人工脂质膜形成方法和人工脂质膜形成装置的制作方法

专利名称：人工脂质膜形成方法和人工脂质膜形成装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及可以在以离子通道为首的膜蛋白解析中使用的人工脂质膜的形成方 法。另外，本发明涉及适用于该方法的实施的人工脂质膜形成装置。
背景技术：
细胞内和细胞外之间的物质输送通过跨膜蛋白进行。其中，已知离子通道由于离 子通过而产生膜电位变化，因此，在通过如神经的活动电位的信号发生的信息传递中发挥 重要作用，近年来研究蓬勃进行。在1976年由Neher和Sakmann等开发了在进行离子通道研究上不可缺少的称为 膜片钳法的实验方法。在膜片钳法中，首先使称为膜片电极的微小玻璃管的前端在细胞膜 表面贴紧。以与其它区域电绝缘状态电位固定其前端开口部的微小膜区域，计测在微小膜 区域所包含的通过离子通道的离子电流。该方法的开发在通道蛋白质分子功能要素的鉴 定、其动作机制和结构阐明中发挥作用，在生理学研究中带来大革新。但是，尽管如上所述膜片钳法在生理学研究中是极其有效的方法，但也有无法适 用的情况。例如，在解剖学上难以到达时，即解析如细胞器上的通道和突触前膜的微小结构 体上的通道的情况就无法使用该方法。另外，为了深入进行通道基本结构和详细的结构功 能的相关研究而必须以单纯结构进行实验的情况也无法适用。此时，必须以单纯体系，即以 水、盐类、磷脂质、通道构成的体系解析通道分子。作为在不能适用膜片钳法时的有效手段，开发有脂质平面膜法。在脂质平面膜法 中，大致分为吹泡涂付法(泡吹t付K法)和粘合法(貼>9合法)(例如，非专利文献 1)。图18表示利用吹泡涂付法的现有的人工脂质膜的形成方法。图18中，以由特富 龙(Teflon，注册商标)、聚苯乙烯等具有疏水性表面的树脂构成的平板11分隔容器10，向 以平板11分隔的空间充满电解液12，向在平板11打开的微孔13以移液器15涂布脂质溶 液14，即以移液器15涂布脂质分子和有机溶剂的混合液。向微孔13涂布的脂质溶液14中 含有的剩余有机溶剂沿微孔13的周围边缘慢慢传递而除去。等待30分钟至3小时左右， 形成人工脂质膜。形成人工脂质膜时，有机溶剂大多使用饱和烃，例如癸烷、十六碳烷、己烷等。脂质 大多使用磷脂质。例如，使用二植烷酰基卵磷脂、油酸甘油酯等。另一方面，图19 (a)、(b)、(c)表示利用粘合法的现有的人工脂质膜的形成方法。 图19(a)中，容器20被由特富龙(注册商标)、聚苯乙烯等具有疏水性表面的树脂构成的 平板21分隔。首先，作为前处理，向在平板21上打开的微孔21涂布角鲨烯。从注入口 24 向容器20 —方的腔室加入电解液23，使电解液23的液面高度不超越微孔22下端高度。接 着，从容器20的上方向电解液23滴加脂质溶液，即滴加脂质分子25和有机溶剂的混合液， 放置数分钟。如图19(a)所示，在电解液23的气-液界面形成脂质单分子膜。脂质分子25 具有亲水性部分和疏水性部分，脂质分子25的亲水性部分向电解液23的方向取向。
然后，如图19(b)所示从注入口 24加入电解液23直至电解液23的液面高度通过微孔22上端的高度。接着，在容器20的另一方腔室中进行同样的操作。即，从注入口 27加入电解液 26，使液面高度不超越微孔22下端高度。接着，从容器20的上方向电解液26加入脂质溶 液，放置数分钟。在电解液26的气-液界面形成脂质单分子膜。然后，电解液26的液面高 度直至通过微孔22上端高度地从注入口 27加入电解液26。通过进行以上的操作，先前在 微孔22中形成的脂质单分子膜上再粘合另一方的脂质单分子膜。其结果，在微孔22中形 成人工脂质膜。但是，为了通过上述2种方法形成稳定且具有再现性的人工脂质膜中，需要十分 熟练。作为更简便的形成人工脂质膜的方法，考虑利用MEMS(Micrc) Electro Mechanical Systems，微电子机械系统)技术和半导体微细加工技术等，在小型芯片上形成人工脂质膜 的方法(例如参照专利文献1)。图20表示专利文献1中记载的现有的人工脂质膜形成装置。图20中，设有第1腔 室31和由隔壁32从第1腔室隔离的第2腔室33，在隔壁32设有连通第1腔室31和第2 腔室32的流体的至少1个小孔34。使用如20所示的人工脂质膜形成装置，如以下地形成 人工脂质膜。首先，以第1水溶液充满第1腔室31，接着以脂质溶液充满第2腔室33。通 过小孔34使第1水溶液与脂质溶液接触。再通过将在第2腔室33内的脂质溶液向第2水 溶液置换，能够在小孔34形成人工脂质膜35。另外，专利文献2中公开了别的人工脂质膜形成装置。该人工脂质膜形成装置具 备将脂质溶液导入微细流通通路的第3导入口、将含有生物相关物质等物质分别导入微通 道的第1电解液和第2电解液的第1导入口和第2导入口。这样，在第1电解液和第2电 解液的界面形成分子膜。另外，专利文献3中公开了别的人工脂质膜形成装置。该人工脂质膜形成装置覆 盖形成于基板上的微孔而形成人工脂质膜。此时，通过溶剂利用微孔的闭孔现象，形成人工 脂质膜。即，对形成有微孔的基板供给脂质溶液，基板由溶剂膨润，以微孔闭孔的状态形成 膜。此后，通过溶剂的蒸发使微孔开孔，拉伸形成的人工脂质膜。另外，该人工脂质膜形成 装置中，进行微小流动操作，使混合液和电解液进行界面移动。专利文献1 日本特开2005-098718号公报(第15页，图5)专利文献2 日本特开2005-185972号公报(第73页，图1)专利文献3 日本特开2005-245331号公报(第14页，图2)非专利文献1 冈田泰伸著《”” 実験技術法》吉冈书店，1996年9月 25 日(ρ· 133-139)

发明内容
在现有的小型芯片上实现的人工脂质膜装置复杂且耗费时间。这是由于现有的人 工脂质膜形成装置采用(1) 一次供给过剩的脂质溶液，将其排出的方法，或(2)兼用用于供 给脂质溶液和电解液的通路的方法。因此，作为排出剩余脂质溶液的方法，只能(1)设置外 部泵、阀和流量调节器，或(2)等待脂质溶液中的有机溶剂气化和展开。例如，专利文献1中，为了在微通道中依次送入电解液、脂质分子和有机溶剂的混合液，使用在微通道外部设置注射泵、隔膜泵、蠕动泵等液体输送设备。另外，专利文献2中公开的装置与专利文献1的人工脂质膜形成装置同样地使用 加压设备、流量调整设备等，供给电解液和脂质溶液。另外，专利文献3中公开的装置虽然在脂质溶液和电解液的供给能够以界面移动 进行，因而是简便的，但脂质溶液的排出必须等到溶剂气化，耗费时间。本发明目的在于解决上述以往的问题，提供简便且以短时间形成人工脂质膜的方 法和装置。
解决上述以往问题的本发明是使用人工脂质膜形成装置的人工脂质膜形成方法， 上述装置具备基板，设于上述基板的一端的第1隔片，隔着上述第1隔片而设于上述基板的第1薄膜，设于上述第1薄膜的一端的第2隔片，隔着上述第2隔片而设于上述第1薄膜的第2薄膜，和设于第2薄膜的一端的外罩；上述基板和上述第1薄膜之间具备第1腔室，上述第1薄膜具备贯通两面的第1贯通孔，上述第1薄膜和上述第2薄膜之间具备第2腔室，上述第2薄膜具备贯通两面的第2贯通孔，在上述外罩中具备向上述第2贯通孔连接的注入口，从俯视角度看，上述第1贯通孔与上述第2贯通孔重合，上述第1腔室通过上述第1贯通孔和上述第2贯通孔与上述注入口连接；上述方法依次包括向上述第1腔室注入电解液的第1电解液注入工序，经过上述第2腔室，向上述第1贯通孔或上述第2贯通孔的至少一方注入脂质溶 液的脂质溶液注入工序，和向上述注入口注入电解液，在注入了上述脂质溶液的贯通孔内部形成人工脂质膜 的第2电解液注入工序。另外，本发明是人工脂质膜形成装置，上述装置具备基板，设于上述基板的一端的第1隔片，隔着上述第1隔片而设于上述基板的第1薄膜，设于上述第1薄膜的一端的第2隔片，隔着上述第2隔片而设于上述第1薄膜的第2薄膜，和设于第2薄膜的一端的外罩；上述基板和上述第1薄膜之间具备第1腔室，上述第1薄膜具备贯通两面的第1贯通孔，上述第1薄膜和上述第2薄膜之间具备第2腔室，上述第2薄膜具备贯通两面的第2贯通孔，
