Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP3665720B2 - Sensor device - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP3665720B2 - Sensor device - Google Patents

Sensor device Download PDF

Info

Publication number
JP3665720B2
JP3665720B2 JP27087199A JP27087199A JP3665720B2 JP 3665720 B2 JP3665720 B2 JP 3665720B2 JP 27087199 A JP27087199 A JP 27087199A JP 27087199 A JP27087199 A JP 27087199A JP 3665720 B2 JP3665720 B2 JP 3665720B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
lipid
membrane
sensor device
poison
liquid tank
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP27087199A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2001091494A (en
Inventor
義雄 石森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP27087199A priority Critical patent/JP3665720B2/en
Publication of JP2001091494A publication Critical patent/JP2001091494A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3665720B2 publication Critical patent/JP3665720B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料中に存在する毒物を測定するためのセンサデバイスに関する。
【0002】
【従来の技術】
今日我々を取り巻く環境には、生体に有害である物質(広義の毒物)が多数存在している。例えば、水道水中のトリハロメタンや大気中のダイオキシンなどが念頭に浮かぶが、その他にも例数こそ少ないが、シアンやカドミウムと言った、いわゆる毒物による水道原水や地下水の汚染も時たま新聞誌上を賑わしている。ところで、こうした毒物の検出はどのようにして行われているのであろうか。浄水場での検査は、水道原水を流し入れた水槽で魚を飼い、この魚の動きを画像解析して、異常行動を取った時に毒物の混入を検知するシステムを用いるものが多い。あるいは、富士電機が開発した、硝化細菌を利用する毒物センサもある。これは、水道原水中に硝化細菌の餌であるアンモニアを一定量添加した後に、硝化細菌を電極表面に固定化した酸素センサと接触させ、硝化細菌の活性度を溶存酸素濃度の減少量から見積もり、活性度の低下により毒物混入を判定するものである。ところがこれらの方法では、ほぼリアルタイムで毒物の検出ができる反面、餌を与えるなどのメンテナンスが必要であり、かつ毒物の種類や量を決定することは困難であった。
【0003】
また、従来、本発明者等により提案された脂質二分子膜を備えた毒物センサも知られている。この毒物センサの説明に際して、まず、毒物の作用から考えてみたい。毒物とは、生体に害を及ぼす物質のことであるが、突き詰めて考えると生体「細胞」に害を及ぼす物質であると言い換えることもできる。従って毒物の作用も、「細胞膜」に何らかの影響を及ぼすことと考えられるのである。ここで言う「何らかの影響」とは、細胞膜に接着・吸着されたり、細胞膜内に取り込まれたりすることなどを意味している。そこで、人工的に作製した擬似細胞膜(人工膜)を電極などの表面に装着させることにより、擬似細胞膜への毒物の作用をリアルタイムで測定することが可能となるのである。すなわち、毒物との反応により変化する擬似細胞膜の物理情報(膜電位、電気容量、イオン透過性、発光、発熱・吸熱など)を測定し、毒物反応前後の出力値の差から毒物の混入が判定できるのである。
【0004】
次に、毒物の種類や量は以下のように決定される。一般に細胞膜は、リン脂質を主成分とする脂質二分子膜に蛋白質や糖などの分子が取り込まれたり、表面に接着したりして構成されている。そこで擬似細胞膜は、脂質膜あるいはそれに代わる高分子膜をベースに、毒物と作用する各種の蛋白質や糖などの分子を配合することにより人工的に作製される(なお、毒物の種類によっては脂質膜のみで応答を示す場合もあるので、毒物と作用する物質を添加することは本発明では必須条件ではない)。従って、用いる脂質や蛋白質・糖などの種類や量、更には擬似細胞膜の作製方法などを変化させることにより、各種の毒物センサを作ることが可能となる。そして、予め個々の毒物センサの毒物応答(毒物の種類と量に応じて出力値がどのように変化するか)を求めておき、これらの応答パターンを基に、実際の測定結果(複数のセンサからの出力値)から毒物の種類と量を決定するのである。
【0005】
このような脂質二分子膜の作製方法は次の通りである。
【0006】
適当な脂質溶液(例えばn−デカンを溶媒に使用、適当な毒物反応物質を含有していても良い)を作製し、緩衝液中で微小シリンジを用いて一定量をテフロン製の膜やテフロン被覆したニッケル基板(中央に直径1mm以下の孔が空いている)に注入する。そのまま放置すると、孔の部分に脂質二分子膜が自然に再構成され、同時に毒物反応物質(糖脂質など)もこの膜内に取り込まれる。
【0007】
このような脂質二分子膜を用いる毒物センサは次のように構成される。
【0008】
(1)試薬
トリオレイン(別名:グリセリル トリオレエート、分子量:885、融点:4〜5℃)及びトリクロロエチレン(通称:トリクレン)は、和光純薬工業社製を使用した。モノオレイン(別名:グリセリル モノオレエート、分子量:357、融点:33〜34℃)、n−デカン及びアセトニトリルは、関東化学社製を用いた。また、コレステロール(分子量:387、融点:149℃)はシグマ社製を使用した。その他、実験に使用した試薬は、全て市販特級品を特に精製せずにそのまま使用した。水は、イオン交換水を超純水製造装置(ミリポア社製、Milli−Q)を通して使用した。なお、脂質二分子膜を形成するために用いる、単一の穴を有するニッケル基板(孔径:0.2〜0.6mm,厚さ:10mm)は、オプトニクス精密社製の特注品であり、表面をテフロン膜で被覆した後に、穴の部分を針で破壊して使用した。
【0009】
(2)電極及び測定用セル
図1は測定装置の模式図である。石英ガラス製の測定用セル(各パーの容量は約25mL、自社製の特注品)10内にニッケル基板をシリコンパッキングを用いて配置し、基板に開けた穴に刷毛塗法により脂質二分子膜を作製した。刷毛塗法とは、脂質溶液を含ませた絵筆を用いて穴の中に脂質を入れ込み、自然放置することで二分子膜を作製する手法である(自然薄化法とも呼ばれる)。脂質二分子膜の作製状況は、キーエンス社製のデジタルマイクロスコープ(VH−6300)を用いて観察した。この膜を介して、測定極であるAg/AgCl電極(東亜電波社製、特注品)11を溶液内に挿入し、膜間の電位差(膜電位)をエレクトロメータ(アドバンテスト社、TR8411)12で計測した。
【0010】
データは横河ヒューレットパッカード社製の記録計(Type:3047)13で記録した。なお測定用セル及び電極は、防振台上に乗せ、物理的な振動を防ぐと共に、全体を電気的絶縁箱の中に入れて測定を行った。
【0011】
(3)実験方法
表面をテフロン膜で被覆したニッケル基板を測定用セルにシリコン製パッキンを介してセットし、各パートにそれぞれ20mLの10mM食塩水溶液14を添加した後、膜電位(この状態では脂質膜は形成されていない)が安定するまで15分程度放置する。次に適当な脂質溶液を含ませた絵筆(作業をし易くするために先端を少し曲げてある)を用いて、ニッケル基板の穴の中に適量の脂質を入れ込む。脂質が穴に入ると膜抵抗が生じるため、急激に膜電位が変化する。その後静かに放置すると、膜電位が一定の値に落ち着き、脂質二分子膜が形成される。
