著者の所属・活動拠点の国は、中国です。

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

ドーパミンは、脳内で記憶や認知、運動の調整に関わる神経伝達物質です。食品分析の分野でも測定対象とされており、論文によると、赤身肉を増やす目的で家畜にドーパミンが無許可で投与された例が過去に報告されています。そのため、食用部位に残留する可能性が懸念されています。体内のドーパミン濃度は通常1マイクロモーラー未満と低く、確実に測るには感度の高い分析法が必要です。

液体クロマトグラフィーや質量分析などの既存の方法は精度が高いものの、装置が高価で前処理に手間がかかります。そのため、現場での食品安全検査には使いにくいという課題があります。電気化学センサーは、電極の表面で起こる反応を電流として読み取る方式で、応答が速く安価で小型化しやすいのが利点です。一方で、似た電位で反応し、しばしばはるかに高い濃度で共存するアスコルビン酸（ビタミンC）などの妨害を受けやすいという弱点があります。

研究チームは、鉄・窒素・硫黄・酸素を含む炭素系のナノ複合材料「Fe@N-S-O-C」を作製しました。この材料で電極を覆い、酵素を使わずにドーパミンを感度よく選択的に測れるセンサーを開発し、その性能を豚肉試料で確かめることを目指しました。

何を、どのように調べたか

材料は、メラミンと硫酸鉄（II）を溶液中で反応させて沈殿を作り、これをアルゴン雰囲気中900℃で2時間焼成して得ました。結晶の構造はX線回折、表面の元素や化学結合の状態はX線光電子分光で調べ、形状は走査型・透過型の電子顕微鏡で観察しました。

この材料を、直径3ミリのグラッシーカーボン電極（ガラス状炭素の電極）の表面に塗って修飾電極を作りました。何も塗っていない電極と比べて、電子のやり取りのしやすさ、反応に使える有効な表面積、ドーパミンに対する電流の大きさを、複数の電気化学測定法で評価しました。溶液のpH（4.0〜7.0）と、塗布する材料懸濁液の濃度（1ミリリットルあたり6.0〜16.0ミリグラム）も変えて、最適な条件を探しました。

最適な条件のもとで、ドーパミンの濃度と電流の関係、検出できる最低濃度（検出限界）、測定の再現性、30日間保存したあとの安定性を調べました。妨害物質への強さも確かめました。ナトリウムやカルシウム、鉄などのイオンと、アスコルビン酸、尿酸、ブドウ糖、アミノ酸類など、計17種類をドーパミンの100倍の濃度（2ミリモーラー）で加えて影響をみました。

実際の試料としては、四川省成都の市場で購入した豚肉を使いました。塩化亜鉛でたんぱく質を沈殿させ、遠心分離とろ過で取り除いて測定液を作りました。この液にドーパミンを5、20、200マイクロモーラー加え、加えた量をどれだけ正しく測れるか（回収率）を確かめました。

主な報告結果

修飾電極のドーパミンに対する反応は、何も塗っていない電極より大幅に強くなりました。酸化反応による電流のピークは、未修飾の電極では0.55ボルトで0.66マイクロアンペアでした。修飾電極では0.28ボルトで14.25マイクロアンペアとなり、約21倍の大きさでした。還元側の電流も約44倍になりました。電荷移動抵抗（電子の受け渡しのしにくさ）は128.65オームから23.31オームに下がりました。電気化学的に有効な表面積も、0.089平方センチメートルから1.11平方センチメートルへと約12.3倍に広がりました。

pH 6.0で電流が最も大きくなり、材料懸濁液は1ミリリットルあたり14.0ミリグラムが最適でした。この条件で、電流はドーパミン濃度1〜65マイクロモーラーと65〜220マイクロモーラーの2つの範囲で、それぞれ濃度に比例しました。検出限界は40ナノモーラーと算出されました。解析から、ドーパミンは電極上で電子2個と水素イオン2個を失う反応を経てドーパミン-o-キノンになると研究チームは推定しています。

同じ電極で6回続けて測ったときのばらつき（相対標準偏差）は2.5%、別々に作った3本の電極の間では3.8%でした。30日間保存した後も、電流は初期値の82.74%を保ちました。100倍濃度の妨害物質はいずれもドーパミンの測定にほとんど影響しなかったと報告されています。豚肉試料にドーパミンを加えた試験では、回収率は95.97〜106.73%でした。

この報告が示すこと

研究チームは、比較的簡単な合成と焼成で作れる鉄系ナノ複合材料が、酵素を使わないドーパミン検出用電極の材料として有効だと結論づけています。また、鉄系ナノ複合材料が電気化学センサーや食品安全分析に役立つ可能性を示すものだとしています。著者らは、材料の多孔質な構造と大きな表面積が反応できる場所を増やし、電子の移動を速めたことが性能向上につながったと考えています。

豚肉試料での評価は、前処理した試料にドーパミンを加え、その回収率を調べる方法で行われました。著者らは、この結果は豚肉試料への適用可能性を支持するとしたうえで、もともと含まれるドーパミンの量が異なり、性状がよく分かっている肉試料を使って、複雑な食品中での性能をさらに評価する必要があると述べています。また、性能は実験室で一般的な電極を使って調べたもので、実用的な測定機器への組み込みはまだ十分に検討されていません。実用化の前には、材料の大量・低コスト合成、電極作製手順の標準化、長期使用での安定性の向上、より幅広い食品試料での検証が必要だとしています。

原著論文の著者・所属：Luyao Wang（College of Food and Biological Engineering, Chengdu University, Chengdu 610106, China）、Xuelian Wu（College of Food and Biological Engineering, Chengdu University, Chengdu 610106, China）、Yizi Mahai（College of Food and Biological Engineering, Chengdu University, Chengdu 610106, China）、Wenjing Ma（College of Food and Biological Engineering, Chengdu University, Chengdu 610106, China）、Lin Zhou（College of Food and Biological Engineering, Chengdu University, Chengdu 610106, China）、Jing Zhang（College of Food and Biological Engineering, Chengdu University, Chengdu 610106, China; Key Laboratory of Fine Chemicals and Surfactants in Sichuan Provincial University, Sichuan University of Science & Engineering, Zigong 643000, China; Sichuan Provincial Engineering Research Center of Meat Quality Improvement and Safety Control Technology, Chengdu University, Chengdu 610106, China）、Xinhui Wang（College of Food and Biological Engineering, Chengdu University, Chengdu 610106, China; Sichuan Provincial Engineering Research Center of Meat Quality Improvement and Safety Control Technology, Chengdu University, Chengdu 610106, China）、Jing Li（College of Food and Biological Engineering, Chengdu University, Chengdu 610106, China; Sichuan Provincial Engineering Research Center of Meat Quality Improvement and Safety Control Technology, Chengdu University, Chengdu 610106, China）

※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）：Luyao Wang, Xuelian Wu, Yizi Mahai, et al. A High-Performance Fe@N-S-O-C Nanocomposite-Based Electrochemical Sensor for Dopamine Detection in Pork Samples. Foods（出版社：Multidisciplinary Digital Publishing Institute） 2026-08-18. DOI: 10.3390/foods15162886. 原著ライセンス：CC BY.