2015 Fiscal Year Research-status Report
バイオフォトニックLSIによる生体内光センシング・光治療一体化システム
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15K21164
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| Research Institution | Nara Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
竹原 宏明 奈良先端科学技術大学院大学, 研究推進機構, 助教 (60723088)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 埋め込みデバイス / 光半導体デバイス / 光治療 / 蛍光イメージング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、生体内留置可能なバイオ光学素子と埋植型フォトニックLSIデバイスを開発し、生体内での光センシング・光治療一体化システムの開発を目的としている。光技術の医療応用を進める上では、光が届きにくい生体内深部で光を操作(照射・伝送・検出)するためのデバイス技術の確立が不可欠である。本年度は、光照射用の光源LEDと蛍光画像取得用のイメージセンサを生体内に埋植することにより、光による生体組織をセンシング・治療するための埋植型半導体デバイスを開発した。開発した埋植型光半導体デバイスは、生体内に埋植されたLEDより生体組織を光照射し、生体イメージング用途及び生体治療用途のための光源として用いる。また、同じく生体内に埋植されたCMOSイメージセンサにより吸光度や蛍光といった光シグナルを計測することが可能である。生体内で光を操作するデバイス技術が確立されれば、光を利用したバイオメディカル技術分野の重要な進展に繋がることが期待される。
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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
生体内に埋植した光源及び光センサにより、生体組織への光エネルギーの導入と生体組織からの光シグナルの検出を可能とする埋植型光半導体デバイスを開発した。CMOSセンサは、0.35 μm 2-poly 4-metal standard CMOS technologyにより製造した。開発した埋植型光半導体デバイスの性能評価において、生体組織-デバイスモデルを用いた光学シミュレーションにより、生体埋植時のデバイスによる生体組織への光照射性能を評価したところ、光治療用途へ応用可能な性能であることが確認された。また、埋植型半導体デバイスによる生体内深部でのデバイス動作の検証実験より、生体内深部での半導体デバイスによる光照射及び光イメージングが可能である結果が得られた。よって、当初の計画通りおおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの検討より、生体埋植可能な光半導体デバイスの光センシング・光治療への応用可能性が示された。今後は、生体へ埋植したセンサチップを想定した、情報読み出し技術並びに電力供給技術について検討を進める。埋植センサチップを想定した無線化技術として、これまでに研究が取り組まれてきた高周波や生体内通信を用いた手法と比較して光を用いた通信手法は、生体への影響や電気的なノイズが少なく、また大きなアンテナを必要としないためデバイスサイズのコンパクト化が比較的容易といった特長を有する。その一方、生体組織による光の減衰が課題となる。そこで、来年度以降は、生体内で光を導波させるためのバイオ光学素子の開発を進める。既存のガラス製及びプラスチック製の光ファイバーやレンズ等の光学素子を生体内に留置すると、生体の炎症反応の誘発が避けられない。そのため、生体親和性の高いハイドロゲルを材料としたバイオ光学素子の開発を目指す。
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