人に移植可能な1チップ薄膜化人工眼の開発

• Project/Area Number: 14205051
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: 電子デバイス・機器工学
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 栗野 浩之 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (70282093)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小柳 光正 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60205531) ; 玉井 信 東北大学, 大学院・医学系研究科, 教授 (90004720) ; 阿部 俊明 東北大学, 大学院・医学系研究科, 教授 (90191858) ; 沈 正七 (株)東芝, マイクロ波技術部, 研究員(研究職) (00333849)
• Project Period (FY): 2002 – 2004
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2004)
• Budget Amount: ¥48,880,000 (Direct Cost: ¥37,600,000、Indirect Cost: ¥11,280,000); Fiscal Year 2004: ¥10,660,000 (Direct Cost: ¥8,200,000、Indirect Cost: ¥2,460,000); Fiscal Year 2003: ¥15,470,000 (Direct Cost: ¥11,900,000、Indirect Cost: ¥3,570,000); Fiscal Year 2002: ¥22,750,000 (Direct Cost: ¥17,500,000、Indirect Cost: ¥5,250,000)
• Keywords: 人工眼 / 義眼 / 3次元集積化技術 / 集積回路 / 実装技術 / 医療 / 半導体 / 医工学

Research Abstract

現在、高齢化社会の進行に伴って、加齢黄斑変性症(Age-related Macular Degeneration)や糖尿病に起因する網膜色素変性症(Retinitis Pigmentosa)の患者が急激に増えており、全世界で1000万人を超えるとも言われる患者がこれらの病気により失明している。これらの病気は光を電気信号に変換する杆体や錐体と呼ばれる視細胞が侵されることによって発症し,神経節細胞などの細胞には病症は認められていない。このような患者の治療のために本研究では超薄膜化して裏面に網膜刺激電極を有する新しい人工眼の開発を目指している。
本年度は研究の最終年度であり、研究計画書にあるように、人工眼材料の生体適合性を評価するとともに、それらの評価結果を基に薄膜化人工眼チップの設計、試作を行い、実験動物による埋め込み実験を行った。
1.人工眼材料の生体適合性評価を行い、刺激電極にAlやAuのような金属材料を用いると網膜細胞の一部が損傷をうけることを明らかにした。これらの結果を基に、生体適合性のある材料としてPtを選定するとともに人工眼チップの仕様の見直しを行った。
2.新しい仕様に従って薄膜化人工眼チップと埋め込み刺激電極付きフレキシブルケーブルを再設計し、試作を行った。試作した人工眼チップでその基本動作の確認に成功した。
3.フレキシブルケーブルを有するPt錘状電極アレイをウサギの眼に埋め込んで網膜を電気刺激することにより、電気信号が脳まで伝達され、光覚が生じたことを確認した。電気刺激はパルス高さ50〜600μA、パルス幅1ms、周波数1Hzの刺激パルスで行い、網膜に刺激パルス与えた後の脳のEEP(Electrically Evoked Potential)を測定することで光覚の発現を確認した。

Research Products

• [Journal Article] Retinal Prosthesis System with Telemetry Circuit Controlled by Human Eyelid Movement (2004)
  • Author(s): Jun Deguchi, Hiroyuki Kurino, Makoto Tamai, Mitsumasa Koyanagi, et al.
  • Journal Title: Extended Abstracts of the 2004 International Conference on Solid State Devices and Materials Pages: 350-351
  • NAID: 10022538727
• [Journal Article] Ultimate Function Multi-Electrode System(UFMES) Based on Multi-Chip Bonding Technique (2004)
  • Author(s): Taiichiro Watanabe, Hiroyuki Kurino, Mitsumasa Koyanagi, et al.
  • Journal Title: Extended Abstracts of the 2004 International Conference on Solid State Devices and Materials Pages: 380-381
  • NAID: 10022538809
• [Journal Article] Wafer Level Three Dimensional LSI Technology (2004)
  • Author(s): Hiroyuki Kurino, Mitsumasa Koyanagi
  • Journal Title: Proceedings Twenty First International VLSI Multilevel Interconnection Conference Pages: 98-104
• [Journal Article] Technology for Three Dimensional Integrated System-on-a-Chip (2004)
  • Author(s): Hiroyuki Kurino, Mitsumasa Koyanagi
  • Journal Title: Proceedings of 7^<th> International Conference on Solid-State and Integrated Circuits Technology Pages: 599-602
• [Journal Article] Vision Chip with Electrical Fovea Motion (2004)
  • Author(s): Yoshihiro Nakagawa, Jun Deguchi, Hiroyuki Kurino, Mitsumasa Koyanagi, et al.
  • Journal Title: Japan Journal of Applied Physics(JJAP) 43・4B Pages: 1680-1684
  • NAID: 10012948257
• [Journal Article] Three-Dimensionally Stacked Analog Retinal Prosthesis Chips (2004)
  • Author(s): Jun Deguchi, Taiichiro Watanabe, Hiroyuki Kurino, Mitsumasa koyanagi, et al.
  • Journal Title: Japan Journal of Applied Physics(JJAP) 43・4B Pages: 1685-1689
  • NAID: 10012948279
• [Publications] J.Deguchi, T.Watanabe, T.Nakamura, Y.Nakagawa, T.Fukushima, J.Shim, T.Abe, M.Tamai, H.Kurino, M.Koyanagi: "Three-Dimensionally Stacked Analog Retinal Prosthesis Chip"Japanese Journal of Applied Physics. (Accepted). (2004)
• [Publications] 出口 淳, 渡部泰一郎, 中村共則, 沈正七, 粟野浩之, 阿部俊明, 玉井信, 小柳光正: "積層型人工眼のための基本回路の試作と評価"平成16年春季第51回応用物理学会学術講演会 講演予稿集. No.3(発表予定). (2004)
• [Publications] 杉村 武昭, 出口 淳, 沈 正七, 栗野浩之, 小柳光正: "周波数変調パルス型イメージセンサを用いたロボットのための適応ビジョンシステム"日本機械学会東北大支部第39期総会・講演会. No.023-1(発表予定). (2004)
• [Publications] J.Deguchi, T.Watanabe, T.Nakamura, Y.Nakagawa, J.Shim, H.Kurino, M.Koyanagi: "Three-Dimensionally Stacked Analog Retinal Prosthesis Chip"Abstracts of the 2003 International Conference on Solid State Devices and Materials. 1. 402-403 (2003)
• [Publications] 出口 淳, 渡部泰一郎, 中村共則, 沈正七, 粟野浩之, 小柳光正: "積層型人工眼のための刺激パルス制御回路の検討"平成15年秋季第64回応用物理学会学術講演会 講演予稿集. NO.3. 1185 (2003)
• [Publications] 栗野浩之, 渡部泰一郎, 小滝理之, 中村共則, 佐藤新, 小柳光正: "3次元積層型人工眼チップの研究"日本機械学会東北大支部第38期総会・講演会. No.022・1(発表予定). (2003)
• [Publications] 渡部泰一郎, 小滝理之, 中村共則, 山田裕介, 沈正七, 栗野浩之, 小柳光正: "三次元集積化技術を用いた人工眼チップの研究(2)"第63回応用物理学会学術講演会(秋季)講演予稿集. No.3. 1152-1152 (2002)
• [Publications] 小滝理之, 渡部泰一郎, 中村共則, 山田裕介, 沈正七, 栗野浩之, 小柳光正: "三次元集積化技術を用いた人工眼チップの研究(1)"第62回応用物理学会学術講演会(春季)講演予稿集. No.3. 1301-1301 (2002)