【材料・分子システム化学領域】血液中の微量な病気のサインを、高い信頼性で捉える量子センサの量産化へ ～ナノダイヤモンドの個体差を約4分の1に抑え、量子信号も55％向上～

京都大学化学研究所 水落憲和 教授は、量子科学技術研究開発機構（以下、QST）、千葉大学、東京科学大学、株式会社Type-I Technologiesと共同で、がん等の病気のサインとなる血液中にごく微量に含まれる物質を高感度に捉える「ナノダイヤモンド量子センサ」の製造プロセスにおいて、粒子ごとの個体差を約4分の1に低減し、量子信号を55%向上させる革新的な作製技術を開発しました。測定ロットによらない「高い再現性と信頼性」を確保しつつ、将来的な量産化への道を拓く本技術は、がん等の超早期診断の社会実装を大きく前進させる画期的な成果です。
従来のナノダイヤモンド量子センサは、原料ダイヤモンド粒子をナノサイズに砕いてからセンサ機能を作るため、機械的な破砕によって生じる傷やひずみにより、粒子ごとの“クセ”が測定誤差につながることが長年の課題でした。そこで研究グループは、原料ダイヤモンド粒子にあらかじめセンサ機能を作り込み、その後に熱で表面を少しずつ削り、結晶性の高い中心部のみを取り出すことで、細胞計測や分子検出に利用できる小さなサイズを保ちながら、粒子ごとの特性のばらつき低減と大幅な高感度化を両立する技術を確立しました。さらに、優れた粒子を一つずつ選別するのではなく、多数の粒子を一括して高性能化できるため、量産化への展開も期待できます。
これにより、従来の体液診断技術の10万倍とも言われる高い検出感度で、さまざまな疾患の早期診断への活用が期待されるナノダイヤモンド量子センサに、さらに診断に不可欠な計測の再現性と信頼性を大幅に高めることが期待されます。また、細胞温度計測の感度と信頼性も大幅に向上したことで細胞状態の違いをきめ細かく捉えられるようになり、将来的にはがん検査などへの応用も期待されます。さらに新手法は、「究極の性能を持つ量子センサはごく少量しか作れない」という従来の常識を打ち破り、均一で超高感度な量子センサのバッチ生産など、将来の量産化にも展開できる作製法です。高性能なナノ量子センサの量産化に道を拓き、日常的な疾病の超早期診断の実現と普及を支える基盤技術になると考えています。

本研究は、2026年10月7日に国際オープンアクセス学術誌「ACS Nanoscience Au」にオンライン掲載されました。

詳しい研究内容について

血液中の微量な病気のサインを、高い信頼性で捉える量子センサの量産化へ ～ナノダイヤモンドの個体差を約4分の1に抑え、量子信号も55％向上～

研究者情報

• 水落　憲和　　京都大学教育研究活動データベース

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量子物質科学（協力講座、化学研究所）