2014 Fiscal Year Annual Research Report
脳内深部の神経細胞内電位を多点で計測するナノエレクトロニクス
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26709024
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| Research Institution | Toyohashi University of Technology |
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Principal Investigator |
河野 剛士 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70452216)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | ナノデバイス / 細胞内電極 / 細胞内計測 / シリコン / MOSFET |
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| Outline of Annual Research Achievements |
脳の神経細胞やその他生体組織内深部の各種細胞の“細胞レベル”での計測を可能とするナノエレクトロニクス技術の開発研究として、次に示す実験項目について実施した。
（１）ナノプローブ集積化プロセスの検討・評価
（２）ナノプローブの電気的特性の評価
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
ナノプローブの集積化プロセスを検討し、実際に120 m長のナノプローブ電極アレイの製作を確認した。ナノプローブの電極材料には生理溶液/電極界面の電気的インピーダンスが低いIrを成膜し、プローブ側面は生体適合性の高い絶縁膜としてParyleneを成膜した。ナノプローブの先端化開口は、レジストスプレー塗布、O2プラズマの調整により、ワイヤー先端の開口高さを数mで調整した。
製作したナノプローブ電極の電気的特性評価により、細胞内信号を計測できる見通しを得た。 生理溶液中におけるインピーダンスは、1 kHzで2.4 MΩを示した。 また、入力・出力電圧比においては、入力信号に対して約70%の出力信号を得た。この結果を細胞内電位計測時の等価回路モデルに置き換えて実際の計測時における入出力比を算出すると入力信号に対して約50%の出力信号が得られることが分かった。細胞内信号が数十～百 mVであることと入出力比の結果より、製作したデバイスを用いて数十 mVオーダーの細胞内電位が計測できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
On-chipエレクトロニクス
高インピーダンス特性のナノ電極用のOn-chip生体信号増幅器の集積化を検討する。電気生理用として、増幅器に加えて、フィルタ、多チャンネル用チャンネルセレクターを集積化する。本学CMOSプロセスでのデバイスプロトタイプの試作・検証後、外部ファンドリーサービスへの移行も予定する。
電気生理実験
開発したデバイスの細胞計測評価を実施する。順序として先ず培養細胞、若しくは脳切片を測定対象とする。組織深部の観察に、共焦点レーザ走査型顕微鏡を用いた電気的な測定のみならず物理的な細胞観察の評価も同時に実施する。 生体内細胞測定においては、これまでに本学で実績のあるマウス、ラット[A. Fujishiro et al., Int. conf. IEEE-MEMS, 2011, A. Fujishiro et al., Scientific Reports, 2014]の大脳皮質を対象とする。電気生理計測には、多点記録・刺激システムを用いる。
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| Causes of Carryover |
研究において未使用額が生じた理由は、研究に使用するMEMS/IC製作等の消耗品が当初予定額よりも少なかったためである。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度以降は研究が本格化し、未使用額については次年度研究費と併せて使用する計画である。
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