在上述外罩中具备向上述第2贯通孔连接的注入口，从俯视角度看，上述第1贯通孔与上述第2贯通孔重合，
上述第1腔室通过上述第1贯通孔和上述第2贯通孔与上述注入口连接。本发明中，优选上述第1薄膜、第1隔片和上述第2薄膜一体性地形成。本发明中，优选上述第1贯通孔具有和上述第2贯通孔截面积相同的截面积。本发明中，优选从俯视角度看上述注入口与所述第1腔室重合。本发明中，优选上述第1腔室的外周面具有亲水性。本发明中，优选上述第2腔室的外周面具有疏水性。
本发明中，优选上述注入口的外周面具有亲水性。本发明中，优选上述第1腔室和上述注入口中的至少一方具备电极。本发明中，优选上述第1腔室和上述注入口中的至少一方具备传感器。本发明中，优选上述第1电解液注入工序中，利用毛细管现象向上述第1腔室注入 上述电解液。本发明中，优选上述脂质溶液注入工序中，利用毛细管现象向上述第1贯通孔或 上述第2贯通孔的至少一方注入上述脂质溶液。本发明中，优选在分析装置中使用如权利要求1记载的人工脂质膜形成方法。本发明的上述目的、其它目的、特征和优点，通过参照附图而由以下适合的实施方 式的详细说明得到明确。发明的效果根据本发明的人工脂质膜形成方法和人工脂质膜形成装置，能够向贯通孔导入适 量的脂质溶液，因此，可以不设置用于排出剩余脂质溶液的排出口，也不必设置外部泵。另 夕卜，也不必长时间等待直至人工脂质膜形成。其结果，能够以比现有的人工脂质膜形成装置 更简便且以短时间形成人工脂质膜。


图1是本发明的实施方式1中的人工脂质膜形成装置的截面图。图2是本发明的实施方式1中的人工脂质膜形成装置的分解斜投影图。图3是本发明的实施方式1中的人工脂质膜形成装置的斜投影图。图4是本发明的实施方式1中的人工脂质膜形成装置的放大图。图5是本发明的实施方式1中的第1贯通孔和第2贯通孔的放大图。图6是本发明的实施方式1中的人工脂质膜形成装置的动作图。图7是本发明的实施方式1中的第2电解液注入工序的说明图。图8是本发明的实施方式2中的人工脂质膜形成装置的截面图和斜投影图。图9是本发明的实施方式2中的人工脂质膜形成装置的分解斜投影图。图10是本发明的实施方式3中的人工脂质膜形成装置的截面图和斜投影图。图11是本发明的实施方式4中的人工脂质膜形成装置的截面图和斜投影图。图12是本发明的实施方式5中的人工脂质膜形成装置的截面图和斜投影图。图13是本发明实施例中的人工脂质膜的显微镜照片。图14是表示在本发明实施例中的人工脂质膜流过的电流过度应答的图表。
图15是表示比较例中的人工脂质膜形成装置的图。图16是比较例中的人工脂质膜的显微镜照片。图17是人工脂质膜形成率的比较图。图18是现有的人工脂质膜形成装置(吹泡涂付法)的模式图。图19是现有的人工脂质膜形成装置(粘合法)的模式图。图20是现有的人工脂质膜形成装置(专利文献1)的模式图。符号说明10 容器11 平板12 电解液13 微孔14脂质溶液15移液器20 容器21 平板22 微孔23 电解液24 注入口25脂质分子26 电解液27 注入口31 第1腔室32 隔壁33 第2腔室34 小孔35 人工脂质膜100人工脂质膜形成装置101 基板102 第 1 隔片103 第 1 薄膜104 第 2 隔片105 第 2 薄膜106 夕卜罩107 第 1 腔室108第1贯通孔108a、108b 截面109 第 2 腔室110第2贯通孔IlOaUlOb 截 面
IlOc内壁面111第 1 开口112第 2 开口113注入口113a内壁面114第1腔室的高度115第2腔室的高度120第1腔室的宽度121第1腔室的长度122第1贯通孔的直径123第2腔室的宽度124第2腔室的长度125第2贯通孔的直径126第3腔室的宽度127第3腔室的长度130第1开口伸出部的长度131第1开口伸出部的宽度132第2开口伸出部的长度133第2开口伸出部的宽度134注入口的直径191第1伸出部192第2伸出部193第3伸出部201第 3 隔片202第 3 腔室203第3腔室的高度204注入口伸出部的长度205注入口伸出部的宽度301第1电解液302脂质溶液303第2电解液401、40 la、40 Ib 电极402传感器403电极501区域601第 1 腔室602薄膜603贯通孔
604特富龙(注册商标)膜
605 注入口606 薄膜607 玻璃基板 608 区域
具体实施例方式(实施方式1)以下，边参照图面边说明本发明的实施方式。图1 图3是在本发明的实施方式1中的人工脂质膜形成装置的截面图、分解斜 投影图和斜投影图。本实施方式中，人工脂质膜形成装置100具备基板101。基板101的材料最优选玻 璃。玻璃可以是钠钙玻璃，也可以是石英、硼硅酸玻璃、低熔点玻璃、感光性玻璃等。另外， 基板101可以是硅、氧化铝等其它无机材料，也可以是聚乙烯、聚丙烯、氯乙烯等有机材料， 也可以是其它有机材料。基板101的材料也可以组合多种材料。优选基板101外周面的至 少一部分具有亲水性表面。为了使基板101外周面的至少一部分具有亲水性，可以进行氧 等离子体处理，也可以以亲水性材料包覆。另外，也可以进行一般已知的其它亲水处理。从 光学计测的观点出发，优选基板101是透明的。另外，本发明中，基板101的形状不受限定。在基板101上设有第1隔片102。第1隔片102的材料可以是有机材料，也可以是 无机材料。有机材料最优选特富龙(注册商标)，也可以是聚砜、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲 酯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、氯乙烯、聚二甲基硅氧烷等有机聚合物。可以使用聚乙 烯、聚丙烯、氯乙烯等的塑料，使用有机材料时，也可以使用硅类、环氧类、乙烯基类粘合剂 和包含光致抗蚀剂、聚酰亚胺的感光性有机材料等。使用无机材料时优选玻璃。玻璃可以是钠钙玻璃，也可以是石英、硼硅酸玻璃、低 熔点玻璃等。使用其它无机材料时，也可以是硅、氧化硅、氧化铝、氮化硅等。第1隔片102 的材料也可以组合多种材料。优选第1隔片102外周面的至少一部分具有亲水性表面。优选对第1隔片102进 行亲水处理。为了使第1隔片102外周面的至少一部分具有亲水性，可以进行氧等离子体处 理，也可以以亲水性材料包覆。另外，也可以进行一般已知的其它亲水处理。另外，本发明 中，第1隔片102的形状不受限定。但是，一般地第1隔片102沿着基板101的外周设置。第1薄膜103设于第1隔片102上。S卩，在基板101和第1薄膜103之间设有第 1隔片102。第1薄膜103的材料优选有机材料。有机材料最优选特富龙(注册商标)，但 也可以是聚砜、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、氯乙烯、聚 二甲基硅氧烷、聚对二甲苯等有机聚合物。作为其它有机材料，也可以使用硅类、环氧类、乙 烯基类的粘合剂和包含光致抗蚀剂、聚酰亚胺的感光性有机材料等。第1薄膜103可以以玻璃、氧化硅、氧化铝等无机材料为基材，以特富龙(注册商 标)、聚砜、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、氯乙烯、聚二甲 基硅氧烷、聚对二甲苯等有机聚合物和硅类、环氧类、乙烯基类的粘合剂和包含光致抗蚀 齐U、聚酰亚胺的感光性有机材料、包含烃的自组装膜(SAM膜)等包覆。第1薄膜103的材 料可以组合多种材料。
