著者の所属・活動拠点の国は、トルコです。

掲載誌：Foods

ライセンス: CC BY　対象: 公開論文　確認元: OpenAlex

研究の目的

カルボフランは、綿・トウモロコシ・小麦・米・野菜などの害虫防除に使われてきたカーバメート系殺虫剤です。水に溶けやすく分解されにくいうえ、土壌や水の中を移動しやすいため、食物連鎖に入り込んで蓄積しやすいとされています。著者らは、微量でもカルボフランやその代謝物がコリンエステラーゼという酵素の働きを妨げ、内分泌や神経の機能に影響しうること、多くの国で禁止されていながら使用が続いていることを背景に挙げています。規制当局は水や食品中の残留について上限を定めており、世界保健機関（WHO）はカルボフランについて1リットルあたり0.007ミリグラムという指針値を提案しています。

従来の高速液体クロマトグラフィーなどの分析法は精度が高い一方、費用がかかり、試料の前処理が煩雑で、現場ですぐに測ることには向きません。そこで研究チームは、安価で扱いやすく、高い感度で測れる電気化学センサーを作り、食品であるオレンジジュース中のカルボフランを正確に定量できるかを確かめようとしました。

何を、どのように調べたか

センサーの土台には、グラッシーカーボン電極という炭素製の電極を使いました。研究チームはこの電極の表面を、電気を通しやすい炭素材料のカーボンブラックと、炭素と窒素からなる層状の材料であるグラファイト状窒化炭素（g-C3N4）を組み合わせたナノ複合材料で覆いました。g-C3N4は焼成炉を用いて合成され、その構造は赤外分光、ラマン分光、電子顕微鏡などで確認されています。

さらにその上に「分子インプリントポリマー」の膜を作りました。これは、目的の分子（ここではカルボフラン）を鋳型として混ぜた状態で高分子を作り、あとで鋳型を抜き取ることで、その分子にぴったり合うくぼみを残す技術です。研究チームは、ピロールという材料とカルボフランを含む溶液中で電圧をかけて電極表面に高分子膜を成長させ、その後、食塩水（1.0モル濃度の塩化ナトリウム溶液）に20分間浸してカルボフランを抜き取りました。比較のため、カルボフランを入れずに同じ手順で作った「くぼみのない」電極も用意しました。

測定には、電圧を段階的に変えながら流れる電流を読み取る矩形波ボルタンメトリーという方法を用いました。溶液のpH、材料の混合比、膜を成長させる回数、鋳型を抜く時間を変えて条件を検討し、pH7.0、ピロール100ミリモル濃度とカルボフラン25ミリモル濃度の組み合わせ、膜の成長20回、抜き取り20分を最適と判断しています。

実際の食品試料としては、トルコのスーパーマーケットで購入したオレンジジュースを使いました。遠心分離で得た上澄みをリン酸緩衝液で100倍に薄めて測定し、既知量のカルボフランを加えて回収できるかを調べたほか、標準的な分析法であるガスクロマトグラフィー質量分析（GC-MS）の結果と比べました。ほかの物質との区別については、ドーパミン、アスコルビン酸（ビタミンC）、別の農薬であるフェニトロチオンなどを使って検討しました。

主な報告結果

このセンサーは、カルボフラン濃度が1.0〜50.0ナノモル濃度の範囲で、濃度に比例した電流応答を示しました。検出できる最小の濃度（検出限界）は0.3ナノモル濃度と報告されています。

オレンジジュースに加えたカルボフランの回収率は、いずれもほぼ100％でした。同じ試料をGC-MSで測った結果と統計的に比べたところ、両者の間に有意な差は見られませんでした（クラスカル・ウォリス検定、p＞0.05）。また、ジュース試料にカルボフランを段階的に加えて得た検量線の傾きは、通常の検量線の傾きとほぼ一致しており、著者らはこれをセンサーの高い特異性を示すものとしています。

選択性の評価では、カルボフランに対する選択性の指標が、ドーパミンの10倍、アスコルビン酸の15倍、フェニトロチオンの30倍となりました。鋳型を使った電極と使わなかった電極の応答の比（インプリント係数）は30で、研究チームは、カルボフランに合ったくぼみがうまく作られたことを示すと解釈しています。

このほか、分析法の環境への配慮を0〜1で評価する指標（AGREE）では0.91と算出されました。pHによる応答の変化からは、カルボフランが電極上で電子1個と水素イオン1個のやり取りを伴って酸化されると推定されています。

この報告が示すこと

研究チームは、カーボンブラックとg-C3N4の複合材料に分子インプリント膜を組み合わせることで、カルボフランを選んで高い感度で測れる電気化学センサーが得られ、糖や酸、ポリフェノールなどを含むオレンジジュースでも標準法と同程度の結果が出せたと結論づけています。著者らは、従来のクロマトグラフィーより前処理が簡単で分析が速く、抗体や酵素を使う市販キットに比べて化学的・熱的に安定で、製造費が低く長持ちする点を利点として挙げています。

一方で著者ら自身も、この技術を実験室から実際の現場へ移すには大きな課題があると述べています。今回実際の試料として調べたのはオレンジジュースのみで、より一般的に使えることを示すには、ほかの実際の試料への適用が必要だとしています。

原著論文の著者・所属：Didem Gün（Department of Basic Sciences, Faculty of Engineering, Hasan Kalyoncu University, Gaziantep 27010, Türkiye）、Dilek Doğan（Department of Nutrition and Dietetics, Faculty of Health Sciences, Hasan Kalyoncu University, Gaziantep 27010, Türkiye）、İlknur Polat（Department of Nutrition and Dietetics, Faculty of Health Sciences, Hasan Kalyoncu University, Gaziantep 27010, Türkiye）、İsmail Hakkı Akbudak（Division of Intensive Care Medicine, Department of Internal Medicine, Faculty of Medicine, Pamukkale University, Denizli 20160, Türkiye）、Mehmet Lütfi Yola（Department of Biology, Faculty of Science, Ankara University, Ankara 06100, Türkiye; Integrated Technologies Research Center (BUTAM), Ankara University, Ankara 06690, Türkiye）

※本記事は原著論文をもとに、日本語で要約・説明を加えた研究紹介です。 出典（原著論文）：Didem Gün, Dilek Doğan, İlknur Polat, et al. Development of Carbofuran Imprinted Electrochemical Sensor Based on Carbon Black–Graphitic Carbon Nitride Nanocomposite and Carbofuran Detection in Orange Juice Samples. Foods（出版社：Multidisciplinary Digital Publishing Institute） 2026-09-19. DOI: 10.3390/foods15183313. 原著ライセンス：CC BY.