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2018 年度 実績報告書

神経活動電位・伝達物質を多重同時計測可能なナノ薄膜状ワイヤレスプローブの創製

研究課題

研究課題/領域番号 18H03539
研究機関東京工業大学

研究代表者

藤枝 俊宣  東京工業大学, 生命理工学院, 講師 (70538735)

研究分担者 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)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワード高分子ナノ薄膜 / インクジェット印刷 / ナノインク / 神経電極 / スパイク計測 / オプトジェネティクス / オプトロード / 無線計測
研究実績の概要

本研究では、脳組織に対して神経電極の低侵襲な穿刺を目指すべく、柔らかい高分子ナノ薄膜とインクジェット印刷技術を組み合わせることで、フレキシブルな神経電極を開発する。平成30年度の成果は以下のとおりである。
(1)脳組織に穿刺可能な微小印刷電極からなる神経電極の作製:ナノ薄膜表面にインクジェット印刷にて微細配線(幅約50 um)を印刷した。ナノ薄膜の柔軟性を利用して、厚さ6 um,幅3 mmのシート形状を直径200-300 umの針状に成型した。次に、針先端部に電極構造を形成するため、カミソリ刃を利用して微小電極の露出を試みた。作製した神経電極のインピーダンスは800 kΩ(at 10 Hz)であり、単一神経細胞の計測に必要な値が得られた。
(2)単一神経細胞のスパイク計測:防衛医大の太田助教と連携して、神経電極をラット脳内に穿刺し、単一神経細胞のin vivoスパイク計測を試みた。マイクロCTにて脳内の電極構造を観察したところ、針状の電極構造を維持したまま脳内に留まる様子が認められた。さらに、直径500 umの光ファイバにシート状神経電極を巻き付けることで、神経細胞への光刺激と活動電位のその場計測が可能なオプトロードを開発した。ChR2発現ラットの海馬部に穿刺し、青色光 にて光刺激したところ、単一神経細胞由来のスパイクを計測することに成功した。
(3)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開発した。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による無線通信機で構成されており、全体の大きさがわずか3.6 cm^3程度である。動物に干渉することなく、電池駆動で長時間の計測が可能である。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

平成30年度に計画していた微小印刷電極からなる神経電極の作製手法を新規に構築し、in vivoでの単一神経電位の計測やオプトロードの開発に成功した。現在は本手法を活用することで、脳表面に貼付可能なECoG電極の開発を進めている。さらに、平成31年度で予定している分子インプリントによる電極部の機能化にも着手した。

今後の研究の推進方策

平成30年度の研究成果を基にして、分子インプリントによる電極部の機能化について検討する。分子インプリントについては、脳表面の浸出液中の神経伝達物質を補足すべくECoG電極への修飾を予定している。また、穿刺型や貼付型の神経電極を小型無線機と接続することで、神経電位の無線計測まで踏み込む予定である。

  • 研究成果

    (28件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (23件) (うち国際学会 13件、 招待講演 14件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Printed nanofilms mechanically conforming to living bodies2019

    • 著者名/発表者名
      Yamagishi Kento、Takeoka Shinji、Fujie Toshinori
    • 雑誌名

      Biomaterials Science

      巻: 7 ページ: 520~531

    • DOI

      10.1039/c8bm01290c

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Inkjet-Printed Neural Electrodes with Mechanically Gradient Structure2018

    • 著者名/発表者名
      Kokubo Nana、Arake Masashi、Yamagishi Kento、Morimoto Yuji、Takeoka Shinji、Ohta Hiroyuki、Fujie Toshinori
    • 雑誌名

      ACS Applied Bio Materials

      巻: 2 ページ: 20~26

    • DOI

      10.1021/acsabm.8b00574

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Extracellular pH imaging of a plant leaf with a polyelectrolyte multilayered nanosheet2018

    • 著者名/発表者名
      Someya Daichi、Arai Satoshi、Fujie Toshinori、Takeoka Shinji
    • 雑誌名

      RSC Advances

      巻: 8 ページ: 35651~35657

    • DOI

      10.1039/c8ra06308g

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Printed Nanofilms for Bio-integrated System2019

    • 著者名/発表者名
      Fujie, T.
    • 学会等名
      The 1st Workshop on Active Matter for Soft Robotics
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Printed Nanofilms Mechanically Conforming to Living Bodies2019

    • 著者名/発表者名
      Fujie, T.
    • 学会等名
      3D Lab Exchange Symposium
    • 国際学会
  • [学会発表] The development of inkjet-printed nanosheet antenna coil using multi-stacked graphene flake ink2019

    • 著者名/発表者名
      Tetsu, Y., Takeoka, S., Fujie, T.
    • 学会等名
      3D Lab Exchange Symposium
    • 国際学会
  • [学会発表] Printed nanofilms for ultra-conformable biodevices2019

    • 著者名/発表者名
      Fujie, T.
    • 学会等名
      NRF-JSPS Joint symposium on Method for construction and delivery of vascularized 3D-tissueI assure
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 多層グラフェンフレークの剥離を利用した有機高分子基材からなる薄膜状アンテナコイルの開発2019