【0012】
その後、10μLのトリクロロエチレンあるいはcis−1,2−ジクロロエチレン(各々アセトニトリル溶液)を右側のパートに、左側のパートには同量のアセトニトリルを添加した。なお、測定液の攪拌は行わなかった。これは、攪拌装置から出る電気的ノイズ及び物理的振動の影響を懸念したためである。
【0013】
(4)実験結果
図2にトリクロロエチレン(最終濃度:5ppm)の測定結果の一例を示す。本実験では脂質としてモノオレインのみを用い、測定は全て室温で行った。ニッケル基板の穴径は0.6mmであった。この結果から明らかなように、トリクロロエチレン溶液を添加すると、すぐに膜電位は減少し最小値に達した後、徐々に増加して一定の膜電位(初期の膜電位と比較すると約1mV変化)になることが分かる。この場合、繰り返しトリクロロエチレンを添加すると、添加の回数(トリクロロエチレン濃度の増大)に伴って平衡電位が少しずつ変化することも明らかになった。しかし4回目の添加では、殆ど膜電位の変化は観測されなかった(4回目添加後に膜が破壊)。なお、膜電位の絶対値の変化が重要であり、極性(+側あるいは−側)の変化は使用する電極の特性に依存するので、あまり重要ではないと考えられる。以上から、モノオレインという単一の脂質二分子膜で、トリクロロエチレンに対して膜電位応答を示すことが明らかになり、脂質二分子膜を利用する毒物バイオセンサの基本原理が確認できたと言える。
【0014】
以上のようにして構成される毒物センサにおいては、構成物が生物あるいは微生物ではないために餌を与えるようなメンテナンスは全く必要ない。また、定常状態からのズレを出力値として用いることにより、広範囲な環境条件でのセンサの使用を可能にしている。更に、各毒物センサからの出力値を無線で信号処理施設へ転送できるため、河川や海洋などでも自由に使用することができる。なお、測定感度を考慮すると疑似細胞膜としては脂質二分子膜が最適であることが本発明者らの検討により明らかになった。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、脂質二分子膜は物理的振動や静電気などの外力に対して不安定であり、その寿命も精々数日間程度であった。また、ニッケル基板の穴の中に脂質二分子膜を形成する作業は、脂質溶液を含ませた絵筆を用いて、手作業で行うため、時間を要し、リアルタイムでの測定が困難であり、毒物センサの実用化には不十分であった。
【0016】
そこで、本発明は、脂質二分子膜を利用する毒物センサを実用化するにあたり、脂質二分子膜の破壊を自動的に検知し、即座に、膜形成場所に再現性良く脂質二分子膜を自動的に形成させるデバイスを提供することを目的とするものである。
【0017】
【課題を解決するための手段】
本発明のセンサデバイスは、水溶液を貯蔵する液槽と、この液槽内に挿入された脂質膜形成用の穴が形成された基板と、この基板の両側の前記液槽内に設けられた電極と、前記脂質膜形成用の脂質溶液を貯留する容器と、この容器内の脂質溶液を前記基板に形成された脂質膜形成用の穴に吐出する脂質溶液吐出機構と、前記膜形成用の穴に形成された脂質膜の破壊を検知する機構と、この手段により前記脂質膜の破壊が検知されたとき、前記脂質溶液吐出機構を動作させる、とを備えることを特徴とする。
【0018】
かかる構成の本発明のセンサデバイスによれば、メンテナンスフリーで、かつリアルタイムで毒物の種類と量を決定することを可能にするセンサデバイスが得られる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態について説明する。
【0020】
図3は、脂質二分子膜を用いる毒物センサにおいて、二分子膜を自動的に作製するためのデバイスの構成を示す模式図である。本実施形態においては、図1に示した従来の測定装置において用いられた刷毛塗法を自動化するものである。すなわち、貯留槽3には適当量の脂質溶液が貯えられている。4はコントローラ、5はAg/AgCl電極、6はテフロン皮膜ニッケル基板、7は液槽である。吐出部1は貯留槽3に蓄えられた脂質溶液を一定量(数マイクロLレベル)、テフロン被覆ニッケル基板6に形成された、脂質膜2を作製すべき穴に自動注入する。吐出部1には例えばマイクロポンプが適用される。脂質溶液の注入のタイミングは、Ag/AgCl電極5に接続されたコントローラ4により、常時モニタしている膜電位の消失時である。これは、脂質二分子膜2が破壊されると、膜電位が消失するからである。光学的な検出法に比べ、非常に簡便になる。脂質溶液が穴に注入されると、±10mV以上の膜電位が発生し、安定な二分子膜が形成されるに伴い、徐々に一定の電位に落ち着いてくる。実際の毒物測定は、膜電位が一定になってから実施される。上記脂質二分子膜2は、モノオレイン/コレステロール二分子膜を使用し、テフロン被覆ニッケル基板6に形成された穴径は0.2mmとした。
【0021】
図4には、この用に構成された毒物センサデバイスを用いて、実際の毒物であるcis−ジクロロエチレン(DCE)を測定した結果を示すグラフである。本デバイスを使用して、50ppbオーダーでもDCEが測定できることが明らかになった。
【0022】
なお、上記実施形態において、吐出部1にはマイクロポンプが適用されたが、この代わりにインクジェット方式(圧電素子利用)のポンプを採用してもよい。マイクロポンプと比較して、小型で安価であることが特徴である。
【0023】
また、前記異なる組成の脂質二分子膜から構成されるセンサ単体を複数種類用いることも可能である。
【0024】
【発明の効果】
本発明のセンサデバイスを用いることにより、メンテナンスフリーで、かつリアルタイムで高感度に広範囲の毒物検出定量用のセンサを供給できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来の毒物測定装置の模式図。
【図2】 図1に示す毒物測定装置に、5ppm(final)のトリクロロエチレン(TCE)を繰り返し添加した時の膜電位応答例を示すグラフ(刷毛塗法適用、モノオレイン二分子膜使用)。
【図3】 本発明の実施形態を示す二分子膜の自動作製が可能なセンサデバイスの構成を示す模式図。
【図4】 図3に示すセンサデバイスにおいて、50ppb(最終濃度)cis−1,2−ジクロロエチレン(DCE)を添加した時の膜電位応答例。
【符号の説明】
1 吐出部
2 脂質二分子膜
3 貯留槽
4 コントローラ
5 Ag/AgCl電極
6 テフロン皮膜ニッケル基板
7 液槽
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a sensor device for measuring a toxic substance present in a sample.
[0002]
[Prior art]
