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2019 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)
武岡 真司  早稲田大学, 理工学術院, 教授 (20222094)
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 / 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
研究実績の概要

(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。

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

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。

今後の研究の推進方策

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。

  • 研究成果

    (27件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (20件) (うち国際学会 8件、 招待講演 11件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Graphene/Au Hybrid Antenna Coil Exfoliated with Multi‐Stacked Graphene Flakes for Ultra‐Thin Biomedical Devices2019

    • 著者名/発表者名
      Tetsu Yuma、Kido Yusuke、Hao Meiting、Takeoka Shinji、Maruyama Takeshi、Fujie Toshinori
    • 雑誌名

      Advanced Electronic Materials

      巻: 6 ページ: 1901143~1901143

    • DOI

      10.1002/aelm.201901143

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Elastic kirigami patch for electromyographic analysis of the palm muscle during baseball pitching2019

    • 著者名/発表者名
      Yamagishi Kento、Nakanishi Takenori、Mihara Sho、Azuma Masaru、Takeoka Shinji、Kanosue Kazuyuki、Nagami Tomoyuki、Fujie Toshinori
    • 雑誌名

      NPG Asia Materials

      巻: 11 ページ: 80

    • DOI

      10.1038/s41427-019-0183-1

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Elastomer-based MEMS optical interferometric transducers for highly sensitive surface stress sensing for biomolecular detection2019

    • 著者名/発表者名
      Takahashi Kazuhiro、Fujie Toshinori、Teramoto Reina、Takahashi Isao、Sato Nobutaka、Takeoka Shinji、Sawada Kazuaki
    • 雑誌名

      MRS Communications

      巻: 9 ページ: 381~389

    • DOI

      10.1557/mrc.2019.11

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 生体組織接着性インプランタブル発光デバイスを用いた光がん治療2019

    • 著者名/発表者名
      山岸 健人, 藤枝 俊宣
    • 雑誌名

      バイオマテリアル-生体材料-

      巻: 184(3) ページ: 194~199

  • [雑誌論文] 高分子ナノシートからなるプリンテッドナノ薄膜の創製とバイオデバイスへの展開2019

    • 著者名/発表者名
      山岸 健人, 藤枝 俊宣
    • 雑誌名

      化学工業

      巻: 70(7) ページ: 57~63

  • [学会発表] Emerging Flexible Devices for Advanced Healthcare and Medicine2020

    • 著者名/発表者名
      Fujie, T.
    • 学会等名
      The 3rd Japan-Russia Joint Forum for Education and Research
    • 国際学会
  • [学会発表] Ultra-Flexible Nanofilms for Bio-Integrated Device & System2019

    • 著者名/発表者名
      Fujie, T.
    • 学会等名
      Materials Research Meeting 2019 (MRM2019)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Ultra-Thin, Flexible, Inkjet-Printed Neural Probes with Mechanically Gradient Structure2019

    • 著者名/発表者名
      Fujie, T., Kokubo, N., Yamagishi, K., Takeoka, S., Ohta, H.
    • 学会等名
      2019 MRS Fall Meetings & Exhibit
    • 国際学会
  • [学会発表] Ultra-Conformable Biodevice for Advanced Medicine and Healthcare2019

    • 著者名/発表者名
      Fujie, T.
    • 学会等名
      The 26th International Display Workshops (IDW '19)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Nanosheet Technology for Wearable and Implantable Devices2019

    • 著者名/発表者名
      Fujie, T.
    • 学会等名
      ISIPS2019, International workshop on Bioiontronics
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Development of Flexible Antenna Coils for Gas Sensing Application2019

    • 著者名/発表者名
      Hao, M., Tetsu, Y., Takeoka, S., Fujie, T., Goda, T., Miyahara, Y.
    • 学会等名
      The 4th International Symposium on Biomedical Engineering (4th ISBE)
    • 国際学会
  • [学会発表] Ultra-Flexible Polymeric Nanosheets for Wearable and Implantable Technologies2019