优选第1薄膜103外周面的至少一部分具有疏水性表面。这是由于由第1薄膜103的疏水性表面保持脂质分子的疏水部分，人工脂质膜变得稳定。第1薄膜103的厚度优选为50nm以上IOmm以下、更优选为1 μ m以上Imm以下。在第1薄膜103上设有第2隔片104。S卩，在第2隔片104和第1隔片102之间设 有第1薄膜103。第2隔片104的材料可以是有机材料，也可以是无机材料。有机材料最优 选特富龙(注册商标)，也可以是聚砜、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯、聚对苯二甲 酸乙二醇酯、氯乙烯、聚二甲基硅氧烷等有机聚合物。也可以是聚乙烯、聚丙烯、氯乙烯等的 塑料。使用有机材料时，也可以使用硅类、环氧类、乙烯基类的粘合剂和包含光致抗蚀剂、聚 酰亚胺的感光性有机材料等。使用无机材料时，优选玻璃。玻璃可以是钠钙玻璃，也可以是石英、硼硅酸玻璃、低 熔点玻璃等。使用其它无机材料时，也可以是硅、氧化硅、氧化铝、氮化硅等。第2隔片104 的材料也可以组合多种材料。优选第2隔片104外周面的至少一部分具有亲水性表面。优选亲水处理第2隔片104。为了使第2隔片104外周面的至少一部分具有亲水 性，可以进行氧等离子体处理，也可以以亲水性材料包覆。另外，也可以进行一般已知的其 它亲水处理。另外，本发明中，第2隔片104的形状不受限定。但是，一般地，第2隔片104 沿着基板101的外周设置。第2薄膜105设于第2隔片104上。S卩，在第2薄膜105和第1薄膜103之间设 有第2隔片104。第2薄膜105的材料优选有机材料。有机材料优选塑料。有机材料最优 选特富龙(注册商标)，也可以是聚砜、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯、聚对苯二甲 酸乙二醇酯、氯乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚对二甲苯等有机聚合物。作为其它有机材料，也可 以使用硅类、环氧类、乙烯基类的粘合剂和包含光致抗蚀剂、聚酰亚胺的感光性有机材料。第2薄膜105可以以玻璃、氧化硅、氧化铝等无机材料为基材，以特富龙(注册商 标)、聚砜、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、氯乙烯、聚二甲 基硅氧烷、聚对二甲苯等有机聚合物和硅类、环氧类、乙烯基类的粘合剂和包含光致抗蚀 齐U、聚酰亚胺的感光性有机材料、包含烃的自组装膜(SAM膜)等包覆。第2薄膜105的材 料可以组合多种材料。优选第2薄膜105外周面的至少一部分具有疏水性表面。这是由于由第2薄膜 105的疏水性表面保持脂质分子的疏水部分，人工脂质膜变得稳定。第2薄膜105的厚度优选为50nm以上IOmm以下，更优选为1 μ m以上Imm以下。外罩106设于第2薄膜105上。S卩，在外罩106和第2隔片104之间设有第2薄 膜105。外罩106的材料优选有机材料。有机材料优选聚二甲基硅氧烷。有机材料可以是 聚砜、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、氯乙烯、聚二甲基硅 氧烷、聚对二甲苯等有机聚合物。另外，也可以使用包含光致抗蚀剂、聚酰亚胺的感光性有 机材料。外罩106可以是玻璃、氧化硅、氧化铝等无机材料。优选外罩106外周面的至少一 部分具有亲水性表面，但也可以具有疏水性表面。外罩106的材料可以组合多种材料。从 光学计测的观点出发，优选外罩106是透明的。另外，本发明中，外罩106的形状不受限定。第1腔室107形成于基板101和第1薄膜103之间。第1腔室107的高度114优 选IOnm以上IOOmm以下，更优选IOnm以上Imm以下。图2中，第1腔室107的宽度120优选IOnm以上100_以下，更优选1 μ m以上5mm以下。第1腔室107的长度121优选IOnm 以上IOOmm以下，更优选1 μ mn以上5mm以下。第1腔室107的高度114在第1腔室107内可以全部相同，也可以不同。第1腔 室107的宽度120和第1腔室107的长度121，在第1腔室107内可以全部相同，也可以不 同。另外，本发明中，第1腔室107的形状不受限定。第1腔室107的形状最优选长方体， 但也可以是圆柱、三棱柱等其它形状。第1贯通孔108以贯通第1薄膜103的两面的方式形成。最优选从第1薄膜103 的法线方向眺望第1贯通孔108时，第1贯通孔108的形状为圆形。另外，第1贯通孔108 的形状也可以是椭圆形、正方形、长方形、菱形、六边形、多边形等其它形状。第1贯通孔108的直径122优选IOnm以上1謹以下，更优选2 μ m以上200 μ m以
下。 第1贯通孔108的加工方法可以是切削加工、冲压加工等机械加工，也可以是石版 印刷、蚀刻、喷砂处理、激光蚀刻、纳米压印等。优选第1贯通孔108的内壁是平坦的，但也可以设有沟结构和凹凸结构等。第1贯通孔108的数量最优选为1个，但也可以是2个以上。设有2个以上第1 贯通孔108时，第1贯通孔108的形状可以全部相同，也可以不同。另外，设有2个以上第 1贯通孔108时，第1贯通孔108的直径122可以全部相同，也可以不同。第2腔室109形成于第1薄膜103和第2薄膜105之间。第2腔室109通过第1 贯通孔108与第1腔室107连接。第2腔室109的高度115优选IOnm以上Imm以下，更优 选IOnm以上10 μ m以下。图2中，第2腔室109的宽度123优选IOm以上IOOmm以下，更优 选1 μ m以上5mm以下。第2腔室109的长度124优选IOnm以上100謹以下，更优选1 μ m 以上5mm以下。第2腔室109的高度115在第2腔室109内可以全部相同，也可以不同。例如，第 2腔室109的高度115从开口部分向远离方向减少时，脂质溶液可以向一个方向注入，故而 优选。第1贯通孔108和第2贯通孔110外周边附近高度减少时，能够抑制剩余的脂质溶 液注入，故而优选。第2腔室109的宽度123和第2腔室109的长度124在第2腔室109内可以全部 相同，也可以不同。另外，本发明中，第2腔室109的形状不受限定。最优选第2腔室109 的形状为长方体，但也可以是圆柱、三棱柱等其它形状。为了控制脂质溶液的注入，也可以 在第2腔室109的内壁设有沟结构和凹凸结构。第2贯通孔110以贯通第2薄膜105的两面的方式形成。最优选从第2薄膜105 的法线方向眺望第2贯通孔110时，第2贯通孔110的形状为圆形。第2贯通孔110的形 状也可以是椭圆形、正方形、长方形、菱形、六边形、多边形等其它形状。第2贯通孔110的直径125优选IOnm以上1謹以下，更优选2 μ m以上200 μ m以 下。第2贯通孔110的直径125优选与第1贯通孔108的直径122相同，但也可以不同。第2贯通孔110的加工方法，可以是切削加工、冲压加工等机械加工，也可以是石 版印刷、蚀刻、喷砂处理、激光蚀刻、纳米压印等。优选第2贯通孔110的内壁是平坦的，但也可以设有沟结构和凹凸结构等。第2贯通孔110的数量最优选为1个，但也可以是2个以上。设有2个以上第2贯通孔110时，第2贯通孔110的形状可以全部相同，也可以不同。另外，设有2个以上第 2贯通孔110时，第2贯通孔110的直径125可以全部相同，也可以不同。优选第1贯通孔108与第2贯通孔110的形状相同。