In today's environment, there are many substances (broadly toxic substances) that are harmful to living organisms. For example, trihalomethanes in tap water and dioxins in the atmosphere come to mind, but there are only a few other examples, but pollution of raw water and groundwater by so-called poisons such as cyan and cadmium is also sometimes popular in newspapers. Yes. By the way, how are these poisons detected? Many inspections at water purification plants use a system in which fish are kept in an aquarium filled with raw tap water, the movement of the fish is analyzed, and poisoning is detected when abnormal behavior is taken. Alternatively, there is a poison sensor developed by Fuji Electric that uses nitrifying bacteria. This is because, after adding a certain amount of ammonia, which is a feed for nitrifying bacteria, to the tap water, the nitrifying bacteria are brought into contact with an oxygen sensor immobilized on the electrode surface, and the activity of the nitrifying bacteria is estimated from the decrease in dissolved oxygen concentration. In addition, poisoning contamination is determined based on a decrease in activity. However, these methods can detect poisons almost in real time, but require maintenance such as feeding, and it is difficult to determine the type and amount of the poison.
[0003]
Conventionally, a poison sensor having a lipid bilayer membrane proposed by the present inventors is also known. In explaining this poison sensor, let's first consider the action of the poison. A poisonous substance is a substance that harms a living body, but it can be rephrased as a substance that harms a living body “cell” when considered closely. Therefore, the action of the toxic substance is considered to have some influence on the “cell membrane”. The “some effect” mentioned here means adhesion or adsorption to the cell membrane or incorporation into the cell membrane. Therefore, by attaching an artificially produced pseudo cell membrane (artificial membrane) to the surface of an electrode or the like, it becomes possible to measure the action of a poison on the pseudo cell membrane in real time. That is, the physical information (membrane potential, electric capacity, ion permeability, luminescence, heat generation, endotherm, etc.) of the pseudo cell membrane that changes due to the reaction with the poison is measured, and the contamination of the poison is determined from the difference in the output values before and after the poison reaction. It can be done.
[0004]
Next, the type and amount of the poison are determined as follows. In general, a cell membrane is constituted by incorporating a molecule such as protein or sugar into a lipid bilayer membrane containing phospholipid as a main component or adhering it to the surface. Therefore, the pseudo cell membrane is artificially produced by blending various molecules such as proteins and sugars that act with poisons based on lipid membranes or polymer membranes instead of them. In some cases, it is not an essential condition in the present invention to add a substance that acts as a poison. Therefore, it is possible to make various toxic sensors by changing the type and amount of lipid, protein, sugar, etc. to be used, as well as the method for producing the pseudo cell membrane. Then, the poison response of each individual poison sensor (how the output value changes according to the kind and amount of the poison) is obtained in advance, and based on these response patterns, the actual measurement results (multiple sensors) The type and amount of the poison are determined from the output value of
[0005]
A method for producing such a lipid bilayer membrane is as follows.
[0006]
Prepare an appropriate lipid solution (eg, n-decane as a solvent, may contain an appropriate toxic reactant), and apply a certain amount of Teflon membrane or Teflon coating in a buffer solution using a micro syringe. Into the nickel substrate (having a hole with a diameter of 1 mm or less in the center). If left as it is, the lipid bilayer membrane is naturally reconstituted in the pores, and at the same time, toxic reactants (such as glycolipids) are taken into the membrane.
