2015 Fiscal Year Research-status Report
内耳蝸牛内電位駆動型の非常用電力体内給電システムの基盤技術開発とその評価
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15K12091
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
舘野 高 北海道大学, 情報科学研究科, 教授 (00314401)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
村上 修一 地方独立行政法人大阪府立産業技術総合研究所, その他部局等, 研究員 (70359420)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 音響センサ / 微細加工技術 / 多電極配列 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では，生体内の80 mV前後の微小電位を利用して，体内埋め込み機器とその電源に電力を供給することが可能な非常用体内システムの基盤技術を開発する．特に，本研究課題の基礎技術として，生体の組織・細胞内電位を実時間で計測し，電圧源および信号源として他の機器に供給する技術の応用を目指している．本研究の実施期間の初年度である今年度は，まず，細胞インターフェースとなる微小電極配列基板，および，音響センサ部のプロトタイプを主に開発した．具体的には，大阪府立産業技術研究所の微細加工技術装置を利用して，大脳皮質に刺入するタイプの微小多電極配列基板を試作した．実際に，齧歯類動物の脳を用いて，刺入実験を行ったところ，電極支持部の破損を起こさずに，脳内に挿入が可能であった．また，音響センサについては，市販の圧電膜を利用してフォトリソグラフィー技術を応用し，電極形状をパターンニングする計画であったが，次年度計画の前倒しとして，粉末状の圧電材料を利用して，齧歯類動物に応用できるサイズ，および，周波数帯域の感受性を目標として設計し，同研究所にて，基板上に電極と圧電材料を一体化した音響センサ構造を製作した．そのデバイスの構造と機械及び電気的特性の評価結果について，電子情報通信学会の研究会（ニューロコンピューティング研究会，3月23日，玉川）で詳細を報告した．また，体内電力獲得システムの先行研究の回路構成を基に，回路シミュレータを用いて，本課題に適する昇圧コンバータ回路を設計した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成27年度は，当初の計画に基づき，細胞インターフェースとなる微小電極，および，音響センサ部のプロトタイプを大阪府立産業技術研究所内にある微細加工技術装置を利用して開発した．まず，既成のシリコン基板を購入し，微細加工技術を用いて，内耳および大脳皮質に刺入する薄型微小多電極デバイスを試作した．特に，大脳皮質の周波数応答構造に基づき，特徴周波数の異なる複数の脳部位を刺激できる多電極配列基板を製作した．その基板の製作後に，多電極の特性を計測した結果，電気的刺激によって脳活動を十分に誘発できる電極特性を有していた．また，音響センサについては，本年度は，市販の圧電膜を利用して，フォトリソグラフィー技術を応用し，電極形状をパターンニングした後に，齧歯類動物に利用できるサイズの基板上に一体化した音響センサ構造を形成する予定であった．しかし，次年度の計画を考慮して，計画の前倒しを行い，粉末状の圧電材料からセンサ部に電極を有する圧電素子デバイスを製作した．その結果，音刺激に対して，圧電材料の振動膜は齧歯類の可聴域で応答する特性が得られたが，出力電圧は，数値計算の推定値より小さな値しか得ることができなかった．さらに，体内電力獲得システムの先行研究の回路構成を基に，本課題に適する充電昇圧コンバータ回路の設計を行い，数値計算によりその特性を評価した．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度は，細胞インターフェースとなる微小電極配列基板を再度試作し，実際の生理学実験に応用するために，電圧出力制御機器と接続するコネクタ，および，支持基板を製作し，一連のインターフェースの完成を目指す．また，実際に，大脳皮質の周波数応答構造に基づき，特徴周波数の異なる複数の脳部位を刺激する実験を行う．
次に，前年度試作した音響センサの評価結果に基づき，さらに大きな出力電圧を得るために，平成28年度の上半期では，主に，粉末状の圧電材料(ポリフッ化ビニリデン，PVDF)から，圧電材料薄膜を独自に試作する方法を用いてセンサ試作を継続実施し，そのセンサの特性評価を行う．そして，周波数選択性のある音響センサの実現を目的として，複数の共振周波数を持つ機械的な構造を得るため，研究分担者の所属する大阪産業技術研究所の装置群を利用して，シリコン基板上に圧電薄膜構造物を製作する．また，齧歯類の可聴域である音信号を生成するために，超音波の周波数領域の振動を駆動するトランスデューサの製作を検討する．
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Research Products
(4 results)