在以下详细叙述第1贯通孔 108和第2贯通孔110的形状。图4(a) (c)是本发明的实施方式1中的人工脂质膜形成 装置的第1贯通孔108和第2贯通孔110周边的放大图。另外，图4(a) (c)中，为了容 易说明，只表示第1薄膜103和第2薄膜105。如图4(a)所示，最优选第1贯通孔108和第2贯通孔110为圆柱形。优选第1贯 通孔108和第2贯通孔110为同样大小。优选第1贯通孔108的截面108b的面积与第2 贯通孔110的截面IlOa的面积几乎相同，从而容易注入脂质溶液。第1贯通孔108的截面 108b的直径优选IOnm以上以下，更优选2 μ m以上200 μ m以下。第2贯通孔110的截 面IlOa的直径优选IOnm以上Imm以下，更优选2 μ m以上200 μ m以下。如图4(b)所示，第1贯通孔108和第2贯通孔110的至少一方可以是梯形柱型。 第1贯通孔108和第2贯通孔110也可以是同样大小。优选第1贯通孔108的截面108b 的面积与第2贯通孔110的截面IlOa的面积几乎相同。优选第1贯通孔108的截面108b 的面积小于第1贯通孔108的截面108a的面积。优选第2贯通孔110的截面IlOa的面积 小于第2贯通孔110的截面IlOb的面积。如图4(c)所示，第1贯通孔108和第2贯通孔110也可以是梯形柱型。优选第1 贯通 孔108的截面108b的面积与第2贯通孔110的截面IlOa的面积几乎相同。优选第1 贯通孔108的截面108b的面积大于第1贯通孔108的截面108a的面积。优选第2贯通孔 110的截面IlOa的面积小于第2贯通孔110的截面IlOb的面积。另外，为了简单，如图4(a) (c)所示，仅说明第1贯通孔108和第2贯通孔110 的形状为圆柱形的情况。但是，其它形状也是同样的。优选第1贯通孔108和第2贯通孔110设于重叠的位置。在以下详细叙述第1贯 通孔108和第2贯通孔110的位置关系。图5(a) (c)是本发明的实施方式1中的人工 脂质膜形成装置的从第1薄膜103和第2薄膜105的法线方向观察的第1贯通孔108和第 2贯通孔110的放大图。另外，在图5(a) (c)中，为了容易说明，只表示第1贯通孔108 和第2贯通孔110。如图5(a)所示，最优选第1贯通孔108与第2贯通孔110 —致。另外，本段落的 说明中，为了简单，使第1贯通孔108和第2贯通孔110的形状为圆柱形。如图5(b)所示，第1贯通孔108和第2贯通孔110可以一部分重叠。图5(b)中， 第1贯通孔108的直径小于第2贯通孔110的直径。另外，第1贯通孔108的直径也可以 大于第2贯通孔110的直径。如图5(c)所示，第1贯通孔108的中心位置可以与第2贯通孔110的中心位置不 同。另外，此时第1贯通孔108的直径也可以与第2贯通孔110的直径不同。另外，设有多个第1贯通孔108和第2贯通孔110时，这些孔的排列可以是直线状、 也可以是圆周状、放射状、正方格子状、三角格子状等。如图1所示，第1开口 111形成于基板101和第1薄膜103的一端。优选通过使 基板101端部和第1薄膜103端部位置不同而形成第1伸出部191，形成第1开口 111。图 3所示的第1开口 111的第1伸出部191的长度130优选Imm以上IOmm以下。第1开口Ill的第1申出部191的宽度131优选Imm以上20mm以下。如图3所示，第1开口 111可 以是平坦的，也可以具备沟结构和凹凸结构，使液体容易注入。第2开口 112形成于第1薄膜103和第2薄膜105的一端。如图1所示，优选通 过使第1薄膜103端部和第2薄膜105端部的位置不同而形成第2伸出部192，形成第2开 口 112。图3所示的第2开口 112的第2伸出部192的长度132优选Imm以上IOmm以下。 第2开口 112的第2伸出部192的宽度133优选Imm以上20mm以下。如图3所示，第2开 口 112可以是平坦的，也可以具备沟结构和凹凸结构，使液体容易注入。注入口 113形成于外罩106的一端。注入口 113通过第2贯通孔110与第2腔室 109连接。如图1所示，优选贯通外罩106。如图3所示，优选注入口 113的形状为圆柱形， 但也可以是其它形状。注入口 113的形状是圆柱形时，注入口 113的直径134优选0.5mm 以上2mm以下。基板 101和第1隔片102可以是一体的。第1隔片102和第1薄膜103可以是一 体的。第1薄膜103和第2隔片104可以是一体的。第1隔片102和第1薄膜103与第2 隔片104可以是一体的。第1薄膜103和第2隔片104与第2薄膜105可以是一体的。第 2隔片104和第2薄膜105可以是一体的。第2薄膜105和外罩106可以是一体的。优选基板101、第1隔片102、第1薄膜103、第2隔片104、第2薄膜105、外罩106 在叠层后粘合。可以使用粘合剂粘合各层，也可以加热熔接。可以通过两块板包夹叠层的 各层而利用螺栓固定，也可以以其它方法粘合。接着说明人工脂质膜的形成步骤。图6表示本发明的实施方式1中的人工脂质膜 形成装置的动作图。另外，图6中，对与图1 图3同样的结构使用同一符号，省略其说明。首先，图6(a)和(b)表示第1电解液注入工序。在第1电解液注入工序中，从第 1开口 111向第1腔室107注入第1电解液301。第1电解液301优选含有KCl，更优选等 渗的KCl液。优选第1电解液301为细胞内的生理条件。pH优选7附近。pH的调节中可 以使用HEPES等缓冲液等。或者也可以使用电生理实验中所使用的一般溶液。Ca2+浓度优 选为10 ΙΟΟηΜ。在Ca浓度的调节中可以使用EGTA等Ca2+螯合剂。最优选注入的第1电 解液301的液量与第1腔室107的容积同样程度，但可以小于第1腔室107的容积，也可以 大于第1腔室107的容积。在第1电解液注入工序中，最优选利用毛细管现象向第1腔室107注入第1电解 液301，但可以以第1电解液301的自重注入，也可以以其它方法注入。图6(a)和(b)表示 利用毛细管现象向第1腔室107注入第1电解液301的情况。在利用毛细管现象注入第1 电解液301时，如图6(a)所示，第1电解液301从第1开口 111向第1贯通孔108依次注 入。然后，如图6(b)所示，第1腔室107的内部被第1电解液301充满。在利用毛细管现 象向第1腔室107注入第1电解液时，优选基板101外周面的至少一部分被亲水处理。优 选在基板101的外周面中与第1电解液301接触的部分被亲水处理。优选对基板101的外 周面中第1贯通孔108的附近进行亲水处理。在第1电解液注入工序中，可以包括检出向第1腔室107注入第1电解液301完 成的工序。为了检出向第1腔室107注入第1电解液301完成，可以利用光学显微镜进行 观察。可以在第1腔室107中设有多个电极，测定电传导度而检出。也可以使用其它一般 的检出电解液存在的方法。
