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2012 年度 実績報告書

神経細胞記録・刺激・治療用生体内埋込みマイクロプローブ・チューブアレイチップ

研究課題

研究課題/領域番号 20226010
研究機関豊橋技術科学大学

研究代表者

石田 誠  豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30126924)

研究分担者 澤田 和明  豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40235461)
川島 貴弘  豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50378270)
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)
研究期間 (年度) 2008-05-12 – 2013-03-31
キーワード選択VLS成長 / シリコンプローブアレイ / マイクロチューブアレイ / 集積回路技術 / 細胞記録,刺激,薬剤投与 / 埋込み型マイクロデバイス / 脳神経科学 / ブレイン-マシン・インタフェース
研究概要

本研究で提案するデバイスは、“選択Vapor-liquid-solid(VLS)結晶成長法”という手法を用いたものであり、これまでの電極の限界を打ち破るものとして期待できる。今年度は主に下記事項に関して研究を行ってきた。
1.ラット大脳皮質バレル野からの細胞記録において記録された神経細胞発火(Spike)、集合電位(Local Field Potential:LFP)の解析を進め、既存電極技術を凌ぐ電極性能を確認した。これまでにない直径数umの微細神経電極は神経計測において更なる低侵襲性、高空間分解能計測を実現すると考える。これらの結果に開発したプローブの機械的特性、電気的特性を加えた論文を執筆し投稿した。
2.大脳皮質内高空間分解能測定を実現する高アスペクト比(長さ400um)、高密度(間隔50um)なプローブアレイのプロセス開発とデバイスの設計・製作を行った。また、上記神経電極の実績を基に、多チャンネル化(36、64ch)、さらに数種の電極アレイレイアウトを規格化した。併せてチップインプランを実現すべく、薄膜形状デバイス実装技術(配線接続厚さ<100um)を開発した。
3.RF集積回路やデバイス高機能化に必要なアナログ/デジタル変換回路の搭載を可能とする、標準基板(Si (100))を用いた集積化プロセスを確立した。高温プロセス(~700℃)を用いたVLSプローブの集積化に伴う混載回路の配線劣化が課題となったが、TiSiバリア層を導入した高融点配線材料を提案し、インピーダンス変換回路の集積化を実現した。
4.体内埋め込みを目指したRF集積回路の開発として、mmサイズのオンチップアンテナ、新しい変調方式に基づく低電力無線送信回路を提案・設計・試作を行い、実測によりその有用性を確認した。また、プローブデバイス用超低雑音・低電力アンプを実現し、従来に比べて8倍程度の小型化に成功した。

現在までの達成度 (区分)
理由

24年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

24年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (32件)

すべて 2013 2012 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (26件) (うち招待講演 4件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] An overhanging carbon nanotube/parylene core-shell nanoprobe electrode2012

    • 著者名/発表者名
      T. Kawano, C. Y. ChoandL. Lin
    • 雑誌名

      Sensors and Actuators A

      巻: No.187 ページ: 79-83

    • DOI

      DOI 10.1016/j.sna.2012.08.025

    • 査読あり
  • [雑誌論文] CMOS RF Transmitter Using Pulse width Modulation for Wireless Smart Sensors2012

    • 著者名/発表者名
      W. H. Lee,H. Takao, K.Sawadaand M. Ishida
    • 雑誌名

      IEEE Trans. Comp., Pack. & Manufac. Tech.

      巻: Vol.2, No. 9 ページ: 1501-1509

    • DOI

      DOI 10.1109/TCPMT.2012.2207956

    • 査読あり
  • [雑誌論文] RF Transmitter Using Dual Pulse Position Modulation Method for Low Power Smart Micro Sensing Chip2012

    • 著者名/発表者名
      B. J. Gu,W. H. Lee, K. Sawadaand M. Ishida
    • 雑誌名

      IEEE Trans. Electrical & Electronic Eng.

      巻: Vol.7, Issue 3 ページ: 337-341

    • DOI

      DOI 10.1002/tee.21737

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Vibration Analysis and Transmission Characteristics Of Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducers Using Epitaxial Pb(Zr, Ti)O3 Thin Films on γ-Al2O3/Si Substrate2012

    • 著者名/発表者名
      D. Akai, K. Ozaki, Y. Numata, K. Suzuki, N. Okada, and M. Ishida
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 51 ページ: 11PA04-4

    • DOI

      10.1143/JJAP.51.11PA04

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nanoscale tipped microwire arrays enhance electrical trap and depth injection of nanoparticles2012

    • 著者名/発表者名
      A. Goryu, R. Numano, A. Ikedo, M. Ishida, T. Kawano
    • 雑誌名

      Nanotechnology

      巻: 23 ページ: 415301-7

    • DOI

      10.1088/0957-4484/23/41/415301

    • 査読あり
  • [学会発表] ナノスケールニューロプローブアレイデバイス2013

    • 著者名/発表者名
      河野 剛士
    • 学会等名
      第60回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      神奈川
    • 年月日
      20130327-20130330
    • 招待講演
  • [学会発表] ナノプローブ神経電極アレイの電気的特性2013

