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

液体の試料を細長い試験紙に吸い上げさせ、紙の上に現れる線で目的の物質を検出する方法を「ラテラルフローイムノアッセイ（LFIA）」と呼びます。安価で持ち運びやすく、短時間で結果が出るため、食品安全、環境分析、臨床診断に使われています。従来は金ナノ粒子による線の色の濃さで判定するのが主流でしたが、論文によると、この方法は濃度が低いときの見分けや正確な定量が苦手です。

そこで、線の色の代わりに「表面増強ラマン散乱（SERS）」を読み取る方法が研究されてきました。SERSは、金属ナノ粒子の表面にある分子から出る光の信号（ラマン信号）が大きく強められる現象で、高感度の検出に使えます。これまでの改良は、粒子1個あたりの信号を強めることに力が注がれてきました。

しかし研究チームは、最終的な信号の強さは粒子1個の明るさだけでなく、試験紙の中を流れて検出線にたどり着き、捕まる粒子の数にも左右されると指摘しています。この流れ方は粒子の大きさや、試料に含まれる成分の影響を受けると考えられます。研究チームは、試料の性質によって最適な粒子の大きさがどう変わるのかを体系的に調べ、試料に応じた粒子サイズの選び方の根拠を示すことを目指しました。

何を、どのように調べたか

研究チームは、直径が約15、30、50ナノメートルの3種類の球形の金ナノ粒子を作りました。どの粒子にも、ラマン信号を出す目印の分子（DTNB）を同じ方法で付け、さらにカビ毒の一種であるアフラトキシンB1に結合する抗体を付けて、検出用の粒子（プローブ）としました。電子顕微鏡や光の吸収、粒子表面の電荷などを測り、3種類のプローブが大きさ以外ではほぼ同じ性質を持つことを確かめています。

検出には「競合法」を使いました。試験紙の検出線には、あらかじめアフラトキシンB1を結合させたタンパク質が固定されています。試料中にアフラトキシンB1が多いと、プローブの抗体がそちらと先に結合してしまい、検出線に捕まるプローブが減ります。そのため、アフラトキシンB1の濃度が高いほど検出線のラマン信号は弱くなります。信号は携帯型のラマン分光計で検出線から直接測りました。

調べたことは主に三つです。第一に、アフラトキシンB1を含まない4種類の液体（測定用の緩衝液、セルロースの懸濁液、デンプンの懸濁液、大豆から抽出したタンパク質の液）を流し、試料の成分によって検出線の信号がどれだけ変わるかを粒子の大きさごとに比べました。第二に、緩衝液中でアフラトキシンB1の濃度を0から15ナノグラム毎ミリリットルまで変え、濃度と信号の関係を表す検量線を作りました。第三に、市販の米と大豆の粉末にアフラトキシンB1を1グラムあたり0.5、1、2ナノグラム加え、緩衝液で作った検量線を使って濃度を求めました。そして、加えた量に対して測定値が何％になるかを示す「回収率」を比べました。回収率は100％に近いほど正確です。

主な報告結果

最も重要な結果は、実際の食品試料で正確に定量できたのは最も小さい15ナノメートルのプローブだったことです。米では、15ナノメートルのプローブの回収率は90.1〜109.2％で、ばらつき（相対標準偏差）は3.3〜5.4％でした。30ナノメートルでは101.9〜122.4％、50ナノメートルでは125.5〜133.2％と、粒子が大きいほど実際より高い値が出ました。大豆でも同じ傾向で、15ナノメートルでは100.4〜108.9％、30ナノメートルでは107.1〜122.4％、50ナノメートルでは135.7〜149.8％でした。ばらつきはすべての測定で7.2％未満でした。

アフラトキシンB1を含まない4種類の液体を流した実験でも、粒子の大きさによる違いが見られました。15ナノメートルのプローブは、どの液体でもほぼ同じラマン信号を示しました。30ナノメートルでは中程度の変動があり、50ナノメートルでは変動が最も大きくなりました。50ナノメートルの信号はセルロースの液で最も高く、大豆タンパク質の液で大きく下がりました。

