東京理科大学 創域理工学部 先端化学科の四反田 功准教授や同大学大学院 創域理工学研究科 先端化学専攻の藤澤 拓真氏らの研究グループは、汗に含まれるナトリウムイオンおよびカリウムイオンに応答する信号を連続でモニタリングできるウェアラブルセンサを開発しました。長時間の事前調整を必要としないスクリーン印刷液絡型参照電極を用い、電極や試料搬送層、腕時計型の無線計測装置を一体化しています。実際の建設現場において、約2時間45分にわたりリアルタイムでの信号取得や無線送信、データ保存ができることが確認されました。

開発の背景と従来技術の課題

皮膚に装着するウェアラブルセンサは、心拍数や呼吸数といったバイタルサインに加え、体液中の成分（バイオマーカー）も非侵襲的に測定でき、日常生活を妨げずに健康状態を継続してモニタリングできます。体液の中でも汗は採取が容易で連続測定に適しており、汗に含まれるイオン濃度を測定することで、水分補給の状態把握や熱中症対策への活用が期待されています。

電位差測定を原理とするイオンセンサはセンサの大きさに依存しないため小型化に向いており、印刷技術で作製することで低コストでの大量生産や使い捨てへの対応も容易になります。しかし、従来の参照電極は測定開始から電位が安定するまでに長時間の事前調整を必要とする場合があり、現場利用における障壁となっていました。

研究グループは、スクリーン印刷で作製した液絡型参照電極を、ナトリウムイオン選択性電極、カリウムイオン選択性電極、布および高吸水性繊維からなる試料搬送層、独自開発の腕時計型無線計測装置と一体化しました。

ベンチトップ評価を行った結果、ナトリウムイオンセンサの感度は48.3 mV/decade、カリウムイオンセンサの感度は46.4 mV/decadeとなりました。液絡型参照電極の電位変化は、10 mM塩化ナトリウム水溶液中で3000秒間に約6 mVであり、従来の参照電極のような長い初期過渡応答を示さず、事前の長時間調整なしに動作することが確認されました。なお、液絡層を設けずに作製した比較用電極では電位が経時的に変動し続けたことから、液絡層が電位の安定に重要な役割を果たしていることが示されています。

建設現場での実地試験と今後の展望

稼働中の建設現場で実施された実地試験では、作業員が通常の作業を継続するなか、約2時間45分にわたって電位信号をリアルタイムに取得しました。取得した信号は標準水溶液による検量線をもとに見かけの濃度へ変換され、無線送信およびデータ保存が可能であることが実証されました。

研究を主導した四反田 功准教授は、本技術が建設現場や製造現場、スポーツ、屋外活動などにおいて作業や運動を中断せずに汗中のイオン情報を取得するための基盤になるとし、将来的には発汗量や水分摂取量などの情報と組み合わせることで、暑熱環境における体調管理や水分補給支援への応用が期待されるとコメントしています。

なお、本研究は日本学術振興会（JSPS）の科研費（24K02819）の助成を受けて実施されました。

論文情報

本研究成果は、2026年9月21日に国際学術誌「ACS Omega」にオンライン掲載されました。

• 雑誌名：ACS Omega
• 論文タイトル：Real-Time Monitoring with a Wristwatch-Type Sodium- and Potassium-Ion Sensor Using a Screen-Printed Liquid-Junction Reference Electrode
• 著者：Isao Shitanda, Takuma Fujisawa, Noya Loew, Ryo Shirai, Yuta Imade, Yuri Okamoto, Shinya Yanagita, Hikari Watanabe, Masayuki Itagaki
• DOI：10.1021/acsomega.6c04240

正式な表記については、東京理科大学WEBページ（https://www.tus.ac.jp/today/archive/20261009_9677.html）に掲載されています。

本記事は東京理科大学の発表をもとに作成されています。

Dellows News編集部

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