JPH01248570A - アビジン―ビオチン系を用いた光電変換装置とその製造方法 - Google Patents

アビジン―ビオチン系を用いた光電変換装置とその製造方法

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JPH01248570A
JPH01248570A JP63074605A JP7460588A JPH01248570A JP H01248570 A JPH01248570 A JP H01248570A JP 63074605 A JP63074605 A JP 63074605A JP 7460588 A JP7460588 A JP 7460588A JP H01248570 A JPH01248570 A JP H01248570A
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Ikuyuki Hara
原 生之
Atsushi Miyake
淳 三宅
Sugio Kawamura
川村 杉生
Noboru Tomizuka
富塚 登
Toshikazu Majima
真島 利和
Hideki Toyotama
豊玉 秀樹
Hiroaki Sugino
杉野 弘明
Shuichi Ajiki
秀一 安食
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、光電変換機能を有する蛋白質を含む脂質膜を
利用した感光装置とその製造方法に関し、特に光電変換
機能を有する蛋白質を含む脂質膜を基板上に固定化した
感光装置とその製造方法に関する。
[従来の技術] 光電変換機能を有する蛋白質を含む脂質膜として、たと
えばチラコイド膜が知られている。植物、藍藻、光合成
細菌等の光合成能を有する細胞に含まれるチラコイド膜
は、光合成低能に関する蛋白質および脂質を含む生体膜
である。この種の膜は、方向性を持って配列した光合成
反応中心蛋白質複合体を有し、光を吸収した時、膜を挾
んで電位差を生じる能力を持つ、このため、光電変換素
子等の感光装置への光合成能を有する細胞の利用が期待
されている。
従来の調製方法によると、チラコイド膜は細胞を破砕し
た後に微細な膜断片らしくは膜小胞として得られる場合
が多い。このような膜を挾んで生ずる電位差を直接外部
に取り出すことは困難であった。そこで測定の場合も、
螢光等を利用した間接的測定方法により、主として溶液
状態での光電変換機構等の研究が成されてきた(たとえ
ば、 Hethods in Enzymolooy 
69巻、409−715頁(1980年)Acadel
lic Press)。
「発明か解決しようとする問題点〕 光電変換機能を有する蛋白質を含む脂質膜を光電変換素
子として利用するには、膜の表裏を揃えて固定化し、膜
を挾んで生ずる電気的信号を取り出す技術の開発が望ま
れる。電気的信号は、たとえば、電位差ないしは電流で
ある。
本発明の目的は電極を備えた基板上に光電変換機能を有
する蛋白質を含む脂質膜を方向性をもって固定化した感
光装置を提供することである。
本発明の他の目的は基板上に光電変換機能を有する蛋白
質を含む脂質膜を方向性をもって固定化し、感光装置を
製造する方法を提供することである。
「問題点を解決するための手段] 電極を備えた基板上にアビジンを結合させる。
一方、光電変換機能を有する蛋白質を含む脂質膜の特定
の部位を選択的にビオチン化する。
アビジン化した基板表面にビオチン化した光電変換機能
を有する蛋白質を含む脂質膜を、アビジン−ビオチン相
互作用によって、結合させることにより、脂質膜を方向
性を持たせて固定化する。
光電変換機能を有する蛋白質を含む脂質膜として、たと
えば、植物の葉緑体、藍藻、光合成細菌等の細胞に含ま
れるチラコイド膜が用いられるが。
チラコイド膜の中でもロドシュードモナス・ビリシス(
ATCCI 9567)、ロドバクタ−スフェロイデス
(ATCC17023>等の細胞を破砕して得られる標
品であるクロマトホア膜は好適な材料である。
電極には、インジウム−錫・酸化物(ITO)。
酸化錫(Sn02)、金属蒸着膜、半導体等を用いるこ
とができる。電極基板の作成は、たとえば。
真空蒸着等の方法により、基板上に導電性膜を形成する
こと等により行うことかできる。
電極基板へのアビジン分子の結合は、たとえば。
化学結合、吸着等で行うことかできる。
種々のビオチン化試薬で、光電変換機能を有する蛋白質
を化学修飾する場合9条件を選択することにより、特定
の部位を選択的にビオチン化することができる。
このようにしてビオチン化した脂質膜を、アビジン化し
た電極基板に取り付ける。
[作用] アビジンとビオチンとは強い特異的相互作用を有する。
光電変換機能を有する蛋白質を含む脂質膜の蛋白質複合
体の特定部位をビオチン化すると光電変換機能を有する
蛋白質を含む脂質膜がアビジン分子との結合性に関して
方向性を付与される。
アビジン化した基板表面にはビオチンが結合するので、