一方、粒子1個あたりの信号は大きい粒子ほど強く、緩衝液中での測定では50ナノメートルのプローブが最も強い信号を示しました。3種類とも濃度と信号の関係は数式によく当てはまりました。当てはまりの良さを示す決定係数は、15、30、50ナノメートルの順に0.997、0.994、0.992でした。検出できる最低濃度（検出限界）は、同じ順に1ミリリットルあたり0.034、0.047、0.017ナノグラムでした。

このほか、30ナノメートルのプローブで、似た構造を持つほかのアフラトキシンや別のカビ毒への反応も調べました。似た構造のアフラトキシンにはある程度の反応がありましたが、オクラトキシンA、ゼアラレノン、T-2トキシン、HT-2トキシンへの反応は、何も含まない試料とほぼ同じでした。研究チームによると、この検査は携帯型のラマン分光計を使って10分で結果が得られます。

この報告が示すこと

研究チームは、粒子を大きくすれば信号は強くなるものの、それが正確な定量に結びつくとは限らないと結論づけています。緩衝液という整った条件ではどの大きさのプローブも良好な検量線が得られましたが、その検量線を米や大豆のような複雑な食品試料にそのまま当てはめることはできませんでした。研究チームは、プローブの大きさは信号の強さだけでなく、測る試料の性質に合わせて選ぶべきだと述べています。

研究チームは、信号の差が生じた理由を次のように解釈しています。目印の分子、作り方、測定条件はすべて同じなので、差は粒子そのものの明るさの違いでは説明できません。より大きい粒子は試験紙の細かい穴の中で動きにくく、試料の成分とも相互作用しやすいため、検出線まで届く粒子の数がばらつきやすいと考えられる、というものです。ただし、これは研究チームによる解釈として示されています。また、食品の抽出液が粒子の分散や流れ方、抗体の結合にどう影響したかは、可能性として挙げられているにとどまります。

限界としては、構造の似た他のアフラトキシンにもある程度反応することが報告されています。研究チームは、この研究が食品安全分析のための信頼できる検査を設計するうえで、粒子サイズを選ぶ実用的な指針になるとしています。

原著論文の著者・所属：Haowei Liu（School of Medicine and Pharmacy, Ocean University of China, Qingdao 266005, China）、Hao Wang（State Key Laboratory of Marine Food Processing & Safety Control, College of Food Science and Engineering, Ocean University of China, 1299 Sansha Rd., Qingdao 266100, China）、Shuo Zhang（State Key Laboratory of Marine Food Processing & Safety Control, College of Food Science and Engineering, Ocean University of China, 1299 Sansha Rd., Qingdao 266100, China）、Guoqiang Li（State Key Laboratory of Marine Food Processing & Safety Control, College of Food Science and Engineering, Ocean University of China, 1299 Sansha Rd., Qingdao 266100, China）、Xi Yu（State Key Laboratory of Marine Food Processing & Safety Control, College of Food Science and Engineering, Ocean University of China, 1299 Sansha Rd., Qingdao 266100, China）、Shengqi Yan（State Key Laboratory of Marine Food Processing & Safety Control, College of Food Science and Engineering, Ocean University of China, 1299 Sansha Rd., Qingdao 266100, China）、Limin Cao（State Key Laboratory of Marine Food Processing & Safety Control, College of Food Science and Engineering, Ocean University of China, 1299 Sansha Rd., Qingdao 266100, 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）：Haowei Liu, Hao Wang, Shuo Zhang, et al. Matrix-Guided Size Selection of Plasmonic Nanoprobes for Improving Quantitative Robustness of SERS Lateral Flow Immunoassays. Foods（出版社：Multidisciplinary Digital Publishing Institute） 2026-09-11. DOI: 10.3390/foods15183221. 原著ライセンス：CC BY.