2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Nanosheet-Based Wireless Probes for Multi-Simultaneous Monitoring of Action Potentials and Neurotransmitters
| Project/Area Number |
18H03539
|
|---|
| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
|---|
Principal Investigator |
藤枝 俊宣 東京工業大学, 生命理工学院, 講師 (70538735)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
太田 宏之 防衛医科大学校(医学教育部医学科進学課程及び専門課程、動物実験施設、共同利用研究施設、病院並びに防衛, 生理学, 助教 (20535190)
小林 正治 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (40740147)
武岡 真司 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (20222094)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
|
| Keywords | 高分子ナノ薄膜 / インクジェット印刷 / 脳皮質電位(ECoG) / 局所フィールド電位(LFP) / ChR2発現ラット / 分子インプリント / ポリピロール / Bluetooth Low Energy |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
（１）高分子ナノ薄膜を基材とする脳皮質電位(ECoG)計測用電極の開発：ポリ乳酸製ナノ薄膜の表面に、微細配線（幅 約100μm）と電極部（面積 400μm四方）をインクジェット印刷し、SU-8薄膜にて封止した。作製したECoG電極のインピーダンスは1 kΩ-10 kΩ (at 1 kHz)であり、ECoGの計測に必要な値が得られた。また、曲げ剛性(5.0 nN・m)は、現在臨床応用されている硬膜下電極の約30分の1の値を示し、脳の曲げ剛性(1 nN・m)に近接する柔軟性を示した。
（２）ECoG電極の機能評価：防衛医大の太田助教と連携して、複数の神経細胞から発せられる局所フィールド電位(LFP)の計測を試みた。ECoG電極をChR2発現ラットの脳表面貼付したところ、電極は脳表の起伏に追従して貼付されている様子が観察された。また、脳表を青色光にて光刺激したところ、急性期においてLFPを計測することに成功した。
（３）分子インプリント膜の形成：神経伝達物質を捕捉するために、ECoG電極の電極部に対して分子インプリント膜のマトリックスとなるピロールの電解重合を試みた。作製したECoG電極を作用電極として、ピロール溶液に対してサイクリックボルタメトリー法にて電位を掃引したところ、電極部の表面にポリピロール層（膜厚約30 nm）を得ることに成功した。
（４）小型無線機の作製：東京大学の小林准教授と連携して、小動物に搭載可能な小型で低消費電力な脳神経信号の無線伝送モジュールを、１チャネルから4チャネルに拡張した。このモジュールは、ナノ薄膜神経電極と接続可能であり、1 mV以下の微小電圧信号を増幅するアナログフロントエンドとBluetooth Low Energyによる無線通信機から構成されており、データレートは3 kbpsで、全体の大きさがわずか3.6 cm3程度である。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
令和元年度に計画していた通り進んでいる。微小印刷電極からなるECoG電極を開発し、ChR2発現ラットのLFPを計測することに成功した。現在は、神経伝達物質用プローブの開発に向けて、神経伝達物質の一つであるドーパミン分子を、分子インプリント法にてポリピロール層に埋め込み、ドーパミン分子の鋳型を形成するための重合条件を検討している。また、無線計測機は昨年度の1チャネルを4チャネルに拡張し4点同時計測が可能となった。
|
| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度の研究成果を基にして、分子インプリント法にてポリピロール層内にドーパミンの鋳型構造を形成し、外部から添加したドーパミンに対する感度及び、競合物質存在下における選択性の評価を行う。また、当該神経プローブをChR2発現ラットの脳表に貼付することで、光刺激時に産生されるドーパミンと神経電位の同時計測を試みる。また、4チャネル同時計測無線計測機を用いて実際の信号取得を試み、その実用性を検証する。
|
-
-
-
-
-
-
-
-
[Presentation] Ultra-Thin, Flexible, Inkjet-Printed Neural Probes with Mechanically Gradient Structure2019
Author(s)
Fujie, T., Kokubo, N., Yamagishi, K., Takeoka, S., Ohta, H.
Organizer
2019 MRS Fall Meetings & Exhibit
Int'l Joint Research
-
-
-
[Presentation] Development of Flexible Antenna Coils for Gas Sensing Application2019
Author(s)
Hao, M., Tetsu, Y., Takeoka, S., Fujie, T., Goda, T., Miyahara, Y.
Organizer
The 4th International Symposium on Biomedical Engineering (4th ISBE)
Int'l Joint Research
-
-
[Presentation] Ultra-Thin, Flexible, Inkjet-Printed Neural Electrodes with Mechanically Gradient Structure2019
Author(s)
Fujie, T., Kokubo, N., Yamagishi, K., Takeoka, S., Ohta. H.
Organizer
RoboSoft2019
Int'l Joint Research
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