[0007]
A poison sensor using such a lipid bilayer membrane is configured as follows.
[0008]
(1) Reagents Triolein (also known as glyceryl trioleate, molecular weight: 885, melting point: 4-5 ° C.) and trichlorethylene (common name: trichlene) were manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. Monoolein (also known as glyceryl monooleate, molecular weight: 357, melting point: 33-34 ° C.), n-decane, and acetonitrile were manufactured by Kanto Chemical Co., Inc. Moreover, the cholesterol (molecular weight: 387, melting | fusing point: 149 degreeC) used the product made from Sigma. In addition, all the reagents used in the experiment were used as they were without any purification of commercially available special grade products. As the water, ion-exchanged water was used through an ultrapure water production apparatus (Millipore, Milli-Q). In addition, the nickel substrate (pore diameter: 0.2 to 0.6 mm, thickness: 10 mm) having a single hole used for forming the lipid bilayer membrane is a custom-made product manufactured by Optonix Precision, After the surface was covered with a Teflon film, the hole was broken with a needle and used.
[0009]
(2) Electrode and Measuring Cell FIG. 1 is a schematic diagram of a measuring device. A nickel substrate is placed in a quartz glass measurement cell (capacity of each par is about 25 mL, a custom-made product made in-house) 10 using silicon packing, and a lipid bilayer membrane is formed by brush coating in a hole formed in the substrate. Was made. The brush coating method is a method of creating a bilayer film by placing a lipid in a hole using a paintbrush containing a lipid solution and leaving it naturally (also called a natural thinning method). The production status of the lipid bilayer was observed using a digital microscope (VH-6300) manufactured by Keyence Corporation. Through this membrane, an Ag / AgCl electrode (manufactured by Toa Denki Co., Ltd., special order) 11 as a measuring electrode is inserted into the solution, and the potential difference (membrane potential) between the membranes is measured with an electrometer (Advantest, TR8411) 12. Measured.
[0010]
Data was recorded with a recorder (Type: 3047) 13 manufactured by Yokogawa Hewlett-Packard Company. The measurement cell and electrode were placed on a vibration isolation table to prevent physical vibration and the whole was placed in an electrical insulation box for measurement.
[0011]
(3) Experimental method A nickel substrate whose surface was coated with a Teflon membrane was set in a measurement cell via silicon packing, and 20 mL of 10 mM saline solution 14 was added to each part. Leave for about 15 minutes until the film is stable. Next, an appropriate amount of lipid is put into the hole of the nickel substrate by using a paintbrush containing a suitable lipid solution (the tip is slightly bent for easy operation). When lipid enters the hole, membrane resistance occurs, and the membrane potential changes rapidly. Then, when left gently, the membrane potential settles to a constant value and a lipid bilayer membrane is formed.
[0012]
Thereafter, 10 μL of trichlorethylene or cis-1,2-dichloroethylene (each acetonitrile solution) was added to the right part, and the same amount of acetonitrile was added to the left part. The measurement liquid was not stirred. This is because of concern about the influence of electrical noise and physical vibrations coming out of the stirring device.
[0013]
