家庭での尿検査を可能にする新技術~クレアチニン補正を実現する簡易・高感度バイオセンサを開発~

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2026-02-16 東北大学

東北大学大学院工学研究科の小野崇人教授らは、家庭での尿検査を可能にするクレアチニン測定用の高感度バイオセンサを開発した。尿中バイオマーカーの正確な評価に不可欠なクレアチニン補正を在宅で実現するため、参照電極を不要とする二電極構造を採用。白金ナノ粒子と酵素を高分子中に担持した抵抗変化型(ケミレジスタ型)センサにより、酵素反応で生成した過酸化水素に伴う電気抵抗変化を検出し、簡便かつ高感度な定量を実証した。従来の三電極式より小型・低コスト化が可能で、在宅健康モニタリングや予防医療への応用が期待される。成果は『Microsystem & Nanoengineering』に掲載。

家庭での尿検査を可能にする新技術~クレアチニン補正を実現する簡易・高感度バイオセンサを開発~
図1. 開発した抵抗型バイオセンサの概要と動作原理。a. センサ構造の模式図。

<関連情報>

酵素触媒酸化還元とナノ粒子伝導ネットワークを介して調製された高感度化学抵抗性バイオセンサー High sensitivity chemiresistive biosensor prepared via enzyme-catalyzed redox and nanoparticle conduction network

Yi-Hsiu Kao,Nguyen Van Toan,Takaaki Abe,Ioana Voiculescu & Takahito Ono
Microsystems Nanoengineering  Published:13 February 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41378-025-01155-3

Abstract

The demand is increasing for compact, low-cost biosensors suitable for point-of-care diagnostics. In this study, we developed a novel chemiresistive biosensor based on a platinum (Pt) nanoparticle–polymer composite matrix functionalized with a creatinine enzyme cascade. The sensor detects creatinine through resistance changes triggered by redox reactions of enzymatically generated hydrogen peroxide at the Pt nanoparticle interface. Operating near the percolation threshold of metallic nanoparticles enhances sensor sensitivity, as it promotes the formation of efficient electron conduction paths through hopping and tunneling mechanisms. The simplified two-electrode structure of the device eliminates the need for a reference electrode, enabling miniaturization and facilitating fabrication. Both direct and alternating current measurements confirm that the electrical response arises from interfacial charge redistribution combined with bulk conduction network formation. The biosensor exhibits a wide detection range (1–300 mg/dL), fast response time (~35 s), and strong correlation between analyte concentration and electrical signal. This platform offers a promising approach for high sensitivity, high selectivity, real-time biosensing of creatinine and other biomarkers.

医療・健康
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