わずか30秒でタンパク質バイオマーカーを捉える新原理バイオセンサを開発 ―標識不要・簡素な構造で、在宅健康モニタリングや迅速診断の実現に期待―

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2026-10-06 東北大学

東北大学は、血液や尿中のタンパク質バイオマーカーを約30秒で検出できる抵抗変化型バイオセンサを開発した。従来のELISAなどとは異なり、蛍光色素や酵素などの標識を必要とせず、抗原抗体反応によって生じる電気抵抗の変化を直接読み取る。センサには金ナノ粒子を樹脂中に分散させ、電気が通り始める「パーコレーション転移」付近の導電ネットワークを利用することで、わずかな電荷環境の変化を大きな抵抗変化として検出する。実証では、ストレス応答性タンパク質GDF-15を健常成人の生理的濃度範囲で約30秒で測定することに成功した。構造が簡素で小型・低コスト化しやすく、抗体を変更することで多様なタンパク質に対応できるため、**在宅健康モニタリングやポイントオブケア診断(POCT)**への応用が期待される。

わずか30秒でタンパク質バイオマーカーを捉える新原理バイオセンサを開発 ―標識不要・簡素な構造で、在宅健康モニタリングや迅速診断の実現に期待―
図1. 開発した抗体検出型抵抗変化バイオセンサの概要と動作原理。

<関連情報>

タンパク質バイオマーカー用抗体検出抵抗型バイオセンサー Antibody-detecting resistive biosensor for protein biomarkers

Yi-Hsiu Kao, Reo Takahashi, Nguyen Van Toan, Takaaki Abe, Ioana Voiculescu & Takahito Ono
Microsystems Nanoengineering  Published:05 October 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41378-026-01465-0

Abstract

Proteins serve as important biomarkers for clinical diagnostics, and a simple detection method for point-of-care applications is highly desirable. We developed an antibody-detecting resistive biosensor that utilizes a conductive network of gold (Au) nanoparticles for the detection of protein biomarkers. The proposed biosensor comprises two electrodes bridged by a functional film comprising Au nanoparticles, a polymer matrix, and target-specific antibodies, and the nanoparticle concentration is selected within an experimentally identified percolation transition region to achieve high sensitivity to small changes in resistance. In experiments, the electrical response of the proposed biosensor showed reliable concentration-dependent behavior, consistent with charge-mediated modulation of electron transport within the conductive network. When applied to detecting urinary growth differentiation factor-15 (GDF-15) as the target protein, the proposed biosensor exhibited a detection range of 23.4–1500 pg/mL and a fast response time of approximately 30 s, which would allow the tracking of dynamic changes in protein concentration. These results demonstrate that the proposed biosensor provides a simple and effective method for detecting various biomarkers in real time. The sensing concept may be extendable to other antigen–antibody systems, providing a potential general platform for biomolecular sensing.

医療・健康
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