(4) Experimental results FIG. 2 shows an example of the measurement results of trichlorethylene (final concentration: 5 ppm). In this experiment, only monoolein was used as the lipid, and all measurements were performed at room temperature. The hole diameter of the nickel substrate was 0.6 mm. As is clear from this result, when the trichlorethylene solution is added, the membrane potential immediately decreases and reaches a minimum value, and then gradually increases to a constant membrane potential (change of about 1 mV compared to the initial membrane potential). I understand that In this case, it was also clarified that when trichlorethylene is repeatedly added, the equilibrium potential gradually changes with the number of times of addition (increase in trichlorethylene concentration). However, almost no change in membrane potential was observed after the fourth addition (the membrane was destroyed after the fourth addition). The change in the absolute value of the membrane potential is important, and the change in the polarity (+ side or-side) depends on the characteristics of the electrode to be used, so it is considered that it is not so important. From the above, it has been clarified that a single lipid bilayer membrane called monoolein exhibits a membrane potential response to trichlorethylene, and it can be said that the basic principle of a toxic biosensor using a lipid bilayer membrane has been confirmed.
[0014]
The poison sensor configured as described above does not require any maintenance to feed since the component is not a living organism or a microorganism. Further, by using the deviation from the steady state as an output value, the sensor can be used in a wide range of environmental conditions. Furthermore, since the output value from each toxic sensor can be transferred wirelessly to the signal processing facility, it can be used freely in rivers and oceans. In consideration of measurement sensitivity, the inventors have clarified that a lipid bilayer membrane is optimal as a pseudo cell membrane.
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
However, lipid bilayer membranes are unstable with respect to external forces such as physical vibrations and static electricity, and their lifetime is at most several days. In addition, the work to form the lipid bilayer in the hole of the nickel substrate is done manually using a paintbrush containing a lipid solution, so it takes time and is difficult to measure in real time. It was insufficient for the practical application of poison sensors.
[0016]
Therefore, the present invention automatically detects the breakage of the lipid bilayer membrane and puts the lipid bilayer membrane automatically in the reproducible place in the reproducibility when putting the poison sensor using the lipid bilayer membrane into practical use. It is an object of the present invention to provide a device that can be formed automatically.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
The sensor device of the present invention includes a liquid tank for storing an aqueous solution, a substrate in which a hole for forming a lipid film is inserted, and electrodes provided in the liquid tank on both sides of the substrate. A container for storing the lipid solution for forming the lipid film, a lipid solution discharge mechanism for discharging the lipid solution in the container into a hole for forming the lipid film formed on the substrate, and the hole for forming the film And a mechanism for detecting the breakage of the lipid film formed on the surface, and when the breakage of the lipid film is detected by this means, the lipid solution ejection mechanism is operated.