接着，图6(c)表示脂质溶液注入工序。在脂质溶液注入工序中，从第2开口 112 向第2腔室109注入脂质溶液302。在脂质溶液注入工序中，最优选经过第2腔室109向 第1贯通孔108注入脂质溶液302。在脂质溶液注入工序中，可以通过第2腔室109向第1 贯通孔108和第2贯通孔110注入脂质溶液302。在脂质溶液注入工序中，也可以通过第2 腔室109向第2贯通孔110注入脂质溶液302。 脂质溶液302优选在有机溶剂中分散脂质的脂质溶液。脂质最优选磷脂质。另外， 脂质可以是糖脂质，也可以是脂质('J #脂質)，也可以是其它脂质。脂质可以是卵磷脂，也 可以是其它天然由来的脂质，也可以是合成脂质。合成脂质容易以高纯度且化学稳定地得 至IJ，故而更优选。具体地，可以是作为磷酸脂的二植酰烷基卵磷脂、油酸甘油酯、卵磷脂、磷 脂酰乙醇胺、磷脂酰丝氨酸、二棕榈酰磷脂酰胆碱，也可以是其它磷酸酯。另外，脂质分子的 脂肪酸部分优选碳原子数为10至20的饱和脂肪酸或不饱和脂肪酸。这些脂质可以单独使 用，也可以2种以上混合使用。另外，脂质相对于有机溶剂的浓度优选为3 50mg/mL，更优 选为4 40mg/mL。在脂质溶液302中，除了脂质和有机溶剂以外，可以混合在人工脂质膜上具有正 表面电荷的物质。优选人工脂质膜的表面电荷为负电荷。为了使人工脂质膜具有电荷，可 以混合磷脂酰丝氨酸、磷脂酰肌醇等。用于使人工脂质膜具有电荷的物质，可以在脂质溶液 注入工序前预先混合，也可以在脂质溶液注入工序后混合。另外，本发明中，用于使人工脂 质膜具有电荷的物质量不受限定。在脂质溶液302中，除了脂质和有机溶剂以外，可以混合受体、离子通道、G蛋白质 等生物膜蛋白质和分泌蛋白质。在脂质溶液303中也可以混合短杆菌肽等的多肽。生物膜 蛋白质和分泌蛋白质、多肽等可以只混合1种，也可以混合多种。生物膜蛋白质和分泌蛋白 质、多肽等也可以在脂质溶液注入工序前预先混合。生物膜蛋白质和分泌蛋白质、多肽等也 可以在人工脂质膜形成工序后混合。另外，在人工脂质膜形成工序后混合生物膜蛋白质和分泌蛋白质等时，可以在囊 包中一次性组合生物膜蛋白质和分泌蛋白质等，将囊包向人工脂质膜融合，也可以使用公 知的混合技术。在人工脂质膜形成工序后混合时，可以在人工脂质膜形成装置100中设有 用于混合生物膜蛋白质和分泌蛋白质、多肽等的结构。在脂质溶液注入工序中，最优选利用毛细管现象向第2腔室109注入脂质溶液 302。在脂质溶液注入工序中，可以利用脂质溶液302的自重向第2腔室109注入脂质溶液 302，也可以以其它方法注入。在脂质溶液注入工序中，优选在第1电解液301充满第1腔室107后，开始向第2 腔室109注入脂质溶液302。在脂质溶液注入工序中，可以包括检出向第2腔室109注入脂质溶液302完成的 工序。为了检出向第2腔室109注入脂质溶液302完成，可以利用光学显微镜进行观察。也 可以使用其它的一般的检出有机溶剂或脂质溶液存在的方法。接着，图6(d)表示第2电解液注入工序。在第2电解液注入工序中，向注入口 113 注入第2电解液303。第2电解液303优选含有KC1，更优选等渗的KCl液。优选第2电解 液303为细胞内的生理条件。pH优选7附近。在pH的调节中可以使用HEPES等缓冲液等。 Ca2+浓度优选为10 ΙΟΟηΜ。在Ca浓度的调节中可以使用EGTA等Ca2+螯合剂等。最优选注入的第2电解液303的液量与注入口 113的容积同样程度，但可以小于注入口 113的容 积，也可以大于注入口 113的容积。第2电解液303可以与第1电解液301相同，也可以不同。在第2电解 液注入工序中，优选向注入口 113滴加适量的第2电解液303。图7 (a) 和(b)表示在第2电解液注入工序中向注入口 113注入第2电解液303的情况。如图7(a) 所示，向注入口 113滴加第2电解液303时，优选沿着注入口 113的内壁面113a注入第2 电解液303，使在第1贯通孔108形成的脂质溶液302的膜不受破坏。优选注入口 113的 内壁面113a倾斜。优选第2贯通孔110的内壁面IlOc倾斜。如图7 (b)所示，第2贯通孔 110的内壁面IlOc可以倾斜。注入口 113的内壁面113a和第2贯通孔110的内壁面IlOc 的倾斜角可以相同，也可以不同。为了容易地注入第2电解液303，优选注入口 113的内壁 面113a被亲水处理。为了容易地注入第2电解液303，优选第2贯通孔110的内壁面IlOc 被亲水处理。注入口 113的内壁面113a可以是平坦的，也可以具备沟结构和凹凸结构，使 第2电解液303容易注入。在第2电解液注入工序中，优选在以脂质溶液302充满第1贯通孔108后开始第2 电解液303的注入。在第2电解液注入工序中，优选在以脂质溶液302充满第1贯通孔108 和第2贯通孔110后开始第2电解液303的注入。在第2电解液注入工序中，优选在以脂 质溶液302充满第2贯通孔110后开始第2电解液303的注入。在第2电解液注入工序中，可以包括检出向注入口 113注入第2电解液303完成 的工序。为了检出向注入口 113注入第2电解液303完成，可以利用光学显微镜进行观察。 可以在注入口 113设有多个电极，测定电传导度而检出。也可以使用其它一般的检出电解 液存在的方法。这样操作而在第1贯通孔108形成人工脂质膜。也可以在第1贯通孔108和第2 贯通孔110形成人工脂质膜。也可以只在第2贯通孔110形成人工脂质膜。最优选人工脂 质膜为脂质双层膜。这里，利用第2电解液303的自重，从脂质溶液302的薄膜除去有机溶 齐U。优选剩余的有机溶剂沿着第1薄膜103和第2薄膜105的至少一方的外周面而除去。 为了促进有机溶剂的除去，可以在第1薄膜103和第2薄膜105的至少一方的外周面，在第 1贯通孔108和第2贯通孔110的附近设有沟结构和凹凸结构等控制微小流体的结构。另 夕卜，可以在第1薄膜103和第2薄膜105的至少一方的外周面，在第1贯通孔108和第2贯 通孔110的附近设有沟结构和凹凸结构等控制微小流体的结构，使有机溶剂的除去不过度 进行。在人工脂质膜形成工序中，可以包括检出人工脂质膜形成的工序。未来检出人工 脂质膜的形成，可以利用光学显微镜进行观察，也可以测定人工脂质膜的吸光度。可以在第 1腔室107和注入口 113上设有多个电极，测定人工脂质膜的膜电阻和膜容量、膜电流等，也 可以测定其它电特性。根据这样的结构和动作步骤，(1)由于可以向贯通孔注入适量的脂质溶液，因此， 不需要使用外部泵排出剩余的脂质溶液，(2)由于分别设有注入脂质溶液的通路和注入电 解液的通路，因此，不需要将脂质溶液置换为电解液，因此，可以简便且以短时间形成人工 脂质膜。本实施方式中，可以面向图1所示的方向设置人工脂质膜形成装置100使之动作，也可以面向其它方向使之动作。也可以在纸面内使图1所示的人工脂质膜形成装置100向逆时针方向旋转90度地设置，使之动作。本实施方式中，从第1电解液注入工序到人工脂质膜形成工序的一系列工序，优 选在20°C以上60°C以下进行，更优选在25°C以上40°C以下进行。本实施方式中，优选在分析装置采用上述的人工脂质膜形成方法。分析装置可以 在临床检查用分析装置、电化学分析装置、气体分析装置、味觉分析装置、神经生理解析装 置、离子通道解析装置、离子通道功能解析装置、药物筛选分析装置、生物传感器装置等中 使用。(实施方式2)以下，边参照图面边说明本发明的实施方式2中的人工脂质膜形成方法。图8(a)和(b)是实施方式2中的人工脂质膜形成装置的截面图和斜投影图。另 夕卜，本实施方式中，对与实施方式1相同的部分使用同一符号，省略其详细的说明。本实施方式与实施方式1的不同点在于注入口 113的形状。另外，本实施方式与 实施方式1的不同点在于第2电解液注入工序。如图8(a)所示，人工脂质膜形成装置100具备第3隔片201。在第3隔片201的 一端有外罩106。在第2薄膜105和外罩106之间形成第3腔室202。第3腔室202的高 度203优选IOnm以上IOOmm以下，更优选IOnm以上Imm以下。第3腔室202的高度203 在第3腔室202内可以相同，也可以不同。图9是本发明的实施方式2中的人工脂质膜形成装置的分解斜投影图。第3腔室 202的宽度126和第3腔室202的长度127在第3腔室202内可以相同，也可以不同。另 夕卜，本发明中，第3腔室107的形状不受限定。