the lipid capable of forming the lipid single membrane contained in the aqueous solution include the same substances as the lipid capable of forming the lipid single membrane contained in the 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. , 25 mg / ml to 100 mg / ml, more preferably 40 mg / ml to 60 mg / ml. With the above configuration, even when the aqueous solution does not contain a lipid capable of forming a lipid monolayer, a short-time (for example, less than 10 seconds) lipid monolayer formation time can be realized.
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。 The protein contained in the aqueous solution is not particularly limited, and examples thereof include an enzyme protein, a transport protein, and a membrane protein. These proteins are embedded within the lipid bilayer membrane, which allows the reproduction of 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。 Membrane proteins include, but are not limited to, various ion channels, transmembrane adhesion proteins, transporters, transmembrane transport proteins, and the like. Further, the protein may be a protein whose function is unknown, a protein whose function is unknown even though it is a membrane protein, 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。 The method for forming a lipid bilayer according to an embodiment of the present invention also forms a lipid bilayer, and at the same time or after the lipid bilayer is formed, for example, free diffusion and / or a micropipette, etc. By using, it is possible to embed a membrane protein in a lipid bilayer membrane.
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 for forming a lipid bilayer membrane according to an embodiment of the present invention may also include a method for 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 encoding the membrane protein (DNA, RNA, etc.) and includes any protein necessary for transcribing and translating the gene in Invitro. By doing so, it can be achieved. Further, a fusion protein composed of a protein other than the membrane protein and a signal peptide for translocating 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 an embodiment of the present invention may also include a method for measuring the function of a membrane protein. For example, when a channel protein is used as a membrane protein, the function of the channel protein is simply functioned by providing a current detection unit that detects a current in the bubble and preloading the membrane potential on the lipid bilayer membrane. It can be measured as a 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 these membrane proteins and the method of measuring the function of the membrane protein, one embodiment of the present invention can provide a system capable of expressing the membrane protein and measuring the function of the membrane protein in real time. Specific examples of the system include the following systems. The DNA encoding the channel protein and any protein that can be transcribed and translated in Vitro are introduced into the first bubble of the system. Next, by 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 lipid bilayer with a membrane potential, 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 this lipid bilayer forming step, it is also possible to add any component into the bubble forming the lipid bilayer after the lipid bilayer is formed, or any component from the bubble. It is also possible to recover the components. In this case, for example, an arbitrary component may be injected into the bubble or an arbitrary component in the bubble may be sucked by using a micropipette or the like.
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 inspection method, the first bubble and the second bubble have the same size (major axis and minor axis), internal pressure, composition of the aqueous solution inside the bubble, and composition of the lipid single membrane covering the bubble. It may 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, the "composition of a lipid monomembrane" refers to the type and content of various components contained in the lipid monomembrane (for example, lipids such as phospholipids and cholesterol, and proteins such as membrane proteins).
Further, the first bubble and the second bubble may have different contact angles generated at the interface between the lipid bilayer membrane and the lipid single membrane of the bubble. Further, as a result of the differences described above, the first bubble and the second bubble may have the same or different tension and / or film thickness of the lipid single membrane covering the bubbles. 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, the detected information on the internal pressure ΔP 1 and the internal pressure ΔP 2 can be used as an internal pressure signal in the 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 the pressure applied to the lipid single membrane of the bubble, and is the difference between the pressure applied from the oil phase to the lipid single membrane of the bubble and the pressure applied from the inside of the bubble to the lipid single membrane of the bubble.
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 internal pressure detection step only needs to be able to detect the internal pressure ΔP of the bubble, and the specific method for detecting the internal pressure ΔP is not particularly limited. Some examples of methods for detecting internal pressure ΔP are described below, but 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, when the method of forming a bubble composed of an aqueous solution in oil is the above-mentioned injection method, the pressure applied to the aqueous solution when the aqueous solution is injected into the oil can be set to the internal pressure ΔP. In this case, the pressure applied to the aqueous solution (the pressure to be applied) can be detected by a micropipette for injecting the aqueous solution or a sensor provided in the space inside the syringe. Further, an internal pressure ΔP is obtained based on the pressure, and the obtained value of the 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。 Further, 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 obtained value of the internal pressure ΔP is used in the tension calculation step described later. Can be done.
