汗の複数バイオマーカーをリアルタイム監視する新規ナノザイムを開発(Novel Nanozyme Powers Real-time Monitoring of Multiple Sweat Biomarkers)

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2026-06-12 中国科学院(CAS)

中国科学院合肥物質科学研究院の江長龍教授らの研究チームは、高性能なナノ酵素(nanozyme)を開発し、汗中の複数の生体マーカーをリアルタイムで検出できるウェアラブルセンサーを実現した。天然酵素はバイオセンシングや疾病診断に広く利用されるが、安定性の低さや高い精製コスト、再利用性の制限が課題である。研究チームは、銅を添加したコバルト・アルミニウム層状複合酸化物(CoAlCu-LDO)からなる超薄型二次元六角形ナノシート構造のナノ酵素を開発した。この構造により触媒活性部位が増加し、金属間相互作用も強化され、天然酵素の数十倍に達する高い触媒活性を実現した。さらに、このナノ酵素を利用してコレステロール、尿酸、グルコースを同時検出できる比色センシングシステムを構築し、スポンジ基材のウェアラブルデバイスに統合した。汗を10分以内で分析でき、スマートフォン撮影とAI解析を組み合わせることで、運動中に複数の生体指標を連続監視する腕時計型システムへ発展させた。本研究は高性能ナノ酵素設計の新たな指針を示すとともに、精密医療や非侵襲的健康モニタリングへの応用拡大が期待される。

汗の複数バイオマーカーをリアルタイム監視する新規ナノザイムを開発(Novel Nanozyme Powers Real-time Monitoring of Multiple Sweat Biomarkers)
Structural design of the enzyme-nanoenzyme cascade system and its practical applications. (Image by LIN Dan)

<関連情報>

カスケード増幅型2次元超薄型六角形CuドープLDOナノザイムを用いた、汗代謝物の多重ウェアラブルモニタリング Cascade-amplified 2D ultrathin hexagonal Cu-doped LDO nanozyme for multiplexed wearable monitoring of sweat metabolites

Ruoxuan Jiang, Anqi Liu, Qipeng Zhang, Lei Pan, Shudong Zhang, Dan Lin, Liang Yang, Changlong Jiang
Biosensors and Bioelectronics  Available online: 20 May 2026
DOI:https://doi.org/10.1016/j.bios.2026.118826

Abstract

Sweat-based metabolic monitoring offers a non-invasive alternative to blood tests, but its clinical utility is limited by the limited catalytic efficiency of current nanozyme sensors. Bimetallic nanozymes, with their intermetallic synergy, hold promise to overcome this limitation, yet rational design strategies remain underexplored. Herein, we report a Cu-doped Co-Al layered double oxide (Co2AlCu0.7 LDO) with an ultrathin hexagonal nanosheet morphology that exhibits exceptional peroxidase-like activity (Km = 0.30 mM, Vmax = 2.932 × 10−6 M s−1). Mechanistic studies reveal that the intrinsic Co-Al bimetallic framework provides a synergistic electronic basis, while Cu doping optimizes the d-band center of metal active sites and introduces abundant oxygen vacancies, which act as synergistic active centers to facilitate H2O2 activation and dramatically enhance peroxidase-like activity. By immobilizing biomarker-specific oxidases onto the LDO nanosheets, we constructed an enzyme-nanozyme cascade reactor for sensitive detection of cholesterol, uric acid, and glucose. For point-of-care translation, this reactor was integrated into a colorimetric sponge coupled with smartphone imaging and machine learning, yielding a portable platform and a conceptual wristwatch for non-invasive sweat analysis. This work not only provides novel design strategies for high-performance bimetallic nanozymes but also expands its potential as advanced functional biomaterials for next-generation biosensing platforms of clinical diagnostics and therapeutic monitor.

医療・健康
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