主要成果
研究チームは、電気活性を持つ完全ポリマーベースのマイクロニードルセンサー「PPG-MN」を開発し、その成果を『Collagen and Leather』誌で報告しました。このセンサーは、植物の葉に刺入してグルコース濃度を14時間連続でモニタリングできるだけでなく、皮革工場などで発生する有害なアンモニアガスの漏洩を検知する早期警戒アラームとしても機能します。植物への刺入後も感度の約95.4%を維持し、グルコース濃度10〜100ミリモル（mM）の範囲で線形な電流応答を示すことが確認されました。
技術・詳細
PPG-MNは、導電性ポリアニリンが相互浸透したポリビニルアルコール（PVA）ハイドロゲルネットワークで構成されており、フィチン酸によるドープと、グルコース特異性を付与するためのグルコースオキシダーゼの固定化が行われています。製造プロセスは低温度で管理されており、25% PVA溶液を3〜4 °Cに冷却し、フィチン酸溶液とアニリンモノマー、過硫酸アンモニウムを加えて重合させます。その後、PDMS型への注入、遠心分離、および-20 °Cと25 °Cでの3回の凍結融解サイクルを経て成形されます。完成したアレイの針先は長さ1000マイクロメートル、底面直径390マイクロメートル、間隔1000マイクロメートルとなっており、葉のクチクラ層を貫通する機械的強度と、葉の表面に適合する柔軟性を兼ね備えています。
特にフィチン酸は、導電性と架橋を可能にするプロトン貯蔵庫としての役割、ポリアニリンの親水性分散を促進する役割、そして抗菌化学による汚染抑制という3つの役割を担っています。抗菌試験では、黄色ブドウ球菌に対して0.76%、大腸菌に対して2.83%まで生存率を低下させ、97%を超える抑制率を達成しました。また、1本あたり0.8ニュートンの荷重に耐え、水分を含んだココアの葉の貫通力に匹敵することが示されています。
背景・業界の文脈
植物のグルコース計測において、温度による酵素活性の変化は大きな課題となります。本研究では10〜40 °Cの範囲でキャリブレーションを行い、センサー自身の温度信号を用いて読み取り値を補正する温度調整式を導出しています。また、ナトリウムイオンやL-アスコルビン酸、ドーパミンなどの干渉物質（各10mM）に対しても、10mMのグルコース参照に対して無視できる程度のクロスリアクティビティしか示さず、応答時間は30秒未満と高速です。
今後の展望
ポトス（Epipremnum aureum）を用いた実証実験では、午前8時の低値から始まり、光合成による蓄積、正午の気孔閉鎖による一時的な低下、午後3時頃のピーク、そして夜間の呼吸による低下という14時間の昼夜サイクルを正確に追跡しました。測定値は10〜80mMの範囲で変動し、これはポトスの葉における可溶性糖の生理的レベルと一致しています。さらに、4日間の暗所ストレス実験では、グルコース濃度が初期値の14.3%まで低下することが確認されており、植物のストレス状態を定量的に把握するツールとしての有用性が示唆されています。
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