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, the main internal pressure detecting 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 well-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, for the two bubbles forming the lipid bilayer, 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 both the same. think of. In this case, it may be assumed that the internal pressure ΔP 1 and the internal pressure ΔP 2 are equal. Therefore, the internal pressure ΔP of one of the two bubbles forming the lipid bilayer membrane may be detected and the internal pressure ΔP may be set to 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 major / minor axis detection step is a step of detecting the major axis R 11 and the minor axis R 21 of the first bubble, and the major axis R 12 and the minor axis R 22 of the second bubble. Here, the major axis R 11 of the first bubble and the major axis R 12 of the second bubble are collectively referred to as the major axis R 1, and the minor axis R 21 of the first bubble and the minor axis R 22 of the second bubble are referred to. Together, it is also referred to as minor diameter R 2. The detected information on the major axis R 1 and the minor axis R 2 can be used in the tension calculation step described later, respectively.
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 Not done. Note that the major axis R 1 of the bubble, 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. The diameter of the bubble is the length of a line segment cut by the lipid single membrane of the bubble in the straight line passing through the center of the bubble. An example of this long / short diameter detection process 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 major / minor axis detection step, for example, the bubble may be imaged using an imaging unit, and the major axis R 1 and the minor axis R 2 of the bubble may be detected from the imaging data.
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 this major / minor axis detection step, it is preferable to acquire one imaging data in which two bubbles are projected together. Further, when acquiring one imaging data in which two bubbles are projected together, it is preferable that these two bubbles do not overlap each other in the imaging data. By imaging two bubbles from a direction parallel to the interface between the lipid bilayer membrane and the lipid single membrane of the bubble using the imaging unit, one imaging data including two bubbles that do not overlap each other can be obtained. It becomes possible to acquire. The direction parallel to the interface between the lipid bilayer membrane and the lipid single membrane of the bubble can be said to be the direction parallel to the lipid bilayer membrane. The interface between the lipid bilayer membrane and the lipid single membrane of the bubble is also the contact surface between 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。 The shape of the bubble in this inspection method is not particularly limited, but may be a substantially circular shape such as an elliptical shape or a substantially perfect circle.
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 forming the lipid bilayer (first bubble and second bubble), the composition of the aqueous solution inside the bubble and the composition of the lipid single membrane covering the bubble are both the same. think of. In this case, it can be assumed that the major axis R 11 and the major axis R 12 are equal, and the minor axis R 21 and the minor axis R 22 are equal. Therefore, the major axis and the minor axis of one of the two bubbles forming the lipid bilayer membrane are detected, and the major axis and the minor axis are set to the major axis R 11 and the minor axis R 21 of the first bubble. , And the major axis R 12 and the minor axis R 22 of the second bubble.
(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 inspection 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 the lipid bilayer membrane and the lipid single membrane of the second bubble. This is a step of detecting the contact angle θ 2 generated on the boundary surface of the above. Further, the detected information on the contact angle θ 1 and the contact angle θ 2 can be used in the tension calculation step described later.
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 "boundary surface between the lipid bilayer membrane and the lipid single membrane of the bubble" may be referred to as the "boundary surface between the lipid bilayer membrane and the bubble" or simply the "boundary surface". Further, as described above, the boundary surface between the lipid bilayer membrane and the lipid single membrane of the bubble is also the contact surface of 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。 In this contact angle detection step, it is sufficient that the contact angle θ generated at the interface between the lipid bilayer membrane and the bubble can be detected, and the specific method for detecting the contact angle θ is not particularly limited. An example of this 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 this 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 imaged 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 the boundary surface is imaged, it is preferable to image the contact angle from a direction parallel to the boundary surface. With the above configuration, since the boundary surface and the bubble do not overlap, the contact angle θ can be detected accurately.
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 forming the lipid bilayer (first bubble and second bubble), the composition of the aqueous solution inside the bubble and the composition of the lipid single membrane covering the bubble are both the same. think of. In this case, it can be assumed that the contact angle θ 1 and the contact angle θ 2 are equal. Therefore, the contact angle θ of one of the two bubbles forming the lipid bilayer membrane may be detected, and the contact angle θ may be set as the contact angle θ 1 and the contact angle θ 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 this 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)。
Equation (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
Equation (4) γ b2 = γ 2 × cos θ 2
Equation (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 side of the first bubble in the lipid bilayer membrane. Γ b2 is the tension of the monolayer on the side of the second bubble in the lipid bilayer).