最优选第3腔室107的形状为长方体，但也 可以是圆柱、三棱柱等其它形状。第3腔室202的宽度126优选IOnm以上100謹以下，更优选1 μ m以上5mm以下。 第3腔室202的长度127优选IOnm以上IOOmm以下，更优选1 μ m以上5mm以下。如图8(a)所示，注入口 113形成于第2薄膜105和外罩106的一端。优选通过使 第2薄膜105和外罩106的端部位置不同而形成第3伸出部193，形成注入口 113。图8 (b) 所示的注入口 113的第3伸出部193的长度204优选Imm以上IOmm以下。注入口 113的 第3伸出部193的宽度205优选Imm以上20mm以下。如图8(b)所示，注入口 113可以是 平坦的，也可以具备沟结构和凹凸结构，使液体容易注入。第2电解液注入工序优选利用毛细管现象从注入口 113向第3腔室202注入适量 的第2电解液303。利用毛细管现象向第3腔室202注入第2电解液303时，优选外罩106 外周面的至少一部分被亲水处理。优选外罩106的外周面中与第2电解液303接触的部分 被亲水处理。优选对外罩106的外周面中第2贯通孔110的附近进行亲水处理。为了对外 罩106外周面的至少一部分进行亲水处理，可以进行氧等离子体处理，也可以以亲水性材 料包覆。另外，也可以进行一般已知的其它亲水处理。本实施方式中，可以面向如图8(a)所示的方向设置人工脂质膜装置100使之动 作，也可以面向其它方向使之动作。也可以在纸面内使图8(a)所示的人工脂质膜装置100 向逆时针方向旋转90度地设置，也可以使之动作。根据本实施方式的结构，由于在(1)开口指向同一方向，(2)向第3腔室202注入第2电解液303时，能够利用毛细管现象，因此，能够容易地注入溶液，作为其结果，能够简 便地形成人工脂质膜。(实施方式3) 以下，边参照图面边说明本发明的实施方式3中的人工脂质膜形成方法。图10(a)和(b)是实施方式3中的人工脂质膜形成装置的截面图和斜投影图。另 夕卜，本实施方式中，对与实施方式1相同的部分使用同一符号，省略其详细的说明。本实施方式与实施方式1的不同点在于第1开口 111和第2开口 112的形状。本实施方式中，如图10(a)所示，第1开口 111可以是在第1薄膜103和第2薄膜 105与外罩106上形成的贯通孔。本实施方式中，如图10(b)所示，第2开口 112可以是在第2薄膜105和外罩106 上形成的贯通孔。根据本实施方式的结构，由于(1)开口指向同一方向，(2)能够缩小开口和注入 口，溶液难以蒸发，因此，作为其结果，能够简便地形成人工脂质膜。(实施方式4)以下，边参照图面边说明本发明的实施方式4中的人工脂质膜形成方法。图11是实施方式4中的人工脂质膜形成装置的截面图和斜投影图。另外，本实施 方式中，对与实施方式1相同的部分使用同一符号，省略其详细的说明。本实施方式与实施方式1的不同点在于在第1腔室107和注入口 113设有电极 401。本实施方式中，电极401可以是1个，也可以是多个。优选电极401是适合于电化 学测定的电极。优选为非分极性的电极。电极401最优选Ag/AgCl电极，但也可以是饱和 甘汞电极、氢电极等。或者，电极401可以是Ag电极、Pt电极、Au电极等金属电极，也可以 是碳电极、石墨电极、碳纳米管电极等。可以使用电极401测定人工脂质膜的电导率、电容量。另外，也可以使用电极401测定第1电解液301或第2电解液303所含有的离子、 酶、反应生成物、基质等化学物质。另外，本发明中，电极形状、大小不受限定。电极401的位置处于第1腔室107和注入口 113，更优选设于第1贯通孔108和 第2贯通孔110的附近。如图11所示，在第1腔室107和注入口 113分别设置电极401a、 401b时，可以是同样的电极，也可以不同的。也可以组合多个电极。电极401可以在形成人工脂质膜前预先设置，也可以在形成人工脂质膜后设置。 电极401可以固定于人工脂质膜形成装置100，也可以是能够拆卸的。优选在第1腔室107 设有的电极401a形成于基板101的外周面。优选设于注入口 113的电极401b形成于第2 薄膜105的外周面或外罩106的外周面。优选电极401与放大器连接。放大器最优选膜片钳放大器，也可以连接场效应晶 体管、双极晶体管、运算放大器、动作放大器等的放大器。根据本实施方式的结构，能够使用电极401检出直至形成人工脂质膜前的各工序 的进展状况和终点。例如，在第1电解液注入工序中，在第1腔室107设置2个电极，如果 测定2个电极之间的电传导度，则能够容易检出第1电解液301的注入完成。另外，由于分别设有注入脂质溶液的通路和注入电解液的通路，因此，浸渍于电解液中的电极不受脂质溶液污染。因此，由于不必进行电极表面保护和电极表面洗净的繁琐 的工序，因此，能够容易地形成人工脂质膜。(实施方式5) 以下，边参照图面边说明本发明的实施方式5中的人工脂质膜形成方法。图12是实施方式5中的人工脂质膜形成装置的截面图和斜投影图。另外，本实施 方式中，对与实施方式1相同的部分使用同一符号，省略其详细的说明。本实施方式与实施方式1的不同点在于第1腔室107中设有传感器402。传感器402可以在形成人工脂质膜前预先设置，也可以在形成人工脂质膜后设 置。传感器402可以固定于人工脂质膜形成装置100，也可以是能够拆卸的。最优选在第1 腔室107设有的传感器402形成于基板101的外周面。本实施方式中，最优选传感器402是适合于电化学测定的传感器。传感器402最 优选离子电极、离子敏感场效果晶体管(ISFET)。离子电极优选钾离子电极、钠离子电极、钙 离子电极、氯化物离子电极等。优选利用离子敏感场晶体管检出钾离子、钠离子、钙离子、氯 化物离子等。另外，传感器402可以是光极、QCM(Quartz crystal microbalance，石英晶体微天 平)、SAW(Surfaceacousticwave,声表面波)传感器、SPR (Surface plasmonresonance,表 Μ^^ ΦΛΜ ^) >LSPR(Localizedsurface ρlasmon microbalance,^ 体共振)、有机电化学晶体管、酶传感器等。也可以设置用于计测吸光度和反射率等光学特 性的光源和检出器等。本发明中，传感器402的数量、形状、大小不受限定。另外，传感器402的位置处 于第1腔室107，更优选设于第1贯通孔108的附近。另外，传感器402也可以设于注入口 113。在注入口 113设有传感器402时，优选形成于第2薄膜105的外周面或外罩106的外周面。本实施方式中，也可以在注入口 113设有电极403。电极403可以在形成人工脂质 膜前预先设置，也可以在形成人工脂质膜后设置。电极403可以固定于人工脂质膜形成装 置100，也可以是能够拆卸的。优选电极403形成于第2薄膜105的外周面或外罩106的外 周面。电极403可以设于第1腔室107。在第1腔室107设有电极403时，最优选形成于基 板101的外周面，也可以形成于第1薄膜103的外周面。优选电极403是适合于电化学测定的电极。优选为非分极性的电极。电极403最 优选Ag/AgCl电极，但也可以是饱和甘汞电极、氢电极等。或者，电极403可以是Ag电极、 Pt电极、Au电极等金属电极、也可以是碳电极、石墨电极、碳纳米管电极等。也可以使用电 极403测定人工脂质膜的电导率、电容量。另外，使用电极403，也可以测定在第1电解液 301或第2电解液303中包含的离子、酶、反应生成物、基质等化学物质。另外，在本发明中，电极形状、大小不受限定。另外，电极403的位置处于注入口 113，更优选设于第2贯通孔110的附近。电极403可以作为参照电极使用。