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生体分子移動制御方法およびデバイス

国内特許コード P200016770
整理番号 5894
掲載日 2020年4月10日
出願番号 特願2017-237175
公開番号 特開2019-105484
出願日 平成29年12月11日(2017.12.11)
公開日 令和元年6月27日(2019.6.27)
発明者
  • 上野 祐子
  • 手島 哲彦
  • 田中 求
出願人
  • 日本電信電話株式会社
  • 国立大学法人京都大学
発明の名称 生体分子移動制御方法およびデバイス
発明の概要 【課題】生体膜に担持される生体分子の機能を損なうことなく、当該生体分子の流動性を容易に制御できる生体分子移動制御方法およびデバイスを提供する。
【解決手段】固体基板と、固体基板の表面に支持された支持膜と、を有する生体分子移動制御基板を用い、支持膜は、脂質分子を構成材料とする生体膜と、生体膜に担持された生体分子と、を有し、生体分子移動制御基板を泳動液に浸漬させて、生体分子を電気泳動させるとき、生体分子の泳動液中での移動度と、泳動液の種類と濃度との少なくとも一方との関係に基づいて、泳動液の種類と濃度との少なくとも一方を制御する生体分子移動制御方法。
【選択図】なし
従来技術、競合技術の概要

微量の分離対象物質を効率よく検出するためには、マイクロアレイが一般的に使われる。現在、ほとんどのマイクロアレイの作製には、固体基板表面に直接DNA、酵素、可水溶性タンパク質などを共有結合で固定化するという手法がとられている。DNAチップを代表とする、現在までに成功を収めている素子は、共有結合による固定化に際して、上記DNAなどの機能を維持できるものに限られている。

近年、マイクロアレイの材料として、膜タンパク質を代表とする膜関連生体分子を用いる試みが、精力的に行われている。このようなマイクロアレイの作製に際し、従来法である共有結合による固定化を膜関連生体分子について行った場合、膜関連生体分子の機能が失われることが多い。そこで、これを回避する方法の開発が重要な課題となっている。解決法の一つとして、生体膜を含む支持膜をマイクロアレイの固体基板表面に配置する手法が注目されている。自然界において効率よく特異的反応場として用いられている生体膜を、支持膜としてマイクロアレイの固体基板上に配置することで、より自然に近い環境を素子上へ実現し、これまで機能を維持した状態での固定化が難しかった膜タンパク質に代表される膜関連生体分子を、その機能を維持した状態で固体基板表面に担持することが可能になると期待されている。

このような支持膜は、固体基板表面に吸着していると共に、生体膜が有する最も重要な性質である流動性を維持している。そのため、上記生体膜は、膜関連生体分子の機能する場として最適な環境を与える。非特許文献1には、支持膜を用いた生体分子検出チップが記載されている。非特許文献1に記載の生体分子検出チップは、プラスチック、ガラス、シリコンなどの材料からなる固体基板の表面に、脂質分子などからなる支持膜を配置し、これら支持膜を隔壁で分離したものである。支持膜の流動性は、基板表面の支持膜に平行な電場を印可することにより、ゲルに担持されたタンパク質の電気泳動と同様に、支持膜に担持した生体分子を動かすことで証明されている。

非特許文献2には、生体分子が支持膜内で定常状態に達し、支持膜内を一定速度で移動するとき、電気泳動の際に受けるクーロン力、それとは反対方向に作用する対イオンのクーロン力、支持膜から受ける摩擦力、および支持膜外の水相から受ける抵抗力という4つの力が相殺され、釣り合った状態になることが記載されている。このとき、膜内の生体分子の濃度勾配や分離能は、外力と膜の流動性との競合となる。現在実現されている多くの支持膜実験系では、支持膜の流動性が外力に勝っており、外力がなくなった場合には速やかに均一な平衡状態へ移行する。

一方、支持膜内の特定の分子を、外場を利用して支持膜内で分離・分取するといった技術の要請が高まっている。この場合には、分子を分離しようとする外力と、分子を均一に分散させようとする流動性の競合を制御しなければならない。外場によって支持膜内に形成した生体分子の濃度勾配を維持できるように、支持膜の流動性を制御する技術が特に重要である。これによって、形成した濃度勾配が短時間で平衡状態へ移行するのを防ぎ、膜内で分離した生体分子を分取することが可能になる。

産業上の利用分野

本発明は、生体分子移動制御方法およびデバイスに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
固体基板と、
前記固体基板の表面に支持された支持膜と、
を有する生体分子移動制御基板を用い、
前記支持膜は、脂質分子を構成材料とする生体膜と、前記生体膜に担持された生体分子と、を有し、
前記生体分子移動制御基板を泳動液に浸漬させて、前記生体分子を電気泳動させるとき、
前記生体分子の前記泳動液中での移動度と、前記泳動液の種類と濃度との少なくとも一方との関係に基づいて、前記泳動液の種類と濃度との少なくとも一方を制御する生体分子移動制御方法。

【請求項2】
前記泳動液がイオン液体を含む請求項1に記載の生体分子移動制御方法。

【請求項3】
前記泳動液として、第1泳動液と、前記第1泳動液よりも前記生体分子の移動度が高い第2泳動液とを用い、
前記第1泳動液と前記第2泳動液とが境界面を形成するように前記第1泳動液と前記第2泳動液とを隣接させると共に、前記境界面と交差する方向に前記生体分子を電気泳動させる請求項1または2に記載の生体分子移動制御方法。

【請求項4】
固体基板と、前記固体基板の表面に形成された流路と、前記流路の前記固体基板が露出した面に支持された支持膜と、を有する生体分子移動制御基板と、
前記流路を流通する泳動液と、
前記流路の内部に設けられた一対の電極と、を備え、
前記支持膜は、脂質分子を構成材料とする生体膜と、前記生体膜に担持された生体分子と、を有し、
前記流路は、第1流路と、第2流路と、前記第1流路および前記第2流路に接続される第3流路と、を有し、
前記泳動液は、第1泳動液と、前記第1泳動液よりも前記生体分子の移動度が高い第2泳動液と、を含み、
前記第1流路には前記第1泳動液が流通し、前記第2流路には前記第2泳動液が流通し、
前記第3流路には、前記第3流路の延在方向と前記一対の電極の配列方向とが交差するように、前記一対の電極が設けられているデバイス。
国際特許分類(IPC)
Fターム
出願権利状態 公開
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