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, this tension calculation step is performed from (i) the internal pressure ΔP 1 of the first bubble, the major axis R 11 and the minor axis R 21 of the first bubble, based on the equation (1), of the first bubble. The tension γ 1 of the lipid monolayer is calculated, and from (ii) the internal pressure ΔP 2 of the second bubble, the major axis R 12 and the minor axis R 22 of the second bubble, the tension of the second bubble is calculated based on the formula (2). The tension γ 2 of the lipid monolayer was calculated, and (iii) from the tension γ 1 obtained in (i) above, based on the formula (3), the monolayer on the side of the first bubble in the lipid bilayer. The tension γ b1 is calculated, and (iv) from the tension γ 2 obtained in (ii) above, the tension γ b2 of the monolayer on the side of the second bubble in the lipid duplex film is calculated based on the formula (4). Calculate and calculate the tension γ of the lipid double membrane based on the formula (5) from (v) the tension γ b1 obtained in the above (iii) and the tension γ b2 obtained in the above (iv). It is a process.
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 can be the internal pressure ΔP detected in the internal pressure detection step, and the major axis R 1 and the minor axis R 2 are the major axis R 1 detected in the major / minor axis detection step. and be a minor axis R 2, the contact angle theta, it can be a contact angle theta detected by the contact angle detecting 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 this tension calculation step, as long as the tension γ of the lipid bilayer membrane can be calculated, the specific method for calculating the tension γ is not particularly limited, and a well-known method can be used. In this 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 forming the lipid bilayer (first bubble and second bubble), the composition of the aqueous solution inside the bubble and the composition of the lipid single membrane covering the bubble are both the same. think of. In this case, it can be assumed that the tension γ 1 and the tension γ 2 are equal, and the tension γ b1 and the tension γ b2 are equal. Therefore, the tension of the lipid single membrane 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 set to the tension γ b1 and the tension. It may be γ 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 method for inspecting the characteristics of the lipid bilayer according to the embodiment of the present invention further includes a capacitance detection step, an area detection step, and a film thickness calculation step, and calculates the thickness T of the lipid bilayer film. Is preferable.
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 the embodiment of the present invention, that is, the present inspection method has the above-mentioned configuration, and as a characteristic of the lipid bilayer membrane, the thickness of the lipid bilayer membrane is determined in addition to the tension of the lipid bilayer membrane. 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, the detected capacitance C information can be used in the film thickness calculation step 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。 In this capacitance detection step, it is sufficient that the capacitance C of the lipid bilayer membrane can be detected, and the specific method for detecting the capacitance C is not particularly limited, and a well-known method is used. Can be done. An example of this capacitance detection step 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 arranged in the first bubble and in the second bubble, the capacitive current value of the lipid bilayer film is obtained by generating a ramp wave between the electrodes. Capacitance C can be detected from the capacitive current value. In this case, each electrode is arranged so that the lipid bilayer membrane exists between the electrodes. From the viewpoint of more accurately detecting the capacitance C of the lipid bilayer membrane, it is preferable that each of the above electrodes is arranged at a position close to the lipid bilayer membrane. The device for generating the lamp wave is not particularly limited, and a well-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. Further, the detected area A information can be used in the film thickness calculation step 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。 In this area detection step, it is sufficient that the area A of the lipid bilayer membrane can be detected, and the specific method for detecting the area A is not particularly limited. An example of this area detection step 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 this area detection step, the area A may be detected by, for example, 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。 When imaging the lipid bilayer membrane in this area detection step, it is preferable to image the lipid bilayer membrane from a direction perpendicular to the lipid bilayer membrane. With the above configuration, it is possible to acquire imaging data on which the entire surface of the lipid bilayer membrane is projected, so that the area A can be detected accurately. The direction perpendicular to the lipid bilayer can be said to be the direction perpendicular to the interface between the lipid bilayer and the lipid monolayer of the bubble.
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。 If the lipid bilayer can be approximated as a perfect circle, the diameter of the lipid bilayer can be determined from the obtained imaging data by imaging the lipid bilayer from a direction parallel to the lipid bilayer. It can be obtained, and the area A can be detected from such a diameter. The direction parallel to the lipid bilayer is the direction parallel to the interface. Therefore, when the lipid bilayer membrane can be approximated as 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 is, 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 this inspection method 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。)
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。
Equation (6) T = ε m × ε 0 × A / C
(Here, ε m is the relative permittivity of the lipid bilayer film, and ε 0 is the permittivity of the vacuum.)