基板上に方向性をもって光電変換機能を有する蛋白質を
含む脂質膜を固定化できる。
[実施例コ 光電変換機能を有する蛋白質を含む脂質膜の材料はたと
えばチラコイド膜であり、植物、藍藻、光合成細菌等の
細胞より調製することができる。
中でも光合成細菌ロドシュードモナスピリシス(ATC
C19567) 、Q ト/<’;’ タース7工0イ
デス(ATCC17023)等の細胞を破砕して得られ
るクロマトホア膜小胞は、好適な材料である。これらの
クロマトホア膜においては、光合成を行う反応中心の蛋
白質複合体のサブユニットにはり、M、H等のサブユニ
ットがある。タロマトホア膜懸濁液に、ビオチン基を有
する試薬を反応させ、蛋白質の化学修飾を行うと、Hサ
ブユニットを選択的にビオチン化する事ができる。この
ようにしてビオチン化を行ったタロマトホアは、アビジ
ンを介して基板上に方向性をもって固定化することが可
能である。
すなわち、基板表面に化学結合、吸着等によってアビジ
ン分子を結合させ、さらにビオチン化したタロマトホア
膜を作用させる。ビオチン−アビジンの特異的な相互作
用によって、クロマトホア膜が方向性を持って基板に結
合する。
このようにしてクロマトホア膜を固定化させ。
電極を備えた感光装置について、光〜電位応答ないし光
−電流応答等の光電応答を検出利用する。
以下に1図面を参服して本発明をさらに詳細に説明する
[クロマトホア膜の調製] 光合成細菌であるロドシュードモナスビリシス(ATC
C19567)を、嫌気状態で、光照射下、30°Cで
培養した。得られた菌体より以下の手順によってタロマ
トホア膜を調製した。すなわち、菌体をフレンチプレス
によって破砕し、庶稠密度勾配遠心等の遠心分画法によ
って膜画分を調製し、50mM ノ炭酸ナトリウムNa
HC03(1)88.9)水溶液に透析しな(Arch
、 Biochem、 Biophys、、223巻2
82−290頁(1979年))。このようにして第1
図(A)に示すようなタロマトホア膜を調製した。脂質
膜2に光合成反応中心の蛋白質複合体1が埋め込まれた
構造を有している。
[クロマトホア膜のビオチン化] タロマトホア膜のQffi液(A1020=10)に、
8mq/m lスルホスクシニミジル6−(ビオチンア
ミド)ヘキサノエートを加え、30℃で30分処理し、
膜蛋白質のビオチン化修飾を行う、ビオチン化したクロ
マトホア膜は第1図(B)に示すように、方向性をもっ
て、ビオチン基3を備える。ビオチン化後のクロマトホ
ア膜は、リン酸緩衝液(pH7,4)を含む生理的食塩
水(PBS)に恕濁する。
[アビジンの基板表面への固定化コ 固定化の基板としては、ガラス基板4に酸化錫(Sn0
2 )、ITO,金等の導電性物質を蒸着させて薄膜状
電極5としたものを用い、第1図(C)に示すように、
その表面に蛋白質吸着能力の高いニトロセルロース等の
物質でさらに薄膜6をつくり、第1図(D)に示すよう
にアビジン7を吸着させる方法を用いる。このような薄
膜の作成については、ニトロセルロースの0.002%
酢酸アミル溶液(コロジオン溶液)50マイクロリツト
ルを2平方センチメートルの電極面状に載せて乾燻同化
させる方法、及び2%コロジオン溶液20マイクロリツ
トルを水面状に展開して1溶媒を蒸発させて固化した薄
膜を電極面に圧着する方法等か用いられる。これらの電
極を20μg/m1アビジンを含むPBSで30℃で2
0分処理を行い、アビジン分子7を吸着させる。上述の
ニトロセルロース薄膜6を介した固定化法は各種材料か
らなる基板へのアビジン固定化に広く用いることができ
る。
電極の素材によっては、ホルムアルデヒド、グルタルア
ルデヒド等の架橋試薬を用いて、アビジン分子を電極平
面に化学的に結合させることも可能である。
ニトロセルロース薄膜は非共有結合でアビジン分子を吸
着し、架橋試薬の残基をつけた場合はアビジン分子と共
有結合すると考えられる。
[ビオチン化りロマトホア膜のアビジン化基板表面への
固定化] アビジン化ガラス基板をビオチン化クロマ1ヘホア膜(
A1020=5.0)で30°Cで20分処理し、反応
f& P B Sで洗浄して未結合のクロマトホア膜を
除く0以上の操作により、第1図(E)に示すように、
クロマトホア膜8を固定化することができる。
このt*1.7%ホルムアルデヒドを含むPBSで30
℃で30分処理を行い、PBSで洗浄してから第1図(
F)に示すようにアビジンをを含むPBSで処理する段
階に戻って、クロマトホア膜10の固定化を行う。この
ように複数回の固定化を行えば、クロマトホア膜の多層
積層を行うことができる。第1図(E)は、ガラス基板
4上の5n02電8i!5の表面にニトロセルロース薄
膜6を形成し、その上にアビジン7を吸着させ夕ロマト
ホア膜8を1回固定化した場合を示し、第1図(F)は
、同様に2回固定化積層した場合を示す。
また、積層の方法としては固定化クロマトホア膜の上に
コロジオン薄膜を重ね、その上に改めて固定化を行う方
