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LAMINATED MOLECULAR THIN FILM OF FATTY ACID AND LIPID TO BECOME SUBSTRATE OF BIOMOLECULAR ELEMENT AND BIOSENSOR MOLECULE, AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME meetings

Patent code P07A013082
Posted date Feb 8, 2008
Application number P2006-080442
Publication number P2007-254347A
Patent number P5162748
Date of filing Mar 23, 2006
Date of publication of application Oct 4, 2007
Date of registration Dec 28, 2012
Inventor
  • (In Japanese)辻内 裕
Applicant
  • Akita University
Title LAMINATED MOLECULAR THIN FILM OF FATTY ACID AND LIPID TO BECOME SUBSTRATE OF BIOMOLECULAR ELEMENT AND BIOSENSOR MOLECULE, AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME meetings
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an organic thin film that becomes a molecular substrate, is flexible and has high strength in which a molecule of membrane protein as a biomolecular element or a biosensor functions in the same manner as in an organism and to provide a method for producing the organic thin film by tackling the difficult problem of a conventional method.
SOLUTION: The organic thin film to become a substrate of a biomolecular element or a biosensor molecule is produced by forming a lipid molecule layer on a fatty acid molecular layer being a first kind thin film layer formed on an inorganic substrate. A thin film structure having a characteristic pattern structure is obtained by selection and combination of fatty acid molecules.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


生物は外界に存在する千差万別の物質を分子レベルで感受して挙動している。この高度の機能は外界に接している膜蛋白質で起きる物理化学反応過程で始まる。よってこのような反応過程を人工系のインターフェースに接続することができれば利用できることになるが、膜蛋白質の機能発現にはその分子を取り巻く他の分子環境が大きく関わっており、容易ではない。



膜蛋白質の機能発現に関わる分子環境には、主に脂質が存在している。
脂質にはフォスファチジルコリンに見られるような疎水性の炭化水素鎖が二本と親水性のリン酸基に分かれた分子構造をもち、これが二分子で逆さまに向かい合うようにして炭化水素鎖を一個の膜蛋白質分子の疎水性領域を包む形で多数の数十個~100個の脂質分子に膜蛋白質は取り囲まれて、脂質二重層という細胞膜によくみられる膜空間構造の中で機能している。



この脂質分子特有の自己組織化能によってカプセル様の構造として安定化しリポソームといわれる球状構造にまでなる性質が平面的な人工膜として作製しようとするとき困難となる原因になっている。



従来からこの問題に多くの解決策を講じられてきた。とくに1980年代にIkonenらによって光駆動プロトンポンプである膜蛋白質バクテリオロドプシンを含む紫膜とリン脂質SoyaPC(Soya豆に含まれるフォスファチジルコリン)のへキサン混合溶液を水溶液上に展開して基板に移し取るラングミュア・ブロジェット法による膜作製の試みがなされている(非特許文献を参照)。



前記に紹介したラングミュア・ブロジェット法を応用した脂質膜の作製には従来より様々な試みがあったが、脂質の平面的人工膜化の問題の解決策には大きな発展は起きていない。前記のIkonenらの方法でも、膜構造の一様性が低く100回以上の累積によってできた紫膜をもって、例えば、光反応特性等の研究に用いられただけである。



またこうした累積による特異的な光反応をもった分子として膜構造中に存在し機能させる利用法は光メモリー等が考えられるものである。閉鎖系としての膜構造である限り、膜が独立しており、他のデバイスとの連続的な物質輸送、エネルギー変換には不向きである。溶媒の膨潤と蒸発の過程をうまく利用して作製される脂質分子の平面膜は閉鎖系ではなく開放系であるが、脂質分子の疎水性相互作用による分子の横の結合で維持された膜構造であり強度の点で問題があり、時間的にも空間的にも連続的な物質輸送のデバイスには不向きである。



