著者の所属・活動拠点の国は、スペインです。

掲載誌：Biosensors

ライセンス: CC BY　対象: 公開論文　確認元: OpenAlex

研究の目的：ワインの糖をもっと手軽に測る

ワインに含まれる糖の量は、ブドウの熟し具合、発酵の進み具合、製品の品質を知る手がかりになります。なかでもグルコース（ブドウ糖）は、ワイン製造の現場で重要な分析対象です。

論文によると、これまでの測定には酵素を使う分析、分光法、クロマトグラフィーなどが使われてきました。ただし、試薬の取り扱いや高価な装置、専門の技術者が必要になることが多く、醸造所でその場ですばやく測る用途には必ずしも向いていません。

酵素を使う電気化学式グルコースセンサーでは、酵素とグルコースの反応で生じた電子を電極まで運ぶ「メディエーター（電子の仲介役）」がよく使われます。しかし、メディエーターを測定液に溶かして加える方式では、メディエーターが流れ出して安定性が落ちることや、毎回試薬を加える手間が課題でした。研究チームは、メディエーターを電極上の膜に組み込み、試薬を加えずに測れる、簡単で安価な使い捨てセンサーを作ることを目指しました。

どのようにセンサーを作ったか

著者らは、電子の仲介役としてよく知られる鉄を含む化合物「フェロセン」を、枝分かれ構造を持つ高分子ポリエチレンイミン（PEI）に結び付けた新しい材料を合成しました。合成には、4種類の原料を一つの容器で一度に反応させる「ウギ反応」という方法を用い、高分子の各修飾点に2つのフェロセンを取り付けました。

核磁気共鳴（NMR）、赤外分光、元素分析、熱分析などの結果から、研究チームはフェロセンを含む構造が高分子に導入されたことを確認したと報告しています。

この高分子に、グルコースを分解する酵素であるグルコースオキシダーゼ、膜を安定させるナフィオンとウシ血清アルブミン、酵素を固定する架橋剤のグルタルアルデヒドを混ぜ、印刷で作られた使い捨ての炭素電極に滴下して膜を形成しました。酵素がグルコースを反応させると、膜中のフェロセンを介して電子が電極へ渡り、グルコースの量に応じた電流として検出される仕組みです。

主な結果

条件を最適化したセンサーは、グルコース濃度0〜35ミリモル毎リットルの範囲で、電流が濃度に比例して増えました。感度は1ミリモル毎リットルあたり0.92マイクロアンペア、検出できる最小濃度は33マイクロモル毎リットルと報告されています。応答は速く、約50秒で安定した電流の95%に達しました。

別々の日に同じ手順で作った10本の電極の応答のばらつきは2.7%（相対標準偏差）で、作製の再現性は高いとされています。果糖やショ糖などの糖類、クエン酸、酒石酸、アスコルビン酸といった食品中によく含まれる9種類の物質に対する応答は、グルコースの10%未満でした。また、これらの物質が共存しても、グルコースの測定値に有意な変化は見られなかったと報告されています。

4℃の乾燥状態で保存したところ、45日後も当初の応答の80%以上を保っていました。さらに、市販の赤ワインと白ワインを緩衝液で薄めて測定した結果は、市販の酵素比色キットによる測定値とよく一致し、統計的に有意な差は認められませんでした。

この研究が示すこと

著者らは、ウギ反応という簡単な一段階の合成と滴下だけで、試薬を加えずに使える使い捨てのグルコースセンサーを作れることを示しました。過去に報告された一部のセンサーには検出限界がより低いものもあると論文自身が述べていますが、広い測定範囲、良好な保存安定性、作製の簡便さを兼ね備えている点を特長としています。

実際のワイン試料で従来法と一致する結果が得られたことから、研究チームはこのセンサーがワインのグルコース測定に適している可能性があり、醸造現場などでの品質管理に役立ちうると結論づけています。

原著論文の著者・所属：Jorge Urraca（Nanosensors and Nanomachines Group, Department of Analytical Chemistry, Faculty of Chemistry, Complutense University of Madrid, 28040 Madrid, Spain）、Isabel Zurita（Nanosensors and Nanomachines Group, Department of Analytical Chemistry, Faculty of Chemistry, Complutense University of Madrid, 28040 Madrid, Spain）、Marija Krznaric（Nanosensors and Nanomachines Group, Department of Analytical Chemistry, Faculty of Chemistry, Complutense University of Madrid, 28040 Madrid, Spain）、Tatiana Martínez（Nanosensors and Nanomachines Group, Department of Analytical Chemistry, Faculty of Chemistry, Complutense University of Madrid, 28040 Madrid, Spain）、Alfredo Sánchez（Nanosensors and Nanomachines Group, Department of Analytical Chemistry, Faculty of Chemistry, Complutense University of Madrid, 28040 Madrid, Spain）、Diana Vilela（Nanosensors and Nanomachines Group, Department of Analytical Chemistry, Faculty of Chemistry, Complutense University of Madrid, 28040 Madrid, Spain）、Paloma Martínez-Ruiz（Nanosensors and Nanomachines Group, Department of Analytical Chemistry, Faculty of Chemistry, Complutense University of Madrid, 28040 Madrid, Spain）、Irene Ojeda（Nanosensors and Nanomachines Group, Department of Analytical Chemistry, Faculty of Chemistry, Complutense University of Madrid, 28040 Madrid, Spain）、Reynaldo Villalonga（Nanosensors and Nanomachines Group, Department of Analytical Chemistry, Faculty of Chemistry, Complutense University of Madrid, 28040 Madrid, Spain）

※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）：Jorge Urraca, Isabel Zurita, Marija Krznaric, et al. Ferrocene-Branched Polymers via a Ugi Multicomponent Reaction for an Integrated and Reagentless Amperometric Glucose Biosensor. Biosensors 2026-10-02. DOI: 10.3390/bios16100554. 原著ライセンス：CC BY.