[0018]
According to the sensor device of the present invention having such a configuration, it is possible to obtain a sensor device that can determine the kind and amount of the poison in real time without maintenance.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below.
[0020]
FIG. 3 is a schematic diagram showing a configuration of a device for automatically producing a bilayer membrane in a poison sensor using a lipid bilayer membrane. In the present embodiment, the brush coating method used in the conventional measuring apparatus shown in FIG. 1 is automated. That is, an appropriate amount of lipid solution is stored in the storage tank 3. 4 is a controller, 5 is an Ag / AgCl electrode, 6 is a Teflon-coated nickel substrate, and 7 is a liquid bath. The discharge unit 1 automatically injects a predetermined amount (several micro-L level) of the lipid solution stored in the storage tank 3 into a hole in which the lipid film 2 is formed on the Teflon-coated nickel substrate 6. For example, a micro pump is applied to the discharge unit 1. The timing of the lipid solution injection is when the membrane potential constantly monitored by the controller 4 connected to the Ag / AgCl electrode 5 disappears. This is because the membrane potential disappears when the lipid bilayer membrane 2 is destroyed. Compared to the optical detection method, it becomes very simple. When the lipid solution is injected into the hole, a membrane potential of ± 10 mV or more is generated, and gradually settles at a constant potential as a stable bilayer membrane is formed. The actual toxic measurement is performed after the membrane potential becomes constant. As the lipid bilayer membrane 2, a monoolein / cholesterol bilayer membrane was used, and the hole diameter formed in the Teflon-coated nickel substrate 6 was 0.2 mm.
[0021]
FIG. 4 is a graph showing the results of measuring cis-dichloroethylene (DCE), which is an actual poison, using the poison sensor device configured for this purpose. It became clear that DCE can be measured even with the order of 50 ppb using this device.
[0022]
In the above-described embodiment, a micro pump is applied to the discharge unit 1, but an ink jet type (using piezoelectric element) pump may be used instead. It is characterized by being small and inexpensive compared to a micropump.
[0023]
It is also possible to use a plurality of types of single sensors composed of lipid bilayer membranes having different compositions.
[0024]
【The invention's effect】
By using the sensor device of the present invention, it is possible to supply a wide range of sensors for detecting and quantifying toxic substances with high sensitivity in real time without maintenance.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a conventional poisonous measuring apparatus.
FIG. 2 is a graph showing an example of membrane potential response when 5 ppm (final) trichlorethylene (TCE) is repeatedly added to the toxic substance measuring apparatus shown in FIG. 1 (application of a brush coating method, use of a monoolein bilayer).
FIG. 3 is a schematic diagram showing a configuration of a sensor device capable of automatically producing a bimolecular film according to an embodiment of the present invention.
4 shows an example of membrane potential response when 50 ppb (final concentration) cis-1,2-dichloroethylene (DCE) is added to the sensor device shown in FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Discharge part 2 Lipid bilayer membrane 3 Reservoir tank 4 Controller 5 Ag / AgCl electrode 6 Teflon film nickel substrate 7 Liquid tank