    • 著者名/発表者名
      久保田吉博,牛流章弘,石田誠,河野剛士
    • 学会等名
      第60回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      神奈川
    • 年月日
      20130327-20130330
  • [学会発表] 高アスペクト比Vapor-liquid-Solid Siマイクロプローブ神経電極の刺入評価2013

    • 著者名/発表者名
      八木智史,今塩屋竜也,大井英生,石田誠,河野剛士
    • 学会等名
      第60回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      神奈川
    • 年月日
      20130327-20130330
  • [学会発表] 0.06mm214nV/√Hz Chopper Instrumentation Amplifier 9:45 AMwith Automatic Differential-Pair Matching2013

    • 著者名/発表者名
      I. Akita, M. Ishida
    • 学会等名
      IEEE International Solid-State Conference(ISSCC2013)
    • 発表場所
      San Francisco, USA
    • 年月日
      20130217-20130221
  • [学会発表] Metal/Silicon Dioxide Microtube Improves Optical and Electrical Properties of Neuroprobe2013

    • 著者名/発表者名
      T. Nakamura, M. Sakata, A. Goryu, M. Ishida and T. Kawano
    • 学会等名
      IEEE Micro Electro Mechanical Systems (IEEE-MEMS)
    • 発表場所
      Taipei, Taiwan
    • 年月日
      20130120-20130124
  • [学会発表] Verification of Bending Strength of Vapor-liquid-solid Grown High-aspect-ratio Silicon-Neuroprobes2013

    • 著者名/発表者名
      T. Imashioya, H. Oi, S. Yagi, M. Ishida and T. Kawano
    • 学会等名
      IEEE Micro Electro Mechanical Systems (IEEE-MEMS)
    • 発表場所
      Taipei, Taiwan
    • 年月日
      20130120-20130124
  • [学会発表] Self-curling and -sticking Flexible Substrate for ECoG Electrode Array2013

    • 著者名/発表者名
      S. Yamagiwa, M. Ishida and T. Kawano
    • 学会等名
      IEEE Micro Electro Mechanical Systems (IEEE-MEMS)
    • 発表場所
      Taipei, Taiwan
    • 年月日
      20130120-20130124
  • [学会発表] シリコンウィスカ剣山型神経電極アレイの開発2013

    • 著者名/発表者名
      河野剛士(オーガナイズドセッションスピーカー)
    • 学会等名
      本機械学会 第25回バイオエンジニアリング講演会
    • 発表場所
      茨城
    • 年月日
      20130109-20130111
  • [学会発表] Vapor-Liquid-Solid Grown Silicon-wires compatible (100)-Silicon CMOS Process2012

    • 著者名/発表者名
      K. Asai, A. Okugawa, M. Ishida and T. Kawano
    • 学会等名
      Asia-Pacific Interdisciplinary Research Conference (AP-IRC) 2012
    • 発表場所
      Aichi
    • 年月日
      20121115-20121116
  • [学会発表] Multi-ERG Recording from Carp Retina by Penetrating Electrode Array with Various Length Microprobes2012

    • 著者名/発表者名
      T. Harimoto, A. Ikedo, T. Kawano, A. Ishihara, A. Fujishiro, S. Yamagiwa, A. Goryu, M. Ishida and S. Usui
    • 学会等名
      Asia-Pacific Interdisciplinary Research Conference (AP-IRC) 2012
    • 発表場所
      Aichi
    • 年月日
      20121115-20121116
  • [学会発表] Integration of vapor-liquid-solid silicon probe compatible (100)-Si CMOS electronics2012

    • 著者名/発表者名
      K. Asai, A. Okugawa, M. Ishida, T. Kawano
    • 学会等名
      The 29th SENSOR SYMPOSIUM on Sensors, Micromachines and Application Systems
    • 発表場所
      Fukuoka
    • 年月日
      20121022-20121024
  • [学会発表] Implementation of Wireless Sensor System using Smart Sensor Chip2012

    • 著者名/発表者名
      B. J. Gu, K. Sawada, M. Ishida
    • 学会等名
      The 29th SENSOR SYMPOSIUM on Sensors, Micromachines and Application Systems
    • 発表場所
      Fukuoka
    • 年月日
      20121022-20121024
  • [学会発表] Vertical Piezoresisitive Silicon Microwires as Force Sensitive Bioprobe Arrays2012

    • 著者名/発表者名
      S. Morita, A. Fujishiro, A. Ikedo, M. Ishida and T. Kawano
    • 学会等名
      The 29th SENSOR SYMPOSIUM on Sensors, Micromachines and Application Systems
    • 発表場所
      Fukuoka
    • 年月日
      20121022-20121024
  • [学会発表] Bio-Medical Applications of smart sensing devices2012