    • 著者名/発表者名
      Fujie, T.
    • 学会等名
      International Workshop on Advanced Electronics and Applications for early career researchers - For the future collaboration between Japan and Singapore -
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Ultra-Thin, Flexible, Inkjet-Printed Neural Electrodes with Mechanically Gradient Structure2019

    • 著者名/発表者名
      Fujie, T., Kokubo, N., Yamagishi, K., Takeoka, S., Ohta. H.
    • 学会等名
      RoboSoft2019
    • 国際学会
  • [学会発表] 力学的な階層構造を有するインクジェット印刷式神経電極の開発2019

    • 著者名/発表者名
      藤枝 俊宣, 小久保 奈々, 山岸 健人, 荒毛 将史, 武岡 真司, 太田 宏之
    • 学会等名
      第41回日本バイオマテリアル学会大会
  • [学会発表] 生体貼付型デバイスの開発と健康医療への展開2019

    • 著者名/発表者名
      藤枝 俊宣
    • 学会等名
      情報社会とイノベーション(IS&I)研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] 高分子ナノ薄膜が拓く生体計測・制御技術2019

    • 著者名/発表者名
      藤枝 俊宣
    • 学会等名
      日本接着学会東北支部講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] ナノ薄膜エレクトロニクスによる生体計測・制御技術の創製2019

    • 著者名/発表者名
      藤枝俊宣
    • 学会等名
      高分子学会第34回茨城地区「若手の会」交流会
    • 招待講演
  • [学会発表] 埋め込み型小型電子デバイスと生体接着型ナノシートを用いた、メトロノミック光線力学治療の試み2019

    • 著者名/発表者名
      桐野 泉, 山岸 健人, 高橋 功, 天野 日出, 武岡 真司, 上本 伸二, 藤枝 俊宣, 守本 祐司
    • 学会等名
      第40回日本レーザー医学会
    • 招待講演
  • [学会発表] 高分子ナノ薄膜が拓く生体貼付型エレクトロニクス2019

    • 著者名/発表者名
      藤枝 俊宣
    • 学会等名
      東京大学大学院工学系研究科化学生命工学専攻 第12回ChemBioハイブリッドレクチャー
    • 招待講演
  • [学会発表] 無線給電式オプトエレクトロニクスによる光がん治療2019

    • 著者名/発表者名
      藤枝 俊宣
    • 学会等名
      「細胞を創る」研究会 12.0
    • 招待講演
  • [学会発表] 埋め込み型光がん治療に向けた生体接着性ナノ薄膜の開発2019

    • 著者名/発表者名
      藤枝 俊宣, 山岸 健人, 桐野 泉, 高橋 功, 天野 日出, 武岡 真司, 守本 祐司
    • 学会等名
      第68回高分子討論会
  • [学会発表] インクジェット印刷による超薄・柔軟皮質脳波(ECoG)電極の開発2019

    • 著者名/発表者名
      岸 巧, 武岡 真司, 太田 宏之, 藤枝 俊宣
    • 学会等名
      第42回日本神経科学大会
  • [学会発表] フッ素高分子の選択的塗布による薄膜発光デバイスの自己展開制御2019

    • 著者名/発表者名
      Meiting Hao, 鉄 祐磨, 城戸 悠介, 武岡 真司, 藤枝 俊宣
    • 学会等名
      第68回高分子学会年次大会
  • [学会発表] インクジェット印刷からなる高分子超薄膜を基材とした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68回高分子学会年次大会
  • [学会発表] 埋め込み型発光デバイスの開発と光がん治療への応用2019

    • 著者名/発表者名
      藤枝 俊宣
    • 学会等名
      東京工業大学生命理工オープンイノベーションハブ 第6回LiHubフォーラム
    • 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] 日本生体医工学会 臨床応用研究賞・荻野賞を受賞

    • URL

      https://www.titech.ac.jp/news/2019/044602.html

URL: 

公開日: 2021-01-27  

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