Claims (5)

水溶液を貯蔵する液槽と、この液槽内に挿入された脂質膜形成用の穴が形成された基板と、この基板の両側の前記液槽内に設けられた電極と、前記脂質膜形成用の脂質溶液を貯留する容器と、この容器内の脂質溶液を前記基板に形成された脂質膜形成用の穴に吐出する脂質溶液吐出機構と、前記膜形成用の穴に形成された脂質膜の破壊を検知する機構と、この手段により前記脂質膜の破壊が検知されたとき、前記脂質溶液吐出機構を動作させるコントローラ、とを備えることを特徴とするセンサデバイス。A liquid tank for storing an aqueous solution, a substrate in which a hole for forming a lipid film inserted in the liquid tank is formed, an electrode provided in the liquid tank on both sides of the substrate, and the lipid film forming A lipid solution storage mechanism for discharging the lipid solution in the container into a lipid film forming hole formed in the substrate, and a lipid film formed in the film forming hole. A sensor device comprising: a mechanism for detecting breakage; and a controller for operating the lipid solution discharge mechanism when breakage of the lipid membrane is detected by this means. 前記脂質膜の破壊を検知する機構は、前記液槽内に設けられた電極により構成され、これらの電極は前記コントローラに接続されていることを特徴とする請求項1記載のセンサデバイス。The sensor device according to claim 1, wherein the mechanism for detecting breakage of the lipid membrane is configured by electrodes provided in the liquid tank, and these electrodes are connected to the controller. 前記吐出機構は、マイクロポンプであることを特徴とする請求項2記載のセンサデバイス。The sensor device according to claim 2, wherein the discharge mechanism is a micropump. 前記吐出機構は、インクジェット方式のポンプであることを特徴とする請求項2記載のセンサデバイス。The sensor device according to claim 2, wherein the discharge mechanism is an ink jet pump. 前記コントローラは、前記液槽内に設けられた電極間の膜電位変化を検出信号として、前記脂質膜の破壊を検知することを特徴とする請求項2記載のセンサデバイス。The sensor device according to claim 2, wherein the controller detects the breakage of the lipid membrane using a change in membrane potential between electrodes provided in the liquid tank as a detection signal.
JP27087199A 1999-09-24 1999-09-24 Sensor device Expired - Lifetime JP3665720B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP27087199A JP3665720B2 (en) 1999-09-24 1999-09-24 Sensor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP27087199A JP3665720B2 (en) 1999-09-24 1999-09-24 Sensor device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2001091494A JP2001091494A (en) 2001-04-06
JP3665720B2 true JP3665720B2 (en) 2005-06-29