このように従来の方法により作製される膜構造にはイオン輸送等の機能をもったバイオ分子素子やバイオセンサー分子の導入には構造、強度等の面から困難な点が多い。



したがって、脂質分子の平面構造の形成と同時にイオン物質の連続輸送が可能な柔軟な構造的特徴と強度を兼ね備えた薄膜とその作製方法の考案が必要である。



その他、近年の新種の方法には、民谷らが開発した微小孔を覆って脂質を平面膜状化する方法がある。これは小孔が形成された基板上に薄膜形成材料としての脂質等分子を有機溶媒に溶解して供給して溶媒の膨潤と蒸発の過程をうまく利用して脂質分子の平面膜を得るものである(特許文献1を参照)。この方法では平面膜の作製は一定条件で正確に行えるなどの特徴がある方法である。
【特許文献1】
特開2005-245331号公報
【非特許文献1】
Marjo Ikonen, Jouko Peltonen, Elina Vuorimaa and Helge Lemmetyinen: " Study of photocycle and spectral properties of bacteriorhodopsin in Langmuir - Blodgett films". Thin Solid Films 213 (1992) 277-284.

Field of industrial application (In Japanese)


本発明は、イオンや分子など種々の化学種に特異的に反応する膜蛋白質や特異的な光反応や光駆動イオンポンプなどの働きをする膜蛋白質の機能発現を人工薄膜系で実現するための有機薄膜に関するものであり、さらには、かかる薄膜の製造方法に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
脂肪酸及び脂質の分子薄膜の積層体を含む薄膜であって、
前記脂肪酸からなる第一種層と前記脂質からなる第二種層とを備え、
前記第一種層が基板上に形成され、前記第二種層が前記第一種層上に形成されている、薄膜。

【請求項2】
 
前記脂肪酸が、イオノン環を有する脂肪酸、又は、イオノン環を有する脂肪酸及びアルキン酸である、請求項1に記載の薄膜。

【請求項3】
 
前記イオノン環を有する脂肪酸がレチノイン酸である、請求項2に記載の薄膜。

【請求項4】
 
前記脂質がリン脂質である、請求項1に記載の薄膜。

【請求項5】
 
前記リン脂質が、ジミリストイルフォスファチジルコリン、又は、ジパルミトイルフォスファチジルコリンである、請求項4に記載の薄膜。

【請求項6】
 
前記第一種層が3層である、請求項1~5のいずれかに記載の薄膜。

【請求項7】
 
前記第二種層が2層である、請求項1~6のいずれかに記載の薄膜。

【請求項8】
 
前記脂肪酸がレチノイン酸であり、前記薄膜の表面が幅200nm前後の一様な曲面状の凸面の集合体で構成されている、請求項1~7のいずれかに記載の薄膜。

【請求項9】
 
膜蛋白質を導入したときに該膜蛋白質が前記第二種層中で安定化して機能発現する、請求項7に記載の薄膜。

【請求項10】
 
脂肪酸及び脂質の分子薄膜の積層体を含む有機薄膜の製造方法であって、
基板上に一層又は複数層の前記脂肪酸の分子薄膜を形成する工程と、
溶媒及び前記脂質を含む懸濁液に超音波を印加して前記脂質を分散させ、垂直浸漬法によって前記基板上に形成された前記脂肪酸の分子薄膜上に前記脂質の分子薄膜を接合させる工程と、
を備える、有機薄膜の製造方法。

【請求項11】
 
記脂質を分散させる溶媒として有機溶媒を用いることを特徴とする請求項10記載の有機薄膜の製造方法。

【請求項12】
 
前記有機溶媒として沸点が40℃~70℃の範囲にある有機溶媒を用いることを特徴とする請求項11に記載の有機薄膜の製造方法。

【請求項13】
 
前記有機溶媒としてヘキサンを用いることを特徴とする請求項12に記載の有機薄膜の製造方法。

【請求項14】
 
前記懸濁液に膜蛋白質分混合することにより最上段に前記脂質分子及び前記膜蛋白質分子、その下部に前記脂肪酸の構成の有機薄膜を得ることを特徴とする請求項10乃至13のいずれか一つに記載の有機薄膜の製造方法。

【請求項15】
 
前記垂直浸漬法とはラングミュアーブロジェット法にって前記基板上前記有機薄膜累積形成されることである請求項10記載の有機薄膜の製造方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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20222_01SUM.gif
State of application right Registered
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