Specifically, this film thickness calculation step is performed by the formula (6) from the capacitance C and area A of the lipid bilayer, the relative permittivity ε m of the lipid bilayer, and the permittivity ε 0 of the vacuum. ), The thickness T of the lipid bilayer film is calculated. Further, the calculation of the film thickness T of the lipid bilayer membrane may be performed using the 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 permittivity of the lipid bilayer" also means an oil sandwiched between a phospholipid hydrocarbon chain layer existing in the hydrophobic core region of the lipid bilayer and the hydrocarbon chain layer. It is the relative permittivity of the composite layer when the composite layer composed of is regarded as a uniform oil phase. When the oil is hexadecane, the relative permittivity of the lipid bilayer membrane 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 "permittivity of vacuum" is a basic physical constant, and in this specification, the recommended value provided by the Committee on Data for Science and Technology (CODATA) is adopted. For example, if the permittivity of the vacuum is rounded off to the third decimal place based on the recommended value in 2014, it is 8.854 × 10-12 Fm -1.
〔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 for screening a drug that changes the properties of a lipid bilayer membrane, including 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 method for screening a drug according to an embodiment of the present invention, a drug that changes the characteristics of a lipid bilayer membrane, particularly the tension of the lipid bilayer membrane, can be easily screened by having the above-mentioned configuration. Has advantages.
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 "drug screening method" is also referred to as a "drug 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 formation step)
The drug screening method according to the embodiment of the present invention uses 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. .. Therefore, the drug screening method may include a lipid bilayer forming step of forming a lipid bilayer.
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 forming step in the drug screening method is described in the above [1. Methods for testing the properties of lipid bilayer membranes] section 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。 In the drug introduction step, it is sufficient that the drug can be introduced into the lipid bilayer membrane, and the method for introducing the drug is not particularly limited. For example, a method of adding a drug to oil and / or into a bubble using a micropipette or the like can be mentioned. The oil and the drug added in the bubble can be introduced into the lipid bilayer by diffusion or interaction with any component in the lipid bilayer.
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 introduce the drug more easily, it is preferable that the drug is introduced into the lipid bilayer membrane by the perfusion method. The perfusion method will be 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 the lipid bilayer membrane by injecting an arbitrary component in the vicinity of the interface between the lipid bilayer membrane and the bubble in oil (that is, the lipid bilayer membrane). .. Any injected component is 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 after the introduction of the drug, and includes an internal pressure detection step, a major / minor axis detection step, and a contact angle detection step, and includes the following formulas (1) to (5). ) To calculate the tension γ 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。
Equation (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
Equation (4) γ b2 = γ 2 × cos θ 2
Equation (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 side of the first bubble in the lipid bilayer membrane. Γ b2 is the tension of the monolayer on the side of the second bubble in the lipid bilayer)
The embodiments of the internal pressure detection step, the major / minor axis detection step, and the contact angle detection step in the tension calculation step included in the drug screening method are described in the above [1. Methods for testing the properties of lipid bilayer membranes] section 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 bilayer film is calculated. Therefore, the substantial aspect of the tension calculation step included in the present drug screening method is described in the above [1. It is the same as the mode of the tension calculation step described in the section of [Method for inspecting the characteristics of lipid bilayer membrane], and is the same as the above [1. Methods for testing the properties of lipid bilayer membranes] section 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 step)
The first drug determination step is a step of determining a 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 above reference value may be the value of the tension γ obtained through the tension calculation step before the introduction of the drug, or may be the value of the tension γ obtained through the tension calculation step after the introduction of the other drug. , Or 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。 Changes in the value of tension γ can change the function of membrane proteins present in the lipid bilayer. That is, an agent capable of altering the tension γ can regulate the function of the membrane protein (eg, increase the enzymatic activity of the membrane protein or decrease the enzymatic activity of the membrane protein). Therefore, a substance that can be a candidate for a drug that targets a membrane protein can be selected by the first drug determination step.
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-mentioned "determining a drug by comparing the tension γ obtained through the tension calculation step with a reference value" is, 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 drug is a drug capable of changing the tension γ of the lipid bilayer membrane.
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 the embodiment of the present invention preferably further includes a film thickness calculation step and a second drug determination 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 the embodiment of the present invention, that is, the drug screening method has the above-mentioned configuration, and as a characteristic of the lipid bilayer membrane, in addition to the tension of the lipid bilayer membrane, the membrane of the lipid bilayer membrane It has the advantage that drugs that change the 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 thickness calculation step is a step of calculating the thickness T of the lipid bilayer membrane after the introduction of the drug, and includes a capacitance detection step and an area detection step, and the lipid bilayer membrane is calculated from the following formula (6). This is a step of calculating the film thickness T of the above.