Family

ID=17492136

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP27087199A Expired - Lifetime JP3665720B2 (en) 1999-09-24 1999-09-24 Sensor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3665720B2 (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3723186B2 (en) * 2003-03-31 2005-12-07 株式会社東芝 Sample liquid measuring device
JP4602018B2 (en) * 2004-07-15 2010-12-22 株式会社東芝 Hazardous substance detection method and apparatus
US7638092B2 (en) 2004-09-17 2009-12-29 Japan Science And Technology Agency Artificial lipid bilayer membrane lipid substitution method, artificial lipid bilayer membrane obtained by using lipid substitution method, artificial lipid bilayer membrane formation device and ion permeation measuring device
GB0505971D0 (en) * 2005-03-23 2005-04-27 Isis Innovation Delivery of molecules to a lipid bilayer
JP5614642B2 (en) * 2010-10-10 2014-10-29 公益財団法人神奈川科学技術アカデミー Method for forming lipid bilayer membrane and instrument therefor

Also Published As

Publication number Publication date
JP2001091494A (en) 2001-04-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lambrechts et al. Biosensors: microelectrochemical devices
EP0025110B1 (en) Electrochemical measuring apparatus provided with an enzyme electrode
Yang et al. Amperometric glucose biosensor based on chitosan with improved selectivity and stability
WO1994025862A1 (en) Biosensor substrate for mounting bilayer lipid membrane containing a receptor
JP2000509488A (en) Biosensor
Siontorou et al. Flow injection monitoring and analysis of mixtures of hydrazine compounds using filter-supported bilayer lipid membranes with incorporated DNA
GB2195450A (en) Sensor
JP3665720B2 (en) Sensor device
US4350763A (en) Method for determining biochemical oxygen demand
Diehl-Faxon et al. Direct electron transfer based tri-enzyme electrode for monitoring of organophosphorus pesticides
Campanella et al. Organophosphorus pesticide (Paraoxon) analysis using solid state sensors
US6197172B1 (en) Electrochemical sensor with gelled membrane and method of making
Cosofret et al. Aliphatic polyurethane as a matrix for pH sensors: Effects of native sites and added proton carrier on electrical and potentiometric properties
Tien Bilayer lipid membrane‐based electrochemical biosensors
EP0138150A2 (en) Diagnostic electrode membranes utilizing specific enzyme/Ionophore pairs
Nakajima et al. A glass capillary microelectrode based on capillarity and its application to the detection of L-glutamate release from mouse brain slices
JPS61155949A (en) Ph sensor
JP2009008618A (en) Lipid membrane sensor
Siontorou et al. Flow injection monitoring of aflatoxin M1 in cheese using filter‐supported bilayer lipid membranes with incorporated DNA
Taguchi et al. Investigation of methods of enzyme immobilization on a coated-wire electrode for the development of micro-biosensors
US20100126858A1 (en) Chemical sensor type measuring apparatus
JP4247249B2 (en) Lipid membrane sensor
JP4255323B2 (en) Sensor chip precursor, sensor chip and poison detection system
Thompson et al. Electrochemical biosensors in the assay of antibiotics
CA1260538A (en) Biochemical detector

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20040419

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20041130

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20050126

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20050127

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20050329

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20050404

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 3665720

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080408

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090408

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100408

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100408

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110408

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130408

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140408

Year of fee payment: 9

EXPY Cancellation because of completion of term