シリコンナノ生体情報計測デバイス

• Project/Area Number: 14750174
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Intelligent mechanics/Mechanical systems
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 竹内 昌治 東京大学, 生産技術研究所, 助教授 (90343110)
• Project Period (FY): 2002 – 2003
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2003)
• Budget Amount: ¥3,500,000 (Direct Cost: ¥3,500,000); Fiscal Year 2003: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2002: ¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000)
• Keywords: 神経電極 / シリコンマイクロマシンニング / MEMS / 生体情報計測 / 神経電位計測 / マイクロマシン / 神経インターフェース / 刺入型微小電極

Research Abstract

本研究の目指す最終ゴールは,細胞内多チャンネル記録が可能な,シリコンナノ構造を先端にもつ神経電位計測用微小電極を実現することである.脳内の神経一本一本に「物理的に」電極を刺入し,活動電位を計測する手法を検討する.脳内の個々の神経の特性及びネットワークの迅速な解明のために,容易に神経細胞内に刺入かつ固定可能な微小電極として,本研究では,シリコンナノマシンニングを用いて,先端に複数のナノプローブを持つ電極を製作し,細胞内記録を容易に実現する生体情報計測デバイスを提案した.本補助金によって,まずは,ナノ電極におけるナノ構造の抽出法を確立した.ここでは,RIE(Reactive Ion Etching)法などのドライエッチングによって構造を抽出する方法を検討した.材料として用いるのは,シリコンの単結晶基板または,SOI(Silicon on Insulator)基板である.これに電子線または、UVレーザーに感光するレジストを塗布し,直接描画によりパターニングを試みた.露光出力や注入時間,フォーカスなどを変化させることによって,精密なパターンが得られる条件を検討した.次にこのレジストをマスクとして反応性イオンエッチング(RIE)法を用いて,シリコン部分をエッチングする.最後に犠牲層であるSiO2層をフッ酸あるいは,フッ酸の蒸気によって除去し,ナノサイズでパターニングされたシリコンプローブを抽出できることが分かった.その結果,電子線直接描画法を用いたものでは,約100nm程度のパターン,UVレーザ描画装置を用いた方法では,約700nm程度のプローブを複数本同時に実現できることが分かった.

Research Products

• [Publications] Shoji TAKEUCHI, Takafumi SUZUKI, Kunihiko MABUCHI, Hiroyuki FUJITA: "3D Flexible Multichannel Neural Probe Array"Journal of Micromechanics and Microengineering. Vol.14. 104-108 (2004)
• [Publications] Shoji Takeuchi, Isao Shimoyama: "A Radio-telemetry System with a Shape Memory Alloy Microelectrode for Neural Recording of Freely Moving Insects"IEEE Transaction on Biomedical Engineering. vol.51, no,1. 133-137 (2004)
• [Publications] Shoji Takeuchi, Isao Shimoyama: "Standing Microcoil Actuator Array"Jananese Journal of Anolied Physics. vol.42. 3695-3697 (2003)
• [Publications] 赤松直樹, 鈴木隆文, 満渕邦彦, 藤田博之, 金範〓, 竹内昌治: "神経電位計測用フレキシブルシリコンプローブアレイ"電気学会誌. vol.123-E, no.12. 571-576 (2003)
• [Publications] Shoji Takeuchi, Yumi Yoshida, Kunihiko Mabuchi, Takafumi Fujita: "Parylene Flexible Neural Probe with Microfluidic Channel"Proceeding of IEEE International Micro Electro Mechanical Systems. 208-221 (2004)
• [Publications] N.Akamatsu, T.Suzuki, K.Mabuchi, H.Fujita, B.J.Kim, S.Takeuchi: "Fabrication and Evaluation of A Silicon Probe Array on a Flexible Substrate for Neural Recording"Proc. of the 25th Annual International Conference of the IEEE Engineering In Medicine And Biology Society (EMBS). 3802-3805 (2003)
• [Publications] 竹内昌治: "バイオに学びバイオを超える (第10章生物の不思議を探るマイクロマシン技術)"日本評論者. 248 (2004)
• [Publications] Takafumi Suzuki, Mabuchi Kunihiko, Shoji Takeuchi: "A 3D flexible parylene probe array for multichannel neural recording"Proc. of IEEE Neural Engineering. (in press). (2003)
• [Publications] Mie MITSUI, Shoji TAKEUCHI, Takafumi SUZUKI, Michiko OHKURA, Kunihiko MABUCHI: "Flexible intra-fascicular nerve electrodes for the recordings of autonomous nerves"Proc. of IEEE Neural Engineering. (in press). (2003)
• [Publications] Shoji Takeuchi, Takafumi Suzuki, Kunihiko Mabuchi, Hiroyuki Fujita: "3-D Flexible Multichannel Probe Array"Proceeding of IEEE International Micro Electro Mechanical Systems (MEMS'03). 367-370 (2003)
• [Publications] Shoji Takeuchi, Isao Shimoyama: "Standing Microcoil Actuator Array"Proc. of the 19^<th> Sensor Symposium. 451-454 (2002)
• [Publications] Shoji Takeuchi, Isao Shimoyama: "Remote Inductive Powering for Driving Microactuators"Proc. of The 6^<th> International Conference on Motion and Vibration Control (MOVIC2002). 1045-1049 (2002)
• [Publications] 竹内昌治, 下山勲: "微小電極によるバイオテレメトリー"計測自動制御学会誌. Vol.42,no.1. 38-41 (2003)
• [Publications] 竹内昌治, 下山勲: "マイクロマシン江刺正喜監修"産業技術サービスセンター(江刺正喜監修). 669 (2002)