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。
Equation (6) T = ε m × ε 0 × A / C
(Here, ε m is the relative permittivity of the lipid bilayer film, and ε 0 is the permittivity of the vacuum.)
The aspects of the capacitance detection step and the area detection step in the film thickness calculation step included in the drug screening method are described in the above [1. Methods for testing the properties of lipid bilayer membranes] section 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 this drug screening method, the thickness T of the lipid bilayer film is calculated from the capacitance C, the area A, the relative permittivity ε m of the lipid bilayer film, and the dielectric constant ε 0 of the vacuum. It is to be calculated. Therefore, the substantial aspect of the film thickness calculation step included in the present drug screening method is described in the above [1. It is the same as the aspect of the film thickness calculation step described in the section of [Method for inspecting the characteristics of lipid bilayer membrane], and is the same as the above [1. Methods for testing the properties of lipid bilayer membranes] section 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 step)
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 above reference value may be the value of the film thickness T obtained through the film thickness calculation step before the introduction of the drug, or the value of the film thickness T obtained through the film thickness calculation step after the introduction of the other drug. It may be, or it 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 can change. That is, an agent capable of changing the film thickness T can regulate the function of the membrane protein (for example, increase the enzymatic activity of the membrane protein or decrease the enzymatic activity of the membrane protein). Therefore, a substance that can be a candidate for a drug can be selected by the second drug determination step.
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-mentioned "determining a drug by comparing the film thickness T obtained through the film thickness calculation step with a reference value" means, for example, the absolute difference between the film thickness T obtained through the film thickness calculation step and the reference value. Based on the value, it is intended to determine whether or not the administered drug is a drug capable of changing 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 for lipid bilayer properties]
Another embodiment of the present invention comprises a lipid bilayer characteristic analysis system comprising a first internal pressure detection unit, a second internal pressure detection unit, a major / minor axis-contact angle detection unit, and a tension calculation unit. offer.
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 lipid bilayer characteristic analysis system 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. 1 to 5.
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 a configuration of an
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
(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 forming part 1)
The lipid bilayer
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
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 that can be used as the
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 laminated vertically above the second bubble M2, and a
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。 Other aspects of the lipid bilayer membrane forming portion in this analysis system include the above [1. Methods for testing the properties of lipid bilayer membranes] section may 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
In the
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
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
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 it can detect the force applied to the
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 this analysis system, the first internal pressure detecting unit and the second internal pressure detecting unit are not particularly limited as long as they can detect the internal pressure ΔP of the bubble, respectively.
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。 Other aspects of the first internal pressure detection unit and the second internal pressure detection unit in this analysis system include the above [1. Method for Examining the Characteristics of Lipid Bilayer Membrane] section may be appropriately incorporated. That is, the first internal pressure detecting unit and the second internal pressure detecting unit may include a sensor provided in the bubble, and the sensor 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 major / minor diameter-contact
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 major / minor axis-contact angle detection unit 30 detects the major axis R 1 and the minor axis R 2 of the bubble, and the contact angle θ by analyzing the imaging data obtained by imaging the
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 axis R 1 , the minor axis R 2 , and / or the contact angle θ are output to the
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 major / minor axis-contact angle imaging unit may be any as long as it can acquire imaging data having a resolution capable of analyzing the major axis R 1 and the minor axis R 2 of the bubble and the contact angle θ, and a well-known configuration is used. Can be (eg, the lens of a microscope, or the microscope itself). The lens may be, for example, an objective lens used in a microscope. Therefore, the major / minor axis-contact angle image pickup unit may be composed of an objective lens and an image pickup 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 this analysis system, the major / minor axis-contact angle detection unit is not particularly limited to the above configuration as long as it can detect the major axis R 1 and the minor axis R 2 of the bubble and the contact angle θ.
(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)
The
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)。
Equation (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
Equation (4) γ b2 = γ 2 × cos θ 2
Equation (5) γ = γ b1 + γ b2
(Here, γ 1 is the tension of the lipid single membrane of the first bubble M1, γ 2 is the tension of the lipid single membrane of the second bubble M2, and γ b1 is the tension of the first bubble in the lipid bilayer membrane. Is the tension of the monolayer on the side of, and γ b2 is the tension of the monolayer on the side of the 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
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 the 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 the
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
(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
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
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
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 this analysis system, the capacitance detection unit is not particularly limited to the above configuration as long as it can detect the capacitance C of the lipid bilayer membrane.
