2021 Fiscal Year Annual Research Report
Realization of multi-modal ion image sensor to clarify interaction of neurotransmitters
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18H03778
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| Research Institution | Toyohashi University of Technology |
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Principal Investigator |
澤田 和明 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40235461)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | イオンイメージセンサ / マルチモーダル / バイオセンサ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
単一種類のイオン（例えば水素イオン）をイメージングするだけでなく，同一場所のその他の化学量（ガス，神経伝達物質：ATPやLactateなど，他のイオン：Kイオン，Caイオンなど）を同時に可視化できるマルチモーダルイメージセンサを実現し，シナプスや細胞の相互作用解明のために有用なツールであることを検証する．具体的には、マルチモーダルセンサのプラットフォームとなる電位センサアレイを試作し、次にその上に各種検出膜を形成することで、4種類以上の神経伝達物質・イオン，ガスを空間解像度5μm以下，時間分解能2msecで取得できるバイオイメージセンサの開発を行うことを目的としている．
昨年度までに乳酸と水素イオンを同時にイメージングするセンサ開発、および異なる物質の拡散の抑制に成功してきた。今年度は昨年度実現した乳酸と水素イオンを同時可視化できるセンサを活用し海馬からの信号取得し成功した。グルタミン酸刺激により乳酸放出が確認できたが、そのときの水素イオンの放出は同時に確認できなかった。このことから海馬から乳酸放出時には海馬における細胞外のpHは変化しないことが確認できた。またカリウムイオンと水素イオンを同時に可視化するイメージセンサについても取り組んだ。カリウムイオン感応膜を半導体技術で微細加工する技術は未開発のため今年度はレーザにより部分的に感応膜を除去し、水素イオン検出部を露出することで、水素とカリウムを同時に検出するセンサを実現することができた。
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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
昨年度5ミクロンピッチ、フレームレート500フレーム毎秒で動くセンサプラットフォーム、予定通り、2種類のイオン感応膜を製作し、生物実験に成功し、生物学的に有意な実験結果を得ることができた。来年度は微細加工を技術を駆使して、研究目的である4種類以上のイオンなどを同時に検出するセンサの開発を目指す。
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| Strategy for Future Research Activity |
半導体微細加工技術特にフォトリソグラフィで、イオン感応膜をパターニングするところに時間を費やしている。 直接パターニングすることにこだわらず、最終年度はリフトオフプロセスや他の方法を採用しながら5ミクロンピッチセンサ上でのマルチイオンセンサ開発に取り組みたい。
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[Presentation] NEEDLE-TYPE 5-μM PIXEL PITCH Ph-IMAGE SENSOR AND IMAGING OF PROTON EMISSIONS IN THE CEREBRAL CORTEX2021
Author(s)
Kotaro Sakamoto, Mai Madokoro, Hiroshi Horiuchi, Junko Ishida, Tomoko Horio, Yasuyuki Kimura,Takeshi Hizawa, Yong-Joon Choi, Kazuhiro Takahashi, Toshihiko Noda, Junichi
Organizer
The 21st International Conference on SOLID-STATE SENSORS,ACTUATORS and MICROSYSTEMS (TRANSDUCERS 2021)
Int'l Joint Research
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[Presentation] A MULTI-CHEMICAL IMAGE SENSOR FOR SIMULTANEOUS VISUALIZATION OF LACTATE AND Ph DISTRIBUTION AND ITS APPLICATION FOR EXTRAC ELLULAR2021
Author(s)
Hayato Muraguchi, Hideo Doi, Tomoko Horio, Bijay Parajuli, Eiji Shigetomi, Youichi Shinozaki, Yong-Joon Choi, Kazuhiro Takahashi, Toshiaki Hattori, Toshihiko Noda, Schuichi Koizumi, and Kazuaki Sawada
Organizer
The 21st International Conference on SOLID-STATE SENSORS,ACTUATORS and MICROSYSTEMS (TRANSDUCERS 2021)
Int'l Joint Research
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[Presentation] 乳酸および水素イオンを同時に可視化可能なマルチイオンイメージセンサの製作と海馬スライス細胞外イメージングへの応用2021
Author(s)
村口 迅人, 土井 英生, 堀尾 智子, パラジュリ ビージェイ, 繁冨 英治, 篠崎 陽一,崔 容俊, 高橋 一浩, 服部 敏明, 野田 俊彦, 小泉 修一, 澤田 和明
Organizer
第38 回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム
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