根据本实施方式的结构，能够使用电极402检出直至形成人工脂质膜前的各工序 的进展状况和终点。例如，在第1电解液注入工序中，在第1腔室107设置2个电极402，如 果测定2个电极之间的电传导度，则能够容易检出第1电解液301的注入完成。另外，由于在人工脂质膜的附近设有传感器，因此，在测定人工脂质膜的电特性时，能够减少噪音。其结果，能够容易地检出人工脂质膜的形成，故而更加优选。[实施例] 首先说明人工脂质膜形成装置的制作方法。作为基板101，使用硼硅酸玻璃。硼硅 酸玻璃为22mmX22mmX0. 17mm。首先，将硼硅酸玻璃分别以纯水、乙醇、丙酮各超声波洗净 10分钟。接着，利用紫外臭氧清洗机对硼硅酸玻璃的外周面进行亲水化处理。处理时间为 5分钟。第1隔片102、第1薄膜103、第2隔片104、第2薄膜105使用厚度100 μ m的特富 龙(注册商标)薄膜。在第1隔片102、第1薄膜103、第2隔片104和第2薄膜105中使 用一片特富龙(注册商标)薄膜。特富龙(注册商标)薄膜的大小为20mmX 10mm。将一片 特富龙(注册商标)薄膜在中央折曲成型。在外罩106使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)。聚二甲基硅氧烷成型为厚度为0. 5mm的 薄膜状，在能够向第2贯通孔110注入溶液的位置形成直径3mm的贯通孔。第1贯通孔108以贯通第1薄膜103的两面的方式，利用钻孔器形成。第1贯通 孑L 108的直径为200 μ m。第2贯通孔110以贯通第2薄膜105的两面的方式，利用钻孔器形成。第2贯通 孑L 110的直径为200 μ m。为了抑制第1贯通孔108和第2贯通孔110位置错开，以重叠第1薄膜103和第 2薄膜105的状态同时形成。另外，第1贯通孔108和第2贯通孔110的形成，在第1薄膜103和第2薄膜105 中分别形成第1贯通孔108和第2贯通孔110后，可以边进行位置对应，边叠层第1薄膜 103和第2薄膜105。第1贯通孔108和第2贯通孔110在离开第1薄膜103和第2薄膜105的一边 2mm的位置形成。优选第1贯通孔108和第2贯通孔110形成于离开第1薄膜103和第2 薄膜105的一边0. 5mm以上、3_以下的位置。在第2薄膜105设有第2开口 112。第2开口 112是贯通第2薄膜105的直径Imm 的圆孔。第2开口 112以钻孔器形成。在第1薄膜103和第2薄膜105设有第1开口 111。第1开口 111是贯通第1薄 膜103和第2薄膜105的直径Imm的圆孔。第1开口 111在以叠层第1薄膜103和第2薄 膜105的状态同时利用钻孔器形成。叠层基板101、第1隔片102、第1薄膜103、第2隔片104、第2薄膜105、外罩106。 以环氧粘合剂密封叠层的基板101、第1隔片102、第1薄膜103、第2隔片104、第2薄膜 105、外罩106的周边部分，使溶液不从第1腔室107和第2腔室109泄漏。另外，外罩106 自发地向第2薄膜105贴紧。最后，叠层的基板101、第1隔片102、第1薄膜103、第2隔片104、第2薄膜105、 外罩106隔着2片聚碳酸酯板(36mmX36mmX lmm)，以螺栓固定聚碳酸酯板的4角。在外罩 106连接的聚碳酸酯板上，可以设有1个直径9mm的圆孔，使能够向第1开口 111、第2开口 112、注入口 113注入溶液。接着，说明人工脂质膜的形成步骤。首先进行第1电解液注入工序。作为第1电解液301，使用IM KCl溶液。第1电解液301的液量为1 μ L。向第1开口 111滴加第1电 解液301。滴加的第1电解液301利用毛细管现象注入第1腔室107。由于第1腔室107 的内壁面被亲水处理，因此，能够容易地注入第1电解液301。注入第1电解液301所需要 的时间为1秒以下。在第1电解液注入工序中，预先在第1腔室107中在第1贯通孔108 和第1贯通孔108周边区域以外以第1电解液充满。此后，第1贯通孔108周边区域和第 1贯通孔108以第1电解液301充满。利用光学显微镜观察第1电解液301注入第1腔室 107的情况。在第1电解液注入工序后、进行脂质溶液注入工序。作为脂质溶液302，使用磷脂 质(1, 2-diphytanoyl-sn-glycero-3-phosphocholine, AvantiPolar Lipids)禾口有机溶剂 (氯仿，和光纯药)的混合液。脂质溶液302的浓度为25mg/mL。向第2开口 112滴加脂质 溶液302。脂质溶液302的液量为0.4 μ L。脂质溶液302经由第2腔室109，向第1贯通 孔108和第2贯通孔110注入。脂质溶液302利用毛细管现象注入。第2腔室109的内壁 面为特富龙(注册商标)，是疏水性的，因此，能够容易地注入脂质溶液302。注入脂质溶液 302所需要的时间为1秒以下。利用光学显微镜观察脂质溶液302注入第1贯通孔108和 第2贯通孔110的情况。接着，在脂质溶液注入工序后，进行第2电解液注入工序。第2电解液303使用IM KCl溶液。第2电解液303的液量为2 μ L0向注入口 113滴加第2电解液303。第2电解 液303通过注入口 113的内壁而注入。注入第2电解液303所需要的时间为1秒以下。通 过目测和光学显微镜观察第2电解液303向注入口 113注入的情况。最后，在第2电解液注入工序后，进行人工脂质膜形成工序。作为人工脂质膜形成 工序，等待10秒钟。另外，经过人工脂质膜形成工序，为了确认人工脂质膜形成，利用光学 显微镜观察人工脂质膜。如果形成人工脂质膜，则作黑膜被观察到。这是由于人工脂质膜 的厚度为2 5nm左右，几乎不反射光。图13(a)和(b)是人工脂质膜的显微镜照片。图 13 (b)是在图13 (a)中利用白虚线标明第1贯通孔108和人工脂质膜区域501边界线的图。 图13(b)中，相比于其周围，区域501较暗。随着时间的经过，区域501的面积扩大，能够观 察到人工脂质膜的薄膜化进展的情况。为了测定人工脂质膜的电特性，还分别在第1开口 111和注入口 113设有电极 401a和电极401b。在电特性的测定中，使用膜片钳放大器(EPC-10，HEKA)。电极401a与 地线连接，电极401b与信号线连接。相对电极401a，向电极401b外加5mV、IOmsec的脉冲 电流。记录在人工脂质膜上流过的电流的过渡应答。图14表示在人工脂质膜上流过的电 流的过渡应答。过渡应答测定在人工脂质膜上出现的电容量性的膜电流。另一方面，不形成人工脂质膜，在第1腔室107中的第1电解液301和注入口 113 中的第2电解液303直接接触时，如图14所示电容量性的膜电流无法测定。另外，根据上述的人工脂质膜形成步骤，设于第1开口 111和注入口 113的电极 401a和电极401b不接触脂质溶液302，能够以保持电极表面洁净的状态形成人工脂质膜。 其结果，能够正常测定人工脂质膜的电特性。[比较例]使用现有的人工脂质膜形成方法之一的吹泡涂付法，形成人工脂质膜。图15是比较例的人工脂质膜形成装置。第1腔室601在薄膜602上打开而制作直径1.5mm的圆形贯通孔。第1腔室601利用冲压加工制作。作为薄膜602，使用聚二甲 基硅氧烷。薄膜602的大小为IOmmXlOmmXO. 5mm。形成人工脂质膜的贯通孔603在厚 度100 μ m的特富龙(注册商标)膜604上打开而制作直径200 μ m的圆形贯通孔。贯通 孔603利用钻孔器形成。注入口 605在薄膜606上打开而制作直径1. 5mm的圆形贯通孔。 注入口 605利用冲压加工制作。作为薄膜606，使用聚二甲基硅氧烷。