(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
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
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
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 this 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
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。
Equation (6) T = ε m × ε 0 × A / C
(Here, ε m is the relative permittivity of the lipid bilayer film, and ε 0 is the permittivity of the vacuum.)
The film
(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。
(Use of this analysis system)
This analysis system can be used as a system for carrying out the above-mentioned method for inspecting the characteristics of a lipid bilayer membrane. In addition, this analysis system can be suitably used as a system for carrying out the above-mentioned 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, a calculation means such as a CPU executes a program stored in a storage means such as a ROM (Read Only Memory) or a RAM, and an input means such as a keyboard or an output such as a display. It can be realized by controlling a means or a communication means such as an 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, the present invention can be realized only by a computer having these means reading the recording medium on which the program is recorded and executing the program. Further, by recording the program on a removable recording medium, the above-mentioned various functions and various processes can be realized on an arbitrary 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 recording medium, a memory (not shown) such as a ROM for processing by a microcomputer may be a program medium, or a program reading device (not shown) is provided as an external storage device. It may be a program medium that can be read 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。 Further, in any case, the stored program is preferably configured to be accessed and executed by the microprocessor. Further, it is preferable that the program is read, the read program is downloaded to the program storage area of the microcomputer, and the program is executed. It is preferable that the download program is stored in the main unit in advance.
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 media is a recording medium that is separable from the main body, and is a tape system such as a magnetic tape or a cassette tape, a magnetic disk such as a flexible disk or a hard disk, or a disk such as a CD / MO / MD / DVD. Fixed including disk system, card system such as IC card (including memory card), or semiconductor memory such as mask ROM, EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), flash ROM, etc. There may be a recording medium or the like that carries the 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。 Further, if the system configuration is such that a communication network including the Internet can be connected, it is preferable that the recording medium carries the program in a fluid manner 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。 Further, when the program is downloaded from the communication network in this way, it is preferable that the program for download is stored in the main unit in advance 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。
The present inventors have found for the first time that the function of the membrane is changed by changing the characteristics of the lipid bilayer membrane. Hereinafter, in the examples, it will be demonstrated that the activity of the membrane protein embedded in the membrane changes when the tension of the lipid bilayer membrane is changed.
(operation)
(1. Preparation of lipid bilayer membrane)
First, a liposome solution (ie, a proteoliposomal solution) containing a membrane protein at a concentration of 2 mg / mL was prepared. Here, the proteoliposomal solution is a solution in which liposomes and membrane proteins are dissolved in an electrolytic solution. As the membrane protein, KcsA, which is a potassium channel, was used. The prepared proteoliposome solution was filled in two micropipettes, and then the micropipettes were inserted into a hexadecane (oil phase) filled in a container. Here, the container was placed on the stage of an inverted microscope (IX73, manufactured by Olympus Corporation). 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。 Next, the proteoliposome solution was extruded into hexadecane from each of the two micropipettes to create two bubbles covered with a single lipid membrane. The diameter of the bubble was about 100 μm. Next, the two created bubbles were brought into contact with each other by operating 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 Narikige Co., Ltd.). In addition, the internal pressure of the micropipette was controlled using a pneumatic micropipette (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, in order to measure the change in ionic current due to the action of KcsA (that is, the activity of KcsA), the pH of the proteoliposomal solution in the two bubbles was made asymmetric (
(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)
Electrodes for measuring ionic current were placed inside the micropipette. As the electrode, an Ag / AgCl metal wire electrode (E255, manufactured by Warner Instruments) was used. The ion current was measured by voltage immobilization 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 (Digitata 1550A, Molecular Devices). The sampled current signal was 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 decompression of bubble maintenance pressure)
By reducing the internal pressure of the micropipette, the maintenance pressure of the bubble is reduced (ie, decompressed). FIG. 6 shows the changes in the two bubbles covered with the lipid single membrane and the lipid bilayer membrane formed on the contact surface of the two bubbles when the maintenance pressure of the bubbles was reduced. FIG. 6A is a diagram showing changes in the shapes of the two bubbles and the lipid bilayer membrane as the maintenance pressure of the bubbles is reduced. FIG. 6B is a schematic view schematically showing FIG. 6A.
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 monolayer of the bubble increases as the maintenance pressure of the bubble is reduced. ..