法も用いられる。
このような方法で、5n02電極5を備えたガラス基板
4上にロドシュードモナスビリシスのクロマトホア膜8
.10を10回積層した感光装置の吸収スペクトルを第
2図に示す、特徴的な光吸収が行われていることが判る
上述の固定化方法により、チラコイド膜を方向性をもっ
て固定化できる。
積層することもできる。チラコイド膜のみに限らず、蛋
白質を含む脂質膜を方向性を持って固定化できるものと
考えられる。
タロマトホア膜を固定化した基板を1%牛血清アルブミ
ン(BSA)水溶液に浸した後、乾燥させる。
[光電応答の検出コ 基板上に固定化した脂質膜上に、対極となる電極を取り
付けて、光刺激を与え、光な応答による両e k間の電
気信号を取り出すことができる。たとえば、電位、電流
の変化を測定する。対極は。
感光装置の表面に水銀玉を載せる。金属薄膜を圧着する
。金属薄膜を蒸着する等の方法で形成できる。光刺激の
光源は、太陽光等自然のものでもよいし、ストロボラン
プ、発光ダイオード(LED)、レーザ、アーク燈等で
もよい。
第3図に感光装置の光電応答検出系の概略を示す、ガラ
ス基板15上の5n02電極14上にニトロセルロース
薄1B51!13を介してクロマトホア膜層12を固定
化積層した。その上に、水銀玉をのせる等の方法で対極
11を形成した。
図中下側より、ストロボランプ、LED等の光源20か
ら光刺激をガラス基板15.5n02電@14、ニトロ
セルロース薄[13を介して、クロマトホア膜層12へ
与える。光刺激によって画電極11.14間に生じる電
位変化を導線16.1つで取り出し、差動アンプ17を
介してオシロスコープ18で観察した。
第4図に光刺激に対する感光装置の電位応答の例を示す
、ストロボランプ光の刺激に対して、ミリ秒以下の速い
応答の立ち上がりがみられた6本例においては、10回
固定化を行った感光装置を用いた。
[発明の効果] 光な変換機能を有する蛋白質を含む脂質膜を方向性をも
って固定化できる。
これにより、感光装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図はタロマトホア膜の固定化を示す概略図であり、 (A>は未処理のタロマトホア膜、 (B)はビオチン化したタロマトホア膜、(C)はニト
ロセルロース膜を張った5n02電極を備えたガラス基
板、 (D)はニトロセルロース膜を張り、アビジンを吸着さ
せた5n02電極を備えたガラス基板、(E)はガラス
基板上の5n02電極上にニトロセルロース薄膜を張り
、アビジンを吸着させタロマトホア膜を固定化した場合
。 (F)は(E)と同様の固定化を2回行い1積層した場
合を示す。 第2図は5n02電極上にニトロセルロース薄膜を張り
、タロマトホア膜を10回固定化積層した7i、PBS
中にて測定した吸収スペクトルである。 第3図は感光装置の光電応答検出系の概略図である。 第4図はストロボランプ光の光刺激に対する感光装置の
電位応答を示す図である。タロマトホア膜を10回固定
化積層させた感光装置を用いて測定した。 符号の説明 1 光合成反応中心蛋白質複合体 2 脂質膜 3 ビオチン化試薬ニスルホスクシニミジル6−(ビオ
チンアミド)ヘキサノエート 4 ガラス基板 5 5n02電極 6 ニトロセルロース薄膜 7 ニトロセルロース薄膜に吸着されたアビジン 8 固定化1層目の脂質膜 9 固定化クロマトホア膜上に結合したアビジン 10 固定化2層目の脂質膜 11 対極となる電極 12 固定化、積層されたクロマトホア膜層13 ニト
ロセルロース薄膜 14 5n02電極 15 ガラス基板 16 対極に接続された導線 17 差動アンプ 18 オシロスコープ 19 5n02電5に接続された導線 20 光源 指定代理人 工業技術院微生物工業技術研究所長鈴木智
雄 復代理人  弁理士 高橋敬四部

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)、光電変換機能を有し、特定の部位がビオチン化
    された蛋白質を含む脂質膜と、 アビジンを固定化した電極基板と を含む感光装置。
  2. (2)、基板をアビジンを含む処理剤で処理し、表面を
    アビジン化する工程と、 光電変換機能を有する蛋白質を含む脂質膜をビオチンを
    含む処理剤で処理し、蛋白質のビオチン化修飾を行う工
    程と、 表面をアビジン化した基板にビオチン化修飾した光電変
    換機能を有する蛋白質を含む脂質膜を作用させ、アビジ
    ン−ビオチンの相互作用を利用して光電変換機能を有す
    る蛋白質を含む脂質膜を基板上に固定化する工程と、 を含む感光装置の製造方法。
JP63074605A 1988-03-30 1988-03-30 アビジン―ビオチン系を用いた光電変換装置とその製造方法 Expired - Lifetime JPH0719927B2 (ja)

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