薄膜606的大小为 IOmmXlOmmXO. 5mm。然后，如图15所示，在玻璃基板607上叠层特富龙(注册商标)膜 604、薄膜602和薄膜606。作为玻璃基板607，使用硼硅酸玻璃。玻璃基板607的大小为 22mmX22mmX0. 17mm。接着，说明人工脂质膜形成方法的步骤。首先，使用微量移液器向第1腔室601注 入电解液。作为电解液，使用IM KC1。注入的电解液量为lyL。接着，在薄膜602上叠层 特富龙(注册商标)膜604。除去剩余的电解液。接着，在特富龙 (注册商标)膜604上叠 层薄膜606。然后，使用微量移液器向注入口 605注入电解液。作为电解液，使用IM KC1。 注入的电解液量为lyL。最后，使用微量移液器向贯通孔603吹泡涂付脂质溶液。脂质溶 液使用憐月旨质(1，2-diphytanoyl-sn-glycero_3-phosphocholine，Avanti Polar Lipids) 和有机溶剂(氯仿，和光纯药)的混合液。脂质溶液的浓度为25mg/mL。利用光学显微镜观察形成的人工脂质膜。图16(a)和(b)是比较例中的人工脂质 膜的光学显微镜照片。图16(b)是利用白虚线标明图16(a)中贯通孔603和人工脂质膜区 域608的边界线的图。图16(b)中，相比于其周围，区域608较暗。随着时间的经过，区域 608的面积扩大，观察到人工脂质膜的薄膜化进展的情况。图17是本发明的实施例和比较例中，比较人工脂质膜形成率的图。这里形成率是 指以人工脂质膜形成的次数除以进行次数，乘以100的数值。具体而言，在实施例和比较例 中，各尝试10次人工脂质膜的形成。其结果，在实施例中能够以60%的形成率、在比较例中 能够以10%的形成率形成人工脂质膜。该结果表示，相比于现有例，能够以简便的操作、高 效率地形成人工脂质膜。根据上述说明，对本领域技术人员而言，本发明的多项改良和其它实施方式是明 确的。因此，上述说明只是作为例示的解释，是以向本领域技术人员演示为目的提供的实施 本发明的最佳形态。能够不脱离本发明的精神，实质性地变更其结构和/或功能的细节。工业上的可利用性根据本发明，由于能够向贯通孔导入适量的脂质溶液，因此，不必为了排出剩余的 脂质溶液而设置外部泵，也不需要长时间等待。其结果，能够比现有的人工脂质膜形成方法 和人工脂质膜形成装置更简便且以更短时间形成人工脂质膜。如果能够简便且以短时间形成人工脂质膜，则能够大幅度提高利用人工脂质膜的 各种分析操作的效率。例如，将离子通道和受体等膜蛋白组合的人工脂质膜，能够应用于对 膜蛋白的基本结构解析、功能阐明和膜蛋白_膜蛋白之间的相关研究的用途中。本发明不 仅能够直接有助于上述的研究发展，而且也存在对起源于离子通道的疾病诊断和新药开发 的筛选等医疗、制药领域的产业应用的可能性。另外，如果利用膜蛋白具有的特异的分子识 别性，则能够在生物传感器中应用。
权利要求
一种使用人工脂质膜形成装置的人工脂质膜形成方法，其特征在于所述装置具备基板，设于所述基板的一端的第1隔片，隔着所述第1隔片设于所述基板的第1薄膜，设于所述第1薄膜的一端的第2隔片，隔着所述第2隔片设于所述第1薄膜的第2薄膜，和设于第2薄膜的一端的外罩；所述基板和所述第1薄膜之间具备第1腔室，所述第1薄膜具备贯通两面的第1贯通孔，所述第1薄膜和所述第2薄膜之间具备第2腔室，所述第2薄膜具备贯通两面的第2贯通孔，在所述外罩中具备向所述第2贯通孔连接的注入口，从俯视角度看，所述第1贯通孔与第2贯通孔重合，所述第1腔室通过所述第1贯通孔和所述第2贯通孔与所述注入口连接；所述方法依次包括向所述第1腔室注入电解液的第1电解液注入工序，经过所述第2腔室，向所述第1贯通孔或所述第2贯通孔的至少一方注入脂质溶液的脂质溶液注入工序，和向所述注入口注入电解液，在注入了所述脂质溶液的贯通孔内部形成人工脂质膜的第2电解液注入工序。
2.如权利要求1所述的人工脂质膜形成方法，其特征在于 所述第1薄膜、第1隔片和所述第2薄膜一体性地形成。
3.如权利要求1所述的人工脂质膜形成方法，其特征在于 所述第1贯通孔具有和所述第2贯通孔的截面积相同的截面积。
4.如权利要求1所述的人工脂质膜形成方法，其特征在于 从俯视角度看，所述注入口与所述第1腔室重合。
5.如权利要求1所述的人工脂质膜形成方法，其特征在于 所述第1腔室的外周面具有亲水性。
6.如权利要求1所述的人工脂质膜形成方法，其特征在于 所述第2腔室的外周面具有疏水性。
7.如权利要求1所述的人工脂质膜形成方法，其特征在于 所述注入口的外周面具有亲水性。
8.如权利要求1所述的人工脂质膜形成方法，其特征在于 所述第1腔室和所述注入口中的至少一方具备电极。
9.如权利要求1所述的人工脂质膜形成方法，其特征在于 所述第1腔室和所述注入口中的至少一方具备传感器。
10.如权利要求1所述的人工脂质膜形成方法，其特征在于所述第1电解液注入工序中，利用毛细管现象向所述第1腔室注入所述电解液。
11.如权利要求1所述的人工脂质膜形成方法，其特征在于所述脂质溶液注入工序中，利用毛细管现象向所述第1贯通孔或所述第2贯通孔的至 少一方注入所述脂质溶液。
12.—种人工脂质膜形成装置，其特征在于 所述装置具备基板，设于所述基板的一端的第1隔片， 隔着所述第1隔片设于所述基板的第1薄膜，设于所述第1薄膜的一端的第2隔片，隔着所述第2隔片设于所述第1薄膜的第2薄膜，和设于第2薄膜的一端的外罩；所述基板和所述第1薄膜之间具备第1腔室，所述第1薄膜具备贯通两面的第1贯通孔，所述第1薄膜和所述第2薄膜之间具备第2腔室，所述第2薄膜具备贯通两面的第2贯通孔，在所述外罩中具备向所述第2贯通孔连接的注入口，从俯视角度看，所述第1贯通孔与第2贯通孔重合，所述第1腔室通过所述第1贯通孔和所述第2贯通孔与所述注入口连接。
13.如权利要求12所述的人工脂质膜形成装置，其特征在于 所述第1薄膜、第1隔片和所述第2薄膜一体性地形成。
14.如权利要求12所述的人工脂质膜形成装置，其特征在于 所述第1贯通孔具有和所述第2贯通孔的截面积相同的截面积。
15.如权利要求12所述的人工脂质膜形成装置，其特征在于 从俯视角度看，所述注入口与所述第1腔室重合。
16.如权利要求12所述的人工脂质膜形成装置，其特征在于 所述第1腔室的外周面具有亲水性。
17.如权利要求12所述的人工脂质膜形成装置，其特征在于 所述第2腔室的外周面具有疏水性。
18.如权利要求12所述的人工脂质膜形成装置，其特征在于 所述注入口的外周面具有亲水性。
19.如权利要求12所述的人工脂质膜形成装置，其特征在于 所述第1腔室和所述注入口中的至少一方具备电极。
20.如权利要求12所述的人工脂质膜形成装置，其特征在于 所述第1腔室和所述注入口中的至少一方具备传感器。
全文摘要
本发明提供简便且以短时间形成人工脂质膜的方法和适用于该方法的实施的人工脂质膜形成装置。具体而言，本发明的人工脂质膜形成方法具备基板、第1隔片、第1薄膜、第2隔片、第2薄膜和外罩，上述基板和上述第1薄膜之间具备第1腔室，上述第1薄膜具备第1贯通孔，上述第1薄膜和上述第2薄膜之间具备第2腔室，上述第2薄膜具备第2贯通孔，在上述外罩中具备注入口，上述方法依次包括向上述第1腔室注入电解液的第1电解液注入工序，向上述第1贯通孔或上述第2贯通孔注入脂质溶液的脂质溶液注入工序，和向上述注入口注入电解液，在注入了上述脂质溶液的贯通孔内部形成人工脂质膜的第2电解液注入工序。
文档编号G01N27/416GK101971013SQ20098010860
公开日2011年2月9日 申请日期2009年8月20日 优先权日2008年8月26日
发明者冈弘章, 冲明男 申请人:松下电器产业株式会社