東京工業大學的早水裕平副教授和弘前大學的關貴一助教等人使用厚度爲0.5奈米（十億分之一米）的超薄「奈米片」材料，開發出了能夠高靈敏度檢測蛋白質的感測器。在奈米片上薄薄地擴散肽，檢測程序中的電變化更易於傳遞給奈米片。該成果有望應用於麻醉劑檢測、災害救助、疾病診斷等廣泛領域。
此次開發的感測器晶片（供圖：東京工業大學早水副教授）
研究團隊將二硫化鉬加工成薄片狀，在薄片把大約10個胺基酸組成的肽散布成厚度爲1奈米的薄層。在一部分肽的前端添加與特定蛋白質結合的分子後，當滴下含有該蛋白質的液體時，薄片的電狀態會發生變化，從而可以用作感測器。
感測器電路的顯微鏡影像。等邊三角形的部分爲二硫化鉬晶體，白線爲電極（供圖：東京工業大學早水副教授）
該感測器甚至可以檢測到1毫微微（千萬億分之一）摩爾濃度的極微量蛋白質。相當於可以檢測出在填滿東京巨蛋的水量中溶解約0.4毫克砂糖的水平。在相同的奈米片上使用由碳構成的石墨烯的感測器也表現出同等水平的性能。
在檢測來自生物體的物質的生物感測器中，使用半導體等將特定分子捕捉到物質時的變化轉換爲訊號。但是，由於普通半導體的表面有一層氧化膜，存在訊號難以強化因此難以檢測到極微量物質的課題。由於開發出的奈米片沒有氧化膜等，因此較容易實施高靈敏度。
肽將捕捉目標物質的分子和薄片相結合。研究團隊設計了胺基酸序列，使其無需加熱等處理即可擴散在奈米片上，從而更容易降低感測器的製造成本。改變捕捉目標分子還可以用來檢測蛋白質以外的物質。
本次開發的感測器有望作爲檢測極微量物質的技術廣泛應用。例如，可以用於檢測從走私麻醉劑或隱藏的爆裂物泄漏到空氣中的物質；在救助受災人員時，可利用感測器檢測人體散發出的特定物質，確定其具體位置，從而實施快速營救。目前，這類的搜救任務由具有出色嗅覺的搜救犬承擔。
該成果還有望應用於醫療領域。如果能用感測器檢測出人體中的各種物質，將有望實施疾病的診斷和早期冶癒。生物感測器的實際應用有很多例子，例如美國一家初創公司開發了一種透過檢測患者呼出的氣體中含有的微量化學物質來檢測新型冠狀病毒設備。
早水副教授表示：「今後將嘗試在奈米片上添加各類分子，並在未來創造出能夠像人類那樣區分氣味的感測器。」
日文：尾崎達也、《日經產業新聞》、2023/5/22
中文：JST客觀日本編輯部
