| 研究課題/領域番号 |
23687023
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| 研究機関 | (財)神奈川科学技術アカデミー |
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研究代表者 |
寺薗 英之 (財)神奈川科学技術アカデミー, オンチップ・セロミクスプロジェクト, 研究員 (30398143)
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| 研究期間 (年度) |
2011-04-01 – 2015-03-31
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| キーワード | CMOS / センサアレイ / 神経細胞 / 神経ネットワーク / 細胞外電位記録 |
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| 研究概要 |
デジタルカメラなどに利用される2次元センサアレイの原理を利用してマルチアレイ型の細胞外電位計測法の開発を行った。
本年度より光をセンサに集光するためのマイクロレンズアレイ、フォトダイオードを搭載しないタイプのCMOSセンサアレイを新しく採用することにより細胞外電位のシグナルをより検出しやすい細胞外電位記録用のデバイスの作製・並びにソフトウェアの開発を行った。
次にセンサアレイ上で細胞を培養する条件を検討した。培養中に通電しても短絡しないコーキング法の検討、並びにコーキング剤による細胞障害性の検討を行った。その結果、CCDセンサアレイと同様にCMOSセンサアレイ部以外の金属部分と水分が接する箇所を完全にコーキングすることによりセンサアレイ上を電解質である培養液で満たし通電しても短絡しない条件を見つけ出した。また、コーキング剤の種類による細胞障害性の検討を行った。その結果、通常市販されているコーキング剤では防水効果は高いが細胞障害性も高いことがわかった。様々な素材を検討した結果、防水性も高く細胞障害性も低い材質を決定することが出来た。次に、センサアレイ上で細胞培養が可能か検討した。その際、神経細胞より活動電位の強さが大きく、拍動することにより細胞障害性を顕微鏡下で確認が出来る心筋細胞を用いた。結果、細胞接着基質をセンサアレイ上にコーティングする事により、細胞培養が可能であることを明らかにした。さらに、現在CMOSセンサアレイ上に施している絶縁層や、インピーダンスを挙げるための処置が重要であることを明らかにした。
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| 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
目的に掲げた「神経細胞を培養するためのCCD素子の開発と初代神経細胞の培養法の確立」に関して、現状CCDセンサアレイにおいて、フォトダイオードを有さないセンサアレイのみでは流通しておらず、最初から開発することになると1億円以上の予算が必要なる。CMOSセンサであれば、細胞外電位記録に障害を与えるフォトダイオード、レンズアレイを有さないタイプを入手する事ができた事から開発項目をCCDからCMOSにセンサアレイを変更し、細胞の電気生理的活動を直接測定するシステム構築に成功した。
入手したCMOSセンサアレイ上での細胞培養に成功し、実際のセンサ開発として協力企業と連携して進めている点でおおむね順調に進展していると評価する。
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| 今後の研究の推進方策 |
2次元センサアレイ素子の開発をカスタマイズできる会社と画像処理が専門の会社と協力する事で平成25年度も引き続きCMOSセンサアレイを用いて神経活動計測用2次元センサアレイの開発を行う。また、前年度の成果として得られた素子上で細胞培養ができる条件が、今年度開発するセンサアレイでも適応可能か検討を進め、さらに神経培養の可能性についても引き続き検討を進める。具体的にはセンサアレイに神経細胞を接着するための表面処理の検討、培養を行った際の細胞外電位を測定できるか実際に計測を行う。測定できた場合、よりシグナル/ノイズ（S/N）比を上げる工夫を行う。ノイズが多い場合、センサアレイの構造、素材を再検討する。さらに、「センサアレイ上に神経細胞をパターニングするための技術開発と人工神経ネットワークの機能解析」として、マイクロコンタクトプリンティング技術を用いて素子上に神経細胞が選択的にパターニングできるかの検討を行う。具体的には、神経細胞の接着培養に汎用的に使われるポリ-L-リジンを中心に、コラーゲン、ラミニン、フィブロネクチンを単独あるいは組み合わせにより接着性の高い条件を検討する。
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