    • 著者名/発表者名
      M. Ishida
    • 学会等名
      SSDM2012
    • 発表場所
      Kyoto
    • 年月日
      20120925-20120927
    • 招待講演
  • [学会発表] Integration of Vapor-liquid-solid Grown Silicon Microprobes/(111)-Si and (100)-Si CMOS using Silicon on Insulator Substrates2012

    • 著者名/発表者名
      K. Asai, A. Okugawa, M. Ishida, T. Kawano
    • 学会等名
      Tokai-Section Joint Conference on Electrical and Related Engineering
    • 発表場所
      Aichi
    • 年月日
      20120924-20120925
  • [学会発表] OOK電力増幅器に向けたLDOレギュレータ2012

    • 著者名/発表者名
      浅井翔地,秋田一平,石田誠
    • 学会等名
      2012年電子情報通信学会ソサイエティ大会
    • 発表場所
      富山
    • 年月日
      20120911-20120914
  • [学会発表] ワイヤレスセンサシステムに向けた小型基準発振器の開発2012

    • 著者名/発表者名
      山根駿也,秋田一平,石田誠
    • 学会等名
      2012年電子情報通信学会ソサイエティ大会
    • 発表場所
      富山
    • 年月日
      20120911-20120914
  • [学会発表] 焦電型赤外線イメージセンサ応用へ向けた薄膜赤外線吸収膜の作製2012

    • 著者名/発表者名
      大石浩史,大江一樹,赤井大輔,石田誠
    • 学会等名
      2012年秋季 第73回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      愛媛
    • 年月日
      20120911-20120914
  • [学会発表] Failsafe Wafer-Level Packaging of a Piezoelectric MEMS Actuator2012

    • 著者名/発表者名
      M. A. Matin, K. Ozaki, D. Akai, K. Sawada, and M. Ishida
    • 学会等名
      The 62nd Electronic Components and Technology Conference(ECTC2012)
    • 発表場所
      California, USA
    • 年月日
      20120529-20120601
  • [学会発表] Nanotip Array for Gene Transfer into Individualcells2012

    • 著者名/発表者名
      A. Goryu, R. Numano, M. Ishida and T. Kawano
    • 学会等名
      The 51st Annual Conference of Japanese Society for Medical and Biological Engineering (The 51st JSMBE)
    • 発表場所
      Fukuoka
    • 年月日
      20120510-20120512
  • [学会発表] Samrt Micro Sensing Chips for Life Innovation2012

    • 著者名/発表者名
      M. Ishida
    • 学会等名
      2012 MRS Spring meeting & Exhiti
    • 発表場所
      San Francisco, USA
    • 年月日
      20120409-20120413
    • 招待講演
  • [学会発表] Nanoprobe Array for Gene Transfer into Individual Cells2012

    • 著者名/発表者名
      A. Goryu, R. Numano, M. Ishida, T. Kawano
    • 学会等名
      2012 MRS Spring Meeting & Exhibit
    • 発表場所
      San Francisco, USA
    • 年月日
      20120409-20120413
  • [学会発表] Recording of ECoG and Intracortical Neural Activity2012

    • 著者名/発表者名
      T. Imashioya, A. Fujishiro, H. Sawahata, H. Toda, A. Ikedo, M. Ishida, I. Hasegawa and T. Kawano
    • 学会等名
      2012 MRS Spring Meeting & Exhibit
    • 発表場所
      San Francisco, USA
    • 年月日
      20120409-20120413
  • [学会発表] High Density Piezoelectric Micro-machined Ultrasonic Transducers Array Using Epitaxial PZT Thin Film on γ-Al2O3/Si Substrate2012

    • 著者名/発表者名
      K. Ozaki, K. Suzuki, Y. Numata, N. Okada, D. Akai, M. Ishida
    • 学会等名
      2012 MRS Spring meeting & Exhiti
    • 発表場所
      San Francisco, USA
    • 年月日
      20120409-20120413
  • [学会発表] マイクロ/ナノプローブアレイデバイスのニューラルインタフェース応用

    • 著者名/発表者名
      河野剛士(パネリスト)
    • 学会等名
      MEとバイオサイバネティックス研究会/ニューロコンピューティング研究会(NC)
    • 発表場所
      愛知
  • [学会発表] ニューラルインタフェースデバイスの研究

    • 著者名/発表者名
      河野剛士
    • 学会等名
      第1回ICE Cube Center研究会(第67回精密工学研究所シンポジウム,Green ICE Initiative 3rd Technical Workshop for Open Innovation)
    • 発表場所
      神奈川
    • 招待講演
  • [産業財産権] 差動増幅器およびこれを使用する信号増幅装置2012

    • 発明者名
      秋田一平, 石田 誠
    • 権利者名
      秋田一平, 石田 誠
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2012-267878
    • 出願年月日
      2012-12-07

URL: 

公開日: 2014-07-24  

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