东京工业大学的早水裕平副教授和弘前大学的关贵一助教等人使用厚度为0.5纳米（十亿分之一米）的超薄“纳米片”材料，开发出了能够高灵敏度检测蛋白质的传感器。在纳米片上薄薄地扩散肽，检测过程中的电变化更易于传递给纳米片。该成果有望应用于毒品检测、灾害救助、疾病诊断等广泛领域。
此次开发的传感器芯片（供图：东京工业大学早水副教授）
研究团队将二硫化钼加工成薄片状，在薄片把大约10个氨基酸组成的肽散布成厚度为1纳米的薄层。在一部分肽的前端添加与特定蛋白质结合的分子后，当滴下含有该蛋白质的液体时，薄片的电状态会发生变化，从而可以用作传感器。
传感器电路的显微镜图像。等边三角形的部分为二硫化钼晶体，白线为电极（供图：东京工业大学早水副教授）
该传感器甚至可以检测到1毫微微（千万亿分之一）摩尔浓度的极微量蛋白质。相当于可以检测出在填满东京巨蛋的水量中溶解约0.4毫克砂糖的水平。在相同的纳米片上使用由碳构成的石墨烯的传感器也表现出同等水平的性能。
在检测来自生物体的物质的生物传感器中，使用半导体等将特定分子捕捉到物质时的变化转换为信号。但是，由于普通半导体的表面有一层氧化膜，存在信号难以增强因此难以检测到极微量物质的课题。由于开发出的纳米片没有氧化膜等，因此较容易实现高灵敏度。
肽将捕捉目标物质的分子和薄片相结合。研究团队设计了氨基酸序列，使其无需加热等处理即可扩散在纳米片上，从而更容易降低传感器的制造成本。改变捕捉目标分子还可以用来检测蛋白质以外的物质。
本次开发的传感器有望作为检测极微量物质的技术广泛应用。例如，可以用于检测从走私毒品或隐藏的爆炸物泄漏到空气中的物质；在救助受灾人员时，可利用传感器检测人体散发出的特定物质，确定其具体位置，从而实现快速营救。目前，这类的搜救任务由具有出色嗅觉的搜救犬承担。
该成果还有望应用于医疗领域。如果能用传感器检测出人体中的各种物质，将有望实现疾病的诊断和早期治疗。生物传感器的实际应用有很多例子，例如美国一家初创公司开发了一种通过检测患者呼出的气体中含有的微量化学物质来检测新型冠状病毒设备。
早水副教授表示：“今后将尝试在纳米片上添加各类分子，并在未来创造出能够像人类那样区分气味的传感器。”
日文：尾崎达也、《日经产业新闻》、2023/5/22
中文：JST客观日本编辑部