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 maintenance pressure of the bubble also causes a decrease in the internal pressure of the bubble. Therefore, referring to the formulas (1) and (2) of the present invention, it can be seen that the tension of the lipid monolayer of the bubble decreases as the internal pressure of the bubble decreases. Further, referring to the formulas (3) to (5) of the present invention, it can be seen that the tension of the lipid bilayer membrane is reduced by the reduction of the tension of the lipid single membrane of the bubble.
(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 membrane protein activity due to decompression of bubble maintenance pressure)
Next, the change in the activity of the membrane protein (KcsA) with the decrease in the maintenance pressure of the bubble was evaluated by measuring the change in the ion current with the decrease in the maintenance pressure of the bubble.
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 continuing to measure the ion current over time, the maintenance pressure of the bubble was reduced at some point and the change in the ion current was evaluated. The results are shown in FIG. FIG. 7 is a graph showing the change in the ion current with the decompression of the maintenance pressure of the bubble.
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 as the maintenance pressure of the bubble was reduced. A decrease in ion current indicates a decrease in the activity of the potassium channel KcsA. Therefore, it was shown that the activity of the potassium channel KcsA decreased with the decrease in the maintenance pressure of the bubble, that is, the decrease in the tension of the lipid bilayer membrane.
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 relating to 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
1 Lipid bilayer
Claims (4)
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上記張力γを算出する張力算出工程、を含むことを特徴とする、脂質二重膜の張力γ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) This is a method for inspecting the tension γ of the lipid bilayer membrane formed on the contact surface between the first bubble covered with the lipid monolayer and the second bubble covered with the lipid monolayer.
Internal pressure detection step of detecting the internal pressure ΔP 1 of the first bubble and the internal pressure ΔP 2 of the second bubble,
A major / minor axis detection step for detecting the major axis R 11 and the minor axis R 21 of the first bubble and the major axis R 12 and the minor axis R 22 of the second bubble.
The contact angle θ 1 generated at the interface between the lipid bilayer membrane and the lipid monolayer of the first bubble, and the contact generated at the interface between the lipid bilayer membrane and the lipid monolayer of the second bubble. A contact angle detection step for detecting an angle θ 2 , and a contact angle detection step, and
Tension calculating step of following formulas (1) to (5) for calculating the tension γ of the lipid bilayer membrane, characterized in that it comprises a method for inspecting a tension γ of the lipid bilayer.
Equation (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
Equation (4) γ b2 = γ 2 × cos θ 2
Equation (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 b1 is the tension of the first lipid bilayer membrane. The tension of the monolayer on the bubble side of the above, and γ b2 is the tension of the monolayer on the side of the second bubble in the lipid bilayer).
上記第一のバブルの内圧ΔP 1 および上記第二のバブルの内圧ΔP 2 を検出する内圧検出工程、
上記第一のバブルの長径R 11 および短径R 21 、ならびに、上記第二のバブルの長径R 12 および短径R 22 、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θ 1 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θ 2 、を検出する接触角検出工程、
下記式(1)〜(5)から上記脂質二重膜の上記張力γを算出する張力算出工程、
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上記膜厚Tを算出する膜厚算出工程、を含むことを特徴とする、脂質二重膜の張力γおよび膜厚Tの検査方法。
式(1)ΔP 1 =γ 1 ×(1/R 11 +1/R 21 )
式(2)ΔP 2 =γ 2 ×(1/R 12 +1/R 22 )
式(3)γ b1 =γ 1 ×cosθ 1
式(4)γ b2 =γ 2 ×cosθ 2
式(5)γ=γ b1 +γ b2
(ここで、γ 1 は上記第一のバブルの脂質一重膜の張力であり、γ 2 は上記第二のバブルの脂質一重膜の張力であり、γ b1 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、γ b2 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)
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) This is a method for inspecting the tension γ and the thickness T of the lipid bilayer membrane formed on the contact surface between the first bubble covered with the lipid monolayer and the second bubble covered with the lipid monolayer.
Internal pressure detection step of detecting the internal pressure ΔP 1 of the first bubble and the internal pressure ΔP 2 of the second bubble,
A major / minor axis detection step for detecting the major axis R 11 and the minor axis R 21 of the first bubble and the major axis R 12 and the minor axis R 22 of the second bubble.
The contact angle θ 1 generated at the interface between the lipid bilayer membrane and the lipid monolayer of the first bubble, and the contact generated at the interface between the lipid bilayer membrane and the lipid monolayer of the second bubble. Contact angle detection step, which detects the angle θ 2,
A tension calculation step of calculating the tension γ of the lipid bilayer membrane from the following formulas (1) to (5).