    • 著者名/発表者名
      鉄 祐麿, 武岡 真司, 藤枝 俊宣.
    • 学会等名
      第66回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] Printed Nanofilms as Flexible Building Blocks of Bio-Integrated Device2018

    • 著者名/発表者名
      Fujie, T.
    • 学会等名
      The 1st Workshop for Soft Artifacts
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Tissue-adhesive optoelectronics for wirelessly-operated photodynamic therapy2018

    • 著者名/発表者名
      Fujie, T., Yamagishi, K., Kirino, I., Takahashi, I., Amano, H., Takeoka, S., Morimoto, Y.
    • 学会等名
      2018 MRS Fall Meetings & Exhibit
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of a sheet-like pH imaging sensor with polyelectrolyte multilayered thin films2018

    • 著者名/発表者名
      Takeoka, S., Someya, D., Arai, S., Fujie, T
    • 学会等名
      2018 MRS Fall Meetings & Exhibit
    • 国際学会
  • [学会発表] Ultra-thin Flexible Electronics for Healthcare Applications2018

    • 著者名/発表者名
      Kido, Y., Tetsu, Y., Takeoka, S., Fujie, T., Goda, T., Miyahara. Y.
    • 学会等名
      The 3rd International Symposium on Biomedical Engineering (3rd ISBE)
    • 国際学会
  • [学会発表] Printed nanofilms for wearable and implantable devices2018

    • 著者名/発表者名
      Fujie, T.
    • 学会等名
      NANOPIA 2018
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Ultra-Flexible Polymer Nanosheet for Bio and Electronics Applications2018

    • 著者名/発表者名
      Fujie, T.
    • 学会等名
      First International Conference on 4D Materials and Systems
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Polymer Nanosheets as Flexible Building Blocks for Bio-Hybrid Systems2018

    • 著者名/発表者名
      Fujie, T.
    • 学会等名
      The 40th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBS)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Development of Printed Nanofilms for Bio-Integrated Devices2018

    • 著者名/発表者名
      Fujie, T.
    • 学会等名
      35th International Conference of Photopolymer Science and Technology (ICPST)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Printed Nanofilms for Biomonitoring Technologies2018

    • 著者名/発表者名
      Fujie, T.
    • 学会等名
      International Conference on Molecular Electronics and Devices (IC ME&D 2018)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 高分子ナノ薄膜が拓くウェアラブル・インプランタブル技術2018

    • 著者名/発表者名
      藤枝 俊宣.
    • 学会等名
      日本接着学会第14回関西支部若手の会
    • 招待講演
  • [学会発表] 生体貼付型エレクトロニクスの開発と展望2018

    • 著者名/発表者名
      藤枝 俊宣.
    • 学会等名
      色材協会第15回色材IT講座
    • 招待講演
  • [学会発表] 無線式バイオデバイスの医療・ヘルスケアへの応用2018

    • 著者名/発表者名
      藤枝 俊宣.
    • 学会等名
      第229回有機エレクトロニクス材料研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] 医療応用に向けた無線給電式薄膜発熱デバイスの開発2018

    • 著者名/発表者名
      城戸 悠介, 鉄 祐麿, 武岡 真司, 藤枝 俊宣.
    • 学会等名
      第79回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] 高分子ナノシートを基材としたインクジェット印刷配線による微小神経電極の開発とオプトジェネティクスへの応用2018

    • 著者名/発表者名
      小久保 奈々, 荒毛 将史, 山岸 健人, 守本 祐司, 武岡 真司, 太田 宏之, 藤枝 俊宣.
    • 学会等名
      第67回高分子討論会
  • [学会発表] インクジェット印刷による柔軟神経電極の開発とオプトジェネティクスへの応用2018

    • 著者名/発表者名
      小久保 奈々, 山岸 健人, 武岡 真司, 太田 宏之, 藤枝 俊宣.
    • 学会等名
      第41回日本神経科学大会
  • [学会発表] インプランタブルデバイスに向けたプリンテッドナノ薄膜の開発2018

    • 著者名/発表者名
      藤枝 俊宣.
    • 学会等名
      第57回日本生体医工学会大会
    • 招待講演
  • [学会発表] バイオ・エレクトロニクスに向けたプリンテッドナノ薄膜の創製2018

    • 著者名/発表者名
      藤枝 俊宣.
    • 学会等名
      新化学技術推進協会 先端化学・材料技術部会
    • 招待講演
  • [学会発表] 高分子ナノシートの創製とバイオデバイスへの展開2018

    • 著者名/発表者名
      藤枝 俊宣.
    • 学会等名
      有機デバイス研究会
    • 招待講演
  • [備考] 研究室ホームページ

    • URL

      https://sites.google.com/view/fujie-laboratory/

  • [備考] バイオマテリアル・サイエンス誌の新進研究者2019に選定

    • URL

      https://www.titech.ac.jp/news/2019/043660.html

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公開日: 2019-12-27  

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