アレイ化ナノ針電極とマイクロ流路の集積化素子による培養神経細胞内部の活動電位測定

• Project/Area Number: 18710118
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Microdevices/Nanodevices
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: TIXIER-MITA Agne (TIXIER Agnes) 東大, 生産技術研究所 (00334368)
• Project Period (FY): 2006 – 2007
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2007)
• Budget Amount: ¥3,500,000 (Direct Cost: ¥3,500,000); Fiscal Year 2007: ¥500,000 (Direct Cost: ¥500,000); Fiscal Year 2006: ¥3,000,000 (Direct Cost: ¥3,000,000)
• Keywords: バイオMEMS / 細胞内活動電位 / シリコンナノ針 / アレイ電極 / 光透過電極

Research Abstract

本研究では、MEMS技術を発展させたナノ立体加工によって150nm程度の直径の針電極をVLSIチップの各所に作り、その上に培養したニューロンの細胞膜に貫通して挿入することで、細胞内の電位を多点で同時に測定することを目的とする。特に、研究代表者の有するMEMS要素技術を統合し、人工的なネットワークを構成する多数の神経細胞について、その個別活動状態を測定した上で、ニューロン間の相互作用を明らかにすることを目標とする。
本研究は、直径150nm程度のナノ針電極を金属配線と集積化するプロセスを要素技術としており、最終的にはこれをVLSIと融合し、複雑な電極配置上で、複数の細胞部位における活動電位計測を得、ニューロン間の相互作用を明らかにする。VLSIへの融合は、ナノ針電極の配置やプロセス条件など多くの検討が必要であると考えるため、VLSI融合を念頭においた基礎条件の検討と、システムの基礎部品の設計試作を行った。
本年度は、(1)培養細胞の観察を容易化するLSI基板ならびに(2)細胞内活動電位の選択的読み出しLSI回路の検討設計ならびに試作を行った。観察容易化LSI基板として、検討の結果、本プロジェクトとは独立して研究が進められていた「LSI基板材質変更法」による透明基板技術を採用することが有望であるとの結論に達した。同LSI基板材質変更法に用いるSOI(Silicon on Insulator) LSIならびに、電位の読み出しを行うマトリックススイッチLSIの設計を行い東京大学大規模集積システム設計教育研究センター(VDEC)を通じて試作した。チップ到着に前後してで研究代表者本人が第一子出産ならびに受給資格の喪失(フランス科学技術センタCNRSーの任期切れ)となり科研費としては1月31日で終了したが、研究自体は引き続き着実に進行中である。