Capacitance detection step for detecting the capacitance C of the lipid bilayer membrane,
An area detection step for detecting the area A of the lipid bilayer membrane, and
Thickness calculation step of the following formulas (6) to calculate the thickness T of the lipid bilayer membrane, characterized in that it comprises a method for inspecting a tension γ and thickness T of the lipid bilayer.
Equation (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
Equation (4) γ b2 = γ 2 × cos θ 2
Equation (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 b1 is the tension of the first lipid bilayer membrane. The tension of the monolayer on the bubble side of the above, and γ b2 is the tension of the monolayer on the side of the second bubble in the lipid bilayer).
Equation (6) T = ε m × ε 0 × A / C
(Here, ε m is the relative permittivity of the lipid bilayer film, and ε 0 is the permittivity of the 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上記張力γを算出する張力算出部、を備えることを特徴とする、脂質二重膜の張力γ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 an analysis system of the tension γ of the lipid bilayer membrane formed on the contact surface between the first bubble covered with the lipid monolayer and the second bubble covered with the lipid monolayer.
A first internal pressure detecting unit that detects the internal pressure ΔP 1 of the first bubble, and a second internal pressure detecting unit that detects the internal pressure ΔP 2 of the second bubble.
The major axis R 11 and minor axis R 21 of the first bubble and the major axis R 12 and minor axis R 22 of the second bubble are detected, and the lipid bilayer membrane and the first bubble 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 Angle detector, as well as
Tension calculating unit formula (1) to (5) for calculating the tension γ of the lipid bilayer membrane, characterized in that it comprises a lipid bilayer analysis system tension γ of.
Equation (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
Equation (4) γ b2 = γ 2 × cos θ 2
Equation (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 b1 is the tension of the first lipid bilayer membrane. The tension of the monolayer on the bubble side of the above, and γ b2 is the tension of the monolayer on the side of the second bubble in the lipid bilayer).
上記第一のバブルの内圧ΔP 1 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ΔP 2 を検出する第二の内圧検出部、
上記第一のバブルの長径R 11 および短径R 21 、ならびに、上記第二のバブルの長径R 12 および短径R 22 、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θ 1 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θ 2 、を検出する、長短径−接触角検出部、
下記式(1)〜(5)から上記脂質二重膜の上記張力γを算出する張力算出部、
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上記膜厚Tを算出する膜厚算出部、を備えることを特徴とする、脂質二重膜の張力γおよび膜厚Tの解析システム。
式(1)ΔP 1 =γ 1 ×(1/R 11 +1/R 21 )
式(2)ΔP 2 =γ 2 ×(1/R 12 +1/R 22 )
式(3)γ b1 =γ 1 ×cosθ 1
式(4)γ b2 =γ 2 ×cosθ 2
式(5)γ=γ b1 +γ b2
(ここで、γ 1 は上記第一のバブルの脂質一重膜の張力であり、γ 2 は上記第二のバブルの脂質一重膜の張力であり、γ b1 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、γ b2 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)
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) This is an analysis system for the tension γ and the thickness T of the lipid bilayer membrane formed on the contact surface between the first bubble covered with the lipid monolayer and the second bubble covered with the lipid monolayer.
A first internal pressure detecting unit that detects the internal pressure ΔP 1 of the first bubble, and a second internal pressure detecting unit that detects the internal pressure ΔP 2 of the second bubble.
The major axis R 11 and minor axis R 21 of the first bubble and the major axis R 12 and minor axis R 22 of the second bubble are detected, and the lipid bilayer membrane and the first bubble 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 detector,
A tension calculation unit that calculates the tension γ of the lipid bilayer membrane from the following formulas (1) to (5).
Capacitance detector for detecting the capacitance C of the lipid bilayer membrane,
An area detection unit that detects the area A of the lipid bilayer membrane, and
Thickness calculating unit that the following formulas (6) to calculate the thickness T of the lipid bilayer membrane, characterized in that it comprises the analysis system tension γ and thickness T of the lipid bilayer.
Equation (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
Equation (4) γ b2 = γ 2 × cos θ 2
Equation (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 b1 is the tension of the first lipid bilayer membrane. The tension of the monolayer on the bubble side of the above, and γ b2 is the tension of the monolayer on the side of the second bubble in the lipid bilayer).
Equation (6) T = ε m × ε 0 × A / C
(Here, ε m is the relative permittivity of the lipid bilayer film, and ε 0 is the permittivity of the vacuum).
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